ES2233210B1 - PROCEDURE OF MANUFACTURE OF EMPLOYED QUICK MOLDS FOR TRANSFORMATION OF PLASTIC AND MOLD AS GOT. - Google Patents
PROCEDURE OF MANUFACTURE OF EMPLOYED QUICK MOLDS FOR TRANSFORMATION OF PLASTIC AND MOLD AS GOT.Info
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Abstract
Procedimiento de fabricación de moldes rápidos empleados para transformación de plástico y molde así obtenido. Se trata de un procedimiento para fabricar moldes denominados rápidos combinando técnicas de prototipado rápido, fundición de precisión en molde de yeso, y empleando aluminio o un material de tipo composite de matriz de aluminio que presenta un bajo coeficiente de dilatación térmica que conlleva una mayor precisión dimensional durante la obtención del molde (9), y que asimismo muestra una gran resistencia a la abrasión lo que aumenta la vida en servicio del molde. Este molde (9) se obtiene a partir de un prototipo (2) en material quemable que se calienta en un horno de acuerdo con un ciclo térmico que calcina el prototipo y define un hueco en el que se vierte aluminio o el material de tipo composite de matriz de aluminio hasta obtener el molde (9).Rapid mold manufacturing process used to transform plastic and mold thus obtained. It is a procedure to manufacture so-called fast molds combining rapid prototyping techniques, precision casting in plaster mold, and using aluminum or an aluminum matrix composite type material that has a low coefficient of thermal expansion that leads to greater precision dimensional when obtaining the mold (9), and which also shows great resistance to abrasion which increases the service life of the mold. This mold (9) is obtained from a prototype (2) in burnable material that is heated in an oven according to a thermal cycle that calcines the prototype and defines a gap in which aluminum or composite material is poured of aluminum matrix until the mold (9) is obtained.
Description
Procedimiento de fabricación de moldes rápidos empleados para transformación de plástico y molde así obtenido.Quick mold manufacturing procedure used for transformation of plastic and mold thus obtained.
La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de moldes rápidos del tipo de los que son utilizados para la obtención de piezas de material plástico, así como el propio molde obtenido por este procedimiento.The present invention relates to a rapid mold manufacturing process of the type of which They are used to obtain plastic parts, as well as the mold itself obtained by this procedure.
Es objeto de la invención el procedimiento empleado para fabricar los moldes denominados rápidos combinando técnicas de prototipado rápido, fundición de precisión en molde de yeso, y empleando para ello aluminio o un material de tipo composite de matriz de aluminio que presenta un bajo coeficiente de dilatación térmica que conlleva una mayor precisión dimensional durante la obtención del molde, y que asimismo muestra una gran resistencia a la abrasión que aumenta la vida en servicio del molde.The method of the invention is the object of the invention. used to make the so-called fast molds by combining Rapid prototyping techniques, precision casting in mold plaster, and using aluminum or a composite type material Aluminum matrix that has a low coefficient of expansion thermal that implies greater dimensional accuracy during the Obtaining the mold, and which also shows great resistance to the abrasion that increases the service life of the mold.
Es asimismo objeto de la invención el molde obtenido en aluminio o en material de tipo composite de matriz de aluminio.The mold is also the object of the invention. obtained in aluminum or composite matrix material of aluminum.
Son conocidas diferentes tecnologías utilizadas para la fabricación de moldes empleados para la obtención y/o transformación de plástico entre las que cabe destacar los procesos de tecnología de competencia directa y los procesos de tecnología de competencia indirecta.Different technologies used are known for the manufacture of molds used to obtain and / or plastic transformation among which the processes stand out of direct competition technology and technology processes of indirect competition.
Los procesos de competencia directa utilizan técnicas de prototipado rápido y mecanizado de alta velocidad de aluminio que dan lugar a un tiempo estimado de fabricación de un molde inferior a tres semanas, y que tienen una vida estimada definida por la fabricación normalmente de no más de 30.000 piezas de plástico.Direct competition processes use rapid prototyping and high speed machining techniques of aluminum that give rise to an estimated manufacturing time of a mold less than three weeks, and they have an estimated life Defined by the manufacture normally of no more than 30,000 pieces of plastic.
De entre los procesos basados en la tecnología de prototipado rápido cabe hacer una distinción entre los procesos que dan lugar a moldes rápidos metálicos y los procesos que dan lugar a moldes rápidos plásticos.Among the processes based on the technology of rapid prototyping can make a distinction between the processes that they give rise to fast metal molds and the processes that give rise to fast plastic molds.
En el caso de los moldes rápidos metálicos existen limitaciones en cuanto a tamaño de molde y acabado superficial derivados de las características de la máquina y el material.In the case of fast metal molds there are limitations in terms of mold size and finish surface derived from the characteristics of the machine and the material.
En cuanto a los moldes rápidos plásticos muestran unas limitaciones de utilización pues sólo se pueden emplear para transformación de series reducidas de piezas de plástico.As for the plastic quick molds show some limitations of use because they can only be used to transformation of small series of plastic parts.
Los procesos de competencia indirecta utilizan técnicas de electroerosión y mecanizado convencional para la obtención de moldes, que son utilizados para producción de serie larga, debido a su laborioso proceso de fabricación y alto coste.Indirect competition processes use EDM and conventional machining techniques for obtaining molds, which are used for series production long, due to its laborious manufacturing process and high cost.
El proceso de fabricación de moldes rápidos empleados para la transformación de piezas de material plástico que constituye el objeto de la presente invención, se basa fundamentalmente en la fabricación de las huellas del molde rápido por medio de combinación de una tecnología de prototipado rápido con la técnica de fundición de precisión en molde de yeso (o también denominada plaster casting) de un aluminio o de un material de aluminio reforzado con partículas de carburo de silicio denominado composite de matriz de aluminio que tiene un bajo coeficiente de dilatación que garantiza una gran precisión dimensional, y que muestra una gran resistencia a la abrasión. De esta manera, se aumenta la vida en servicio del molde.The rapid mold manufacturing process used for the transformation of plastic parts that constitutes the object of the present invention, is based fundamentally in the manufacture of fast mold prints by combining a rapid prototyping technology with the precision casting technique in plaster mold (or also called plaster casting) of an aluminum or a material Aluminum reinforced with silicon carbide particles called aluminum matrix composite that has a low expansion coefficient that guarantees high accuracy dimensional, and showing great resistance to abrasion. From In this way, the service life of the mold is increased.
En primer lugar se efectúa el diseño del molde, utilizando técnicas de diseño por ordenador CAD 3D, y se definen las cavidades del molde de transformación de plástico de acuerdo con la geometría de la pieza de plástico a obtener.First of all the mold design is done, using 3D CAD computer design techniques, and defined the cavities of the plastic transformation mold according with the geometry of the plastic piece to obtain.
A continuación se transforman los datos CAD 3D de las cavidades del molde en un fichero teselado y se transfiere a la máquina de prototipado rápido en donde se secciona el fichero en planos horizontales paralelos. De esta forma la máquina de prototipado rápido tiene todas las instrucciones necesarias para reproducir físicamente las cavidades del molde en un material quemable.Next, the 3D CAD data of the mold cavities in a tessellated file and transferred to the rapid prototyping machine where the file is sectioned in parallel horizontal planes. In this way the machine rapid prototyping has all the necessary instructions to physically reproduce the mold cavities in a material burnable
A continuación se utiliza un proceso de fundición plaster casting o fundición en molde de yeso que consiste en añadir a cada prototipo, obtenido en material quemable su sistema de alimentación y llenado, fabricados también en material quemable, como por ejemplo cera, e introducir todo ello dentro de un cilindro metálico en el que se vierte yeso hasta recubrir, dejando la copa de llenado fuera del yeso para posibilitar el desencerado o evacuación de la cera.A casting process is then used plaster casting or casting in plaster cast consisting of add to each prototype, obtained in burnable material its system of feeding and filling, also manufactured in burnable material, such as wax, and insert all of it into a cylinder metal in which plaster is poured to coat, leaving the glass of filling out of the plaster to enable deceleration or evacuation of the wax.
El conjunto así definido se introduce en un horno en el que se sigue un ciclo térmico de calentamiento y estabilización a diferentes temperaturas que dan lugar al fraguado del yeso, secado del yeso, desencerado y subsiguiente calcinado del material quemable. Al calcinarse y evacuarse el material quemable, queda definida una cavidad con la geometría del prototipo.The set thus defined is introduced into an oven in which a thermal heating cycle is followed and stabilization at different temperatures that give rise to setting of the plaster, drying of the plaster, decelerated and subsequent calcined of the burnable material. When the material is calcined and evacuated burnable, a cavity with the geometry of the prototype.
Seguidamente se extrae el molde de yeso del horno y se vierte el aluminio o el composite de matriz de aluminio entre 600-730ºC a través de los canales de alimentación al interior de esta cavidad. Para mejorar la calidad del aluminio se utiliza un sistema de refrigeración que posibilita una rápida y direccionada solidificación del aluminio hacia la copa de llenado.Then the plaster cast of the oven and pour aluminum or aluminum matrix composite between 600-730ºC through the channels of power inside this cavity. To improve the quality aluminum is used a cooling system that allows a fast and directed solidification of the aluminum towards the cup filling.
Una vez que se ha solidificado el aluminio o el composite de matriz de aluminio se procede a desmoldear la pieza obtenida a la que se cortan los canales de alimentación. El molde de aluminio o de composite de matriz de aluminio queda así definido.Once the aluminum or the solidification has solidified aluminum matrix composite the piece is demoulded obtained to which the feeding channels are cut. Mold Aluminum or aluminum matrix composite looks like this definite.
A continuación se procederá a colocar la cavidad en un portamoldes, añadiendo los elementos accesorios para efectuar la inyección, ya sean boquillas de inyección, expulsores, guías y demás elementos convencionales empleados para la obtención de piezas de plástico.Then proceed to place the cavity in a mold holder, adding the accessory elements to make the injection, whether injection nozzles, ejectors, guides and other conventional elements used to obtain plastic pieces.
El molde obtenido por fundición en aluminio o composite de matriz de aluminio será del tipo hueco, dispondrá de la cavidad (cara exterior) que reproduce la forma de la pieza de plástico a obtener y la parte opuesta (cara interior) a la cavidad estará vaciada e incorporará nervaduras interiores para proporcionar rigidez.The mold obtained by casting in aluminum or Aluminum matrix composite will be of the hollow type, will have the cavity (outer face) that reproduces the shape of the piece of plastic to be obtained and the opposite part (inner face) to the cavity it will be emptied and will incorporate inner ribs to provide rigidity.
El espesor de las paredes que definen el molde será creciente hacia su cara interior en el sentido de la cavidad del mismo (del exterior al interior), así como el espesor de las nervaduras definidas será igualmente progresivamente creciente hacia la cara interior del molde.The thickness of the walls that define the mold will be growing towards your inner face in the direction of the cavity thereof (from outside to inside), as well as the thickness of the defined ribs will be equally progressively growing towards the inner face of the mold.
El molde obtenido por fundición incorporará: unos puntos de anclaje definidos en su cara interior sobre los que acoplará la placa de sujeción que cierra el molde, unos orificios que sirven como guía de los expulsores, un orificio para la introducción de la boquilla de inyección, unos vientos consistentes en unos taladros pasantes empleados para evacuar el aire atrapado en el molde y unos canales de refrigeración consistentes en unas espiras huecas para entrada y salida del líquido/gas refrigerante. El diámetro de cada uno de ellos variará dependiendo de la geometría de la pieza.The mold obtained by casting will incorporate: anchor points defined on its inner face on which will attach the clamping plate that closes the mold, some holes which serve as a guide for the ejectors, a hole for the introduction of the injection nozzle, consistent winds in some through holes used to evacuate trapped air in the mold and cooling channels consisting of some hollow turns for entry and exit of the liquid / refrigerant gas. The diameter of each of them will vary depending on the piece geometry.
Estos mismos elementos se habrán definido previamente en el prototipo, teniendo asimismo en consideración que dicho prototipo se habrá sobredimensionado respecto al molde de aluminio o de composite con matriz de aluminio como consecuencia de la contracción que se produce durante la solidificación y enfriamiento de este último, debiendo considerarse un factor de contracción de entre 0,50% y 1,50%.These same elements will have been defined. previously in the prototype, also taking into account that said prototype will have been oversized with respect to the mold of aluminum or composite with aluminum matrix as a result of the contraction that occurs during solidification and cooling of the latter, and a factor of contraction between 0.50% and 1.50%.
Por otra parte deberá tenerse en cuenta otro factor corrector de contracción de la inyección de plástico que será variable dependiendo del tipo de plástico y que deberá aplicarse para sobredimensionar adecuadamente el prototipo.On the other hand, another plastic injection shrinkage correction factor that It will vary depending on the type of plastic and that should be applied to adequately oversize the prototype.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to an example preferred practical implementation of it, is accompanied as integral part of that description, a set of drawings where In an illustrative and non-limiting manner, it has been represented:
Figura 1. - Muestra una representación secuencial de las diferentes fases del procedimiento de fabricación del molde rápido empleado para la transformación de plástico.Figure 1. - Shows a sequential representation of the different phases of the mold manufacturing process Fast employed for the transformation of plastic.
Figura 2. - Muestra una vista en perspectiva del lado de inyección del molde de composite de matriz de aluminio obtenido por el procedimiento objeto de esta invención y en donde se muestra su cara interior.Figure 2. - Shows a perspective view of the Injection side of the aluminum matrix composite mold obtained by the process object of this invention and where Show your inner face.
Figura 3. - Muestra en perspectiva del lado de inyección del molde de composite de matriz de aluminio obtenido por el procedimiento objeto de invención y en donde se muestra su cara exterior.Figure 3. - Perspective sample on the side of Injection of the aluminum matrix composite mold obtained by the method object of the invention and where its face is shown Exterior.
Figura 4. - Muestra una vista en perspectiva del lado de expulsión del molde de composite de matriz de aluminio obtenido por el procedimiento objeto de invención y en donde se muestra su cara exterior.Figure 4. - Shows a perspective view of the ejection side of the aluminum matrix composite mold obtained by the process object of the invention and where Show your outer face.
A la vista de las figuras se describe seguidamente el proceso de fabricación de un molde rápido empleado para la transformación de plástico, del tipo de los que utilizan una máquina de prototipado (1) para la reproducción (III) en un prototipo (2) de material quemable, preferentemente cera, al diseño (I) correspondiente al molde (10) que se ha realizado preferiblemente con ayuda de un ordenador (3). El ordenador efectúa también la transformación (II) de los comandos de diseño en órdenes para ser ejecutadas por la máquina de prototipado (1).In view of the figures described then the manufacturing process of a quick mold used for the transformation of plastic, of the type of those who use a prototyping machine (1) for reproduction (III) in a prototype (2) of burnable material, preferably wax, to the design (I) corresponding to the mold (10) that has been made preferably with the help of a computer (3). The computer performs also the transformation (II) of design commands into orders to be executed by the prototyping machine (1).
Mediante la máquina de prototipado se obtiene un prototipo (2) en material quemable, al que se le añade (IV) el sistema de alimentación (4). A continuación, se procede a la unión (V) de la copa del sistema de alimentación (4) a una lámina metálica o de madera (5) por medio de cera de pegado, prosiguiendo con el acoplamiento (VI) de un cilindro (6) hueco y agujereado de acero que apoya sobre la lámina (5) rodeando sin tocar el prototipo (2), y posteriormente al sellado (VII) de los agujeros del cilindro (6).Through the prototyping machine you get a prototype (2) in burnable material, to which (IV) is added power system (4). Then proceed to the union (V) of the feeding system cup (4) to a sheet metal or wood (5) by means of glue wax, continuing with the coupling (VI) of a hollow and perforated cylinder (6) of steel that rests on the sheet (5) surrounding without touching the prototype (2), and after sealing (VII) of the cylinder holes (6).
A continuación, se procede al vertido (VIII) del yeso en vacío y bajo vibración entre 1 y 10 minuto hasta recubrir el prototipo con un espesor mínimo de seguridad entre el prototipo y la superficie del molde de yeso de 1 a 5,5 cm, habiéndose obtenido previamente el yeso a partir de la mezcla de polvo de CaSO_{4} y agua, en vacío y mediante agitación y bajo vibración durante 1 a 10 minutos.Then, the pouring (VIII) of the vacuum plaster and low vibration for 1 to 10 minutes until coated the prototype with a minimum security thickness between the prototype and the surface of the plaster cast from 1 to 5.5 cm, having previously obtained the plaster from the powder mixture of CaSO_ {4} and water, in vacuum and by agitation and low vibration for 1 to 10 minutes.
A continuación se deja reposar para que se produzca la hidratación (IX) del yeso entre 60 y 240 minutos.Then let it rest so that it produce hydration (IX) of the cast between 60 and 240 minutes.
Seguidamente se efectúa el calentamiento (X) en el horno con la copa de llenado orientada hacia abajo, tras eliminar previamente la lámina (5), de acuerdo con un ciclo térmico que quema el prototipo (2), lo calcina y deshidrata el yeso, quedando definida una cavidad (7) de configuración coincidente a la del prototipo (2). El ciclo térmico transcurre de acuerdo con las siguientes temperaturas y tiempos:Then the heating (X) is carried out in the oven with the filling cup facing down, after removing previously the sheet (5), according to a thermal cycle that burn the prototype (2), calcine it and dehydrate the plaster, leaving defined a cavity (7) of configuration coinciding with that of the prototype (2). The thermal cycle runs according to the following temperatures and times:
Posteriormente se procede al colado (XI) de aluminio o de un material compuesto de matriz de aluminio al interior de la cavidad (7), tras haber extraído previamente el molde de yeso (8) del horno y ubicarlo sobre una placa, vertiendo el material a una temperatura de 600 a 730ºC al mismo tiempo que se realiza el vacío por debajo de dicha placa.Subsequently, the casting (XI) of aluminum or an aluminum matrix composite material at inside the cavity (7), after having previously removed the plaster mold (8) of the oven and place it on a plate, pouring the material at a temperature of 600 to 730 ° C at the same time as performs the vacuum below said plate.
Una vez que se ha terminado de llenar el molde con el aluminio o el composite de matriz de aluminio se procede a conectar el sistema de refrigeración (8), introducido dentro del molde de escayola, y que permite obtener una mejor calidad metalúrgica.Once the mold is finished filling With aluminum or aluminum matrix composite, proceed to connect the cooling system (8), inserted into the plaster mold, and that allows to obtain a better quality metallurgical
Finalmente se procede al desmoldeado (XII) de la pieza de aluminio o de material compuesto de matriz de aluminio una vez solidificada y enfriado el molde de yeso, cortando el canal de alimentación y obteniendo el molde (9) de aluminio o material compuesto de matriz de aluminio.Finally we proceed to the demoulding (XII) of the piece of aluminum or aluminum matrix composite material a Once solidified and cooled the plaster mold, cutting the channel feeding and obtaining the mold (9) of aluminum or material Aluminum matrix compound.
El molde (9) de aluminio o de material compuesto de matriz de aluminio obtenido de acuerdo con el procedimiento descrito es de tipo hueco, dispondrá de la cavidad (10) que reproduce la forma de la pieza de plástico a obtener e incorporará nervaduras interiores (11) para proporcionar rigidez, estando previsto que el espesor de las paredes que definen el molde sean de entre 1 y 15 mm, así como el espesor de las nervaduras interiores (12) estará entre 4 y 7 mm y éste aumentará progresivamente hacia el interior (13) del molde.The mold (9) of aluminum or composite material Aluminum matrix obtained according to the procedure described is of hollow type, it will have the cavity (10) that reproduce the shape of the plastic piece to be obtained and will incorporate inner ribs (11) to provide stiffness, being provided that the thickness of the walls that define the mold are of between 1 and 15 mm, as well as the thickness of the inner ribs (12) will be between 4 and 7 mm and this will progressively increase towards the interior (13) of the mold.
Asimismo, el molde incorporará unos puntos de anclaje (13) definidos en su cara interior (12) sobre los que acoplará la placa de sujeción que cierra el molde, unos orificios (15) para introducir los expulsores, un orificio central (14) para la introducción de la boquilla de inyección, unos bulones (16) de guiado del molde en la parte de inyección, unos orificios (17) de guiado de molde en la parte de expulsión, unos vientos para evacuar el aire atrapado en el molde y unos canales de refrigeración consistentes en unas espiras huecas para entrada y salida del refrigerante.Also, the mold will incorporate some points of anchor (13) defined on its inner face (12) on which will attach the clamping plate that closes the mold, some holes (15) to introduce the ejectors, a central hole (14) for the introduction of the injection nozzle, some bolts (16) of guided of the mold in the injection part, holes (17) of guided mold in the ejection part, some winds to evacuate the air trapped in the mold and cooling channels consisting of hollow turns for entry and exit of refrigerant.
Claims (5)
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- Unión (V) de la copa del sistema de alimentación (4) a una lámina metálica o de madera (5) por medio de cera de pegado,Union (V) of the feeding system cup (4) to a metal sheet or wood (5) by means of glue wax,
- --
- acoplamiento (VI) de un cilindro (6) hueco y agujereado de acero que apoya sobre la lámina (5) rodeando sin tocar el prototipo (2),coupling (VI) of a cylinder (6) hollow and perforated steel resting on the sheet (5) surrounding without touching the prototype (2),
- --
- sellado (VII) de los agujeros del cilindro (6),sealing (VII) of the holes in the cylinder (6),
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- vertido (VIII) del yeso en vacío y bajo vibración durante 1 a 10 minuto hasta recubrir el prototipo con un espesor mínimo de seguridad entre el prototipo y la superficie del molde de yeso de 1 a 5,5 cm,pouring (VIII) of the plaster in vacuum and under vibration for 1 to 10 minutes until the prototype is coated with a minimum security thickness between the prototype and the surface of the 1 to 5.5 cm plaster cast,
- --
- hidratación (IX) del yeso durante 60 a 240 minutos,hydration (IX) of the plaster for 60 to 240 minutes
- --
- calentamiento (X) en el horno con la copa de llenado orientada hacia abajo tras eliminar previamente la lámina (5), de acuerdo con un ciclo térmico que quema el prototipo (2), lo calcina, y deshidrata el yeso, quedando definida una cavidad (7) de configuración coincidente a la del prototipo (2), transcurriendo el ciclo térmico de acuerdo con las siguientes temperaturas y tiempos:heating (X) in the oven with the filling cup oriented down after previously removing the sheet (5), according to a thermal cycle that burns the prototype (2), calcines it, and dehydrates the plaster, being defined a configuration cavity (7) coinciding with that of the prototype (2), the thermal cycle proceeding according to the following temperatures and times:
- --
- colada (XI) de aluminio o de un material compuesto de matriz de aluminio en la cavidad (7), tras haber extraído previamente el molde de yeso del horno y ubicarlo sobre una placa, vertiendo el material a una temperatura entre 600 y 730ºC al mismo tiempo que se realiza el vacío por debajo de dicha placa,wash (XI) of aluminum or an aluminum matrix composite material in the cavity (7), after having previously removed the plaster cast from the oven and place it on a plate, pouring the material into a temperature between 600 and 730ºC at the same time as the empty below said plate,
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- colocación del sistema de refrigeración (8), introducido dentro del molde de escayola,cooling system placement (8), introduced into the plaster mold,
- --
- desmoldeado (XII) de la pieza de aluminio o del material compuesto de matriz de aluminio una vez solidificada y enfriado el molde de yeso, cortando el canal de alimentación y obteniendo el molde (9) de aluminio o del material compuesto de matriz de aluminio.unmolding (XII) of the piece of aluminum or aluminum matrix composite material once solidified and cooled the plaster mold, cutting the channel feeding and obtaining the mold (9) of aluminum or material Aluminum matrix compound.
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