ES2364263A1 - Sistema y procedimiento de moldeo de piezas con moldes autoportantes. - Google Patents
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Abstract
Sistema y procedimiento de moldeo de piezas con moldes autoportantes (5) que comprende:- un equipo alimentador (1) de material de moldeo en un molde autoportante, que comprende una pluralidad de medios de alimentación de diferentes compuestos,- un equipo accionador (2) de un elemento calefactor (14) del molde autoportante,- un equipo enfriador (3) del molde autoportante lleno de material, y- un equipo desmoldeador (4) de la pieza moldeada en el molde autoportante, siendo todos ellos equipos independientes instalados en módulos de trabajo por los que transita el molde autoportante (5), de manera que el sistema permite fabricar piezas compactas, piezas estructurales de densidad reducida y piezas de densidad reducida.
Description
Sistema y procedimiento de moldeo de piezas con
moldes autoportantes.
La invención se engloba dentro del campo de los
sistemas de fabricación de piezas de diversos materiales poliméricos
y otros aditivos con diferentes características como piezas
compactas, piezas estructurales de densidad reducida o piezas de
densidad reducida.
La mayor parte de los precedentes de esta
invención están relacionados con el moldeo por inyección, que es la
tecnología más extendida para la fabricación de piezas de productos
plásticos.
John Hyatt patentó en 1872 el primer sistema de
inyección, compuesto por un pistón que contenía derivados de la
celulosa fundidos en una cámara. Sin embargo, no es hasta 1928
cuando se atribuye a la compañía alemana
Cellon-Werkw, la primera patente de una máquina de
inyección moderna. Paralelamente, Beard y Delafield desarrollaron la
técnica en Inglaterra, con los derechos de la patente inglesa para
la compañía F.A. Hughes Ltd. Los sistemas anteriores funcionaban con
aire comprimido, la extracción y parte de los controles eran
manuales y carecían de sistemas de seguridad.
En 1932 se patentó la primera máquina de
inyección operada por sistemas eléctricos (Eckert & Ziegler). Es
en esta década cuando el polietileno (PE) y el policloruro de vinilo
(PVC), materiales de alta producción y bajo coste, provocaron una
revolución en el desarrollo de la maquinaria. Ya en 1956 se patentó
el primer sistema de inyección mediante husillo en EEUU, esta
aportación supone el cambio de mayor relevancia en el desarrollo de
los sistemas inyectores. A partir de la década de los 80, las
mejoras se enfocan a la automatización de los diseños, la eficacia y
el control de los procesos.
Un sistema de moldeo por inyección tradicional
está formado por tres módulos principales: la unidad de inyección o
plastificación del polímero fundido, la unidad de cierre, que
soporta el molde y el sistema de apertura, cierre y expulsión de la
pieza; y por último, la unidad de control de todos los parámetros
involucrados en el proceso. Es importante resaltar que en esta
tecnología se usan moldes que no son autoportantes y que las
temperaturas del molde son en general claramente inferiores a la
temperatura de reblandecimiento de las materias primas
utilizadas.
El proceso de obtención de una pieza de plástico
inyectada sigue un orden de operaciones que se repite en cada una de
las piezas. Este proceso recibe el nombre de ciclo de inyección, y
está formado por las siguientes etapas: cierre del molde, fase de
plastificación o dosificación, inyección del plástico (llenado y
mantenimiento), enfriamiento, y por último apertura del molde y
expulsión de la pieza. De todas las etapas anteriores es la etapa de
enfriamiento la que ocupa el mayor tiempo dentro del ciclo.
Los diseños actuales de un sistema de moldeo por
inyección están condicionados por las necesidades geométricas de las
piezas y los diferentes polímeros involucrados. Generalmente se
trata de disponer de sistemas rápidos de inyección, bajas
temperaturas y un ciclo de moldeo corto que asegure menores costos
de producción.
En resumen, el moldeo por inyección es una
técnica completamente desarrollada de ventajas suficientemente
conocidas, si bien presenta algunos inconvenientes desde el punto de
vista del proceso y la realización de ciertos tipos de piezas. Se
discuten a continuación dichas desventajas.
Para comenzar la fabricación de un tipo de pieza
es necesario realizar un complicado montaje del molde en el equipo
de inyección. Posteriormente, es necesario, preparar el sistema y
calibrarlo, para comenzar la tirada de una sola serie de piezas.
Dicha tirada debe ser lo suficientemente numerosa para que todo el
proceso sea rentable. Adicionalmente, debido a las altas presiones
de trabajo, los moldes utilizados son muy costosos, por lo que la
inversión, en máquina y moldes, es muy elevada.
En segundo lugar, las piezas obtenidas mediante
moldeo por inyección suelen presentar baja calidad superficial,
presentan líneas de soldadura, rechupes y están sometidas a elevadas
contracciones térmicas, lo que se debe a que la pieza ha sido
sometida a estrés térmico y mecánico. Además el volumen máximo de
las piezas fabricables mediante esta tecnología está limitado a unos
10 litros por las elevadas presiones necesarias para llenar los
moldes. Por último, existen ciertas limitaciones en las materias
primas que se usan. Por ejemplo, es necesario usar polímeros de baja
viscosidad (elevado índice de fluidez) y no es posible emplear
formulaciones con elevados cantidades de refuerzos o cargas (en la
práctica no se suelen usar cantidades de refuerzo superiores al 30%
en peso) por el incremento de viscosidad que producen estos
materiales y que dificulta el llenado del molde.
Podemos por tanto concluir que mediante el
moldeo por inyección, es posible obtener piezas compactas de
volúmenes inferiores a 10 litros asumiendo una elevada inversión
inicial y un acabado superficial mejorable. El proceso sólo resulta
rentable cuando el número de piezas fabricadas es muy elevado.
Durante las últimas décadas han surgido algunas
tecnologías que introducen variantes importantes en el proceso
tradicional de moldeo por inyección, con el objetivo de mejorar
algunos de los inconvenientes de está técnica. A continuación se
revisan los avances más destacados:
- \sqbullet
- Coinyección: El sistema de coinyección (US2009152768(A1), US200301283(A1)) posee sistemas de inyección independientes, permitiendo el uso simultáneo de materiales poliméricos estéticos y reciclados. Se diseñó como alternativa al proceso estructural de espumado. A diferencia de otros procesos multicomponente, en la coinyección uno de los materiales puede encapsular al otro. Este proceso proporciona buenos acabados superficiales, reducción de coste y en algunos casos piezas estructurales celulares. La viscosidad y temperatura de fusión de ambos componentes es el parámetro de control fundamental para que el proceso sea eficaz. Como inconvenientes, referentes al equipamiento, supone una gran inversión y amortización de moldes, y está restringido a tiradas masivas.
- \sqbullet
- Heat & Cool: El sistema Heat and Cool (JP 60 111335 A, US4963312, US6451403) se basa en un control exhaustivo de la temperatura del molde, realizando un ciclado térmico del molde que se calienta y enfría en cada ciclo para proporcionar un mejor acabado superficial, Las piezas obtenidas presentan elevado brillo y resistencia, menores tensiones internas, y reducidas líneas de unión y de flujo. Nuevamente, este sistema requiere de una gran inversión en moldes por las altas prestaciones mecánicas requeridas, además de la incorporación de un sistema de calentamiento y enfriamiento al molde y de un incremento de los tiempos de ciclo respecto al proceso convencional. En la actualidad este proceso suele estar restringido a la fabricación de piezas para los sectores de automoción y electrónico.
- \sqbullet
- GAIM: La Inyección asistida por Gas (ES 2253281T3, WO03091007A1, DE4435012 (C1)) moldea piezas plásticas con secciones huecas en su interior, consiguiendo así reducción en la cantidad de materia prima, ciclos más cortos y reducción del estrés térmico, mejorando el acabado superficial y reduciendo las fuerzas de cierre del sistema. Este sistema no es válido para la fabricación de todo tipo de piezas inyectadas y supone una gran inversión inicial, precauciones por el trabajo con gas inerte a presión, mayor especialización y mayor número de variables en el proceso de difícil control. Además, el espesor de la pieza con sección hueca no es predecible ni uniforme, aunque si es reproducible.
- \sqbullet
- WIT o WAIM: Una variante del sistema anterior es la Inyección asistida por Agua (WIT) (DE 19518963 A, US 6896844, WO2007036037), en la que se sutituye las funciones realizadas por el gas en el sistema previo por agua a presión con el objetivo de reducir el tiempo de enfriamiento. Este sistema mejora las propiedades de la pieza obtenida, el tiempo de ciclo y el control del espesor, comparando con el sistema GAIM, si bien no da solución al elevado coste del sistema y los moldes, su posible corrosión por la introducción en el sistema de agua y el difícil control de los parámetros del proceso.
- \sqbullet
- MUCELL: Por último, la tecnología Mucell (US6169122, US6231942, US6235380, etc) implementa un sistema propio de control de la estructura celular de la pieza con ventajas en el proceso de fabricación y en el coste del equipamiento, pero sólo está disponible para la fabricación de piezas celulares de diferentes materiales plásticos y de dimensiones limitadas, con reducciones de peso bajas (no suelen superar el 25% de reducción de peso) y pobres acabados superficiales.
\vskip1.000000\baselineskip
En cuanto a otras tecnologías de fabricación
independientes del moldeo por inyección, como pueden ser el moldeo
por soplado, el termoconformado, etc, no proporcionan la
versatilidad suficiente para fabricar cualquier tipo de pieza,
siendo sólo aplicables a algunas geometrías, tamaños y
materiales.
La invención se refiere a un sistema de moldeo
con moldes autoportantes que comprende:
- -
- un equipo alimentador de material de moldeo en un molde autoportante, que comprende una pluralidad de medios de alimentación de diferentes compuestos para su introducción en los moldes autoportantes como tolvas, unidades de extrusión o unidades de inyección.
- -
- un equipo accionador de un elemento calefactor del molde autoportante, situado junto al propio accionador o en el propio molde autoportante, configurado para el atemperado inicial de un molde autoportante, y para alcanzar el ciclo térmico necesario para conseguir el llenado del molde autoportante. El elemento calefactor puede ser un sistema de hornos fijo a diferentes temperaturas situado en el propio módulo de calentamiento, que proporcione las condiciones de fabricación apropiadas para cualquier pieza del sistema, y se accione por el equipo accionador del elemento calefactor, o puede ser un elemento calefactor móvil situado en el propio molde autoportante que es accionado por el equipo accionador situado en el módulo de calentamiento.
- -
- un equipo enfriador del molde autoportante lleno de material configurado para enfriar el molde autoportante, mediante aire, agua u otros medios, hasta disminuir la temperatura del molde autoportante a valores que permitan la apertura del molde sin deterioro de la forma y calidad superficial de la pieza, y
- -
- un equipo de desmoldeo de la pieza moldeada en el molde autoportante,
siendo todos ellos equipos independientes
instalados en módulos de trabajo por los que transita el molde
autoportante por medios de desplazamiento seleccionados entre
manuales y automáticos, entendiéndose por módulo de trabajo al
equipo o conjunto de equipos agrupados en un mismo lugar para la
realización de un trabajo específico sobre el molde portante, como
calentamiento (módulo de calentamiento), alimentación (módulo de
alimentación), calentamiento y alimentación (módulo de calentamiento
y alimentación), enfriamiento (módulos de enfriamiento), (módulo de
desmoldeo) desmoldeo....
\vskip1.000000\baselineskip
Ciertos materiales pueden requerir de un
mezclado y procesado previo que podría realizarse en una línea de
compounding, en un mezclador interno, en equipos para mezclado en
frío (dry blending), etc. La alimentación de los moldes puede
realizarse con la materia prima a temperaturas por encima de la de
reblandecimiento o con las materias primas en estado sólido.
Se entiende por densidad relativa, la densidad
de la pieza final obtenida dividida por la densidad del material de
partida en el proceso. Es una medida de la porosidad de la pieza
fabricada y por tanto es también una medida de la reducción de peso
lograda frente a una pieza compacta.
Se entiende por molde autoportante al sistema
acoplado de molde y sistema de cierre del mismo. El molde y su
sistema de cierre se diseñan de forma que son capaces de soportar
las presiones internas y las temperaturas a la que les somete
durante todo el proceso de fabricación. Los moldes autoportantes
usados en esta invención pueden transitar por los distintos módulos
del proceso, en los que tiene lugar las distintas etapas de
fabricación, siendo estos moldes estancos al polímero fundido. El
molde de esta invención tiene una cavidad interna en la cual se va a
fabricar la pieza.
En algunas de las variantes de esta invención el
molde autoportante tiene una cavidad previa a la cavidad interna del
molde que denominaremos colector. Ambos, molde autoportante y
colector, mediante un sistema de cierre adecuado forman una unidad
autoportante que pueden transitar por las distintas etapas del
proceso de fabricación siendo estancos al polímero fundido. La
finalidad del colector es facilitar el llenado del molde.
Todas las piezas obtenidas de manera simultánea
se han de clasificar por tipos, siendo posible una vez realizado
este proceso su adecuado embalado y almacenamiento.
Opcionalmente el sistema puede comprender:
- -
- un módulo de almacenamiento de moldes,
- como punto de partida del proceso, en el que los moldes se encuentran almacenados en esta estación ya cerrados y listos para comenzar el proceso,
- -
- un módulo de acondicionado del molde o vacío:
- En algunas variantes de la invención puede ser necesario hacer vacío en el molde, antes de la fase de alimentación, durante dicha fase o tras la misma,
- -
- un módulo para el recubrimiento interno del molde.
- En algunas variantes de esta invención puede ser necesario el recubrimiento interno del molde con materiales con capacidad para absorber gases (compuestos siliconados, polisulfonas, politetrafluoroetileno (PTFE), entre otros), este proceso podría llevarse a cabo en una fase anterior a la de alimentación del molde o bien el molde podría haber sido fabricado incorporando dichos recubrimientos.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento moldeo de piezas con moldes
autoportantes que utiliza el sistema anteriormente descrito
comprende:
- -
- una etapa de llenado de un molde autoportante que comprende alimentación del molde con material de moldeo de la pieza y calentamiento del molde autoportante, pudiéndose realizar primero el calentamiento del molde y luego la alimentación o primero la alimentación y luego el calentamiento del molde,
- -
- una etapa de enfriamiento del molde autoportante lleno y
- -
- una etapa de desmoldeo de la pieza moldeada en el molde autoportante, una vez alcanzada la temperatura de desmoldeo,
realizándose cada etapa en módulos
independientes por los que transita el molde autoportante.
\vskip1.000000\baselineskip
El llenado del interior del molde autoportante
se puede realizar mediante la alimentación en el molde de un
material polimérico mezclado con un agente espumante químico capaz
de generar una fase gaseosa, y el calentamiento se realiza por
elevación de la temperatura por encima de la temperatura de
descomposición de dicho agente espumante, que expande el material
que rellena el molde.
Opcionalmente se puede utilizar un molde
autoportante con colector, de manera que en la etapa de llenado la
alimentación puede realizarse por introducción de material
polimérico en el molde autoportante y posterior aplicación de
presión en el interior del molde autoportante a través del colector
mediante un agente espumante que expande al elevar su temperatura, o
mediante otros medios como con pistones hidráulicos o introduciendo
vapor, aceite u agua.
Las familias de piezas obtenidas mediante la
presente invención pueden clasificarse en tres categorías
principales en función de su densidad (p) y estructura interna:
Piezas compactas (\rho pieza = \rho material
de partida) con densidad relativa 1.
Piezas estructurales de densidad reducida
(\rho pieza < \rho material de partida) con densidades
relativas entre 0.02 y 0.99 y en las que el material es compacto
(denso) en las superficies y poroso en las zonas internas formando
lo que se suele denominar una estructura piel sólida - núcleo
espumado.
Piezas de densidad reducida (\rho pieza
<< \rho material de partida) con densidades relativas entre
0.02 y 0.99.
Con este novedoso sistema se consiguen
solucionar los problemas anteriormente expuestos, permitiendo
así:
- Fabricar piezas de cualquier forma, tamaño y
composición, con la posibilidad de lograr piezas de densidad
reducida.
- Lograr piezas con excelentes calidades
superficiales y con tensiones internas reducidas.
- Reducir los costes en moldes y maquinaria.
- Hacer la rentabilidad del proceso menos
dependiente del tiempo de ciclo.
- Lograr un proceso de fabricación más versátil
y que permita la fabricación de varios tipos de piezas de forma
simultanea.
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema fabricación de piezas por etapas
mediante moldes autoportantes, supone un proceso versátil para la
fabricación de piezas de muy diferentes tamaños, formas, y
composiciones químicas con excelente calidad superficial, bajas
tensiones internas, con la posibilidad de fabricar piezas de
densidad reducida usando moldes y maquinaria de bajo coste. La
tecnología permite fabricar varios tipos de piezas de forma
simultánea y elimina la necesidad de montaje de molde y calibración
del mismo inherente a los procesos de moldeo por inyección
tradicionales.
Una descripción más detallada de los aspectos
más destacados de esta tecnología es la siguiente:
\sqbullet Desde el punto de vista de la
maquinaria utilizada:
El sistema objeto de la invención es sostenible,
no es predecible el fin de su vida útil pues los elementos
formadores son independientes y reemplazables.
Permite una elevada reducción de costes,
comparado con cualquier sistema de inyección, tanto en maquinaria
como en los moldes utilizados.
El proceso es automatizado, estando los moldes
codificados de forma que la lectura del código de cada uno permita
la aplicación directa de los parámetros de proceso y la fabricación
autónoma de cada una de las piezas.
Los moldes son autónomos, sencillos y
autoportantes, suponiendo una menor inversión en el proceso y un
acceso a mayor número de piezas a fabricar.
La producción de diferentes piezas en distintos
moldes es simultánea, de modo que el proceso global pueda ser
considerado continuo, para unas mismas o diferentes piezas. Esta
característica proporciona versatilidad a todo el sistema, pudiendo
coincidir varios moldes a lo largo de todo el proceso en las
distintas estaciones.
El sistema requiere de presiones de trabajo muy
inferiores a las de la inyección convencional. Las presiones de
llenado de los moldes autoportantes están siempre por debajo de los
160 bares siendo típicamente inferiores a los 50 bares.
Es posible trabajar con varios materiales
plásticos simultáneamente.
\vskip1.000000\baselineskip
\sqbullet Desde el punto de vista de las
características de la pieza:
La pieza obtenida presenta ausencia de rechupes
y de líneas de soldadura.
Tiene un acabado superficial mejorado.
El material que compone la pieza sufre menor
estrés térmico, las presiones de trabajo son menores que las del
proceso tradicional y las contracciones térmicas están mejor
controladas.
Se reduce la densidad de la pieza fabricada
hasta el 98% en peso.
No existen limitaciones en cuanto a la
composición química de las piezas, es decir se pueden usar todo tipo
de polímeros (de alta y baja viscosidad) y todo tipo de aditivos
incluidos, cargas, nanocargas, refuerzos, ayudantes de proceso,
ignifugantes, etc. Estos aditivos se pueden incorporar en las
formulaciones en proporciones muy elevadas (hasta un 80% en peso) y
superiores a las que se pueden usar en el moldeo por inyección.
Las piezas pueden tener regiones macroscópicas
(de varias decenas de cm^{3} en volumen) con diferentes
composiciones químicas y densidades. Es decir, por ejemplo, una
misma pieza podría estar constituida por dos o más zonas fabricadas
en distintos polímeros o distintas formulaciones y además con
densidades claramente diferentes en dos o más zonas de la pieza.
Se pueden fabricar piezas con estructura piel
sólida-núcleo espumado.
\vskip1.000000\baselineskip
\sqbullet Desde el punto de vista del sistema
global:
El sistema global se encuentra dividido en
diferentes estaciones para realizar cada una de las etapas, el
tránsito entre ellas se puede realizar por medio de un autómata.
Permite la fabricación de tiradas de piezas sin
importar la cantidad a fabricar para amortizar la puesta a punto del
molde y máquina. El sistema es muy versátil y el parámetro
amortización del molde no es restrictivo.
Las condiciones de fabricación son
reproducibles.
Permite fabricar en función de las necesidades
diarias generadas (metodología Just in time), sin necesidad de
previsión y es adaptable a la producción.
Es posible fabricar piezas de gran tamaño.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
La Figura 1 muestra esquema del sistema de la
invención.
La Figura 2 muestra una vista en perspectiva de
un molde autoportante con colector.
La figura 3 muestra un esquema de una opción del
sistema en la que el procedimiento es cíclico.
En las figuras anteriormente citadas se
identifican una serie de referencias que corresponden a los
elementos indicados a continuación, sin que ello suponga carácter
limitativo alguno:
- 1.-
- Equipo de alimentación
- 2.-
- Equipo accionador del elemento calentador
- 3.-
- Equipo de enfriamiento
- 4.-
- Equipo de desmoldeo
- 5.-
- Molde autoportante
- 6.-
- Cavidad interior del molde autoportante
- 7.-
- Colector del molde autoportante
- 8.-
- Entrada de alimentación
- 9.-
- Sistema de cierre
- 10.-
- módulo de alimentación
- 11.-
- Módulo de calentamiento
- 12.-
- Módulo de enfriamiento
- 13.-
- Módulo de desmoldeo
- 14.-
- Elemento calefactor
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema de la invención de una realización
preferida, tal y como se muestra en la figura 1 comprende:
- -
- un módulo de alimentación (10) que comprende un equipo de alimentación (1) de material de moldeo en un molde autoportante, que comprende al menos una estación de alimentación con medios de alimentación de diferentes compuestos para su introducción en los moldes autoportantes,
- -
- un módulo de calentamiento (11) que comprende un equipo calentador (14) y un equipo accionador (2) de un elemento calefactor (14) del molde autoportante,
- -
- un módulo de enfriamiento (12) que comprende un equipo de enfriamiento (3) del molde autoportante lleno de material, y
- -
- un módulo de desmoldeo (13) que comprende un equipo de desmoldeo (4) de la pieza moldeada en el molde autoportante,
por los que transita el molde autoportante
(5).
\vskip1.000000\baselineskip
La fase de llenado del molde autoportante del
procedimiento de moldeo de la invención y el tipo de molde
autoportante a utilizar varía según el tipo de pieza a fabricar.
Determinadas piezas, como las piezas compactas y las piezas
estructurales de densidad reducida, se fabrican utilizando moldes
autoportantes que comprenden varias piezas que dan lugar a una
cavidad en su interior (6), un colector (7) y un sistema de cierre
(9) que asegura la estanqueidad al polímero durante el proceso de
llenado del molde. En la fabricación de las piezas de densidad
reducida el colector (7) no es necesario estando el molde formado
por un conjunto de piezas que dan lugar a una cavidad interior (6) y
un sistema de cierre (9) que asegura que el molde es estando al
polímero durante todo el proceso.
La figura 3 muestra una alternativa a la Figura
1, que muestra dos posibles caminos para el molde en la que el
circuito completo del procedimiento se cierra permitiendo que sea un
proceso cíclico.
A continuación se describe en detalle la forma
de fabricar piezas compactas, piezas estructurales de densidad
reducida y piezas de densidad reducida utilizando el sistema y
procedimiento de la invención:
Como nota aclaratoria al término "agente
espumante" utilizado a continuación, indicar que se entiende por
material espumante aquel material que cuando alcanza una temperatura
crítica, que denominaremos temperatura de descomposición, genera una
fase gaseosa. Dicha fase gaseosa puede permitir la expansión de un
segundo material en el que se haya introducido previamente el agente
espumante.
\vskip1.000000\baselineskip
El proceso de fabricación de piezas compactas
mediante el sistema de fabricación de la invención utiliza un molde
autoportante (5) con sistema colector que es sometido al siguiente
proceso:
- -
- Una primera etapa de llenado de un molde autoportante (5), que comprende un sistema colector (7), que comprende el calentamiento del molde autoportante, y la alimentación, pudiéndose realizar a la inversa, primero alimentar el molde y luego calentarlo,
- El llenado del molde se realiza por introducción en el molde autoportante de un material polimérico a temperaturas por encima de la de reblandecimiento del material o en estado sólido y la aplicación de presión en el interior del molde autoportante a través del colector (7) de manera que el material polimérico introducido en el molde, en la primera etapa, sea capaz de rellenar el volumen interno del mismo, por alguno de los siguiente métodos:
\global\parskip0.900000\baselineskip
- \sqbullet
- Mediante la introducción en el colector (7) de un material que se ha mezclado o se mezcla con un agente espumante que, una vez es calentado por encima de la temperatura de descomposición de dicho agente, genera la presión necesaria para rellenar el molde. La cantidad (volumen) de material que contiene agente espumante y la cantidad (volumen) de espumante se seleccionan de forma que el material celular queda en el interior del colector.
- \sqbullet
- Mediante pistones hidráulicos o mecánicos con accionamiento mecánico. Los pistones son externos al colector y se introducen en este para hacer la presión. Preferentemente habiéndose calentado el molde previamente aunque se puede calentar con posterioridad a la aplicación de la presión.
- \sqbullet
- Mediante vapor, aire comprimido, agua, aceite o cualquier otro fluido que pueda utilizarse a tal fin, calentándose el molde previamente o posteriormente.
- -
- Una segunda etapa de enfriamiento
- -
- Una tercera etapa de desmoldeo de la pieza interior al molde.
\vskip1.000000\baselineskip
De forma adicional puede ser necesaria la
extracción de gases internos al molde mediante un proceso de vacío
utilizando un equipo generador de vacío. Dicho proceso se realizaría
previo a la fase de alimentación del molde, durante dicha fase o una
vez que el molde haya sido alimentado.
Las piezas obtenidas mediante este proceso son
compactas y por tanto no presentan porosidad. Su densidad relativa
es igual a 1.
\vskip1.000000\baselineskip
El proceso de fabricación de piezas
estructurales de densidad reducida mediante el sistema de
fabricación de la invención, utiliza un molde autoportante con
sistema colector que es sometido al siguiente proceso:
- -
- Una primera etapa de llenado de un molde autoportante que comprende un colector, que comprende el calentamiento del molde autoportante y la alimentación del mismo, pudiéndose realizar primero la alimentación del molde y luego el calentamiento o a la inversa,
- El llenado se consigue por alimentación en el molde de un material polimérico a temperaturas por encima de la de reblandecimiento del material o en estado sólido y mediante la alimentación a través del colector de un material mezclado con un agente espumante o de un agente espumante.
- El agente espumante permite que, una vez es calentado por encima de su temperatura de descomposición, genere la presión necesaria para rellenar el molde.
- La aplicación de presión en el interior del molde autoportante a través del colector permite que el material polimérico introducido en el molde sea capaz de rellenar el volumen interno del mismo.. La cantidad de material que contiene agente espumante y la cantidad de espumante se seleccionan de forma que el material celular generado en el colector sea capaz de introducirse en la pieza dando lugar a una pieza con estructura celular interna y por tanto con una porosidad controlable. Estas piezas presentan densidades relativas en el rango 0.02 a 0.99.
- -
- una segunda etapa de enfriamiento
- -
- una tercera etapa de desmoldeo de la pieza interior al molde
\vskip1.000000\baselineskip
De forma adicional puede ser necesaria la
extracción de gases internos al molde mediante un proceso de vacío.
Dicho proceso se realizaría previo a la fase de alimentación del
molde con un generador de vacío, durante dicha fase o una vez que el
molde haya sido alimentado.
\vskip1.000000\baselineskip
El proceso de fabricación de piezas de densidad
reducida mediante el sistema de fabricación de la invención, utiliza
un molde autoportante sin sistema colector que es sometido al
siguiente proceso:
- -
- Una primera etapa de llenado del molde por calentamiento del molde y alimentación pudiéndose realizar a la inversa, primero alimentar el molde y luego calentarlo.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- El llenado del molde se realiza por introducción de un material polimérico a temperaturas por encima de la de reblandecimiento del material o en estado sólido en el molde y de un agente espumante químico que es capaz de generar una fase gaseosa cuando la temperatura se eleva por encima de la temperatura de descomposición de dicho agente. Dicho gas expande el material que rellena el molde.
- Las piezas obtenidas mediante este proceso son celulares y por tanto presentan porosidad. El rango de densidad relativa alcanzable mediante este proceso está entre 0.02 y 0.99.
- -
- Una segunda etapa de enfriamiento, y
- -
- Una etapa final de desmoldeo de la pieza interior al molde.
\vskip1.000000\baselineskip
De forma adicional puede ser necesaria la
extracción de gases internos al molde mediante un proceso de vacío.
Dicho proceso se realizaría previo a la fase de alimentación del
molde, durante dicha fase o una vez que el molde haya sido
alimentado.
Dentro del campo de la fabricación de piezas de
densidad reducida existen aspectos que permitan lograr estructuras
específicas en las piezas como por ejemplo calidades superficiales
mejoradas o pieles internas. Así por ejemplo si se desea obtener una
estructura piel-núcleo se pueden recubrir la zonas
internas de la cavidad del molde en las que se desea obtener dicha
estructura con un material capaz de disolver gas y estable
térmicamente a temperaturas superiores a la de espumación. Algunos
ejemplos de estos materiales son siliconas, polisulfonas o
poitetrafluoroetileno (PTFE). Mediante este procedimiento se
fabrican piezas celulares con estructura piel-núcleo
y densidades relativas en el rango 0.02-0.99.
Si además se desean lograr zonas sólidas no
espumadas en el interior del núcleo interno espumado, esto se puede
lograr introduciendo partículas sólidas de un material capaz de
disolver gas y estables a temperaturas superiores a la de
descomposición del agente espumante en la mezcla de materias primas
usadas para alimentar el molde.
Para los tres tipos de piezas mencionadas
previamente (compactas, estructurales de densidad reducida y de
densidad reducida) existe la posibilidad de fabricar piezas con
composiciones químicas y/o densidades variables a lo largo de la
pieza. Para ello en la fase de alimentación el molde se alimentaría
con diversos materiales cada uno de ellos con distintas
composiciones químicas y/ o cantidades o tipo de agentes espumantes.
Durante la fase de llenado la pieza quedaría constituida por
regiones macroscópicas de composiciones químicas diversas y/o
densidades que podrían variar de forma significativa de unas zonas a
otras.
Una aplicación práctica de la invención sería la
fabricación de piezas estructurales con pieles densas y cores
celulares para lo que en la etapa de llenado del molde se realiza
una alimentación del molde autoportante en el módulo de
alimentación, en tres subetapas:
- -
- inicialmente se introduce material que no incorpora agente espumante que se sitúa en la parte inferior del molde,
- -
- a continuación se introduce material que incorpora un agente espumante o que se mezcla con un agente espumante, de manera que este material se sitúa en la zona intermedia del molde.
- -
- finalmente se vuelve a incorporar un material que no incorpore agente espumante y que se sitúa en la parte superior del molde.
\vskip1.000000\baselineskip
Una vez que el molde ha pasado por los módulos
de alimentación, calentamiento y enfriamiento, para lograr el
llenado del mismo y la conformación de la pieza, se obtiene una
pieza con pieles densas y cores celulares dado que la estructura
celular se genera fundamentalmente en las zonas en las que se
incorporó un agente espumante.
Claims (24)
1. Sistema de moldeo de piezas con moldes
autoportantes (5) caracterizado por que comprende:
- -
- un equipo alimentador (1) de material de moldeo en un molde autoportante, que comprende una pluralidad de medios de alimentación de diferentes compuestos,
- -
- un equipo accionador (2) de un elemento calefactor (14) del molde autoportante,
- -
- un equipo enfriador (3) del molde autoportante lleno de material, y
- -
- un equipo desmoldeador (4) de la pieza moldeada en el molde autoportante,
siendo todos ellos equipos independientes
instalados en módulos de trabajo por los que transita el molde
autoportante (5).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de moldeo según reivindicación 1
caracterizado por que comprende un equipo generador de vacío
en el molde.
3. Sistema de moldeo según reivindicaciones
1-2 caracterizado por que comprende un equipo
generador de presión seleccionado entre pistones hidráulicos o
mecánicos.
4. Sistema de moldeo de piezas con moldes
autoportantes según reivindicación 1 caracterizado por que
comprende:
- -
- un módulo de alimentación (10) que comprende el equipo alimentador (1),
- -
- un módulo de calentamiento (11) que comprende el equipo accionador (2) de un elemento calefactor (14),
- -
- un módulo de enfriamiento (12) que comprende un equipo de enfriamiento (3) y
- -
- un módulo de desmoldeo (13) que comprende un equipo de desmoldeo (4).
\vskip1.000000\baselineskip
5. Sistema de moldeo de piezas con moldes
autoportantes según reivindicación 1 caracterizado por que
comprende:
- -
- un módulo de calentamiento y alimentación que comprende el equipo alimentador (1) y el equipo accionador (2) de un elemento calefactor (14),
- -
- un módulo de enfriamiento (12) que comprende un equipo de enfriamiento (3) y
- -
- un módulo de desmoldeo (13) que comprende un equipo de desmoldeo (4).
\vskip1.000000\baselineskip
6. Sistema de moldeo según reivindicaciones 4 y
5 caracterizado por que comprende un módulo de
acondicionamiento del molde autoportante que comprende un equipo
generador de vacío que se utiliza para hacer vacío en el interior
del molde.
7. Sistema de moldeo según reivindicaciones
anteriores caracterizado por que comprende medios de
desplazamiento automáticos que conectan los módulos (10, 11, 12, 13)
por los que transita el molde autoportante (5).
8. Sistema de moldeo de piezas con moldes
autoportantes según reivindicaciones 1-7
caracterizado por que el elemento calefactor (14) es al menos
un horno fijo accionable por el equipo accionador (2) junto al que
se sitúa.
9. Sistema de moldeo de piezas con moldes
autoportantes según reivindicaciones 1-7
caracterizado por que el elemento calefactor (14) accionable
por el equipo accionador (2) está situado en el propio molde
autoportante (5).
10. Sistema de moldeo de piezas con moldes
autoportantes según reivindicación 1 caracterizado por que el
molde autoportante (5) comprende un conjunto de piezas con una
cavidad en su cara interior (6), un sistema de cierre (9) y un
colector (7).
11. Sistema de moldeo de piezas con moldes
autoportantes según reivindicación 2 caracterizado por que el
módulo de calentamiento (11) comprende al menos un pistón
seleccionado entre hidráulico o mecánico de aplicación de presión en
el interior del molde autoportante (5).
\newpage
12. Procedimiento de moldeo de piezas con moldes
autoportantes (5) caracterizado por comprender:
- -
- una etapa de llenado de un molde autoportante que comprende alimentación del molde y calentamiento del molde autoportante (5),
- -
- una etapa de enfriamiento del molde autoportante (5) lleno y
- -
- una etapa de desmoldeo de la pieza moldeada en el molde autoportante (5), una vez alcanzada la temperatura de desmoldeo,
realizándose cada etapa en módulos
independientes (10, 11, 12, 13) por los que transita el molde
autoportante (5).
\vskip1.000000\baselineskip
13. Procedimiento de moldeo de piezas según
reivindicación 12 caracterizado por que el llenado del molde
autoportante se realiza por alimentación del molde y posterior
calentamiento del molde autoportante.
14. Procedimiento de moldeo de piezas según
reivindicación 12 caracterizado por que el llenado del molde
autoportante se realiza por calentamiento previo del molde
autoportante y posterior alimentación del molde.
15. Procedimiento de moldeo de piezas según
reivindicación 12-14 caracterizado por que el
llenado del interior del molde autoportante se realiza mediante la
introducción en el molde (5) de un material polimérico mezclado con
un agente espumante químico capaz de generar una fase gaseosa, y el
calentamiento se realiza por elevación de la temperatura del molde
por encima de la temperatura de descomposición de dicho agente
espumante, que expande el material que rellena el molde.
16. Procedimiento de moldeo de piezas según
reivindicaciones 12-14 caracterizado por que
se utiliza un molde autoportante (5) que comprende un colector (7),
de manera que en la etapa de llenado del molde autoportante (5), la
alimentación del molde (5) se realiza por alimentación del molde
autoportante (5) con material polimérico (7) y posterior aplicación
de presión en el interior del molde autoportante (5) a través del
colector (7).
17. Procedimiento de moldeo según reivindicación
16 caracterizado porque la presión se aplica mediante la
introducción en el colector (7) de un material mezclado con agente
espumante o de un agente espumante.
18. Procedimiento de moldeo según reivindicación
17 caracterizado por que el volumen de material que contiene
agente espumante y el volumen de espumante se seleccionan de forma
que el material celular generado en el colector (7) limita su
volumen a dicho colector (7).
19. Procedimiento de moldeo por inyección según
reivindicación 17 caracterizado por que el volumen de
material que contiene agente espumante y el volumen de espumante se
seleccionan de forma que el material celular generado en el colector
(7) se introduce en la cavidad interior (6) del molde autoportante
(5).
20. Procedimiento de moldeo según reivindicación
16 caracterizado porque la presión se aplica mediante
pistones hidráulicos o mecánicos con accionamiento mecánico.
21. Procedimiento de moldeo según reivindicación
16 caracterizado por que la presión se aplica mediante la
introducción en el colector de un fluido seleccionado entre vapor,
aire comprimido, agua y aceite.
22. Procedimiento de moldeo según
reivindicaciones 12-21 caracterizado por que
comprende una etapa adicional de extracción de gases internos al
molde autoportante mediante un proceso de vacío.
23. Procedimiento de moldeo según
reivindicaciones 12-21 caracterizado por que
comprende una etapa inicial de recubrimiento interno del molde
autoportante con materiales con capacidad para absorber gases.
24. Procedimiento de moldeo según
reivindicaciones 12 a 23 caracterizado porque en la etapa de
llenado, se realiza una alimentación del molde autoportante en tres
subetapas:
- -
- inicialmente se introduce material que no incorpora agente espumante que se sitúa en la parte inferior del molde,
- -
- a continuación se introduce material que incorpora un agente espumante o que se mezcla con un agente espumante, de manera que este material se sitúa en la zona intermedia del molde.
- -
- finalmente se vuelve a incorporar un material que no incorpore agente espumante y que se sitúa en la parte superior del molde.
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ES201130271A ES2364263B2 (es) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Sistema y procedimiento de moldeo de piezas con moldes autoportantes. |
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ID=44370706
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