ES2824504T3

ES2824504T3 - Cierre de boquilla para sistema de moldeo por inyección

Info

Publication number: ES2824504T3
Application number: ES15865229T
Authority: ES
Inventors: Richard Ernest Fitzpatrick
Original assignee: Extrude to Fill Inc
Current assignee: Extrude to Fill Inc
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: CA2969701C; AU2015357525B2; US9623593B2; US20160158981A1; MX2022002907A; AU2019284022B2; CN107206652B; EP3227081A4; EP3227078A4; US11292178B2; KR20170093172A; JP2022153602A; KR20170090465A; EP3227081A1; JP2018503546A; KR20200139847A; CA2969701A1; CA2969710A1; MX2017007310A; US20180029262A1

Abstract

Un aparato de moldeo por inyección que comprende: un barril (106); una boquilla (108) que encierra un extremo del barril (106) y que define una porción de punta de boquilla (306) con una abertura (114) en comunicación fluida con una parte interior del barril (106); y un tornillo de extrusión (104) posicionado al menos parcialmente dentro del barril (106) y capaz de rotar en relación con el barril (106), incluyendo el tornillo de extrusión (104) una punta de tornillo (102) configurada para prevenir la formación de una gota fría en la abertura de la boquilla (108); en donde un movimiento axial relativo entre el barril (106) y el tornillo de extrusión (104) abre o cierra la abertura de la porción de punta de boquilla (306) para permitir o prevenir, respectivamente, que el material fluya a través de la abertura (114) de la porción de punta de boquilla (306); y en donde la punta de tornillo (102) comprende: una porción de punta de tornillo (202); una porción cilíndrica no roscada (206); y una porción de transición en ángulo (204) que conecta la porción de punta de tornillo (202) con la porción cilíndrica roscada (206); y en donde la porción de punta de tornillo (202) tiene una forma que coincide con la geometría de la abertura (114) de la porción de punta de boquilla (306); caracterizado por que la porción de transición en ángulo (204) tiene una forma que coincide con la geometría de una superficie interior de una pared lateral de la porción de punta de boquilla (306) de manera que la punta de tornillo (102) es configurada para sellar la abertura (114) en la porción de punta de boquilla (306).

Description

DESCRIPCIÓN

Cierre de boquilla para sistema de moldeo por inyección

Campo técnico

La presente divulgación está dirigida a un sistema de moldeo por inyección. De manera más específica, la presente divulgación está dirigida a un sistema de moldeo por inyección que incluye un aparato de cierre de boquilla. Por ejemplo, el sistema de moldeo por inyección puede incluir una punta de tornillo de extrusión configurada para cerrar o cortar el suministro de una boquilla.

Antecedentes de la técnica

Un sistema tradicional de moldeo por inyección funde un material, como un plástico, principalmente por medio de calor de cizalla generado dinámicamente por la rotación de un tornillo. El sistema tradicional de moldeo por inyección presenta un barril con una abertura ubicada en una tolva en la que los gránulos de plástico entran en el sistema y una boquilla por la que el plástico sale del barril durante la inyección. Entre la abertura de la tolva y la boquilla, el tornillo ejerce presión sobre la resina de plástico para generar calor de cizalla, desplazando el plástico fundido a la zona de inyección durante una fase de extrusión de recuperación del ciclo de moldeo. Dicho sistema de generación de calor de cizalla se basa en la formación de una gota fría en la boquilla para contener el plástico entre cada inyección. La gota fría sella la boquilla después del ciclo de inyección y previene que fluya plástico adicional a través de la boquilla durante la fase de extrusión de recuperación que se produce entre las inyecciones de moldeo, atrapando el plástico en el barril de manera que es posible aplicar presión para generar calor de cizalla. Sin embargo, la gota fría requiere una muy alta presión para desplazarse y permitir que la resina fundida fluya a través de la boquilla durante el siguiente ciclo de inyección. La presión aplicada para desplazar la gota fría es en gran medida absorbida por el volumen de plástico entre la punta de tornillo y la boquilla. Una vez se ha desplazado la gota fría, la alta presión empuja a la resina fundida hacia el interior de una cavidad del molde a través de una compuerta de molde (por ejemplo, una entrada hacia el interior de la cavidad del molde) y de guías o canales para entregar la fundición en la cavidad del molde. Es común que un sistema de moldeo por inyección tradicional tenga una presión de inyección de entre 20.000 y 30.000 psi para obtener una presión de 500-1500 psi en la cavidad del molde. Debido a la alta presión, el sistema tradicional de moldeo por inyección incluye típicamente un barril que tiene una sección de pared pesada o gruesa, que reduce la conducción de calor al plástico desde los calentadores de banda que rodean al barril. La gota fría provoca una de las mayores ineficiencias del sistema tradicional de moldeo por inyección.

Entre los documentos que podrían estar relacionados a la presente divulgación en cuanto a que incluyen varios sistemas de moldeo por inyección se encuentran la patente estadounidense n.° 7,906,048, la patente estadounidense n.° 7,172,333, la patente estadounidense n.° 2,734,226, la patente estadounidense n.° 4,154,536, la patente estadounidense n.° 6,059,556 y la patente estadounidense n.° 7,291,297. Estas propuestas, sin embargo, pueden ser mejoradas. Los documentos US2003/075833 A1 y DE 10 2006 044 913 A1 divulgan un aparato de moldeo por inyección que comprende un tornillo de extrusión que incluye una punta de tornillo, en donde una porción de la punta de tornillo tiene una forma que coincide con la geometría de la abertura de una porción de la punta de la boquilla. Sigue siendo necesario resolver los problemas de los sistemas de moldeo por inyección actuales para desarrollar un sistema automatizado y más eficiente que pueda proporcionar una flexibilidad adicional para diversas aplicaciones. Breve resumen

La presente divulgación proporciona en general un sistema de moldeo por inyección, que puede denominarse en el presente documento como aparato, máquina o sistema de moldeo por inyección extrude-to-fill (ETF). El sistema de moldeo por inyección incluye por lo general un aparato de cierre de boquilla. El aparato de cierre de boquilla puede incluir una punta de tornillo que abre y cierra una boquilla. Al utilizar la punta de tornillo para abrir y cerrar la boquilla, se elimina la gota fría utilizada en los sistemas de moldeo por inyección tradicionales, lo cual permite que el sistema de moldeo por inyección opere a una presión de inyección inferior. La presión de inyección inferior permite que el grosor del barril sea reducido, lo cual resulta en un calentamiento conductivo más eficaz que aporta la mayor parte del calor necesario para fundir los materiales en el barril.

Se proporciona un aparato de moldeo por inyección de acuerdo con la reivindicación adjunta 1.

En una realización, se proporciona un método de acuerdo con la reivindicación adjunta 14 para fabricar un componente de plástico.

En algunas realizaciones, la punta de tornillo puede ser un componente separado del tornillo de extrusión. En algunas realizaciones, la punta de tornillo puede estar integrada con el tornillo de extrusión.

En algunas realizaciones, una boquilla puede ser un componente fijado al barril. En algunas realizaciones, la boquilla puede estar integrada dentro del molde de inyección y ser denominada en el presente documento como inserto de boquilla.

En la descripción que se incluye a continuación se exponen en parte otras realizaciones y características, que serán más evidentes para los expertos en la técnica tras examinar las especificaciones o que pueden aprenderse mediante la práctica de la materia divulgada. Una mejor comprensión de la naturaleza y de las ventajas de la presente divulgación puede lograrse por referencia a las porciones restantes de la especificación y de los dibujos, que forman parte de esta divulgación.

Breve descripción de los dibujos

La descripción se entenderá mejor haciendo referencia a las siguientes figuras y gráficos de datos, que se presentan como diversas realizaciones de la divulgación y que no deben interpretarse como una recitación completa del alcance de la divulgación, en donde:

-La figura 1 es una vista seccional de un sistema de moldeo por inyección extrude-to-fill (ETF) con una punta de tornillo para cerrar o cortar el suministro de una boquilla que encaja en un molde de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación.

-La figura 2 es una vista en perspectiva de una punta de tornillo de un sistema de moldeo por inyección ETF de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación.

-La figura 3A es una vista en perspectiva frontal de una boquilla de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación.

-La figura 3B es una vista frontal de la boquilla de la figura 3A.

-La figura 3C es una vista en perspectiva trasera de la boquilla de la figura 3A.

-La figura 4 es una vista seccional de la punta de tornillo de la figura 2 cerrando o corta el suministro de la boquilla de las figuras 3A-3C de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación.

-La figura 5 es una vista en perspectiva de una boquilla antes de su ensamblaje de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación.

-La figura 6 es una vista seccional de la punta de tornillo ensamblada de la figura 2 con la boquilla de la figura 5.

-La figura 7A muestra la boquilla en una posición cerrada de acuerdo con realizaciones no cubiertas por las reivindicaciones adjuntas.

-La figura 7B muestra la boquilla de la figura 7A en una posición abierta de acuerdo con realizaciones no cubiertas por las reivindicaciones adjuntas.

-La figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra los pasos para moldear una parte utilizando un sistema de moldeo por inyección ETF de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación.

Descripción detallada

La presente divulgación puede entenderse haciendo referencia a la descripción detallada incluida a continuación, tenida en cuenta de manera conjunta con los dibujos según se describen más abajo. Cabe señalar que, a efectos de una mayor claridad ilustrativa, algunos elementos de varios dibujos podrían no estar dibujados a escala.

La presente divulgación proporciona generalmente una punta de tornillo configurada para cerrar o cortar el suministro de una boquilla para un aparato, una máquina o un sistema de moldeo por inyección, al que puede hacerse referencia en este documento como un sistema de moldeo por inyección extrude-to-fill (ETF). La punta de tornillo ayuda a lograr una inyección más eficiente para el sistema de moldeo por inyección ETF, puesto que no es necesario desplazar ninguna gota fría a alta presión como sí ocurre en el sistema tradicional de moldeo por inyección. El sistema de moldeo por inyección ETF utiliza la punta de tornillo para sellar la boquilla entre las inyecciones de moldeo. La boquilla puede abrirse separando una punta de un tornillo de extrusión de una abertura formada en la boquilla, y la boquilla puede cerrarse posicionando la punta del tornillo de extrusión en acoplado de manera sellada con la boquilla.

El sistema de moldeo de inyección puede utilizar un tornillo que incluye una punta de tornillo con una geometría que coincide con una boquilla de manera que el flujo de material es prohibido cuando la punta de tornillo se engancha en la boquilla y el material fluye libremente cuando la punta de tornillo es desenganchada de la boquilla. En algunas realizaciones, el tomillo puede oscilar entre una posición abierta, en la que la punta de tomillo es desenganchada de la boquilla, y una posición cerrada, en la que la punta de tornillo queda enganchada con la boquilla. La rotación del tornillo puede cambiar su posición axial para abrir y cerrar la boquilla. En otras palabras, un solo cilindro o motor puede mover el tornillo y hacer avanzar la punta de tornillo para que quede enganchada o desenganchada con la boquilla para prevenir o permitir, respectivamente, el flujo de material hacia el interior de una cavidad definida por un molde. En algunas realizaciones, el tornillo es giratorio, pero está fijado en una dirección axial. En estas realizaciones, un barril, en el que se posiciona el tornillo, puede ser móvil en una dirección axial en relación con el tornillo. La boquilla puede estar fijada al barril de manera que el movimiento del barril hacia el molde sella la boquilla contra el canal de colada o la compuerta de molde, y este movimiento del barril abre la boquilla y permite que el material fluya desde el interior del barril hacia el interior de la cavidad del molde. El barril puede aplicar presión a la boquilla para sellar la interfaz existente entre la boquilla y el canal de colada o la compuerta de molde. En estas realizaciones, es posible añadir un motor al tornillo para rotar al tornillo y es posible añadir un cilindro al barril para mover el barril hacia adelante y hacia atrás para mover la boquilla de manera que entre en contacto o se separe del canal de colada o de la compuerta de molde.

El sistema de moldeo por inyección ETF facilita el uso de la conducción de calor estático para fundir el material, como el plástico, dado que el sistema de moldeo por inyección utiliza una menor presión porque no se forma gota fría entre las inyecciones de moldeo, lo cual permite que el barril tenga una pared más fina. Al utilizar la conducción de calor estático para fundir material, y la punta de tornillo para sellar la boquilla sin que se forme gota fría entre las inyecciones de moldeo, el sistema de moldeo por inyección puede extrudir de forma intermitente, y a demanda, bajo una presión significativamente más baja que el sistema tradicional de moldeo por inyección. La resistencia al flujo de material es una función de la viscosidad del material, y la conducción de calor estático del sistema de moldeo por inyección garantiza una temperatura y una viscosidad del material constantes y controladas. En algunas realizaciones, el sistema de moldeo por inyección puede generar la misma presión que la presión existente en la cavidad del molde o una presión de inyección ligeramente superior, como, por ejemplo, una presión de inyección un 5-10 % más alta, que la presión existente en la cavidad del molde. En algunas aplicaciones de moldeo, el sistema de moldeo por inyección puede requerir una presión de inyección de solo 500-1500 psi para llenar un molde. La constancia de la temperatura y la viscosidad puede dar lugar a una densidad de la pieza moldeada más uniforme, así como a una menor deformación y a un menor torcimiento de la pieza después del moldeo. Por lo general, en el sistema tradicional se requiere una presión de moldeo por inyección superior, por ejemplo, de entre 20.000 y 30.000 psi, debido a una temperatura y a una viscosidad no uniformes provocadas por la generación del calor de cizalla y por la necesidad de eliminar la gota fría. Ello puede dar lugar a una mayor variación de la densidad y a la deformación de la pieza en las piezas moldeadas. Es posible que se dé una gran diferencia de presión en el sistema tradicional entre las regiones cercanas a la boquilla y en el interior de la cavidad del molde y, por tanto, se pueden producir piezas de menor uniformidad.

La figura 1 es una vista seccional de un sistema de moldeo por inyección, denominado en el presente documento aparato, máquina o sistema de moldeo por inyección ETF, con una punta de tornillo 102 que es operable para cerrar o cortar el suministro de una boquilla 108 que encaja en un molde 112 de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación. En la figura 1, la punta de tornillo 102 está en una posición abierta para permitir que el material fluya hacia el interior de una cavidad del molde definida por el molde 112. En la posición abierta de la figura 1, la punta de tornillo 102 está separada de la boquilla 108 para permitir que el material 116, denominado en el presente documento como resina fundida, fluya a través de una abertura 114 formada en la boquilla 108.

En el ejemplo ilustrado en la figura 1, la boquilla 108 se forma como un inserto de boquilla, que encaja en el molde 112. En la figura 1, la boquilla 108 es recibida al menos parcialmente en una entrada o en un acceso del molde 112 y se engancha con el molde 112 de manera sellada. La boquilla 108 puede incluir una brida periférica que colinda con el molde 112 cuando la boquilla 108 es insertada en su totalidad en la entrada o en el acceso definido por el molde 112. La brida puede contribuir al acople de manera sellada entre la boquilla 108 y el molde 112. Haciendo referencia a la figura 1, la abertura 114 se forma en la boquilla 108 y proporciona un pasaje para inyectar el material 116 desde el interior de un barril 106 del sistema de moldeo de inyección hacia el interior de una cavidad del molde definida por el molde 112. Tal y como se ilustra en la figura 1, cuando la punta de tornillo 102 se separa de la boquilla 108, una resina fundida 116 puede fluir alrededor de la punta de tornillo 102, a través de la abertura 114 de la boquilla 108 y hacia el interior de la cavidad del molde definida por el molde 112. Tal y como se discutirá en mayor detalle a continuación, el flujo de la resina fundida 116 puede ser causado por la rotación de un tornillo de extrusión 104.

Volviendo a hacer referencia a la figura 1, el tornillo de extrusión 104 puede ser colocado dentro del barril 106. El tornillo de extrusión 104 puede incluir la punta de tornillo 102, que está configurada o conformada para coincidir con la geometría de la boquilla 108 cerca de la abertura 114. El tornillo de extrusión 104 es colocado en el interior del barril 106 y puede rotar dentro del barril 106 en dos direcciones, por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj. En algunas realizaciones, el tornillo de extrusión 104 puede moverse axialmente a lo largo del eje 118 hacia adelante en dirección hacia la abertura 114 y desplazarse axialmente hacia atrás alejándose de la abertura 114 de la boquilla 108. Tal y como se ilustra en la figura 1, el extremo 122 del barril 106 puede encajar dentro de la boquilla 108. En la realización ilustrada, se fija un calentador 110 en la superficie exterior del barril 106. En esta realización, el calentador 110 está fuera del molde 112. En algunas realizaciones, el calentador puede extenderse hasta el extremo 122 del barril 106 y puede encajar dentro de la boquilla 108 (véase la figura 6).

Tal y como se muestra en la figura 1, la punta de tomillo 102 está separada de la boquilla 108 a una distancia de la abertura 114 de la boquilla 108, que está en una posición abierta para permitir que el material 116 fluya hacia el interior de la cavidad definida por el molde 112 a través de la abertura 114. La punta de tornillo 102 de la realización ilustrada incluye una porción de transición en ángulo para ayudar a que el material fluya. La porción de transición en ángulo puede formarse en un ángulo a, identificado por las flechas 120 en la figura 1, en relación con un eje longitudinal del tornillo de extrusión 104, como el eje 118. El ángulo a puede variar en función de la aplicación del molde. En algunas realizaciones, el ángulo a puede ser de entre 15 y 45°. Los ángulos más pequeños pueden ayudar a que el material 116 fluya mejor, pero aumentarían la longitud de la porción en ángulo de la punta de tornillo 102. Preferiblemente, el ángulo a puede ser de entre 20 y 40°, y más preferiblemente de entre 25 y 35°.

La punta de tornillo 102 puede extenderse axialmente en la boquilla 108 y encajar con precisión dentro de la boquilla 108 para sellar la boquilla 108 y cerrar la abertura 114, restringiendo de esta forma el flujo del material 116 a través de la abertura 114. En algunas realizaciones, la punta de tornillo 102 se mueve a lo largo del eje 118 hacia la abertura 114. La punta de tornillo 102 puede sellar la abertura 114 de la boquilla 108 para prevenir que entre más resina fundida 116 de la cuenta en el molde 112. La punta de tornillo 102 puede desplazar la resina fundida 116 que normalmente formaría una gota fría antes de la fase de extrusión de recuperación del proceso de moldeo por inyección tradicional.

Como un ejemplo de dimensión de la punta de tornillo, la punta de tornillo 102 puede alejarse a una distancia de la boquilla para permitir el flujo de material hacia el interior de la cavidad del molde 112. Por ejemplo, la distancia puede ser de, aproximadamente, 0,25 pulgadas. La abertura puede ser proporcional al diámetro de la raíz del tornillo. La abertura 114 puede tener 0,25 pulgadas de diámetro, mientras que el tornillo de extrusión 104 puede tener un diámetro interno 124 de 0,5 pulgadas. El barril 106 puede tener un diámetro interno de 0,75 pulgadas y un diámetro externo de 1,0 pulgadas. El ángulo a de la punta con respecto a la dirección axial puede ser de unos 30°. Los expertos en la técnica apreciarán que las dimensiones y las formas del inserto de boquilla, del barril y del tornillo podrían variar.

Un soporte, como un cilindro (no mostrado), puede colocarse en un extremo posterior del tornillo de extrusión 104, de manera opuesta a un extremo frontal en el que la punta de tornillo 102 está ubicada. Cuando el ciclo de inyección comienza, el soporte puede ser liberado del extremo posterior del tornillo de extrusión 104 para permitir que el tornillo de extrusión 104 se mueva hacia atrás. Cuando el tornillo de extrusión 104 empieza a rotar, la punta de tornillo 102 puede moverse de manera inmediata hacia atrás axialmente para abrir la boquilla 108, de manera que la resina fundida 116 puede ser inyectada o bombeada hacia el molde 112 a través de la abertura 114.

Cuando el ciclo de inyección es completado, por ejemplo, el molde 112 es llenado, el tornillo de extrusión 104 invierte su rotación para mover el tornillo 104 hacia adelante axialmente hasta que la punta de tornillo 102 cierra o corta el suministro de la boquilla 108. El soporte o cilindro puede ser activado para avanzar durante la inversión del tornillo para garantizar el cierre o el sellado de la boquilla 108.

Además, o como alternativa al movimiento axial de la punta de tornillo 102 con respecto a la boquilla 108 para abrir o cerrar la abertura 114 de la boquilla 108, la boquilla 108 puede moverse axialmente con respecto a la punta de tornillo 102 para abrir o cerrar la abertura 114 de la boquilla 108. En algunas realizaciones, el barril 106 está fijado a la boquilla 108 y el barril 106 puede moverse axialmente a lo largo del eje 118 en relación con la punta de tornillo 102, causando así que la boquilla 108 se mueva en relación con la punta de tornillo 102. Desde una posición cerrada, el barril 102 puede moverse hacia adelante en relación con la punta de tornillo 102, haciendo que la boquilla 108 se aleje de la punta de tornillo 102 y abra la abertura 114 de la boquilla 108 para permitir que el material 116 fluya a través de la abertura 114 y hacia el interior de una cavidad definida por el molde 112. Desde esta posición abierta, el barril 102 puede moverse hacia atrás en relación con la punta de tornillo 102, haciendo que la boquilla 108 se enganche a la punta de tornillo 102 y cierre la abertura 114 de la boquilla 108 para prevenir que el material 116 fluya a través de la abertura 114. El barril 106 puede estar acoplado operativamente a un cilindro que mueve el barril 106 entre sus posiciones abierta y cerrada y ejerce presión sobre el barril 106 para sellar la boquilla 108 contra el molde 112 cuando el barril 106 está en la posición abierta. El cilindro puede hacer oscilar el barril 106, y, por tanto, la boquilla 108, entre sus posiciones abierta y cerrada. En algunas realizaciones, el tornillo 104 está fijado axialmente y el tornillo 104 rota dentro del barril 106 cuando el barril 106 está en la posición abierta para bombear el material 116 a través de la abertura 114 de la boquilla 108 hacia el interior de una cavidad definida por el molde 112.

En algunas realizaciones, la punta de tornillo 102 puede ser un componente separado del tornillo de extrusión 104. La figura 2 es una vista en perspectiva de la punta de tornillo de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación. Tal y como se muestra, una punta de tornillo 200 incluye una porción de punta de tornillo 202 que coincide con la abertura 114 de la boquilla 108. La porción de punta de tornillo 202 puede tener una forma de un disco o de una placa de cualquier forma, incluyendo forma circular, cuadrada, rectangular u oval, entre otras. La punta de tornillo 200 incluye una porción cilindrica no roscada 206. La punta de tornillo 200 incluye una porción de transición en ángulo 204 que conecta la porción de punta de tornillo 202 con la porción cilindrica 206. La porción de transición en ángulo 204 puede tener un ángulo p de entre 15 y 45°. Ángulos más pequeños pueden ayudar a que el material fluya mejor, pero aumentan la dimensión de la punta. Preferiblemente, el ángulo p puede ser de entre 20 y 40°, más preferiblemente de entre 25 y 35°.

La punta del tomillo 200 puede fijarse al tomillo de extrusión 104 de varias maneras, entre las que se incluye un enganche roscado, un enganche de pasador o un enganche de encaje a presión, entre otros. Por ejemplo, la punta de tornillo 200 puede incluir una porción cilíndrica roscada 210 con roscas exteriores que coinciden con las roscas interiores del tornillo de extrusión 104 cerca del extremo del tornillo 104, de manera que la punta de tornillo 200 puede fijarse al extremo del tornillo de extrusión 104. La punta de tornillo 200 puede incluir una porción de brida central 208 entre la porción cilíndrica no roscada 206 y la porción cilíndrica roscada 210. La porción de brida central 208 puede extenderse radialmente desde la porción cilíndrica no roscada 206 y la porción cilíndrica roscada 210 para posicionar la punta de tornillo 200 correctamente sobre el tornillo de extrusión 104.

La punta de tornillo 200 puede ser configurada para encajar en una boquilla 300, tal y como se muestra en las figuras 3A-3C. La figura 3A es una vista en perspectiva frontal de una boquilla de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación. La figura 3B es una vista frontal de la boquilla de la figura 3A. La figura 3C es una vista en perspectiva trasera de la boquilla de la figura 3A. La boquilla 300 puede incluir una porción de punta de boquilla 306 con una abertura 302, lo cual permite que un material sea inyectado en un molde. La abertura 302 puede tener una forma circular como se muestra o cualquier otra forma.

La boquilla 300 puede fijarse a un barril (por ejemplo, el barril 402 en la figura 4) de varias maneras, entre las que se incluyen un enganche roscado, un enganche de pasador, un enganche de encaje a presión, entre otros. Por ejemplo, la boquilla 300 puede incluir una porción de barril roscada 304 con roscas exteriores que coinciden con las roscas interiores de un barril cerca de un extremo del barril, de manera que la boquilla 300 puede estar unida al extremo del barril (por ejemplo, el barril 402 de la figura 4). La boquilla 300 puede incluir una porción de brida 308 que conecta, y se coloca entre, la porción de punta 306 y la porción de barril roscada 304. La porción de brida 308 y la porción de punta 306 pueden estar configuradas para encajar en un molde.

La figura 4 es una vista seccional de la punta de tornillo 200 de la figura 2 cerrando o corta el suministro de la boquilla 300 de las figuras 3A-3C de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación. La figura 4 muestra que la punta de tornillo está colocada en una posición para cerrar la abertura 302 de la boquilla 300. Tal y como se muestra, un extremo de la punta de tornillo 200 se fija al tornillo de extrusión 404 sujetando las roscas externas de la porción cilíndrica roscada 210 de la punta de tornillo 200 a las roscas internas 410 del tornillo de extrusión 404 en un extremo del tornillo 404. En la realización ilustrada, la porción de brida central 208 de la punta de tornillo 200 está apoyada contra el extremo del tornillo de extrusión 404.

La porción de punta de tornillo 202 tiene una forma que coincide con la geometría de la abertura 302, mientras que la porción de transición 204 de la punta de tornillo 200 tiene una forma que coincide con la geometría de la superficie interna de la pared lateral de la porción de punta de boquilla 306, de manera que la punta de tornillo 200 puede sellar la abertura 302 de la boquilla 300. Tal y como se muestra en la figura 4, la resina fundida 116 es alejada de la abertura 302 de la boquilla 300 por parte de la porción de punta 202 y la porción de transición 204 de la punta de tornillo 200.

Volviendo a hacer referencia a la figura 4, la boquilla 300 puede estar unida a un extremo del barril 402 de varias maneras. Por ejemplo, la boquilla 300 puede estar unida a un extremo del barril 402 sujetando las roscas externas de la porción roscada 304 de la boquilla 300 a las roscas internas 406 del barril 402 cerca del extremo del barril 402. La porción de brida 308 de la boquilla 300 está situada contra el extremo del barril 402.

Como se ilustra en la figura 4, puede existir un pequeño espacio 412 entre el barril 402 y el tornillo de extrusión 404. El espacio 412 puede facilitar que el tornillo de extrusión 404 gire libremente dentro del barril 402. El espacio 412 puede ser lo suficientemente grande como para evitar en gran medida, o sustancialmente, que el material 116 sea cortado entre el barril 402 y el tornillo de extrusión 404.

En algunas realizaciones, el tornillo de extrusión 404 puede rotar y moverse hacia atrás a lo largo de una pequeña distancia axial para abrir la boquilla 300. El tornillo de extrusión 404 puede rotar en sentido inverso para moverse hacia adelante a lo largo de la pequeña distancia axial para cerrar o cortar el suministro de la boquilla 300 cuando el ciclo de extrusión es detenido al llenarse el molde 112 de material, como un plástico o cualquier otro material. Además, o como alternativa al movimiento axial del tornillo de extrusión 404, el barril 402 puede moverse hacia adelante a lo largo de una distancia axial en relación con el tornillo 404 para abrir la boquilla 300 y puede moverse hacia atrás o en reversa a lo largo de una distancia axial en relación con el tornillo 404 para cerrar la boquilla 300.

Volviendo a hacer referencia a la figura 4, los calentadores de banda 110, como los calentadores eléctricos, pueden colocarse fuera del barril 402 para calentar el material o la resina 116. El tornillo de extrusión 404 puede estar hueco en su interior, de manera que se pueda colocar un calentador de resistencia 408 u otra fuente de calor en el interior del tornillo de extrusión 404 para calentar aún más la resina 116. El tornillo de extrusión 404 puede estar formado de un material altamente conductivo, como el latón, para mejorar la conducción del calor.

En algunas realizaciones, la conducción inductiva del calor puede ser posible utilizando un barril magnético o un tornillo magnético. Los generadores de calor por inducción pueden utilizarse para facilitar un tiempo de respuesta más rápido que con los calentadores eléctricos. Por ejemplo, el sistema de inyección ETF puede utilizar un generador de calor por inducción junto con una sección de barril magnético y/o un tornillo magnético para calentar de manera instantánea el barril y el tomillo de extrusión. En algunas realizaciones, el barril y/o el tomillo de extrusión pueden incluir al menos una porción o sección magnética para facilitar en mayor medida un tiempo de respuesta más rápido.

El sistema de moldeo por inyección ETF es menos sensible al nivel de pureza del material, a la limpieza del material, a los contaminantes, a los grados de resina o a las fuentes desconocidas para el sistema tradicional. Entre los materiales para el moldeo pueden incluirse termoplásticos amorfos, termoplásticos cristalinos y semicristalinos, resinas vírgenes, plásticos reforzados con fibra, termoplásticos reciclados, resinas recicladas postindustriales, resinas recicladas posteriores al consumidor, resinas termoplásticas mezcladas y combinadas, resinas orgánicas, compuestos alimenticios orgánicos, resinas a base de carbohidratos, compuestos a base de azúcar, compuestos de gelatina/propilenglicol, compuestos a base de almidón, y materias primas para el moldeo por inyección de metales (MIM), entre otros. El material puede tener forma de gránulos, láminas o cualquier forma irregular. Por ejemplo, pueden utilizarse para el moldeo por inyección ETF los materiales de chatarra termoplástica mezclados y combinados que normalmente se eliminarían como residuos de vertedero.

La boquilla encaja entre un molde y un barril para el moldeo por inyección. En algunas realizaciones, la boquilla puede ser un solo componente o pieza, tal y como se muestra en la figura 1. En algunas realizaciones, la boquilla puede ser una pieza ensamblada de unos cuantos componentes individuales, porque puede ser más fácil fabricar los componentes individuales. La boquilla puede estar formada de varios materiales. En algunas realizaciones, la boquilla está formada de un metal.

La figura 5 es una vista en perspectiva de una boquilla antes de su ensamblaje de acuerdo con realizaciones de la presente invención. Una boquilla 500, que puede estar integrada en un molde y denominada en el presente documento como inserto de boquilla, puede incluir una compuerta de molde 504, que es una entrada para inyectar el material en un molde. La compuerta de molde 504 puede tener forma de un barril con una primera porción de barril 510 con un diámetro más pequeño que una segunda porción de barril 512. La boquilla 500 puede incluir una rosca de molde 506, que puede ser denominada en el presente documento como inserto de molde. La rosca de molde 506 puede encerrar la compuerta de molde 504 y puede ser fijada al molde.

La boquilla 500 puede incluir un núcleo de molde o un conjunto de núcleo de molde 502, que pueden tener forma de barril o forma tubular con varias porciones de dimensiones internas y externas diferencias. El conjunto de núcleo de molde 502 puede encerrar la compuerta de molde 504 y puede estar posicionado entre la compuerta de molde 504 y la rosca de molde 506, tal y como se ilustra en la figura 6.

El conjunto de núcleo de molde 502 puede incluir una primera porción de extremo 514 que tiene un diámetro interno superior al diámetro externo de la compuerta de molde 504 y un diámetro externo inferior al diámetro interno de la rosca de molde 506. Tal y como se ilustra en la figura 6, la rosca de molde 506 puede colocarse en el exterior de o rodear la primera porción de extremo 514 del conjunto de núcleo de molde 502. La rosca de molde 506 puede ser configurada para acoplarse a un molde. Tal y como se ilustra en la figura 6, la compuerta de molde 504 puede colocarse en el interior del conjunto de núcleo de molde 502.

El conjunto de núcleo de molde 502 puede incluir una segunda porción de extremo 520 con una dimensión o un diámetro externo superior, de tal manera que la segunda porción de extremo 520 pueda actuar como tope cuando la boquilla 500 es colocada en el molde. La segunda porción de extremo 520 puede ser colocada contra el molde para el moldeo.

El conjunto de núcleo de molde 502 puede incluir una primera porción de transición central 516 que tiene un diámetro interno parecido al diámetro externo de la segunda porción de barril 512 de la compuerta de molde 504 para rodear a la compuerta de molde 504. Tal y como se ilustra en la figura 6, la primera porción de barril 510 de la compuerta de molde 504 puede estar posicionada dentro de la primera porción de extremo 514 del conjunto de núcleo de molde 502, y la segunda porción de barril 512 de la compuerta de molde 504 puede estar posicionada dentro de la primera porción de transición central 516 del conjunto de núcleo de molde 502. La segunda porción de barril 512 de la compuerta de molde 504 puede apoyarse contra la primera porción de extremo 514 del conjunto de núcleo de molde 502 cuando la compuerta de molde 504 se asienta dentro del conjunto de núcleo de molde 502. Tal y como se ilustra en la figura 6, la rosca de molde 508 puede rodear a la primera porción de extremo 514 del conjunto de núcleo de molde 502 y puede apoyarse contra la primera porción de transición central 516 del conjunto de núcleo de molde 502 cuando el conjunto de núcleo de molde 502 es insertado en la rosca de molde 508. La primera porción de transición central 516 puede tener una superficie externa en ángulo para formar una transición suave desde la rosca de molde 508 hasta una segunda porción de transición central 518 del conjunto de núcleo de molde 502.

En algunas realizaciones, la punta de tornillo 102 puede estar integrada con el tornillo de extrusión 104 como un solo componente. La figura 6 es una vista seccional de la punta de tornillo ensamblada de la figura 2 y la boquilla 500 de la figura 5 sellada por la punta de tornillo. En la realización ilustrada en la figura 6, la punta de tornillo no es un componente separado del tornillo de extrusión 604, lo cual es diferente de la realización mostrada en la figura 4. El tornillo de extrusión 604 puede ser una pieza sólida de manera que el tornillo de extrusión 604 no contiene un calentador dentro del tornillo de extrusión 604, lo cual supone una realización alternativa a la mostrada en la figura 4.

Tal y como se muestra en la figura 6, la primera porción del barril 510 de la compuerta de molde 504 puede ser configurada para encerrar una porción de punta 608 del tomillo de extrusión 604 dentro de un barril 602. La segunda porción de barril 512 de la compuerta de molde 504 puede tener una dimensión superior a la de la primera porción de barril 510 para encerrar parcialmente el tornillo de extrusión 604.

El conjunto de núcleo de molde 502 puede encerrar un calentador 606 fuera del barril 602 tal y como se muestra en la figura 6, lo cual difiere de la realización mostrada en la figura 1. La segunda porción de extremo 520 del conjunto de núcleo de molde 502 puede tener un diámetro interno superior al del calentador de banda 606 para encerrar el calentador de banda 606. La segunda porción de transición central 518 del conjunto de núcleo de molde 502 puede tener una dimensión o un diámetro internos superiores a los de la primera porción de transición central 516 del conjunto de núcleo de molde 502 para encerrar el calentador 602.

La figura 7A (no cubierta por las reivindicaciones adjuntas) muestra la boquilla 708 en una posición cerrada 700A en la que la punta de tornillo 712 cierra o corta el suministro de la boquilla 708. Como se ha discutido previamente, para cerrar la boquilla 708, el tornillo de extrusión 702 puede ser movido hacia adelante en dirección hacia la boquilla 708. Cuando el tornillo 702 se mueve hacia adelante, la punta de tornillo 712 encaja en la pared lateral de la boquilla 708, lo cual sella el material fundido para que no pueda fluir hacia el molde y también previene la formación de una gota fría. Alternativamente, para cerrar la boquilla 708, el barril 710 puede moverse hacia atrás en relación con el tornillo 702, provocando que la boquilla 708 que está fijada al barril 710 se mueva hacia la punta de tornillo 712 y se acople con la punta de tornillo 712 para sellar el material fundido y que no pueda fluir a través de la boquilla 708.

La figura 7B (no cubierta por las reivindicaciones adjuntas) muestra la boquilla 708 en una posición abierta 700B. Como se ha discutido previamente, para abrir la boquilla 708, el tornillo de extrusión 702 puede ser movido hacia atrás en dirección contraria a la boquilla 708. Un soporte (no mostrado), como un pequeño cilindro ubicado detrás del tornillo de extrusión 702, puede ser liberado cuando comienza el moldeo por inyección. Cuando el tornillo de extrusión 702 rota inicialmente para hacer avanzar material dentro de un barril 710, la punta de tornillo 712 puede moverse hacia atrás a lo largo de una pequeña distancia de la boquilla 708, abriendo así la boquilla 708. Con la boquilla 708 en la posición abierta 700B, el tornillo de extrusión 702 rota dentro del barril 710 para bombear el material hacia el molde hasta que el molde se llena. En otras palabras, el tamaño de la inyección no está limitado por un recorrido fijo como en los sistemas de moldeo por inyección tradicionales. El presente sistema de inyección eTf puede extrudir plástico continuamente para llenar una cavidad de molde de cualquier tamaño.

Cuando la cavidad de molde se llena, la rotación del tornillo puede ser invertida para mover el tornillo 702 hacia delante para colocar la punta del tornillo 712 contra la boquilla 708, lo cual descomprime el barril 710 y el material que hay dentro del barril 710. De manera simultánea, un cilindro asociado con el tornillo 702 puede aplicar presión a la parte trasera del tornillo de extrusión 702 para garantizar que la punta de tornillo 712 se asiente correctamente dentro de la boquilla 708. De manera alternativa, para abrir la boquilla 708, el barril 710 puede ser movido hacia adelante en relación al tornillo 702, haciendo que la boquilla 708 se aleje y se desenganche de la punta de tornillo 712, y, por lo tanto, permitiendo que el material fundido fluya desde dentro del barril 710, a través de la boquilla 708, y hacia un molde contra el que está colocada la boquilla 708.

Para preparar el moldeo de una pieza utilizando el sistema de moldeo por inyección ETF, el tornillo de extrusión y/o el barril pueden ser movidos para colocar la boquilla contra una entrada de un molde. La tolva puede llenarse con un material a ser moldeado. El material puede tener la forma de gránulos o láminas o cualquier forma irregular. La tolva puede ser enfriada con agua o con otros refrigerantes. Uno o más calentadores pueden encenderse para fundir el material conforme el material parte de la tolva para llenar el barril. El material se encuentra entre la superficie interna del barril y la superficie externa del tornillo de extrusión, tal y como se muestra en las figuras 1 y 6.

La figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra los pasos para moldear una pieza utilizando un sistema de moldeo por inyección ETF de acuerdo con realizaciones de la presente divulgación. El método 800 puede incluir la sujeción de un molde en la operación 802. La sujeción puede lograrse de varias maneras, que pueden incluir, entre otras, la aplicación de una fuerza de sujeción neumática (por ejemplo, un sistema de accionamiento basado en la presión del aire), una fuerza de sujeción mecánica (por ejemplo, una abrazadera mecánica) y/o una fuerza de sujeción eléctrica (por ejemplo, un sistema de accionamiento basado en un servomotor) en la operación 802. En las realizaciones que utilizan la presión del aire, la presión del aire puede variar en función del tamaño del molde. En algunas realizaciones, el sistema de moldeo por inyección puede generar la misma presión que la presión de la cavidad de molde o una presión de inyección ligeramente superior, como una presión de inyección un 5-10 % superior que la presión de la cavidad de molde. En algunas realizaciones, la presión del aire puede variar entre los 90 y los 110 psi. El molde puede formarse de varios materiales, entre los que se incluyen un metal, como aluminio o acero. Dada la baja presión utilizada en la extrusión, es posible utilizar un molde de aluminio para el sistema de moldeo por inyección ETF. Para el sistema de moldeo por inyección tradicional, se usan típicamente moldes de acero debido a la alta presión requerida para la extrusión.

El método 800 continúa con la activación de un motor para girar el tornillo de extrusión para abrir la boquilla en la operación 806. De manera alternativa, como se ha discutido previamente, la boquilla puede ser abierta moviendo el barril en relación con el tornillo. El motor puede estar acoplado a un extremo del tornillo de extrusión para hacer rotar al tomillo de extrusión en una dirección, o bien en la dirección de las agujas del reloj o bien en la dirección contraria a las agujas del reloj, en función del diseño del tornillo. El método 800 puede incluir la rotación del tornillo de extrusión para bombear un material fundido hacia el molde en la operación 810. Cuando el molde está lleno, el motor puede invertir la rotación del tornillo para mover la punta de tornillo hacia adelante para cerrar la boquilla en la operación 814. De manera alternativa, como se ha discutido previamente, la boquilla puede ser cerrada moviendo el barril en relación con el tornillo. El material fundido puede necesitar un tiempo para enfriarse en el molde en la operación 818. El tiempo puede variar, por ejemplo, el enfriamiento podría producirse en unos pocos segundos. Después del enfriamiento, el molde puede ser desenganchado de manera que una parte pueda ser liberada en la operación 822. El molde puede ser desbloqueado de varias maneras, entre las que se incluye la liberación de una presión de aire aplicada al molde.

Tras haber descrito varias realizaciones, los expertos en la materia reconocerán que se pueden utilizar varias modificaciones, construcciones alternativas y equivalentes. Además, en el presente documento no se han descrito varios procesos y elementos bien conocidos de por sí para evitar aumentar la complejidad de manera innecesaria de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de moldeo por inyección que comprende:

un barril (106);

una boquilla (108) que encierra un extremo del barril (106) y que define una porción de punta de boquilla (306) con una abertura (114) en comunicación fluida con una parte interior del barril (106); y

un tornillo de extrusión (104) posicionado al menos parcialmente dentro del barril (106) y capaz de rotar en relación con el barril (106), incluyendo el tornillo de extrusión (104) una punta de tornillo (102) configurada para prevenir la formación de una gota fría en la abertura de la boquilla (108);

en donde un movimiento axial relativo entre el barril (106) y el tornillo de extrusión (104) abre o cierra la abertura de la porción de punta de boquilla (306) para permitir o prevenir, respectivamente, que el material fluya a través de la abertura (114) de la porción de punta de boquilla (306); y

en donde la punta de tornillo (102) comprende:

una porción de punta de tornillo (202);

una porción cilíndrica no roscada (206); y

una porción de transición en ángulo (204) que conecta la porción de punta de tornillo (202) con la porción cilíndrica roscada (206); y

en donde la porción de punta de tornillo (202) tiene una forma que coincide con la geometría de la abertura (114) de la porción de punta de boquilla (306); caracterizado por que la porción de transición en ángulo (204) tiene una forma que coincide con la geometría de una superficie interior de una pared lateral de la porción de punta de boquilla (306) de manera que la punta de tornillo (102) es configurada para sellar la abertura (114) en la porción de punta de boquilla (306).

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde la punta de tornillo (102) y el tornillo de extrusión (104) se forman como una sola parte.

3. El aparato de la reivindicación 1, en donde la punta de tornillo (102) se forma de manera separada con respecto al tornillo de extrusión (104) y se une a un extremo del tornillo de extrusión (104).

4. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la boquilla (108) está unida al barril (106).

5. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el barril (106) puede moverse a lo largo de una dirección axial entre una primera posición en la que la punta de tornillo (102) cierra la abertura (114) de la boquilla (108) y una segunda posición en la que la punta de tornillo (102) está separada de la abertura (114) de la boquilla (108).

6. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde la boquilla (108) se apoya contra el extremo del barril (106).

7. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el tornillo de extrusión (104) puede moverse a lo largo de una dirección axial entre una primera posición en la que la punta de tornillo (102) cierra la abertura (114) de la boquilla (108) y una segunda posición en la que la punta de tornillo (102) está separada de la abertura (114) de la boquilla (108).

8. El aparato de la reivindicación 1, en donde:

la boquilla (108) tiene una conexión de barril configurada para conectarse al barril (106) y una porción central entre la porción de punta de boquilla (306) y la conexión de barril.

la punta de tornillo (102) está configurada para encajar dentro de la porción de punta de boquilla (306) de la boquilla (108) y desplazar el material de moldeo para alejarlo de la abertura (114) de la porción de punta de boquilla (306) para prevenir la formación de la gota fría en la abertura (114); y

la punta de tornillo (102) está configurada para moverse a lo largo de una dirección axial dentro de la boquilla (108) con el objetivo de sellar y abrir la abertura (114) de la porción de punta de boquilla (306).

9. El aparato de la reivindicación 8, en donde la porción en ángulo (204) pasa de un diámetro superior del tomillo de extrusión (104) a la abertura (114) de la boquilla (108).

10. El aparato de la reivindicación 9, en donde la porción en ángulo (204) tiene un ángulo desde la dirección axial de entre 15 y 45°, preferiblemente de entre 20 y 40° y aún más preferiblemente de entre 25 y 35°.

11. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en donde la abertura (114) de la boquilla (108) es proporcional al diámetro del tornillo de extrusión (104) para permitir un fácil flujo del material hacia el interior de una cavidad de molde.

12. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en donde la conexión de barril de la boquilla (108) comprende roscas configuradas para acoplarse con roscas del barril (106) cerca de un extremo del barril (106).

13. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en donde la punta de tornillo (102) comprende roscas configuradas para acoplarse con roscas del tornillo de extrusión (104) cerca de un extremo del tornillo (104).

14. Un método para fabricar una pieza moldeada, comprendiendo el método:

sujetar un molde (112);

abrir una boquilla (108) separando una punta de tornillo (102) de un tornillo de extrusión (104) con respecto a una abertura (114) formada en una porción de punta (306) de la boquilla (108), en donde la punta de tornillo (102) comprende

una porción de punta de tornillo (202) que tiene una forma que coincide con la geometría de la abertura (114) de la porción de punta de boquilla (306) de la boquilla (108);

una porción cilíndrica no roscada (206); y

una porción de transición en ángulo (204) que conecta la porción de punta de tornillo (202) con la porción cilindrica no roscada (206) y que tiene una forma que coincide con la geometría de una superficie interna de una pared lateral de la porción de punta de boquilla (306) de la boquilla (108);

rotar el tornillo de extrusión (104) para bombear un material fundido hacia el interior del molde (112) hasta que el molde (112) queda lleno;

cerrar la boquilla (108) posicionando la porción de punta de tornillo (202) en un acople sellado con la abertura (114) en la porción de punta (306) de la boquilla (108) y posicionar la porción de transición en ángulo (204) en un acople sellado con la pared interna de la porción de punta (306) de la boquilla (108), y desenganchar el molde (112) para liberar la pieza moldeada;

en donde

abrir la boquilla (108) comprende rotar el tornillo de extrusión (104) para alejar a la punta de tornillo (102) de la boquilla (108); y

cerrar la boquilla (108) comprende invertir la rotación del tornillo de extrusión (104) para mover la punta de tornillo (102) y que quede en contacto con la boquilla (108).

15. El método de la reivindicación 14, comprendiendo además calentar un material en un barril (106) para formar el material fundido antes de abrir la boquilla (108).