TRANSDUCTOR DE DEFLEXIÓN DE PASADOR-NÚCLEO DE MOLDE
Antecedentes de la Invención La presente corresponde a una continuación-en-parte de la solicitud copendiente de patente No. de Serie 08/353,180 presentada en Diciembre 9, 1994, ahora patente de los E.U.A. No. 5,639,487 otorgada en Junio 17, 1997. El campo de la invención se refiere a moldeo por inyección de artículos de plástico huecos y en particular a preformas para botellas, jeringas y otros artículos huecos esbeltos largos, que tienen un extremo cerrado y el otro extremo abierto. El interior hueco típicamente se configura por un pasador-núcleo. Al procesar el moldeo por inyección de partes que utilizan el pasador-núcleo, tales como jeringas médicas o preformas de botellas, el pasador-núcleo forma el diámetro interior de la pieza, e idealmente mantiene el diámetro interior de la pieza concéntrico con el diámetro exterior. Desafortunadamente, la efectividad de este pasador se influencia por la presión de empaque y llenado no uniforme y gradientes de enfriamiento no uniformes a través desde la pared de la pieza. Las presiones no uniformes y los gradientes de enfriamiento provocan que el pasador-núcleo se desvíe descentrado y al endurecer (enfriar) la pieza, no se cumplen requerimientos dimensionales del espesor de pared.
En máquinas de moldeo por inyección modernas la formación y enfriamiento de una pieza tarda solo unos cuantos segundos seguido por abertura del molde y expulsión de la pieza. Sin instrumentación en tiempo real que detecte las condiciones de moldeo, un moldeador no tiene formas efectivas de medir, verificar e interpretar las influencias que tienen las condiciones de plástico instantáneas en la pieza directamente resultantes por las fuerzas aplicadas por el plástico al pasador-núcleo del moldeo. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Esta invención comprende transformar un pasador-núcleo de molde en un transductor para medir la desviación cuantificada que ocurre en la punta de núcleo. Medidores de tensión se unen al pasador-núcleo para detectar desplazamiento descentrado de la punta-núcleo. Dos de estos medidores de tensión se localizan en el pasador-núcleo, justo fuera del molde o cavidad de matriz propia, en sitios en donde el esfuerzo debido al doblado puede detectarse. El transductor se diseña para responder al doblado ya que la desviación de la punta se relaciona al momento de doblado en el pasador-núcleo. El uso del transductor permite detectar y verificar la deflexión de punta conforme ocurre en correlación con la etapa de llenado, etapa de empacado y etapa de retención del ciclo de proceso de moldeo. La determinación de la magnitud y dirección de la desviación se logra al verificar dos canales de datos desde el transductor. El transductor tiene dos puentes de medición de tensión orientados para medir el doblado en dos planos perpendiculares. La magnitud y dirección de desviación de núcleo-punta, de esta manera pueden determinarse por reducción de datos o por combinación electrónica de las señales a partir de estos dos canales. La magnitud y dirección pueden verificarse continuamente, grabarse y utilizarse para rechazar automáticamente productos defectuosos . Los dos medidores de tensión se orientan de manera tal que se cancelen cargas en la dirección axial del pasador-núcleo. Un tercer medidor de tensión se orienta en un núcleo para detectar solo cargas axiales en el pasador-núcleo. (Esta instrumentación se describe en la solicitud de patente copendiente de los E.U.A. No. 08/250,914 otorgada a RJG Technologies, ahora patente de los E.U.A. No. 5,472,331). Este medidor de tensión puede proporcionar información valiosa respecto a la presión de la resina de plástico en la cavidad de molde, durante las etapas de llenado, empacado y retención del proceso de moldeo. Además, la señal de este medidor de tensión puede utilizarse para controlar el conmutar la máquina de moldeo de una etapa a otra, o verificar para asegurar un proceso de calidad. También, durante expulsión de una pieza la fuerza requerida para desprender la pieza del pasador-núcleo puede ser medida. Utilizando puentes de Wheatstone o dispositivos similares en donde los medidores de tensión son parte de los circuitos, señales de salida calibradas representan fuerzas axiales (longitudinales) y laterales impuestas que se aplican al pasador-núcleo, conforme el plástico fundido entra en contacto con el pasador-núcleo. Las señales se acondicionan y manipulan con componentes electrónicos y microprogramas o accesorios permanentes (firmware) , para generar información correspondiente a eventos representativos que ocurren en el proceso de moldeo. La información puede exhibirse en forma gráfica con soporte lógico (software) se corre en una computadora personal. El moldeador de inyección puede utilizar la información presentada en forma gráfica o numérica para hacer evaluaciones lógicas respecto al proceso que ocurre en el molde y tomar acción correctiva a través de ajustes de control de proceso manual . La información derivada de medición de las fuerzas en el pasador-núcleo, permite detección e interpretación de las siguientes condiciones de procesamiento específicas que impactan la consistencia y calidad de la pieza terminada. Se reconocen problemas de moldes si debido a desalineamiento mecánico, variaciones de temperatura, dificultades en fuerza de desprendimiento relacionadas a acabado de superficie de metal de pasador-núcleo o problemas de desequilibrio en guías de resbalamiento calientes, provocando .no repetitividad en el proceso de moldeo . Otras áreas de mejora benéficas incluyen el ajustar la configuración de proceso para utilizar presión de empacado en la cavidad de molde, para llevar al máximo el enfriamiento del núcleo-pasador, para regular la descarga apropiada del material de la cavidad de molde, y asegurar retención de desviación de pasador-núcleo mínima antes de que se abra el molde, para de esta manera limitar la no concentricidad del espesor de pared de la pieza terminada . Con la nueva tecnología, el "pasador-núcleo puede verse en acción" y la información puede utilizarse para detectar automáticamente si ocurre un problema y advertir a un operador de conformidad, o ajustar los parámetros de control de la máquina de moldeo al tomar en cuenta la inestabilidad del proceso, de esta manera haciendo resurgir la calidad de la pieza automáticamente.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en sección transversal parcial de la estructura de cavidad/pasador-núcleo en un molde ; La Figura 2 es una vista lateral del transductor de deflexión pasador-núcleo; La Figura 3 es una vista de extremo del transductor de desviación de pasador-núcleo; La Figura 4 es una vista en perspectiva que ilustra las fuerzas y desviaciones medidas por el transductor ; La Figura 5 es una representación gráfica de ? extremo del pasadcr-núcleo y coordenadas de detección; y La Figura 6 es un diagrama de bloques esquemático de la magnitud de desviación electrónica y sistema de medición de ángulo. DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS
Como se ilustra en la Figura 1, el transductor para desviación de punta del pasador-núcleo 10 se ilustra instalado en un molde 16. El plástico fundido 12 se inyecta en la cavidad superior del molde 18 en el orificio 14 que comunica con la cavidad superior. El plástico 12 circula sobre el pasador-núcleo 10 y llena la cavidad superior 18 para formar la pieza terminada. Conforme circula el plástico fundido sobre el pasador-núcleo 10, presión no uniforme provocada por el flujo heterogéneo o enfriamiento no uniforme puede aplicarse en un lado de la cavidad superior 18 resultando en flujo de plástico no uniforme respecto al pasador-núcleo 10 como se ilustra en 20. Como resultado de la presión lateral no uniforme provocada por el flujo de plástico no uniforme, se aplica un momento de doblado al pasador-núcleo 10, provocando que la punta-núcleo 22 se desvíe lateralmente respecto a la base de pasador-núcleo 23. Esfuerzos de doblado en el pasado-núcleo 10 se detectan por medio para percibir deflexión tales como medidores de tensión 24 y 24 ' ubicados en el pasador-núcleo 10 en la cavidad 19 por debajo de la cavidad superior 18. Los niveles de tensión forman elementos de puentes Wheatstone para evaluar deflexión mediante señales eléctricas. Pueden emplearse otros dispositivos para detectar deflexión o desviación es decir elementos piezo-eléctricos , indicadores electromecánicos u otros dispositivos de estado sólido. Por simplicidad, solo el medidor de tensión 24 se muestra en la Figura 1. Señales de los medidores de tensión 24 y 24 ' se transportan por cables de terminal 26 que se extienden desde los medidores de tensión en el pasador-núcleo 10 a una caja de conexión 28. La caja de conexión 28 puede circunscribir amplificadores integrales u otro acondicionamiento de señal para las señales de medidor de tensión. En el extremo de la cavidad de molde 30 opuesto al orificio 14 existe un espaciamiento de diámetro pequeño 32 entre el pasador-núcleo 10 y el manguito de molde 34. El espaciamiento 32, aunque es suficientemente pequeño para evitar que el plástico fundido entre al área instrumentada en la cavidad 19, es suficientemente grande (aproximadamente .00254 cm (.001 pulgada)) para permitir desviación significante de la punta-núcleo 22 antes de que el pasador-núcleo 10 contacte el manguito de núcleo 34. En la Figura 2, Figura 3 y Figura 4, vistas de lado, extremo y perspectiva, respectivamente de la punta-núcleo 22 se ilustra el transductor de desviación. Un tercer medidor de esfuerzo 36 se ubica en la cavidad 19 con los medidores de tensión 24, 24' . El tercer medidor de tensión 36 se orienta para detectar cargas axiales en el pasador-núcleo 10. Durante la etapa de llenado del ciclo de moldeo, plástico fundido entra a la cavidad y empuja axialmente en la punta-núcleo 22. Los medidores de tensión 24, 24' y 36 responden linealmente a la fuerza aplicada del plástico que entra a la cavidad. La Figura 4 muestra la desviación de punta potencial de la punta-núcleo 22 en las direcciones "X" e "Y" (planos axiales perpendiculares) . Medidores de tensión 24 y 24 ' detectan la desviación de punta-núcleo 22 en las direcciones "X" e "Y" y generan señales a través de canales 1 y 2 mediante terminales 26 y 26' a la caja de conexiones 28 y más allá para acondicionamiento y procesado. Similarmente , la generación de la señal a través del canal 3 corresponde al esfuerzo compresivo axial Z de la fuerza del plástico contra la punta-núcleo 22. Esta señal también se dirige a través de un cable terminal 26" a la caja de conexiones 28 para mayor acondicionamiento . Por lo tanto, la presión de plástico en la cavidad puede calcularse a partir de la fuerza aplicada conocida y el área proyectada de la punta-núcleo 22 (canal 3) . La presión de plástico detectada con el medidor de tensión 36 representa la "compuerta" o inicio de presión de llenado en la cavidad de molde. Para el propósito de controlar el proceso de moldeo, la presión de compuerta es la medición preferida. Esta información puede utilizarse para controlar precisamente el proceso de inyección si se desea un moldeo de tres etapas . El mismo medidor de tensión 36 puede utilizarse para determinar la fuerza requerida para retirar la pieza moldeada del pasador-núcleo 10 después de que la pieza se enfría y el molde se abre. La ventaja de utilizar la medición en tiempo real del esfuerzo de compresión con el medidor de esfuerzo 36, es que al controlar el proceso de moldeo, se reduce el número de piezas rechazadas. De esta manera, el medidor de esfuerzo 36 permite un tiempo de proceso más preciso. Los medidores de esfuerzo 24 y 24' permiten una medición más precisa de la desviación lateral del pasador-núcleo 10 que permite una configuración más precisa y modificación del molde y pasador-núcleo para lograr los productos de plástico dentro de especificación, permite medición en tiempo real y rechazo de piezas durante producción y señalar falla de molde cuando la proporción de rechazo alcanza un límite predeterminado estadístico. La inspección post -moldeo costosa y consumidora de tiempo, de esta manera puede reducirse o eliminarse. Cada pasador-núcleo en un molde de inyección puede aplicarse potencialmente con medidores de tensión como se ilustró anteriormente para detectar los tres parámetros de tensión separados. La tensión en el pasador-núcleo se mide en los tres ejes perpendiculares: "X", "Y" y "Z" y puede exhibirse como se ilustra en la Figura 5. "Z" es el eje de presión que mide la fuerza axial o longitudinal en el pasador-núcleo. La fuerza "Z" (medida por el medidor de esfuerzo 36 en la Figura 4) se utiliza para registrar la cantidad de presión de plástico que ocurre en la cavidad de molde durante llenado, empacado y enfriamiento del plástico fundido para formar la pieza. La fuerza "Z" o información de presión se utiliza para revelar problemas mecánicos del molde, fuerzas de desprendimiento cuando la parte se expulsa del pasador-núcleo, descarga de plástico fuera de la cavidad de molde antes de que se solidifique el plástico y enfriamiento de plástico conforme se retira de la cavidad del molde y pasador-núcleo. "Z" puede verse en la pantalla como una serie de números cambiantes o una curva sobre una línea de tiempo o para un registro más permanente como una curva de perfil en la forma de diagrama de tiras. La curva o serie de números pueden generarse con cualesquiera componentes de acondicionamiento de señal de medidor de tensión genéricos y equipo físico y soporte lógico (software) para adquisición de datos compatibles. "X" e "Y" son medidas de movimiento lateral o latitudinal del pasador-núcleo (que se detecta por los medidores de presión 24 y 24' en la Figura 4) y requiere acondicionamiento especial de la señal y datos generados para proporcionar información útil para el moldeador. La combinación de las mediciones "X" e "Y" del movimiento lateral del pasador-núcleo representa magnitud y dirección de deflexión durante el proceso de moldeo. Esta desviación puede producir problemas de calidad de pieza terminada en la forma de espesor de pared no concéntrico si no se detecta durante el proceso de moldeo por inyección. Este espesor de pared no uniforme es particularmente problemático para la industria de botellas de plástico en donde los defectos no aparecen hasta la operación secundaria de soplado o soplado con estirado de la parte de preforma moldeada en una botella. Los defectos aparecen como porciones de pared lateral de botella faltante o delgadas como papel. Una deficiente solución alterna es inspeccionar cada pieza de preforma contra especificaciones de concentricidad después de que la pieza se moldea por inyección pero antes de un moldeo por soplado secundario. En la vista esquemática de la Figura 5, el plano de coordenadas "X" e "Y" se centra en el eje del pasador-núcleo. Cuando el pasador-núcleo no es cilindrico, se elige un centro conveniente con base en las ubicaciones de los medidores de tensión 24 y 2 ' en el pasador-núcleo.
Las mediciones "X" e "Y" pueden caer en los cuadrantes positivo o negativo de plano, estas mediciones son la información en bruto a partir de donde puede determinarse la deflexión lateral del pasador-núcleo. Conociendo esta dirección de desviación durante el proceso de moldeo permite que el moldeador pronostique que paredes laterales particulares de la pieza serán más gruesas o más delgadas en espesor. Como se ilustra en el diagrama de bloques de la Figura 6 un circuito eléctrico muestrea los canales "X" e "Y" para crear una determinación vectorial de la magnitud y comportamiento polar del pasador-núcleo. Las alimentaciones X" e "Y" son señales de puente de medición de tensión completas que se acondicionan por los amplificadores de instrumentación mostrados. Estas señales eléctricas analógicas amplificadas se convierten respectivamente a datos digitales y envían al microprocesador para cómputo. El microprocesador se programa con fórmulas trigonométricas standard para realizar cálculos tangentes a fin de determinar cálculos de secante y ángulo polar para determinar la magnitud de cualquier desviación de pasador-núcleo. Los números de magnitud y ángulo pueden convertirse de regreso a señales analógicas para envío de salida a un dispositivo de adquisición de datos acompañante tal como un registrador de banda o una representación en pantalla de la Figura 5 que puede exhibirse en tiempo real o almacenarse en memoria para exhibición a un ritmo más lento . En forma alterna, en lugar de la salida analógica, pueden muestrearse cada una de la magnitud y ángulo durante un marco de tiempo específico en el proceso, determinado por una alimentación de disparador digital, a fin de conservar la cantidad de colección de datos. En esta solicitud, el microprocesador verifica la alimentación en un instante específico durante el proceso de moldeo y reporta datos digitales para ese instante del ciclo de proceso de moldeo. Este método de muestreado puede utilizarse después de que un moldeador determina el instante en el ciclo de proceso de moldeo en donde la medición de desviación de pasador-núcleo es particularmente importante y primordialmente se correlaciona fuertemente con las características e imperfecciones de la pieza terminada . En general, el mejor instante de muestreado es justo antes de que se abre el molde para remoción de la pieza ya que este instante es cuando la pieza enfriada toma las no concentricidades de pared como resultado de desviación de pasador-núcleo final. Con base en la salida de muestreado pueden ajustarse límites de alarma como una parte del soporte lógico (software) en el microprocesador o en un sistema de adquisición de datos digital acompañante para advertir automáticamente al moldeador cuando las piezas no cumplen con especificaciones o indicar que se debe hacer un ajuste al proceso. Los límites de alarma también pueden utilizarse para expulsar automáticamente piezas que no cumplen con las especificaciones conforme se mueven corriente abajo después de remoción del molde.