WO2018046787A1 - Equipo de inyección de metales o aleaciones de bajo punto de fusión en molde polimérico de tipo elastómero, molde polimérico de tipo elastómero utilizado y procedimiento de funcionamiento del conjunto - Google Patents

Equipo de inyección de metales o aleaciones de bajo punto de fusión en molde polimérico de tipo elastómero, molde polimérico de tipo elastómero utilizado y procedimiento de funcionamiento del conjunto Download PDF

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WO2018046787A1
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metal
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vacuum
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PCT/ES2017/070599
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Ferran NAVARRO TEIXIDÓ
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Comercial Nicem-Exinte, S.A. - Coniex
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    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/14—Machines with evacuated die cavity
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    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/002—Castings of light metals
    • B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C

Definitions

  • the present invention relates to a new equipment and process for the injection of metallic materials or low melting point alloys into polymer-based molds of the elastomer type for the production of parts.
  • centrifugal molding processes in flexible molds are also known and are part of the state of the art, achieving greater speed in the creation of molds and lowering their costs, but with a great deficiency in applications, since no allows the creation of pieces of tight dimensional tolerances, nor the qualities or finishes that can be created at injection pressures higher than the spin action.
  • said centrifugation creates deformations in the pieces that are made in each casting, producing a deformation proportional to the radius of the position of the piece with respect to the axis of rotation of the centrifugal mold, these deformations being very complicated to correct and control.
  • the present invention has the purpose of creating a new molding equipment for the injection of metal parts, which allows to reduce the cost and the time of launch of the mold using polymeric molds conditioned to said metal injection, allowing the manufacture of parts of certain complexity, with a control of the dimensional quality and of finishing, by means of a process and an equipment that allows the coordinated and dynamic regulation of the parameters of performance to be able to realize this injection in a mold with certain degree of flexibility. It is also an object of the present invention to create an adapted polymer mold that allows its use in metal pressure injection.
  • the recommended invention is embodied in a process and equipment that executes it, of injection under pressure of a metallic material or low melting point alloys in a fixed mold system of the polymeric type, which is of the elastomer type, preferably organic or inorganic hot vulcanization elastomers (HTV) or by means of liquid silicones (LSR), which will have the consequent flexibility properties, to a greater or lesser extent, depending on the specific application given, moving in hardnesses of mold between 20 and 95 Shore A.
  • HTV organic or inorganic hot vulcanization elastomers
  • LSR liquid silicones
  • the metal mold metal injection equipment has means for transferring and injecting the metal to be injected under the appropriate conditions, where said conditions are based on the ideal temperature state of the material in the metal supply means, which will be the melting point temperature of said metal or will be higher than this, so that said metal is taken to the pressure system to perform the injection, as well as proper agitation of said material.
  • These temperature conditions will depend on the metal to be used in the injection and on the programmed times of injection duration, since if it is necessary to maintain the temperature of the metal for longer in the equipment until reaching the mold why a slower injection is made , one could choose to have a temperature of said metal slightly higher than the melting point so that it does not solidify ahead of time.
  • the metal transfer and injection means are fed by the metal supply means, preferably said transfer and injection means being introduced partially or totally inside the indicated metal supply means, ie in the crucible or melting furnace of the metal, collecting the metal from said corresponding container or equipment, in said suitable injection conditions, transporting said metal to the pressure system, in order to be able to perform the metal injection on the polymer mold.
  • heated systems are available, with temperature control of said systems, with different stirring, filtering or combination systems of these or other elements that achieve the necessary conditions of the metal for optimum injection, since the materials to be injected can be of various characteristics.
  • Low melting point metals are used, below 660 ° C, such as alloys containing lead, tin, zinc, aluminum, magnesium, although other types of metals can also be used in this equipment / process.
  • the control of said metal temperature in the supply means is carried out with a regulation that allows it to be maintained in a fork of plus or minus 5-10 degrees Celsius, with the aim that there are no differences in the consecutive injection processes executed.
  • the metal injection equipment preferably, can have an automatic metal level control system in the transfer and injection means, so that the level reduction in the device containing the molten metal does not affect the action of the injection system by having a lower level of metal after various injection processes already carried out.
  • This automatic system can take care of introducing metal into the system so that it always has the same optimum level in it, or it is a system that moves the injection equipment or regulates the displacement of the pressure system in search of the optimum level, varying so controlled the path / position of the injection system.
  • the means of transfer and injection of the metal are constituted by means of displacement through them of said metal, and by a pressure system to which the molten metal is carried using said means of transfer, said pressure system being the one in charge of injecting the metal onto the polymer base mold.
  • these means of transfer and injection can be constituted by a swan neck, heated, which is submerged inside the crucible or oven with the material to be injected, with a pressure system that performs the injection on the mold.
  • said transfer and injection means will be characterized by having means for transferring and filling an injection chamber, usually of the siphon type, prior to the mold, which is filled with the metal to be injected from the oven or crucible, and where the pressure system acts, to inject it into the mold inlet.
  • the pressure system is based on a set of elements that drive the material to be injected into the mold at a given pressure, in a non-atmospheric way, manually or automatically configurable by means of regulation and control.
  • said pressure system is carried out from the action of a mechanical means (pneumatic piston, hydraulic system, linear actuators of the endless type or the like, etc.) on the metal disposed in the discharge chamber, said pressure system being controlled by means of regulation and control, being able to adjust the parameters of pressure, feed, stages and speed on the material when injected.
  • the regulation is carried out in the different stages in which the injected process can be divided, which are those that the user wants or needs, since advantageously using advance systems that are configurable in their travel position, as well as in the speed at which they travel, either by regulating the pressure capable of exerting the pneumatic or hydraulic feed system, or the speed of a linear actuator system itself, is allowed to regulate said speed, feedrate and pressure of the system of pressure, for each time / stage in which the injection process itself is divided, managing to control and regulate the filling speed of the mold, according to the characteristics of the pieces to be formed, the mold, etc.
  • the speed of the metal at the entrance of the piece will be set to be between 0.05 m / s and 10 m / s so that the pressure regulation of the pressure system itself will go from 0.1 bar to 50 bar, providing a desired acceleration and a final speed depending on the pushing surface of the system used, for example, of the surface of the piston that will push the metal through the swan neck towards the nozzle and into the mold.
  • the means of transfer and injection of metal have the final objective of injecting the metal into the polymeric mold to perform the molding of the pieces.
  • the injection equipment on a polymer mold has mold support means that close the mold and that are coupled with the corresponding part of the transfer and injection means, usually in its outlet nozzle of the metal under pressure.
  • the mold support and closure means are at least formed by a mold positioning / centering system, usually using the mold fitting by complementary shapes between mold and support means, such as the centering devices, so that the same in the correct position for coupling, and also said support and closing means being formed by an adjustable pressure closure system.
  • a mold positioning / centering system usually using the mold fitting by complementary shapes between mold and support means, such as the centering devices, so that the same in the correct position for coupling
  • said support and closing means being formed by an adjustable pressure closure system.
  • the polymer-based mold will be placed in the support and closing means following a positioning / centering system and the assembly will be closed at a pressure such that it counters the injection pressure so that the injection of desired pressure metal in said mold without having problems separating it or burrs in the pieces, but without having problems of deformation due to excessive pressure on the mold.
  • the pressure exerted by the support and closing means for the correct closing of the mold is adjustable, preferably reaching up to 100 kN, from the corresponding control means manually or automatically, even being able to vary depending on the moment of injection in which The process is found.
  • the pressure exerted by said means of support and closing will be the one corresponding to the force exerted by the pressure of the projected area of the piece to be injected, plus a pressure associated with the hardness of the chosen polymer mold, since the pressure cannot be equal for molds with greater or lesser property of flexibility, and a safety factor.
  • a seal integrated in the mold or independent of it can be provided in the support and closing means, which facilitates the closing action at lower pressures.
  • the injection equipment has a tight coupling, at the working pressure, between the transfer and injection means and the mold, preferably by the coupling between the output of the transfer and injection means and the set of support and closing means of the mold, which contain said mold.
  • Said tight coupling is carried out by the coupling by piece-to-piece contact of the nozzle with the mold support or on the same mold.
  • This watertight coupling system has complementary shapes so that when it comes into contact and under pressure, the metal that is injected under pressure is not spilled by said joint, taking into account that the coupling must be in a conical or similar shape that opens towards the mold to allow the expulsion of the solidified trough.
  • This coupling system can be made directly from the metal part of the nozzle against the metal part of the mold support, but in the case of wanting to thermally isolate the area of the nozzle, to avoid solidification of the metal during injection, areas are introduced of contact of the forms that are coupled that are of rubber type material, which also act by their certain flexibility as a seal between the bodies that are coupled by pressure.
  • the inclination with which the metal is injected into the mold must allow the molten metal to return to the heated areas once the injection process for the gravity collection of the excess material is finished, or leave the nozzle in a position that cannot accumulate metal that can solidify or even be in different conditions than where the molten metal to inject, preventing it from solidifying at some point in the equipment causing unwanted seals.
  • This inclination will be equal to or greater than 10 degrees below the horizontal, up to vertical positions below the mold that inject up or down.
  • the injection equipment has a system to create vacuum inside the mold that will allow the extraction of air for the correct filling of the parts housings, controlled by the means of regulation and control manually or automatically.
  • Said vacuum system allows its regulation at any step of the process until a vacuum pressure of 5 mbar of absolute pressure is obtained.
  • This vacuum process is carried out beforehand, and / or during the regulated metal injection, so that the volume of air displaced by the molten metal that is injected inside the mold is minimal, avoiding possible problems of bubbles, deformations , or impeding the correct filling of the ducts and spaces to form pieces made in the mold.
  • a pressure limiting system can be included to prevent excess vacuum from occurring and clogging the metal passageways through the mold.
  • This system for creating vacuum in the mold is tightly coupled to the mold, by pressing the nozzle of the vacuum system over an opening of the mold, where said opening communicates with all the channels and interior spaces that will receive the metal to pressure injected through independent or specific channels that communicate with them, thus connecting the gap intended to form the part with the vacuum system by a minimum section so that no metal passes, where said section will be less than 4 mm2, although it can be variable according to the metal used, injection conditions, etc.
  • This vacuum system will usually consist of a vacuum pump system, a vacuum tank, measuring elements, particulate filters and possible contaminants and the corresponding valves and conduits, as well as nozzles or mold connection means.
  • polymeric molds in injection processes may make necessary means of evacuation of heat and in some cases even means of cooling the mold to achieve the correct realization of the pieces, as well as maintaining the properties of said molds .
  • the option of preheating is considered to prepare the mold for injection or alternatively, introducing into the mold a cooling or heating layer or element that facilitates the thermal exchange with the injected material, by the introduction of electrical resistances in own mold or channels for the passage of cooling / heating fluids made in the vulcanization phase of the molds.
  • one of the possible forms of cooling are ventilated tables or cooling in the support and closing means.
  • All the components of the equipment are governed by means of regulation and control of the equipment / process, which can be regulated both manually and automatically, to adapt the parameters of the equipment and the process to different types of parts, injection materials, molds, customer specifications, etc.
  • This regulation and control is carried out by means of said means for regulating and controlling the process.
  • the parameters that are controlled and modified by these control and regulation means in a predefined way before each injection procedure according to the mold, the material to be injected and the piece to be obtained, being able to evolve dynamically during the injection process for each , to be able to correct parameters, such as the closing pressure, which evolve dynamically during the injection process and that make a different and coordinated regulation necessary at the different stages of the process.
  • the polymer-based molds used so far in the molding of metallic materials in centrifugal machines or in other types of molding systems are not applicable to processes of injection of metals under pressure, due to the deformations of the mold indicated in the prior art, as well as the high pressure and metal used in said injection, so that the polymeric mold to be used in this injection equipment will depend on the requirements of the piece to be injected, and may be necessary from a mold of the elastomeric type that confers said property of elasticity, to other polymers of almost negligible flexibility, using a configuration in the metal inlet system to the mold that prevents damage to it and a correct distribution of a material such as molten metal, taking into account that molds of superior hardness to be able to have better quality in the pieces, since the mold has a lower deformation, or a mole will be used of older flexibility for complicated parts that allows easier demolding.
  • Said mold of variable geometry according to the needs, be it round, square or other geometry, and of polymeric composition also variable according to the needs of regulating the flexibility properties, two parts are available in order to be able to unmold it. and the extraction of the pieces, having at least one of said parts input means of the injected material, which lead from said entrance to the distribution channels to the cavities that form the pieces, being able to have various entrances for the Simultaneous operation of various metal injection nozzles in the same mold.
  • the entry of material must be done maintaining the designed conditions, so that the connection between the transfer and injection means and the mold inlet system must allow tightness, to be able to perform the injection under pressure, which usually can be achieved with the coupling of the support and closing means, where the mold and its entry system are joined, to the means of transfer and injection of the mold, or by the direct connection of the means of transfer and injection to said input means of the mold, as stated above by the piece-to-piece coupling systems by pressure between said two parts.
  • the mold has its own distribution part of the mold, which is located inside , in the mold inlet system, at the branch / distribution point of the inlet flow from the transfer and injection means, to the mold filling channels.
  • This distribution part integrated in the mold preferably fixed in the vulcanization / formation process of said mold, is made of a material of greater resistance than that of the elastomer used in the formation of the mold, preferably elastomeric materials of greater hardness than the elastomer of the mold.
  • the mold design includes overflows, which can collect the air that may remain after the vacuum and is being pushed by the metal once the injection begins.
  • the molds used in the present metal injection system may present internal protections or new distribution parts at other points of impact of the injected material in addition to the entry from the transfer and injection means.
  • These can be located at points that can receive the pressure and speed of the injected material such as the direct impact points of the nozzle outlet, bifurcations, etc., in addition to being formed by a composition and design capable of receiving said pressure. and speed of the injected material, without changing the final shape of the piece under advantageously small tolerances and resisting thermal degradation and mechanical wear of the injected metal, being able to be like the distribution piece of elastomeric materials of greater hardness than elastomer of the mold, metallic or ceramic materials.
  • These protections can be made superficially in the mold, internally at the points chosen to increase the resistance, providing a stratification of the mold that combines the most flexible areas with points of greater stiffness.
  • hybrid molds can be incorporated, in which certain parts are available, such as the cavities for parts, areas of direct impact and / or completely rigid, fixed or removable bifurcations, using materials resistant to deformation and wear and / or or breakage
  • molds that, for example, have a housing in the molding area that contains hairpieces, for the creation of parts of the piece, which are rigid.
  • the low melting point metal injection process in the polymeric mold of the elastomer type is based on the choice of the mold to be used according to the piece to be produced.
  • This process usually manual, can be performed alternatively in an automated way, by means of a carousel system that incorporates the different molds that will be used in the production process, reducing the time between mold changes, and allowing automatic feeding, which part of the mold store, where they are identified, collected and transported to the injection equipment, where the molds are deposited in a carousel of insertion in the injection equipment, being identified by the team in charge of introducing them into the injection equipment, and thus at each moment you can automatically change the part to be produced, thanks to the control of said automated media system of regulation and control of the injection equipment.
  • the mold is placed in the support and closing means, in which it is positioned correctly thanks to the centers available, and closed to the pressure that has been regulated (manually or automatically) and that It depends on the pressure of the projected area, since pieces of greater volume will have greater projected area and will need greater closing pressure than small parts, to which a pressure that depends on the hardness of the mold is added, so as not to perform excessive deformation thereof, and a correction coefficient.
  • the material to be injected is in the optimal conditions to carry out the process inside the oven / crucible, said conditions being able to be controlled from the means of regulation and control of the injection equipment or being independent.
  • the transfer and injection means of the injection equipment collect the metal under the ideal conditions of said furnace / crucible so that the pressure system, once the filling stage begins, can dispose of the corresponding pressure chamber in the chamber of said pressure system. metal and thus be able to exert pressure on it, and perform the injection stage.
  • the vacuum is carried out on the mold to extract the air from the channels and spaces for the formation of pieces, by means of vacuum that are tightly coupled to said mold by an opening that has such effect.
  • This vacuum is controlled by the regulation and control system, which can be manual or automatic, so that the applied vacuum pressure can be controlled with respect to each of the molds used at any time, and therefore with constitution properties possibly different, to each of the stages of the injection process and the type of parts to be made.
  • the injection of the metal onto the polymer-based mold is carried out, at a pressure and speed that allows the molding of the pieces in said mold, and which, as indicated above, will be such that the speed of the metal at the entrance of the piece will be configured to be between 0.05 m / s and 10 m / s so that the pressure regulation of the pressure system itself will go from 0.1 bar to 50 bar, providing a desired acceleration and a final speed depending on the pushing surface of the system used.
  • control and regulation means allow the system to operate at speeds and pressures that advantageously improve the parameters that until now could be used in these processes, applied on the non-stationary flexible mold, that is to say centrifugal, since You can regulate from these means the speeds, pressure and time of the metal injection process, for each type of piece and mold to be used, and can be done automatically or manually.
  • the injection stage is composed of different sub-stages which are controlled and regulated by the control means, which preferably include, at least in an approach stage, an injection stage, a braking stage, and a stage of compaction, and in coordination / synchronization with the support and closing means of the mold and the means of vacuum generation, synchronizing the intensity of the force, position and speed of the pressure system, which is exerted on the metal to be injected, according to is in the principle of filling the mold, in its general filling, or in its final part, with the pressure exerted by the means of closing the mold, also synchronizing with the creation of vacuum or not at each stage as appropriate.
  • This sub-division in stages can be done in multiple divisions more at the convenience of the user who configures the process, thanks to the use of control means.
  • the metal injection applied and the solidification time are regulated for each type of piece and material injected, proceeding once finished to the opening of the support and closing means of the mold, for its extraction manually or automatically, and the introduction of a new empty mold for the next metal injection process.
  • Figure 1 is a perspective view of the polymer mold injection equipment, with the transfer and injection means partly submerged in the molten metal furnace.
  • Figure 2 is an elevation view of the injection system where the detail of the coupling between mold, closure means and injection means is marked.
  • Figure 3 is a view of the coupling detail of the polymeric mold, the closure means and the injection means.
  • Figure 4 is an elevation view of the swan neck type injection system.
  • Figure 5 is a top plan view of a polymer mold seen from its inner part.
  • Figure 6 is a view of the coupling detail of the closing means and the injection means, using thermally insulating contact areas.
  • the new injection equipment (10) in a polymer-based mold has various systems that form it, and which include means of support and closure (12) of the mold (1 1), transfer and injection means (13) of the metal, and vacuum generation means not graphed in the figures, all governed by means of regulation and control (15 ), which in the present embodiment are contemplated automatically.
  • the injection equipment (10) needs a supply of molten metal under the ideal temperature and stirring conditions for injection into the mold (1 1), for example Zamak 5 at about 400-480 ° C.
  • This molten metal will be supplied in the present embodiment by a furnace (16) which has parameters for regulating said temperature and stirring conditions, having its own means of regulation and control, although alternatively said means of regulation and control of the furnace ( 16) could be connected to those of the injection team (10) so that it could also be governed from it (10) centrally, and even, in alternative embodiments, the oven (16) could become part of the injection equipment itself (10).
  • the transfer and injection means (13) are formed by swan-neck ducts, which in the present embodiment are heated, through which the metal will move, where said means (13) are partially introduced into the metal itself melted in the oven (16), the bottom of the swan neck being submerged, that is to say the filling area of the discharge chamber (21), so that it is always fed by the metal through the opening (22).
  • This opening is formed by communicating vessels, which when the impeller chamber (21) of the swan neck is in communication with the molten metal of the furnace (16), and where having the piston (24) in an elevated position that leaves free said drive chamber (21), the metal enters it (21).
  • a regulation system can be provided that makes the piston have a longer travel, since the metal will not have as much height in the discharge chamber, having entered metal until a lower height.
  • the pressure system to perform the injection of the metal onto the mold (1 1) is carried out by means of the action of a piston (24) which, according to its advance, provides pressure and speed conditions to the metal to be injected, where said advance, travel, Pressure and speed of the pressure system is controlled and regulated by the means (15), knowing the advance position of said piston and the above parameters.
  • the speed of the metal at the entrance of the piece will be set to be between 0.05 m / s and 10 m / s so that the pressure regulation of the pressure system itself will go from 0.1 bar to 50 bar.
  • the end of the transfer and injection means formed by an injection nozzle (23), must be tightly coupled to the support and closure means (12) containing the mold (1 1). Said tight coupling is carried out by the coupling by piece-to-piece contact of the nozzle (23) with the support (12) of the mold or on the same mold (1 1).
  • This watertight coupling system has complementary shapes so that when it comes into contact and under pressure, the metal that is injected under pressure is not spilled by said union, since the coupling is in a conical shape that opens towards the mold to allow ejection of the solidified drinking fountain.
  • This coupling system can be directly made metal part of the nozzle (23) against metal part of the support (12) of the mold (11), as shown in Figure 3, but alternatively, as shown in the Figure 6, in the case of wanting to thermally isolate the area of the nozzle (23), in order to avoid solidification of the metal during the injection, contact areas (100) of the coupling shapes that are made of rubber type material are introduced, which also act by their certain flexibility as a seal between the bodies that are coupled by pressure.
  • This coupling is carried out at an angled angle of 10 degrees with the horizontal to be able to collect by gravity any excess amount of injected material.
  • this inclination can be varied, provided that this return of molten metal to the heated zone of the injection system is achieved.
  • the injection equipment (10) has support and closing means (12) in which the mold (1 1) to be used must be inserted according to the type of piece to be produced.
  • the choice of the mold (11) in the present embodiment is carried out manually, and will be identified in the regulation and control means (15) so that the characteristics of said mold (11) and part are known, and adjustments can be made necessary closing pressures, speeds and injection pressures, as well as the quantity of product, all automatically.
  • automated mold supply means (11) will be available, based on a mold carousel in which the molds to be used in the production period and which are to be used in the equipment are placed injection (10).
  • the supply of said molds to the injection equipment is carried out by an automated process through recognition and reference control of the molds and a transport / exchange system thereof.
  • the support and closing means (12) are formed by two parallel closing plates (31, 32), with the possibility of relative displacement between them, by means of guiding the movement in the structure of the equipment, in order to introduce the mold (11) corresponding between said plates (31, 32), and being able to close by exerting a certain mold closing pressure (1 1).
  • one of said plates (31), which is stationary, is anchored in the structure (33) that communicates with the transfer and injection means (13), having a slight displacement to collect the closing pressure of the plate (32) on the mold (1 1) placed on said stationary plate (31).
  • This placement of the mold (11) on the stationary plate (31) is carried out using centering devices (60) that are coupled in a certain position with complementary shapes of the mold, ensuring the correct placement of the mold on the plate (31) and therefore the correct coupling being of the assembly.
  • the plates (31, 32) can also have perimeter walls of mold engagement (1 1) to prevent lateral expansion thereof (1 1) at the time the closing pressure is exerted.
  • the value of the closing pressure of the mold (1 1) by the plates (31, 32) is the one corresponding to the pressure of the projected area, since pieces of greater volume will have greater projected area and will need greater closing pressure than small parts , to which a pressure is added that depends on the hardness of the mold, so as not to cause excessive deformation of the mold, and a correction coefficient, whose overall result ranges from values slightly higher than the injection pressure, to pressure values of superior closing, without having to reach the pressures of closing of the injection in metallic mold.
  • closing pressures which are automatically regulated, are synchronized with the execution of the different stages of the injection process, said stages of the injection process being in turn synchronized with the vacuum system, thanks to the regulation and control means (15) that coordinate the pressure values exerted by the support and closing means (12) of the mold (1 1) with the position at each moment and the velocity and pressure values of the piston (24) of the injection system, and the generation of vacuum in said mold (1 1).
  • the stationary plate (31) has an opening that matches the position and size of the injector nozzle (23) for its tight coupling, and also coincides with the opening inlet (43) of the mold (11).
  • the vacuum generating means are located behind the closing plate (32) of the support and closing means (12), so that by means of the corresponding opening in said plate (32) it is tightly coupled to the mold (1 1 ) in the opening (44) intended to extract air from the mold channels (11).
  • the parameters of closing pressure, feedrate and speed of the injection pressure system and therefore, the parameters of injection of the material, the conditions at which said material is found, the vacuum pressures of the mold, and the cooling parameters of the molds, are governed by the means of control and regulation (15) of the injection equipment (10), having the corresponding sensors of temperature conditions, pressure, advance regulators, identification of the mold and the piece to be made, etc.
  • control and regulation means automatically configure the above parameters in a coordinated manner, according to the stages that follow.
  • the mold (11) used in the equipment (10) is polymer based, with which it will have elastic properties, which vary by its composition and its treatments.
  • an opening (43) is provided for this purpose that communicates with the channels (45) that will take the metal to the cavities (46), where the pieces are formed.
  • a distribution piece (47) that is of a material of greater resistance to that of the elastomer used in the mold, preferably metallic or ceramic, capable of not deforming with the pressure of injected material and resisting multiple processes of injection to which the mold will be subjected (11).
  • the shape of said distribution part (47) is such that it prevents as much as possible the loss of load in the metal inlet, and that directs said pressurized metal to the channels (45), the principle of said channels being ( 45) without the mold suffering in the area where it receives the impact of injection, deformations that affect the life of the mold and the correct injection of material, as well as the correct formation of parts.
  • the mold (1 1) has drinking fountains (48) to accommodate the air displaced by the metal that may remain after vacuuming.
  • the mold (11) will have vacuum channels (50) that are in communication with the vacuum generating means and that in turn connect with the cavities (46) and with the channels (45) to be able to extract the air that is already in them and the one that is introduced later with the entry of metal into the injection system, by displacing the air that existed in said injection system.
  • the mold (11) can incorporate cooling and / or heating fluid channels that in the case of silicone molds or composed of high thermal insulation resins, can provide the necessary conditions for the process of obtaining the parts, in addition to maintaining the temperature conditions of the mold, in order to maintain its hardness properties that are likely to vary with temperature variations.
  • mold cooling means (1 1) based on its ventilation are available.
  • the support and closing means make the coupling between the closing plate (32) and the mold (11) that is in its correct position marked by centers (60) that prevent its bad placement, which is aligned with the nozzle (23 ) to make the tight coupling between mold (1 1) and nozzle (23).
  • the mold is closed at a pressure regulated by the regulation and control means (15), taking into account the identification of the type of mold (11) and the injection parameters that will be applied in the process, all automatically and that will be the pressure of the projected area, to which is added a pressure that depends on the hardness of the mold and a correction coefficient
  • the transfer means (13) that are partially inserted in the molten metal of the furnace (16) collect the molten metal in the discharge chamber (21) through the opening (22) of communicating vessels having the piston ( 24) in its highest position allowing metal to enter said chamber (21).
  • the metal is injected onto the mold (11) of polymer base, at a pressure and speed that allows the molding of the pieces in said mold (1 1), regulating the advance parameters of the piston (24) and of the pressure exerted by said piston, to obtain the desired acceleration thereof.
  • This stage is divided into several sub-stages such as an approach stage, an injection stage, a braking stage, and a compaction stage, and in coordination / synchronization with the support and closing means of the mold and the means of generation of vacuum, synchronizing the intensity of the force, position and speed of the pressure system, which is exerted on the metal to be injected, as it is in the approximation in which there is a slight acceleration of the piston for low speed to carry the metal at the entrance of the mold (11), while in the principle of filling the mold, at the injection stage, a great acceleration is carried out with a high metal inlet velocity, which will be stopped in a time determined by the volumes of each piece to be produced by lowering the speed before filling the pieces, so that it is a lower speed than the final filling by the compaction stage. All this, as stated, synchronized with the pressure exerted by the means of closing the mold, also synchronizing with the creation of vacuum or not at each stage as appropriate
  • control and regulation means (15) of the operating parameters of the systems included in the equipment (10), perform a static regulation before each injection procedure according to the mold (1 1), the material to be injected and the piece to be obtained, and dynamically during the injection process according to the stage in which it is located, controlling:

Abstract

La presente invención describe un nuevo proceso de inyección de materiales metálicos en moldes de base polimérica, el propio molde necesario para el proceso de este tipo y el equipo que ejecutará el proceso y utilizará el molde, de manera que se aplica unos moldes con propiedades de mayor o menor propiedad de flexibilidad a una inyección a presión de metal sobre ellos, siendo posible la regulación y coordinación de los parámetros de presión, velocidad, cierre del molde, condiciones del material, y gracias aun nuevo molde de base polimérica que adapta su configuración con el resto del sistema y a la inyección a presión del material.

Description

DESCRIPCIÓN
EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO, MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO UTILIZADO Y PROCEDIMIENTO DE FUNCIONAMIENTO DEL CONJUNTO
Más concretamente, la presente invención se refiere a un nuevo equipo y proceso de inyección de materiales metálicos o aleaciones de bajo punto de fusión en moldes de base polimérica del tipo elastómero para la producción de piezas.
Antecedentes de la invención
Son conocidos ampliamente, y por lo tanto forman parte del estado de la técnica, los procesos de inyección de materiales sobre moldes no flexibles para conseguir la producción de piezas.
Estos procesos se basan en la inyección del material a una presión estipulada para transportar dicho material al interior del molde no flexible, habitualmente metálico, donde solidifican formando la pieza en el interior del molde, teniéndose que desmoldar para poder sacarlas y continuar con la producción.
La utilización de dichos moldes impide un desmoldado sencillo, con lo que obliga a disponer de sistemas de desmoldado que ayuden a realizarlo.
Los cambios de la forma de las piezas implican la realización de unos nuevos moldes metálicos o su modificación. La realización de cada uno de dichos moldes implica la fabricación de los mismos en materiales de coste considerable, así como de un tiempo importante de suministro de los mismos moldes que retrasa el lanzamiento de cada pieza, por no hablar de las consecuencias de los errores en la fabricación de un nuevo molde en lo que se refiere a costes y desaprovechamiento de tiempos. Todos estos inconvenientes crean, entre otras consecuencias, la imposibilidad de crear series cortas de piezas a precios bajos.
Por otro lado, también son conocidos y forman parte del estado de la técnica los procesos de moldeado centrífugo en moldes flexibles, consiguiendo una mayor rapidez en la creación de moldes y abaratando sus costes, pero con una gran deficiencia en las aplicaciones, ya que no permite la creación de piezas de ajustadas tolerancias dimensionales, ni las calidades o acabados susceptibles de ser creados en presiones de inyección más altas que la acción del centrifugado. Además, dicho centrifugado crea deformaciones en las piezas que se realizan en cada colada, produciendo una deformación proporcional al radio de la posición de la pieza con respecto al eje de giro del molde centrífugo, siendo estas deformaciones muy complicadas de corregir y controlar.
Finalmente, se conoce el control de procesos asociados a la inyección de metal en moldes metálicos, como la temperatura del metal a inyectar o la posibilidad de regular la presión de inyección, pero sin que estos parámetros estén asociados con otros parámetros de cierre del molde o vacío, encontrándose estáticos durante toda la realización del proceso con los parámetros introducidos inicialmente.
De esta manera se tiene que los procesos y equipos conocidos que intervienen en la fabricación por moldeo de metales disponen de diversos inconvenientes, ya sea por los tiempos de suministros y por los altos costes de preparación de los nuevos moldes a utilizar para cada nueva pieza, mientras que la utilización de moldes flexibles en coladas sufren de falta de calidad tanto dimensional como de acabados de las piezas, así como de una falta de resistencia y estabilidad para inyecciones de metales, todo ello utilizando procesos no controlados en sus parámetros básicos de funcionamiento, o estando controlados de manera estática y no estando coordinados entre ellos.
Descripción de la invención
La presente invención tiene como finalidad la de crear un nuevo equipo de moldeo para la inyección de piezas metálicas, que permita reducir el coste y el tiempo de lanzamiento del molde utilizando moldes poliméricos acondicionados a dicha inyección de metal, permitiendo la fabricación de piezas de cierta complejidad, con un control de la calidad dimensional y de acabado, mediante un proceso y un equipamiento que permita la regulación coordinada y dinámica de los parámetros de actuación para poder realizar dicha inyección en un molde con cierto grado de flexibilidad. Es también una finalidad de la presente invención la creación de un molde polimérico adaptado que permita su utilización en inyección a presión de metal.
Para conseguir esto, la invención preconizada se materializa en un procedimiento y equipo que lo ejecuta, de inyección a presión de un material metálico o aleaciones de bajo punto de fusión en un sistema de molde fijo del tipo polimérico, el cual es del tipo elastómero, preferentemente elastómeros de vulcanización en caliente (HTV) orgánicos o inorgánicos o mediante siliconas líquidas (LSR), con lo que dispondrá de las consecuentes propiedades de flexibilidad, en una mayor o menor medida, según la aplicación concreta que se le dé, moviéndonos en durezas de molde comprendidas entre 20 y 95 Shore A. La aplicación conjunta de estos dos conceptos, la inyección de material metálico de bajo punto de fusión o aleaciones de bajo punto de fusión, a partir de ahora nombrado en la presente descripción como "metal", y la utilización de molde polimérico del tipo elastómero, a partir de ahora nombrado en la presente descripción como "molde polimérico", hace necesaria la creación de un procedimiento novedoso con las características y etapas que se indican seguidamente, siendo ejecutado en un equipo también novedoso, que permitirán realizar el proceso totalmente controlado y automatizado, si se quiere dicha automatización, para permitir una calidad idónea y repetible sobre cualquier pieza a fabricar, en dicha novedosa inyección de metal en molde polimérico, no asimilable a la inyección de metal sobre molde metálico, ya que el control de las etapas y parámetros de cierre del molde, de inyección del metal, de creación de vacío, etc., han de estar configuradas de manera coordinada, de forma dinámica durante la inyección y controladas en todo momento de duración del proceso de inyección.
El equipo de inyección de metal en molde polimérico dispone de unos medios de trasiego e inyección del metal a inyectar en las condiciones adecuadas, donde dichas condiciones se basan en el estado de temperatura idónea del material en los medios de suministro de metal, la cual será la temperatura de punto de fusión de dicho metal o será superior a ésta, para que dicho metal sea llevado al sistema de presión para realizar la inyección, así como una correcta agitación de dicho material. Estas condiciones de temperatura dependerán del metal a utilizar en la inyección y de los tiempos programados de duración de la inyección, ya que si se necesita mantener la temperatura del metal durante más tiempo en el equipo hasta llegar al molde porqué se realiza una inyección más lenta, se podría optar por tener una temperatura de dicho metal ligeramente más alta del punto de fusión para que no solidifique antes de tiempo.
Los medios de trasiego e inyección del metal se encuentran alimentados por los medios de suministro de metal, preferentemente introduciéndose dichos medios de trasiego e inyección de forma parcial o total en el interior de los indicados medios de suministro de metal, es decir en el crisol u horno de fusión del metal, recogiendo el metal de dicho recipiente o equipo correspondiente, en dichas condiciones idóneas de inyección, transportando dicho metal al sistema de presión, para poder realizar la inyección de metal sobre el molde polimérico. Con respecto a los dispositivos donde se contiene el metal fundido, se disponen de sistemas calefactados, con control de temperatura de dichos sistemas, con diferentes sistemas de agitación, filtrado o combinación de estos u otros elementos que consigan las condiciones necesarias del metal para una óptima inyección, ya que los materiales a inyectar pueden ser de diversas características. Se utilizan metales de bajo punto de fusión, por debajo de 660 °C, como por ejemplo aleaciones que contengan plomo, estaño, zinc, aluminio, magnesio, aunque otro tipo de metales también se pueden utilizar en este equipo/proceso.
A modo de ejemplo, a continuación se muestra la correspondencia entre metales y aleaciones susceptibles de ser utilizadas en el presente proceso y las condiciones de temperatura en las que se decide tener dicho material para proceder a su trasiego al sistema de presión para ser inyectado. Hay que tener en cuenta que este parámetro es fundamental para después tener el material en el proceso de inyección a la temperatura correcta y evitar que con los tiempos de inyección necesarios no se solidifique antes de tiempo.
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El control de dicha temperatura del metal en los medios de suministro, se realiza con una regulación que permite mantenerla en una horquilla de más/menos 5-10 grados centígrados, con el objetivo que no haya diferencias en los consecutivos procesos de inyección ejecutados. El equipo de inyección de metal, de manera preferente, puede disponer de un sistema automático de control de nivel de metal en los medios de trasiego e inyección, para que la bajada de nivel en el dispositivo que contiene el metal fundido no afecte a la acción del sistema de inyección por tener un nivel más bajo de metal después de diversos procesos de inyección ya efectuados. Este sistema automático puede encargarse de introducir metal en el sistema para que tenga siempre el mismo nivel óptimo en él, o tratarse de un sistema que desplace el equipo de inyección o regule el desplazamiento del sistema de presión en búsqueda del nivel óptimo, variando de manera controlada el recorrido/posición del sistema de inyección. Los medios de trasiego e inyección del metal están constituidos por unos medios de desplazamiento a través de ellos de dicho metal, y por un sistema de presión hacia el que se lleva el metal fundido utilizando dichos medios de trasiego, siendo dicho sistema de presión el encargado de inyectar el metal sobre el molde de base polimérica. Habitualmente, estos medios de trasiego e inyección pueden quedar constituidos por un cuello de cisne, calefactado, el cual se encuentra sumergido en el interior del crisol u horno con el material a inyectar, con un sistema de presión que realiza la inyección sobre el molde. De forma general, dichos medios de trasiego e inyección se caracterizarán por disponer de unos medios de trasiego y llenado de una cámara de inyección, habitualmente del tipo sifón, previa al molde, la cual se llena del metal a inyectar proveniente del horno o crisol, y donde actúa el sistema de presión, para inyectarlo sobre la entrada del molde. Esto hace comprensible otros tipos de llenado de una cámara de impulsión puedan ser utilizados, siempre que mantengan el metal en las condiciones de inyección establecidas para el tipo de metal. El sistema de presión se basa en un conjunto de elementos que realizan la impulsión del material a inyectar en el molde a una presión determinada, de manera no atmosférica, configurable manual o automáticamente mediante los medios de regulación y control. Habitualmente dicho sistema de presión se realiza a partir de la acción de un medio mecánico (pistón neumático, sistema hidráulico, actuadores lineales del tipo sinfín o similares, etc.) sobre el metal dispuesto en la cámara de impulsión, estando dicho sistema de presión controlado por los medios de regulación y control, pudiendo ajusfar los parámetros de presión, avance, etapas y velocidad sobre el material al inyectar.
La regulación se realiza en las diferentes etapas en las que se puede dividir el proceso de inyectado, que son las que el usuario quiera o se necesite, ya que al ventajosamente utilizar sistemas de avance que son configurables en su posición de desplazamiento, así como en la velocidad en el cual se desplazan, ya sea por la regulación de la presión capaz de ejercer el sistema de avance neumático o hidráulico, o la propia velocidad de un sistema de actuador lineal, se permite regular dicha velocidad, avance y presión del sistema de presión, para cada tiempo/etapa en la que se divida el proceso propio de inyección, consiguiendo controlar y regular la velocidad de llenado del molde, según las características de las piezas a formar, del molde, etc.
La velocidad del metal a la entrada de la pieza se configurará para que sea entre 0,05 m/s y 10 m/s con lo que la regulación de la presión del propio sistema de presión irá de 0, 1 bar a 50 bar, proporcionando una aceleración deseada y una velocidad final dependiendo de la superficie de empuje del sistema utilizado, por ejemplo, de la superficie del pistón que empujará al metal por el cuello de cisne hacia la boquilla y al interior del molde. Todo ello controlando el avance de dicho sistema de presión hasta una precisión de milímetros, para así controlar la cantidad de material que se inyecta en el molde polimérico e incluso conseguir inyectar cantidades exactas, mediante la regulación del recorrido del pistón o elemento de inyección que se utilice. Esto es novedoso con respecto a otros procedimientos que controlan la presión de inyección en molde metálico, ya que para utilizar molde polimérico flexible, o con cierto grado de flexibilidad, se hace necesario controlar estas etapas con mayor precisión y e forma dinámica para poder controlar y evitar una deformación del molde que resulte inaceptable para la producción de sus piezas, cosa que con molde metálico no es así, ya que solamente se controla la presión de inyección por el tipo de pieza a inyectar, y si se realizase como en los moldes metálicos, se tendrían deformaciones, o salidas de material fuera del molde polimérico, teniendo piezas producidas inservibles. Como hemos visto, los medios de trasiego e inyección de metal tienen como objetivo final de inyectar el metal dentro del molde polimérico para realizar el moldeo de las piezas. Para que dicha operación se realice de manera correcta, el equipo de inyección sobre molde polimérico dispone de unos medios de soporte del molde que realizan el cierre del mismo y que se acoplan con la parte correspondiente de los medios de trasiego e inyección, habitualmente en su boquilla de salida del metal a presión.
Más concretamente, los medios de soporte y cierre del molde están formados al menos por un sistema de posicionamiento/centrado del molde, utilizando habitualmente el encaje del molde por formas complementarias entre molde y medios de soporte, como los centradores , para que se sitúe el mismo en la posición correcta para su acoplamiento, y también estando formados dichos medios de soporte y cierre por un sistema de cierre por presión regulable. De esta manera, el molde de base polimérica, se colocará en los medios de soporte y cierre siguiendo un sistema de posicionamiento/centrado y el conjunto se cerrará a una presión tal que contrarreste la presión de inyección de manera que se pueda efectuar la inyección de metal a presión deseada en dicho molde sin que tengamos problemas de separación del mismo ni de rebabas en las piezas, pero sin que tengamos tampoco problemas de deformación por exceso de presión sobre el molde.
La presión que ejercen los medios de soporte y cierre para el cierre correcto del molde es regulable, llegando preferentemente hasta los 100 kN, desde los correspondientes medios de control de manera manual o automática, incluso pudiendo ir variando según el momento de la inyección en que se encuentre el proceso. La presión ejercida por dichos medios de soporte y cierre será la correspondiente a la fuerza ejercida por la presión del área proyectada de la pieza a inyectar, más una presión asociada a la dureza del molde polimérico elegido, ya que la presión no puede ser igual para moldes con mayor o menor propiedad de flexibilidad, y un factor de seguridad. Como medida añadida, en los medios de soporte y cierre se puede disponer de una junta integrada en el molde o independiente de él, que facilita la acción de cierre a presiones inferiores.
El equipo de inyección dispone de un acoplamiento estanco, a la presión de trabajo, entre los medios de trasiego e inyección y el molde, preferentemente por el acoplamiento entre la salida de los medios de trasiego e inyección y el conjunto de medios de soporte y cierre del molde, que contienen a dicho molde. Dicho acoplamiento estanco se realiza por el acoplamiento por contacto pieza contra pieza a presión de la boquilla con el soporte del molde o sobre el mismo molde. Este sistema de acoplamiento estanco dispone de formas complementarias para que al entrar en contacto y a presión no se derrame por dicha unión el metal que se inyecta a presión, teniendo en cuenta que el acoplamiento debe ser en una forma cónica o similar que se abra hacia el molde para permitir la expulsión del bebedero solidificado.
Este sistema de acoplamiento se puede realizar directamente pieza de metal de la boquilla contra pieza de metal del soporte del molde, pero en el caso de querer aislar térmicamente la zona de la boquilla, para evitar la solidificación del metal durante la inyección, se introducen zonas de contacto de las formas que se acoplan que son de material tipo caucho, que además actúan por su cierta flexibilidad como sello entre los cuerpos que se acoplan por presión.
Por el mismo motivo, el de evitar la solidificación del metal en los medios de trasiego e inyección y en la entrada al molde polimérico, la inclinación con que se realiza la inyección del metal en el molde ha de permitir que el metal fundido pueda volver a las zonas calefactadas una vez se ha acabado el proceso de inyección para la recogida por gravedad del material sobrante, o dejar la boquilla en una posición que no pueda acumular metal que se pueda solidificar o incluso estar en unas condiciones diferentes que en donde se contiene el metal fundido para inyectar, evitando que se solidifique en algún punto del equipo provocando obturaciones indeseadas. Esta inclinación será igual o superior a 10 grados por debajo de la horizontal, hasta posiciones verticales por debajo del molde que inyecten hacia arriba o hacia abajo.
El equipo de inyección dispone de un sistema para crear vacío en el interior del molde que permitirá la extracción del aire para el correcto llenado de los alojamientos de las piezas, controlado por los medios de regulación y control de manera manual o automática. Dicho sistema de vacío permite su regulación en cualquier paso del proceso hasta la obtención de una presión de vació de 5 mbar de presión absoluta.
Este proceso de vacío se realiza de manera previa, y/o durante la inyección regulada de metal, para que el volumen de aire desplazado por el metal fundido que se inyecta en el interior del molde, sea mínimo, evitando posibles problemas de burbujas, deformaciones, o impedimento del correcto llenado de los conductos y espacios para formar piezas realizados en el molde.
Se puede incluir un sistema de limitación de presión para evitar que se produzca un exceso de vacío y se obstruyan los canales de paso del metal por el molde. Este sistema de creación de vacío en el molde se acopla de forma estanca al molde, por presión de la boquilla del sistema de vacío sobre una abertura del molde, donde dicha abertura comunica con todos los canales y espacios interiores que van a recibir el metal a presión inyectado mediante canales independientes o específicos que comunican con ellos, conectando de esta manera el hueco destinado a formar la pieza con el sistema de vacío por una sección mínima para que no pase metal, donde dicha sección será inferior a 4 mm2, aunque puede ser variable según el metal utilizado, condiciones de inyección, etc.
Este sistema de vacío estará formado habitualmente por un sistema de bomba de vacío, un depósito de vacío, elementos de medición, filtros de partículas y posibles contaminantes y las correspondientes válvulas y conductos, así como boquillas o medios de conexión al molde.
La aplicación de los moldes poliméricos en procesos de inyección, pueden hacer necesarios unos medios de evacuación del calor y en algunos casos incluso unos medios de refrigeración del molde para conseguir la realización correcta de las piezas, así como el mantenimiento de las propiedades de dichos moldes. En el caso de polímeros con un poder aislante térmico elevado se considera la opción de un calentado previo para preparar el molde para la inyección o de manera alternativa, introduciendo en el molde una capa o elemento de refrigeración o calefacción que facilite el intercambio térmico con el material inyectado, por la introducción de resistencias eléctricas en propio molde o canales para el paso de fluidos de refrigeración/calefacción realizados en la fase de vulcanización de los moldes. Exteriormente, una de las posibles formas de refrigeración son las mesas ventiladas o la refrigeración en los medios de soporte y cierre.
Todos los componentes del equipo, tanto el dispositivo de mantenimiento de las condiciones del metal en el crisol u horno, los medios de trasiego e inyección, los medios de soporte y cierre del molde, así como el funcionamiento del sistema de vacío, se encuentran gobernados por unos medios de regulación y control del equipo/proceso, que pueden ser regulados de forma tanto manual como automática, para adaptar los parámetros del equipo y el proceso a diferentes tipos de piezas, materiales de inyección, moldes, especificaciones de los clientes, etc.
Esta regulación y control, automática preferentemente, se realiza gracias a dichos medios de regulación y control del proceso. Los parámetros que son controlados y modificados por estos medios de control y regulación, de forma predefinida antes de cada procedimiento de inyección según el molde, el material a inyectar y la pieza a obtener, pudiendo evolucionar de forma dinámica durante el proceso de inyección para cada, para poder corregir parámetros, como la presión de cierre, que evolucionan dinámicamente durante el proceso de inyección y que hacen necesaria una regulación diferente y coordinada en las diferentes etapas que pasa el proceso. Estos parámetros son:
- Los parámetros de temperatura y agitación en los que se encuentra el material a inyectar en el dispositivo de suministro.
- La fuerza que realizan los medios de soporte y cierre sobre el molde.
- La presión, posición y velocidad de inyección del medio mecánico que aplica el empuje sobre el metal fundido.
- Control de la cantidad, velocidad, presión, temperatura, etc., del material inyectado y de los medios de trasiego.
- Los parámetros de temperatura de refrigeración del molde y tiempo de solidificación.
- Los parámetros de presión de vacío y tiempo-duración de actuación del sistema de vacío.
Los moldes de base polimérica utilizados hasta ahora en moldeo de materiales metálicos en máquinas centrífugas o en otro tipo de sistemas de moldeo, no son aplicables a procesos de inyección de metales a presión, por las deformaciones del molde indicadas en el Estado de la Técnica, así como por la alta presión y el metal utilizados en dicha inyección, con lo que el molde polimérico a utilizar en este equipo de inyección dependerá de las exigencias de la pieza a inyectar, pudiendo ser necesarios desde un molde del tipo elastomérico que confiere dicha propiedad de la elasticidad, hasta otros polímeros de flexibilidad casi inapreciable, utilizando una configuración en el sistema de entrada de metal al molde que evite daños en el mismo y una correcta distribución de un material como el metal fundido, teniendo en cuenta que se utilizarán moldes de dureza superior para poder tener mayor calidad en las piezas, al tener el molde una menor deformación, o se utilizará un molde de mayor flexibilidad para piezas complicadas que permita un desmoldado más fácil.
Dicho molde, de geometría variable según las necesidades, ya sea redondo, cuadrado u otra geometría, y de composición polimérica también variable según las necesidades de regular las propiedades de flexibilidad, se dispone en las habituales dos partes, para poder realizar el desmoldado del mismo y la extracción de las piezas, teniendo al menos en una de dichas partes unos medios de entrada del material inyectado, que conducen a partir de dicha entrada a los canales de distribución hasta las cavidades que forman las piezas, pudiendo disponer de diversas entradas para la actuación simultánea de diversas boquillas de inyección de metal en un mismo molde. La entrada de material se debe realizar manteniendo las condiciones diseñadas, por lo que la conexión entre los medios de trasiego e inyección y el sistema de entrada del molde ha de permitir estanqueidad, para poder realizar la inyección a presión, cosa que habitualmente se puede conseguir con el acople de los medios de soporte y cierre, donde se solidariza el molde y su sistema de entrada, a los medios de trasiego e inyección del molde, o mediante la conexión directa de los medios de trasiego e inyección a dichos medios de entrada del molde, tal y como se ha dicho anteriormente por los sistemas de acoplamiento de pieza contra pieza por presión entre dichas dos partes.
Para adaptar el sistema de moldes de base polimérica al proceso de inyección a presión de metal, consiguiendo la resistencia necesaria a la presión de trabajo del equipo de inyección, el molde dispone de una pieza de distribución propia del molde, que se ubica en su interior, en el sistema de entrada del molde, en el punto de bifurcación/distribución del flujo de entrada desde los medios de trasiego e inyección, hacia los canales de llenado del molde. Esta pieza de distribución integrada en el molde, preferentemente fijada en el proceso de vulcanización/formación de dicho molde, está realizada en un material de mayor resistencia que la del elastómero utilizado en la formación del molde, preferentemente materiales elastoméricos de mayor dureza que elastómero del molde, materiales metálicos o cerámicos que no puedan ser modificados ni deteriorados con las presiones utilizadas, ni con el flujo de metal a dicha presión, con lo que se dispondrá de una pieza con resistencia a la degradación térmica por la temperatura de inyección y con resistencia al desgaste mecánico por el flujo del metal, todo ello con una forma propia de cada molde y de los canales y cavidades de piezas propias, que realiza la canalización y distribución del flujo de entrada hacia los canales interiores del molde, sin que se incida a la presión de inyección contra la pared del molde polimérico, evitando la deformación del mismo, así como las posibles pérdidas de carga por el golpeo directo y perpendicular en una pared del mismo molde, de donde se distribuye a los propios canales, siendo dicha pieza de distribución el principio de cada uno de dichos canales internos del molde.
Del mismo modo, se crea un nuevo sistema de conductos independientes o específicos en el molde que conectan con los espacios destinados a formar las piezas, y por tanto, en contacto con los canales de distribución, los cuales tienen aire en su interior en el momento previo de la inyección, y donde dichos conductos se conectan al sistema de vacío.
Por otro lado, el diseño del molde incluye rebosaderos, que puedan recoger el aire que pueda quedar después del vacío y que está siendo empujado por el metal una vez empieza la inyección.
De forma opcional, los moldes que se utilizan en el presente sistema de inyección de metal pueden presentar protecciones internas o nuevas piezas de distribución en otros puntos de impacto del material inyectado además que en la entrada desde los medios de trasiego e inyección. Estos se pueden ubicar en puntos susceptibles de recibir la presión y velocidad del material inyectado como son los puntos de impacto directo de la salida de la boquilla, bifurcaciones, etc., además de estar formados por una composición y un diseño capaz de recibir dicha presión y velocidad del material inyectado, sin variar la forma final de la pieza bajo unas tolerancias ventajosamente pequeñas y resistiendo a la degradación térmica y al desgaste mecánico del metal inyectado, pudiendo ser al igual que la pieza de distribución de materiales elastoméricos de mayor dureza que elastómero del molde, materiales metálicos o cerámicos. Estas protecciones se pueden realizar de manera superficial en el molde, de forma interior en los puntos elegidos para aumentar la resistencia, proporcionando una estratificación del molde que combine las zonas más flexibles con puntos de mayor rigidez.
Alternativamente se pueden incorporar moldes de carácter híbrido, en el que se dispongan de ciertas partes, como las cavidades para piezas, zonas de impacto directo y/o bifurcaciones completamente rígidas, fijas o extraíbles, usando materiales resistentes a la deformación y al desgaste y/o rotura. De este modo se pueden tener moldes que, por ejemplo, tengan un alojamiento de la zona de moldeo que contengan postizos, para la creación de partes de la pieza, que sean rígidos.
El procedimiento de inyección de metales de bajo punto de fusión en molde polimérico del tipo elastómero parte de la elección del molde a utilizar según la pieza que se quiere producir. Este proceso, habitualmente manual, se puede realizar alternativamente de forma automatizada, mediante un sistema de carrusel que incorpora los diferentes moldes que se van a utilizar en el proceso productivo, disminuyendo el tiempo entre los cambios de molde, y permitiendo una alimentación automática, que parte del almacén de moldes, de donde se identifican, recogen y se transportan al equipo de inyección, en donde los moldes son depositados en un carrusel de inserción en el equipo de inyección, siendo identificados por el equipo encargado de introducirlos en el equipo de inyección, y así en cada momento se puede automáticamente cambiar de pieza a producir, gracias al control de dicho sistema automatizado de los medios de regulación y control del equipo de inyección. Una vez en el equipo de inyección, el molde se coloca en los medios de soporte y cierre, en los que queda posicionado correctamente gracias a los centradores de que dispone, y cerrado a la presión que se ha regulado (manual o automáticamente) y que depende de la presión del área proyectada, ya que piezas de mayor volumen tendrán mayor área proyectada y necesitarán mayor presión de cierre que piezas pequeñas, a la que se le suma una presión que depende de la dureza del molde, para no realizar la deformación excesiva del mismo, y un coeficiente corrector.
El material a inyectar se encuentra en las condiciones óptimas para realizar el proceso dentro del horno/crisol, pudiendo estar controladas dichas condiciones desde los medios de regulación y control del equipo de inyección o siendo independientes. Los medios de trasiego e inyección del equipo de inyección recogen el metal en las condiciones idóneas de dicho horno/crisol para que el sistema de presión, una vez empiece la etapa de llenado pueda disponer, en la cámara de dicho sistema de presión, del correspondiente metal y así poder ejercer la presión sobre él, y realizar la etapa de inyección. Al comienzo del propio proceso de inyección, de forma previa y/o durante el desarrollo de la propia inyección regulada en el molde, según en la etapa en la que se encuentre el proceso, se realiza el vacío sobre el molde para extraer el aire de los canales y espacios para la formación de piezas, por los medios de vacío que se acoplan de forma estanca a dicho molde por una abertura que dispone a tal efecto. Este vacío está controlado por el sistema de regulación y control, que podrá ser manual o automático, para que se pueda controlar la presión de vacío aplicada con respecto a cada uno de los moldes utilizados en cada momento, y por tanto con unas propiedades de constitución posiblemente diferentes, a cada una de las etapas del proceso de inyección y al tipo de piezas a realizar.
A continuación, se realiza la inyección del metal sobre el molde de base polimérica, a una presión y velocidad que permita el moldeo de las piezas en dicho molde, y que como se ha indicado anteriormente, será tal que la velocidad del metal a la entrada de la pieza se configurará para que sea entre 0,05 m/s y 10 m/s con lo que la regulación de la presión del propio sistema de presión irá de 0, 1 bar a 50 bar, proporcionando una aceleración deseada y una velocidad final dependiendo de la superficie de empuje del sistema utilizado. Estos valores controlados por los medios de control y regulación, permiten el funcionamiento del sistema a unas velocidades y presiones que mejoran ventajosamente los parámetros que hasta ahora se podían utilizar en estos procesos, aplicados sobre el molde flexible no estacionario, es decir centrífugos, ya que se podrá regular desde dichos medios las velocidades, presión y tiempo del proceso de inyección del metal, para cada tipo de pieza y molde que se va a utilizar, y pudiéndose realizar de manera automática o manual.
La etapa de inyección se compone de diferentes sub-etapas las cuales se encuentra controladas y reguladas por los medios de control, las cuales incluyen preferentemente, al menos en una etapa de aproximación, una etapa de inyección, una etapa de frenada, y una etapa de compactacion, y en coordinación/sincronización con los medios de soporte y cierre del molde y los medios de generación de vacío, sincronizando la intensidad de la fuerza, posición y velocidad del sistema de presión, que se ejerce sobre el metal a inyectar, según se encuentre en el principio de llenado del molde, en su llenado general, o en su parte final, con la presión que ejercen los medios de cerrado del molde, así mismo sincronizando con la creación de vacío o no en cada etapa según convenga. Esta sub-división en etapas se puede realizar en múltiples divisiones más a conveniencia del usuario que configure el proceso, gracias a la utilización de los medios de control.
La inyección de metal aplicada y el tiempo de solidificación son regulados para cada tipo de pieza y material inyectado, procediendo una vez terminado a la apertura de los medios de soporte y cierre del molde, para su extracción de manera manual o automática, y la introducción de un nuevo molde vacío para el siguiente proceso de inyección de metal.
Las características ventajosas de dicho equipo, proceso y molde proporcionan a la invención las soluciones a los problemas ocasionados por los equipos de fundición inyectada y centrífuga. Así el equipo de inyección de metal en moldes poliméricos flexibles fijos aquí mostrado, su molde asociado y el proceso de funcionamiento permite:
- Con respecto de la fundición inyectada conocida:
o Disponer de un molde para la producción de una nueva pieza metálica, en un corto espacio de tiempo, ya que los moldes poliméricos se pueden crear de manera mucho más rápida que los metálicos y por tanto poder comenzar la producción de la nueva pieza metálica en un plazo mucho más corto de tiempo, habitualmente entre 1 y 3 horas,
o Reducir los costes de fabricación de los moldes al no tener que hacerse en materiales metálicos no flexibles que requieren procesos de mecanización, y por lo tanto mucho más costosos. o Permite tener un desmoldado sencillo de las piezas metálicas inyectadas de geometrías con contra-salida, imposibles de fabricar con moldes metálicos no flexibles, que siempre necesitan de un ángulo de salida positivo, o el uso de moldes complejos de varias partes, donde se utilizan partes móviles que permiten dichas geometrías.
o Permite realizar series cortas o medianas a bajo precio, por el bajo coste de creación del molde, con respecto de los moldes metálicos.
- Con respecto del sistema centrífugo conocido:
o Disponer de un tiempo de ciclo más corto y por tanto aumentar la productividad, gracias a no tener que llegar a unas revoluciones óptimas para poder realizar la colada, y al poder utilizar una mayor presión de inyección, y obtener un menor tiempo de solidificación.
o Evita la deformación de las piezas debido a la fuerza centrífuga que hace que el metal líquido deforme el molde flexible de manera proporcional al radio y al cuadrado de la velocidad angular de giro.
o Permite la consecución de tolerancias más bajas y controladas (proceso repetible) en la fabricación de las piezas. Permite un acabado superior con respecto a las coladas centrífugas por la mayor presión de trabajo.
o Permite la fabricación de piezas con mayores propiedades mecánicas debido a la presión superior de compactación del metal.
- Con respecto de ambos procesos conocidos:
o Permite controlar los parámetros de funcionamiento de los elementos y sistemas que forman el equipo/proceso, ya sea de manera automática como manual, para poder modificarlos y sincronizarlos en cada uno de los pasos que existen en cada una de las etapas, si fuera necesario, con lo que se consigue una simulación de procesos de llenado por software.
o Permite disponer de un control de los parámetros que evite, a una presión de inyección dada, la salida de metal del molde cerrado y las rebabas en las piezas que se inyectan.
Otros detalles y características se irán poniendo de manifiesto en el transcurso de la descripción que a continuación se da, en los que se hace referencia a los dibujos que a esta memoria se acompañan, en los que se muestra a título ilustrativo pero no limitativo una realización práctica de la invención. Breve descripción de las figuras
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.
La figura 1 es una vista en perspectiva del equipo de inyección en molde polimérico, con los medios de trasiego e inyección sumergidos en parte en el horno de metal fundido.
La figura 2 es una vista en alzado del sistema de inyección donde se marca el detalle del acoplamiento entre molde, medios de cierre y medios de inyección. La figura 3 es una vista del detalle de acoplamiento del molde polimérico, los medios de cierre y los medios de inyección.
La figura 4 es una vista en alzado del sistema de inyección del tipo cuello de cisne.
La figura 5 es una vista en planta superior de un molde polimérico visto por su parte interior.
La figura 6 es una vista del detalle de acoplamiento de los medios de cierre y los medios de inyección, utilizando zonas de contacto aislantes térmicamente.
Descripción de una realización preferida
En una de las realizaciones preferidas de la presente invención, tal y como se puede ver las figuras 1 a 5, el nuevo equipo de inyección (10) en molde de base polimérica dispone de diversos sistemas que lo forman, y que incluyen unos medios de soporte y cierre (12) del molde (1 1), unos medios de trasiego e inyección (13) del metal, y unos medios de generación de vacío no grafiados en las figuras, todo ello gobernado por unos medios de regulación y control (15), que en la presente realización se contemplan de manera automática.
El equipo de inyección (10) necesita un suministro de metal fundido en las condiciones idóneas de temperatura y agitación para su inyección en el molde (1 1), por ejemplo Zamak 5 a unos 400-480 °C. Este metal fundido será suministrado en la presente realización por un horno (16) que dispone de parámetros de regulación de dichas condiciones de temperatura y agitación, disponiendo de sus propios medios de regulación y control, aunque alternativamente dichos medios de regulación y control del horno (16) podrían estar conectados a los del equipo de inyección (10) para que también se gobernara desde él (10) de forma centralizada, e incluso, en realizaciones alternativas, el horno (16) podría llegar a formar parte del propio equipo de inyección (10).
Los medios de trasiego e inyección (13) están formados por unos conductos del tipo cuello de cisne, que en la presente realización se encuentran calefactados, por los que se desplazará el metal, donde dichos medios (13) se introducen parcialmente en el propio metal fundido en el horno (16), quedando la parte inferior del cuello de cisne sumergida, es decir la zona de llenado de la cámara de impulsión (21), para que siempre esté alimentada por el metal a través de la abertura (22). Esta abertura está formada por vasos comunicantes, que al estar en comunicación la cámara de impulsión (21) del cuello de cisne con el metal fundido del horno (16), y donde al tener el pistón (24) en una posición elevada que deja libre dicha cámara de impulsión (21), el metal entra en ella (21). Si el nivel de metal en el horno (16) baja, se puede disponer de un sistema de regulación que haga que el pistón tenga un mayor recorrido, ya que el metal no tendrá tanta altura en la cámara de impulsión, al haber entrado metal hasta una altura inferior. El sistema de presión para realizar la inyección del metal sobre el molde (1 1) se realiza mediante la acción de un pistón (24) que según su avance proporciona unas condiciones de presión y velocidad al metal a inyectar, donde dicho avance, recorrido, presión y velocidad del sistema de presión está controlado y regulado por los medios (15), conociendo la posición de avance de dicho pistón y los parámetros anteriores. La velocidad del metal a la entrada de la pieza se configurará para que sea entre 0,05 m/s y 10 m/s con lo que la regulación de la presión del propio sistema de presión irá de 0,1 bar a 50 bar.
Como se ha indicado, en esta realización se dispone de unos medios de trasiego e inyección (13) que se encuentran en el interior de los medios de suministro, horno (16), aunque alternativamente estos medios de inyección (13) pueden ser externos, del tipo cámara fría, debiéndose suministrar el metal fundido por un sistema de trasiego que llene el sistema de presión correspondiente.
El extremo de los medios de trasiego e inyección, formado por una boquilla inyectora (23), ha de quedar acoplado de manera estanca a los medios de soporte y cierre (12) que contienen el molde (1 1). Dicho acoplamiento estanco se realiza por el acoplamiento por contacto pieza contra pieza a presión de la boquilla (23) con el soporte (12) del molde o sobre el mismo molde (1 1). Este sistema de acoplamiento estanco dispone de formas complementarias para que al entrar en contacto y a presión no se derrame por dicha unión el metal que se inyecta a presión, teniendo que el acoplamiento es en una forma cónica que se abre hacia el molde para permitir la expulsión del bebedero solidificado. Este sistema de acoplamiento se puede realizar directamente pieza de metal de la boquilla (23) contra pieza de metal del soporte (12) del molde(11), como se muestra en la figura 3, pero alternativamente, tal y como se muestra en la figura 6, en el caso de querer aislar térmicamente la zona de la boquilla (23), para evitar la solidificación del metal durante la inyección, se introducen zonas de contacto (100) de las formas que se acoplan que son de material tipo caucho, que además actúan por su cierta flexibilidad como sello entre los cuerpos que se acoplan por presión.
Este acoplamiento se realiza en un ángulo inclinado de 10 grados con la horizontal para poder recoger por gravedad cualquier cantidad sobrante de material inyectado. De forma alternativa, esta inclinación se puede variar, siempre que se consiga este retorno de metal fundido hacia la zona calefactada del sistema de inyección.
El equipo de inyección (10) dispone de unos medios de soporte y cierre (12) en los que se debe introducir el molde (1 1) a utilizar según el tipo de pieza que se quiera producir. La elección del molde (11) en la presente realización se realiza de manera manual, y se identificará en los medios de regulación y control (15) para que se conozcan las características de dicho molde (11) y pieza, y puedan realizarse los ajustes necesarios de presiones de cierre, velocidades y presiones de inyección, así como la cantidad de producto, todo ello de manera automática.
En realizaciones alternativas, se dispondrán de unos medios de suministro de molde (11) automatizada, basados en un carrusel de moldes en el que se colocan los moldes que se van a utilizar en el periodo productivo y que van a ser utilizados en el equipo de inyección (10). El suministro de dichos moldes al equipo de inyección se realiza por un proceso automatizado mediante un reconocimiento y control de referencias de los moldes y un sistema de transporte/intercambio de los mismos. Los medios de soporte y cierre (12) están formados por dos placas (31 , 32) paralelas de cierre, con posibilidad de desplazamiento relativo entre ellas, por medio de medios de guiado del desplazamiento en la estructura del equipo, para poder introducir el molde (11) correspondiente entre dichas placas (31 , 32), y poder cerrarse ejerciendo una determinada presión de cierre del molde (1 1). En la presente realización una de dichas placas (31), que es estacionaria, se encuentra anclada en la estructura (33) que comunica con los medios de trasiego e inyección (13), teniendo un ligero desplazamiento para recoger la presión de cierre de la placa (32) sobre el molde (1 1) colocado sobre dicha placa estacionaria (31). Esta colocación del molde (11) en la placa estacionaria (31) se realiza utilizando centradores (60) que se acoplan en una posición determinada con formas complementarias del molde, asegurando la correcta colocación del molde en la placa (31) y por tanto el correcto acoplamiento estando del conjunto.
Las placas (31 , 32) pueden disponer también de paredes perimetrales de encaje del molde (1 1) para impedir la expansión lateral del mismo (1 1) en el momento en que se ejerce la presión de cierre.
El valor de la presión de cierre del molde (1 1) por las placas (31 , 32) es la correspondiente a la presión del área proyectada, ya que piezas de mayor volumen tendrán mayor área proyectada y necesitarán mayor presión de cierre que piezas pequeñas, a la que se le suma una presión que depende de la dureza del molde, para no realizar la deformación excesiva del mismo, y un coeficiente corrector, cuyo resultado global va desde valores ligeramente superiores a la presión de inyección, hasta valores de presiones de cierre superiores, sin tener que llegar a las presiones de cierre de la inyección en molde metálico. Estas presiones de cierre, que están reguladas automáticamente, se encuentran sincronizadas con la ejecución de las diferentes etapas del proceso de inyección, estando dichas etapas del proceso de inyección a su vez sincronizadas con el sistema de vacío, gracias a los medios de regulación y control (15) que coordinan los valores de presión que ejercen los medios de soporte y cierre (12) del molde (1 1) con la posición en cada momento y los valores de velocidad y presión del pistón (24) del sistema de inyección, y la generación de vacío en dicho molde (1 1).
La correspondencia entre generación de vacío y las etapas de inyección se corresponde con la tabla/esquema siguiente, en la que se puede ver como la generación de vacío comenzará en el inicio de la etapa de inyección y acabará al inicio de la etapa de compactación.
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La placa estacionaria (31) dispone de una abertura que coincide con la posición y tamaño de la boquilla inyectora (23) para su acoplamiento estanco, y coincide también con la abertura de entrada (43) del molde (11).
Los medios de generación de vacío se ubican detrás de la placa de cierre (32) de los medios de soporte y cierre (12), para que mediante la correspondiente abertura en dicha placa (32) se acople de manera estanca al molde (1 1) en la abertura (44) destinada a extraer el aire de los canales del molde (11).
Los parámetros de presión de cierre, de avance y velocidad del sistema de presión de inyección y por tanto, los parámetros de inyección del material, las condiciones a las que se encuentra dicho material, las presiones de vació del molde, y los parámetros de refrigeración de los moldes, quedan gobernados por los medios de control y regulación (15) del equipo de inyección (10), disponiendo de los correspondientes sensores de condiciones de temperatura, presión, reguladores de avance, identificación del molde y de la pieza a realizar, etc. Estos medios de control y regulación (15) configuran automáticamente los parámetros anteriores de forma coordinada, según las etapas que se suceden.
El molde (11) utilizado en el equipo (10) es de base polimérica, con lo que tendrá propiedades elásticas, que varían por su composición y sus tratamientos. Para poder realizar su aplicación en procesos y equipos de inyección de metales, de las dos partes (41 , 42) en la que se puede dividir el molde (1 1) para realizar su desmoldado, en la parte (41) por donde se realiza la entrada del material inyectado, se ha previsto una abertura (43) a tal efecto que comunica con los canales (45) que llevarán el metal hasta las cavidades (46), donde se forman las piezas. Antes de la ramificación de la abertura (43) de entrada a los diferentes canales (45) se dispone, en el interior del molde (1 1) y de forma solidaria y específicamente diseñado a él (1 1) y a la específica configuración de sus canales (45), una pieza de distribución (47) que es de un material de resistencia mayor a la del elastómero utilizado en el molde, preferentemente metálica o cerámica, capaz de no deformarse con la presión de material inyectado y resistir a los múltiples procesos de inyección a los que será sometido el molde (11).
La forma de dicha pieza de distribución (47) es tal que evite en la mayor parte posible la perdida de carga en la entrada de metal, y que dirija dicho metal a presión a los canales (45), siendo el principio de dichos canales (45) sin que el molde sufra en la zona donde recibe el impacto de inyección, deformaciones que afecten a la vida útil del molde y a la correcta inyección de material, así como la correcta formación de piezas.
El molde (1 1) dispone de bebederos (48) para alojar el aire desplazado por el metal que pueda quedar después de realizar el vacío. El molde (11) dispondrá de canales de vacío (50) que están en comunicación con los medios generadores de vacío y que a su vez conectan con las cavidades (46) y con los canales (45) para poder extraer el aire que se encuentra ya en ellos y el que se introduce posteriormente con la entrada de metal en el sistema de inyección, al desplazar el aire que existía en dicho sistema de inyección.
El molde (11) puede incorporar unos canales de fluido de refrigeración y/o calefacción que en el caso de molde siliconados o compuestos por resinas de alto aislamiento térmico, puedan aportar las condiciones necesarias para el proceso de obtención de las piezas, además de mantener las condiciones de temperatura del molde, para poder mantener sus propiedades de dureza que son susceptibles de variar con las variaciones de la temperatura.
En realizaciones alternativas, con carrusel de suministro de moldes, una vez se ha extraído el molde (1 1) del equipo de inyección (10), se dispone de unos medios de refrigeración del molde (1 1) basados en la ventilación del mismo.
Con respecto al procedimiento que sigue el equipo de inyección (10), una vez se ha introducido el molde (11) en los medios de soporte y cierre (12), han sido identificadas en los medios de regulación y control (15) tanto dicho molde (1 1), como el tipo de pieza a realizar, se realizan las siguientes etapas y configuraciones:
- Los medios de soporte y cierre realizan el acoplamiento entre placa de cierre (32) y molde (11) que se encuentra en su posición correcta marcada por centradores (60) que eviten su mal colocación, la cual se alinea con la boquilla (23) para realizar el acoplamiento estanco entre molde (1 1) y boquilla (23).
- El molde se cierra a una presión regulada por los medios de regulación y control (15), teniendo en cuenta la identificación del tipo de molde (11) y de los parámetros de inyección que se aplicarán en el proceso, todo ello de manera automática y que será la presión del área proyectada, a la que se le suma una presión que depende de la dureza del molde y un coeficiente corrector
- Los medios de trasiego (13) que se encuentran parcialmente introducidos en el metal fundido del horno (16) recogen el metal fundido en la cámara de impulsión (21) a través de la abertura (22) de vasos comunicantes al tener el pistón (24) en su posición más elevada posibilitando la entrada del metal en dicha cámara (21).
- La generación de vacío sobre el molde (11) para extraer el aire de los canales (45) y las cavidades (46) para la formación de piezas, se realiza por los medios de vacío que se acoplan de forma estanca a dicho molde (11) por una abertura que dispone a tal efecto, donde este sistema de vacío está controlado por el sistema de regulación y control, el cual los activará en el inicio de la etapa de inyección y acabará al inicio de la etapa de compactación
- A continuación se realiza la inyección del metal sobre el molde (11) de base polimérica, a una presión y velocidad que permita el moldeo de las piezas en dicho molde (1 1), regulando los parámetros de avance del pistón (24) y de la presión que ejerce dicho pistón, para obtener la aceleración deseada del mismo. Esta etapa se divide en diversas sub-etapas como son una etapa de aproximación, una etapa de inyección, una etapa de frenada, y una etapa de compactación, y en coordinación/sincronización con los medios de soporte y cierre del molde y los medios de generación de vacío, sincronizando la intensidad de la fuerza, posición y velocidad del sistema de presión, que se ejerce sobre el metal a inyectar, según se encuentre en la aproximación en la que se tiene una ligera aceleración del pistón para a baja velocidad llevar el metal a la entrada del molde (11), mientras que en el principio de llenado del molde, en la etapa de inyección, se realiza una gran aceleración con una alta velocidad de entrada de metal, que se frenará en un tiempo determinado por los volúmenes de cada pieza a producir bajando la velocidad antes del llenado de las piezas, para que sea una velocidad más baja la que realice el llenado final por la etapa de compactación. Todo ello, tal y como se ha dicho, sincronizado con la presión que ejercen los medios de cerrado del molde, así mismo sincronizando con la creación de vacío o no en cada etapa según convenga
- Dicha inyección de metal aplicada y el tiempo de solidificación, así como la actuación de los elementos de refrigeración/calefacción del molde, son regulados para cada tipo de pieza y material inyectado, procediendo una vez terminado a la apertura de los medios de soporte y cierre (12) del molde (1 1), para su extracción de manera manual o automática, y la introducción de un nuevo molde (11) vacío para el siguiente proceso de inyección de metal;
Los medios de control y regulación (15) de los parámetros de funcionamiento de los sistemas que se incluyen en el equipo (10), realizan una regulación estática antes de cada procedimiento de inyección según el molde (1 1), el material a inyectar y la pieza a obtener, y de forma dinámica durante el proceso de inyección según en la etapa en la que se encuentre, controlando:
- los parámetros en los que se encuentra el metal a inyectar en el dispositivo de suministro (16), es decir, temperatura y agitación;
- la fuerza que realizan los medios de soporte y cierre (12) sobre el molde (11);
- La presión y avance del pistón (24) y, por tanto, la velocidad de inyección en el molde (1 1).
- Control de la cantidad, velocidad, presión, temperatura, etc., del material inyectado y de los medios de trasiego (13).
- Los parámetros de refrigeración del molde (1 1) y tiempo de solidificación.
- Los parámetros del sistema de vacío.
A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que la invención descrita es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES
1a - PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMERICO DE TIPO ELASTOMERO de los que utilizan medios de control de la presión de inyección y disponen de medio de vacío, caracterizado en que el procedimiento tiene al menos las siguientes etapas:
- elección del molde a utilizar según la pieza que se quiere producir, identificación e introducción en el equipo de inyección;
- una vez en el equipo de inyección, el molde se coloca en los medios de soporte y cierre, en los que queda posicionado y cerrado a la presión que se ha regulado, y que será la presión del área proyectada, a la que se le suma una presión que depende de la dureza del molde y un coeficiente corrector;
- los medios de trasiego e inyección del equipo de inyección recogen el metal en las condiciones idóneas de dicho horno/crisol, las cuales serán la temperatura de punto de fusión de dicho metal o será superior a ésta, para que dicho metal sea llevado al sistema de presión para realizar la inyección, así como una correcta agitación de dicho material, para que el sistema de presión, una vez empiece la etapa de llenado pueda disponer en la cámara de dicho sistema de presión del correspondiente metal y así poder ejercer la presión sobre él, y realizar la etapa de inyección;
- previo al comienzo del propio proceso de inyección, y/o durante la propia inyección del metal, se realiza el vacío sobre el molde para extraer el aire de los canales y espacios para la formación de piezas, por los medios de vacío que se acoplan de forma estanca a dicho molde por una abertura que dispone a tal efecto, donde este sistema de vacío está controlado por el sistema de regulación y control;
- a continuación, se realiza la inyección del metal sobre el molde de base polimérica, a una presión y velocidad que permita el moldeo de las piezas en dicho molde, siendo la velocidad del metal a la entrada de la pieza se configurará para que sea entre 0,05 m/s y 10 m/s con lo que la regulación de la presión del propio sistema de presión irá de 0, 1 bar a 50 bar, y estando dicha etapa de inyección dividida en diversas sub-etapas en las que se regula la velocidad de inyección en el molde según sea inicio de la inyección, llenado o compactación, pudiendo dividirse en más etapas, estando coordinadas con los medios de regulación y control,
- dicha inyección de metal aplicada y el tiempo de solidificación son regulados para cada tipo de pieza y material inyectado, procediendo una vez terminado a la apertura de los medios de soporte y cierre del molde, para su extracción de manera manual o automática, y la introducción de un nuevo molde vacío para el siguiente proceso de inyección de metal;
donde dicho proceso dispone de unos medios de control y regulación de los parámetros de funcionamiento de los sistemas que se incluyen en el equipo, realizando una regulación estática antes de cada procedimiento de inyección según el molde, el material a inyectar y la pieza a obtener, y de forma dinámica durante el proceso de inyección según en la etapa en la que se encuentre, sincronizando y variando las fuerzas de cierre del molde con las velocidades de inyección en cada etapa y activando o desactivando los medios de generación de vacío. 2a - PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 1a reivindicación, caracterizado en que los parámetros de funcionamiento a controlar al menos son:
- los parámetros de temperatura y agitación en los que se encuentra el material a inyectar en el dispositivo de suministro, es decir, temperatura y agitación;
- la fuerza que realizan los medios de soporte y cierre sobre el molde;
- La presión y velocidad de inyección.
- Control de la cantidad, velocidad, presión, temperatura, etc., del material inyectado y de los medios de trasiego.
- Los parámetros de temperatura de refrigeración del molde y tiempo de solidificación. - La presión del sistema de vacío.
3a - PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 1a reivindicación, caracterizado en que la etapa de inyección se compone de diferentes sub-etapas las cuales se encuentra controladas y reguladas por los medios de control, y en coordinación/sincronización con los medios de soporte y cierre del molde y la generación de vacío, sincronizando la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre el molde, teniendo una etapa de aproximación, una etapa de inyección, una etapa de frenada, y una etapa de compactación, sincronizando la intensidad de la fuerza, posición y velocidad del sistema de presión, que se ejerce sobre el metal a inyectar, según se encuentre en la etapa de aproximación en la que se tiene una ligera aceleración del pistón para a baja velocidad llevar el metal a la entrada del molde (1 1), mientras que en el principio de llenado del molde, en la etapa de inyección, se realiza una gran aceleración con una alta velocidad de entrada de metal, que se frenará en un tiempo determinado por los volúmenes de cada pieza a producir bajando la velocidad antes del llenado de las piezas, para que sea una velocidad más baja la que realice el llenado final por la etapa de compactación. Todo ello, tal y como se ha dicho, sincronizado con la presión que ejercen los medios de cerrado del molde, así mismo sincronizando con la creación de vacío de manera que se activará en el inicio de la etapa de inyección y acabará al inicio de la etapa de compactación. 4a - PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 1a reivindicación, caracterizado en que la etapa de elección del molde a utilizar en el proceso y de su identificación en el mismo se realizada de forma automatizada, mediante un sistema de carrusel que incorpora los diferentes moldes que se pueden utilizar en el proceso productivo. 5a - PROCEDIMIENTO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 1a reivindicación, caracterizado en que la etapa de realización de vacío previo a la inyección, una vez en el molde se tiene la presión de vacío configurada, el sistema de control avisa de este hecho.
6a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO de los que ejecutan un procedimiento como el descrito en las reivindicaciones 1 a 5 y disponen de un suministro de metal ya sea propio del equipo o como equipo auxiliar, caracterizado en que el equipo de inyección de metales o aleaciones de bajo punto de fusión en molde polimérico, el cual es de tipo elastómero vulcanizado en caliente o Silicona Líquida (LSR) dispone de:
- unos medios de trasiego e inyección del metal o aleación de bajo punto de fusión a inyectar, alimentados por los medios de suministro de material, donde dichos medios están constituidos, al menos, por unos medios de desplazamiento a través de ellos de dicho metal, y por un sistema de presión encargado de inyectar el metal sobre el molde de base polimérica;
- unos medios de soporte y cierre del molde formados al menos por un sistema de posicionamiento/centrado, formado por centradores, del molde para que se sitúe el mismo en la posición correcta para su acoplamiento, y por un sistema de cierre por presión regulable;
- un sistema para crear vacío en el interior del molde;
- un molde polimérico del tipo elastómero de vulcanización en caliente o del tipo silicona líquida (LSR) que se introduce en los medios de soporte y cierre, disponiendo de un acoplamiento estanco entre dicho molde y los medios de trasiego e inyección;
- unos medios de regulación y control del equipo, que pueden ser tanto manuales como automáticos lo cuales al menos controlan y regulan el dispositivo de mantenimiento de las condiciones del metal en los medios de suministro de material, los medios de trasiego e inyección, los medios de soporte y cierre del molde, así como el funcionamiento del sistema de vacío.
7a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 6a reivindicación, caracterizado en que los medios de regulación y control del equipo regula y modifica, de forma estática antes de cada procedimiento de inyección según el molde, el material a inyectar y la pieza a obtener, así como de forma dinámica durante el proceso de inyección, al menos los parámetros siguientes: - Los parámetros de temperatura y agitación en los que se encuentra el material a inyectar en el dispositivo de suministro.
- La fuerza que realizan los medios de soporte y cierre sobre el molde.
- La presión, avance del pistón y, por tanto, la velocidad de inyección en el molde.
- Control de la cantidad, velocidad, presión, temperatura, etc., del material inyectado y de los medios de trasiego e inyección.
- Los parámetros de temperatura de refrigeración del molde y tiempo de solidificación.
- La presión del sistema de vacío.
todo ello, pudiendo realizar múltiples divisiones o etapas, tantas como se necesiten, donde controlar coordinadamente dichos parámetros. 8a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 6a reivindicación, caracterizado en que el sistema de vacío está formado por un sistema de bomba de vacío, un depósito de vacío, elementos de medición, filtros de partículas y posibles contaminantes y las correspondientes válvulas y conductos 9a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 6a reivindicación, caracterizado en que el sistema de vacío se acopla al molde de manera estanca por una abertura de dicho molde, donde dicha unión es estanca entre ellos.
10a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 6a reivindicación, caracterizado en que los medios de trasiego e inyección de metal disponen de una cámara de inyección previa al molde, la cual se llena del material a inyectar proveniente del horno o crisol, y donde actúa el sistema de presión. 11a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 10a reivindicación, caracterizado en que los medios de trasiego e inyección de metal están formados por un cuello de cisne calefactado introducido parcialmente en el metal fundido a inyectar. 12a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 6a reivindicación, caracterizado en que el sistema de presión de los medios de trasiego e inyección de metal se basa en un conjunto de elementos de impulsión del material a inyectar en el molde, los cuales están formados por un medio mecánico (pistón neumático, pistón hidráulico, sinfín, etc.) controlado por los medios de regulación y control, en su presión, avance, etapas y velocidad sobre el material al inyectar, regulados manual o automáticamente mediante dichos medios de regulación y control y sincronizados con los medios de soporte y cierre del molde y el sistema de generación de vacío.
13a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 6a reivindicación, caracterizado en que los medios de soporte y cierre disponen de una junta integrada en el molde o independiente de él, que facilita la acción de cierre a presiones inferiores.
14a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 6a reivindicación, caracterizado en que la inyección del metal en el molde se realiza con inclinación de recogida por gravedad de material sobrante.
15a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 6a reivindicación, caracterizado en que se dispone de refrigeración de moldes mediante mesas ventiladas o refrigeración en los medios de soporte y cierre.
16a - EQUIPO DE INYECCIÓN DE METALES O ALEACIONES DE BAJO PUNTO DE FUSIÓN EN MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 1a reivindicación, caracterizado en que se dispone de un sistema automático de control de metal existente en los medios de trasiego e inyección. 17a - MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO de los utilizados en procesos de inyección a presión de metales o aleaciones de bajo punto de fusión como el indicado en las reivindicaciones 1a a 5a, que se constituyen en dos partes separables para el desmoldado de las piezas caracterizado en que el molde tiene: - al menos en una de dichas partes, unos medios de entrada del material inyectado, que conducen a partir de dicha entrada a los canales de distribución hasta las cavidades que forman las piezas;
- medios de entrada de metal acoplados de manera estanca a los medios de trasiego e inyección de metal del equipo de inyección;
- una pieza de distribución propia del molde, en dichos medios de entrada, ubicada en el punto de bifurcación/distribución del flujo de entrada desde los medios de trasiego e inyección, hacia los canales de llenado del molde, siendo específica de cada molde para distribuir directamente a cada canal;
- una abertura para el acoplamiento estanco del sistema de vacío disponiendo de canales independientes o específicos que comunican con todos los canales y espacios interiores que van a recibir el metal a presión inyectado.
18a - MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 17a reivindicación, caracterizado en que la pieza de distribución integrada en el molde, está realizada en un material de mayor resistencia que la del elastómero que forma el molde, como materiales metálicos o cerámicos o elastómero de mayor resistencia que el del molde, resistente a las presiones y temperaturas utilizadas, y al flujo de metal a dicha presión.
19a - MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 17a reivindicación, caracterizado en que el molde dispone de protecciones internas o nuevas piezas de distribución en los puntos de impacto del material inyectado o su bifurcación, además que en la entrada desde los medios de trasiego e inyección, teniendo una resistencia mayor a la del elastómero elegido como el propio molde, como materiales metálicos o cerámicos.
20a - MOLDE POLIMÉRICO según la 17a reivindicación, caracterizado en que el molde es de carácter híbrido, disponiéndose en él de partes sometidas a impacto del material inyectado o su bifurcación completamente rígidas, fijas o extraíbles, usando materiales resistentes a la deformación y al desgaste y/o rotura.
21a - MOLDE POLIMÉRICO DE TIPO ELASTÓMERO según la 17a reivindicación, caracterizado en que la conexión entre el sistema de vacío y las cavidades que se destinan a la formación de las piezas, se realiza por una sección mínima que como máximo será de 4 mm2 que evita el paso del metal.
22a - MOLDE POLIMÉRICO según la 17a reivindicación, caracterizado en que en el molde se introduce una capa o elemento de refrigeración o calefacción que facilita el intercambio térmico con el material inyectado, basado en resistencias eléctricas o canales de refrigeración/calefacción.
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