Diseño roscado y método para moldeo por inyección de metal.

Una máquina de moldeo por inyección de plástico (24) que comprende:

un tambor controlado por temperatura (26) con una zona de medida, una zona de transición y una zona de alimentación;

un cuello de alimentación (32) configurado para dispensar material para el moldeo en la zona de alimentación del tambor (26);

una boquilla (34) que se extiende desde la zona de medida del tambor (26); y

un motor (28) que controla un tornillo (10, 100);

donde la máquina de moldeo por inyección de plástico (24) se configura para el procesamiento de metal, aleaciones metálicas, y compuestos de matriz metálica mediante el tornillo, donde

el tornillo (10, 100) de la máquina de moldeo por inyección de plástico (24) tiene

un mango (12);

un eje propulsor (14) que se extiende a partir del mango (12), el eje propulsor (14) con una parte posterior (20) inmediata al mango (12), una parte media (18) inmediata a la parte posterior (20), y una parte anterior (16) inmediata a la parte media (18);

vuelos (22) que se extienden desde la parte posterior (20) del eje propulsor (14) para el avance del material a través del tambor (26) la máquina de moldeo por inyección de plástico (24) en la parte media (18) del eje propulsor (14) y la zona de transición del tambor (26);

dicho eje propulsor (14) está además configurado para estar ausente de dichos vuelos (22) en la parte media (18); dicho eje propulsor (14), exceptuando los vuelos (22), está desprovisto de cualquier otro elemento a lo largo de la longitud del mismo; y

dicho tornillo (10, 100) incluido el eje propulsor (14) es giratorio y introducible por el motor (28) y alternable en el tambor (26) de la máquina de moldeo por inyección de plástico (24) entre sus posiciones de avance completo y de retirada completa.

Diseño roscado y método para moldeo por inyección de metal Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

[1] La presente invención se refiere en general al moldeo por Inyección y más específicamente a un diseño roscado para una máquina de moldeo por inyección configurada para su uso con metales procesados y al método de configuración de una máquina de moldeo por inyección para su uso con metales procesados.

2. Antecedentes de la técnica relacionada

[2] Procesar metales en formas de red tridimensional a través de un equipamiento de moldeo por inyección roscada recíproca convencional usado para plásticos ha sido un objetivo de muchos esfuerzos de investigación desde hace tiempo. El moldeo por inyección es una técnica de tratamiento de coste bajo para producir piezas complejas pero ha sido limitado al moldeo de plásticos por numerosos de motivos.

[3] Hay una base instalada extremadamente grande de equipamiento de moldeo por inyección a nivel mundial. Es difícil definir el número exacto pero es posible que existan más de un millón de máquinas de moldeo por inyección en uso comercial en la actualidad. Como un ejemplo, las entregas de máquinas de moldeo por inyección sólo en China tienen un promedio de alrededor de 5. unidades/año durante los últimos años. El equipamiento de moldeo por inyección tiene una vida finita pero opera un mínimo de 1 años y muchas máquinas operan durante 2 años o más, especialmente si son debidamente mantenidas y/o mejoradas (por ejemplo, con sistema electrónico). Las US 5 685 357 Ay US 21/4931 A1 divulgan máquinas de moldeo por inyección de metal. La US 3 913 897 A divulga un extrusor para resinas termo plásticas o similares, por ejemplo como el usado para plastificar el material e introducirlo en una cavidad de molde de una máquina de moldeo por inyección con uno o vahos tornillos de alimentación conducidos alojados en un alojamiento generalmente cilindrico y definir con eso una zona de compresión arriba y una zona de expansión abajo.

[4] Los metales son generalmente aceptados como no procesables en el equipamiento de moldeo por inyección convencional destinado al procesamiento de plástico. Hay dos cuestiones principales. La primera, el metal y sus aleaciones de interés comercial generalmente (hay excepciones) tienen temperaturas de fusión significativamente por encima de la capacidad de temperatura máxima de la mayoría de máquinas de moldeo por inyección (normalmente 4°C/~8°F). Esta temperatura es suficiente para todos o casi todos los polímeros orgánicos ya que todos tienden a empezar a degradarse (por ejemplo oxidarse, carbonizarse, descomponerse) a temperaturas por encima de 4°C (~8°F).

[5] La segunda cuestión es la presión. Aunque los metales fundidos por encima de su temperatura de fase líquida tienen una viscosidad muy baja, cristalizan tan rápidamente que es difícil superar la fuerza de formación de cristal en el equipamiento de moldeo por inyección. Por otro lado, los polímeros (los polímeros amorfos y los polímeros semicristalinos en menor medida) son materiales viscosos con una viscosidad ancha en relación con la temperatura. Por lo tanto, el flujo se puede controlar mediante una combinación de temperatura y presión. A diferencia de la mayoría de metales, la viscosidad en los polímeros nunca baja hasta un valor tan extremadamente bajo (por ejemplo, como el del agua) que sería difícil de controlar.

[6] El requisito para que un material tenga una fuerza finita debajo de la cual no se mueva es una característica importante para la utilidad de procesamiento en el equipamiento de moldeo por inyección convencional. Los polímeros generalmente cumplen este criterio. Los metales, en general, tienen una transición mucho más brusca en su punto de fusión. Hay excepciones a la hora de incluir metales semisólidos (metales semifundidos a una temperatura intermedia entre sus temperaturas de fase líquida y de fase sólida) y aleaciones de metales amorfos que tienen una composición que retarda o retrasa la formación de cristal.

[7] Como resultado, el método generalmente excluido para la producción de piezas de formas de red tridimensional de metales es la fundición a presión. En la fundición a presión, la temperatura de proceso está muy por encima de la temperatura de fase líquida y el metal fundido se vierte por gravedad o presión asistida para llenar una cavidad. La fundición a presión y la fundición a presión por presión asistida son métodos de procesamiento aceptados y hay un gran número de instalaciones y equipamiento de fundición a presión a nivel mundial. Hay algunas desventajas para la fundición a presión basadas principalmente en el flujo descontrolado del material mientras se rellena la cavidad. La falta de control reológico en el flujo (viscosidad como la del agua) causa un relleno inconsistente del molde, frecuentemente causa vacíos o defectos, crea efectos finales de superficie indeseados, y un control dimensional (contracción) menos que deseable. Otro método es el de trabajar con el metal en estado semisólido (entre sus temperaturas de fase líquida y sólida) para bajar eficazmente la temperatura del proceso. El enfriamiento del semisólido también produce una contracción inferior debido a que una parte del "caldo" está ya solidificada. Este método se usa en el moldeo de determinadas aleaciones de magnesio utilizando un proceso de

moldeo por inyección modificado referido como thixomolding. Uno de los inconvenientes de cualquiera de estos procesos es la disponibilidad de equipamiento comercial. La fundición a presión implica normalmente un entorno de tipo forja para alcanzar las temperaturas de proceso necesarias. El thixomolding requiere temperaturas algo inferiores pero usa la fuerza y por lo tanto, un equipamiento muy robusto y especializado, para superar la rápida solidificación o formación de los cristales. Las piezas thixomoldadas también tienen en general requisitos secundarios significativos, reparación final de superficie, eliminación de destello. También hay requisitos significativos en la manipulación y reprocesamiento de desechos, guías, etc.

[8] Una tercera vía para aproximarse a las piezas metálicas con forma de red es frecuentemente referida como moldeo por inyección de metal (MIM) o moldeo por inyección de polvo (PIM). En este caso se moldea por inyección una pieza realizada o verde a temperaturas convencionales utilizando metales en polvo y un ligante orgánico o polimérico. El ligante se retira y la pieza se sinteriza a alta temperatura en un entorno de reducción para generar la pieza. Una reducción grande del volumen (contracción) está asociada con la fase de sinterización. Una cuarta vía es mecanizar la pieza a partir de formas más grandes o lingotes para generar las dimensiones deseadas. Los métodos adicionales (por ejemplo, el forjado) pueden crear alguna forma tridimensional pero no se adecúan a estructuras complejas.

[9] Los cuatro procesos descritos son todos usados comercialmente con éxito. Aun así, todos ellos tienen un coste significativo u otros inconvenientes que limitan ampliamente su utilidad e importancia comercial. Ciertamente sería deseable si las aleaciones de metales fueran procesables en piezas de forma de red tridimensional usando el equipamiento de moldeo por inyección convencional.

[1] Por lo tanto, hay una necesidad en la industria para un método de procesamiento de metales en el equipamiento de moldeo por inyección.

Resumen de la invención

[11] El tornillo modificado para una máquina de moldeo por inyección resuelve los problemas de la técnica anterior proporcionando un eje propulsor que puede utilizarse para procesar metales en una máquina de moldeo por inyección. El tornillo tiene un mango con un eje propulsor que se extiende a partir de él. El eje propulsor incluye una parte anterior, media y posterior. El eje propulsor también incluye varios vuelos usados para avanzar material a través de la máquina de moldeo por inyección. En la forma de realización preferida, los vuelos en el eje propulsor se extienden sólo a través de la sección posterior del eje de tornillo. En una forma de realización alternativa, los vuelos también se pueden incluir en la parte anterior del eje propulsor.

[12] En lugar de fabricarse un tornillo nuevo, el tornillo modificado del presente puede ser hecho a partir de un tornillo de moldeo por inyección de plásticos convencional eliminando selectivamente los vuelos en las partes medias y/o anteriores del eje propulsor.

[13] El tornillo se puede utilizar en las máquinas de moldeo por inyección convencionales, generalmente usadas para procesar plásticos, para procesar metales.

Breve descripción de los dibujos

1. Una máquina de moldeo por inyección de plástico (24) que comprende:

un tambor controlado por temperatura (26) con una zona de medida, una zona de transición y una zona de alimentación;

un cuello de alimentación (32) configurado para dispensar material para el moldeo en la zona de alimentación del tambor (26);

una boquilla (34) que se extiende desde la zona de medida del tambor (26); y un motor (28) que controla un tornillo (1, 1);

donde la máquina de moldeo por inyección de plástico (24) se configura para el procesamiento de metal, aleaciones metálicas, y compuestos de matriz metálica mediante el tornillo, donde

el tornillo (1, 1) de la máquina de moldeo por Inyección de plástico (24) tiene

un mango (12);

un eje propulsor (14) que se extiende a partir del mango (12), el eje propulsor (14) con una parte posterior (2) Inmediata al mango (12), una parte media (18) Inmediata a la parte posterior (2), y una parte anterior (16) inmediata a la parte media (18);

vuelos (22) que se extienden desde la parte posterior (2) del eje propulsor (14) para el avance del material a través del tambor (26) la máquina de moldeo por Inyección de plástico (24) en la parte media (18) del eje propulsor (14) y la zona de transición del tambor (26);

dicho eje propulsor (14) está además configurado para estar ausente de dichos vuelos (22) en la parte media (18);

dicho eje propulsor (14), exceptuando los vuelos (22), está desprovisto de cualquier otro elemento a lo largo de la longitud del mismo; y

dicho tornillo (1, 1) incluido el eje propulsor (14) es giratorio y Intraducibie por el motor (28) y alternable en el tambor (26) de la máquina de moldeo por inyección de plástico (24) entre sus posiciones de avance completo y de retirada completa.

2. El artículo según la reivindicación 1, que comprende además:

vuelos (22) que se extienden desde la parte anterior (16) del eje propulsor (14) para el avance del material a través de la máquina de moldeo por inyección (24).

3. El artículo según la reivindicación 1 o 2, donde dichos vuelos (22) tienen una relación de compresión 1:1.

4. El artículo según la reivindicación 1 o 2, donde dichos vuelos (22) tienen una relación de compresión menor que 1:1.

5. Un método de procesamiento de metal, aleaciones metálicas y compuestos de matriz metálica en una máquina de moldeo por Inyección de plásticos (24), que comprende las etapas de:

proporcionar una máquina de moldeo por Inyección de plásticos (24) con un tornillo;

retirada del tornillo;

sustitución del tornillo con un tornillo modificado (1, 1) configurado y dispuesto para el procesamiento de metales, donde el tornillo modificado (1, 1) comprende además: un mango (12),

un eje propulsor (14) que se extiende desde el mango (12), el eje propulsor (14) con una parte posterior (2) inmediata al mango (12), una parte media (18) inmediata a la parte posterior (2), y una parte anterior (16) inmediata a la parte media (18),

vuelos (22) que se extienden desde la parte posterior (2) del eje propulsor (14) para el avance del material a través

de la máquina de moldeo de inyección de plástico (24) a la parte media (18) del eje propulsor (14),

dicho eje propulsor (14) está además configurado para estar ausente de dichos vuelos (22) en la parte media (18);

dicho eje propulsor (14), exceptuando los vuelos (22), está desprovisto de cualquier otro elemento a lo largo de la longitud del mismo;

donde dicho eje propulsor (14) está configurado y dispuesto para ser giratorio y alternable dentro de un tambor (26) de la máquina de moldeo por Inyección de plástico (24), y donde el tambor (26) con una zona de alimentación, de 1 transición y de medida para el metal, aleaciones metálicas, y compuestos de matriz metálica que deben ser procesados, donde, en la zona de transición, el tornillo (1, 1) actúa en una combinación de gránulos fundidos y sólidos;

6. El método según la reivindicación 5, donde el tornillo modificado (1, 1) comprende además:

vuelos (22) que se extienden desde la parte anterior (16) del eje propulsor (14) para el avance del material a través de la máquina de moldeo por inyección (24).

7. El método según la reivindicación 5 o 6, donde dichos vuelos (22) tienen una relación de compresión 1:1.

8. El método según la reivindicación 5 o 6, donde dichos vuelos (22) tienen una relación de compresión menor que 1:1.