ES2401617A2 - Procedimiento para la fabricación de conductos de aire de material plástico y molde utilizado - Google Patents

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Abstract

Procedimiento y molde para la fabricación de conductos de aire (P) de material plástico especialmente blando, de dureza entre shore 5 y shore 65, del tipo que comprende un cuerpo principal (P1) hueco provisto de al menos una protuberancia o nipple 5 (P2) que sobresale de la pared exterior del cuerpo principal (P1), comprendiendo las etapas de moldear por inyección al menos un nipple (P2) de material plástico en el interior de una primera cavidad (1) de un molde (M); la interconexión de la primera cavidad (1) con una segunda cavidad (3) dispuesta en el mismo molde (M) y situada adyacente a dicha primera cavidad (1) para formar un volumen único y moldear por soplado un cuerpo hueco a partir de un parison de material plástico moldeable en el interior de la segunda cavidad (3).

Description

Procedimiento para la fabricación de conductos de aire de material plástico y molde utilizado.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente solicitud de patente de invención tiene por objeto el registro de un procedimiento y molde para la fabricación de conductos de aire de material plástico que incorpora notables innovaciones y ventajas.
Más concretamente, la invención propone el desarrollo de un nuevo procedimiento para la fabricación de conductos de aire de material plástico especialmente blando, de durezas entre shore 5 y shore 65, del tipo de los que disponen de al menos una segunda geometría o conector unida al cuerpo principal, de especial aplicación en el sector del automoción, permitiendo optimizar tiempos y costes de fabricación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el mundo de las canalizaciones de aire y en especial en su aplicación al sector de la automoción, son conocidas las piezas utilizadas para la conducción de aire conformadas por un cuerpo principal hueco que entre sus dos extremos dispone de una o varias boquillas acopladoras, también llamadas nipples que permiten la derivación del conducto principal para su conexión con otros dispositivos o canalizaciones, estando unidas y comunicadas dichos nipples al cuerpo principal.
Es bien conocida la fabricación de piezas de material plástico constituidas por un cuerpo interiormente hueco y partes adicionales periféricas unidas a éste, tales como por ejemplo, tubos de canalizaciones, depósitos o cualquier otro elemento hueco cerrado que suele formar parte de un vehículo motor. Este tipo de conectores o nipples suelen caracterizarse por ser de formas precisas, de espesores delgados (incluso menor a 2mm) y con una precisión y/o tolerancia en la zona de unión con el cuerpo principal muy exigente.
Para la obtención del cuerpo principal hueco, se utiliza habitualmente un proceso de extrusión-soplado convencional mientras que la obtención del resto de conectores unidos al cuerpo principal, tales como nipples, orejas, pipetas, inclusión de sensores, se lleva a cabo en etapas adicionales mediante procesos de inyección, corte, etc.
Para conseguir el producto final se requiere una unión física entre el cuerpo principal y los diferentes conectores. Esta unión se hace posteriormente al proceso de fabricación unitaria y mediante procesos complementarios, tales como, soldadura, clipaje manual, etc.
En general, el tipo de piezas anteriormente mencionadas, obtenidas en diversas etapas del proceso de fabricación, presentan una gran incerteza en lo que se refiere a la calidad del producto acabado, produciéndose de forma indeseada un número elevado de rechazos del producto debido a la poca robustez del proceso, el cual está ligado a tareas manuales y procesos imperfectos (soldadura y encolado), hecho que se acentúa especialmente cuando el tipo de plástico a utilizar es del tipo blando de dureza entre shore 5 y shore 65.
Tales deficiencias en el producto final, frecuentemente están asociadas a defectos en la unión de los nipples asociados al conducto principal.
Además, otro inconveniente no menos importante es el hecho de que el método de fabricación actual implica unos costes derivados elevados, por un lado, por la necesidad de disponer de utillajes para la realización de los tres procesos de transformación (molde extrusión-soplado, molde de inyección y utillajes destinados a la unión de las múltiples partes) y, por otro lado, de los elevados tiempos de ciclo debidos a que cada uno de los tres procesos de fabricación son completamente independientes entre sí.
En el estado de la técnica son conocidas por el solicitante diversas técnicas con la finalidad de resolver los problemas anteriormente citados. Tales técnicas pueden resumirse básicamente en tres métodos:
1) Método tradicional: Consiste en la obtención del cuerpo principal del conducto por extrusión soplado y los nipples por inyección, en utillajes y procesos totalmente independientes. De este modo, una vez obtenidas las dos geometrías, se unen mediante un proceso de soldadura (placa caliente, ultrasonidos, etc.) lo que requiere una máquina y un utillaje específico para esa parte del proceso. El problema principal de este método estriba en un incremento de coste derivado de los costes individuales de los subprocesos de manufactura, control de calidad de los subprocesos, logística del propio proceso, mayor necesidad de espacio en planta, costes de la no calidad, etc.; además de los problemas derivados de que las piezas no soportan de forma adecuada el ciclo de vida para el cual han sido diseñadas, especialmente cuando el plástico empleado es de dureza entre shore 5 y shore 65.
2) Método integrado: Es una variante del método anterior, consistente en fabricar primero el nipple por inyección y disponerlo en el interior del molde del proceso de extrusión soplado como si fuera un inserto, de modo que el polímero abrazaría la pieza o inserto en el soplado de forma que el nipple quede solidario al cuerpo principal hueco obtenido en el segundo proceso. El problema de este método consiste en que requiere de un tercer proceso, externo, que comunique interiormente el nipple y el cuerpo principal hueco. Además como la unión entre ambas geometrías se realiza de forma física o de interferencia mecánica y no en caliente (ya que el nipple ha sido producido en una etapa anterior independiente) las prestaciones mecánicas de dicha unión y la flexibilidad en cuanto al diseño se ven drásticamente reducidas, hecho que se agudiza de forma extrema cuando el material utilizado es de dureza comprendida entre shore 5 y shore 65.
3) Método de extrusión soplado e inyección integrado: Es la técnica de extrusión soplado e inyección en el mismo utillaje pero de forma secuencial. Este método no es aplicable cuando el material empleado es de dureza entre shore 5 y shore 65 debido a que la sobre presión derivada del proceso de inyección sobre la geometría obtenida por soplado deforma ésta haciéndola invalida para su uso final.
En este sentido, es conocida la patente nº US 5198174 que describe la obtención de soportes radiales adicionales a un tubo a partir de la aplicación de un proceso de sobremoldeado que consiste en una primera fase de obtención del tubo hueco por soplado, posteriormente, el molde es modificado a una segunda disposición y se suministra material al mismo. En último lugar, la parte movible del molde es modificada a una tercera posición que hace que el material sea presurizado y forme la porción radial integrada en la primera porción soplada anteriormente.
También es conocida la patente nº ES 2104846, que describe un proceso de fabricación integrado para el mismo tipo de componentes. Este proceso consiste en una primera fase de moldeo por soplado que permite la obtención del cuerpo hueco, la modificación del molde y la posterior fase de inyección de unas pestañas adheridas al primer cuerpo.
Por otra parte, las patentes americanas nº US 6793870 y US 5266262 hacen referencia a sendos procesos de unión de dos componentes de material plástico de forma que el componente hueco ha sido obtenido en un primer proceso. Posteriormente, esta pieza ya formada es introducida en un segundo molde donde tiene lugar el proceso para obtener el segundo componente, de manera que durante el segundo proceso se crea una unión entre ambos componentes.
Sin embargo, a pesar de las ventajas que los procesos citados pueden presentar respecto al proceso de fabricación convencional, éstos también presentan una serie de inconvenientes:
-
No son adecuados para la fabricación de tubos con espesores inferiores a 2mm ya que la presión en el segundo proceso de sobremoldeado deforma el cuerpo principal hueco;
-
Son aplicables en materiales muy técnicos (PA, PA6, PA66, PPS, PET, PBT, PEEK, etc.) habitualmente reforzados, no resultando aptos para la transformación de otros materiales, tales como elastómeros termoplásticos blandos, PP, PE, EPDM, etc. de durezas entre shore 5 y shore 65.
-
El tiempo de ciclo es elevado (sobre un 30% mayor que en los procesos tradicionales), debido a que es la única forma de minimizar las deformaciones durante el proceso de llenado en la fase de sobremoldeado pero que en cambio afecta en la compactación interna de la pieza hecho que imposibilita conseguir una estructura del polímero adecuada, este aspecto afecta sobre todo a la calidad final de la pieza ya que La parte sobremoldeada se encuentra siempre alineada a los ejes radiales y/o axiales del cuerpo hueco.
-
Los métodos antes descritos no son adecuados para obtener piezas y componentes completamente huecos, cuerpo principal y protuberancias, en una sola fase de manufactura. Siempre han de disponer de un mecanismo externo que comunica ambas oquedades, en cambio el sistema y método aquí propuesta el componente o pieza obtenido se obtiene completamente unifica en y durante el mismo proceso de manufactura.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se ha desarrollado con el fin de proporcionar un procedimiento y un sistema de molde que resuelva los inconvenientes anteriormente mencionados, aportando, además, otras ventajas adicionales que serán evidentes a partir de la descripción que se acompaña a continuación.
Es por lo tanto un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento para la fabricación de conductos de aire, en particular de material plástico especialmente blando, de dureza entre shore 5 y shore 65, del tipo que comprende un cuerpo principal interiormente hueco provisto de al menos una protuberancia o nipple que sobresale de la pared exterior de dicho cuerpo, obtenido en un único molde específico que comprende al menos dos semi-moldes, que permite la obtención de un conducto de aire del tipo descrito en un procedimiento único compuesto por tres etapas consistentes en:
a) Moldeo por inyección de al menos una protuberancia o nipple hueca de material plástico blando de
dureza entre shore 5 y shore 65 en el interior de la primera cavidad del molde definida por dichos semi
moldes y un dispositivo interior cilíndrico;
b) Desplazamiento del dispositivo interior que confiere el volumen interno de la protuberancia o nipple de la etapa a) hacia una segunda cavidad dispuesta en el mismo molde de la etapa a), estando tal segunda cavidad situada de forma adyacente a la primera cavidad, intersectando y comunicando las cavidades internas del cuerpo principal y la protuberancia o nipple; y
c) Moldeo por soplado del cuerpo principal hueco a partir de un parison de material plástico moldeable de dureza comprendida entre shore 5 y shore 65 en el interior de la segunda cavidad; en el que dicha protuberancia o nipple es sostenida por unos elementos de bloqueo movibles perpendicularmente respecto el eje central de dicha protuberancia o nipple.
Gracias a estas características, se obtiene una reducción en los costes de fabricación en la obtención de piezas de plásticos del tipo que se ha descrito con anterioridad, debido a la integración de los procesos de moldeo de las diversas partes que conforman la pieza, y un incremento en la calidad del producto acabado en lo que se refiere a la resistencia mecánica en las zonas de unión de las fijaciones a la pieza que se ha obtenido por soplado. El procedimiento descrito también permite la obtención de cuerpos tubulares huecos con espesores inferiores a 2mm.
Es otro aspecto de la presente invención proporcionar el citado molde para la fabricación de conductos de aire de material plástico blando de dureza entre shore 5 y shore 65 para moldear una pieza formada por una parte con un tramo interiormente hueco o cuerpo principal y al menos una segunda parte adicional denominada protuberancia o nipple adherida lateralmente y exteriormente respecto a la primera parte, comprendiendo al menos dos semi-moldes y un dispositivo interior cilíndrico situado entre ambos semi-moldes, definiendo dichos semi-moldes y dicho dispositivo interior al menos una primera cavidad para conformar la segunda parte adicional que está vinculada con una región de entrada de material fluido procedente de un proceso de moldeo por inyección a través de una boquilla, una cámara o del propio husillo de inyección y una segunda cavidad alargada para conformar mediante soplado la parte interiormente hueca situada adyacente a la primera cavidad, y unos elementos de bloqueo movibles ubicados entre las dos cavidades capaces de desplazarse perpendicularmente respecto el eje central de la protuberancia o nipple de modo que permiten la sujeción de dicha protuberancia o nipple durante la conformación del cuerpo principal.
Preferentemente, los elementos de bloqueo conforman un mecanismo desplazable mediante corredera, patín o esclusa para la separación de la primera y segunda cavidades, disponiendo la unión de una geometría en forma de escalón o cola de milano que garantiza la unión de ambos materiales.
Dicho dispositivo interior es desplazable a lo largo del eje central de la protuberancia o nipple, de manera que el cuerpo principal y dicha protuberancia o nipple entran en contacto para conformar la pieza.
Otras características y ventajas del procedimiento objeto de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, pero no exclusiva, que se ilustra a modo de ejemplo no limitativo en los dibujos que se acompañan, en los cuales:
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1.- Es una vista en perspectiva de un conducto de aire de material plástico obtenido a partir del procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención;
Figura 2.- Es una vista esquematizada en alzado secuencial de las distintas etapas del procedimiento de fabricación de la invención; y
Figura 3.- Es una vista en perspectiva de una porción de un conducto de aire de material plástico resultante tras la tercera etapa.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE
El procedimiento para la fabricación de piezas de material plástico especialmente blando, de dureza entre shore 5 y shore 65, está especialmente destinado a la realización conductos de aire (P) para el sector de automoción, los cuales comprenden esencialmente un cuerpo principal (P1) interiormente hueco, por ejemplo en forma de tubo, provisto de al menos un protuberancia o nipple (P2) que sobresale de la pared exterior del cuerpo principal (P1) hueco, como se ha representado en la figura 1.
Tal como puede verse más claramente en la figura 2, en una primera etapa del procedimiento se lleva a cabo el moldeo por inyección a alta presión de una protuberancia o nipple (P2) interiormente hueco de material plástico en el interior de una primera cavidad (1) definida por dos semi-moldes (M1, M2) y un dispositivo interior (6) cilíndrico, que forman parte de un molde (M) que se describe más adelante. En esta primera etapa se realiza inicialmente el cerramiento de los semi-moldes (M1, M2), y la entrada de material mediante una boquilla, una cámara
o del propio husillo de inyección (2) de tipo conocido, para la salida del material plástico en un estado líquido a una temperatura de fusión predeterminada. A continuación se abren dichos semi-moldes (M1, M2) desplazándose perpendicularmente respecto al eje central de la protuberancia o nipple (P2), quedando adherida dicha protuberancia
o nipple (P2) sobre el dispositivo interior (6).
En una segunda etapa, para facilitar la conformación de la pieza (P), el dispositivo interior (6) se desplaza a lo largo del eje central de la protuberancia o nipple (P2), hacia una segunda cavidad (3) dispuesta en el mismo molde (M) de la primera etapa, estando tal segunda cavidad (3) situada de forma adyacente a la primera cavidad (1). Está previsto que en dicha segunda cavidad (3) se configure el cuerpo principal (P1).
Posteriormente tal como se muestra en la figura 2, en una tercera etapa, y tras un periodo de tiempo predeterminado, se moldea por soplado el cuerpo principal (P1) hueco a partir de un parison de material plástico moldeable en el interior de la segunda cavidad (3). De esta manera, la protuberancia o nipple (P2) queda alrededor del cuerpo principal (P1) de forma tubular. La protuberancia o nipple (P2) queda firmemente posicionada en esta etapa mediante sendos elementos de bloqueo (5) que se desplazan perpendicularmente al eje central de la protuberancia o nipple (P2).
En dicha tercera etapa se aplica material plástico en un estado líquido y a una temperatura de fusión predeterminada y seguidamente se insufla aire en el interior de la segunda cavidad (3) por medios de soplado (4) de tipo conocido que no se describirán en esta memoria ya que no son objeto de la invención.
Cabe señalar que el movimiento del dispositivo interior (6) está sincronizado con el tiempo de ciclo de las dos etapas de moldeado, es decir con la primera y la tercera etapa.
En último lugar, y tras un tiempo de enfriamiento se expulsa la pieza (P) del molde (M) con la ayuda de expulsores, iniciándose de nuevo un ciclo de fabricación para la siguiente pieza.
La protuberancia o nipple (P2) sobremoldeada cabe la posibilidad de que esté desvinculada de los ejes radiales y/o axiales del cuerpo hueco (P1), pudiendo tener disposiciones en cualquier ángulo sobre la superficie del cuerpo hueco (P1).
Dicho molde (M) presenta en su interior una segunda cavidad (3) destinada a obtener el cuerpo principal (P1) interiormente hueco con una forma alargada y al menos una primera cavidad (1) destinada a la protuberancia o nipple (P2) con un forma específica en función de la geometría de dicha protuberancia o nipple (P2) a moldear. En la figura 3 se puede apreciar una vista de una porción de una pieza (P) en la que se ilustra la forma geométrica de la unión entre la protuberancia o nipple (P2) y el cuerpo principal (P1), que es ventajosamente del tipo escalón o cola de milano para garantizar la unión permanente entre ambos elementos.
En lo que se refiere al único molde (M) empleado en el procedimiento descrito comprende dos semi-moldes (M1, M2) de metal acoplables entre sí y que están asociados a medios de apertura y cierre conocidos, y un dispositivo interior (6) encargado de conferir el volumen interior hueco a la protuberancia o nipple (P2).
Los detalles, las formas, las dimensiones y demás elementos accesorios, así como los materiales empleados en la fabricación del procedimiento de la invención podrán ser convenientemente sustituidos por otros que sean técnicamente equivalentes y no se aparten de la esencialidad de la invención ni del ámbito definido por las reivindicaciones que se incluyen a continuación.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la fabricación de conductos de aire de material plástico de dureza entre shore 5 y shore 65 (P), en particular del tipo que comprende un cuerpo principal (P1) interiormente hueco provisto de al menos una protuberancia o nipple (P2), interiormente también hueco, que sobresale de la pared exterior del cuerpo principal (P1), encontrándose el cuerpo principal (P1) y la protuberancia o nipple (P2) comunicados entre sí y formando un único volumen interior al final del procedimiento, caracterizado por el hecho de que dicho volumen interior único es obtenido mediante una manufactura de acuerdo con las siguientes etapas del procedimiento:
    a) Moldeo por inyección de al menos una protuberancia o nipple (P2) hueca en su interior, de material plástico de dureza comprendida entre shore 5 y shore 65 en el interior de una primera cavidad (1) definida por al menos dos semi-moldes (M1, M2) de un molde (M) y un dispositivo interior (6) cilíndrico ubicado entre dichos semi-moldes (M1, M2), mediante el suministro del material por el lado perpendicular o como mínimo no paralelo o alineado con el eje central del nipple (P2) que confiere su volumen interior;
    b) Desplazamiento del dispositivo interior (6) que confiere el volumen interno de la protuberancia o nipple (P2) de la etapa a) hacia una segunda cavidad (3) dispuesta en el mismo molde (M) de la etapa a), estando tal segunda cavidad (3) situada de forma adyacente a la primera cavidad (1), intersectando y comunicando las cavidades internas del cuerpo principal (P1) y la protuberancia o nipple (P2); y
    c) Moldeo por soplado del cuerpo principal (P1) hueco a partir de un parison de material plástico moldeable de dureza comprendida entre shore 5 y shore 65 en el interior de la segunda cavidad (3); en el que dicha protuberancia o nipple (P2) es sostenida por unos elementos de bloqueo (5) movibles perpendicularmente respecto el eje central de dicha protuberancia o nipple (P2).
  2. 2.
    Molde (M) para fabricación de piezas de material plástico de dureza comprendida entre shore 5 y shore 65 para moldear una pieza (P) formada por un cuerpo principal (P1) interiormente hueco y al menos una protuberancia o nipple (P2) adicional adherida lateralmente y exteriormente respecto al cuerpo principal (P1), caracterizado por el hecho de que comprende al menos dos semi-moldes (M1, M2) y un dispositivo interior (6) cilíndrico situado entre dichos semi-moldes (M1, M2), definiendo dichos semi-moldes (M1, M2) y dicho dispositivo interior (6) al menos una primera cavidad (1) para conformar la protuberancia o nipple (P2), de geometría cilíndrica, hueca en su interior y de espesor constante, mediante un proceso de moldeo por inyección, estando vinculada dicha primera cavidad (1) con una región de entrada de material fluido a través de una boquilla, una cámara o del propio husillo de inyección, comprendiendo además una segunda cavidad (3) alargada, para conformar el cuerpo principal (P1), mediante soplado y unos elementos de bloqueo (5) movibles ubicados entre las dos cavidades (1, 3), siendo capaces dichos elementos de bloqueo (5) de desplazarse perpendicularmente respecto el eje central de la protuberancia o nipple (P2) de modo que permiten la sujeción de dicha protuberancia o nipple (P2) durante la conformación del cuerpo principal (1).
  3. 3.
    Molde (M) según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que los elementos de bloqueo (5) conforman un mecanismo desplazable mediante corredera, patín o esclusa para la separación de las primera y segunda cavidades (1, 3), disponiendo la unión de una geometría en forma de escalón o cola de milano que garantiza la unión de ambos materiales.
  4. 4.
    Molde (M) según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que dicho dispositivo interior (6) es desplazable a lo largo del eje central de la protuberancia o nipple (P2), de manera que el cuerpo principal (P1) y dicha protuberancia o nipple (P2) entran en contacto para conformar la pieza (P).
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