Inyección

by / Viernes, Marzo 25 2016 / Publicado en Proceso

Moldeo por inyección (moldeo por inyección en los EE. UU.) es un proceso de fabricación para producir piezas mediante la inyección de material en un molde. El moldeo por inyección se puede realizar con una gran cantidad de materiales, incluidos metales (para los cuales el proceso se denomina fundición a presión), vidrios, elastómeros, confecciones y, más comúnmente, polímeros termoplásticos y termoendurecibles. El material para la pieza se alimenta a un barril calentado, mezclado y forzado a una cavidad de molde, donde se enfría y endurece a la configuración de la cavidad. Después de que un producto es diseñado, generalmente por un diseñador industrial o un ingeniero, los moldes los fabrica un fabricante de moldes (o herramientas) de metal, generalmente acero o aluminio, y se mecanizan con precisión para formar las características de la pieza deseada. El moldeo por inyección se usa ampliamente para fabricar una variedad de piezas, desde los componentes más pequeños hasta los paneles completos de la carrocería de los automóviles. Los avances en la tecnología de impresión 3D, que utilizan fotopolímeros que no se funden durante el moldeo por inyección de algunos termoplásticos de temperatura más baja, se pueden utilizar para algunos moldes de inyección simples.

Diagrama simplificado del proceso.

Las piezas a moldear por inyección deben diseñarse con mucho cuidado para facilitar el proceso de moldeo; el material utilizado para la pieza, la forma deseada y las características de la pieza, el material del molde y las propiedades de la máquina de moldeo deben tenerse en cuenta. La versatilidad del moldeo por inyección se ve facilitada por esta amplitud de consideraciones y posibilidades de diseño.

Aplicaciones

El moldeo por inyección se utiliza para crear muchas cosas, como bobinas de alambre, embalaje, tapas de botellas, partes y componentes automotrices, Gameboys, peines de bolsillo, algunos instrumentos musicales (y partes de ellos), sillas de una pieza y mesas pequeñas, contenedores de almacenamiento, partes mecánicas (incluidos engranajes) y la mayoría de los otros productos de plástico disponibles en la actualidad. El moldeo por inyección es el método moderno más común de fabricación de piezas de plástico; Es ideal para producir grandes volúmenes del mismo objeto.

Características del proceso

El moldeo por inyección utiliza un émbolo de pistón o de pistón para forzar la fusión. plástico material en una cavidad de molde; esto se solidifica en una forma que se ha conformado al contorno del molde. Se usa más comúnmente para procesar polímeros termoplásticos y termoendurecibles, siendo el volumen usado de los primeros considerablemente mayor. Los termoplásticos prevalecen debido a características que los hacen muy adecuados para el moldeo por inyección, como la facilidad con la que se pueden reciclar, su versatilidad que les permite ser utilizados en una amplia variedad de aplicaciones, y su capacidad para ablandarse y fluir al calentarse. Los termoplásticos también tienen un elemento de seguridad sobre los termoestables; Si un polímero termoendurecible no es expulsado del cilindro de inyección de manera oportuna, puede ocurrir una reticulación química que haga que el tornillo y las válvulas de retención se agarroten y dañen potencialmente la máquina de moldeo por inyección.

El moldeo por inyección consiste en la inyección a alta presión de la materia prima en un molde que da forma al polímero en la forma deseada. Los moldes pueden ser de una sola cavidad o de múltiples cavidades. En los moldes de múltiples cavidades, cada cavidad puede ser idéntica y formar las mismas partes o puede ser única y formar múltiples geometrías diferentes durante un solo ciclo. Los moldes generalmente están hechos de aceros para herramientas, pero los aceros inoxidables y los moldes de aluminio son adecuados para ciertas aplicaciones. Los moldes de aluminio generalmente no son adecuados para la producción de grandes volúmenes o piezas con tolerancias dimensionales estrechas, ya que tienen propiedades mecánicas inferiores y son más propensas al desgaste, daño y deformación durante los ciclos de inyección y sujeción; sin embargo, los moldes de aluminio son rentables en aplicaciones de bajo volumen, ya que los costos y el tiempo de fabricación del molde se reducen considerablemente. Muchos moldes de acero están diseñados para procesar más de un millón de piezas durante su vida útil y su fabricación puede costar cientos de miles de dólares.

Cuándo termoplásticos son materias primas moldeadas, típicamente granuladas que se alimentan a través de una tolva a un barril calentado con un tornillo alternativo. Al entrar al barril, la temperatura aumenta y las fuerzas de Van der Waals que resisten el flujo relativo de cadenas individuales se debilitan como resultado del aumento del espacio entre moléculas en estados de energía térmica más altos. Este proceso reduce su viscosidad, lo que permite que el polímero fluya con la fuerza impulsora de la unidad de inyección. El tornillo entrega la materia prima hacia adelante, mezcla y homogeneiza las distribuciones térmica y viscosa del polímero y reduce el tiempo de calentamiento requerido cortando mecánicamente el material y agregando una cantidad significativa de calentamiento por fricción al polímero. El material avanza a través de una válvula de retención y se acumula en la parte delantera del tornillo en un volumen conocido como Disparo. Un disparo es el volumen de material que se utiliza para llenar la cavidad del molde, compensar la contracción y proporcionar un colchón (aproximadamente el 10% del volumen total del disparo, que permanece en el cañón y evita que el tornillo toque fondo) para transferir la presión. desde el tornillo hasta la cavidad del molde. Cuando se ha acumulado suficiente material, el material se fuerza a alta presión y velocidad dentro de la cavidad de formación de piezas. Para evitar picos de presión, el proceso normalmente utiliza una posición de transferencia correspondiente a una cavidad llena del 95 al 98% donde el tornillo cambia de una velocidad constante a un control de presión constante. A menudo, los tiempos de inyección son bastante inferiores a 1 segundo. Una vez que el tornillo alcanza la posición de transferencia, se aplica la presión de empaque, lo que completa el llenado del molde y compensa la contracción térmica, que es bastante alta para los termoplásticos en relación con muchos otros materiales. La presión de empaque se aplica hasta que la compuerta (entrada de la cavidad) se solidifica. Debido a su pequeño tamaño, la puerta es normalmente el primer lugar en solidificarse en todo su espesor. Una vez que la puerta se solidifica, no puede entrar más material a la cavidad; por consiguiente, el tornillo se mueve alternativamente y adquiere material para el siguiente ciclo mientras que el material dentro del molde se enfría para que pueda ser expulsado y sea dimensionalmente estable. Esta duración de enfriamiento se reduce drásticamente mediante el uso de líneas de enfriamiento que hacen circular agua o aceite desde un controlador de temperatura externo. Una vez que se ha alcanzado la temperatura requerida, el molde se abre y una serie de pasadores, manguitos, separadores, etc. se empujan hacia adelante para desmoldar el artículo. Luego, el molde se cierra y se repite el proceso.

Para los termoestables, típicamente se inyectan dos componentes químicos diferentes en el barril. Estos componentes comienzan inmediatamente reacciones químicas irreversibles que eventualmente reticulan el material en una única red conectada de moléculas. A medida que ocurre la reacción química, los dos componentes del fluido se transforman permanentemente en un sólido viscoelástico. La solidificación en el cilindro de inyección y el tornillo puede ser problemática y tener repercusiones económicas; por lo tanto, es vital minimizar el curado termoendurecible dentro del barril. Normalmente, esto significa que el tiempo de residencia y la temperatura de los precursores químicos se minimizan en la unidad de inyección. El tiempo de residencia se puede reducir minimizando la capacidad de volumen del barril y maximizando los tiempos de ciclo. Estos factores han llevado al uso de una unidad de inyección en frío aislada térmicamente que inyecta los productos químicos que reaccionan en un molde caliente aislado térmicamente, lo que aumenta la velocidad de las reacciones químicas y reduce el tiempo necesario para lograr un componente termoestable solidificado. Una vez que la pieza se ha solidificado, las válvulas se cierran para aislar el sistema de inyección y los precursores químicos, y el molde se abre para expulsar las piezas moldeadas. Luego, el molde se cierra y el proceso se repite.

Los componentes pre-moldeados o mecanizados se pueden insertar en la cavidad mientras el molde está abierto, permitiendo que el material inyectado en el próximo ciclo se forme y solidifique a su alrededor. Este proceso se conoce como Insertar molduras y permite que partes individuales contengan múltiples materiales. Este proceso a menudo se usa para crear piezas de plástico con tornillos metálicos que sobresalen, lo que permite que se abrochen y desabrochen repetidamente. Esta técnica también se puede utilizar para el etiquetado en molde y las tapas de película también se pueden unir a contenedores de plástico moldeados.

Una línea divisoria, bebedero, marcas de compuerta y marcas de pasador de expulsión suelen estar presentes en la parte final. Normalmente, no se desea ninguna de estas características, pero son inevitables debido a la naturaleza del proceso. Las marcas de compuerta ocurren en la compuerta que une los canales de suministro de masa fundida (bebedero y canal) a la cavidad que forma la pieza. Las marcas de la línea de separación y del pasador de expulsión son el resultado de desalineaciones diminutas, desgaste, ventilaciones gaseosas, holguras para piezas adyacentes en movimiento relativo y / o diferencias dimensionales de las superficies de contacto que entran en contacto con el polímero inyectado. Las diferencias dimensionales se pueden atribuir a la deformación no uniforme inducida por la presión durante la inyección, las tolerancias de mecanizado y la expansión y contracción térmica no uniforme de los componentes del molde, que experimentan ciclos rápidos durante las fases de inyección, empaque, enfriamiento y expulsión del proceso. . Los componentes del molde a menudo se diseñan con materiales de varios coeficientes de expansión térmica. Estos factores no pueden tenerse en cuenta simultáneamente sin aumentos astronómicos en el costo de diseño, fabricación, procesamiento y monitoreo de la calidad. El hábil diseñador de moldes y piezas colocará estos detrimentos estéticos en áreas ocultas si es posible.

Historia

El inventor estadounidense John Wesley Hyatt junto con su hermano Isaiah, Hyatt patentó la primera máquina de moldeo por inyección en 1872. Esta máquina era relativamente simple en comparación con las máquinas en uso hoy en día: funcionaba como una gran aguja hipodérmica, utilizando un émbolo para inyectar plástico a través de un calentador cilindro en un molde. La industria progresó lentamente a lo largo de los años, produciendo productos como collares, botones y peinetas.

Los químicos alemanes Arthur Eichengrün y Theodore Becker inventaron las primeras formas solubles de acetato de celulosa en 1903, que era mucho menos inflamable que el nitrato de celulosa. Finalmente se puso a disposición en forma de polvo a partir del cual se moldeó por inyección fácilmente. Arthur Eichengrün desarrolló la primera prensa de moldeo por inyección en 1919. En 1939, Arthur Eichengrün patentó el moldeo por inyección de acetato de celulosa plastificado.

La industria se expandió rápidamente en la década de 1940 porque la Segunda Guerra Mundial creó una gran demanda de productos económicos producidos en masa. En 1946, el inventor estadounidense James Watson Hendry construyó la primera máquina de inyección de tornillo, que permitió un control mucho más preciso sobre la velocidad de inyección y la calidad de los artículos producidos. Esta máquina también permitió que el material se mezclara antes de la inyección, de modo que se pudiera agregar plástico reciclado o de color al material virgen y mezclarlo completamente antes de inyectarlo. Hoy en día, las máquinas de inyección de tornillo representan la gran mayoría de todas las máquinas de inyección. En la década de 1970, Hendry desarrolló el primer proceso de moldeo por inyección asistido por gas, que permitió la producción de artículos complejos y huecos que se enfriaron rápidamente. Esto mejoró enormemente la flexibilidad de diseño, así como la resistencia y el acabado de las piezas fabricadas, al tiempo que reduce el tiempo de producción, el costo, el peso y el desperdicio.

La industria del moldeo por inyección de plástico ha evolucionado a lo largo de los años desde la producción de peines y botones hasta la producción de una amplia gama de productos para muchas industrias, incluyendo automotriz, médica, aeroespacial, productos de consumo, juguetes, plomería, empaque y construcción.

Ejemplos de polímeros más adecuados para el proceso.

Se pueden usar la mayoría de los polímeros, a veces denominados resinas, incluidos todos los termoplásticos, algunos termoestables y algunos elastómeros. Desde 1995, el número total de materiales disponibles para el moldeo por inyección ha aumentado a un ritmo de 750 por año; había aproximadamente 18,000 materiales disponibles cuando comenzó esa tendencia. Los materiales disponibles incluyen aleaciones o mezclas de materiales previamente desarrollados, por lo que los diseñadores de productos pueden elegir el material con el mejor conjunto de propiedades de una amplia selección. Los criterios principales para la selección de un material son la resistencia y la función requeridas para la parte final, así como el costo, pero también cada material tiene diferentes parámetros para el moldeo que deben tenerse en cuenta. Los polímeros comunes como el epoxi y el fenólico son ejemplos de plásticos termoendurecibles, mientras que el nailon, el polietileno y el poliestireno son termoplásticos. Hasta hace relativamente poco tiempo, los resortes de plástico no eran posibles, pero los avances en las propiedades de los polímeros los hacen ahora bastante prácticos. Las aplicaciones incluyen hebillas para anclar y desconectar correas de equipos para exteriores.

Equipos

Molde de clip de papel abierto en la máquina de moldeo; la boquilla es visible a la derecha

Las máquinas de moldeo por inyección constan de una tolva de material, un pistón de inyección o émbolo de tornillo y una unidad de calentamiento. También conocidas como prensas, sostienen los moldes en los que se conforman los componentes. Las prensas se clasifican por tonelaje, que expresa la cantidad de fuerza de sujeción que puede ejercer la máquina. Esta fuerza mantiene el molde cerrado durante el proceso de inyección. El tonelaje puede variar de menos de 5 toneladas a más de 9,000 toneladas, y las cifras más altas se utilizan en comparativamente pocas operaciones de fabricación. La fuerza de sujeción total necesaria está determinada por el área proyectada de la pieza que se está moldeando. Esta área proyectada se multiplica por una fuerza de sujeción de 1.8 a 7.2 toneladas por cada centímetro cuadrado de las áreas proyectadas. Como regla general, 4 o 5 toneladas / pulg.2 se puede utilizar para la mayoría de los productos. Si el material plástico es muy rígido, requerirá más presión de inyección para llenar el molde y, por lo tanto, más tonelaje de sujeción para mantener el molde cerrado. La fuerza requerida también se puede determinar por el material utilizado y el tamaño de la pieza; las piezas más grandes requieren una fuerza de sujeción mayor.

Molde

Molde or morir son los términos comunes utilizados para describir la herramienta utilizada para producir piezas de plástico en el moldeo.

Dado que los moldes han sido costosos de fabricar, generalmente solo se usaban en la producción en masa donde se producían miles de piezas. Los moldes típicos están construidos con acero endurecido, acero preendurecido, aluminio y / o aleación de berilio-cobre. La elección del material a partir del cual construir un molde es principalmente económica; en general, los moldes de acero cuestan más de construir, pero su mayor vida útil compensará el mayor costo inicial sobre un mayor número de piezas fabricadas antes de desgastarse. Los moldes de acero preendurecido son menos resistentes al desgaste y se utilizan para requisitos de menor volumen o componentes más grandes; su dureza típica del acero es de 38 a 45 en la escala Rockwell-C. Los moldes de acero endurecido se tratan térmicamente después del mecanizado; estos son muy superiores en términos de resistencia al desgaste y vida útil. La dureza típica oscila entre 50 y 60 Rockwell-C (HRC). Los moldes de aluminio pueden costar sustancialmente menos y, cuando se diseñan y mecanizan con equipos informáticos modernos, pueden resultar económicos para moldear decenas o incluso cientos de miles de piezas. El cobre de berilio se usa en áreas del molde que requieren una rápida eliminación del calor o áreas que ven la mayor cantidad de calor de cizallamiento generado. Los moldes se pueden fabricar mediante mecanizado CNC o mediante procesos de mecanizado por descarga eléctrica.

Diseño de molde

Herramientas estándar de dos placas - el núcleo y la cavidad son insertos en una base de molde - "molde familiar" de cinco partes diferentes

El molde consta de dos componentes principales, el molde de inyección (placa A) y el molde eyector (placa B). Estos componentes también se conocen como moldeador y fabricante de moldes. La resina plástica ingresa al molde a través de un bebedero or portón en el molde de inyección; el casquillo del bebedero debe sellarse herméticamente contra la boquilla del barril de inyección de la máquina de moldeo y permitir que el plástico fundido fluya del barril al molde, también conocido como cavidad. El casquillo del bebedero dirige el plástico fundido a las imágenes de la cavidad a través de canales mecanizados en las caras de las placas A y B. Estos canales permiten que el plástico corra a lo largo de ellos, por lo que se denominanlos corredores. El plástico fundido fluye a través del canal y entra en una o más puertas especializadas y en la geometría de la cavidad para formar la pieza deseada.

La cantidad de resina necesaria para llenar el bebedero, canal y cavidades de un molde comprende un “shot”. El aire atrapado en el molde puede escapar a través de las salidas de aire que se muelen hacia la línea de separación del molde, o alrededor de los pasadores de expulsión y las guías que son un poco más pequeñas que los orificios que las retienen. Si no se permite que escape el aire atrapado, se comprime por la presión del material entrante y se aprieta en las esquinas de la cavidad, donde evita el llenado y también puede causar otros defectos. El aire puede incluso comprimirse tanto que se enciende y quema el material plástico circundante.

Para permitir la extracción de la parte moldeada del molde, las características del molde no deben sobresalir entre sí en la dirección en que se abre el molde, a menos que las partes del molde estén diseñadas para moverse entre dichos salientes cuando el molde se abre (utilizando componentes llamados elevadores )

Lados de la parte que aparecen paralelos a la dirección de extracción (el eje de la posición del núcleo (orificio) o inserto es paralelo al movimiento hacia arriba y hacia abajo del molde cuando se abre y se cierra) suelen tener un ligero ángulo, lo que se denomina borrador, para facilitar la liberación de la pieza del molde. Un tiro insuficiente puede provocar deformaciones o daños. El tiro requerido para el desmoldeo depende principalmente de la profundidad de la cavidad: cuanto más profunda es la cavidad, más tiro se necesita. La contracción también debe tenerse en cuenta al determinar el calado requerido. Si la piel es demasiado delgada, entonces la pieza moldeada tenderá a encogerse sobre los núcleos que se forman mientras se enfría y se adhiere a esos núcleos, o la pieza puede deformarse, torcerse, ampollarse o agrietarse cuando se retira la cavidad.

Sprue, runner y puertas en producto de moldeo por inyección real

Por lo general, un molde se diseña de modo que la pieza moldeada permanezca de manera confiable en el lado del expulsor (B) del molde cuando se abre, y extrae el canal y el bebedero del lado (A) junto con las piezas. La pieza luego cae libremente cuando se expulsa del lado (B). Las compuertas de túnel, también conocidas como compuertas submarinas o de molde, están ubicadas debajo de la línea de partición o superficie del molde. Se mecaniza una abertura en la superficie del molde en la línea de partición. La pieza moldeada se corta (por el molde) del sistema de corredera al expulsarla del molde. Los pasadores expulsores, también conocidos como pasadores extractores, son pasadores circulares colocados en cualquier mitad del molde (generalmente la mitad del eyector), que empujan el producto moldeado terminado o el sistema de canal fuera del molde. La expulsión del artículo utilizando alfileres, mangas, pelacables, etc. puede causar impresiones o distorsiones indeseables, por lo que se debe tener cuidado al diseñar el molde.

El método estándar de enfriamiento es pasar un refrigerante (generalmente agua) a través de una serie de agujeros perforados a través de las placas del molde y conectados por mangueras para formar una vía continua. El refrigerante absorbe el calor del molde (que ha absorbido el calor del plástico caliente) y mantiene el molde a una temperatura adecuada para solidificar el plástico a la velocidad más eficiente.

Para facilitar el mantenimiento y la ventilación, las cavidades y los núcleos se dividen en piezas, llamadas insertosy subconjuntos, también llamados insertos, bloqueso perseguir bloques. Al sustituir los insertos intercambiables, un molde puede hacer varias variaciones de la misma parte.

Se forman partes más complejas utilizando moldes más complejos. Estos pueden tener secciones llamadas diapositivas, que se mueven dentro de una cavidad perpendicular a la dirección del dibujo, para formar elementos sobresalientes. Cuando se abre el molde, los portaobjetos se separan de la parte de plástico mediante el uso de "pasadores angulares" estacionarios en la mitad del molde estacionario. Estos pasadores entran en una ranura en las diapositivas y hacen que las diapositivas se muevan hacia atrás cuando se abre la mitad móvil del molde. Luego se expulsa la pieza y se cierra el molde. La acción de cierre del molde hace que las correderas se muevan hacia adelante a lo largo de los pasadores angulares.

Algunos moldes permiten que las piezas previamente moldeadas se vuelvan a insertar para permitir que se forme una nueva capa de plástico alrededor de la primera parte. Esto a menudo se conoce como sobremoldeo. Este sistema puede permitir la producción de neumáticos y ruedas de una pieza.

Teclas moldeadas por inyección de dos disparos desde un teclado de computadora

Los moldes de dos o múltiples disparos están diseñados para “sobremoldear” dentro de un solo ciclo de moldeo y deben procesarse en máquinas de moldeo por inyección especializadas con dos o más unidades de inyección. Este proceso es en realidad un proceso de moldeo por inyección realizado dos veces y, por lo tanto, tiene un margen de error mucho menor. En el primer paso, el material de color base se moldea en una forma básica, que contiene espacios para la segunda toma. Luego, el segundo material, de un color diferente, se moldea por inyección en esos espacios. Los botones pulsadores y las teclas, por ejemplo, fabricados mediante este proceso tienen marcas que no se pueden desgastar y permanecen legibles con un uso intensivo.

Un molde puede producir varias copias de las mismas piezas en una sola "toma". El número de "impresiones" en el molde de esa pieza a menudo se denomina incorrectamente cavitación. Una herramienta con una impresión a menudo se denomina molde de impresión única (cavidad). Un molde con 2 o más cavidades de las mismas partes probablemente se denominará molde de impresión múltiple (cavidad). Algunos moldes de volumen de producción extremadamente alto (como los de las tapas de botellas) pueden tener más de 128 cavidades.

En algunos casos, las herramientas de cavidades múltiples moldearán una serie de partes diferentes en la misma herramienta. Algunos fabricantes de herramientas llaman a estos moldes moldes familiares ya que todas las partes están relacionadas. Los ejemplos incluyen kits de modelos de plástico.

Almacenamiento de moldes

Los fabricantes hacen grandes esfuerzos para proteger los moldes personalizados debido a sus altos costos promedio. Se mantiene la temperatura y el nivel de humedad perfectos para garantizar la vida útil más larga posible para cada molde personalizado. Los moldes personalizados, como los utilizados para el moldeo por inyección de caucho, se almacenan en entornos con temperatura y humedad controladas para evitar la deformación.

Materiales de herramientas

Inserto de berilio-cobre (amarillo) en molde de inyección para resina ABS

A menudo se utiliza acero para herramientas. El acero dulce, el aluminio, el níquel o el epoxi son adecuados solo para prototipos o tiradas de producción muy cortas. El aluminio duro moderno (aleaciones 7075 y 2024) con un diseño de molde adecuado puede fabricar fácilmente moldes con una vida útil de 100,000 piezas o más con el mantenimiento adecuado del molde.

Maquinado

Los moldes se construyen a través de dos métodos principales: mecanizado estándar y EDM. El mecanizado estándar, en su forma convencional, ha sido históricamente el método para construir moldes de inyección. Con el desarrollo tecnológico, el mecanizado CNC se convirtió en el medio predominante de hacer moldes más complejos con detalles de molde más precisos en menos tiempo que los métodos tradicionales.

El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) o el proceso de erosión por chispa se ha utilizado ampliamente en la fabricación de moldes. Además de permitir la formación de formas que son difíciles de mecanizar, el proceso permite moldear moldes previamente endurecidos para que no se requiera tratamiento térmico. Los cambios en un molde endurecido mediante perforación y fresado convencionales normalmente requieren recocido para ablandar el molde, seguido de un tratamiento térmico para endurecerlo nuevamente. EDM es un proceso simple en el cual un electrodo conformado, generalmente hecho de cobre o grafito, se baja muy lentamente sobre la superficie del molde (durante un período de muchas horas), que se sumerge en aceite de parafina (queroseno). Un voltaje aplicado entre la herramienta y el molde causa erosión por chispa de la superficie del molde en la forma inversa del electrodo.

Costo

El número de cavidades incorporadas en un molde se correlacionará directamente con los costos de moldeo. Menos cavidades requieren mucho menos trabajo de herramientas, por lo que limitar el número de cavidades a su vez dará como resultado menores costos iniciales de fabricación para construir un molde de inyección.

Como el número de cavidades juega un papel vital en los costos de moldeo, también lo hace la complejidad del diseño de la pieza. La complejidad se puede incorporar a muchos factores, como el acabado de la superficie, los requisitos de tolerancia, las roscas internas o externas, los detalles finos o la cantidad de cortes que se pueden incorporar.

Detalles adicionales tales como socavaciones o cualquier característica que cause herramientas adicionales aumentarán el costo del molde. El acabado de la superficie del núcleo y la cavidad de los moldes influirá aún más en el costo.

El proceso de moldeo por inyección de caucho produce un alto rendimiento de productos duraderos, lo que lo convierte en el método de moldeo más eficiente y rentable. Los procesos de vulcanización constantes que implican un control preciso de la temperatura reducen significativamente todo el material de desecho.

Proceso de inyección

Moldeadora de inyección pequeña que muestra el área de la tolva, la boquilla y el troquel

Con el moldeo por inyección, el plástico granular es alimentado por un ariete forzado desde una tolva a un barril calentado. A medida que los gránulos se mueven lentamente hacia adelante mediante un émbolo de tipo tornillo, el plástico es forzado a una cámara calentada, donde se funde. A medida que avanza el émbolo, el plástico derretido es forzado a través de una boquilla que se apoya contra el molde, lo que le permite ingresar a la cavidad del molde a través de una compuerta y un sistema de guía. El molde permanece frío, por lo que el plástico se solidifica casi tan pronto como se llena el molde.

Ciclo de moldeo por inyección

La secuencia de eventos durante el molde de inyección de una pieza de plástico se llama ciclo de moldeo por inyección. El ciclo comienza cuando se cierra el molde, seguido de la inyección del polímero en la cavidad del molde. Una vez que se llena la cavidad, se mantiene una presión de retención para compensar la contracción del material. En el siguiente paso, el tornillo gira, alimentando el siguiente disparo al tornillo frontal. Esto hace que el tornillo se retraiga a medida que se prepara el siguiente disparo. Una vez que la pieza está suficientemente fría, el molde se abre y la pieza es expulsada.

Moldeado científico versus tradicional

Tradicionalmente, la parte de inyección del proceso de moldeo se realizaba a una presión constante para llenar y empacar la cavidad. Este método, sin embargo, permitió una gran variación en las dimensiones de un ciclo a otro. Más comúnmente utilizado ahora es el moldeo científico o desacoplado, un método iniciado por RJG Inc. En esto, la inyección del plástico se "desacopla" en etapas para permitir un mejor control de las dimensiones de la pieza y más ciclo a ciclo (comúnmente llamado disparo a -disparo en la industria) consistencia. Primero, la cavidad se llena hasta aproximadamente un 98% de su capacidad usando el control de velocidad (velocidad). Aunque la presión debería ser suficiente para permitir la velocidad deseada, las limitaciones de presión durante esta etapa son indeseables. Una vez que la cavidad está llena en un 98%, la máquina cambia del control de velocidad al control de presión, donde la cavidad se "llena" a una presión constante, donde se requiere suficiente velocidad para alcanzar las presiones deseadas. Esto permite controlar las dimensiones de la pieza con una precisión de milésimas de pulgada o más.

Diferentes tipos de procesos de moldeo por inyección.

Aunque la mayoría de los procesos de moldeo por inyección están cubiertos por la descripción del proceso convencional anterior, existen varias variaciones de moldeo importantes que incluyen, entre otras:

  • fundición a presión
  • Moldeo por inyección de metal
  • Moldeo por inyección de pared delgada
  • Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida.

Puede encontrar una lista más completa de los procesos de moldeo por inyección aquí:

Solución de problemas de proceso

Como todos los procesos industriales, el moldeo por inyección puede producir piezas defectuosas. En el campo del moldeo por inyección, la solución de problemas a menudo se realiza examinando las piezas defectuosas en busca de defectos específicos y abordando estos defectos con el diseño del molde o las características del proceso en sí. Los ensayos a menudo se realizan antes de que se ejecute la producción completa en un esfuerzo por predecir defectos y determinar las especificaciones apropiadas para usar en el proceso de inyección.

Cuando se llena un molde nuevo o desconocido por primera vez, donde se desconoce el tamaño de disparo para ese molde, un técnico / colocador de herramientas puede realizar una prueba antes de una producción completa. Comienza con un pequeño peso de inyección y se llena gradualmente hasta que el molde está lleno de un 95 a un 99%. Una vez que se logre esto, se aplicará una pequeña cantidad de presión de mantenimiento y se aumentará el tiempo de mantenimiento hasta que la puerta se congele (tiempo de solidificación). El tiempo de congelación de la puerta se puede determinar aumentando el tiempo de retención y luego pesando la pieza. Cuando el peso de la pieza no cambia, se sabe que la compuerta se ha congelado y no se inyecta más material en la pieza. El tiempo de solidificación de la compuerta es importante, ya que determina el tiempo del ciclo y la calidad y consistencia del producto, que en sí mismo es un tema importante en la economía del proceso de producción. Se aumenta la presión de retención hasta que las piezas estén libres de lavabos y se haya alcanzado el peso de la pieza.

Defectos de moldeo

El moldeo por inyección es una tecnología compleja con posibles problemas de producción. Pueden ser causados ​​por defectos en los moldes o más a menudo por el proceso de moldeo en sí.

Defectos de moldeo nombre alternativo Descripción Causas
Ampolla Abrasador Zona elevada o en capas en la superficie de la pieza La herramienta o el material están demasiado calientes, a menudo causados ​​por la falta de enfriamiento alrededor de la herramienta o un calentador defectuoso
Quemaduras Quema de aire / gas / diesel Áreas quemadas negras o marrones en la parte ubicada en los puntos más alejados de la puerta o donde hay aire atrapado La herramienta carece de ventilación, la velocidad de inyección es demasiado alta
Rayas de color (EE. UU.) Rayas de color (Reino Unido) Cambio localizado de color / color Masterbatch no se mezcla correctamente o el material se ha agotado y está empezando a aparecer como algo natural. Material de color anterior “arrastrado” en la boquilla o válvula de retención.
Delaminación Mica delgada como capas formadas en la pared parcial Contaminación del material, por ejemplo, PP mezclado con ABS, muy peligroso si la pieza se utiliza para una aplicación crítica de seguridad, ya que el material tiene muy poca resistencia cuando se delamina, ya que los materiales no pueden adherirse
Flash Las rebabas Exceso de material en capa delgada que excede la geometría normal de la pieza El molde está sobreenvasado o la línea de separación de la herramienta está dañada, demasiada velocidad de inyección / material inyectado, fuerza de sujeción demasiado baja. También puede ser causada por suciedad y contaminantes alrededor de las superficies de herramientas.
Contaminantes incrustados Partículas incrustadas Partícula extraña (material quemado u otro) incrustado en la pieza Partículas en la superficie de la herramienta, material contaminado o desechos extraños en el barril, o demasiado calor de corte que quema el material antes de la inyección
Marcas de flujo Líneas de flujo Líneas o patrones ondulados direccionalmente "fuera de tono" Velocidades de inyección demasiado lentas (el plástico se ha enfriado demasiado durante la inyección, las velocidades de inyección deben establecerse tan rápido como sea apropiado para el proceso y el material utilizado)
Rubor de puerta Marcas de halo o rubor Patrón circular alrededor de la puerta, normalmente solo un problema en los moldes de canal caliente La velocidad de inyección es demasiado rápida, el tamaño de la compuerta / bebedero / corredor es demasiado pequeño o la temperatura de fusión / molde es demasiado baja.
Jetting Parte deformada por el flujo turbulento de material. Mal diseño de la herramienta, posición de la puerta o corredor. Velocidad de inyección establecida demasiado alta. Diseño deficiente de las compuertas que causan muy poca hinchazón de la matriz y dan como resultado la inyección.
Líneas de punto Líneas de soldadura Pequeñas líneas en la parte trasera de los pasadores centrales o ventanas en partes que parecen líneas. Causado por el frente de fusión que fluye alrededor de un objeto que se enorgullece en una parte de plástico, así como al final del relleno donde el frente de fusión se une nuevamente. Se puede minimizar o eliminar con un estudio de flujo del molde cuando el molde está en fase de diseño. Una vez que se hace el molde y se coloca la compuerta, se puede minimizar esta falla solo cambiando la temperatura de fusión y la temperatura del molde.
Degradación de polímeros Descomposición de polímeros por hidrólisis, oxidación, etc. Exceso de agua en los gránulos, temperaturas excesivas en el barril, velocidades de tornillo excesivas que causan un alto calor de cizallamiento, se deja que el material se asiente en el barril durante demasiado tiempo, se usa demasiado molido.
Marcas de fregadero [se hunde] Depresión localizada (en zonas más gruesas) El tiempo / presión de mantenimiento es demasiado bajo, el tiempo de enfriamiento es demasiado corto, con canales calientes sin rociadores, esto también puede deberse a que la temperatura de la puerta se establece demasiado alta. Material excesivo o paredes demasiado gruesas.
Tiro corto Molde corto o sin relleno Parte parcial Falta de material, velocidad o presión de inyección demasiado baja, molde demasiado frío, falta de respiraderos de gas
Marcas de separación Marca de bienvenida o rayas plateadas Generalmente aparece como rayas plateadas a lo largo del patrón de flujo, sin embargo, dependiendo del tipo y el color del material, puede representar pequeñas burbujas causadas por la humedad atrapada. Humedad en el material, generalmente cuando las resinas higroscópicas se secan incorrectamente. Atrapamiento de gas en áreas de "nervaduras" debido a una velocidad de inyección excesiva en estas áreas. El material está demasiado caliente o se está cortando demasiado.
Fibrosidad Cadena o puerta larga Cadena como remanente de la transferencia de disparo anterior en el nuevo disparo Temperatura de la boquilla demasiado alta. La compuerta no se ha congelado, no se ha descomprimido el tornillo, no se ha roto el bebedero, se han colocado mal las bandas calentadoras dentro de la herramienta.
Vacíos Espacio vacío dentro de la parte (la bolsa de aire se usa comúnmente) Falta de presión de retención (la presión de retención se utiliza para empaquetar la pieza durante el tiempo de retención). Llenado demasiado rápido, no permitiendo que los bordes de la pieza se asienten. Además, el moho puede estar fuera de registro (cuando las dos mitades no se centran correctamente y las paredes de las piezas no tienen el mismo grosor). La información proporcionada es el entendimiento común, Corrección: La falta de presión del paquete (no de retención) (la presión del paquete se usa para empacar aunque sea la parte durante el tiempo de retención). Llenar demasiado rápido no causa esta condición, ya que un vacío es un fregadero que no tenía lugar para suceder. En otras palabras, a medida que la pieza se contrae, la resina se separa de sí misma porque no había suficiente resina en la cavidad. El vacío puede ocurrir en cualquier área o la pieza no está limitada por el grosor sino por el flujo de resina y la conductividad térmica, pero es más probable que ocurra en áreas más gruesas como nervaduras o protuberancias. Las causas fundamentales adicionales de los huecos son la falta de fusión en el baño de fusión.
línea de soldadura Línea de punto / línea de fusión / línea de transferencia Línea descolorida donde se encuentran dos frentes de flujo Las temperaturas del molde o del material se establecen demasiado bajas (el material está frío cuando se encuentran, por lo que no se unen). El tiempo de transición entre la inyección y la transferencia (para empaquetar y mantener) es demasiado pronto.
Pandeo Retortijón Parte distorsionada El enfriamiento es demasiado corto, el material está demasiado caliente, falta de enfriamiento alrededor de la herramienta, temperaturas de agua incorrectas (las partes se inclinan hacia adentro hacia el lado caliente de la herramienta) Contracción desigual entre las áreas de la pieza

Métodos como la tomografía computarizada industrial pueden ayudar a encontrar estos defectos tanto externa como internamente.

Tolerancias

La tolerancia de moldeo es una tolerancia especificada en la desviación en parámetros tales como dimensiones, pesos, formas o ángulos, etc. Para maximizar el control en el establecimiento de tolerancias, generalmente hay un límite mínimo y máximo de grosor, según el proceso utilizado. El moldeo por inyección generalmente tiene tolerancias equivalentes a un grado de TI de aproximadamente 9-14. La posible tolerancia de un termoplástico o un termoestable es de ± 0.200 a ± 0.500 milímetros. En aplicaciones especializadas, se logran tolerancias tan bajas como ± 5 µm en ambos diámetros y características lineales en la producción en masa. Se pueden obtener acabados superficiales de 0.0500 a 0.1000 µm o mejores. También son posibles superficies rugosas o con guijarros.

Tipo de moldeo Típico [mm] Posible [mm]
Termoplástico ± 0.500 ± 0.200
Termoestable ± 0.500 ± 0.200

Requerimientos de energía

La potencia requerida para este proceso de moldeo por inyección depende de muchas cosas y varía entre los materiales utilizados. Guía de referencia de procesos de fabricación establece que los requisitos de energía dependen de "la gravedad específica, el punto de fusión, la conductividad térmica, el tamaño de la pieza y la velocidad de moldeo de un material". A continuación se muestra una tabla de la página 243 de la misma referencia mencionada anteriormente que ilustra mejor las características relevantes para la potencia requerida para los materiales más comúnmente utilizados.

Material Gravedad específica Punto de fusión (° F) Punto de fusión (° C)
Epoxy 1.12 a 1.24 248 120
fenólica 1.34 a 1.95 248 120
Nylon 1.01 a 1.15 381 a 509 194 a 265
Polietileno 0.91 a 0.965 230 a 243 110 a 117
Poliestireno 1.04 a 1.07 338 170

Moldeo robótico

La automatización significa que el tamaño más pequeño de las piezas permite que un sistema de inspección móvil examine varias piezas más rápidamente. Además de montar sistemas de inspección en dispositivos automáticos, los robots de varios ejes pueden eliminar piezas del molde y colocarlas para procesos posteriores.

Las instancias específicas incluyen la eliminación de piezas del molde inmediatamente después de crearlas, así como la aplicación de sistemas de visión artificial. Un robot agarra la pieza después de que los pasadores eyectores se hayan extendido para liberar la pieza del molde. Luego los mueve a un lugar de espera o directamente a un sistema de inspección. La elección depende del tipo de producto, así como del diseño general del equipo de fabricación. Los sistemas de visión montados en robots han mejorado enormemente el control de calidad para piezas moldeadas por inserción. Un robot móvil puede determinar con mayor precisión la precisión de colocación del componente metálico e inspeccionar más rápido que un humano.

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