El moldeo por inyección (ortografía estadounidense: moldeo por inyección ) es un proceso de fabricación para producir piezas mediante la inyección de material fundido en un molde, o molde . El moldeo por inyección se puede realizar con una gran cantidad de materiales, incluidos principalmente metales (para los cuales el proceso se denomina fundición a presión ), vidrios , elastómeros , dulces y, más comúnmente, polímeros termoplásticos y termoendurecibles . El material para la pieza se introduce en un cilindro calentado, se mezcla (utilizando un tornillo helicoidal) y se inyecta en la cavidad de un molde , donde se enfría y endurece hasta alcanzar la configuración de la cavidad. [1] : 240 Después de que un producto es diseñado, generalmente por un diseñador industrial o un ingeniero , un fabricante de moldes (o un fabricante de herramientas) fabrica los moldes a partir de metal , generalmente acero o aluminio , y los mecaniza con precisión para formar las características de la parte deseada. El moldeo por inyección se utiliza ampliamente para fabricar una variedad de piezas, desde los componentes más pequeños hasta paneles completos de carrocería de automóviles. Los avances en la tecnología de impresión 3D , que utilizan fotopolímeros que no se funden durante el moldeo por inyección de algunos termoplásticos a baja temperatura, se pueden utilizar para algunos moldes de inyección simples.
El moldeo por inyección utiliza una máquina especial que consta de tres partes: la unidad de inyección, el molde y la abrazadera. Las piezas que se van a moldear por inyección deben diseñarse con mucho cuidado para facilitar el proceso de moldeo; Se debe tener en cuenta el material utilizado para la pieza, la forma y características deseadas de la pieza, el material del molde y las propiedades de la máquina de moldeo. La versatilidad del moldeo por inyección se ve facilitada por esta amplitud de consideraciones y posibilidades de diseño.
El moldeo por inyección se utiliza para crear muchas cosas, como carretes de alambre , embalajes , tapas de botellas , piezas y componentes de automóviles, juguetes, peines de bolsillo , algunos instrumentos musicales (y partes de ellos), sillas y mesas pequeñas de una sola pieza, contenedores de almacenamiento, elementos mecánicos. piezas (incluidos engranajes) y la mayoría de los demás productos plásticos 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. [2]
El moldeo por inyección utiliza un ariete o un émbolo tipo tornillo para forzar el plástico o el material de caucho fundido hacia la cavidad del molde; esto se solidifica en una forma que se ha adaptado al contorno del molde. Se utiliza más comúnmente para procesar polímeros tanto termoplásticos como termoestables , siendo el volumen utilizado de los primeros considerablemente mayor. [3] : 1–3 Los termoplásticos prevalecen debido a características que los hacen muy adecuados para el moldeo por inyección, como la facilidad de reciclaje, la versatilidad para una amplia variedad de aplicaciones, [3] : 8–9 y la capacidad de ablandar y fluir. calefacción. Los termoplásticos también tienen un elemento de seguridad sobre los termoestables; Si no se expulsa un polímero termoestable del cilindro de inyección de manera oportuna, se puede producir una reticulación química que provocará que el tornillo y las válvulas de retención se atasquen y dañen potencialmente la máquina de moldeo por inyección. [3] : 3
El moldeo por inyección consiste en la inyección a alta presión de la materia prima en un molde, que le da al polímero la forma deseada. [3] : 14 Los moldes pueden ser de una sola cavidad o de múltiples cavidades. En moldes de múltiples cavidades, cada cavidad puede ser idéntica y formar las mismas piezas o puede ser única y formar múltiples geometrías diferentes durante un solo ciclo. Los moldes generalmente se fabrican con aceros para herramientas , pero los moldes de acero inoxidable y aluminio son adecuados para determinadas aplicaciones. Los moldes de aluminio suelen ser inadecuados para la producción de grandes volúmenes o piezas con tolerancias dimensionales estrechas, ya que tienen propiedades mecánicas inferiores y son más propensos a desgastarse, dañarse y deformarse 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. [1] 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.
Cuando se moldean termoplásticos, normalmente la materia prima granulada se introduce a través de una tolva en 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 las cadenas individuales se debilitan como resultado del mayor espacio entre las moléculas en estados de energía térmica más altos. Este proceso reduce su viscosidad , lo que permite que el polímero fluya con la fuerza motriz de la unidad de inyección. El tornillo envía la materia prima hacia adelante, mezcla y homogeneiza las distribuciones térmicas y viscosas 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 granalla . Una granalla es el volumen de material que se utiliza para llenar la cavidad del molde, compensar la contracción y proporcionar un cojín (aproximadamente el 10% del volumen total de la granalla, que permanece en el cilindro y evita que el tornillo toque fondo) para transferir presión. desde el tornillo hasta la cavidad del molde. Cuando se ha acumulado suficiente material, el material es forzado a alta presión y velocidad hacia la cavidad de formación de la pieza. La cantidad exacta de contracción depende de la resina que se utilice y puede ser relativamente predecible. [4] Para evitar picos de presión, el proceso normalmente utiliza una posición de transferencia correspondiente a una cavidad llena al 95-98% donde el tornillo cambia de una velocidad constante a un control de presión constante. A menudo, los tiempos de inyección son inferiores a 1 segundo. Una vez que el tornillo alcanza la posición de transferencia, se aplica la presión de empaquetamiento, lo que completa el llenado del molde y compensa la contracción térmica, que es bastante alta para los termoplásticos en comparación con muchos otros materiales. La presión de empaque se aplica hasta que la compuerta (entrada a la cavidad) se solidifique. Debido a su pequeño tamaño, la puerta suele ser el primer lugar en solidificarse en todo su espesor. [3] : 16 Una vez que la compuerta se solidifica, no puede entrar más material en la cavidad; en consecuencia, el tornillo oscila y adquiere material para el siguiente ciclo mientras el material dentro del molde se enfría para que pueda ser expulsado y ser 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 se impulsa una serie de pasadores, manguitos, extractores, etc. para desmoldar el artículo. Luego, se cierra el molde y se repite el proceso.
Para un molde de dos disparos, se incorporan dos materiales separados en una sola pieza. Este tipo de moldeo por inyección se utiliza para agregar un toque suave a las perillas, para darle a un producto múltiples colores o para producir una pieza con múltiples características de rendimiento. [5]
Para los termoestables, normalmente se inyectan dos componentes químicos diferentes en el cilindro. Estos componentes inician inmediatamente reacciones químicas irreversibles que eventualmente entrecruzan el material en una única red conectada de moléculas. A medida que se produce la reacción química, los dos componentes fluidos se transforman permanentemente en un sólido viscoelástico . [3] : 3 La solidificación en el cilindro de inyección y el tornillo puede ser problemática y tener repercusiones financieras; por lo tanto, es vital minimizar el curado termoestable 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 solidificada la pieza, 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 se repite el proceso.
Los componentes premoldeados o mecanizados se pueden insertar en la cavidad mientras el molde está abierto, permitiendo que el material inyectado en el siguiente ciclo se forme y solidifique alrededor de ellos. Este proceso se conoce como moldeado por inserción y permite que piezas individuales contengan múltiples materiales. Este proceso se utiliza a menudo para crear piezas de plástico con tornillos metálicos que sobresalen para que puedan fijarse y soltarse repetidamente. Esta técnica también se puede utilizar para el etiquetado en molde y también se pueden unir tapas de película a contenedores de plástico moldeados.
En la pieza final suelen estar presentes una línea de separación , un bebedero , marcas de compuerta y marcas de pasador de expulsión. [3] : 98 Ninguna de estas características es típicamente deseada, pero son inevitables debido a la naturaleza del proceso. Las marcas de compuerta se producen en la compuerta que une los canales de entrega de material fundido (bebedero y canal) con la cavidad de formación de piezas. Las marcas de la línea de separación y del pasador de expulsión son el resultado de pequeñas desalineaciones, desgaste, respiraderos de gases, holguras para piezas adyacentes en movimiento relativo y/o diferencias dimensionales de las superficies de fusión 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 suelen diseñarse con materiales de diversos coeficientes de expansión térmica. Estos factores no pueden explicarse simultáneamente sin aumentos astronómicos en el costo de diseño, fabricación , procesamiento y monitoreo de calidad . El hábil diseñador de moldes y piezas coloca estos perjuicios estéticos en áreas ocultas si es posible.
En 1846, el inventor británico Charles Hancock, pariente de Thomas Hancock , patentó una máquina de moldeo por inyección. [6]
El inventor estadounidense John Wesley Hyatt , junto con su hermano Isaiah, patentó una de las primeras máquinas de moldeo por inyección en 1872. [7] Esta máquina era relativamente simple en comparación con las máquinas que se utilizan hoy en día: funcionaba como una gran aguja hipodérmica , usando un émbolo para inyectar plástico a través de un cilindro calentado en un molde. La industria progresó lentamente a lo largo de los años, produciendo productos como tirantes , botones y peinetas (aunque en general, los plásticos, en su definición moderna, son un desarrollo más reciente, alrededor de la década de 1950 ).
Los químicos alemanes Arthur Eichengrün y Theodore Becker inventaron en 1903 las primeras formas solubles de acetato de celulosa, que era mucho menos inflamable que el nitrato de celulosa . [8] Finalmente estuvo disponible en forma de polvo a partir del cual se podía moldear fácilmente por inyección. 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 enorme demanda de productos económicos producidos en masa. [9] En 1946, el inventor estadounidense James Watson Hendry construyó la primera máquina de inyección de tornillo, que permitía un control mucho más preciso sobre la velocidad de inyección y la calidad de los artículos producidos. [10] Esta máquina también permitía mezclar el material antes de la inyección, de modo que se podía agregar plástico coloreado o reciclado al material virgen y mezclarlo completamente antes de inyectarlo. En la década de 1970, Hendry desarrolló el primer proceso de moldeo por inyección asistido por gas , que permitió la producción de artículos huecos y complejos que se enfriaban rápidamente. Esto mejoró enormemente la flexibilidad del diseño, así como la resistencia y el acabado de las piezas fabricadas, al tiempo que redujo el tiempo de producción, el costo, el peso y el desperdicio. En 1979, la producción de plástico superó a la de acero y, en 1990, los moldes de aluminio se utilizaban ampliamente en el moldeo por inyección. [11] Hoy en día, las máquinas de inyección de tornillo representan la gran mayoría de todas las máquinas de inyección.
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, incluidas la automotriz, médica, aeroespacial, productos de consumo, juguetes, plomería , embalaje y construcción. [12] : 1-2
Se pueden utilizar la mayoría de los polímeros, a veces denominados resinas, incluidos todos los termoplásticos, algunos termoestables y algunos elastómeros. [13] Desde 1995, el número total de materiales disponibles para moldeo por inyección ha aumentado a un ritmo de 750 por año; había aproximadamente 18.000 materiales disponibles cuando comenzó esa tendencia. [14] Los materiales disponibles incluyen aleaciones o mezclas de materiales desarrollados previamente, por lo que los diseñadores de productos pueden elegir el material con el mejor conjunto de propiedades entre una amplia selección. Los criterios principales para la selección de un material son la resistencia y función requerida para la pieza final, así como el costo, pero además cada material tiene diferentes parámetros de moldeo que deben tenerse en cuenta. [12] : 6 Otras consideraciones al elegir un material de moldeo por inyección incluyen el módulo de elasticidad a la flexión, o el grado en que un material se puede doblar sin dañarlo, así como la deflexión del calor y la absorción de agua. [15] Los polímeros comunes como el epoxi y el fenólico son ejemplos de plásticos termoestables, mientras que el nailon , el polietileno y el poliestireno son termoplásticos. [1] : 242 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.
Las máquinas de moldeo por inyección constan de una tolva de material, un ariete de inyección o émbolo tipo tornillo y una unidad de calentamiento. [1] : 240 También conocidas como platinas, sostienen los moldes en los que se dan forma a 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. [16] El tonelaje puede variar desde menos de 5 toneladas hasta 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, se pueden utilizar 4 o 5 toneladas/pulgada 2 para la mayoría de los productos. Si el material plástico es muy rígido, se requiere más presión de inyección para llenar el molde y, por lo tanto, más tonelaje de sujeción para mantener el molde cerrado. [12] : 43–44 La fuerza requerida también puede determinarse por el material utilizado y el tamaño de la pieza. Las piezas más grandes requieren una mayor fuerza de sujeción. [13]
Molde o matriz son los términos comunes utilizados para describir la herramienta utilizada para producir piezas de plástico en moldeo.
Dado que los moldes eran costosos de fabricar, generalmente solo se usaban en la producción en masa donde se producían miles de piezas. Los moldes típicos se construyen con acero endurecido , acero preendurecido, aluminio y/o aleación de berilio-cobre . [17] : 176 La elección del material para el molde no solo se basa en consideraciones de costos, sino que también tiene mucho que ver con el ciclo de vida del producto . En términos generales, aquellos que han madurado, la necesidad de producción en masa de la selección de materiales del producto será mejor, y esperan que el tiempo del círculo del molde sea mayor, mejor para que se reduzca el costo total. Para aquellos que acaban de desarrollar, no son muy maduros, solo quieren producir productos de prueba de mercado a pequeña escala , la elección del material suele ser alguna aleación de aluminio de menor costo, etc. Estos moldes se denominan herramientas rápidas . En general, construir moldes de acero cuesta más, pero su vida útil más larga compensa el mayor costo inicial respecto de una mayor cantidad 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 computarizados modernos, pueden resultar económicos para moldear decenas o incluso cientos de miles de piezas. El cobre berilio se utiliza en áreas del molde que requieren una rápida eliminación del calor o en áreas donde se genera la mayor cantidad de calor cortante. [17] : 176 Los moldes pueden fabricarse mediante mecanizado CNC o mediante procesos de mecanizado por descarga eléctrica .
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 o compuerta en el molde de inyección; El casquillo del bebedero debe sellar herméticamente contra la boquilla del cilindro de inyección de la máquina de moldeo y permitir que el plástico fundido fluya desde el cilindro hacia el molde, también conocido como cavidad. [12] : 141 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 denominan corredores. [12] : 142 El plástico fundido fluye a través del canal y entra en una o más puertas especializadas y en la cavidad [18] : 15 geometría para formar la pieza deseada.
La cantidad de resina necesaria para llenar el bebedero, el canal y las cavidades de un molde comprende un "shot". El aire atrapado en el molde puede escapar a través de salidas de aire que están esmeriladas en la línea de separación del molde, o alrededor de pasadores expulsores y correderas que son ligeramente más pequeños que los orificios que los retienen. Si no se permite que escape el aire atrapado, la presión del material entrante lo comprime y lo empuja hacia las esquinas de la cavidad, donde evita el llenado y también puede causar otros defectos. El aire puede incluso comprimirse tanto que enciende y quema el material plástico circundante. [12] : 147
Para permitir la extracción de la pieza 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 usando componentes llamados elevadores.
Los lados de la pieza que parecen paralelos a la dirección de extracción (el eje de la posición del núcleo (agujero) o inserto es paralelo al movimiento hacia arriba y hacia abajo del molde a medida que se abre y cierra) [18] : 406 generalmente tienen un ligero ángulo , llamado borrador, para facilitar el desmolde de la pieza. Un tiro insuficiente puede provocar deformaciones o daños. El calado necesario para el desmoldeo depende principalmente de la profundidad de la cavidad; cuanto más profunda es la cavidad, más tiro se necesita. También se debe tener en cuenta la contracción al determinar el tiro requerido. [18] : 332 Si la piel es demasiado delgada, entonces la pieza moldeada tiende a encogerse sobre los núcleos que se forman mientras se enfría y adherirse a esos núcleos, o la pieza puede deformarse, torcerse, ampollarse o agrietarse cuando se retira la cavidad. [12] : 47
Generalmente, un molde se diseña de manera que la pieza moldeada permanezca confiablemente en el lado eyector (B) del molde cuando se abre, y extraiga el canal y el bebedero del lado (A) junto con las piezas. Luego, la pieza cae libremente cuando se expulsa desde el lado (B). Las compuertas del túnel, también conocidas como compuertas submarinas o de molde, están ubicadas debajo de la línea de separación o superficie del molde. Se mecaniza una abertura en la superficie del molde en la línea de separación. La pieza moldeada se corta (por el molde) del sistema de canales al ser expulsada del molde. [18] : 288 Los pasadores expulsores, también conocidos como pasadores ciegos, son pasadores circulares colocados en cualquier mitad del molde (generalmente la mitad expulsora), que empujan el producto moldeado terminado o el sistema de canales fuera del molde. [12] : 143 La expulsión del artículo mediante pasadores, manguitos, extractores, etc., puede provocar impresiones o distorsiones no deseadas, por lo que se debe tener cuidado al diseñar el molde.
El método estándar de enfriamiento consiste en hacer pasar un refrigerante (generalmente agua) a través de una serie de orificios perforados en las placas del molde y conectados mediante mangueras para formar un camino continuo. 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 al ritmo más eficiente. [12] : 86
Para facilitar el mantenimiento y la ventilación, las cavidades y los núcleos se dividen en piezas, llamadas inserciones , y subconjuntos, también llamados inserciones , bloques o bloques de persecución . Al sustituir insertos intercambiables, un molde puede realizar varias variaciones de la misma pieza.
Las piezas más complejas se forman utilizando moldes más complejos. Estos pueden tener secciones llamadas diapositivas, que se mueven hacia una cavidad perpendicular a la dirección de dibujo, para formar características de piezas sobresalientes. Cuando se abre el molde, las correderas se separan de la pieza de plástico mediante el uso de "pasadores angulares" estacionarios en la mitad estacionaria del molde. Estos pasadores entran en una ranura en los portaobjetos y hacen que los portaobjetos 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 avancen a lo largo de los pasadores angulares. [12] : 268
Un molde puede producir varias copias de las mismas piezas en un solo "disparo". 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). [19] : 398 Un molde con dos o más cavidades de las mismas piezas suele denominarse molde de impresión múltiple (cavidades). (No debe confundirse con el "moldeo de múltiples disparos " {que se trata en la siguiente sección}) [19] : 262 Algunos moldes de volumen de producción extremadamente alto (como los de tapas de botellas) pueden tener más de 128 cavidades.
En algunos casos, las herramientas de cavidades múltiples moldean una serie de piezas diferentes en la misma herramienta. Algunos fabricantes de herramientas llaman a estos moldes familia de moldes, ya que todas las piezas están relacionadas (por ejemplo, kits de modelos de plástico). [20] : 114
Algunos moldes permiten reinsertar piezas previamente moldeadas para permitir que se forme una nueva capa de plástico alrededor de la primera pieza. A esto se le suele denominar sobremoldeado. Este sistema puede permitir la producción de neumáticos y ruedas de una sola pieza.
Los moldes para piezas de alta precisión y extremadamente pequeñas a partir de moldeo por microinyección requieren un cuidado especial en la etapa de diseño, ya que las resinas materiales reaccionan de manera diferente en comparación con sus contrapartes de tamaño completo, donde deben llenar rápidamente estos espacios increíblemente pequeños, lo que los somete a intensas tensiones de corte. [22]
Los moldes de dos disparos, dobles o múltiples disparos están diseñados para "sobremoldear" dentro de un único 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 que se realiza dos veces y, por lo tanto, solo puede permitir un margen de error mucho menor. En el primer paso, el material de color base se moldea hasta darle 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 pulsadores y las llaves , por ejemplo, fabricados mediante este proceso tienen marcas que no se desgastan y siguen siendo legibles con un uso intensivo. [12] : 174
Los fabricantes hacen todo lo posible para proteger los moldes personalizados debido a sus altos costos promedio. Se mantiene el nivel perfecto de temperatura y humedad para garantizar la vida útil más larga posible para cada molde personalizado. Los moldes personalizados, como los que se utilizan para el moldeo por inyección de caucho, se almacenan en ambientes con temperatura y humedad controladas para evitar deformaciones.
A menudo se utiliza acero para herramientas. El acero dulce, el aluminio, el níquel o el epoxi sólo son adecuados para prototipos o tiradas de producción muy cortas. [1] 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 un mantenimiento adecuado del molde. [23]
Los moldes se construyen mediante dos métodos principales: mecanizado estándar y electroerosión . El mecanizado estándar, en su forma convencional, ha sido históricamente el método de construcción de moldes de inyección. Con los avances tecnológicos, el mecanizado CNC se convirtió en el medio predominante para fabricar moldes más complejos con detalles más precisos en menos tiempo que los métodos tradicionales.
El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) o proceso de erosión por chispa se ha utilizado ampliamente en la fabricación de moldes. Además de permitir la formación de formas difíciles de mecanizar, el proceso permite moldear moldes preendurecidos sin necesidad de tratamiento térmico. Los cambios en un molde endurecido mediante taladrado y fresado convencionales normalmente requieren un recocido para ablandar el molde, seguido de un tratamiento térmico para endurecerlo nuevamente. La electroerosión es un proceso simple en el que un electrodo moldeado, generalmente hecho de cobre o grafito, se baja muy lentamente durante muchas horas sobre la superficie del molde, que se sumerge en aceite de parafina (queroseno). Un voltaje aplicado entre la herramienta y el molde provoca erosión por chispa de la superficie del molde en la forma inversa del electrodo. [24]
El número de cavidades incorporadas en un molde se correlaciona directamente con los costos de moldeo. Menos cavidades requieren mucho menos trabajo de herramientas, por lo que limitar el número de cavidades reduce los costos de fabricación iniciales para construir un molde de inyección.
Así 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 socavados que se pueden incorporar. [25]
Detalles adicionales, como socavaduras o cualquier característica que necesite herramientas adicionales, aumentan el costo del molde. El acabado superficial del núcleo y la cavidad de los moldes influye aún más en el coste.
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 consistentes que implican un control preciso de la temperatura reducen significativamente todo el material de desecho.
Normalmente, los materiales plásticos se forman en forma de pellets o gránulos y los fabricantes de materias primas los envían en bolsas de papel. Con el moldeo por inyección, el plástico granular presecado se alimenta mediante un ariete forzado desde una tolva hasta un barril calentado. A medida que los gránulos avanzan lentamente mediante un émbolo tipo tornillo, el plástico es empujado a una cámara calentada, donde se funde. A medida que avanza el émbolo, el plástico derretido pasa a través de una boquilla que descansa contra el molde, lo que le permite ingresar a la cavidad del molde a través de un sistema de compuerta y canal. El molde permanece frío por lo que el plástico se solidifica casi tan pronto como se llena el molde. [1]
La secuencia de eventos durante el moldeo por inyección de una pieza de plástico se denomina 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 llena la cavidad, se mantiene una presión de retención para compensar la contracción del material. En el siguiente paso, el tornillo gira y alimenta el siguiente disparo al tornillo frontal. Esto hace que el tornillo se retraiga mientras se prepara el siguiente disparo. Una vez que la pieza está lo suficientemente fría, el molde se abre y la pieza se expulsa. [26] : 13
Tradicionalmente, la parte de inyección del proceso de moldeo se realizaba a una presión constante para llenar y empaquetar la cavidad. Este método, sin embargo, permitió una gran variación en las dimensiones de un ciclo a otro. Ahora se utiliza más comúnmente el moldeo científico o desacoplado, un método iniciado por RJG Inc. [27] [28] [29] En este, la inyección del plástico se "desacopla" en etapas para permitir un mejor control de las dimensiones de las piezas y más ciclos. consistencia entre ciclos (comúnmente llamada disparo a disparo en la industria). Primero, la cavidad se llena hasta aproximadamente el 98% usando el control de velocidad. Aunque la presión debería ser suficiente para permitir la velocidad deseada, las limitaciones de presión durante esta etapa no son deseables. Una vez que la cavidad está llena al 98%, la máquina cambia del control de velocidad al control de presión , donde la cavidad se "llena" a una presión constante, donde se requiere velocidad suficiente para alcanzar las presiones deseadas. Esto permite a los trabajadores controlar las dimensiones de las piezas con una precisión de milésimas de pulgada o mejor. [30]
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:
Puede encontrar una lista más completa de procesos de moldeo por inyección aquí: [1]
Como todos los procesos industriales, el moldeo por inyección puede producir piezas defectuosas, incluso en juguetes. En el campo del moldeo por inyección, la resolución 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. A menudo se realizan pruebas antes de la producción completa en un esfuerzo por predecir defectos y determinar las especificaciones apropiadas a utilizar en el proceso de inyección. [3] : 180
Al llenar un molde nuevo o desconocido por primera vez, donde se desconoce el tamaño de inyección para ese molde, un técnico/preparador de herramientas puede realizar una ejecución de prueba antes de una ejecución de producción completa. Comienzan con un peso pequeño y se llenan gradualmente hasta que el molde está lleno entre un 95 y un 99 %. Una vez que logran esto, aplican una pequeña cantidad de presión de retención y aumentan el tiempo de retención hasta que se produce el congelamiento de la puerta (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, la compuerta se ha congelado y no se inyecta más material en la pieza. El tiempo de solidificación en puerta es importante, ya que determina el tiempo del ciclo y la calidad y consistencia del producto, lo que en sí mismo es una cuestión importante en la economía del proceso de producción. [31] La presión de sujeción se aumenta hasta que las piezas estén libres de hundimientos y se haya alcanzado el peso de la pieza.
El moldeo por inyección es una tecnología compleja con posibles problemas de producción. Pueden deberse a defectos en los moldes o, más a menudo, al propio proceso de moldeo. [3] : 47–85
Métodos como la tomografía computarizada industrial pueden ayudar a encontrar estos defectos tanto externa como internamente.
La tolerancia depende de las dimensiones de la pieza. Un ejemplo de tolerancia estándar para una dimensión de 1 pulgada de una pieza de LDPE con un espesor de pared de 0,125 pulgadas es +/- 0,008 pulgadas (0,2 mm). [18] : 446
La potencia requerida para este proceso de moldeo por inyección depende de muchas cosas y varía según los materiales utilizados. La 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 a la potencia requerida para los materiales más utilizados.
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 múltiples ejes pueden retirar piezas del molde y posicionarlas para procesos posteriores. [32]
Los casos específicos incluyen la extracción de piezas del molde inmediatamente después de su creación, así como la aplicación de sistemas de visión artificial. Un robot agarra la pieza después de que los pasadores expulsores se hayan extendido para liberar la pieza del molde. Luego los traslada a un lugar de retención o directamente a un sistema de inspección. La elección depende del tipo de producto, así como de la disposición general del equipo de fabricación. Los sistemas de visión montados en robots han mejorado enormemente el control de calidad de las piezas moldeadas por inserción. Un robot móvil puede determinar con mayor precisión la precisión de colocación del componente metálico e inspeccionarlo más rápido que un humano. [32]
Información de la página