Moldeo por inyección

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El moldeo por inyección o moldeado 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 barril calentado, se mezcla (usando un tornillo helicoidal) y se inyecta en una cavidad de molde, donde se enfría y se endurece a la configuración de la cavidad.Una vez que un producto ha sido diseñado, generalmente por un diseñador industrial o un ingeniero, un fabricante de moldes (o un fabricante de herramientas) fabrica moldes de metal, generalmente acero o aluminio, y los maquina 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 derriten durante el moldeo por inyección de algunos termoplásticos de baja temperatura, se pueden usar 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 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 deseada y las características 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.

Aplicaciones

El moldeo por inyección se utiliza para crear muchas cosas, como carretes de alambre, empaques, tapas de botellas, partes y componentes de automóviles, juguetes, peines de bolsillo, algunos instrumentos musicales (y partes de ellos), sillas y mesas pequeñas de una pieza, contenedores de almacenamiento, artículos mecánicos. (incluidos los engranajes) y la mayoría de los demás productos de plástico disponibles en la actualidad. El moldeo por inyección es el método moderno más común para fabricar piezas de plástico; es ideal para producir grandes volúmenes del mismo objeto.

Características del proceso

El moldeo por inyección utiliza un émbolo de tipo ariete o tornillo para forzar el plástico fundido o el material de caucho dentro de la cavidad del molde; esto se solidifica en una forma que se ha ajustado al contorno del molde. Se usa más comúnmente para procesar polímeros termoplásticos y termoendurecibles, siendo el volumen utilizado del primero considerablemente mayor. Los termoplásticos prevalecen debido a las características que los hacen muy adecuados para el moldeo por inyección, como la facilidad de reciclaje, la versatilidad para una amplia variedad de aplicaciones, y la capacidad de ablandarse y fluir al calentarse. Los termoplásticos también tienen un elemento de seguridad sobre los termoestables; si no se expulsa un polímero termoendurecible del cilindro de inyección en el momento oportuno, puede producirse 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 le da al polímero la forma deseada.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 partes o puede ser única y formar múltiples geometrías diferentes durante un solo ciclo. Los moldes generalmente están hechos de acero para herramientas, pero los moldes de acero inoxidable y aluminio son adecuados para ciertas aplicaciones. Los moldes de aluminio generalmente no son adecuados para la producción de alto volumen o piezas con tolerancias dimensionales estrechas, ya que tienen propiedades mecánicas inferiores y son más propensos 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.

Cuando se moldean termoplásticos, la materia prima peletizada normalmente se alimenta a través de una tolva a un barril calentado con un tornillo alternativo. Al ingresar 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 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.disparo _ Una inyección 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 de la inyección, que permanece en el cilindro 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 es forzado a alta presión y velocidad dentro de la cavidad de formación de piezas. La cantidad exacta de contracción depende de la resina que se utilice y puede ser relativamente predecible.Para evitar picos de presión, el proceso normalmente usa 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 están muy por debajo de 1 segundo. Una vez que el tornillo llega a 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 en la cavidad; en consecuencia, el tornillo se mueve alternativamente y adquiere material para el siguiente ciclo mientras el material dentro del molde se enfría para que pueda expulsarse y ser dimensionalmente estable. Esta duración de enfriamiento se reduce drásticamente mediante el uso de líneas de enfriamiento que circulan 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, desmoldadores, etc. son impulsados hacia adelante para desmoldar el artículo. Luego, el molde se cierra y se repite el proceso.

Para un molde de dos disparos, se incorporan dos materiales separados en una parte. Este tipo de moldeo por inyección se utiliza para agregar un toque suave a las perillas, para dar múltiples colores a un producto o para producir una pieza con múltiples características de rendimiento.

For thermosets, typically two different chemical components are injected into the barrel. These components immediately begin irreversible chemical reactions that eventually crosslinks the material into a single connected network of molecules. As the chemical reaction occurs, the two fluid components permanently transform into a viscoelastic solid. Solidification in the injection barrel and screw can be problematic and have financial repercussions; therefore, minimising the thermoset curing within the barrel is vital. This typically means that the residence time and temperature of the chemical precursors are minimised in the injection unit. The residence time can be reduced by minimising the barrel's volume capacity and by maximising the cycle times. These factors have led to the use of a thermally isolated, cold injection unit that injects the reacting chemicals into a thermally isolated hot mould, which increases the rate of chemical reactions and results in shorter time required to achieve a solidified thermoset component. After the part has solidified, valves close to isolate the injection system and chemical precursors, and the mould opens to eject the moulded parts. Then, the mould closes and the process repeats.

Los componentes premoldeados o mecanizados se pueden insertar en la cavidad mientras el molde está abierto, lo que permite que el material inyectado en el próximo ciclo se forme y se solidifique a su alrededor. Este proceso se conoce como moldeo por inserción y permite que piezas individuales contengan múltiples materiales. Este proceso se utiliza a menudo para crear piezas de plástico con tornillos de metal que sobresalen para que puedan sujetarse y desabrocharse repetidamente. Esta técnica también se puede utilizar para el etiquetado en molde y las tapas de película también se pueden unir a recipientes de plástico moldeado.

En la pieza final suelen estar presentes una línea de separación, bebedero, marcas de compuerta y marcas de pasadores de expulsión. Por lo general, ninguna de estas características se desea, pero son inevitables debido a la naturaleza del proceso. Las marcas de puerta se producen en la puerta que une los canales de suministro de material fundido (bebedero y colada) a la cavidad de formación de la pieza. Las marcas de la línea de partición y del pasador eyector son el resultado de desalineaciones diminutas, desgaste, ventilaciones gaseosas, holguras para partes adyacentes en movimiento relativo y/o diferencias dimensionales de las superficies de fusión en contacto con el polímero inyectado. Las diferencias dimensionales se pueden atribuir a la deformación inducida por la presión no uniforme 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 explicarse simultáneamente sin aumentos astronómicos en el costo de diseño, fabricación, procesamiento y control de calidad. El hábil diseñador de moldes y piezas coloca estos perjuicios estéticos en áreas ocultas si es factible.

Historia

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

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, estuvo disponible en forma de polvo a partir del cual se moldeaba 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 y producidos en masa. En 1946, el inventor estadounidense James Watson Hendry construyó la primera máquina de inyección de tornillo, lo que permitió un control mucho más preciso sobre la velocidad de inyección y la calidad de los artículos producidos.Esta máquina también permitió mezclar el material antes de la inyección, de modo que se pudiera 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 complejos que se enfriaban rápidamente. Esto mejoró enormemente la flexibilidad del diseño, así como la resistencia y el acabado de las piezas fabricadas, al mismo tiempo que redujo el tiempo de producción, el costo, el peso y el desperdicio. En 1979, la producción de plástico superó a la producción de acero y, en 1990, los moldes de aluminio se utilizaron ampliamente en el moldeo por inyección. 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.

Ejemplos de polímeros más adecuados para el proceso

Se pueden utilizar 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 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 desarrollados previamente, por lo que los diseñadores de productos pueden elegir el material con el mejor conjunto de propiedades de una amplia selección. Los principales criterios para la selección de un material son la resistencia y la función requerida para la pieza final, así como el costo, pero también cada material tiene diferentes parámetros de moldeo que deben tenerse en cuenta.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 dañarse, así como la desviación del calor y la absorción de agua. 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 ahora los hacen bastante prácticos. Las aplicaciones incluyen hebillas para anclar y desconectar correas de equipos para exteriores.

Equipo

Las máquinas de moldeo por inyección constan de una tolva de material, un pistón de inyección o émbolo tipo tornillo y una unidad de calentamiento. También conocidas como platinas, sujetan los moldes en los que se moldean 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 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, 4 o 5 toneladas/pulg.se puede utilizar 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. La fuerza requerida también se puede determinar por el material utilizado y el tamaño de la pieza. Las piezas más grandes requieren una mayor fuerza de sujeción.

Moho

Molde o matriz son los términos comunes que se utilizan para describir la herramienta utilizada para producir piezas de plástico en 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 se construyen con acero templado, acero pretemplado, aluminio y/o aleación de berilio y cobre.La elección del material para construir un molde es principalmente económica; en general, los moldes de acero cuestan más para construir, pero su vida útil más larga compensa el mayor costo inicial sobre una mayor cantidad de piezas fabricadas antes de desgastarse. Los moldes de acero pretemplado 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 mucho menos y, cuando se diseñan y mecanizan con modernos equipos computarizados, pueden ser económicos para moldear decenas o incluso cientos de miles de piezas.Los moldes se pueden fabricar mediante mecanizado CNC o utilizando procesos de mecanizado por descarga eléctrica.

Troquel de moldeo por inyección con tiradores laterales
Lado "A" del troquel para acetal relleno de vidrio al 25% con 2 tiradores laterales.
Primer plano del inserto removible en el lado "A".
Lado "B" del troquel con actuadores de tracción lateral.
Inserto extraído del troquel.

Diseño de moldes

El molde consta de dos componentes principales, el molde de inyección (placa A) y el molde eyector (placa B). Estos componentes también se denominan 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 sellarse 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. El casquillo del bebedero dirige el plástico fundido a las imágenes de la cavidad a través de canales que se mecanizan 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 los conoce como corredores. El plástico fundido fluye a través del corredor y entra en una o más puertas especializadas y en la geometría de la cavidad para formar la pieza deseada.

La cantidad de resina requerida para llenar el bebedero, el corredor y las cavidades de un molde constituye un "tiro". El aire atrapado en el molde puede escapar a través de los orificios de ventilación que se muelen en la línea de partición del molde, o alrededor de los pasadores de expulsión y las correderas que son un poco más pequeñas que los orificios que las 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 que se llene y también puede causar otros defectos. El aire puede incluso comprimirse tanto que enciende y quema el material plástico circundante.

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 voladizos cuando el molde se abre utilizando componentes llamados elevadores.

Los lados de la pieza que parecen paralelos a la dirección de estirado (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 se cierra) suelen estar ligeramente inclinados, llamados estirado, para facilitar el desmoldeo de la pieza. Un tiro insuficiente puede causar deformaciones o daños. El tiro requerido para el desmoldeo depende principalmente de la profundidad de la cavidad; cuanto más profunda sea la cavidad, más calado necesario. La contracción también debe tenerse en cuenta al determinar el calado requerido. Si la piel es demasiado delgada, entonces la pieza moldeada tiende a contraerse 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.

Por lo general, un molde se diseña de modo que la pieza moldeada permanezca confiablemente en el lado del eyector (B) del molde cuando se abre, y extraiga el corredor y el bebedero del lado (A) junto con las piezas. Luego, la pieza cae libremente cuando es expulsada por el lado (B). Las compuertas del 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 es cortada (por el molde) del sistema de canales al ser expulsada del molde. Los pasadores eyectores, también conocidos como pasadores ciegos, son pasadores circulares colocados en cualquiera de las mitades del molde (generalmente la mitad eyectora), que empujan el producto moldeado terminado o el sistema de canales fuera del molde.La expulsión del artículo mediante alfileres, manguitos, decapantes, etc., puede causar impresiones o deformaciones no deseadas, 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 orificios 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 insertos, y subconjuntos, también llamados insertos, bloques o bloques de persecución. Sustituyendo insertos intercambiables, un molde puede hacer varias variaciones de la misma pieza.

Las piezas más complejas se forman utilizando moldes más complejos. Estos pueden tener secciones denominadas diapositivas, que se mueven en 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 se muevan hacia adelante a lo largo de los pasadores angulares.

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 una sola impresión (cavidad). Un molde con dos o más cavidades de las mismas partes se suele denominar molde de impresión múltiple (cavidad). 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 múltiples cavidades 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 partes están relacionadas, por ejemplo, juegos de modelos de plástico.

Algunos moldes permiten reinsertar piezas previamente moldeadas para permitir que se forme una nueva capa de plástico alrededor de la primera pieza. Esto a menudo se denomina sobremoldeo. Este sistema puede permitir la producción de neumáticos y ruedas de una sola pieza.

Moldeo de disparos múltiples

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 desgastan y permanecen legibles con un uso intensivo.

Almacenamiento de moldes

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 que se deformen.

Materiales de herramientas

A menudo se utiliza acero para herramientas. El acero dulce, el aluminio, el níquel o el epoxi son adecuados solo para prototipos o series 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 o más piezas con un mantenimiento adecuado del molde.

Mecanizado

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 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 de molde más precisos en menos tiempo que los métodos tradicionales.

El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) o proceso de electroerosión se ha vuelto ampliamente utilizado en la fabricación de moldes. Además de permitir la formación de formas que son difíciles de mecanizar, el proceso permite moldear moldes pretemplados para que no se requiera tratamiento térmico. Los cambios a un molde endurecido mediante taladrado y fresado convencionales normalmente requieren un recocido para ablandar el molde, seguido de un tratamiento térmico para volver a endurecerlo. La electroerosión por electroerosión es un proceso sencillo en el que un electrodo moldeado, generalmente 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 provoca la erosión por chispa de la superficie del molde en la forma inversa del electrodo.

Costo

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 la cantidad de cavidades reduce los 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 muescas que se pueden incorporar.

Más detalles, como muescas o cualquier característica que requiera herramientas adicionales, aumentan el costo del molde. El acabado superficial del núcleo y la cavidad de los moldes influye 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 consistentes que implican un control preciso de la temperatura reducen significativamente todo el material de desecho.

Proceso de inyección

Por lo general, los materiales plásticos se forman en forma de gránulos o gránulos y se envían desde los fabricantes de materias primas en bolsas de papel. Con el moldeo por inyección, el plástico granular presecado se alimenta mediante un pistón forzado desde una tolva hasta un barril calentado. A medida que los gránulos avanzan lentamente mediante un émbolo de tipo tornillo, el plástico es forzado a entrar en una cámara calentada, donde se derrite. A medida que avanza el émbolo, el plástico derretido es forzado 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.

Ciclo de moldeo por inyección

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 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 mientras se prepara el siguiente disparo. Una vez que la pieza está lo suficientemente fría, se abre el molde y se expulsa la pieza.

Moldeo científico versus tradicional

Tradicionalmente, la porción 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. Ahora se usa más comúnmente el moldeo científico o desacoplado, un método iniciado por RJG Inc. En este, 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 inyección a -tiro en la industria) consistencia. Primero, la cavidad se llena hasta aproximadamente el 98 % usando el control de velocidad (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 "empaqueta" a una presión constante, donde se requiere suficiente velocidad para alcanzar las presiones deseadas. Esto permite a los trabajadores controlar las dimensiones de las piezas en 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 metales
Moldeo por inyección de paredes delgadas
Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida
Moldeo por inyección de reacción
Moldeo por microinyección
Moldeo por inyección asistido por gas
Tecnología de moldes de cubos

Puede encontrar una lista más completa de procesos de moldeo por inyección aquí: [1]

Solución de problemas de procesos

Como todos los procesos industriales, el moldeo por inyección puede producir piezas defectuosas, incluso en los juguetes. 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 mismo. Las pruebas a menudo se realizan antes de que se ejecute la producción completa en un esfuerzo por predecir defectos y determinar las especificaciones adecuadas para usar en el proceso de inyección.

Al llenar un molde nuevo o desconocido por primera vez, donde se desconoce el tamaño de la inyección para ese molde, un técnico/ajustador de herramientas puede realizar una prueba antes de una producción completa. Comienzan con un peso de inyección pequeño y se llenan gradualmente hasta que el molde está lleno del 95 al 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 espera y luego pesando la pieza. Cuando el peso de la pieza no cambia, la entrada 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 de 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 sumideros y se alcance 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 propio proceso de moldeado.

defectos de moldeo	nombre alternativo	Descripciones	Causas
Ampolla	Abrasador	Zona elevada o en capas en la superficie de la pieza	La herramienta o el material está demasiado caliente, a menudo causado por la falta de enfriamiento alrededor de la herramienta o por un calentador defectuoso.
Quemaduras	Quemadura de aire/quemadura de gas/diésel/marcas de gas/marcas de golpe	Áreas quemadas negras o marrones en la parte ubicada en los puntos más alejados de la puerta o donde hay aire atrapado	La herramienta no tiene ventilación, la velocidad de inyección es demasiado alta.
rayas de color		Cambio de color localizado	Masterbatch no se está mezclando correctamente, o el material se ha agotado y está comenzando a salir como algo natural. Material coloreado anterior "arrastrándose" en boquilla o válvula de retención.
Contaminación	Material no deseado o extraño	Diferente materia de color visto en el producto, debilitando el producto	Material de mala calidad introducido por una mala política de reciclado o triturado; puede incluir barrer el piso, polvo y escombros.
Delaminación		Capas delgadas similares a la mica 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 para la seguridad, ya que el material tiene muy poca resistencia cuando se deslamina y los materiales no pueden adherirse.
Destello		Exceso de material en una capa delgada que excede la geometría normal de la pieza	El molde está demasiado lleno o la línea de separación de la herramienta está dañada, demasiada velocidad de inyección/material inyectado, fuerza de sujeción demasiado baja. También puede ser causado por suciedad y contaminantes alrededor de las superficies de las herramientas.
Contaminantes incrustados	Partículas incrustadas	Partícula extraña (material quemado u otro) incrustada en la pieza	Partículas en la superficie de la herramienta, material contaminado o desechos extraños en el cilindro, o demasiado calor de cizallamiento quemando 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 entrada, normalmente solo un problema en los moldes de colada caliente	La velocidad de inyección es demasiado rápida, el tamaño de la compuerta/bebedero/canal es demasiado pequeño o la temperatura de fusión/molde es demasiado baja.
chorro		El chorro es una corriente en forma de serpiente que ocurre cuando el polímero fundido se empuja a alta velocidad a través de áreas restrictivas.	Mal diseño de la herramienta, posición de la compuerta o corredor. Velocidad de inyección ajustada demasiado alta. Mal diseño de las compuertas, lo que provoca muy poco hinchamiento del troquel y resulta en chorros.
Líneas de punto	Líneas de soldadura	Pequeñas líneas en la parte posterior de los pines centrales o ventanas en partes que parecen líneas.	Causado por el frente de fusión que fluye alrededor de un objeto que sobresale en una pieza 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 de molde cuando el molde está en fase de diseño. Una vez que se hace el molde y se coloca la entrada, se puede minimizar este defecto solo cambiando la temperatura del fundido y del molde.
Degradación de polímeros		Desglose de polímeros por hidrólisis, oxidación, etc.	Exceso de agua en los gránulos, temperaturas excesivas en el barril, velocidades de tornillo excesivas que provocan un alto calor de cizallamiento, material que se deja reposar en el barril durante demasiado tiempo, uso de demasiado triturado.
Marcas de hundimiento	Fregaderos	Depresión localizada (En zonas más gruesas)	Tiempo/presión de mantenimiento demasiado bajo, tiempo de enfriamiento demasiado corto, con canales calientes sin bebedero, esto también puede deberse a que la temperatura de la puerta se ha ajustado demasiado alta. Exceso de material o paredes demasiado gruesas.
Tiro corto	Relleno corto o molde corto	parte parcial	Falta de material, velocidad o presión de inyección demasiado baja, molde demasiado frío, falta de venteos de gas.
Marcas de separación	Marca de salpicadura o vetas plateadas	Por lo general, aparece como rayas plateadas a lo largo del patrón de flujo; sin embargo, según el tipo y el color del material, puede representar pequeñas burbujas causadas por la humedad atrapada.	Humedad en el material, normalmente cuando las resinas higroscópicas se secan de forma inadecuada. 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	Encordado o puerta larga	Cadena como remanente de transferencia de disparo anterior en nuevo disparo	La temperatura de la boquilla es demasiado alta. No se ha congelado la compuerta, no hay descompresión del tornillo, no hay rotura del bebedero, mala colocación de las bandas calentadoras dentro de la herramienta.
vacíos		Espacio vacío dentro de la pieza (comúnmente se usa una bolsa de aire)	Falta de presión de retención (la presión de retención se utiliza para empaquetar la pieza durante el tiempo de retención). Llenado demasiado rápido, impidiendo que se asienten los bordes de la pieza. También el moho puede estar fuera de registro (cuando las dos mitades no se centran correctamente y las paredes de la parte no tienen el mismo grosor). La información proporcionada es el entendimiento común, Corrección: La falta de presión de empaque (no retención) (la presión de empaque se usa para empacar aunque la pieza esté durante el tiempo de retención). El llenado demasiado rápido no provoca esta condición, ya que un vacío es un fregadero que no tenía un lugar para pasar. En otras palabras, a medida que la pieza se encogía, la resina se separaba 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 suceda en áreas más gruesas como costillas o protuberancias. Las causas fundamentales adicionales de los vacíos 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 establecieron demasiado bajas (el material está frío cuando se encuentran, por lo que no se adhieren). El tiempo de transición entre la inyección y la transferencia (al envasado y mantenimiento) es demasiado pronto.
Pandeo	Retortijón	parte distorsionada	El enfriamiento es demasiado breve, el material está demasiado caliente, falta enfriamiento alrededor de la herramienta, temperaturas del agua incorrectas (las piezas se arquean hacia el lado caliente de la herramienta) Encogimiento desigual entre áreas de la pieza.
Grietas	enloquecido	Fusión incorrecta de dos flujos de fluido, un estado anterior a la línea de soldadura.	Brecha de la línea de rosca entre las piezas debido a la ubicación incorrecta de la compuerta en piezas de diseño complejo, incluido el exceso de orificios (se proporcionarán compuertas multipunto), optimización del proceso, ventilación de aire adecuada.

Métodos como la tomografía computarizada industrial pueden ayudar a encontrar estos defectos tanto externos como internos.

Tolerancias

La tolerancia depende de las dimensiones de la pieza. Un ejemplo de una 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).

Requerimientos de energía

La potencia requerida para este proceso de moldeo por inyección depende de muchas cosas y varía entre 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 comúnmente utilizados.

Material	Gravedad específica	Punto de fusión (°F)	Punto de fusión (°C)
Epoxy	1,12 a 1,24	248	120
fenólico	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 extraer piezas del molde y posicionarlas para procesos posteriores.

Los casos específicos incluyen la eliminación de piezas del molde inmediatamente después de que se crean las piezas, así como la aplicación de sistemas de visión artificial. Un robot agarra la pieza después de que los pasadores de expulsión se hayan extendido para liberar la pieza del molde. Luego los traslada 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 mucho 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 inspeccionar más rápido que un ser humano.