Introducción a los moldes de inyección de plástico

¿En qué consiste el proceso de inyección de plástico?

El proceso de inyección de plástico consiste en calentar los pellets de un material termoplástico para transformarlos en un tipo masa a través de un cilindro de plastificación, dándole la forma final al molde. Cuando el plástico está en el molde, se enfría por medio de circuitos donde fluye agua y finalmente, se abre el molde para obtener una pieza sólida.

Las máquinas de inyección tienen sistemas hidráulicos, los cuales controlan el movimiento de los sistemas de inyección y cierre; y sistemas eléctricos, que controlan las temperaturas, flujo de agua, aceite, etc.

El proceso de inyección de plástico se divide en tres etapas:

• Inyección.
• Plastificación.
• Expulsión.

Principales partes de la maquinaria usada en el proceso de inyección de plástico

El proceso de inyección de plásticos involucra el uso de maquinaria, la cual debe de contar con las siguientes características, principalmente:

• Unidad de inyección: La función principal de la unidad de inyección es la de fundir, mezclar e inyectar el polímero.

1. Engranes. 2. Cilindro hidráulico. 3. Motor. 4. Dosificador. 5. Pellets. 6. Tolva. 7. Husillo. 8. Calentadores y termopares. 9. Reserva de material fundido.

• Unidad de cierre: Una prensa hidráulica o mecánica, con una fuerza de cierre lo suficientemente grande para contrarrestar la fuerza ejercida por el polímero fundido al ser inyectado en el molde. Si la fuerza de cierre es insuficiente, el material escapará por la unión del molde.
• Molde: Es la parte más importante de la máquina de inyección. Es el espacio donde se genera la pieza. Para producir un producto diferente, solamente se cambia el molde.

Características técnicas de las máquinas de inyección de plástico

Dependiendo del material que se inyecte, se debe tomar en cuenta ciertas características técnicas de las máquinas en la inyección de plástico, dentro de las que se encuentra las siguientes:

Sistema de inyección

• Diámetro del husillo (mm): Diámetro externo del husillo que plastifica e inyecta el plástico.
• Relación L/D del husillo: Es la relación entre la longitud del husillo (L) y el diámetro del mismo (D).
• Máxima presión de inyección (kg/cm2): Presión que se aplica sobre el material al ser inyectado.
• Volumen teórico de inyección (cm3): Volumen generado por el husillo que se inyecta.
• Velocidad de inyección (cm3/s): Velocidad con el que se inyecta el material al molde.
• Velocidad de rotación del husillo (rpm): Velocidad de rotación que alcanza el husillo en la etapa de plastificación.
• Potencia del motor hidráulico (HP): Es la potencia disponible para hacer girar el husillo.

Sistema de cierre

• Fuerza de cierre (Ton.): Fuerza máxima con la que puede cerrarse el molde.
• Distancia entre columnas (mm): Máxima distancia entre las columnas de deslizamiento de la platina móvil.
• Carrera de la platina móvil (mm): Carrera máxima de la apertura del molde.

Especificaciones generales

• Potencia máxima instalada (HP): Potencia del motor eléctrico que activa el sistema hidráulico.
• Ciclos en vacío (ciclos/min): Número de ciclos que la máquina realiza en un minuto, sin realizar fase de inyección y plastificación.

Proveedores de moldes de inyección de plástico

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Los moldes de inyección de plástico de colada y canal fríos

Los moldes de inyección de plástico de colada y canal fríos

¿En qué consiste la inyección de plástico en los moldes de colada y canal fríos?

La colada fría es un componente de la pieza inyectada, puede ser bastante grande y necesita ciclos de inyección más largos. Este sistema es aplicado para piezas pequeñas.

Los canales fríos llevan el plástico a las cavidades del molde y no cuentan con sistemas de control de temperatura como los sistemas de colada y canal calientes.

Principales características de los moldes de inyección de plástico de colada y canal fríos

• Tiempos de ciclo altos.
• Mecanismo de desmolde complicado.
• Gran cantidad de desperdicio de material (colada fría).
• Difícil repetitividad del producto.
• Distancias (carreras) de apertura del molde muy grandes.
• Proyección y distribución de las cavidades compleja.

Principales sistemas de colada fría en los moldes de inyección de plástico

Cuando existen contrasalidas que hacen necesarias los carros (correderas), se necesita una distribución en serie que presenta el inconveniente de tener recorridos desiguales de alimentación.

Para equilibrar artificialmente el llenado sin cambiar el diámetro de las boquillas se varían los diámetros de los canales a partir de un análisis del comportamiento.

El canal frío en los moldes de inyección de plástico

• Fabricación económica.
• Propiedades de la pieza inyectada.
• Tolerancias.
• Uniones.
• Tensiones propias del material, etc.

Sistemas de coladas y entradas frías en los moldes de inyección de plástico

Sistemas de colada fría

• Colada, como componente de la pieza inyectada, pero que no forma parte de la pieza propiamente dicha.
• Canal de colada, definido desde el punto de introducción de la masa plastificada en el molde hasta la entrada.
• Entrada, como sección del canal de colada en el punto donde se une con la cavidad del molde.

Colada cónica, con o sin barra

Por lo general, se aplica para piezas de espesores de pared relativamente gruesos, y también para la transformación de materiales de elevada viscosidad en condiciones desfavorables térmicamente. La barra debe separarse después del desmoldeo de la pieza.

1. Ángulo de desmoldeo de la colada cónica. 2. Diámetro de la colada cónica. 3. Radio de la colada cónica. 4. Espesor de pared.

Entrada puntiforme (o capilar)

A diferencia de la colada de barra, la colada de sección puntiforme es separada automáticamente, la separación es de forma automática. Para está expulsión automática se utilizan boquillas neumáticas.

1. Altura de la sección puntiforme <1 mm. 2. Punto de ruptura. 3. Diámetro de la sección puntiforme. 4. Espesor de pared.

Colada de paraguas

Este tipo de colada es adecuado para la fabricación, por ejemplo, de cojinetes de fricción, evitando al máximo la existencia de líneas de unión. Las desventajas que presenta este tipo de colada son el apoyo unilateral del hoyo central y la necesidad de operaciones mecanizadas para eliminar la colada.

Colada de disco

En este tipo de colada se unen preferentemente piezas cilíndricas por el interior, sin líneas de unión residuales. Por ejemplo, en el caso de materiales fibrosos de refuerzo, la colada de disco puede favorecer la tendencia a la contracción. La colada se elimina después del desmoldeo.

Entrada de cinta

1. Espesor de la pieza. 2. Espesor de la colada. 3. Ancho de la colada.

Entrada laminar

La entrada en el caso de moldes sencillos, está situada fuera del eje de gravedad de la pieza, lo que puede conducir a un desgaste del molde no uniforme. La lámina de entrada es generalmente maquinada.

Entrada de túnel o submarina

La entrada es separada de la colada al abrir el molde o por medio de una ruptura forzada en el momento de expulsar la pieza. La entrada de túnel es adecuada para una inyección lateral.

Los canales de distribución deben ser de lo más recto posible para conseguir que las cavidades de un molde múltiple se llenen de forma simultánea y homogénea.

1. Ariste de corte. 2. Ángulo de inyección.

Distribuciones en forma de anillo o de estrella

Ofrecen la ventaja de distancias cortas e iguales, pero están en desventaja cuando los moldes utilizan carros (correderas).

A. Distribuidor en estrella. B. Distribuidor en anillo. 1. Cavidad.

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Los moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes

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¿En qué consiste la inyección de plástico en los moldes de colada y canal calientes?

La colada caliente es un componente de la pieza inyectada, generalmente casi inexistente y permite inyectar el plástico en el molde en ciclos más cortos. No forma parte de la pieza propiamente. Este proceso es adecuado para la inyección de piezas grandes.

Los canales calientes contienen la colada caliente y cuentan con sistemas de control de temperatura (termopares).

Principales características de los moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes

Carácteristicas operativas

• Los sistemas de colada caliente, aplicados correctamente, ofrecen un menor consumo de materias primas y una menor pérdida de presión en comparación con los sistemas de canales que se solidifican en cada ciclo (colada fría). Por lo tanto, son apropiados para inyectar productos grandes.
• Estos sistemas permiten la operación de los moldes de pisos.
• Ofrecen un ahorro de tiempo de llenado y espacio en las máquinas de inyección, debido a que los sistemas de colada caliente son más cortos que los de colada fría. Se minimizan los posibles efectos adversos a las propiedades del material.
• Existen sistemas de colada caliente integrados y listos para ser montados en el molde. Estos sistemas se utilizan especialmente en moldes de cavidades múltiples.
• Los moldes de inyección de plástico de colada caliente permiten producir simultáneamente partes de diferentes tamaños y formas en un mismo ciclo.
• Es importante mantener el control óptimo del proceso de inyección de plástico de colada caliente para moldes de cavidades múltiples por medio de un balance del llenado de todas las cavidades.

Características de diseño

• Flexibilidad de distribución y uniformidad de llenado: Los sistemas de colada caliente proporcionan una gran flexibilidad en la distribución de las cavidades en un molde. El correcto dimensionamiento y distribución de los canales garantizan un óptimo funcionamiento de llenado de las cavidades.
• Expulsor (Botado) simplificado: Una distancia reducida de apertura ayuda a disminuir el tiempo del ciclo de moldeo y a simplificar los moldes de múltiples cavidades con colada caliente.
• Líneas de refrigeración adecuadas: El diseño optimizado de las líneas de refrigeración es muy importante en el balance térmico en las placas del molde para obtener una disminución del tiempo de ciclo. Pues en los sistemas de colada caliente no existen las grandes coladas para ser enfriadas.
• Variedad de opciones de puntas de inyección: El diseño de la punta de inyección influye de manera importante en la calidad de la pieza y en el buen desempeño del sistema, ya que una vez que la pieza es enfriada, es la sección de transferencia entre el material solidificado y fundido.
• Mantenimiento fácil en producción: Los sistemas de colada caliente de múltiples cavidades se fabrican pensando en facilitar el mantenimiento correctivo o preventivo directamente sobre la máquina de inyección. La placa “Porta cavidades” puede desprenderse del lado fijo fácilmente. Una vez removida esta placa se tiene acceso a las puntas de inyección, resistencias y termopares para dar el mantenimiento necesario.

Moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes asistidos por gas inyectado a presión

El gas se introduce a través del vástago de la válvula en el sistema de colada caliente. Las ventajas son las siguientes:

• El inyector de gas no requiere mayor espacio del ya disponible en el sistema de colada caliente.
• Debido a que la válvula no penetra en la cavidad, el proceso no queda limitado por el espesor de la sección moldeada.
• El material fundido mantiene su dirección de flujo porque el gas entra en la cavidad en el momento en que la resina lo hace. La dirección deseada del flujo no se ve afectada por un contraflujo del gas.

Simulación del proceso de inyección de plástico en un molde de colada y canal calientes

Para este análisis en la computadora deben ser importados los siguientes datos:

• La geometría del sistema.
• La capacidad calórica y la conductividad térmica de los materiales en función de la temperatura.

Un programa especial procesa los datos y puede proporcionar los siguientes valores:

• El proceso de calentamiento en estado no estacionario (tiempo real) en todas las fases de la inyección.
• El comportamiento de la temperatura.
• Las propiedades de la resina fundida a medida que evoluciona el ciclo.

El estudio de estas condiciones permite optimizar los cálculos de diseño y construcción de los sistemas de colada caliente.

El canal caliente en los moldes de inyección de plástico

Los sistemas de canal caliente se utilizan para la inyección sin colada de piezas termoplásticas. Pero también se pueden aplicar como canal caliente parcial, o sea, con subdistribuidores, aprovechando las ventajas de éstos.

Los sistemas de canal caliente presentan una menor pérdida de presión respecto a moldes comparables con sistemas de distribuciones de solidificación. De esta forma, con sistemas de canal caliente se pueden inyectar piezas extremadamente grandes.

La fabricación óptima de piezas en moldes de pisos sólo es posible utilizando la técnica de canal caliente.

Existe una temperatura óptima del molde en el momento de la inyección que es función, principalmente, de la cristalinidad del material.

Puede ser necesaria una refrigeración adicional para mantenerla en las zonas más cercanas a la boquilla, donde el paso continuado del flujo de fundido eleva más la temperatura.

Existen diferentes sistemas de canal caliente, tanto para el bloque de distribución como para las boquillas de canal caliente (bebederos):

Los diferentes sistemas de canal caliente no son necesariamente adecuados de forma similar para todos los tipos de termoplásticos.

Cambio del material a inyectar en moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes

Un sistema óptimo de canal caliente permite un cambio de material en el menor tiempo posible.

Las boquillas de canal caliente abiertas favorecen el "goteo". Después de abrir el molde, el material puede expandirse a través de la entrada hacia la cavidad y formar un tapón frío que en la siguiente pieza no será licuado necesariamente. En casos extremos, este tapón puede obstruir seriamente la entrada. Con ayuda de una descompresión del husillo de la máquina de inyección (retroceso del husillo antes de abrir el molde), o también con ayuda de una cámara de succión del material en el bebedero, se puede solucionar este problema.

Tipos de expulsores en los moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes

Se usan diferentes tipos de expulsores en función de la forma de la pieza, que deben ejercer la presión mínima, suficiente para el desmoldeo evitando eventuales deformaciones.

Si existen contrasalidas es necesario el uso de carros (correderas) y, cuando hay roscas o contrasalidas internas, pueden utilizarse machos roscados, plegables o intercambiables.

El camino del material hasta la cavidad debe ser lo más corto posible para, entre otras cosas, minimizar las pérdidas de presión y de calor.

El tipo de ejecución de la colada/sección de entrada tiene mucha importancia respecto a:

• Fabricación económica.
• Propiedades de la pieza inyectada.
• Tolerancias.
• Uniones.
• Tensiones propias del material, etc.

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