Proceso De Inyeccion De Plasticos

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PROCESO DE INYECCION DE PLASTICOS La inyección, es un proceso adecuado para piezas de gran consumo. La materia prima se puede transformar en un producto acabado en un solo paso. Con la inyección se pueden obtener piezas de variado peso y con geometrías complicadas. Para la economía del proceso es decisivo el número de piezas por unidad de tiempo (producción). Las características más importantes del proceso de inyección son las siguientes: - La piez pieza a se se obt obtie iene ne en una una sol sola a eta etapa pa.. - Se necesit necesita a poco poco o ningún ningún trabajo trabajo final final sobre sobre la pieza pieza obtenida obtenida.. - El proce proceso so es totalm totalment ente e auto automat matiz izabl able. e. - Las condicio condiciones nes de de fabri fabricaci cación ón son son fácilm fácilmente ente reprod reproducib ucibles. les. - Las pieza piezass acab acabada adass son son de una una gra gran n cali calidad dad.. La inyección, es un proceso adecuado para piezas de gran consumo. La materia prima se puede transformar en un producto acabado en un solo paso. Con la inyección se pueden obtener piezas de variado peso y con geometrías complicadas. Para la economía del proceso es decisivo el número de piezas por unidad de tiempo (producción). Las características más importantes del proceso de inyección son las siguientes: - La piez pieza a se se obt obtie iene ne en una una sol sola a eta etapa pa.. - Se necesit necesita a poco poco o ningún ningún trabajo trabajo final final sobre sobre la pieza pieza obtenida obtenida.. - El proce proceso so es totalm totalment ente e auto automat matiz izabl able. e. - Las condicio condiciones nes de de fabri fabricaci cación ón son son fácilm fácilmente ente reprod reproducib ucibles. les. - Las pieza piezass acab acabada adass son son de una una gra gran n cali calidad dad.. Restricciones: Dimensiones de la pieza Propiedades mecánicas Peso de la pieza Tiempo de ciclo Consumo energético Variables: Velocidad de inyección. Presión de inyección. Temperatura del material. Generalidades de una máquina de inyección de plásticos Una máquina de inyección de plásticos se puede dividir en tres módulos principales: 1. Unidad de inyección o plastificación. 2. Unidad de cierre. 3. Unidad de control. Y por sus partes se puede dividir en: Al proceso de operación de esta máquina se le conoce como el ciclo de inyección de plásticos y se divide en las siguientes etapas: Cierre del molde Con el cierre del molde se inicia el ciclo, preparándolo para recibir la inyección del material fundido. En esta fase se aplica la fuerza de cierre, que es aquella que hace la máquina para mantener cerrado el molde durante la inyección. Depende de la superficie proyectada de la pieza y de la presión real (presión específica), que se tiene en la cavidad del molde. Inyección: Fase de llenado y fase de mantenimiento Una vez que el molde está cerrado, la unidad de inyección mueve el plástico hacia la cavidad del molde, con una velocidad y una presión determinadas por el volumen y geometría de la pieza a inyectar. Cuando el material plastificado hace contacto con las paredes del molde, este comienza a solidificarse, por lo que es importante que la velocidad de inyección sea la adecuada; no tan rápido como para degradar el material por la fuerza cortante debida a la velocidad del flujo ni tan pequeña como para que se solidifique antes de llenar las cavidades del molde. Ya que la cavidad del molde ha sido llenada casi en su totalidad, de 80-95%, la presión de inyección disminuye y da entrada a la fase de mantenimiento. Enfriamiento de la pieza. La fase de mantenimiento termina una vez que el punto de inyección ha solidificado completamente, es entonces que ya no es necesaria la presión de mantenimiento, a partir de este punto ya no sigue entrando más material a la cavidad del molde. Aún cuando el enfriamiento ha comenzado desde el momento que el material ha entrado a la cavidad, el material pierde calor aun cuando ya ha solidificado, ya que el centro de la pieza todavía no ha solidificado del todo y es necesario seguir retirando calor de la pieza aún cuando su capa más externa esté sólida. El enfriamiento termina cuando el molde se abre. Apertura del molde y expulsión de la pieza. Ya que la pieza se ha enfriado adecuadamente y la cámara de inyección está preparada para otro disparo, el molde se abre y el sistema de expulsión extrae la pieza del interior del molde, dando por terminado el ciclo al momento en que el molde se cierra para dar paso a la siguiente pieza. Unidad de plastificación. La unidad de inyección realiza las funciones de cargar y plastificar el material sólido mediante el giro del tornillo, mover el tornillo axialmente para inyectar el material plastificado hacia las cavidades del molde y mantenerlo bajo presión hasta que sea expulsado. El tornillo tiene una acción reciprocante además de girar para fundir el plástico, se mueve de manera axial para actuar como pistón durante el proceso de inyección. Tolva de alimentación. Las partículas sólidas de la resina en forma de gránulos, se depositan en la tolva de alimentación de la máquina, esta tolva normalmente está conectada a algún equipo periférico o auxiliar que proporciona las condiciones especificadas por el fabricante de la resina para obtener los óptimos resultados de procesamiento. Estas condiciones normalmente son las de porcentaje máximo permitido de humedad. Dependiendo del material a inyectar, si es higroscópico o no, será necesario secarlo antes de introducirlo al cañón o barril de inyección a través de una tolva secadora especial. Husillos (Tornillo). El calentamiento del tornillo se hace por zonas y el número de zonas dependerá del tamaño del cañón, normalmente se dividen 3. Dentro del barril se encuentra un tornillo de material muy duro, el cual generalmente está pulido y cromado para facilitar el movimiento del material sobre su superficie. El tornillo se encarga de recibir el plástico, fundirlo, mezclarlo y alimentarlo en la parte delantera hasta que se junta la cantidad suficiente para luego inyectarlo hacia el molde. Principales funciones: • • • • • Moverse para acercar o alejar la boquilla de la unidad de inyección del bebedero del molde. Generar la presión requerida entre la boquilla de la unidad de inyección y el bebedero del molde. Girar el tornillo durante la etapa de alimentación. Mover el tornillo de manera axial durante el proceso de inyección. Mantener la inyección. presión generada durante la Válvulas antirretorno o puntas de husillo (válvula check). La función de esta válvula es esencialmente dejar pasar el material libremente desde el husillo a la cámara de fundido durante el proceso de dosificación y evitar que el material fundido regrese hacia los filetes del husillo durante el proceso de inyección. Van montadas en el extremo izquierdo del husillo. Las válvulas antirretorno pueden ser fabricadas en distintos materiales; cada aplicación deberá ser evaluada para poder seleccionar la válvula adecuada y así evitar desgaste abrasivo y corrosión excesiva en este importante componente de la máquina. Barril de inyección. El barril es un cilindro hueco de acero aleado capaz de soportar grandes presiones y temperaturas internas provocadas por la fricción de los gránulos y el husillo. Los barriles de moldeo por inyección son relativamente cortos (comparados con los barriles de extrusión), la relación longitud / diámetro (L/D) es de 20:1, solamente en máquinas de altas producciones vienen en una relación de hasta 26:1. La entrada de alimentación al barril, o garganta, está cortada a través del barril y conecta con el anillo de enfriamiento de la tolva de alimentación. Sobre del barril de inyección van montadas las bandas calefactoras, estas tienen como función principal mantener la temperatura del fundido, es decir, compensan las pérdidas de calor, ya que del 80-90% del calor necesario para fundir los gránulos es proporcionado por la fricción del husillo, los gránulos y el barril. Punta de inyección. La boquilla es la punta de la unidad de plastificación y provee una conexión a prueba de derrames del barril al molde de inyección con una pérdida mínima de presión. La punta alinea la boquilla y el anillo de retención. Las boquillas o tubos de salida también son lo suficientemente largas para tener bandas de calentamiento y requieren sus propias zonas de calentamiento. Unidad de cierre. La unidad de cierre tiene las siguientes funciones: - Soporta el molde. - Lo mantiene cerrado durante la inyección. - Lo abre y lo cierra tan rápidamente como es posible. - Produce la expulsión de la pieza. - Brinda protección al cerrado del molde. Sistema de expulsión. Al final del ciclo el molde se abre y las piezas enfriadas se expulsan del molde, esto requiere de un sistema de expulsión. Cuando el molde se abre, normalmente la pieza plástica se queda en el lado del corazón del molde, por lo que la mayoría de los diseñadores de moldes colocan el corazón del lado móvil del molde. Molde de Inyeccion de Plasticos - Recibir el material fundido de la unidad de inyección. Dar la forma geométrica requerida a la pieza, con las dimensiones, tolerancias y acabados superficiales requeridos por el diseño. Enfriar el fundido hasta solidificarlo. Soportar las presiones de inyección, sostenimiento y cierre durante todo el ciclo de moldeo. Mantener la pieza enfriando hasta que se presente la mayor cantidad de contracciones en la pieza. Expulsar la pieza del molde con la menor fuerza de expulsión posible, sin dañarla estética, mecánica, funcional o dimensionalmente. Garantizar la seguridad de montaje, desmontaje, operación y mantenimiento. Asegurar que el ciclo de inyección sea lo más corto posible. Partes Constitutivas de un Molde 1. Brida. También conocida como clamp, sirve para fijar las placas sujetadoras a las platinas fija y móvil. 2. Placa aislante. Normalmente se utiliza en moldes de inyectores y/o canales calientes para evitar las pérdidas de calor por contacto con las platinas de la máquina. También puede ser utilizada en los moldes de colada fria. 3, 4, 13. Tornillo. Elemento de sujeción. 5. Tope. También conocidos como tacón espaciador de la placa de expulsión. Sirve para evitar que las superficies de la placa sujetadora y la placa expulsora se peguen por efecto del vacío creado por dos superficies rectificadas. También sirven para evitar el choque directo de ambas placas cuando la placa expulsora regresa a su posición de inicio. 6. Muelle de tirante de expulsión. Es un resorte que ayuda a la barra a regresar el sistema de expulsión. Las máquinas normalmente cuentan con un sistema expulsor que hace este trabajo, únicamente se usa como un seguro mecánico, para evitar que los botadores queden fuera del corazón cuando el molde cierre. 7. Tirante de expulsión. También conocido como barra expulsora. Se conecta al sistema de expulsión de la máquina y guía a las placas botadoras durante el proceso de acuerdo a lo programado en el control. 8. Columna de apoyo. También conocido como tacón de soporte. Este elemento sirve para reducir el claro que existe entre paralelas en la placa de soporte. Utilizando este tipo de soportes reducimos el espesor de dicha placa, ya que reducimos la deflexión al reducir la longitud en voladizo que soporta la fuerza de inyección. 9. Casquillo de guía. Sirven para la alineación del lado móvil y el lado fijo del molde. Dependiendo del tipo de cargas y cantidad de ciclos esperados por el molde podemos encontrar casquillos embalados, casquillos de bronce o acero. 10. Cáncamo. Es un arillo de metal que sirve para transportar el molde con una grúa viajera o con una pluma. Es importante considerar el peso del molde para la selección de este elemento. El fabricante deberá tener especificaciones claras de la capacidad máxima de carga. 11. Sonda de temperatura. También conocido como termopar. Es un elemento de control, retroalimenta constantemente al sistema de control de la máquina para hacer los ajustes pertinentes de temperatura. 12. Grupilla. Mayormente conocido como perno dowel. Es un elemento de guiado entre el ensamble de placas. 14. Guía de corredera. También son conocidos como pernos inclinados o pernos de acciones (carros) laterales. Son utilizados en moldes con acciones laterales, la inclinación del perno permite que al cerrarse el molde los carros auxiliares cierren sincronizadamente, para así formar, generalmente, ventanas o huecos en las paredes laterales de la pieza inyectada. 15. Muelle de la corredera. Es utilizado para asegurarse que el carro auxiliar se moverá a su posición original una vez que el molde es abierto. 16. Tornillo. Elemento de sujeción. 17. Bebedero. Es el elemento del molde que recibirá el fundido de la boquilla de inyección y lo dirigirá hacia la cavidad del molde. Este elemento es de vital importancia, ya que una geometría inadecuada o un cálculo de diámetro de orificio mal efectuado puede hacer que nuestro molde no sea rentable. 18. Anillo de centrado. Conocido también como arillo de retención. Sirve para centrar el molde en la platina fija de la máquina. También sirve para sujetar el bebedero. 19. Pieza. Producto inyectado. 20. Pozo de bebedero. También conocido como pozo frio. Tiene la función de alojar el frente frío del fundido y evitar problemas de apariencia como diferencia de brillo en la pieza. También es utilizada para crear un negativo en la colada y romperla desde la boquilla de inyección una vez que ha solidificado la pieza, esto permite que la colada se quede en el lado móvil de la pieza para ser removida fácilmente por el operador o por el robot. 21. Centrador. Cuando el molde se encuentra en operación muchas fuerzas actuán sobre las placas y cavidades de los moldes, creando el efecto de desplazamiento entre placas. Para evitar esto se utilizan elementos centradores, que nos ayudan a recuperar la alineación en cada ciclo de inyección. 22. Guía. Elemento de guiado entre placas. 23. Casquillo de guía. Elemento de desgaste para el frecuento deslizamiento de el perno guía. Tipos y Clasificacion de Moldes La clasificación de moldes de inyección se rige lógicamente por las características principales de su construcción y función, estas son: - El tipo de colada y su separación. - El tipo de expulsión de las piezas inyectadas. - La existencia o no de contrasalidas exteriores en la pieza a inyectar. - El tipo de desmoldeo. Otra clasificacion: - Molde estándar (molde de dos placas). - Molde de mordazas (correderas o carros auxiliares). - Molde de extracción por segmentos. - Molde de tres placas. - Molde de pisos (molde sándwich). - Molde de canal caliente. Mantenimieto de Moldes Caracteristicas de los materiales utilizados para la construccion de moldes Alta resistencia al desgaste. Alta resistencia a la corrosión. Alta estabilidad de medidas. Buena conductibilidad térmica. Principales defectos del moldeo por inyeccion de plasticos El procesado de los termoplásticos se encuentra cada día con una gran variedad de dificultades de diferente naturaleza. Las piezas moldeadas por inyección se encuentran repetidamente con estos problemas debido principalmente a errores de proceso, lo cual hace que no se cumplan las especificaciones deseadas y se rechace la pieza inyectada, con las consiguientes pérdidas económicas. Es importante, por tanto, conocer cada uno de los problemas y la causa que los provoca. Rechupes (sink marks). Los rechupes son unos defectos visuales típicos que desvirtúan el aspecto de la pieza inyectada. Si no se añade material a la cavidad del molde mientras el plástico se contrae, y si las capas todavía no están suficientemente fuertes debido a una falta de refrigeración, se forman hendiduras entre la pared de la cavidad y la corteza de la pieza. Estas hendiduras son denominadas rechupes, «sink marks». Para prevenir este defecto deben seguirse los siguientes puntos que afectan tanto al diseño de la pieza como al diseño del propio molde: - Evitar diferencias de espesor de las paredes. - Evitar acumulaciones de material. - Tomar especial atención a la relación grosor-diseño de los nervios (por ejemplo, radios). - Asegurar una adecuada refrigeración del molde. - El conducto de colada debe ser situado en la pared más gruesa. - El conducto de colada debe ser suficientemente grande (área). - Usar el bebedero cuando sea posible. Rebaba. Esto ocurre cuando la fusión de polímero se mete en la superficie de separación entre las partes del molde, también puede ocurrir alrededor de los pernos de eyección. El defecto es causado generalmente por: 1. Venteos y claros muy grandes en el molde. 2. Presión de inyección demasiado alta comparadas con la fuerza de sujeción. 3. Temperatura de fusión demasiado alta. Tamaño excesivo de carga Zona mate cerca del punto de colada. Ráfagas. Las ráfagas se originan debido a que cuando el fundido se daña térmicamente por temperaturas demasiado altas y/o tiempos de residencia demasiado largos, se originan productos gaseosos de descomposición, que son visibles en a superficie, por su color parduzco o plateado. - La ráfaga aparece periódicamente aparece detrás de secciones estrechas (puntos de cizalla) o cantos vivos del molde. - La temperatura de la masa está cerca del límite superior del proceso. - Disminuyendo la velocidad de avance del husillo se obtiene una reducción del defecto. - La reducción de la temperatura de masa actúa positivamente contra el defecto. Pulido no uniforme. Si atendemos a la calidad del brillo para evaluar una pieza, podemos encontrarnos con dos defectos: 1. Toda la pieza sea demasiado brillante, (o demasiado poco brillante). 2. Existan diferencias de brillo en la superficie de la pieza Líneas de flujo. La línea de soldadura en las piezas de plástico representa, en la mayor parte de los casos, un defecto óptico y un debilitamiento mecánico Puede aparecer una muesca y/o cambio de color. Las muescas son particularmente visibles en piezas negras o transparentes, de superficies lisas o muy pulidas Los cambios de color son visibles principalmente en piezas con pigmentos de efecto metálico. Efecto «jetting» (gusanillo). «Jetting» es la formación de un cordón de plástico fundido que entra en la cavidad del molde desde el conducto de colada, en un movimiento incontrolado. El cordón fundido hace un mínimo contacto con la pared de la cavidad, extendiéndose en pliegues durante la fase de llenado que después son rodeados por el plástico fundido que entra a continuación. Este fenómeno crea una falta de homogeneidad, deformaciones, tensiones locales internas, etc. Efecto «Diesel». Se aprecian unas manchas negras (quemaduras) en la superficie de la pieza moldeada. A menudo las piezas no están totalmente llenas en esas zonas. El efecto diesel es puramente un problema de ventilado o salida de aire. Puede darse cerca de agujeros ciegos, encajes, final de recorrido, y cerca de puntos donde convergen varios frentes de flujo. Grietas o microgrietas. Si se utilizan sustancias agresivas (por ejemplo grasa, soluciones alcalinas, etc.) el blanqueo y las roturas por tensión, aparecerán a menudo, sobre todo después de largo tiempo de servicio de la pieza. Grietas de tensiones. La coloración blanca por tensión está causada por tensiones tanto internas como externas (por ejemplo: elongación) Las áreas expuestas a la tensión se vuelven de color blanco Las roturas por tensión suelen tener la dirección del desmolde. Muchas veces, las roturas por tensión aparecen vanos días o semanas. Falta de llenado completo de la pieza. Igual que en fundición, éste se produce en una pieza que ha solidificado antes de llenar completamente la cavidad. El defecto puede corregidores incrementando la temperatura o la presión. El efecto también pude originarse por el uso de una máquina con capacidad de dosificación insuficiente, en cuyo caso se necesita una máquina más grande. Marcas de expulsor. Las marcas de expulsión son depresiones o elevaciones en el lugar correspondiente a la posición de los expulsores visibles en la superficie de las piezas. Estas diferencias de espesor de pared pueden causar diferencias de brillo o depresiones en la superficie visible de la pieza. Deformación por la expulsión. Según el grado en que haya sido perjudicada la pieza, hay una clasificación de las marcas de expulsión, roturas, zonas de excesiva tensión y expulsores profundamente hundidos. Son críticas las piezas con contrasalidas, que hayan de ser desmoldadas sin piezas móviles (por ejemplo, correderas). Pandeamiento. Líneas de flujo frías. La línea de soldadura en las piezas de plástico representa, en la mayor parte de los casos, un defecto óptico y un debilitamiento mecánico Puede aparecer una muesca y/o cambio de color. Las muescas son particularmente visibles en piezas negras o transparentes, de superficies lisas o muy pulidas. Los cambios de color son visibles principalmente en piezas con pigmentos de efecto metálico. Aire atrapado, huecos y burbujas. Con sólo modificar ciertos parámetros de proceso de inyección no se evita la formación de huecos. Es más efectivo tener en cuenta ciertas propiedades específicas referentes al material plástico al empezar el diseño tanto de la pieza como del molde. Manchas negras. Aparecen unas manchas negras en la superficie de la pieza debidas a degradación térmica del material o a suciedad o desgaste. Gránulos de materia prima no fundida. Aparecen en zonas débiles de la estructura de la pieza acabada, y son el origen de las grietas. Algunos Calculos … Área proyectada. El área proyectada en un molde es el área que será llenada con plástico fundido en la línea de partición. La línea de partición es la apertura primaria del molde dónde la cavidad y el corazón se separan, permitiendo así la expulsión de la pieza. El área proyectada es también conocida como la sombra que proyecta la pieza en el molde en el plano paralelo a la línea de partición. Esta área también incluye a la colada. El área proyectada de la pieza en el molde es utilizada para calcular el tonelaje de inyección y cierre requerido por la máquina para determinada parte a inyectar. Fuerza de cierre. Durante la fase de llenado y sostenimiento se genera presión dentro de la cavidad del molde, esta presión es debida a la fuerza de inyección con la que la unidad de plastificación empuja al polímero fundido dentro de la cavidad. La determinación de estas presiones solo puede ser obtenida colocando transductores de presión dentro de la misma; la medición exacta solo puede ser obtenida con el molde construido. Intervalo aceptable: 180 kg/cm2 ≤ x ≤ 480 kg/cm2 Cálculo del número de cavidades. El tamaño del molde depende, en primera instancia, de la máquina. A menudo, la máquina es una variable dada al diseñador a la cual éste deberá sujetarse. En la determinación del número de cavidades intervienen criterios técnicos, en la forma de la o las máquinas disponibles, de la calidad requerida, de los criterios económicos, en la forma de la pieza, en el tiempo requerido para la producción y, en especial, de los costos. Partiendo de que el costo de producción de un producto está en estrecha relación con el tipo de proceso empleado, es comprensible que este debe ser analizado desde el diseño del molde, a fin de encontrar soluciones óptimas. El tamaño del molde está en relación directa al tamaño de la máquina donde será montado y de la demanda de producción. Las variables dadas de esta son: - Capacidad de inyección (cm3). - Fuerza de cierre (kN). - Requerimiento de producción (piezas/min). - Capacidad de plastificación (cm3/min). - Distancia entre barras (cm). - Tiempo de ciclo estimado de la pieza (s). Es necesario calcular el número máximo de cavidades del molde en función de la máxima capacidad de plastificación de la máquina (o caudal) y del volumen de la pieza a inyectar. Este cálculo asume el uso de toda la capacidad de plastificación de la máquina para la inyección de la, o las, piezas. Sin embargo no es una práctica recomendable por razones de calidad, debido a la conservación del colchón y en función de una plastificación uniforme. Se sabe que el tiempo de ciclo es un valor que se determina con exactitud hasta que se está produciendo masivamente, ya que son muchos los factores que afectan a la inyección. Sin embargo antes de tener las herramientas instaladas es posible utilizar la siguiente formula: Los tiempos de apertura y cierre de molde, así como el de expulsión estarán directamente relacionados con las dimensiones de la pieza, el tipo de máquina, el sistema periférico de extracción y de las condiciones de seguridad al operar la máquina. El tiempo de inyección esta dado por: También es posible conocer el tiempo de inyección basado en la velocidad de inyección.