Manual de diseño de moldes de inyeccion.

UNIVERSIDAD AUTONOMA “GABRIEL RENE MORENO” FACULTAD POLITECNICA UNIDAD DE POSTGRADO

MANUAL DE DISEÑO DE MOLDES DE INYECCION

ELABORADO POR: 

Esteban Juan Sejas Alanoca

SANTA CRUZ DE LA SIERRA 2012

Manual de diseño de moldes de inyección

CONTENIDO CONTENIDO.......................................................................................................................................................... 2 TABLA DE ILUSTRACIONES ............................................................................................................................. 4 CAPITULO 1 ....................................................................................................................................................... 5 1.

Generalidades................................................................................................................................................ 5

2.

Conceptos básicos ..................................................................................................................................... 6

3.

Historia ........................................................................................................................................................... 7 3.1.

Antecedentes de los plásticos: los polímeros naturales ......................................................... 7

3.2.

La génesis del primer plástico sintético ....................................................................................... 9

3.3.

Avances técnicos en la investigación y desarrollo de polímeros ......................................................... 11

3.4.

La era de los superpolímeros ................................................................................................................ 12

3.5.

El Futuro .............................................................................................................................................. 14

Procesos de manufactura del plástico y máquinas utilizadas. .................................................... 16

4.

4.1.

Compresión ........................................................................................................................................ 16

4.2.

Inyección ............................................................................................................................................. 16

4.3.

Extrusión ............................................................................................................................................. 18

4.4.

Moldeo a baja presión ...................................................................................................................... 18

4.5.

Colada .................................................................................................................................................. 18

4.6.

Espumado ........................................................................................................................................... 18

4.7.

Calandrado.......................................................................................................................................... 19

4.8.

La máquina de inyección. ............................................................................................................... 19

4.9.

Tipos de máquinas de inyección....................................................................................................... 19 Descripción de la máquina de inyección. ............................................................................... 20

4.10.

Capitulo 4.............................................................................................................................................................. 26 Los moldes de inyeccion de plastico ................................................................................................................ 26 Definición de moldes de inyección. ................................................................................................. 27

4.1 4.2.

Partes constitutivas del molde. ..................................................................................................... 28

4.3.

Tipos y clasificación de moldes. ................................................................................................... 31

4.3.1. 4.3.2. 4.3.3.

Molde de dos placas................................................................................................................. 32 Moldes de carros auxiliares exteriores. .......................................................................... 32 Molde de corazones colapsibles ........................................................................................... 33

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Manual de diseño de moldes de inyección 4.3.4.

Molde de tres placas. ........................................................................................................... 34

CAPITULO 5 ........................................................................................................................................................ 35 EL DISEÑO DE MOLDES .................................................................................................................................. 35 5.1.

Introducción ....................................................................................................................................... 35

5.2.

Diseño del producto ......................................................................................................................... 36

5.2.1.

Grosor de pared uniforme en las piezas de plástico ....................................................... 36

5.2.2.

Normas de radios y ángulos de salida para piezas moldeadas por inyección ........ 40

5.2.3.

Proceso de ahuecado de piezas moldeadas de plástico ............................................... 43

5.2.4.

Factor de contracción .............................................................................................................. 44

5.3.

Aspectos fundamentales en la construcción de moldes ....................................................... 44 5.4.

Cálculo del número de cavidades. ....................................................................................... 46

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TABLA DE ILUSTRACIONES

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CAPITULO 1

1. Generalidades1 En el mundo actual basta mirar a nuestro alrededor para encontrarnos con toda clase de artículos elaborados a partir de diversos materiales e interactuar con éstos con el fin de facilitar las actividades cotidianas del ser humano. Entre los materiales se encuentran los plásticos (polímeros sintéticos), los cuales han incrementado paulatinamente su campo de acción, incluso en aplicaciones que han sido exclusivas de metales y cerámicos 1

Extraido de http://www.ciudadtijuana.com/zonacreativa/2008/agosto/4cienciafutbol.html

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por muchos años. Si observamos en nuestro entorno difícilmente podremos encontrar un objeto que no contenga algún tipo de plástico en su composición. Desde hace más de seis décadas la industria de las materias plásticas ha tenido un desarrollo inimaginable que ha superado a la industria del acero. La historia de la humanidad es frecuentemente clasificada de acuerdo con el desarrollo que han tenido en su momento algunos materiales, de tal manera se nombran la Edad de Piedra, la Edad de Hierro, la Edad de bronce, etc.; así, la era moderna, debido al avance tecnológico en los materiales poliméricos, sería llamada la Edad de Plástico. En 1974 el científico estadounidense Paul John Flory fue galardonado con el premio nobel de Química por sus investigaciones en el campo de la física de las macromoléculas. Durante su discurso mencionó la importancia de los polímeros y acuñó la frase “La nuestra será recordada como la era de los polímeros”, y añadió “El futuro pertenece a los tecnopolímeros y polímeros especiales que serán producidos probablemente en cantidades un poco reducidas, pero que serán esenciales para el progreso de la humanidad”. Indudablemente los plásticos mueven el mundo, se han incorporado a todos los sectores industriales y de investigación. Nunca antes un descubrimiento se había desarrollado tan rápidamente y en proporciones tan asombrosas; no obstante, este avance también ha generado una problemática: la deposición de desechos sólidos plásticos. 2. Conceptos básicos2 Con el objetivo de comprender la importancia de los plásticos en el desarrollo de la era moderna es imprescindible recordar la terminología básica.La palabra plástico proviene de plastikos, de origen griego que se refiere a la facilidad o susceptibilidad de un cuerpo a ser moldeado o modelado. La misma palabra define una de las propiedades más importantes del material: la plasticidad o capacidad de deformarse. Los plásticos son materiales sintéticos derivados del gas natural y del petróleo para cuya producción se consumen solamente entre 3 y 4% del total producido. Desde el punto de vista estructural químico, los plásticos son de naturaleza orgánica y se encuentran formados por largas cadenas (macromoléculas), que contienen principalmente átomos de C, O2, H2 y N2, entre otros unidos por enlaces covalentes (esqueleto principal) y secundarios, tales como los de hidrógeno y Van der Waals (entre cadenas). los plásticos pertenecen a la gran familia de los polímeros (poli: muchos, meros: unidades), los cuales se 2

Extraido de http://www.ciudadtijuana.com/zonacreativa/2008/agosto/4cienciafutbol.html

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dividen en naturales y sintéticos (plásticos y elastómeros). Los plásticos, a su vez, forman dos importantes grupos: los termoplásticos y los termofijos (termoestables). Los primeros se caracterizan por tener una temperatura de reblandecimiento que los hace aptos para el reciclado a través de una transformación. Por otro lado, los termofijos presentan una estructura de entrecruzamiento que mantiene unidas las cadenas por medio de enlaces químicos primarios, razón por la cual una vez formados no es posible reciclarlos mediante procesos convencionales, ya que no presentan punto de reblandecimiento. La figura 1 ilustra lo antes descrito; de ella es posible comentar que un plástico es un polímero, pero un polímero no necesariamente es un plástico. Al inicio, el ser humano aprendió a transformar los metales y los cerámicos; posteriormente, después de miles de años, y hasta finales del siglo XIX, los plásticos iniciaban sus primeras aplicaciones en la vida cotidiana, a pesar de lo cual, no fue sino hasta principios del siglo XX, con el desarrollo y avance tecnológico tanto de la industria petrolífera como de la química orgánica, que los plásticos cobraron importancia en la comunidad científica internacional. La primera mitad del siglo pasado vio nacer los plásticos comerciales más comúnmente utilizados en la actualidad tales como nylon, PVC, polietileno y poliéster, entre otros. Posteriormente, después de los años cincuentas el avance de la tecnología científica permitió la creación de materiales plásticos de ingeniería con valores de resistencia y estabilidad térmica superiores, al grado de desplazar a materiales cerámicos y metálicos en aplicaciones en las cuales tradicionalmente era imposible emplear un plástico. 3. Historia 3.1. Antecedentes de los plásticos: los polímeros naturales Antes de crearse los polímeros, la madre naturaleza era la única y exclusiva fuente de materiales con que el hombre contaba para la realización de sus herramientas, útiles y objetos de uso cotidiano. Las propiedades que ofrecían las piedras, las maderas o los metales no satisfacían todas las demandas existentes así que, el hombre en su innato afán de investigación y búsqueda comenzó a aplicar sustancias que suplieran estas carencias; se manipulan los polímeros naturales: el ámbar, el hasta natural, la goma laca y la gutapercha son los precursores de los polímeros actuales. En la naturaleza, encontramos al ámbar como una resina de coníferas que tras derramarse del árbol, endureció y atrapó en su interior a insectos o plantas que quedando incluidos en ella han llegado hasta nosotros como fieles testimonios del pasado. Avanzando en el transcurso de la historia, se tiene conocimiento de que los egipcios en el año 2000 a.C, en la época de los faraones, además de usar resinas naturales para embalsamar a sus muertos también usaban el asta natural calentándolo para moldear figuras y recipientes. El hasta natural del mismo modo tuvo sus aplicaciones en Europa durante el medievo, los trabajadores del cuerno (asteros) realizaban objetos cotidianos con este material, como cucharas, peines o faroles. La goma Laca es un polímero natural producido por las secreciones de la hembra de un chinche llamado lac, originaria de

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la India y el sudeste de Asia. Esta secreción endurecida se disuelve en alcohol, y se puede aplicar sobre superficies produciendo un recubrimiento brillante, impermeable y casi transparente. Por último, la gutapercha es una goma vegetal similar al caucho que se extraía por sangrado al practicar incisiones a determinados árboles que se hallan en las Indias orientales y en Indonesia. Los indígenas la utilizan para recubrir objetos y recipientes. Dejando atrás los polímeros naturales, surgen los primeros pasos hacia el estireno, componente a partir del cual, más adelante nacería el poliestireno y las resinas de poliéster. Pedro Pablo Gallardo relata como se hayan los primeros indicios ya en el año 1786, cuando en el Diccionario de la Química Práctica y teórica escrito por William Nicholson, describe como se destila el estorax, un bálsamo obtenido del árbol Liquambar orientalis . Durante el siglo XIX, tuvo lugar el descubrimiento del caucho, la caseína, la ebonita y el celuloide, materiales considerados como los antecesores o padres de los plásticos modernos: en la publicación Aplicaciones del plástico en la construcción, su autor Juan de Cusa, relata cuando se tuvo noticia de la creación del caucho, en 1820, cuando se consiguió una masa plástica al triturar y mezclar goma cruda con una máquina ideada en Inglaterra por Thomas Handcock, el inconveniente es que la naturaleza de esta materia, no la permitía mantener una forma específica al ser extraída del molde, se deformaba y se aplastaba sobre si misma por el efecto de la fuerza de la gravedad, el aire no la secaba, una materia así no era útil. Del mismo modo el autor nos explica como en 1839, Charles Goodyear remata la fase originada por Handcock, pues consigue transformar accidentalmente el caucho crudo en un material resistente y elástico al vulcanizarlo con azufre. Handcock lo denominó Vulcanización, término que deriva del dios Vulcano (Dios del fuego). De esta forma nació el material con el que se realizarían los neumáticos en una industria automovilística cada vez más creciente. Asimismo, Juan de Cusa nos da a conocer quien creó la Galatita y de que materias deriva este nuevo polímero: “1895. - Emil Bertiner materializa la Galatita, producto derivado de la caseína tratada con formol. El curioso nombre procede de la voz griega compuesta por gala, leche y litos, piedra. Literalmente “leche de piedra”. Nuevamente Pedro Pablo Gallardo nos comenta en su trabajo como otras materias se empiezan a fabricar a nivel industrial: la ebonita, obtenida en 1851 es un producto el de caucho endurecido resultante de añadir hasta un 50% de azufre al caucho, fruto de los trabajos de experimentación llevados a cabo por Handcock y Goodyear. Nelson Goodyear posteriormente patentó el proceso. Un hecho destacable es el acaecido en 1855 cuando tiene lugar el descubrimiento de un nuevo material resultante de la disolución de dos elementos, se lo denominó Parkesita, conocido actualmente como celuloide. El nombre viene de su inventor el inglés Alexander Parker; el cómo se inventó y que particularidades tiene la Parkesita nos lo especifica Juan de Cusa en breves líneas: “Descubrió que el nitrato de celulosa se disuelve en alcanfor fundido, con la ayuda de calor y que al enfriarse la disolución, antes de convertirse en una masa dura, pasaba por una fase intermedia de plasticidad, durante cuyo transcurso podía ser objeto de moldeo”. La Parkesita evolucionó hacia otro material, los autores del trabajo Industria del plástico, Richardson y Lokensgard nos indican que después en 1870, Wesley Hyatt, basándose en la Parkesita (que a Parker se le olvidó patentar), crea y patenta el celuloide, material más avanzado, resultante de la mezcla de piroxilina con goma de alcanfor pulverizada y con el que ganó una recompensa ofrecida por un editor que buscaba un material alternativo al marfil

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para realizar bolas de billar. En 1828 es entonces cuando tiene lugar un hecho importante dentro de los avances en cuanto a formulación química de los polímeros se refiere: tiene lugar la primera síntesis dentro de la química orgánica; Wöhler la logra a partir de la urea y las investigaciones realizadas con el cianato de plata. Posteriormente nuevos avances en cuanto a la polimerización del estireno se suceden, el ya citado Juan de Cusa nos explica en su trabajo como en 1845 se consigue acelerar su polimerización a la cifra de una hora, puesto a 200º C, labor realizada por Blyth y Hofman. Asimismo, en 1847 el glicerol y ácido tartárico son condensados y dan lugar a un poliéster tridimensional, resultado obtenido derivado de los experimentos llevados a cabo por Berzelius. 3.2. La génesis del primer plástico sintético En estos momentos entra en escena un material que supondría la revolución en el mundo de los polímeros y el primero de la ingente cantidad de nuevos plásticos que advendrían posteriormente. Tiene lugar la creación del primer plástico sintético termoestable a manos del químico Leo Baekeland, de la publicación realizada por Antonio Miravete: “Los nuevos materiales en la construcción”, es esencial entrecomillar el siguiente párrafo: “La bakelita fue el primer polímero completamente sintético, fabricado por primera vez en 1909. Recibió su nombre del de su inventor, el químico estadounidense Leo Baekeland. La baquelita es una resina de fenolformaldehído obtenido de la combinación del fenol (ácido fénico) y el gas formaldehído en presencia de un catalizador; si se permite a la reacción llegar a su término, se obtiene una sustancia bituminosa marrón oscura de escaso valor aparente. Pero Baekeland descubrió, al controlar la reacción y detenerla antes de su término, un material fluido y susceptible de ser vertido en moldes”.

Figura 1. Carcasa de teléfono realizada en Bakelita negra

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Con este material se fabricaron carcasas de teléfonos (véase la Figura 1) y de radios, artículos de escritorio, ceniceros, etc. Se avecina una nueva era al saber que ya se podían obtener nuevos plásticos a partir de la química y que eran capaces de imitar y superar las prestaciones de los plásticos naturales, que ya evidentemente, quedaron obsoletos; todo esto acaece en una fase en que tenía lugar la industrialización y el crecimiento de la comercialización de algunos polímeros como el acetato o las resinas urea-formaldehído con las cuales se podían elaborar objetos transparentes. La creciente demanda por parte de una sociedad cada vez más consumista sigue estimulando la producción masiva de objetos de plástico. Más avances se suceden, otro momento clave en la historia de los plásticos tuvo lugar en 1915 cuando se descubre la formación de polímeros por el encadenamiento molecular de dos o más monómeros de diferente naturaleza, lo que recibió el nombre de copolimerización. Esto supuso la creación de una mayor variedad de plásticos que se adecuarían a una cada vez más amplia gama de fines. Llegados a 1930, durante esa década se consigue el desarrollo industrial de los polímeros más importantes de nuestra actualidad como el policloruro de vinilo, el poliestireno, las poliolefinas y el polimetacrilato de metilo. Sobre todo porque de 1930 a 1935 nació la técnica de los termoplásticos. Lo que permitió desarrollar una noción más amplia acerca de las diversas herramientas y procedimientos de trabajo para tratar estos nuevos materiales. Asimismo en esta misma década la investigación con el poliéster gira entorno a su aplicación como pinturas y barnices y además surgirán lo que en el futuro supondrá un refuerzo muy utilizado en conjunción sinérgica con las resinas de poliéster conformando así los llamados plásticos reforzados, Duillo D´arsie así lo hace constar: “ …….empiezan a producirse en escala industrial las primeras partidas de fibras de vidrio de pequeño diámetro, aptas para ser tejidas, como resultado de las intensas investigaciones iniciadas algunos años antes por la Owens-Illinois Glass Co. en Estados Unidos, seguida pronto por Modigliani en Italia, la Saint-Gobain en Francia y otros en Alemania, Inglaterra, etc.” . En 1936 Se lanzó al mercado el polimetacrilato de metilo, que es un vidrio orgánico, transparente, ligero y fácil de moldear, su nombre comercial es Plexiglás en España y Alemania, Perpex en Gran Bretaña y Lucite en los EE.UU. Durante la segunda guerra mundial, se empleó para fabricar ventanillas de aviones. Un año después tenemos que subrayar un hecho muy importante que atañe al desarrollo de las resinas de poliéster. Carleton Ellis, en 1937, también estimuló un mayor interés por la resina, al descubrir que con la adición de monómeros insaturados a poliésteres insaturados se reducía considerablemente el tiempo de reticulación y polimerización. Ellis es considerado como el

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padre de los poliésteres insaturados. Años más tarde se utilizarán las resinas de contacto que serán las iniciadoras del empleo de materiales compuestos realizados con resinas de poliéster y que no necesitan presión externa (véase la Figura 2).

Figura 2. Material compuesto por cuatro estratos de fibra de vidrio Mat embebidos en matriz de poliéster insaturado.

Cabe destacar que a la vez se siguen descubriendo nuevos polímeros como las poliamidas cuyo nombre comercial será el Nylon, descubierto en 1928 por Carothers y el equipo que trabajando en la DuPont; el dirigía politetraflouretileno cuyo nombre comercial será Teflón, nació casualmente gracias a Roy S. Plunkett cuando trabajaba para la DuPont en 1938, este material se caracteriza por soportar temperaturas de hasta 300ºC. También se seguirán estableciendo las bases sobre las que nacerán otros nuevos, todo esto a un ritmo cada vez más frenético. 3.3. Avances

técnicos en la investigación y desarrollo de polímeros

Durante este periodo se produce un vertiginoso crecimiento del empleo de algunos polímeros para poder sustituir a otros materiales de difícil adquisición. Durante la Segunda Guerra Mundial, las tropas japonesas se hicieron con los territorios de las indias Orientales, quedando sin aprovisionamiento de caucho natural a los EE.UU, se descubrieron los elastómeros sintéticos para suplir esa falta

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de materiales, nace el neopreno para fabricar neumáticos de aviones y vehículos militares. Las aplicaciones militares también disparan el uso de los plásticos reforzados formados por poliésteres insaturados y fibra de vidrio así como los hilos de Nylon se emplean para paracaídas. Nació una industria que será la de mayor producción mundial; Siguen surgiendo y aplicándose nuevos polímeros: el polipropileno, la Bayer alemana descubre los poliuretanos, la Dow Corning y la General Electric desarrollan las aplicaciones de las siliconas, las resinas epoxidas se empleaban como adhesivos con el nombre de Araldit. Desde 1945 los estudios se encauzan hacia mejorar las cualidades de estos materiales y para promover el conocimiento científico y técnico de los plásticos, se crean sociedades como la SPE en 1942. A partir de la segunda mitad del siglo XX destacamos que las investigaciones se centran en el descubrimiento de nuevos modos de síntesis de polímeros, los ingenieros de materiales potencian las características de los polímeros ya existentes, nacen otros que pueden considerarse como derivados de los que ya se conocen, un ejemplo claro se sucede en 1951 cuando los laboratorios de la Basf A.G. (Alemania), hallan el modo de producir espuma rígida al calentar el poliestireno dentro de un horno que contiene un agente de espumación. Se desarrolló el poliestireno expandible, la Basf lo patenta, Antonio Miravete relata como en 1971, cuando las fibras de aramida son creadas y comercializadas por la Du pont, con el nombre de Kevlar. Durante la década de los cincuenta, Karl Ziegler y Giulio Natta realizan estudios e investigaciones sobre catalizadores metalocénicos, trabajo que culminó con el Premio Nóbel de la Química que recibieron ambos en 1963. No obstante antes de esta fecha, en 1953, Ziegler había creado un nuevo polímero, el polietileno; un año más tarde su compañero italiano Giulio Natta descubre el polipropileno. Durante estos años, estos nuevos materiales ya no solo competirán entre sí, sino que del mismo modo también lo hacían con los tradicionales como pueden ser las maderas o los metales, así tenemos el caso del plástico reforzado a base de una matriz resinosa de poliéster y refuerzo de fibra de vidrio, que compiten con el aluminio por su ligereza y rigidez y que crean la base para la construcción de elementos estancos fabricados de una sola pieza con una resistencia, flexibilidad y ligereza muy superiores. En 1973 el desarrollo de los plásticos sufre un colapso debido a la crisis energética provocada por los países árabes que embargaron el petróleo a aquellos que apoyaron a Israel en la guerra de Yom Kippur, como a los Estados Unidos y a Holanda, lo que derivó en una desestabilización total de la economía mundial y el encarecimiento de los plásticos pues las materias primas para su elaboración, se obtienen a partir del “oro negro”. 3.4. La era de los superpolímeros A partir de los años 70 tiene lugar el advenimiento de multitud de descubrimientos científicos y tecnológicos debido al mayor número de científicos que operan en este ámbito así como herramientas tan avanzadas con que cuentan. Los adelantos de los científicos así como las empresas productoras de polímeros en EE.UU como la Down Chemical, Hitachi, Du Pont, Unión Carbide New Kadel, Allied Corp, Allied Chemical, la Mitsubishi Chemical, la NASA, los laboratorios de fuerzas aéreas y otras tantas de todo el mundo, fomentan la investigación sobre nuevos polímeros para mezclar o alear algunos inmiscibles entre sí. Los programas I + D (Investigación y desarrollo) crean constantemente nuevos materiales. Se perfeccionan la maquinaria y los medios productivos para los plásticos, se suceden avances en cuanto a los plásticos reforzados y materiales reforzados (“composites”), se descubren nuevos tipos de

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aditivos para polímeros y los que han nacido recientemente tienen sus propiedades aún más potenciadas como la aplicación a temperaturas más elevadas, resistencia al dañado por el uso, con mayores resistencias mecánicas y módulos elásticos así como más resistencia a los agentes químicos y a la corrosión. Son polímeros específicos para aplicaciones aeroespaciales. Citamos algunos extraídos de la recopilación de materiales que hace Francisco Javier Melero Columbrí en su trabajo: “Recientemente, la firma DuPont ha presentado dos resinas de poliamida, denominadas AVAMID-K y AVAMID-N, que constituyen unas excelentes matrices termoplásticas con elevadas resistencias mecánicas a elevadas temperaturas, presentando buena resistencia al dañado por el uso. Se comienzan a emplear, preferentemente, en aplicaciones aeroespaciales y militares”. La ciencia de los plásticos se interna en otras áreas: se estudian la modificación superficial de los nuevos polímeros para favorecer la biocompatibilidad con el cuerpo humano, surgen los biopolímeros como los producidos por fermentación bacteriana como el polihidroxibutirato (PHB), producido por fermentación bacteriana del “Alcalígenes eutrophus”. Aparecen en escena los polímeros conductores, polímeros termocromáticos, se investigan polímeros piezoeléctricos, polímeros cristalinos líquidos, materiales reforzados trenzados. Nacen nuevas fibras y filamentos a partir de una gran variedad de polímeros, por ejemplo, la fibra denominada Spectra-900 de la Allied Chemical, una fibra a base de polietileno desarrollada entre los años 1985 y 90, es más ligera, resistente y con adhesividad mejorada. Utilizadas para protección balística y recipientes bajo fuertes presiones. Emergen elastómeros híbridos constituidos por gomas naturales y por gomas sintéticas o polímeros sintetizados para reproducir las mejores propiedades de las gomas sintéticas. Los polímeros se mezclan con otros materiales de diferente naturaleza: los cementos plásticos son cementos ordinarios con una pequeña cantidad de agua y de polímero. Los plásticos han penetrado en la sociedad y hoy en día son cruciales pues han contribuido a facilitar nuestro modo de vida, la variedad de polímeros que están presentes en el mercado es muy grande, con lo cuál se generan tantos residuos que en 1988 el Bottle Institute de la Society of the Plastics Industry, crea un sistema de códigos para identificar los recipientes de plástico. Cada código tiene un número dentro de un símbolo triangular y una abreviatura debajo a fin de identificarlos correctamente para un eventual reciclaje (véase la figura 3).

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Figura 3. Códigos recomendados por el Plastic Bottle Institute para la identificación de plásticos. 3.5. El Futuro3

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Extraido de http://medioambientales.com/plastico-a-partir-de-tomate/

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Fig. Plásticos biodegradables a partir del tomate

Algunas verduras tienen una piel muy resistente, aunque fina. Es el caso del tomate. Científicos han analizado los componentes químicos de la piel del tomate y han descubierto que contiene un material, un polímero, muy parecido al plástico. El siguiente paso cae por su propio peso: crear un plástico biodegradable obtenido a partir de esa sustancia disponible en la piel del tomate (y de otras verduras). Tal vez en un futuro no muy lejano se puedan elaborar envases en los que se haya sustituido a los derivados del petróleo (como el polietileno), altamente contaminantes, por un material resistente, no tóxico y biodegradable. El trabajo está siendo desarrollado por investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (Consejo Superior de Investigaciones Científicas-CSIC) y el grupo de Biopolímeros Vegetales de la Universidad de Málaga (UMA). José Jesús Benítez y Antonio Heredia son los investigadores principales del proyecto. Han elegido precisamente el tomate por la tradición del grupo de la UMA en el estudio del rajado del fruto antes y después de la recolección. Ya tenían, pues, un parte del trabajo hecho. Algunos tomates, en concreto, la diminuta variedad cherry, se estropeaban en los viajes, no eran resistentes. Analizaron, pues, la estructura de la piel y descubrieron que el material responsable su firmeza y su consistencia era un tejido llamado cutina. La cutina es el principal componente de la piel de muchos frutos. Se trata de un biopolímero cuya función principal es la de regular la salida de agua, pero también protege al vegetal del exterior. El paso siguiente fue sintetizarlo en el laboratorio. Se creó un material anaranjado y sedoso con el que, después de algunas pruebas, se comprobó que podría servir para elaborar plásticos biodegradables y reciclables al cien por cien. Ya existen plásticos elaborados a partir de fécula de patata o almidón de maíz, pero en el caso del tomate, no repercute en la cadena alimentaria ni hay que manipular cosechas genéticamente. Sólo hay que reutilizar los desechos que se generan en una fábrica de zumo de tomate o productos como salsa de tomate.

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Una última ventaja es que, al ser de color anaranjado, podría servir para proteger los productos de la luz. Incluso si se usa como plástico de los invernaderos almerienses (donde se cultiva el tomate, entre otras muchas verduras), pues podría servir de abono para cosechas posteriores. 4. Procesos de manufactura del plástico y máquinas utilizadas. La fabricación de los plásticos y su manufactura implica cuatro pasos básicos que son: La obtención de la materia prima, la síntesis del polímero básico, la composición del polímero como un producto utilizable industrialmente y el moldeo ó deformación del plástico en su forma definitiva. El moldeo del plástico consiste en dar la forma y medida deseada a un plástico por medio de un molde. El molde es una pieza hueca en la que se vierte el plástico fundido para que adquiera su forma. Para ello los plásticos se introducen a presión en los moldes. En función del tipo de presión, se tienen: moldeo a alta presión y moldeo a baja presión. El moldeo a alta presión, se realiza mediante máquinas hidráulicas que ejercen la presión suficiente para el moldeado de las piezas. Básicamente existen tres tipos : Compresión. Inyección. Extrusión. 4.1. Compresión En este proceso, el plástico en polvo es calentado y comprimido entre las dos partes de un molde mediante la acción de una prensa hidráulica, ya que la presión requerida en este proceso es muy grande. Fig. 1.3

Figura 1.3 Máquina de compresión. 4.2. Inyección Consiste en introducir el plástico granulado dentro de un cilindro, donde se calienta. En el interior del cilindro hay un tornillo sinfín que cuando el plástico se reblandece lo suficiente, lo inyecta a alta presión en el interior de un molde de acero para darle forma. El molde y el plástico inyectado se enfrían mediante unos canales

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interiores por los que circula agua. Por su economía y rapidez, el moldeo por inyección resulta muy indicado para la producción de grandes series de piezas. El equipo utilizado es una máquina de inyección, figura 1.4.

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Figura 1.4 Máquinas de inyección. 4.3. Extrusión Consiste en moldear productos de manera continua, ya que el material es empujado por un tornillo sinfín a través de un cilindro que acaba en una boquilla, la que produce una tira de longitud indefinida. Cambiando la forma de la boquilla se pueden obtener barras de distintos perfiles. También se emplea este procedimiento para la fabricación de tuberías, inyectando aire a presión a través de un orificio en la punta del cabezal. El equipo utilizado es una máquina de extrusión, figura 1.5.

Figura 1.5 Máquina de extrusión. 4.4. Moldeo a baja presión El moldeo a baja presión, se emplea para dar forma a láminas de plástico mediante la aplicación de calor y presión hasta adaptarlas a un molde. Se emplean, básicamente, dos procedimientos: El primero consiste en efectuar el vacío absorbiendo el aire que hay entre la lámina y el molde, de manera que ésta se adapte a la forma del molde. El equipo utilizado es una máquina de termoformado al vacío. El segundo procedimiento consiste en aplicar aire a presión contra la lámina de plástico hasta adaptarla al molde. Este procedimiento se denomina moldeo por soplado. 4.5. Colada La colada consiste en el vertido del material plástico en estado líquido dentro de un molde, donde fragua y se solidifica. La colada es útil para fabricar pocas piezas o cuando se emplean moldes de materiales baratos de poca duración, como escayola o madera. Debido a su lentitud, este procedimiento no resulta útil para la fabricación de grandes series de piezas. 4.6. Espumado

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Consiste en introducir aire u otro gas en el interior de la masa de plástico de manera que se formen burbujas permanentes. Por este procedimiento se obtiene la espuma de poliestireno, la espuma de poliuretano (PUR), entre otras. 4.7. Calandrado Consiste en hacer pasar el material plástico a través de unos rodillos que producen mediante presión, láminas de plástico flexibles de diferente espesor. El equipo utilizado es una máquina de rotomoldeo. 4.8. La máquina de inyección. La máquina de inyección, tiene la función de inyectar el plástico en un molde en el que se encuentra impresa la forma de la pieza final. 4.9. Tipos de máquinas de inyección. La gran diversidad y complejidad de los productos obtenidos a partir del método de moldeo por inyección exige, que exista una diversidad de máquinas de inyección que faciliten los requisitos exigidos en procesos de producción, entre las que destacan: 1. Con sistema de Pre-plastificación. 2. Para moldeo descentrado. 3. Giratoria (FiFo). 4. De inyección de multicomponentes. 5. De coinyección (proceso sándwich). 6. De inyección de pintura en el molde (IPT). 7. De inyección para espumas rígidas. 8. De inyección asistida por gas. 9. De moldeo por inyección reactiva (RIM). 10. De inyección con fundido pulsante. Además de los distintos tipos de máquinas, existen también distintos arreglos en las unidades de inyección, como lo son: 1. 2. 3. 4.

Inyección y cierre horizontal (posición normal). Cierre horizontal con inyección vertical. Cierre e inyección vertical. Cierre vertical e inyección horizontal.

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4.10. Descripción de la máquina de inyección. La descripción se refiere al tipo normal de máquinas de inyección. Una máquina de moldeo por inyección tiene como función realizar un ciclo de trabajo, con un molde de inyección de plástico, para lo cual el molde es montado en las dos unidades principales, que son la unidad de cierre y la unidad de inyección. En una máquina de inyección pueden identificarse diferentes partes fundamentales, las cuales normalmente se agrupan dentro de las siguientes unidades: 1. 2. 3. 4.

Unidad de cierre. Unidad de inyección. Unidad de potencia. Unidad de control.

1.- La unidad de cierre Cuenta con los dispositivos necesarios para la colocación accionamiento y funcionamiento de las dos mitades del molde, su funcionamiento es semejante al de una prensa de compresión [4]. Por razones de costo, frecuentemente se utiliza un sistema mecánico a base de palancas acordadas para máquinas con capacidad de hasta 10 000 KN de fuerza de cierre, mientras que para máquinas mayores se prefiere el sistema hidráulico [5]. 2.- La unidad de inyección Comprende las partes necesarias de la máquina para la carga, plastificación e inyección de plástico. Esta unidad tiene la función de cargar y plastificar el material sólido mediante el giro axial del tornillo con la finalidad de inyectar el material plastificado hacia las cavidades del molde y mantenerlo bajo presión hasta que sea eyectado. Existen tres tipos importantes de unidades de inyección [5]: 1. Unidades de pistón de una fase. 2. Unidades de pistón de dos fases pistón-tornillo. 3. Unidades en línea con tornillo alternativo.

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En la actualidad el más usado es la unidad en línea con tornillo alternativo. 3.- La unidad de potencia Comprende el conjunto de dispositivos necesarios de la máquina para transformar y suministrar la fuerza motriz a la unidad de inyección y de cierre. Las máquinas emplean dos sistemas de potencia uno para el cierre del molde y otro para la inyección [5]. 4.- La unidad de control Es la parte necesaria de la máquina para que se realice el proceso de una forma predeterminada y pueda variarse. El sistema de control está ligado íntimamente al de potencia, a través del cual las distintas señales se convierten en movimientos de las unidades de inyección y cierre. 1.5.3 Características principales de una máquina de inyección. Las características principales de una máquina de inyección son aquellas que permiten definir las limitaciones en el tamaño y en el peso de la pieza a inyectar, tamaño de molde, producción, entre otros, estas características generales incluyen las especificaciones del fabricante de la máquina, en las cuales destacan las unidades de presión y de cierre, ya que es más común diseñar un molde para utilizarlo en una máquina determinada, que diseñar un molde y buscar un modelo de máquina que cumpla con los requerimientos del mismo . Las partes principales de una maquina de inyección se muestra en la figura 1.6 La unidad de inyección es la parte plastificante de la máquina se tienen varias características de importancia, que permiten definir y comparar capacidades [5]: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Diámetro del husillo. Volumen a inyectar. Presión de inyección. Relación L/D. Velocidad máxima del husillo. Velocidad de inyección. Capacidad de plastificación.

Entre las principales características de la unidad de cierre están [5]: 1. Fuerza de cierre. 2. Altura máxima del molde. 3. Carrera de apertura. 4. Espacio entre barras.

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Dentro de la unidad de cierre, el tamaño mínimo de una prensa está determinado por la presión requerida para cerrar el molde durante el ciclo de moldeo.

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CAPITULO 2

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CAPITULO3

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Capitulo 4 Los moldes de inyeccion de plastico

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4.1

Definición de moldes de inyección.

Para dar una definición de molde de inyección podemos decir que: En ingeniería, el moldeo por inyección es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero, cerámico o un metal en estado fundido (o ahulado) en un molde cerrado a presión y frío, a través de un orificio pequeño llamado compuerta. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada4. O también: Es una herramienta para la inyección de plástico en estado líquido, que por medio de una cavidad previamente mecanizada y pulida se hace fluir el material plástico en estado líquido y cuya funcionalidad radica en la obtención de una pieza irregular. Por medio de este procedimiento de obtención de piezas plásticas se obtiene la misma geometría y dimensiones en un gran volumen de piezas.5 Entonces, podemos deducir que un molde es una herramienta que se instala en una maquina inyectora de termoplástico a presión, y que dentro del molde se encuentra la cavidad que es el negativo del producto que deseamos obtener, en la cual el plástico; previamente derretido, es inyectado y toma la forma de la cavidad entonces el molde es enfriado y el plástico solidificado es extraído al abrir el molde.

4 5

Extraido de http://es.wikipedia.org/wiki/Moldeo_por_inyecci%C3%B3n Extraido de http://www.cga.com.co/index.php?option=com_content&task=view&id=212&Itemid=262

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4.2. Partes constitutivas del molde.6 El diseñador de moldes siempre enfrenta retos distintos en cada proyecto, cada pieza de inyección tiene características particulares que la hacen única. Esta singularidad hace de cada molde un conjunto único de piezas, que si bien se pueden describir de manera general, se deberá tener especial atención a los detalles geométricos, estéticos, mecánicos y económicos de la pieza a moldear. Así mismo, veremos que existen distintas nomenclaturas y nombres técnicos distintos para una misma parte del molde, sin embargo, si comprendemos la función de cada una de las piezas podremos entonces familiarizarnos rápidamente con nuevos términos descriptivos:

LADO FIJO LADO INYECCION Anillo centrador Placa portamolde inyeccion Buje de colada Placa A Columnas Cavidad

LADO MOVIL LADO BOTADOR Anillo centrador Placa portamolde botador Tacos distanciadores Placa botadora inferior Botadores Placa botadora superior Placas paralelas Bujes de columnas Placa B Punzon

La tabla anterior refleja la configuración estándar de un molde, en realidad lo que define esta composición es la pieza y como se concibe en el principio del diseño en cuanto a la forma en que se haya de inyectar. Es por este motivo que más adelante se verán algunos de los tipos de moldes más comerciales. En general, las partes de los moldes estándar (de dos placas y colada fría) se pueden enumerar de la siguiente forma: A continuación se muestra una figura representativa de este tipo de molde y su descripción:

6

Extraido de http://es.scribd.com/doc/30780131/Capitulo-5-Diseno-de-Moldes-de-Inyeccion-de-Plastico

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1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.

Brida Placa aislante Tornillo Tornillo Tope Muelle de tirante de expulsión Tirante de expulsión Columna de apoyo Buje de columna Cáncamo Sonda de temperatura Pin o Guiador Tornillo Guía de corredera Muelle de corredera Tornillo Buje de colada o Bebedero Anillo de centrado Pieza Pozo de bebedero Centrador Columna Buje de columna

1. Brida. También conocida como clamp, sirve para fijar las placas sujetadoras a las 2. 3. 4. 5.

platinas fija y móvil. 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. Tornillo. Elemento de sujeción. Tornillo. Elemento de sujeción. Tope. También conocidos como taco distanciador de la placa de expulsión. Sirve para evitar que las superficies de la placa portamolde botador y la placa botadora inferior se peguen por efecto del vacío creado por dos superficies rectificadas. También sirven para evitar el choque directo de ambas placas cuando la placa botadora inferior regresa a su posición de inicio.

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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. Buje de columna. 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 arilo 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.Pin o Guiador. Mayormente conocido como perno dowel. Es un elemento de guiado entre el ensamble de placas. 13.Tornillo. Elemento de sujeción. 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.Buje de colada o 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 anillo 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

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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 actúan 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.Buje de columna. Elemento de desgaste para el frecuento deslizamiento de el perno guía. Como ya se mencionó, existen muchos otros elementos que constituyen a un molde, sin embargo, detalles más específicos de este tipo de aplicaciones especiales se verá más a detalle en los siguientes apartados. 4.3. Tipos y clasificación de moldes. Si se observa críticamente un gran número de moldes de inyección, resultan determinados grupos y clases que se diferencian entre sí por su construcción completamente diferente. Tal clasificación, si es que quiere ser comprensible, no puede contener todas las posibilidades de combinación entre los diferentes grupos y clases. Es posible que nuevas experiencias y resultados obliguen a una ampliación de la misma. 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.

La norma DIN E-16-750 "Moldes de inyección para materiales plásticos" contiene una división de los moldes según el siguiente esquema:      

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.

Análogamente los moldes de canal caliente para la inyección de materiales termoplásticos existen moldes de canal frío para la inyección sin colada de materiales termoestables.

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4.3.1. Molde de dos placas. Este tipo de molde es el más utilizado en la inyección de plásticos, debido a su sencillez de construcción y a la gran variedad de productos que se pueden hacer con este tipo de moldes. Fig. 5.3 Molde estándar o de dos placas.

4.3.2. M de carros auxiliares exteriores. oldes

Este tipo de moldes son para aplicaciones donde el

formado de la pieza impediría el desmoldeo, en la figura 5.4 tenemos una tapa con rosca externa, por lo que es necesario desmoldar la pieza a través de carros laterales. Estos carros se retiran al mismo tiempo que

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el molde se abre para expulsar la pieza.

Fig. 5.4 Molde con carros auxiliares.

4.3.3. Molde de corazones colapsibles Cuando la pieza presenta problemas de desmoldeo debido a las contrasalidas o negativos para la expulsión es necesario el uso de carros auxiliares, sin embargo en algunas aplicaciones es altamente costoso el uso de estos carros por el tamaño de molde resultante, es por eso que se pueden utilizar corazones colapsibles para desmoldar piezas complejas.

Fig. 5.8. Molde de corazones colapsibles

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4.3.4. Molde de tres placas. Con la fabricación de moldes de tres placas tenemos dos planos de separación, con lo cual la ruptura de la colada es relativamente limpia si no está situada en superficies vistas o de función; no es necesario ningún proceso posterior para desprender la colada. En la figura 5.12 vemos como al abrir el molde la colada es separada de la pieza en un plano de partición I, distinto a la linea de partición de la pieza II. Es necesario proveer de mecanismos de apertura con gatillos o trinquetes para el adecuado funcionamiento de este tipo de moldes.

Fig. 5.13 Molde de tres placas Como se dijo anteriormente, la clasificación de los moldes es muy grande puesto que cada uno tiene su particularidad de acuerdo a la pieza que se quiera inyectar. Como no es ese el

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estudio de esta monografía se decidió dar pautas acerca de su clasificación para así poder comprender la mecánica de la inyección de plásticos.

CAPITULO 5 EL DISEÑO DE MOLDES 5.1. Introducción Hoy en día, la sociedad moderna convive con un sinnúmero de piezas fabricadas en distintas clases de plásticos ya sean de gran rigidez o muy elásticos, cabe destacar que como reemplazo de los metales; los plásticos, han ganado un gran mercado. Además, con la gran variedad de plásticos se pueden fabricar piezas acordes a diversas funciones.

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En el proceso de diseño de un molde de inyección se suceden un número de pasos que hay que respetar para tener un diseño sistemático, ordenado y confiable. Y todo comienza con el producto; la pieza que se quiere obtener, pero esta “pieza” necesita cumplir ciertos requerimientos para poder ser inyectada como ser: ángulo de salida, conservar espesores uniformes de pared, nervios (si se requiere rigidez), etc., y otros factores que analizaremos más adelante. Teniendo un producto “inyectable” y luego de pruebas en software CAE (Computer Aids Enginering) podemos certificar nuestra pieza para poder empezar el diseño del molde. Uno de estos software es el conocido Moldflow de Autodesk. Teniendo nuestra pieza certificada, se empieza por el desmolde de las cavidades en un software CAD (Computer Aids Designe), Tales como: Solid Works, Inventor, Solid Edge, Pro Enginer, etc., para luego ir diseñando poco a poco el molde. En adelante se seguirá un orden lógico de pasos a seguir para el diseño de moldes. 5.2. Diseño del producto 5.2.1. Grosor de pared uniforme en las piezas de plástico Un buen diseño de moldeado por inyección reside en un grosor de la pared consistente, con el fin de minimizar la posibilidad de que las piezas se alabeen o se distorsionen. Tales defectos se pueden evitar tomando las siguientes consideraciones:   

Evitar el alabeo Evitar el hundimiento Relaciones nervadura-grosor de la pared 5.2.1.1.

Evitar el alabeo

Alabeo de la pieza.- Debido a que las secciones más finas se congelan más rápidamente que las más gruesas, existe la posibilidad de que se cree una tensión entre las secciones gruesas y finas, produciendo un alabeo de la pieza. Por lo tanto, es una buena idea que en el diseño de las piezas que se van a moldear por inyección, el grosor de la pared sea consistente y que se eviten las zonas gruesas siempre que sea posible.

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Como evitar el alabeo El alabeo debido a la tensión en la transición de las fases entre el grosor de la pared se puede evitar utilizando una rampa. Las chapas de refuerzo pueden ser muy útiles para ofrecer un apoyo en las esquinas y así evitar el alabeo.

A. Concentraciones de mucha tensión B. Concentraciones de tensión reducidas C. Las paredes más finas causan el hundimiento durante el enfriado. D. Las chapas de refuerzo aportan un apoyo adicional para reducir el alabeo.

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5.2.1.2.

Evitar el hundimiento

Marcas de hundimiento.- A medida que el plástico se solidifica en el molde su parte externa se congela (cerca de la superficie del molde) hacia dentro. En las secciones gruesas el resultado es la aparición de una tensión de tracción interna (debido a la contracción) que puede causar marcas de hundimiento en las superficies externas de la pieza. El grosor de la pared más fina y no uniforme a menudo puede resultar en hundimientos del material debido a las mismas físicas de solidificación que se han descrito anteriormente. El uso del grosor de la pared más fina y uniforme ayuda a evitar el hundimiento.

A. Saliente superficial en la esquina causa hundimiento B. Las paredes más finas en el saliente superficial elimina el hundimiento C. Las paredes gruesas causan hundimiento, alabeo y se encogen en exceso D. Las paredes más finas ofrecen una pieza precisa

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5.2.1.3.

Relaciones nervadura-grosor de la pared

Las nervaduras finas en paredes más gruesas proporcionan rigidez, pero también pueden crear el hundimiento de la parte exterior de la pared. Esta regla general debería evitar que esto pasara.

Para prevenir el hundimiento, el grosor de la nervadura debería ser más o menos la mitad del grosor de la pared.

Grosor recomendado para la pared de las piezas según el tipo de resina Resina Grosor de la pared recomendado (mm) ABS 1,143 - 3,556 Acetal 0,762 - 3,048 Acrílico 0,635 - 3,810 Polímero de cristal líquido 0,762 - 3,048 Plásticos reforzados por fibra larga 1,905 - 25,40 Nailon 0,762 - 2,921 Policarbonato 1,016 - 3,180 Poliéster 0,635 - 3,175

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Polietileno Polisulfuro de fenileno Polipropileno Poliestireno Poliuretano

0,762 - 5,080 0,508 - 4,572 0,635 - 3,810 0,889 - 3,810 2,032 - 19,05

La tabla muestra el grosor de la pared que se recomienda de acuerdo a la resina. Tenga en cuenta que las paredes finas sólo funcionan en las piezas pequeñas, y las paredes más espesas se precisan allí donde la resina tiene un largo trecho donde fluir. 5.2.2. Normas de radios y ángulos de salida para piezas moldeadas por inyección El uso correcto del ángulo de salida lateral y el reforzamiento de los filetes ayudarán a la expulsión, añadirán rigidez a las nervaduras de la pieza y a fortalecer el molde. Esquinas redondeadas Sesgo lateral 5.2.2.1.

Esquinas redondeadas

Evite las tensiones innecesarias redondeando las esquinas También es una buena idea, para evitar la creación tensiones en las esquinas definidas. Esto se puede realizar empleando un radio para eliminar las tensiones y también para distribuir el flujo del plástico fundido.

Las esquinas definidas acumulan mucha tensión que entorpece el flujo del plástico.

Las esquinas redondeadas acumulan menos tensión que favorece el flujo del plástico.

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5.2.2.2.

Angulo de salida

Incluir suficiente ángulo de salida El ángulo de salida lateral facilita la eliminación de la pieza del molde y es especialmente importante en el moldeo por inyección rápida cuando los moldes sólo son de tiro recto (cuando no hay acciones laterales, por ejemplo). Las normas asociadas al número de grados de sesgo que se precisa varía dependiendo de la geometría y de otras características de la pieza (por ejemplo, los requisitos de textura de la superficie), pero en general, cuanto más mejor. Aquí le indicamos algunas normas que se deberían seguir:

    

Le recomendamos encarecidamente que utilice al menos 0,5 grados en todas las caras "verticales”. 2 grados funcionan muy bien en la mayoría de las situaciones. 3 grados es el mínimo para una válvula de control (metal deslizante sobre metal). se precisan 3 grados para la textura ligera (PM-T1) se precisan 5 grados o más para la textura pesada (PM-T2)

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Contribuye a la expulsión de la pieza

Minimiza el desgaste de la herramienta y un posible destello con las válvulas de control telescópicas Emplee superficies con la válvula de control sesgada Una “válvula de control telescópica” es cuando una superficie con válvula de control se desliza con respecto a las demás, a medida que el molde se abre y se cierra. Cuanto mayor sea el deslizamiento, mayor será el desgaste y habrá más posibilidades también que haya problemas con el molde (una rotura, por ejemplo) y con la pieza (destellos). Por lo tanto, la “pendiente” de la superficie de la válvula de control telescópica debe estar unos grados en vertical para evitar estos problemas. Este ejemplo muestra la característica de una pieza que se fabrica de manera más fácil con las paredes sesgadas que sin ellas.

Sin sesgar tiene como resultado un

Sesgado tiene como resultado

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deslizamiento de las superficies del molde paralelas

una mejora de las superficies de la válvula de control del molde

5.2.3. Proceso de ahuecado de piezas moldeadas de plástico Las piezas de plástico moldeadas que son demasiado gruesas o tienen secciones gruesas pueden sufrir un encogimiento excesivo, hundirse, formarse burbujas internas, vacíos y estéticas deficientes. Esto se debe al hecho de que el plástico se encoge a medida que se enfría cuando pasa del estado fundido e inyectado al sólido, en piezas a temperatura ambiente. El ahuecado es una técnica que consiste en extraer el material de una pieza de plástico, creándose las paredes y las nervaduras que aportan la fuerza suficiente y las superficies de acople para otras piezas del montaje. Hace falta fabricar el moldeable de la pieza y ahorra costes y peso. Los puntos clave son que las nervaduras tengan la ubicación y el tamaño correctos para que la fuerza se mantenga, especialmente en los plegados, así como dejar las superficies y características que se conectan con las demás piezas, en el montaje de la pieza en la que se está usando. Pueden ser salientes, abrazaderas de resorte, etc.

Ahuecado: Antes y después

ANTES

DESPUÉS

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ANTES

DESPUÉS

5.2.4. Factor de contracción Hasta esta etapa del diseño ya se tiene una pieza capaz de ser inyectada pero para comenzar a hacer un desmolde de las placas cavidad y punzón es necesario tener en cuenta que los diferentes tipos de plásticos tienen un factor de contracción que hay que tomar en cuenta para poder empezar el diseño del molde. Este factor varia de material a material es así que los factores de contracción para varios tipos de plásticos se encuentran en las tablas 1 y 2 de los anexos. Lo único que el diseñador deberá tener en cuenta es hacer más grande el producto en la cantidad que indique el factor de contracción para así conseguir las medidas deseadas en la pieza terminada y con esto se obtienen las medidas que han de tener las placas cavidad y punzón.

5.3. Aspectos fundamentales en la construcción de moldes

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Para el desarrollo sistemático del diseño de un molde de inyección es necesario tener una secuencia de datos y pasos para que el diseño sea más efectivo. Es de esta manera que tablas como la que sigue son muy utiles.

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Esta tabla nos da la información necesaria para poder esquematizar a grandes rasgos el diseño del molde, ya que nos da la configuración que se adoptará para empezar el diseño. 5.4. 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). Capacidad de plastificación (cm3/min). Fuerza de cierre (kN). Distancia entre barras (cm). Requerimiento de producción (piezas/min). Tiempo de ciclo estimado de la pieza (s).

Estos criterios pueden ser cuantificados fácilmente. Con estos se puede determinar el máximo teórico de cavidades en el molde. Primero 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.

Donde: : Cant. Máx. Cav. en función del volumen (adimensional). Vm: Volumen máximo de plastificación de la máquina (cm3). Vp: Volumen de la pieza + Volumen de colada (cm3).

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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. Debe de considerarse por supuesto también la capacidad de plastificación de la máquina. En este caso el máximo teórico de cavidades sería:

Donde: : Cant. Máx. Cav. en función del volumen (adimensional). Qm: Caudal o capacidad de plastificación de la maquina (cm3/min). Rm: Requerimiento de piezas por minuto(cm3/min). Vp: Volumen de la pieza + Volumen de colada (1/min).

Unan regla práctica nos indica que:

5.5. Diseño de piezas del molde 5.5.1. Anillo centrador El anillo centrador cumple la función de guiar el molde y posicionarlo al centro de la placa fija y/o la placa móvil de la maquina inyectora. Cabe aclarar que en las placas fija y en algunas maquinas en la placa móvil se halla un orificio de un diámetro específico para cada inyectora, es en este orificio que se aloja el anillo centrador con ajuste f8 según el catalogo de partes HASCO. En la placa portamolde lado inyección se practica un agujero del diámetro del anillo centrador con una profundidad de 5mm, con ajuste J7. La fijación se puede realizar con dos pernos de un diámetro de 6 o 8 mm. Esto porque los pernos no son sometidos a ninguna carga traccionante ya que solo se encarga de retener el anillo a las placas. Además puesto el molde en la maquina

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inyectora y asegurándose del encastre correcto entre el anillo centrador y el orificio de la maquina se procede a fijar el molde con bridas en las dos placas. Según el catalogo HASCO tenemos:

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5.6. Buje de colada El buje de colada o casquillo del bebedero conecta la boquilla de la máquina con el sistema de colada. Para asegurar la eyección limpia desde el buje el casquillo debe tener un acabado liso, internamente es cónico y debe ser pulido en la dirección de drenaje. El uso de un extractor de bebedero positivo se recomienda. Un depósito de material frío también debe ser incluido en el diseño. Esto evita que un lingote de material frío entre en el sistema de alimentación y, finalmente, la parte, que podrían afectar a las propiedades finales de la pieza acabada. Las dimensiones de la mazarota dependerán principalmente de las dimensiones de la pieza moldeada, en particular, el espesor de pared. Como pauta:  El bebedero no debe congelarse antes de cualquier otra sección transversal con el fin de permitir la transmisión de suficiente presión de mantenimiento.  El bebedero debe ser sencillo y fiable.

5.7. Canales de colada Luego del bebedero o buje colada ha de llegarse a un canal de colada, si el molde es multicavidad. La sección transversal ideal para un canal de colada es la circular, con esta se asegura el flujo de masa fundida y es favorable para el enfriamiento. Sin embargo, se necesita más esfuerzo para construir los corredores circulares, porque la mitad se debe maquinar en la parte fija del molde y la otra - 49 -


mitad en la parte móvil del molde. Cuanto mayor sea la relación de superficie a volumen, más eficiente será el corredor. Los canales trapezoidales en una de las dos mitades del molde proporciona una alternativa más barata (ver figura abajo). La sección transversal trapezoidal redondeada combina la facilidad de mecanizado en una mitad del molde con una sección transversal que se aproxima a la forma circular deseada. La altura de un corredor trapezoidal debe ser al menos 80% de la anchura máxima. De todos los canales el de la mitad es el que no se recomienda debido a su volumen inferior a la proporción de la superficie.

5.7.1. Las dimensiones del corredor El diámetro de un corredor depende principalmente de su longitud, además de la parte de volumen, longitud de flujo en la pieza, la capacidad de la máquina, y el tamaño de la puerta. Generalmente nunca debe ser menor que el espesor de pared más grande del producto y por lo general se encuentran dentro del rango de 3 mm a 15 mm. Las dimensiones recomendadas de canales de colada se - 50 -


proporcionan en la siguiente tabla. La selección de un diámetro de colada en frío se debe basar en los tamaños estándar de la máquina de corte de la herramienta.

Mientras que los canales grandes facilitan el flujo del material a presiones relativamente bajas, se requiere un tiempo largo de enfriamiento, más consumo de materiales y desechos, y más fuerza de sujeción. Diseñar el sistema del canal más pequeño es lo más adecuado, se maximiza la eficiencia, tanto en el uso de materias primas y el consumo de energía en el moldeo. La reducción de tamaño del canal se ve limitada por la capacidad de inyección de la máquina. Inicialmente los diámetros de canal se pueden calcular con la siguiente fórmula. Además un ajuste exacto se puede realizar con el uso de un software de análisis de flujo donde los efectos tales como el calentamiento por cizalladura y la formación de la capa de piel se pueden tomar en consideración.

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ANEXOS

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Manual de diseño de moldes de inyeccion.

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