Introducción a los moldes de inyección de plástico

¿En qué consiste el proceso de inyección de plástico?

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

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

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

• Inyección.
• Plastificación.
• Expulsión.

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

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

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

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

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

Características técnicas de las máquinas de inyección de plástico

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

Sistema de inyección

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

Sistema de cierre

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

Especificaciones generales

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

Proveedores de moldes de inyección de plástico

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El control de los parámetros en la inyección de plástico

El proceso de inyección de plástico consiste en calentar los pellets de un material termoplástico para transformarlos en un tipo masa a través de un cilindro de plastificación, dándole la forma final al molde. En el proceso de inyección de plástico es necesario optimizar la relación producción-calidad a través del ajuste adecuado de los parámetros.

Los parámetros más importantes para un proceso de inyección son los siguientes:

Ciclo de moldeo en la inyección de plástico

En el ciclo de moldeo destacan los siguientes pasos principales:

• Molde cerrado y vacío. La unidad de inyección carga material y se llena de polímero fundido.
• Se inyecta el polímero abriéndose la válvula y, con el husillo que actúa como un pistón, se transporta el material a través de la boquilla hacia las cavidades del molde.
• La presión se mantiene constante para lograr que la pieza tenga las dimensiones adecuadas, pues al enfriarse puede contraerse.
• La presión se elimina y la válvula se cierra. El husillo gira para cargar material y al girar también retrocede.
• La pieza en el molde termina de enfriarse. La prensa libera la presión y el molde se abre; las barras expulsan la parte moldeada fuera de la cavidad.

Relaciones de presión, volumen y temperatura en la inyección de plástico

• Para obtener un proceso de inyección eficiente, las relaciones entre presión, volumen y temperatura juegan un papel importante.
• Al ascender la temperatura del polímero su volumen específico también aumenta.
• Los polímeros amorfos y semicristalinos tienen un comportamiento diferente durante el enfriamiento.
• En el diseño de equipos de procesos es importante conocer las relaciones de presión, volumen y temperatura de los polímeros que se utilizarán.

Cristalización y deformación de la pieza al enfriarse en el proceso de inyección de plástico

• Al enfriarse, las partes inyectadas se contraen, siendo su volumen menor que el de la cavidad.
• Los polímeros semicristalinos modifican más su tamaño dependiendo de la temperatura en la cual se les permita cristalizar.
• Las cadenas que forman cristales de menor granulometría ocupan menos espacio (mayor densidad) que las cadenas en estado amorfo.
• El grado de cristalinidad afecta directamente a la densidad final de la pieza.
• La temperatura del molde y el enfriamiento deben ser los adecuados para obtener partes de calidad.

Colada fría y caliente en la inyección de plástico

La colada fría es el remanente de polímero solidificado que queda en los canales y por su parte, la colada caliente mantiene al polímero en estado fundido para continuar con la inyección.

Coloración de la pieza en la inyección de plástico

El acabado de la pieza, la identificación y las funciones ópticas dependen de su coloración. Los colores pueden ser opacos y, si el polímero es transparente, se pueden utilizar colores translúcidos.

Existen tres formas de colorear una pieza en los procesos de inyección:

1. Usar plástico del color que se necesita (precoloreados).
2. Usar plástico de color natural y mezclarlo con pigmento en polvo o colorante líquido.
3. Usar un plástico de color natural y mezclarlo con concentrado de color.

Los concentrados de color deben cumplir con la aplicación final de la parte, para utilizar pigmentos o colorantes que no migren a la superficie.

En polioleofinas no se debe utilizar colorantes porque migran.

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Los moldes de inyección de plástico de colada y canal calientes

Los moldes de inyección de plástico de colada y canal fríos

Los moldes de inyección de plástico de colada y canal fríos

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

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

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

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

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

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

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

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

El canal frío en los moldes de inyección de plástico

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

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

Sistemas de colada fría

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

Colada cónica, con o sin barra

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

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

Entrada puntiforme (o capilar)

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

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

Colada de paraguas

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

Colada de disco

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

Entrada de cinta

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

Entrada laminar

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

Entrada de túnel o submarina

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

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

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

Distribuciones en forma de anillo o de estrella

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

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

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