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La 「eaIizaci6n de este t「abajo, eS un eSfue「zo de 「ecaba「 la info「maci6n伽l pa「a ei desa「「O=o de un moide pa「a Ia inyecci6n de un dep6sito de Iiquido de frenos automotriz, aneXando tanto Ia expe「iencia pe「sonal como la compa巾da PO「 mis maest「os, COmParferos e ingenie「OS de Ia industria del plastico, CAPITULO I CAPI丁ULO = CAPI丁ULO川 CAPiTULO iV CAPiTULO V CAPiTULO Vi CAPi丁ULO VII CAPITULO VI‖ CAPITULO IX CAPITULO X CAP ITU LADO EL MOLDE PARA INYECCiON DE PLASTICO MATERIALES PARA LA CONS丁RUCCI6N DEL MOLDE MÅQUINA DE INYECC16N DE PLÅs丁iCO EL PLÅsTICO EN LAS CONSiDERACiONES DE DISENo SiSTEMA DE ALiMEN丁ACION SiS丁EMA DE ENFRiAMIEN丁OS DESMOLDEO DE LA PiEZA PROCESOS DE MANUFACTURA PARA MOLDES COSTO DE UN MOLDE DESARROLLO DEL PROYEC丁O iNS丁iTU丁O POLiTECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE iNGENiERiA MECÅNiCA Y ELEc丁RICA UNIDAD CULHUACAN SUBDIRECCIC)N ACADEMICA OFiCINA DE TITULACiON PROFESIONAL CARTA DE AUTORIZACI6N DE USO DE OBRA En Ia Ciudad de Mexico, a 18 de feb「ero del aho 2019, eI que suscribe Luis AngeI Du「えn A看va「ado a看umno de Ia carre「a de lngenieria Mecanica, COn ndme「O de 「egist「O R-037I19, egresado de ‘la EscueIa Superior de lngenie「了a Mecanica y Eiectrica Unidad Culhuacan’ manifiesto que soy el autor inteiectual deI p「esente t「abajo de Tesis Individua看, bajo la aseso「ia de=ng“ Magda看eno Vえsquez Rodriguez y de=ng“ 1saias Guadalupe Sanchez Cortes y que autorizo ei uso del t「abajo tituIado “Dise吊o de un molde para inyecci6n de plastico,, , a一一nstituto PoIitecnico Nacional, Pa「a Su difusi6n con fines academicos y de investigaci6n. Los usua「ios de Ia informaci6n no debe「an 「ep「oduci「 eI contenido textuaI, g「aficas o datos deI trabajo sin eI permiso exp「eso deI auto「 y/o asesor del trabajo. Este puede ser obtenido esc「ibiendo a Ias siguientes di「ecciones de co「reo‥ neWdeimo@gmaii“com" Si eI pe「miso se otorga, e- usua「io debera da「 el agradecimiento correspondiente y cita「 la fuente dei mismo" Atentamente Luis Ange看Duran Aivarado Instituto Politécnico Nacional Proyecto de titulación por tesis: Diseño de un molde para inyección de plástico PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO Presenta: Luis Ángel Durán Alvarado Asesores: Ing. Sánchez Cortes Isaías Guadalupe Ing. Vázquez Rodríguez Magdaleno 25 de agosto 2019 ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD CULHUACAN 1 | P á g i n a JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS ......................................................................................................... 4 IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES DEL CLIENTE ............................................................................. 5 INTRODUCCIÓN. ............................................................................................................................ 8 CAPITULO 1 EL MOLDE DE INYECCIÓN .......................................................................................... 9 1.1 CICLO DE INYECCIÓN. ......................................................................................................... 10 1.2 CONFIGURACION DE MOLDE. ............................................................................................ 12 1.2.1 LÍNEA DE PARTICION .................................................................................................... 12 1.3 NUMERO DE IMPRESIONES. ............................................................................................... 14 1.4 LA CONTRACCIÓN Y LAS DIMENCION DEL ESPACIO NUCLEO CAVIDAD. ............................. 15 1.4.1 TOLERANCIAS. ............................................................................................................. 16 1.4.2 COMPRENSIÓN DE LA DEFORMACIÓN DE LA PIEZA TERMOPLÁSTICA. ......................... 17 1.5 SIMULACIÓN DEL PROCESO DE LLENADO. .......................................................................... 18 1.6 ANGULO DE DESMOLDEO. .................................................................................................. 19 1.7 ELEMENTOS BÁSICOS DE UN MOLDE. ................................................................................ 19 1.7.1 GUÍA Y CENTRADO EXTERIORES DEL MOLDE. .............................................................. 20 1.7.2 GUÍA Y CENTRADO INTERIORES DEL MOLDE. ............................................................... 21 1.7.3 PLACAS. ...................................................................................................................... 22 1.8 EL MOLDE DE TRES PLACAS. ............................................................................................... 23 CAPITULO 2: MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL MOLDE. ................................................ 24 2.1 DETERMINACIÓN DEL ACERO EN BASE A SU PRODUCCION ESTIMADA. .............................. 25 2.2 LOS ACEROS PARA MOLDE Y SUS PROPIEDADES. ............................................................... 26 2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS PARA FABRICACIÓN DE MOLDES. ...................................... 27 2.3.1 ACEROS DE CEMENTACIÓN .......................................................................................... 27 2.3.2 ACEROS DE TEMPLE TOTAL .......................................................................................... 27 2.3.3 ACEROS BONIFICADOS (PARA EMPLEO EN EL ESTADO DE SUMINISTRO). ..................... 28 2.3.4 ACEROS RESISTENTES A LA CORROSIÓN ....................................................................... 28 2.3.5 ACEROS DE NITRURACIÓN ........................................................................................... 29 2.4 METALES NO FERROSOS ..................................................................................................... 30 2.4.1 ALEACIONES DE COBRE-BERILIO-COBALTO .................................................................. 30 2.4.2 ALUMINIO Y SUS ALEACIONES ..................................................................................... 30 CAPITULO 3: MÁQUINA DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO. ................................................................... 32 3.1 COMPONENTES DE LA MÁQUINA DE INYECCIÓN ................................................................ 33 2 | P á g i n a 3.1.1 UNIDAD DE INYECCION ................................................................................................ 33 3.1.2 UNIDAD DE CIERRE ...................................................................................................... 35 3.2 PRESIÓN DE INYECCIÓN ...................................................................................................... 36 3.2.1 DESARROLLO DE PRESIÓN DE UNA MÁQUINA DE MOLDEO ......................................... 37 3.3 ESPECIFICACIÓN CAPACIDAD DE DISPARO DE LA UNIDAD DE INYECCIÓN ............................ 38 3.4 CAPACIDAD DE PLASTIFICACIÓN ......................................................................................... 38 3.5 DETERMINACIÓN DE LA FUERZA DE CIERRE REQUERIDA (MÉTODO CONSERVADOR) .......... 39 3.5.1 SEGUNDO MÉTODO PARA EL CALCULA LA FUERZADE CIERRE. ................................... 39 CAPITULO 4: EL PLÁSTICO EN LAS CONSIDERACIONES DE DISEÑO ................................................ 41 4.1 CLASIFICACIÓN DE LOS POLIMEROS .................................................................................... 42 4.2 CLASIFICACIÓN DE TERMOPLASTICOS POR CONSUMO DE LOS TERMOPLASTICOS .............. 43 4.3 PROPIEDADES DE LOS TERMOPLASTICOS. ........................................................................... 44 CAPITULO 5: SISTEMA DE ALIMENTACIÓN .................................................................................... 46 5.1 MANGUITO DEL BEBEDERO ................................................................................................ 48 5.1.1 MAZAROTA .................................................................................................................. 50 5.1.2 POZO FRÍO ................................................................................................................... 50 5.2 CANALES DE DISTRIBUCIÓN ................................................................................................ 51 5.2.1 TIPOS DE SECCIONES DE CORREDORES........................................................................ 54 5.3 ARREGLOS DE CORREDORES ............................................................................................... 54 5.4 COMPUERTAS DE ESTRANGULAMIENTO ............................................................................. 56 5.4 .1DISPOSICIÓN DE LAS ENTRADAS EN LA PIEZA OBTENIDA POR INYECCIÓN .................... 58 5.4.2 TIPOS DE ENTRADA ...................................................................................................... 59 5.5 SALIDA DE AIRE.................................................................................................................. 62 CAPITULO 6: SISTEMA DE ENFRIAMIENTOS .................................................................................. 63 6.1 TIEMPO DE ENFRIAMIENTO ................................................................................................ 65 6.2 DETERMINACIÓN DEL CALOR QUE DEBE DISIPARSE. ........................................................... 66 6.3 CONFIGURACION DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENO .............................................................. 68 CAPITULO 7: DESMOLDEO DE LA PIEZA ........................................................................................ 70 7.1 SISTEMA DE BOTADORES .................................................................................................... 70 7.2 RETROCESO DEL EYECTOR .................................................................................................. 73 7.3 EXPULSIÓN EN MOLDE DE TRES PLACAS ............................................................................ 74 7.4 COMBINACIÓN DE SISTEMAS .............................................................................................. 74 3 | P á g i n a 7.5 DESMOLDEO DE CONTRASALIDAS ...................................................................................... 75 7.6 DESMOLDEO DE ROSCAS .................................................................................................... 76 CAPITULO 8: PROCESOS DE MANUFACTURA PARA MOLDES ......................................................... 77 8.1 METODOS CONVENCIONALES DE MANUFACTURA .............................................................. 78 8.2 METODOS AVANZADOS DE MANUFACTURA ....................................................................... 79 8.3 TRATAMIENTOS TÉRMICOS ................................................................................................ 80 8.4 ACABADO DE LA SUPERFICIE............................................................................................... 81 8.5 AJUSTES Y TOLERANCIA ...................................................................................................... 83 8.5.1 CLASES DE AJUSTES ..................................................................................................... 85 8.6 DIBUJOS PARA MANUFACTURA .......................................................................................... 85 CAPITULO 9: COSTO DE UN MOLDE .............................................................................................. 87 9.1 COSTOS EN DISEÑO ............................................................................................................ 87 9.2 COSTOS EN MATERIALES .................................................................................................... 87 9.3 COSTOS EN MECANIZADO .................................................................................................. 88 CAPITULO 10: DESARROLLO INTEGRAL DEL PROYECTO ................................................................. 89 BIBLIOGRAFIA: ............................................................................................................................. 98 4 | P á g i n a JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS La industria del plástico es una de las más dinámicas de la economía a nivel global. Solo en México el valor del mercado de la industria del plástico supera los 23 mil 400 millones de dólares. Hoy en día para México al producir 7 millones de toneladas anuales, lo posiciona dentro de los 10 países consumidores de moldes, troqueles y herramentales más grandes del mundo. Sin duda, es un tema crucial para el desarrollo y la competitividad de la industria manufacturera en el país. Los moldes para inyección de plástico que se usan en México son importados en un 95%, debido a que no hay una industria local comparable de la cual puedan adquirirse. La falta de capacidad para producir estos implementos encarece la manufactura de piezas plásticas. Los Moldes y troqueles es un segmento de negocios desaprovechado en el país y con alto potencial. La fabricación de moldes y herramentales es un paso que no hemos podido dar en México. Se ha complicado por varias razones, por ejemplo, que se fabrican con acero de alta resistencia y que en el país hay poca oferta de este tipo de material. A ello se añade que su producción no es sencilla y requiere de mano de obra especializada para diseñar, fabricar y reparar moldes y herramentales. La información del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) indica que las empresas mexicanas solo proveen entre 5% y 10% de los moldes, troqueles y herramentales que se requieren en el país; en tanto que la mayor parte provienen de Estados Unidos, Canadá, Alemania, Portugal, España y Asia. La consultora VSI Consulting señala que aproximadamente 85% de las empresas mexicanas de moldes y matrices son talleres sin ningún tipo de certificación, y además las empresas nacionales se han especializado más en la reparación de moldes de poco valor. Concluye que es importante impulsar la participación de las empresas en actividades de mayor valor agregado, mediante la especialización del capital humano, la certificación de capacidades productivas y humanas, la generación de información especializada y la transferencia y/o desarrollo tecnológico. De igual manera las empresas mexicanas requieren de máquinas y herramientas adecuadas para poder manufacturar molde de 3 o más toneladas, de no ser así, se replegaran a moldes pequeños y a veces de poco valor agregado. Se requieren de tener y aplicar la información de forma oportuna para evitar contratiempos innecesarios, aunado de buenas prácticas en el taller. El entendimiento claro de todo lo que conlleva un molde, permitirá a las empresas mexicanas conducirse de una manera sustentada en la toma de decisiones respecto al diseño y fabricación de un molde de inyección de plástico. De manera no tan marcada se mencionara la importancia del uso de la tecnología del software de simulación de llenado por inyección de plástico y la manufactura asistida por ordenador como una herramienta más delingeniero mecánico. PLANTEAMIENTO DE LA NECESIDAD DEL CLIENTE. Un cliente potencial necesita producir una pieza de plástico cuya oferta es limitada, además desea insertarse en el mercado de autopartes con este producto. El desarrollo del proyecto de un molde de inyección de plástico es para la obtención de un depósito de líquido de frenos automotriz. La información del producto respecto a su configuración física y el material que será inyectado es proporcionada por el cliente. Esperando de nosotros una propuesta de un herramental competitivo. 5 | P á g i n a OBJETIVO GENERAL El objetivo de la elaboración de este proyecto, es el de aporta las ideas y el proceder adecuado para el diseño de un molde de inyección de plástico, para llevarlo a un buen término. Para ello se dan las bases teóricas y algunas recomendaciones acerca del tema, bases que son necesarias en la toma de cada una de las decisiones que se presentaran en la conceptualización y materialización del molde. OBJETIVO PARTICULAR Ofrecer a nuestro cliente un herramental que cumpla sus necesidades y especificaciones de mercado. Es decir un molde para la inyección de plástico de calidad. Especificaciones de desempeño. Deberá garantizar el llenado de la pieza. Deberá tener un ciclo de operación optimizado. (Rápido, constante, productivo) Deberá garantizar la producción esperada. Deberá adaptarse a la máquina de inyección del cliente. Deberá cumplir con tolerancias. Deberá ser lo más automatizado y a un de costo razonable. IDENTIFICACIÓN DE NECESIDADES DEL CLIENTE El éxito económico de la mayoría de las empresas depende de su capacidad para identificar las necesidades de los clientes y para crear rápidamente productos que satisfagan estas, alcanzar estos objetivos es un problema de desarrollo de producto el cual es el conjunto de actividades que comienzan con la percepción de una venta y entrega de un producto en este caso el herramental. El desarrollo de productos es una actividad interdisciplinaria que requiere contribuciones de casi todas las funciones de una empresa; sin embargo, tres funciones son casi siempre centrales para un proyecto de desarrollo de producto. Diseño, manufactura y comercialización. Para identificar de manera integral un conjunto de necesidades del cliente se debe de interactuar con los clientes y experimentar el entorno de uso del producto. Sin esta experiencia, es probable que las compensaciones técnicas no se realicen correctamente, que no se descubran soluciones innovadoras para las necesidades de los clientes y que el equipo de desarrollo no desarrolle un compromiso profundo para satisfacer las necesidades de los clientes. El proceso de identificación de las necesidades del cliente es una parte integral del proceso de desarrollo del herramental y está más estrechamente relacionado con la generación de conceptos, la evaluación comparativa competitiva y el establecimiento de especificaciones del herramental. El proceso de desarrollo del concepto implica una distinción entre las necesidades del cliente y las especificaciones del producto. Las necesidades son independientes de cualquier herramental particular que podamos desarrollar. El equipo debe ser capaz de identificar las necesidades de los clientes sin saber si o 6 | P á g i n a cómo resolverá esas necesidades. Las especificaciones del producto que finalmente decidamos desarrollar dependerán de lo que sea técnica y económicamente viable y de lo que ofrezcan nuestros competidores en el mercado, así como de las necesidades del cliente. Las empresas de inyección generalmente visualizan una oportunidad de mercado particular y establece las restricciones y los objetivos generales del proyecto para abordar el mercado objetivo. Esta información con frecuencia se formaliza como una declaración (función que debe cumplir). Identificar las necesidades del cliente es en sí mismo un proceso, una estructura que contribuye a facilitar prácticas efectivas de desarrollo de productos, siendo un punto de partida para la mejora continua y el refinamiento. - La recopilar de datos sin procesar, implica el contacto con los clientes y la experiencia con el entorno de uso del producto para este tipo de proyectos se utiliza dos métodos: 1. Entrevistas: uno o más miembros del equipo de desarrollo analizan las necesidades con el cliente. 2. Observar el producto en uso: Ver al operador y al moldeador usar un producto similar puede revelar detalles importantes sobre las necesidades del cliente. La observación puede ser completamente pasiva, sin ninguna interacción directa con el cliente, o puede implicar trabajar lado a lado con un cliente, lo que permite a los miembros del equipo de desarrollo desarrollar experiencia de primera mano con el molde. Plantilla de datos del cliente llenada con declaraciones de éste y necesidades interpretadas - Interpretar datos sin procesar en términos de necesidades de los clientes Cada frase u observación puede traducirse en cualquier número de necesidades del cliente. Los analistas pueden traducir las notas de la misma entrevista en diferentes necesidades, de modo que es conveniente y muy útil que más de un miembro del equipo conduzca el proceso de traducción. 7 | P á g i n a Las directrices para interpretar los datos son simples 1: Exprese la necesidad en términos de lo que el producto tiene que hacer, no en términos de cómo puede hacerlo. 2: Exprese la necesidad con el mismo detalle como la información originalmente recopilada. - Organizar las necesidades en una jerarquía. El procedimiento para organizar las necesidades en una lista jerárquica es intuitivo. Lo que nos servirá para dirigir mejor nuestro esfuerzo para dar respuesta a requerimientos más apremiantes 8 | P á g i n a INTRODUCCIÓN. El presente trabajo proporciona los conceptos y recomendaciones necesarios para el diseño de moldes de inyección de plástico. En el capítulo 1 se da una definición de lo que es un herramental para inyección de plástico comúnmente denominado molde de inyección, a lo largo de este capítulo se da una idea clara de lo que conlleva el diseño, la configuración física de un molde. También se desarrollan las primeras consideraciones acerca del número de cavidades, la importancia de determinar la línea de partición, las implicaciones de la contracción que sufren las piezas moldeadas. Por ello se da a conocer las múltiples ventajas que nos da la simulación de llenado. De igual manera, se mencionan los elementos básicos de un molde. En el capítulo 2 se pone énfasis al dar a conocer las características favorables así como sus limitaciones de los aceros, con los que se manufactura los elementos de un molde. En el capítulo 3 se menciona como las características de la máquina de inyección son tomadas en cuenta en la concepción de un molde ya que al ser considerado como un herramental su desempeño dependerá también del acoplamiento por así decirlo con la máquina inyectora. En el capítulo 4 se da una explicación de las características de los polímeros termoplásticos, las cuales son importantes para las consideraciones de diseño del sistema de alimentación de un molde. En el capítulo 5 se da a conocer de qué consta el sistema de alimentación, no sólo de los elementos que lo constituyen, sino también de las configuraciones de los canales de distribución, de los tipos de puntos de inyección. Mencionando sus ventajas y desventajas que estos ofrecen. En el capítulo 6 se trata del sistema de enfriamiento, este sistema será de gran importancia ya que de él depende el tiempo de enfriamiento y con este la productividad de nuestro molde. En el capítulo 7 se aborda el tema de desmoldeo de la pieza, se hará un recuento breve de los diversos modos con que las piezas son desalojadasdel interior del molde. En el capítulo 8 hacemos mención de los procesos de manufactura que comúnmente son utilizados para la fabricación de un molde de inyección de plástico, daremos una breve explicación acerca de tratamientos térmicos, de los acabados superficiales, de los ajustes y tolerancias que conlleva la realización del molde. En el capítulo 9 mencionamos todo lo que implica el costo de la realización de un molde, se dará un panorama general de todo lo que genera un gasto con respecto al molde llámese diseño, manufactura y pruebas de un molde. En el capítulo 10 se aterrizan todos estos conceptos, en el desarrollo de nuestro molde de inyección de plástico para la obtención de un depósito de líquido de frenos automotriz. 9 | P á g i n a CAPITULO 1 EL MOLDE DE INYECCIÓN ¿Qué es un molde? Por definición, es un recipiente o pieza hueca donde se deposita una masa blanda o líquida que, al solidificarse, toma la forma del recipiente. En la industria, un molde es un herramental que consta de un apilamiento de placas en cuyo interior hay espacio que da forma al material vertido. Su función es recibir en material en estado líquido, (ya sea plástico o metal), confinándolo a un espacio con forma determinada para obtener un producto totalmente solidificado. Al ser considerado un herramental es un componente esencial para la producción de una parte plástica específica, que junto a la máquina de inyección forman una unidad. El moldeo por inyección es una técnica muy popular para la fabricación de artículos de plástico, siendo el principal proceso de transformación de plástico, seguido de la extrusión. Un ejemplo de productos fabricados por esta técnica es la gran cantidad de componentes de automóviles, componentes para aviones y en casi cualquier sector industrial. En el proceso de inyección tiene lugar una fusión por el calor (plastificación) de la masa de moldeo; ésta se conduce hacia el molde, a través de los canales de conexión, bajo la acción de una fuerza de extrusión (presión), generalmente muy elevada, que actúa desde el cilindro de plastificación. La cavidad del molde tiene la forma del objeto a fabricar; en ella se produce el moldeo y el enfriamiento de la masa, hasta que ésta alcanza un estado suficientemente estable e indeformable para poder desmoldarla. El moldeo por inyección es quizás, el método de transformación más característico de la industria de plásticos, y de hecho las máquinas de inyección modernas son un ejemplo de máquinas ideadas y fabricadas con vistas a la producción masiva de piezas. El molde consta comúnmente de dos mitades que, por lo general, se fijan directamente sobre las platinas porta molde de la máquina de inyección. La mitad del molde lado inyector y la mitad lado extractor, aparecen en todo molde, independientemente de su forma de construcción. Dichos elementos podrían designarse núcleo o corazón y matriz o cavidad. Las funciones del molde son: Recibir la masa plástica. Distribuirla. Darle forma. Enfriarla y pasarla al estado sólido. Extraer la pieza. 10 | P á g i n a 1.1 CICLO DE INYECCIÓN. El ciclo comienza cuando el sistema efectúa el cierre del molde al desplazar la mitad móvil hacia la parte fija; mientras tanto, en la parte frontal del husillo se encuentra acumulada cierta cantidad de material plastificado, listo para ser inyectado. Al encontrarse suavemente ambas mitades del molde, una gran fuerza actúa para mantenerlo cerrado mientras se lleva a cabo la introducción del plástico por medio de un husillo que se desplaza de forma axial impulsado por un pistón. Durante la fase de inyección se generan muy altas presiones que actúan sobre el área que proyecta el producto en la cavidad del molde, por lo que debe existir una fuerza de cierre suficiente para evitar la apertura del molde y así la aparición de rebaba o flash. Una vez llena en volumen la cavidad del molde, el husillo debe permanecer inmóvil mientras la pieza moldeada adquiere sus propiedades y dimensiones durante el enfriamiento al que es sometida, haciendo circular algún fluido refrigerante en el interior del molde. Dicha etapa de sostenimiento presenta gran importancia debido a que durante ella puede lograrse o perderse la calidad del producto final. La presión que mantiene al husillo en esa posición es de menor magnitud que la presión requerida para desplazarlo en la fase de inyección en el rango de 10 al 60% de la presión de inyección. La cual sirve para compensar la contracción en volumen mediante nueva aportación de material En la etapa de alimentación, carga o plastificación, el husillo comienza a girar sobre su propio eje gracias a la acción de un motor hidráulico, provocando el transporte del material hacia la cámara delantera del cañón. El plástico acumulado en la punta empuja al husillo para que retroceda dejando espacio libre para que más material se acumule en la parte delantera del cilindro. Contrario a este movimiento, la contrapresión actúa regulando la velocidad de desplazamiento axial del husillo y efectuando cierta compactación y homogeneización del material transportado. 11 | P á g i n a Mientras se lleva a cabo la carga de material para el siguiente disparo, la pieza producida termina de enfriarse y adquiere la solidez necesaria para formar una pieza de forma estable. El período de refrigeración termina al efectuar el desmoldeo, una vez abierto el molde. Tras el proceso de llenado y solidificación, el molde se abre por el plano de partición, quedando generalmente la pieza y la mazarota adheridas a la mitad del molde lado extractor. Al continuar el proceso de apertura que acciona el mecanismo de expulsión, el cual desplaza la pieza y la mazarota, separándolas del elemento posterior de moldeo. Al efectuarse el movimiento de cierre se produce la recuperación del mecanismo extractor. Finalizado el movimiento de cierre, de esta manera se completa el ciclo del proceso. Todo este proceso conlleva un tiempo de ciclo de moldeo, que es quizás la medida de desempeño más crítica de todas. El tiempo del ciclo de moldeo es el tiempo total requerido para moldear una pieza terminada. El tiempo de ciclo total incluye el tiempo requerido para inyectar el plástico en el molde, enfriar el plástico, abrir el molde, expulsar la(s) parte(s) y volver a cerrar el molde. El tiempo de enfriamiento del material es el tiempo más extenso, el cual depende de las características del diseño de las líneas de enfriamiento en el molde, del espesor del material moldeado (tamaño de la pieza y geometría) y el tipo de material, que es un factor determinante en el tiempo del ciclo. Muchos factores contribuyen al ciclo de moldeo real incluyendo: las acciones y decisiones del operario, la condición del equipo, el mantenimiento del molde, y las condiciones ambientales 12 | P á g i n a 1.2 CONFIGURACION DE MOLDE. La perfección y características de una pieza moldeada y su respectivo herramental dependerán en su mayor parte del diseño y la correcta manufactura del molde Un buen diseñador debe estar familiarizado con las propiedades de los materiales y las características requeridas de la pieza en función del uso al que se destina. El diseñador tiene la responsabilidad de procurar simplificar al máximo el diseño, sin afectar las características exigidas a la pieza, y no sólo por razones económicas, sino también para facilitar su manufactura, operación y simplificar el ciclo de moldeo. Diseño y economía del molde dos conceptos íntimamente ligados entre sí. El precio de un molde dependerá de su complejidad y tamaño, y esto, a su vez, será consecuencia del tipo de pieza, exigencias técnicas de construcción, tolerancias requeridas y automatismo. Por lo que todo molde es único, está diseñado y fabricado para obtener una pieza determinada, aunque para moldear una misma pieza se pueden diseñar diferentes tipos demoldes. Considerando la idea básica del proceso de inyección, lo más natural sería concebir el molde lo más automático posible para abreviar el ciclo de moldeo. Sin embargo, existen casos en que, por razones de economía, es necesaria la simplificación del molde, aunque posteriormente se necesite realizar algunos trabajos sobre la pieza, tales como barrenos, roscado, uniones etc. Para la construcción de un molde es indispensable adaptarse al artículo que debe moldearse, al material y a la máquina elaboradora, al tipo de material que se encuentran en el mercado, a los volúmenes de fabricación y por consiguiente a los ciclos de producción. Por lo que en el curso del tiempo se han ido desarrollando una serie de construcciones que se repiten constantemente para los artículos más diversos. Según la cantidad de cavidades, se tienen moldes simples o múltiples. La concepción y proyecto de un molde requiere una gran competencia técnica. Solamente conseguiremos buenos resultados cuando el molde se ha concebido, estudiado, dimensionado y construido adecuadamente. Para empezar se realizará una análisis de la pieza para determinar si puede ser o no moldeada, es decir, examinaremos si su configuración permite que, una vez moldeada, pueda ser extraída del molde, y que sus dimensiones son las adecuadas para que el material pueda penetrar en todos los puntos de la cavidad (espesor de pared, recorrido de plástico en cavidad, uniformidad de paredes). Evaluar los procesos de transformación que representen una alternativa de rentabilidad similar, definiendo el volumen requerido de piezas que justifique emplear el moldeo por inyección y, por lo tanto, la fabricación del molde. 1.2.1 LÍNEA DE PARTICION Una vez estudiada la pieza, se establecer el plano de unión, es decir, la superficie de unión de ambas mitades del molde. Este plano de unión corresponde exactamente con la marca de rebaba que aparecerá alrededor del objeto moldeado, y que por muy perfecta que sea la unión entre las mitades del molde, siempre quedará vestigios en la pieza moldeada. Por lo tanto, el plano de unión se situará de forma que las marcas que aparezcan en la pieza sean lo menos perceptibles posible. En el caso de piezas planas (cuadradas o circulares), y cuando se trate de piezas pequeñas, para cuya realización trabajaremos con moldes de cavidades múltiples, el plano de unión deberá coincidir con el borde de la placa. La cavidad queda en una sola parte del molde y la otra es perfectamente lisa La unión vendrá determinada por los dos planos adyacentes 13 | P á g i n a Cuando se trate de piezas anulares, el plano de unión se sitúa correspondiendo con el borde inferior. Si la pieza es pequeña y el molde de cavidades múltiples, el diseño será como en la siguiente figura. Si es grande, se realizará una inyección central y la disposición del plano de unión será la indicada en la figura siguiente utilizando una entrada de diafragma. En el caso de piezas tubulares con un extremo cerrado, el diseño, para piezas pequeñas y grandes, correspondería a las figuras siguientes Para objetos de forma alargada, como puede ser el caso de peines, cepillos de dientes, etc., que tienen bordes redondos, el plano de unión se situará según un plano que pase por su eje longitudinal En general, para la colocación del plano de unión, debemos estudiar la geometría de la pieza, y situarlo en función de la misma. 14 | P á g i n a 1.3 NUMERO DE IMPRESIONES. Por lo general, el material, la forma del artículo y la máquina que se utilizará para la inyección del producto, se indican previamente por el fabricante (cliente). La construcción del molde tiene que adaptarse a estas tres particularidades, aunque debe tenerse también en cuenta la rentabilidad. y es aquí donde aparece la cuestión de la cantidad de cavidades del molde, y con ello la del coste del mismo. Una vez fijadas las características de realización del artículo y el material, el número de cavidades depende técnicamente de la máquina de inyección. La determinación de la cantidad técnica del número de cavidades por molde depende del peso de material por inyección, del rendimiento de Plastificación y de la presión de cierre de la máquina. La cantidad de cavidades se calcula: 1. Por la relación entre el peso o volumen máximo del material correspondiente que puede inyectar la máquina y el peso o volumen del artículo. Según ello, la cantidad máxima teórica de cavidades será: 2. Por la relación entre el rendimiento de plastificación del cilindro inyector y el producto del número de inyecciones por el volumen del artículo. Según ello, el número de cavidades realizables será: es siempre el valor teórico máximo. No puede emplearse en la práctica, ya que no satisface ninguna exigencia de calidad. Las máquinas inyectoras de construcción moderna trabajan, en la práctica, con un grado de aprovechamiento teórico volumétrico de 0,4 a 0,8. De ello se deduce, para Otro criterio para determinar el número de cavidades es el que se basa en la presión de cierre que puede ejercer la máquina inyectora. Durante el proceso de llenado actúa la llamada fuerza resultante de la presión de plástico dentro de la cavidad, y que tiende a abrir el molde actuando contra la presión de cierre. Si esta fuerza generada en el interior del molde, que es igual a la suma de las superficies de proyección de las cavidades y canales de llenado multiplicada por la presión específica en el molde, es mayor que la presión de cierre, se producirá un escape de material fundido entre el plano de partición del molde y se ocasionarán rebabas en la pieza. La fuerza interna en el molde se calcula por la fórmula Significa aquí la fueza interna; F, la suma de las superficies de proyección de las cavidades y canales, y , la presión específica de la masa de moldeo en el interior del molde. Según el tipo de material y la pieza, con un trabajo adecuado, la presión específica se sitúa entre 200 y 1000 15 | P á g i n a kp/cm2. Sin embargo, con errores de operación de la maquina puede aumentar considerablemente esta presión. Los cálculos expuestos para la determinación del número de cavidades se basan en el rendimiento de plastificación, en la capacidad de inyección y en la presión de cierre, es decir, en las magnitudes dependientes de la máquina. El resultado encontrado de este modo representa la solución técnicamente óptima; sin embargo, no nos dice nada sobre la rentabilidad de tal solución la cual considera todos los costos de operación, administrativos, materia prima, entre otros. 1.4 LA CONTRACCIÓN Y LAS DIMENCION DEL ESPACIO NUCLEO CAVIDAD. Las masas termoplásticas corrientes se contraen al solidificarse en el molde. La consecuencia es que las dimensiones de las piezas son menores que las correspondientes del molde. A esto se le denomina contracción, y es la diferencia porcentual entre las dimensiones del molde y las de la pieza, a la temperatura ambiente. El diseño del molde influye de manera muy importante en el encogimiento de las piezas inyectadas, además el flujo de la masa fundida puede definir zonas con contracciones diferentes, que resulten en una deformación del producto. El flujo del plástico en las cavidades, tratándose de materiales reforzados, requiere de un estudio minucioso que permita definir la orientación que presentarán las cargas en la pieza moldeada. Cuando es posible predecir los valores de la contracción, se puede trabajar con tolerancias mínimas, pero a veces esto no ocurre así. Y es necesario admitir las mayores tolerancias posibles. Para saber cómo actuará el polímero en cada caso, deberemos de saber si estamos diseñandopara un plástico amorfo o un semicristalino. El grado de cristalinidad que tenga el polímero tras la transformación, nos influirá también en el grado de contracción que tomará la pieza. Altos grados de cristalinidad que se consiguen con lentos tiempos de enfriamiento o con aditivos nucleantes en el polímero, nos traerán siempre mayor estabilidad y mejores propiedades mecánicas a la pieza. En la dirección de llenado de la pieza y por tanto en la dirección mayoritaria de ordenación de las cadenas del polímero, tendrán lugar grados de contracción mayores que en las direcciones perpendiculares a la circulación del flujo de plástico fundido. También se tendrá en cuenta, que en caso de diseñar una pieza para un material que vaya cargado con fibras, las contracciones serán diferentes, debido al efecto resistente que ofrece la fibra. En este caso las variaciones dimensionales en el sentido longitudinal o transversal de la fibra serán muy diferentes. En el caso de la sección longitudinal habrá menos contracción debido al efecto de la fibra, que en la sección transversal prácticamente no actuará. 16 | P á g i n a La contracción típica de los compuestos reforzados con fibra de vidrio será de un tercio a un medio de la de la resina no reforzada. Se recomienda comenzar con una herramienta prototipo para determinar la contracción exacta, particularmente en piezas con formas complejas o variaciones drásticas en el grosor de la pared. Las piezas moldeadas a partir de compuestos que exhiben características de contracción anisotrópica (resinas reforzadas, cristalinas) también deberían ser prototipadas inicialmente o moldeadas en una herramienta "sustituta" para predecir resultados críticos de contracción. En general, los compuestos reforzados se pueden moldear con tolerancias más ajustadas que los materiales sin relleno. Mantener tolerancias ajustadas puede aumentar significativamente el costo de una pieza moldeada, ya que el diseño para tolerancias estrechas puede agregar pasos al proceso de fabricación o requerir mayores costos de herramientas en comparación con tolerancias holgadas. 1.4.1 TOLERANCIAS. En el diseño de piezas con plástico, obtener valores muy precisos en las dimensiones de las piezas, es extremadamente difícil y costoso. Toda exigencia que se produzca en la dirección de las dimensiones, encarecerá el estudio de la pieza y la construcción del molde. Es por ello, que en caso de no ser necesario, los valores de las tolerancias serán holgados. La Tabla siguiente muestra unos valores mínimos de tolerancia aconsejables en función de diferentes tamaños de pieza y de un surtido de plásticos seleccionados. Valores inferiores a los recomendados suponen unos márgenes muy estrechos en los parámetros de inyección, que podría hacer inviable su correcta aplicación o bien encarecer de manera importante el precio de la pieza acabada. Entre los efectos de la especificación de diseño en el costo, los de tolerancias son quizás los más significativos. Las tolerancias en el diseño influyen en las productividades del producto final de muchas maneras, desde la necesidad de pasos adicionales en el procesamiento hasta la fabricación de una pieza completamente impráctica para producir económicamente. Por lo que la asignación adecuada de tolerancias cubre la variación dimensional, el rango de rugosidad superficial y también la variación en las propiedades mecánicas. Las tolerancias dimensionales para las piezas moldeadas por inyección se controlan mediante seis variables: contracción del material (nivel de contracción, amorfo o cristalino), compuerta (distribución de presión, tipo y tamaño, orientación de flujo, balanceo de canales), geometría de la pieza (espesor y uniformidad de pared, dimensión de la pieza), calidad de la herramienta (calidad de enfriamiento, calidad de acero), tolerancia de la herramienta y procesamiento. 17 | P á g i n a 1.4.2 COMPRENSIÓN DE LA DEFORMACIÓN DE LA PIEZA TERMOPLÁSTICA. El material seleccionado para una aplicación puede tener un efecto dramático en la estabilidad dimensional de la pieza final. Es más difícil lograr una pieza dimensionalmente estable utilizando materiales con valores de contracción muy altos. Más importante que la magnitud de la contracción es el grado de contracción isotrópica en el material. Si un material se contrae anisotrópicamente (contracción en dirección transversal es diferente a la contracción en la dirección del flujo), entonces se producirá una contracción diferencial en la pieza. Esta contracción diferencial en la pieza puede causar alabeo de la pieza. Un material que se contrae isotrópicamente minimizará la contracción y la tensión diferencial en la pieza y maximizará la estabilidad dimensional parcial. Debido a sus menores valores de contracción, las resinas amorfas generalmente se eligen sobre las resinas cristalinas cuando se requieren tolerancias estrechas. El diseño de la pieza de plástico también puede tener un efecto significativo en la estabilidad dimensional. Si una pieza moldeada por inyección está diseñada con secciones de pared muy irregulares, entonces la pieza puede experimentar problemas de contracción diferencial. Como resultado, las secciones más delgadas de la pieza se enfriarán y encogerán antes que las secciones más gruesas. Este efecto se amplifica en materiales cristalinos. El grado de cristalinidad a través de la pieza se verá afectado por las variaciones del grosor de la pared. Las secciones más gruesas tendrán un grado de cristalinidad más alto que las secciones más delgadas de enfriamiento rápido de la pieza. Las secciones con mayor cristalinidad se contraerán más que las secciones con niveles de cristalinidad más bajos, la contracción diferencial causa estrés en la pieza y puede conducir a la deformación de la pieza. A medida que aumentan las variaciones en el espesor de la pared de la pieza, también aumenta la posibilidad de alabeo de la pieza. Por este motivo, se recomienda diseñar piezas termoplásticas moldeadas por inyección con secciones de pared uniformes. Una pieza más rígida será más resistente a la deformación que un diseño más flexible. Las tensiones internas en una pieza son la causa de la deformación de la pieza. Si la pieza es suficientemente rígida, estas tensiones se pueden resistir y la pieza no se desviará ni deformará una cantidad medible. El uso de costillas o refuerzos es la forma más efectiva de aumentar la rigidez de la pieza sin aumentar el grosor de la pared. Un exceso de empaquetamiento puede ocurrir cuando el llenado de la cavidad está desequilibrado. Que ocurre cuando ciertas áreas de la cavidad se llenan prematuramente antes de que el resto de la cavidad se haya llenado. Ocasionando áreas muy compactas de la pieza que se contraerá menos que las áreas de menor empaquetadas lo que provocará una contracción diferencial en la pieza. Efectivamente, empaquetar la pieza también es un factor importante para producir piezas con una deformación mínima. El empaquetado insuficiente de la pieza durante la fase de empaque del proceso de moldeo por inyección puede ocasionar problemas de estabilidad dimensional. Las áreas cercanas a la puerta están sujetas a un mayor nivel de presión de empaque. Cuando las longitudes de flujo son largas, las áreas más alejadas de la puerta experimentarán una menor presión de empaque. Estas áreas empaquetadas más bajas se contraerán más que las áreas más cercanas a la puerta. Como resultado, la pieza se contraerá diferencialmente y puede deformarse debido a las diferencias en la cantidad de contracción en la pieza 18 | P á g i n a El enfriamiento diferencial también puede ocurrir cuando el llenado de la cavidad está desequilibrado. La fusión en las regiones de la cavidad llenas prematuramente se contraerá y enfriará antes que en otras áreas de la cavidad. Esto produce una contracción diferencial en la pieza y el posible alabeo. La ubicacióncorrecta del punto de inyección y el número de estos también es crítico durante la fase de empaque del proceso de moldeo por inyección. Al usar puntos múltiples y mantener cortas las longitudes de flujo, se puede aplicar una presión de empaque más uniforme en toda la cavidad. Una distribución uniforme de la presión del empaque en la cavidad promoverá la contracción uniforme de la pieza, que ayudará a minimizar la deformación de la pieza. El procesamiento adecuado, específicamente el tiempo de llenado de la cavidad, también es un factor crítico para lograr piezas dimensionalmente estables. Si el tiempo de llenado de la cavidad es demasiado puede existir una cantidad significativa de tensión moldeada en la pieza. El llenado excesivamente rápido de la cavidad produce altas tasas de cizallamiento y los niveles subsiguientes de tensión de cizalladura en la pieza. Este alto nivel de estrés moldeado puede causar alabeo de la pieza. Esta es la única área donde la causa fundamental de la deformación no es la contracción diferencial. En resumen, aunque el alabeo en piezas termoplásticas moldeadas por inyección es muy difícil de predecir, se brindan las siguientes sugerencias para ayudar a minimizar el alabeo de la pieza: • Utiliza un material que se encoje más isotrópicamente. • Diseñe la pieza con espesores de pared uniformes. • Aumenta la rigidez de la pieza a través de nervaduras y refuerzos. • Puerta (s) de posición para el llenado de la cavidad equilibrada y longitudes mínimas de flujo. • Optimice el sistema de enfriamiento del molde para mantener una temperatura uniforme del molde en toda la herramienta. • Asegúrese de que el tiempo de llenado de la cavidad sea apropiado. • Empaquete efectivo de la parte. • Asegurar que el congelamiento de la puerta no sea prematuro. • Proporcionando un tiempo de espera adecuado. 1.5 SIMULACIÓN DEL PROCESO DE LLENADO. Actualmente el proceso de inyección de plásticos cuenta con la posibilidad de ser asistido por diversas herramientas computacionales que facilitan la tarea del diseño de piezas y la fabricación de moldes, permitiendo reducir costos y tiempo de desarrollo. Dichos programas analizan el comportamiento del material a través de cada punto en un molde, a partir de un dibujo tridimensional, con el fin de optimizar el comportamiento de plástico. Estos sistemas cuentan con una base de datos que contiene las propiedades de la mayor parte de los materiales plásticos para inyección, así como las condiciones de operación sugeridas por los proveedores, de tal manera que puede simularse el ciclo productivo, detectar fallas en el diseño y realizar ajustes previos a la manufactura del molde. 19 | P á g i n a La solución del proceso, resultado del estudio del llenado del molde, permite: conocer el número y disposición de las entradas; la obtención de un sistema bien balanceado; determinar el perfil de velocidades de inyección óptimo para minimizar las tensiones residuales; encontrar el tiempo de llenado más adecuado; evaluar la posición y calidad de las líneas de soldadura y atrapamientos de aire; determinación de la orientación de las fibras; y estimar la presión de inyección. Así esta solución permite diseñar en una primera fase la cavidad del molde, el sistema de llenado y evacuación de gases, así como dimensionar en una primera etapa las características de la máquina de inyectar necesaria. La solución permite evaluar: el aspecto externo, el cumplimiento de tolerancias, la existencia de rechupados, contracciones y deformaciones (alabeos); la visibilidad de las líneas de soldadura; la predicción de tensiones residuales y conocer el perfil óptimo de presión de mantenimiento. La magnitud y duración de la presión de mantenimiento es de gran importancia para la estabilidad dimensional y calidad de la pieza. El criterio para establecer dicho perfil será el evitar reflujos de material y minimizar la contracción volumétrica. En fin los resultados que arroja este tipo de software son invaluables, que nos permiten afianzar el éxito del herramental. 1.6 ANGULO DE DESMOLDEO. No debemos olvidar que las piezas moldeadas por inyección necesitan un ángulo en todas las caras verticales, siendo estas superficies perpendiculares a la línea de apertura, que facilite la expulsión de la pieza. Todas las paredes de las piezas deben tener un ángulo de 2 ° a 3 ° por lado siempre que sea posible, con un mínimo de 1 ° de ángulo. Los compuestos sin carga deben mantener un ángulo de 1/2 ° por lado mínimo. Las superficies con textura requieren un ángulo adicional de 1 ° por lado por cada 0.001 "de profundidad de textura. En el diseño de piezas inyectadas hay que pensar en que todas las superficies situadas en la dirección de movimiento de apertura y cierre del molde han de realizarse con una determinada inclinación para facilitar el desmoldeo. En el proyecto, esta conicidad se situará en el lado de la pieza más conveniente para que al ser extraída quede adherida a una u otra parte del molde, según convenga. 1.7 ELEMENTOS BÁSICOS DE UN MOLDE. Un molde de inyección de plásticos consta en esencia de una serie de placas sobrepuestas entre sí, cada una de ellas con una función en específico, de acuerdo a la complejidad el número de placas puede variar así como sus elementos restantes la imagen siguiente ilustra la configuración física base de un molde. Los moldes están formados por dos mitades llamadas: Parte fija o de inyección y parte móvil o de expulsión. Parte fija o de lado inyección es la parte del molde que no se mueve cuando la máquina de inyectar realiza todos sus movimientos. Está sujeta al plato fijo de la máquina, y es donde apoya la nariz del cañón de inyección de la máquina, para introducir en el molde el plástico fundido. 20 | P á g i n a Parte móvil o de expulsión, llamada así porque es la parte que está sujeta al plato móvil de la máquina y solidariamente con esta. También es donde está normalmente ubicado el sistema de expulsión. La separación entre las dos mitades del molde se llama la línea de separación. El término "mitad del molde" no significa que los dos partes son dimensionalmente iguales en dimensión. 1.7.1 GUÍA Y CENTRADO EXTERIORES DEL MOLDE. Para facilitar al ajustador la fijación de los moldes sobre los platinas porta moldes de la unidad de cierre y garantizar la posición correcta del mismo, se coloca en la abertura correspondiente de los platina fija una platina de centrado o anillo centrador en el molde, logrando así una concentricidad del agujero del manguito del bebedero con la boquilla del cilindro de plastificación. Además, evita la salida del manguito del bebedero y garantiza que el orificio de la boquilla y el del bebedero queden alineados. Consiguiendo así sellado de la masa fundida manguito-boquilla 21 | P á g i n a Como asiento de ajuste entre la abertura del platina fija porta molde y la platina de centrado se emplea el acoplamiento H 7/f 8, el cual se emplea también para el montaje de la platina de centrado en el molde para garantizar una alineación y montaje adecuado. 1.7.2 GUÍA Y CENTRADO INTERIORES DEL MOLDE. Las partes móviles del molde se han de guiar y centrar. Las columnas guía de una platina móvil en una máquina de inyección son, como mucho, un preajuste basto. Siendo necesario siempre un ajuste interno del molde de inyección. El molde necesita elementos de centrado propios. El centrado del molde garantizara que los elementos de moldeo coincidan exactamente y de que el molde cierre de forma hermética. Si los elementos de moldeo no coinciden, pueden chocar mutuamente y deteriorarse bajo la influencia de las elevadas fuerzas de cierre. Además, con los moldes descentrados, la pieza presentaría distintos espesores de pared, no correspondiendo a las medidas exigidas. Los elementos de centrado son pernos guias que sobresalen de una de las mitades del molde cuandoéste está abierto y, al efectuar el cierre, se introducen con un ajuste perfecto en los orificios de los casquillos y bujes de acero templado previstos en la otra mitad, garantizando una posición relativa permanente y exacta de ambas superficies externas durante el proceso de inyección, así como la obtención de piezas exentas de desplazamiento. En los moldes que tienen núcleos largos y finos, puede producirse un desplazamiento del núcleo durante la inyección, a pesar de un centrado exacto con los pernos de guía; ello tiene lugar sobre todo cuando el momento de inercia del núcleo y el módulo de elasticidad del acero no bastan para evitar una deformación de aquél bajo la presión de la masa de moldeo. De ser así hay que prever entonces posibilidades adicionales de centrado para el núcleo. Con objeto de facilitar y garantizar siempre un correcto ensamble de las dos mitades del molde, una de las unidades de centrado se hace de dimensión diferente o se coloca de forma asimétrica con el fin de evitar errores de montaje de una mitad sobre la otra que podrían ocasionar daños importantes. Para facilitar el ensamblado de las dos mitades del molde, dos de los pernos de guía dispuestos en diagonal han de ser algo más largos. Las unidades de guía se colocarán en la zona más externa del molde, a fin de aprovechar al máximo para el vaciado, disminuir el efecto de la holgura de la espiga con el manguito y facilitar la colocación del sistema de refrigeración o calefacción. Las dimensiones del perno guía se determinan por el tamaño del molde, con un rango de diámetro nominal normal de 19 a 38 mm. De todas formas existen de hasta 80 mm de diámetro. La longitud del perno se determina por el grosor de la placa molde y la localización de las mitades del molde justo antes de engranar. El diámetro de los casquillos se ajusta al diámetro del perno adecuado y la longitud del casquillo debe de ser de 1,5 a 3 veces el diámetro interior del casquillo, dando un ajuste adecuado. De no ser posible esta condición su longitud sera al menos igual al diámetro de la espiga. En el caso de espigas muy largas no es necesario que los manguitos tengan mucha longitud, a fin de evitar ajustes y desgastes inútiles. Naturalmente, en este caso, el orificio de acoplamiento del manguito debe estar prolongado hasta permitir el paso de toda la espiga 22 | P á g i n a En caso de posibles empujes laterales, debido a condiciones de flujo no simétrico (canales de alimentación no balanceados), deben emplearse espigas de mayor diámetro, para moldes de tamaño medio el diámetro de las espigas oscila ¾” y 1 3/8” pulgadas. Los bujes y pernos guías deben de ajustar a presión de .001 a .0015 en diámetro en las placas del molde. Muchos fabricantes de moldes usan ajuste de holgura entre espiga y manguito de 0,0008 a 0.0013”. Un ajuste más estricto será de 0,0004” a 0,0008”. Para garantizar su perfecto funcionamiento de las unidades de centrado hay que evitar la acción de fuerzas laterales. Si no existen estas fuerzas no es necesario el cálculo de la sección de las espigas, sin embargo, este cálculo es necesario en el caso de espigas inclinadas o correderas laterales. 1.7.3 PLACAS. Los moldes de inyección de plástico se constituye de una serie de placas apiladas entre sí, el material del que se elaboran depende principalmente de la función que desempeñen y los requerimientos específicos del molde. Comúnmente son elaboradas de acero A36, 1018, 1045, 4140. Para su correcta función deberán ser totalmente escuadradas y rectificada sobre todo las caras base. Es evidente que uno de los problemas fundamentales de la industria de transformación es el precio de los moldes, junto con su calidad y rapidez de fabricación, Además, si el molde no ha podido ser amortizado en una primera serie de producción, el almacenamiento del mismo representa una inversión no rentable. Por este motivo, surgió la idea de simplificar la fabricación construyendo moldes normalizados o porta moldes que son básicamente el conjunto de placas, con este sistema disponemos de piezas prefabricadas que pueden ser utilizadas en moldes diferentes. Siendo de fácil reposición en caso de deterioro y que se pueden montar con gran rapidez. Naturalmente, el molde normalizado no cubre todas las necesidades de la técnica de inyección, pero, en todo caso, siempre se podrán utilizar algunas de las piezas normalizadas en los moldes más complicados. Que además de las placas podemos encontrar eyectores, pernos guías, bujes, fechadores, placas de diversos espesores, placas distanciadoras, bridas de centrado, etc. Con ayuda de los mismos pueden fabricarse moldes completos en menos tiempo a un precio relativamente favorable. 23 | P á g i n a El empleo de piezas normalizadas proporciona al constructor de moldes una serie de ventajas, tales como: Disponer de elementos intercambiables mediante el desmontaje de los moldes. Menor riesgo en el error de cálculo de costos, por disponer de precios fijos para los diversos elementos. Eliminar, en parte, la necesidad de disponer de un costoso almacén de materiales. Aprovechar tiempo y disponibilidad de maquinaria en otros elementos. 1.8 EL MOLDE DE TRES PLACAS. En un molde denominado de tres placas el sistema de canales se coloca en un plano diferente al punto de inyección, utilizando esta configuración en las siguientes situaciones: El molde contiene varias cavidades o cavidades de familia. Un molde de una sola cavidad complejo requiere más de un punto de inyección. El punto de inyección se encuentra en una posición difícil. Para lograr un flujo equilibrado es necesario que el canal esté fuera del plano de partición. La pieza y el sistema de llenado no se sitúan ya en un mismo plano de partición del molde, sino que se utilizan dos planos de partición; en uno están las cavidades del molde y en el otro el canal de distribución. El canal de distribución desemboca en un canal de comunicación elaborado en la placa intermedia, es decir, la placa situada entre los dos planos de partición. El molde de tres placas permite una operación más automatizada en la máquina de moldeo. Al abrir el molde se divide en tres partes con dos aberturas entre ellas, 24 | P á g i n a el movimiento de apertura conlleva una fuerza que separa el producto del canal alimentador, los cuales caen por gravedad en un contenedor debajo del molde. El proceso de apertura del molde puede iniciarse en el plano de partición 1 o bien en el plano de partición 2. Si se abre primeramente por el plano 1, hay que cuidar, de que la pieza quede unida al núcleo. Ello puede conseguirse mediante resaltes o por un enfriamiento a distinta temperatura del núcleo y la matriz. En el inicio de la apertura por el plano 1 se rompe la unión o uniones de la pieza con la colada y, al continuar el proceso de apertura, aquélla es empujada hacia fuera del núcleo por un expulsor; cuando se alcanza una determinada carrera de apertura, la placa intermedia queda retenida mediante anclaje y, con ello, se abre también el plano de partición 2, a fin de que la mazarota pueda ser expulsada con eyectores. Pero el molde puede abrirse también primero por el plano 2. Esto tiene la ventaja de poder realizar la pieza sin resaltes por no ser precisa su retención por el núcleo, ya que queda entre las placas de moldeo, hasta que se separa de la mazarota, adherida a la mitad del molde lado boquilla mediante los resaltes practicados en éste. Tras un nuevo movimiento de apertura efectuado utilizando barras de tracción, pueden expulsarse la pieza y la mazarota. CAPITULO 2: MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL MOLDE. Para el proceso de inyección de polímeros, son indispensables moldes de calidad, con una elaboración muy precisa, y que deben presentar una elevada duración. Características deseables en la mayoríade los casos. Normalmente el costo del acero de un molde representa sólo entre el 5 y el 10% del costo total de la herramienta. La selección inadecuada da origen a un costo excesivo del mantenimiento del molde por ejemplo, el repulido, limpieza, reemplazo de partes dañadas o rotas, deterioro de áreas 25 | P á g i n a de contacto. Todo ello incrementa los paros de trabajo y los costos. En muchos casos la elección de una calidad de acero es un compromiso entre los deseos del moldista y del usuario final. Estos moldes se fabrican en acero y metales no ferrosos los cuales estarán sujetos a una serie de esfuerzos que demandan una selección cuidadosa de los materiales para su construcción. Además, debe considerarse el número de piezas que serán producidas, la vida útil esperada del herramental, la conductividad térmica de los metales y el material plástico empleado para el producto. 2.1 DETERMINACIÓN DEL ACERO EN BASE A SU PRODUCCION ESTIMADA. Conocer el volumen de producción esperado nos da la pauta para determinar los materiales para su construcción del molde, así como el número óptimo de cavidades. De acuerdo a esta consideración los moldes de inyección pueden clasificarse como sigue: Molde experimental o de prototipos.- Comúnmente de una sola cavidad y con capacidad de producir hasta 100 a 500 piezas. Molde para especímenes de pruebas.- Herramienta de alta precisión y de producción limitada hasta 10,000 ciclos. Molde de media producción.- Utilizado frecuentemente para una actividad aproximada de 500,000 ciclos. Costo moderado y recomendado para el moldeo de productos sin altos requerimientos dimensionales. Molde de alta producción.- Su objetivo es obtener el mayor número de piezas al menor costo, por lo que requiere de una determinación cuidadosa del número de cavidades, un diseño detallado y una minuciosa selección de materiales para su construcción. Es posible realizar 1 millón de disparos o más. Para una alta productividad, generalmente se usa un molde para operar con el ciclo más rápido, las 24 horas. Para cumplir este objetivo, el diseñador de moldes debe abordar áreas tales como enfriamiento, selección de materiales, eyección, acceso para mantenimiento, llenado balanceado de cavidades, y la compatibilidad del molde con el máquina de inyección que lo ejecutará. Comprometer alguna de estas áreas reducirá la productividad de un molde. Las cualidades ideales en los metales no van incondicionalmente unidas a uno solo, las propiedades térmicas, mecánicas, ni tampoco la facilidad de manufactura estarán presente en un acero ideal. Así, por ejemplo, los materiales con buenas propiedades térmicas presentan general- mente propiedades mecánicas menores. Los tiempos de ciclo cortos significan, con estos materiales, duraciones de vida menos elevadas. Así, pues, al elegir los materiales, deben aceptarse ciertos compromisos. 26 | P á g i n a 2.2 LOS ACEROS PARA MOLDE Y SUS PROPIEDADES. Buenas condiciones para su elaboración, resistencia a la compresión, temperatura de revenido adecuada, resistencia a la abrasión, aptitud para el pulido, resistencia a la tracción, tenacidad, tratamiento térmico (sencillo, viables y de deformación reducida), buena conductibilidad térmica y resistencia a los ataques químicos. Son algunas propiedades deseables en el material con que se deberá elaborar un molde de inyección de plástico. Por ejemplo el mejor modo de satisfacer los esfuerzos de compresión y la abrasión es mediante una elevada dureza. Los mejores resultados de dureza se consiguen con aceros exentos de grietas internas y oclusiones, y que tengan la máxima pureza y uniformidad en su estructura. Un factor decisivo para la elección del acero no es el esfuerzo de compresión, los aceros templados pueden soportar sin más un esfuerzo puramente de compresión de 250 a 300 kp/mm2, sino el esfuerzo de flexión, en particular los moldes grandes, Los esfuerzos flectores pueden ser tales que produzcan la rotura de los elementos del molde construido a base de aceros de temple total. Por ello, se recomienda emplear aceros de cementación con núcleo tenaz y superficie endurecida, resistente a la abrasión. Sin embargo, los aceros de cementación presentan las máximas exigencias en cuanto al tratamiento térmico, y su elaboración exige mucho tiempo. El temple y revenido de los aceros de temple total son mucho más sencillos, pero su campo de aplicación resulta limitado. Las variaciones en las dimensiones y las deformaciones que pueden producirse como consecuencia de un tratamiento térmico, exigen, generalmente, un costoso trabajo posterior, inconvenientes que se eliminan al emplear aceros recocidos o bonificados. Por esta razón, se recurre preferentemente a los aceros bonificados. La resistencia a los ataques químicos se consigue mediante un revestimiento galvánico protector (cromado, niquelado), o mediante el empleo de aceros inoxidable. La duración y la precisión de las diferentes cotas, así como la calidad superficial de las piezas moldeadas, depende, en gran parte, de la resistencia al desgaste y del estado de la superficie de los útiles empleados. Por otra parte, una superficie dura, ofrece una protección contra cualquier deterioro que pueda originarse en el desmoldeo, por medios mecánicos. Por residuos de materiales moldeados, aun mas por las diversas manipulaciones de los utillajes. Se comprende que un acero no puede presentar todas estas propiedades. Por ello, antes de fabricar un molde, es preciso definir las propiedades indispensables impuestas por su aplicabilidad. Éstas pueden estimarse según los cuatro puntos de vista siguientes: Tipo de la masa de moldeo a elaborar (exigencias relativas a corrosión, abrasión, conductibilidad térmica, geometría y masa de la pieza). Tipo y magnitud del esfuerzo mecánico previsible (presión de inyección, presión de cierre). Método de obtención del vaciado del bloque (arranque de viruta, electroerosión, forja, fundición). Tratamiento térmico necesario. 27 | P á g i n a 2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS PARA FABRICACIÓN DE MOLDES. En base a la literatura técnica, resulta que para la fabricación de moldes para inyección se utilizan hasta unos cuarenta tipos de aceros, que en líneas generales pueden ser clasificados dentro de alguno de estos grupos. 2.3.1 ACEROS DE CEMENTACIÓN Estos aceros son los que reúnen las condiciones que más se aproximan a las exigidas a un acero para la construcción de moldes. Con ello no es de extrañar que su porcentaje de aplicación alcance alrededor del 80 % del consumo total de acero para moldes. La elevada dureza superficial hace que los moldes sean resistentes a la abrasión, y el núcleo tenaz les hace resistentes a los esfuerzos alternativos y bruscos. Estas propiedades se obtienen cuando se calientan el acero de bajo contenido de carbono (aceros con un contenido en C de menos del 0,2 %) en un medio que aporte carbono, sosteniendo una temperatura comprendida entre 840 y 1000° C, y enfriando a continuación en aceite o agua. La profundidad de la cementación depende de la temperatura y de la duración del proceso. Con tiempos largos de cementación (varios días) se consigue una profundidad de aproximadamente 0.6 a 2 mm. Una superficie dura, resistente al desgaste, se consigue por el enriquecimiento de carbono en la superficie de la pieza. El cambio de medidas debido a tratamientos térmicos por cementación debe ser mínimo, pero por lo general no se puede evitar (salvo excepciones, tal es el caso de los aceros martensíticos). Un tratamiento térmico de moldes con grandes diferencias de espesor encierra riesgos (deformación, grietas, etc.). Preferentemente se utilizan aceros bonificados que pueden ser mecanizados por arranque de viruta. 2.3.2 ACEROS DE TEMPLE TOTAL Para aumentar la rigidez de las piezas inyectadas, éstas se refuerzan con fibras de vidrio, materialesminerales, etc., a gran escala. Estos, así como los pigmentos de color, son altamente abrasivos. Por lo tanto, es de gran importancia la elección del material y/o del recubrimiento de las superficies en contacto directo con el material inyectado. Para conseguir una estructura homogénea, se utilizan aceros para temple cuya dureza, resistencia y tenacidad se pueden adaptar individualmente a las necesidades por medio del proceso del revenido. A través de la temperatura de revenido se pueden influenciar estas propiedades de forma óptima. Los aceros de temple han dado muy buenos resultados para moldes de inyección de plásticos con efectos abrasivos. En los aceros de temple total se produce el aumento de dureza por la formación de martensita debida al rápido enfriamiento que sobreviene al calentamiento. Las características mecánicas que pueden alcanzarse por este procedimiento dependen del agente refrigerante y de la velocidad de enfriamiento. Como agentes enfriadores se emplean agua, aceite o aire. El agua proporciona el enfriamiento más rápido, mientras que el aceite y el aire son más suaves. La velocidad de enfriamiento queda, por tanto, determinada, por una parte, por el agente enfriador y, por otra, 28 | P á g i n a por la conductibilidad térmica, la cual depende, a su vez, de la relación superficie-volumen del molde y de los elementos de aleación que se encuentran combinados con el acero. Ni, Mn, Cr, Si y otros elementos reducen la velocidad crítica y permiten, con ello, el endurecimiento completo de secciones más gruesas. Los moldes fabricados con aceros templados tienen una buena resistencia a la abrasión como consecuencia de su elevada dureza; sin embargo, son más sensibles a la formación de grietas en comparación con los moldes de cementación o bonificados, debido a su menor tenacidad. Por esta razón, los aceros templados solo se utilizan, por lo general, para pequeños moldes o elementos planos de los mismos. Este tipo de acero se utiliza normalmente para: • Largas series de producción • Resistir la abrasión de algunos materiales de moldeado. • Contrarrestar las grandes presiones de cierre o inyección. Estos aceros obtienen resistencia al desgaste, a la deformación e indentación y buena pulibilidad. Que es especialmente importante cuando se utilizan materiales plásticos reforzados con aditivos. La resistencia a la deformación o indentación en la cavidad, canales de alimentación o líneas de partición, ayuda a mantener la calidad de la pieza. 2.3.3 ACEROS BONIFICADOS (PARA EMPLEO EN EL ESTADO DE SUMINISTRO). Si se quieren evitar las variaciones de dimensiones o la deformación producidas durante un tratamiento térmico, y con ello un costoso y prolongado trabajo posterior, deben emplearse, para la fabricación de un molde, aceros bonificados. Estos aceros, tal como se suministran, pueden elaborarse con relativa facilidad y económicamente por arranque de viruta. Evitan al fabricante de moldes las dificultades que lleva consigo un tratamiento térmico. Su aplicación es especialmente ventajosa para la construcción de moldes de grandes dimensiones, los cuales pueden reaccionar, frente a un tratamiento térmico, con variaciones en las medidas, también se utiliza para placas soporte de alta resistencia. La desventaja de estos aceros es su reducida resistencia a la abrasión y la deficiente calidad de la superficie de los moldes, que, a menudo, hace necesario un posterior tratamiento superficial (cromado, nitruración, temple a la llama). Estos aceros son suministrados en la condición de templado y revenido, normalmente a un nivel entre 28– 36 HB. No es necesario realizar ningún tratamiento térmico antes de poner el molde en servicio. Se Utilizan para molde de series de producción moderadas tales como P20, 4140, 4340, TX 10 tratado… 2.3.4 ACEROS RESISTENTES A LA CORROSIÓN Los componentes agresivos como, por ejemplo, compuestos retardantes de llama adicionados en algunos polímeros, o el mismo material pueden originar agresiones químicas a las superficies del molde. Algunos polímeros desprenden, durante la elaboración, productos químicamente agresivos, generalmente ácido clorhídrico o ácido acético. Por lo general, se protegen los moldes mediante revestimientos como capas de cromo duro o de níquel. Sin embargo, estos revestimientos protectores solamente son de eficacia duradera cuando se consigue un espesor de 29 | P á g i n a capa uniforme al hacer la aplicación y se evitan los cantos agudos en el molde. Las desigualdades de espesor y los cantos agudos producen tensiones en la capa protectora que, al ser sometida a esfuerzos, pueden dar lugar al desprendimiento. El peligro de que el revestimiento no sea uniforme en todas sus partes es especialmente grande en los moldes con contornos complicados (contra perfiles, esquinas, etc.). Si no puede garantizarse la obtención de un recubrimiento de cromo uniforme, subsiste el peligro de que se formen grietas en la capa protectora, lo que puede ocurrir principalmente cuando los moldes están sometidos a un esfuerzo flector. Por todo esto se recurrirá a aceros resistentes a la corrosión, es decir, aceros con bajo contenido en carbono y combinados, como mínimo, con un 12 % de cromo. Sin embargo, en su composición normal, estos aceros sólo pueden emplearse hasta una temperatura de unos 400° C, ya que, por encima de los 400° C, existe el peligro de una corrosión intercristalina debida a la separación de carburo. El incremento en el costo inicial de éste tipo de acero es normalmente inferior al costo de realizar un simple repulido o una operación de recubrimiento de un molde. 2.3.5 ACEROS DE NITRURACIÓN Fundamentalmente pueden nitrurarse todos los aceros cuyos aditivos de aleación formen nitruros. (Exceptuando los aceros resistentes a la corrosión pues disminuye esta condición). Estos aditivos de aleación son cromo, aluminio, molibdeno y vanadio. La difusión de nitrógeno en la superficie del molde y los aditivos de aleación forman nitruros, que confieren a la capa nitrurada una dureza de 700 a 1300 HV, según el tipo de acero y procedimiento (corriente de amoníaco, baño salino, ionitruración). La dureza máxima no se alcanza precisamente ya en la superficie del molde, sino que está situada algunas centésimas de mm más abajo. Por ello, es necesario efectuar un trabajo posterior de pulido tras el tratamiento de nitruración. En la ionitruración, pueden conservarse completamente blandas algunas superficies parciales. Contrariamente a los moldes nitrurados, en los ionitrurados no es preciso efectuar ningún trabajo posterior; por lo tanto, los moldes deben fabricarse con medidas exactas. El espesor de la capa de nitruración depende esencialmente de la duración de esta operación. De todos modos, la relación entre la capa de nitruración y el tiempo no es lineal. La profundidad de nitruración de 0,3 mm, en general suficiente para moldes de inyección, se alcanza con una duración de la nitruración de unas 30 horas (0,7 mm de profundidad de nitruración exigen un tiempo de unas 100 horas). Los aceros de nitruración se suministran recocidos. Por ello, pueden mecanizarse por arranque de virutas sin dificultades. Su especial ventaja consiste en que, tras el tratamiento térmico, se obtienen moldes sin tensiones, de gran tenacidad, con elevada dureza superficial y resistencia a la corrosión mejorada. Normalmente, no cabe esperar una deformación de los moldes durante la nitruración. La inyección, por ejemplo, de plásticos de elevada resistencia térmica exige temperaturas internas de la pared del molde de hasta 250 °C. Esto presupone la aplicación de aceros con una elevada temperatura de revenido. Si no se tiene en cuenta esta exigencia, se puede producir, en función de la temperatura, un cambio de la estructura del molde, y con ello un cambio de las 30 | P á g i n a medidas del mismo. El proceso de nitruración se produce a temperaturas
Contenido de Estudio
Ingeniería Fácil
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