Ciclo de Inyeccion Tecnologia Plasticos

www.upc.es/ccpEl proceso de inyeccin. A.Gordillo (2005)

El proceso de inyeccinAntonio Gordillo


El proceso de inyeccinAntonio Gordillo

BIBLIOGRAFA Donald and Dominick V. Rosato. Injection Molding Handbook. Chapman & Hall. New

York, 1995

Friedrich Johannaber. Injection Molding Machines. A Users Guide. Hanser, Mnich, 1994

Gerd Ptsch, Walter Michaeli. Injection Molding. An Introduction. Hanser, Mnich, 1995

Douglas M. Bryce. Plastics Injection Molding... Manufacturing process fundamentals. SME. Dearborn, 1996

Jos Luis Arazo. Inyeccin de termoplsticos. Plastic Comunication. Barcelona, 1999

http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj (Intelligent Systems Laboratory. Michigan StateUniversity).


El proceso de inyeccin consiste en introducir en un molde bajo elevada presin un material plstico en estado fundido. En dicho molde que le dar la forma, se enfriar y posteriormente se extraer la pieza conformada.

El proceso de inyeccin


Microinyeccin

Inyeccin de piezas de grandes dimensiones


Tamao

Longitud

Espesor

Complejidad

Parmetros de inyeccin

GEOMETRA

Molde

Mquina de inyeccin (inyectora)

PROCESO

Reologa Curvas pvT Cristalinidad

MATERIAL

HERRAMIENTAS

Relacin proceso -

estructura -propiedades


Plano de particin

Sistema de atemperacin

Sistema de alimentacin

Cavidad

Sistema de expulsin

Punto de inyeccin o entrada

HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESOH

E

R

R

A

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N

T

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M

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L

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

Unidad de cierre Molde

Unidad de inyeccin

Unidad de control

Calentar

Homogeneizar

Inyectar

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E

CLCULO DE LA FUERZA DE CIERRE

El plstico se inyecta dentro del molde a alta presin (que puede ser incluso superior a los 2.000 bar). El molde debe realizar una fuerza opuesta a la presin de inyeccin para mantener el molde cerrado y obtener as piezas de buena calidad. La unidad de cierre proporciona la fuerza de cierre.Las mquinas de inyeccin se clasifican por su fuerza de cierre

Direccin de cierre

rea proyectada


F

U

E

R

Z

A

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E

C

I

E

R

R

E

Clculo de la Fuerza de cierre

- Coeficiente corrector KM en funcin del material a inyectar.

para PC, PMMA, PPO, PVCKM = 2

para SAN, ABS, CA, POM SBKM = 1.5

para PA, PE, PSKM = 1Coeficiente corrector KM

La fuerza de ciere podr estimarse como el producto de la presin media en el molde -obtenida en el grfico-, por el rea proyectada y por el coeficiente corrector KM. Adems, como mnimo sumar un 10% a un 15% de margen de seguridad.

Una forma de evaluarla es:- Calcular el recorrido de flujo (LF)- Calculo de la relacin de flujo: relacin entre la longitud de flujo y el espesor medio de las paredes a inyectar.

Clculo de la presin media en el molde utilizando el siguiente diagrama


F

U

E

R

Z

A

D

E

C

I

E

R

R

E

Clculo de la Fuerza de cierre


Seleccin de la mquina

1. Fuerza de cierre necesaria2. Dimensiones fsicas del molde (distancia entre columnas)3. Recorrido del plato mvil (para poder extraer la pieza)4. Volumen de material a inyectar5. Tiempo de residencia del plstico en el interior del husillo6. Precio


P

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C

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C

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O

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N

Y

E

C

C

I

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

a) Cierre del molde

b) Inyeccin y c) Mantenimiento

d) Plastificacin y e) Refrigeracin

f) Apertura del molde y expulsin de la pieza

Calentar

Homogeneizar

Contrapresin

Husillo Punto de inyeccin


A

N

I

L

L

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N

C

I

N

Previene el reflujo de material durante las etapas de inyeccin y de mantenimiento.


P

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO


P

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C

I

C

L

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I

N

Y

E

C

C

I

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

e) Refrigeracin

b) Inyeccin

c) Mantenimiento

d) Plastificacin

f) Apertura y expulsin

InicioFinal

a) Cierre

Tiempo

El tiempo de refrigeracin es el que ocupa la mayor parte del ciclo de inyeccin


Modelo de viscosidad


Factores que afectan a la inyeccin

1. Temperatura de inyeccin2. Velocidad de giro del husillo3. Contrapresin4. Temperatura de molde (tiempo de ciclo)5. Presin de inyeccin6. Presin de mantenimiento


T

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M

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E

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C

I

N

Una de las misiones de la unidad de inyeccin es la plastificacin del material.Por tanto ha de calentar el material para fundirlo y homogeneizarlo. Si es demasiado baja el plstico ser demasiado viscoso y si es muy alta se puede degradar y aumenta el tiempo de ciclo. Materiales ms viscosos requerirn de una temperatura de transformacin mayor pues costar ms de plastificarlos

La temperatura del plstico es diferente a la temperatura que marca la sonda de temperatura. Lo ideal es medir la temperatura del plstico fundido a la salida de la unidad de inyeccin con un pirmetro. Asegurarse que los sensoresde temperatura midan correctamente (cuidado con las acumulaciones de aire, suciedad o quemados entre las sondas y el cilindro).

Una temperatura de inyeccin ms baja proporciona:

Ahorro de energa

Menor tiempo de ciclo

Tiempo de residencia.


V

E

L

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C

I

D

A

D

D

E

G

I

R

O

La plastificacin no debe prolongar el ciclo: la velocidad de giro ideal es aquella que produce la plastificacin en el ltimo punto posible sin necesidad de alargar el tiempo de ciclo.

Una velocidad de giro excesiva empeora la calidad de la plastificacin:

generando la presencia de infundidos

mala homogeneidad del material

puede provocar excesiva cizalla y degradar parte del material


C

O

N

T

R

A

P

R

E

S

I

N

Un aumento de la contrapresin implica:

-Un incremento del tiempo de plastificacin y del tiempo bajo cizalla

-Un incremento de la temperatura del plstico

-Un aumento de la compresin del material y, por tanto, de la cantidad de material a inyectar

Una contrapresin baja implica:

-Poca homogenizacin del material y piezas inconsistentes

Utilizar una contrapresin ms alta si se utiliza un porcentaje elevado de la capacidad de inyeccin de la mquina o en el caso de ciclos cortos.


T

E

M

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E

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E

L

M

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D

E

El suministrador de la granza sugiere una temperatura de molde ptima.

La temperatura media de la cavidad ser mayor que la temperatura del refrigerante durante la produccin, en general 10 a 20C. Si supera los 40C puede ser necesaria la utilizacin de placas aislantes en el molde para ahorrar energa y estabilizar el proceso.

Curvas de temperatura-tiempo en diferentes lugares del molde:a) superficie de la cavidad

b) Pared del canal del refrigerante

c) Temperatura del refrigerante


T

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E

L

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E

Una temperatura de molde ms fra da lugar a una velocidad de enfriamiento mayor y, por tanto, un mayor porcentaje de capa fra.

Una diferencia de temperaturas entre caras opuestas superior a 10-15 para obtener buenas tolerancias.

Una capa de aire puede impedir una buena transferencia de calor. Cuidado con las separaciones entre insertos y placas de los moldes.

Un largo tiempo de uso del molde puede dar lugar a que los canales se ensucien por xidos o incrustaciones disminuyendo la prdida de carga y la capacidad de atemperacin del molde.

Una temperatura de molde ms baja disminuye el tiempo de ciclo

Una temperatura de molde mayor aumenta el brillo y el acabado superficial


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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

Evolucin de la temperatura durante el ciclo de inyeccinT

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(

C

)

Tiempo (s)0 5 15 33 35

200

100

0

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Refrigeracin

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Interior de la cavidadEntrada


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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

Evolucin de la presin durante el ciclo de inyeccin

Refrigeracin

L

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Tiempo (s)0 5 15 33 35

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Tiempo de molde cerrado

Tiempo de ciclo


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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

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Tiempo (s)0 5 15 33 35

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C

)

1

1 Cierre del molde y llenado de la colada

Interior de la cavidadEntrada

2 Llenado

2 3

3 Mantenimiento de la presin.Solidificacin de la entrada

4 Expulsin

4 5


P

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

Factores que afectan a la presin de llenado

Viscosidad del material: Geometra del molde y de la pieza Tipo de material: fluidez, cargas, etc... Temperatura de inyeccin Temperatura del molde Geometra de la colada. Colada caliente/fra Geometra del punto de inyeccin Geometra de la pieza: espesor, longitud. Complejidad

Velocidad de inyeccin. Perfil de velocidades.

Poliamida sin carga inyectada a 290C


P

r

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d

e

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a

d

o

(

M

P

a

)

Tiempo (s)0 5 10 15

10

30

50

70

Poliamida con carga de vidrio inyectada a 290C

http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj


P

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

Factores que afectan a la presin de llenado



P

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(

M

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Tiempo (s)0 5 10 15

10

30

50

70

Poliamida con carga de vidrio inyectada a 290C


La fase de llenado se ha de considerar claramente como no isoterma. Existe una capa fra cerca de la pared del molde que se va desarrollando en funcin del tiempo. As, la seccin transversal al flujo cambia con el tiempo. Existe un calentamiento viscoso y enfriamiento en la pared del molde. Frente de avance en forma de Flujo Fuente


Capa solidificada

Pared molde

Pared molde

Estirado y orientado

del material

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

Flujo Fuente

El flujo que existe durante el moldeo por inyeccin es complicado porque el plstico se enfra y solidifica durante el proceso de llenado. El perfil de llenado no es una tpica parbola porque el polmero cercano de la pared fra del molde solidifica formando una piel entre el molde y el ncleo.

P

Frente de avance del

fluido


P

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

Capa Fra y Estructura Piel-Ncleo

Otro aspecto a considerar es el efecto de la superficie de enfriamiento sobre la microestructura. La capa cercana a la pared del molde se enfra rpidamente (capa fra). Este rpido enfriamiento de la piel inducir caractersticas amorfas, mientras que el ncleo, que se enfra mucho ms lentamente dando lugar a un ncleo ms cristalino. Este enfriamiento anisotrpico puede presentar un problema cuando se desean propiedades isotrpicas.

Estructura piel-ncleo

Flujo en el ncleo

Piel fra

Entrada

Tesis doctoral de Hans Ziudema. Univ. Tech. Eindhoven. 2000


P

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

Efecto del flujo sobre la orientacin de las fibras

El gran impacto del flujo fuente en la inyeccin est en la forma en que se induce la orientacin de las fibras en la pared.

Hay dos consideraciones bsicas para la orientacin inducida por el flujo:El flujo de cizalla que alinea las fibras en direccin del flujo.El flujo estira y alinea las fibra en direccin del estiramiento



M

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E

R

I

A

L

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I

S

C

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S

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A

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

= FSTensin de cizalla

vy v

y =. Velocidad de

deformacin

=.Viscosidad

Newtoniano

Pseudoplstico


M

A

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

=.Viscosidad

Newtoniano

Pseudoplstico

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

v

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Material amorfo

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Tg

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T

Material semicristalino

Tg Tf

p


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M

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HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

Temperatura T

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Enfriamiento rpidoEnfriamiento lento


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S

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R

HERRAMIENTAS

GEOMETRA MATERIAL

PROCESO

T

v


Rechupes

Vacuolas


p1

p2

p3

v

T

HERRAMIENTASGEOMETRA

MATERIAL PROCESO

2

1-2 Mantenimiento

TEXPULSIN

3

4

2-4 Refrigeracin

0

1

0-1 Inyeccin

5

4-5 Enfriamiento fuera del molde

TAMBIENTE

R

E

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MATERIAL PROCESO

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Tipo de material v

TTEXPTAMB

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Amorfo Semicristalino Con carga mineral

Amorfo

Semicristalino

Cargas y refuerzos



MATERIAL PROCESO

R

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2

TEXPULSIN

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5

1-2 Mantenimiento

2-4 Refrigeracin

0-1 Inyeccin

4-5 Enfriamiento fuera del molde

TAMBIENTE

Tipo de material Amorfo

Semicristalino

Cargas y refuerzos

Proceso Presin

3



MATERIAL PROCESO

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Semicristalino

Cargas y refuerzos

Proceso Presin Temperaturas de inyeccin y del molde

Tv


Geometra de la pieza Espesor, complejidad



MATERIAL PROCESO

R

E

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N

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A

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S


Semicristalino

Cargas y refuerzos

Proceso Presin Temperaturas de inyeccin y del molde

Geometra de la pieza Espesor, complejidad

Longitud de flujo

Estructura piel-ncleo



MATERIAL PROCESO

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Presin

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

Degradacin trmica

Piezas faltadas

Rebabas

Problemas de fusin y plastificacin

Ventana de proceso

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