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referencias sobre la inyeccion de plasticos
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EL MOLDE DE INYECCION
CONSTITUCIÓN Y FUNCIONE MOLDE
En el caso mas sencillo, por también el mas frecuente, el molde consta de dos mitades
que , por lo general, fijan directamente sobre los platos porta molde de la maquina de
inyección. Esto dos elementos básicos, la mitad del molde lado inyector y la mitad lado
extractor, aparecen en todo molde, independiente de su forma de construcción.
simplificando mucho y tomando como base otros procesos de conformación, dichos
elementos podrían designarse punzón (estampa, embolo)y Matriz (Troquel, cavidad). 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, la parte posterior entra en contacto con un perno fijo de
la maquina iniciándose enseguida el proceso de desmoldeo. El tope del extractor acciona
el mecanismo de expulsión, el cual desplaza la pieza y la mazarota separándolas del
elemento posterior del moldeo. Solo al efectuarse el movimiento de cierre se produce la
recuperación del mecanismo extractor, bien mediante las llamadas espigas de retroceso o
bien mediante un resorte antagónico, es decir el resorte de la placa extractora. Finalizado
el movimiento de cierre o sea, al estas el molde cerrado, el mecanismo extractor se
encuentra en su posición final, mediante una boquilla situada junto a la cavidad del molde
se establece una conexión entre este y el cilindro de inyección, con lo que puede empezar
de nuevo el proceso de llenado. Según el tipo de máquina, un usillo o un pistón impulsan a
elevada presión la masa plastificada hacia la cavidad del molde. Finalizado el proceso de
llenado, se mantienen todavía, durante un cierto tiempo, una presión residual, la cual sirve
para compensar la contracción en volumen mediante nueva aportación de material. Tonel
inicio del llenado del molde empieza la fase de refrigeración, que termina cuando el
materia se ha solidificado para formar una pieza de forma estable. El periodo de
refrigeración termina al efectuar el desmoldeo.
DENOMINACION PARA LOS ELEMENTOS DEL MOLDE DE INYECCION.-En lo sucesivo se emplearán las denominación indicadas en la figura 10 no corresponden
necesariamente a las denominaciones según DIN, pero por ser muy corrientes en la
bibliografía, se aplican también aquí.
CLASIFICACION DE LOS MOLDES.-Para la construcción de un molde es indispensable adaptarse al articulo que debe
moldearse, al material y a la maquina elaboradora. A primera vista parece muy difícil
establecer una clasificación de los moldes, dada la multiplicidad de materiales y maquinas
que se encuentran en el mercado, así como la configuración particular adoptada por cada
fabricante, sin embargo en el curso del tiempo se han ido desarrollando una serie de
construcción que se repiten constantemente para los artículos mas diversos según la
cantidad de cavidades por molde depende técnicamente el peso de material por inyección
del rendimiento de plastificación y de la presión de cierre de la maquina. La cantidad
rentable de cavidades por molde se determina según la suma de los costes de producción
y según el numero de piezas, pero la división de los moldes según la cantidad de
cavidades no dice nada todavía sobre el principio de trabajo. Este particularmente el
principio de desmoldeo de las piezas, depende del tipo de articulo a fabricar;
esencialmente se consideran tres tipos, los cuales por determinar el principio de
desmoldeo, sirven de base para la clasificación de los moldes:
Artículos sin resaltes o contraperfiles; en general se trata de piezas relativamente
sencillas, por ejemplo, cubos, fuentes, vasos, etc.
Artículos con resaltes a contraperfiles exteriores, como por ejemplo, Tornillos, tapones de
champa, etc.
Artículos con resaltes interiores, como por ejemplo, obturadores roscados para tubos,
caperuzas roscadas, etc.
Naturalmente también son posibles combinaciones de estos tipos.
Para que el llenado la refrigeración y el desmoldo sean uniformes, es conveniente fabricar
solamente artículos de la misma especie en un molde múltiples según el tipo de
desmoldeo, se dividen los moldes en:
Moldes normales.
Moldes para piezas con resaltes.
Moldes de guillotina.
Moldes de corredera.
Moldes de mordazas.
Moldes para roscas.
Moldes especiales.
INYECCION.-
El moldeo por inyección es un proceso de transformación cíclico que se lleva a cabo en
etapas sucesivas.
Los pollets de polipropileno se introducen por medio de una tolva al interior de la inyectara,
la cual esencialmente es una bomba de tornillo que dosifica, mezcla, funde y fluidifica la
resina, para acumularla en la zona frontal del tornillo o cámara de inyección
posteriormente se inyecta el material a través de una boquilla, al interior de un molde
cerrado que define la forma de la pieza deseada. Allí se mantiene bajo presión, hasta que
se solidifica la zona de entrada del punto de inyección. La estadía de la pieza dentro del
molde, se prolonga hasta que se enfría lo suficiente como para ser expulsada de forma
sin sufrir deformaciones. Después de la expulsión de la pieza moldeada, se repite el
mismo ciclo.
El proceso es altamente versátil, ya que se puede obtener tanto piezas sencillas, como
artículos con formas muy complicadas; tapas contolerancia y ajustes muy precisos;
productos desde pocos miligramos, hasta artículos de gran volumen y peso (varios kilos).
En general, se caracteriza por la obtención de piezas es la única etapa, sin trabajo
posterior de determinación, en proceso que pueden llegar a ser totalmente automatizado.
Como desventajas se pueden mencionar, los costos elevados en equipamiento y
complejos moldes, construidos con materiales de alta resistencia. Estos aspectos
requieren producciones de grandes volúmenes de producción, que permitan obtener
costos unitarios razonables.
El numero de piezas producidas por unidad de tiempo, depende esencialmente del tiempo
de enfriamiento de la pieza dentro del molde y este a su vez del espesor de la pared de la
pieza. El tiempo de enfriamiento varia proporcionalmente con relación al cuadrado del
espesor de la pared de la pieza.
La unidad de inyección se encarga de acondicionar el material, es decir lo fusiona y lo
homogeniza y a la vez los transporta y selecciona el dopaje. Por otro lado, en esta unidad
se inyecta al molde el material ya acondicionado.
La placa fija soporta la cavidad hembra del molde, la cual tiene incorporada la placa de
centraje, donde se apoya la boquilla, la placa móvil soporta la cavidad macho.
Fundamentalmente se distinguen dos sistemas de accionamiento de cierre y apertura de
molde, a través de la placa móvil.
CICLO DE INYECCION.-El ciclo de inyección se refiere al tiempo que transcurre entre la salida desde el molde de
dos piezas inyectadas consecutivamente. La etapa básica que ocurren durante este
tiempo son:
Plastificación o acondionamiento del polimero.
Inyección en el molde a alta presión.
Enfriamiento.
Extracción de la pieza.
Cada una de las etapas del ciclo, indicadas en la figura 19 influye particularmente en la
calidad de la pieza inyectada, por lo que es muy importante establecer un optimo ajuste de
las variables que intervienen.
Las propiedades mecánicas de un articulo inyectado no depende solamente de las
características del plástico utilizado, sino que en buena parte, de las condiciones del
proceso.
El ciclo de inyección debe ser realizado en el menor tiempo posible, para asegurar una
producción elevada y alcanzar una buen rentabilidad del proceso. Con el fin de alcanzar
eficiencia en el proceso, deben evitarse tiempos muertos o innecesarios en el ajuste del
ciclo.
EL MOLDE DE INYECCION.El molde es el elemento en el cual se inyecta a presión el material fundido y que da la
forma deseada y la textura superficial a la pieza inyectada.
Es imposible obtener artículos de calidad satisfactoria, con un molde construido
inadecuadamente. Un diseño apropiado y una cuidadosa manufactura, favorecen una
producción económica y un articulo con el máximo desempeño durante su uso.
El principal objetivo del diseño de un molde, es producir una pieza funcional que cumpla
con todos los requerimientos de uso, como esfuerzos mecánicos, resistencia química y
temperaturas de trabajo.
En lo posible hay que considerar un espesor constante o razonablemente constante en el
análisis del diseño no solamente por su obvia ventaja económica sino por la uniformidad
de la contracción. Al existir diferencia de espesores, el enfriamiento es diferente en las
distintas secciones. Al enfriar con mayor rapidez las zonas mas delgadas, la contracción
es menor que la producida en las zonas con mayor espesor pudiendo producirse alabeo.
Cuando una pieza requiere alta rigidez, la manera de evitar mayores espesores de pared,
es el diseño de moldes con nervaduras, estas proveen una mayor eficiencia estructural,
con menor volumen de material y ciclos de moldeo mas cortos.
Al diseñar algún molde, se debe tener en cuenta la longitud del camino de flujo, además
de las exigencias económicas y mecánica que determinan el espesor de la pieza. La
longitud del camino de flujo, es la distancia que el material fundido debe recorrer bajo
condiciones optimas de inyección, a un espesor de pared determinado.
Para la mayoría de los termoplásticos corrientes, el espesor de pared mínimo esta
comprendido entre 0,5 a 0,9 mm. por cada 100 mm. de camino de flujo, considerando una
correcta entrada de material en el molde.
En la practica se usa una formula empírica para determinar aproximadamente el espesor
mínimo de pared (EMP), en relación con el camino de flujo.
EMP = Longitud del camino de flujo + 0,5 x 0,6
100
a mayor espesor de pared mayor será la longitud del camino del flujo, con materiales de
índice de fluidez alto el recorrido del flujo es mayor.
El diseño del molde depende de:
1. Forma y Volumen del articulo.
2. numero de cavidades a considerar.
3. tamaño y capacidad de la maquina de inyección ene la cual será instalado.
El tamaño y el peso del articulo a fabricar, limitan el numero de cavidades en el molde y
determinan la capacidad requerida de la inyección.
Como regla general, un molde bien diseñado necesita 3 toneladas de cierre por cada 6,45
cm2 de área proyectada. Aunque es posible obtener piezas óptimas con menor tonelaje
de fuerza de cierre, no es aconsejable operar moldes en estas condiciones, ya que
pueden a no llegar a llenarse completamente las cavidades de largo recorrido, no se debe
exceder la fuerza de cierre, para no acortar la vida útil del molde.
Normalmente la información que proporciona el fabricante esta referida al poliéster (PS) y
se expresa en gramos o cm3. el volumen específico del propileno es 1,2 cm3/gramos,
mientras que la de el polietileno es 1,0 cm3/gramo. Durante la inyección del polipropileno
se debe ocupar el 75% de la capacidad del cilindro.
BEBEDEROS.-El bebedero de inyección es un orificio troncocónico ubicado en la placa fija del molde, a
través del cual pasa el material fundido durante la fase de inyección. Este pone en
contacto la boquilla de la máquina inyectora con la cavidad del molde, en el caso de
inyectar solo una pieza o con los canales de los moldes con varias cavidades.
El canal del bebedero debe estar en el eje de la boquilla de inyección y adaptarse
perfectamente por medio de un asiento cóncavo, que se acopla con la superficie esférica
de aquella, el material que llena el canal de inyección o bebedero y que luego se solidifica
por enfriamiento, da lugar a la formación del mazarote o colocada, el cual debe ser
extraído después de cada inyección. Para esto el canal debe tener forma troncónica, con
la abertura menor hacia la tobera y la mayor en comunicación a la parte móvil del molde.
El gradiente estándar debe ser entre 2030’ a 50.
La longitud del canal de bebedero debe ser lo mas corto posible, a fin de evitar su
enfriamiento prematuro, las relación entre la longitud y el diámetro del canal esta
comprendida entre 5 y 9:1 es aconsejable no pasar los limites indicados para el gradiente
y la relación diámetro longitud, puesto que los inconvenientes que se encuentran en el
moldeo por inyección se deben en gran parte, a errores en las dimensiones del canal de
inyección.
La rotura y la extracción de la colada desde el canal de inyección, se efectúa
automáticamente en el momento de la apertura del molde, aprovechando del retroceso de
la parte móvil de este, a través de un cierto esfuerzo de tracción ejercido sobre la colada.
Todas las superficies involucradas tienen que estar pulidas para facilitar la extracción de
esta.
CANALES DE ALIMENTACION.-El material fundido en el molde es distribuido y conducido desde el canal del bebedero
hasta la cavidad a través de los canales de alimentación, permitiendo el llenado
simultaneo de las cavidades, en iguales condiciones de temperatura y presión. Por esto, el
dimensionamiento de los canales de distribución es de gran importancia, porque estos
influyen directamente en el éxito del moldeo por inyección.
Existen otros tres tipos de geometría:
- Parabólica.
- Cónica.
- Rectangular.
La geometría parabólica es mas recomendable que la circular, ya que su formato se
aproxima al circular, pero es menos costosa y optimiza el enfriamiento, la caída de presión
y el maquinado.
Es preferible que los canales sean ubicados en la parte móvil del molde, para aumentar la
adherencia del articulo moldeado en dicha zona, en el momento de la apertura.
La sección del canal debe ser proporcional a la del canal del bebedero y durante su
recorrido, el material no debe sufrir cambios bruscos en la dimensión de los canales. La
sección de cada canal de alimentación debe ser casi igual a la sección de salida del
bebedero, dividido por el numero de canales proyectados.
Los canales deben ser rectos y con la menor longitud posible. Estos además de presentar
una menor superficie, reducen la cantidad de material a procesar y permiten que el
material fundido fluya hacia el molde con mayor rapidez.
En moldes de un cavidad, los canales de distribución principal deben extender mas allá del
punto de unión de los últimos canales secundarios. De esta manera se forma el “pozo frio”,
cuya función es detener la primera porción del material que, siendo mas fría, perjudicaría
la calidad del producto.
PUNTO DE INYECCIÓN.El punto de inyección constituye el ultimo tramo de los canales, la ubicación del punto
donde estos desembocan en la cavidad debe ser muy bien estudiada, pues de ella
dependen la terminación superficial del articulo, la manera de controlar la velocidad de
escurrimiento en el interior de la cavidad y el grado de compactación del material en su
interior.
La geometría del punto de inyección depende de los siguientes parámetros:
- Tipo de termoplástico procesado.
- Espesor de pared y forma de la pieza.
- Tipo de colada.
- Recorrido del flujo.
En general el punto de inyección se localiza en la región de mayor espesor del articulo. De
esta manera el material fluye progresivamente hacia las regiones de menor espesor.
Generalmente la entrada a la cavidad es menor que el canal de distribución produciéndose
una restricción del canal, en que el material que bien a presión constante, aumenta su
velocidad y al sufrir alta fricción su temperatura aumenta, equilibrando las caídas de
presión y temperatura del canal.
Cuando se producen artículos de gran tamaño es necesario utilizar varios puntos de
inyección, para lograr un buen llenado y obtener una post-presión uniforme.
El punto de inyección debe ser corto, pues la condición de flujo a través de él es
extremadamente severa (aumento de temperatura y elevado cizalle). La longitud de
entrada para polipropileno debe ser de alrededor de 0,75mm. si el punto de inyección es
muy corto, habrá una sección débil en el moldeado, entre el canal y la cavidad y habrá
suficiente claridad en el corte, para remover el punto de inyección.
BALANCES DE LAS CAVIDADES.-La disposición de las cavidades debe favorecer el equilibrio de fuerzas en el momento de
la inyección, en este sentido es importante mantener el punto de inyección centrado con
relación a los canales de distribución de las cavidades, de forma que durante la inyección,
la resultante de las fuerzas tenga su línea de acción en el centro del molde. La simetría en
la posición de las cavidades también permite un llenado en todas las cavidades en las
mismas condiciones de temperatura, presión y viscosidad asegurando el mantenimiento
de las propiedades del material en todas las piezas moldeadas.
SALIDAD DE GASES.-Cuando se inicia la fase de inyección de molde están, como natural, llenas de aire del
medio ambiente. Parte de esta puede quedara aprisionado en algún sector de la cavidad e
impedir un llenado completo, dando lugar a piezas completas.
El material inyectado en el molde, sometido a alta presión, impulsa y comprime
fuertemente el aire ocluido en los sectores mas alejados del punto de inyección,
provocando ennegrecimiento, pudiendo incluso producir la carbonización parcial de las
piezas moldeadas.
Se debe asegurar, por lo tanto, que durante la inyección del material se expulsen
totalmente los gases contenidos en el interior de las cavidades del molde. Esto se
consigue con escapes de aire en las cavidades del molde. Estos se deben ubicar
adecuadamente y están constituidos generalmente por pequeños surcos trazados en las
superficies de unión de las placas del molde (plano de unión) o sobre los vástagos
extractores o por pequeños orificios practicados directamente en las cavidades.
REFRIGERACION DE LOS MOLDES.-El material plástico fundido, que es inyectado en el molde, debe enfriarse cediendo sus
calorías a las paredes del molde, a fin de solidificar y permitir su extracción de las
cavidades, sin sufrir deformación.
Los canales para el sistema de refrigeración deben ser dispuestos, de manera que la
absorción de calor sea uniforme. La fabricación de un molde con un apropiado sistema de
refrigeración generalmente es muy caro, pero ese consto se va compensando por la
calidad de los artículos y por menor tiempo de ciclo de inyección obtenido.
La refrigeración de los moldes se puede controlar regulando la velocidad de circulación de
agua, por medio de llaves situadas en los tubos de admisión.
Idealmente se deben conectar los canales a una fuente de circulación de agua y/o aceite
con temperatura controlada. El diámetro de los canales de refrigeración se determina
sobre la base del espesor del articulo a inyectar. Los canales de agua deben tener un
diámetro entre 8 a 10 mm. para moldes de artículos menores o iguales a 100 gramos y de
12 a 15 mm para aquellas mayores de 100 gramos. Se deben ubicar a una distancia
aproximada de 25 mm de la cavidad, en forma paralela a la base mas corta del molde. La
separación de centro a centro entre ejes deberá ser de 24 a 45 m.
El flujo de agua debe ser tal que permita que la diferencia de temperatura del liquido
saliente no supere en mas de 50C. a la temperatura que tenían al entrar.
Diferencias de temperaturas en el molde y/o diferentes velocidades de enfriamiento,
pueden ser responsables por curvaturas y deformaciones de la pieza.
Las secciones del molde mas próximas a los puntos de inyección y que por lo tanto son
mas calentadas por el fundido, exigen enfriamiento mas intensivo, que aquellas regiones
mas alejadas del punto de inyección.
En las piezas axialmente simétricas, se debe evitar la utilización de sistemas de
enfriamiento en paralelo en este caso, se recomienda la utilización de sistemas de
refrigeración en espiral. El fluido de enfriamiento debe entrar en el molde por el centro del
espiral, a medida que fluye en dirección al borde del molde, su temperatura aumenta,
equilibrando la temperatura del material fundido en el molde.
Para piezas rectangulares en el molde, se recomienda la utilización de canales de
enfriamiento diseccionado longitudinalmente a la cavidad del molde.
TEMPERATURA DE INYECCIÓN.Un aspecto importante en el procesamiento, consiste en que la transferencia de calor al
material ocurra de la manera mas regular y rápida posible, esta condición se cumple en las
maquinas con tornillo de plastificación, porque el calor es transferido al material, tanto por
convicción como por conducción. El calor generado por fricción, que también contribuye a
calentar el material, es causado por el efecto de cizallamiento.
El intervalo de temperatura de trabajo en la inyección del polipropileno es relativamente
amplio se extiende entre 1700 y 2600C. en circunstancias especiales se puede llegar a
temperaturas extremas de 3000C. sus limites inferiores son determinados por la
disminución del flujo fundido y sus limites superiores por el inicio de la degradación
térmica.
Cuanto mayor y mas uniforme es la temperatura del material en el molde, menor es la
orientación en la pieza. Una menor orientación, significa una menor tensión interna, por lo
tanto, mayor resistencia al impacto mayor resistencia a la fisura por tensión y menor
tendencia a la distorsión en el producto final.
TEMPERATURA DEL MOLDE.-La temperatura del molde también influye en determinadas propiedades del moldeado,
como la apariencia superficial, contratación y distribución.
Existe un limite para la temperatura del molde. Pues temperaturas altas requieren ciclos
mayores de inyección, lo que eleva los costos. Además temperaturas excesivas pueden
causar problemas, como por ejemplo, los botadores pueden perforar la pieza moldeada o
puede romperse el canal de inyección quedando adherido.
La contracción del polipropileno es relativamente alta y es mayor cuando la diferencia
entre la temperatura de inyección y la temperatura de extracción de la pieza del molde
aumenta. Las tensiones internas pueden ser causadas por el material fundido, cuando
entra en contacto con las paredes del molde relativamente frías.
Con el fin de mantener las tensiones en un valor mínimo, no es suficiente solo prestar
atención al temperatura absoluta del molde, sino mantener una temperatura constante, de
forma tal que el fundido mantenga la misma temperatura en todos los puntos del molde,
hasta que se haya completado el proceso de inyección. Esto significa que el molde debe
tener un sistema de enfriamiento balanceado, manteniendo uniforme la temperatura del
fundido.
Durante el proceso, a medida que disminuye la temperatura del molde, disminuye la
turbidez del articulo y en menor grado, su brillo.
La temperatura del molde durante el proceso se encuentra entre 200 y 600C. en casos
especiales se puede llegar a 900C. Considerando que el tiempo del ciclo aumentará
considerablemente.
MARINERIA.-El molde o matriz es un mecanismo en el cual se inyecta a presión el material plástico
fundido y que la forma deseada y la textura superficial a la pieza final inyectada.
CUALES SON LAS PARTES DE UN MOLDE O MATRIZ.-1. Anillo frontal o disco para centrar.
2. bebedero o nosel.
3. placa porta – molde.
4. placa de diseño 1 y 2.
5. placas de soporte.
6. sistema de expulsión.
7. placa de expulsión.
8. placa de tinción de expulsores de producto y retorno.
9. expulsores.
10.expulsores de retorno.
TIPOS DE MOLDE.-MOLDES CLASICOS.-Para productos con un proceso de movimientos simples sin mucha exigencia y donde el
producto tiene una forma común.
MOLDE CON MECANISMO DE PLACA FLOTANDO.-Para productos que tienen una exigencia en el producto final puede ser meramente
estético o de forma.
MOLDE DE MORDAZAS.-Molde que tiene un mecanismo adicional que proporciona un movimiento de placas 1 para
la expulsión de un producto con exigencia de forma.
MOLDES PARA ROSCAS.Donde el molde esta provisto de mecanismo mecánico de engranaje y cremallera para
facilitar la expulsión del producto.
MOLDES ESECIALES.-
Casos para productos especiales en su diseño o para la inyección de dos componentes.
CUANTOS TIOPOS DE INYECCIÓN EXISTEN.-Inyección cónica y de barra.
Es una combinación de colada de inyección y de colada de distribución para moldes de
muchas cavidades
Inyección de punto.-Para productos que tienen exigencia en su presentación final o eliminación de la colada y
ciclos de trabajo mas rápidos.
Inyección de punto lateral.-También ante la exigencia de la presentación final del producto de moldes de mas de una
cavidad.
LA REFRIGERACION DE UN MATRIZ.-Refrigeración para un proceso productivo es muy importante que los estándares de tiempo
de trabajo o ciclos sean uniformes, por este motivo la refrigeración es muy importantes en
la medida que el molde este refrigerado o vale decir a la misma temperatura durante todo
el tiempo que dure el proceso de producción.
POLIPROPILENO.-
Nombres comerciales: por ejemplo, Hostales PPH; Luparen; Vestales P.
Color y aspecto del material corriente en el mercado:
Masa granulada, incolora opaca y teñida transparente y oscura.
Propiedades generales del producto acabado:Elevada Estabilidad de forma al calor, resistencia a la tracción y choque, rigidez. Buena
dureza superficial; sin tendencia a la corroción por tensiones. Esterilizable hasta 1200C.
prácticamente sin absorción de agua. Se hace quebradizo a temperaturas inferiores a 00C.
Ejemplos de aplicación (Proceso de inyección):Recipientes y objetos de uso (cubos, fuentes, barreños, bidones, frascos), juguetes
artículos para mecánica fina y aparatos eléctricos, cascos protectores, tacones para
zapatos de señora.
Temperatura de uso permanente sin prejuicios, máximo 120 – 1300C.
Estabilidad frente a productos químicos:
Estable frente a ácidos débiles, álcalis débiles.
Zonas de temperatura recomendables para la elaboración de polipropileno.-Las zonas de este diagrama se establecieron de acuerdo con conocidos fabricantes de
estos materiales, pero hay que tener en cuenta que precisamente en el proceso de
inyección se hace notable la influencia de otras magnitudes (configuración y dimensiones
de la pieza, estructura del molde, sistema de llenado, geometría del husillo de la unidad de
plastificación, sistema de accionamiento de la maquina, etc.)
