INYECCION DE MATERIALES PLASTICOS
Introduccin
La inyeccin de termoplsticos es un proceso fsico y reversible,
en el que se funde una materia prima llamada termoplstico, por el
efecto del calor, en una mquina llamada inyectora. Esta mquina con
el termoplstico en estado fundido, lo inyecta, dentro de las
cavidades huecas de un molde, con una determinada presin, velocidad
y temperatura. Transcurrido un cierto tiempo, el plstico fundido en
el molde, va perdiendo su calor y volvindose slido, copiando las
formas de las partes huecas del molde donde ha estado alojado. El
resultado es un trozo de plstico slido, pero con las formas y
dimensiones similares a las partes huecas del molde. A este
termoplstico solidificado le llamamos inyectada.
Objetivo
Algunos de los principales objetivos del proyecto es elaborar
piezas de plstico atraves de unidades de moldeo por inyeccin
(mquina inyectora) para diferentes artculos electrnicos o no
electrnicos, reutilizar el plstico reciclado generado as como
generar empleos, contribuir con la gran demanda que requiere
fabricarlas en los proceso de inyeccin y generar utilidades o
ganancias en su produccin y venta.
Justificacion
En este proyecto se trabajara en satisfacer la demanda de piezas
de plsticos ya que el moldeo por inyeccin es la herramienta ms
importante para la industria del plstico, en la actualidad es
Prcticamente imposible fabricar algo sin partes moldeadas, este
proceso hace esto posible, adems que reduce costos y tiempo en
produccin, en el proceso se usara tecnologa de punta de moldeo por
inyeccin para elaborar productos de alta calidad con ello reducir
el consumo energtico y las emisiones contaminantes a la
atmosfera.
Tecnicas de moldeo de plsticos
Existen dos tipos de plsticos: los termoplsticos y los
termorrgidos. Los termoplsticos son derretibles y los termorrgidos
no lo son. La diferencia est en cmo se forman los polmeros. Los
polmeros, o cadenas de tomos, son en los termoplsticos como cuerdas
unidimensionales, y si se derriten, pueden adquirir una forma
nueva. En los termorrgidos son redes tridimensionales que siempre
conservan su forma. Para formar o moldear plsticos se usan una gran
variedad de procesos, algunos slo sirven para termoplsticos, otros
slo para los termorrgidos y algunos procesos sirven para ambos.
Extrusin
La extrusin es un proceso de moldeado que comienza con material
plstico "crudo" como grnulos, polvo o perlas. Una tolva alimenta de
plstico a una cmara giratoria. La cmara, llamada extrusor, mezcla y
derrite el plstico. El plstico derretido es forzado a salir a travs
de un dado y toma la forma del producto terminado. El tem cae en
una cinta transportadora en la cual se lo enfra con agua y se lo
corta. Algunos productos que pueden ser fabricados por extrusin
incluyen lminas, film y tubos.
Moldeo por inyeccin
El moldeo por inyeccin utiliza el mismo principio que la
extrusin. El plstico crudo es alimentado desde una tolva a una
cmara de calentamiento. Sin embargo, en vez de ser forzado a pasar
a travs de un dado, se lo fuerza a ingresar a un molde fro a alta
presin. El plstico se enfra y solidifica, y el producto es limpiado
y terminado. Algunos productos fabricados por inyeccin incluyen
envases para manteca, tapas de botellas, juguetes y muebles de
jardn.
Moldeo por soplado
El moldeo por soplado utiliza inyeccin de aire luego de haber
extrudo o inyectado un plstico. La extrusin-soplado utiliza un dado
que crea un tubo plstico caliente con un molde enfriado alrededor
de ste. Se inyecta aire comprimido a travs del tubo para obligar al
plstico a tomar la forma del molde. Esto permite a los fabricantes
crear formas huecas continuas y uniformes, sino tener que moldear
cada una de ellas por inyeccin. La inyeccin-soplado tambin usa un
molde de inyeccin, pero en lugar de obtener un producto terminado,
el molde es un paso intermedio en el cual el plstico es calentado
para ser soplado a su forma final en un molde fro separado.
Moldeo por compresin
El moldeo por compresin es el proceso de tomar un volumen de
plstico especificado previamente, colocarlo en un molde y luego
utilizar otro molde para aplastarlo o comprimirlo dentro del primer
molde. El proceso puede ser automtico o manual y sirve tanto para
materiales termoplsticos como termorrgidos.
Termoformado
El termoformado es el proceso de calentar un film plstico sin
derretirlo, ablandndolo lo suficiente para que tome la forma de un
molde contra el cual es presionado. El fabricante hace que el
plstico tome la forma deseada utilizando alta presin, vaco o un
molde macho. Luego de que el producto terminado se ha enfriado, es
removido del molde y los remanentes son reciclados para ser
utilizados en film nuevo.
Metodo de moldeo por Inyeccion
El moldeo por inyeccin es el proceso ms usado para la
manufactura de componentes termoplsticos. En este proceso, el
plstico fundido se fuerza hacia la cavidad de la matriz metlica que
se ha maquinado a la forma del producto deseado.
Cuando el plstico ha solidificado lo suficiente, se abre la
matriz y se extrae la pieza. El material plstico crudo se coloca en
forma de bolitas en la tolva de la maquina. Luego entra al
calentador en donde se funde. El plstico fundido se empuja entonces
hacia la cavidad del dado mediante aplicacin directa de presin
hidrulica o mecnica.
Las maquinas de moldeo por inyeccin de gran capacidad pueden
ejercer varios cientos de toneladas de presin y pueden utilizarse
para fabricar grandes piezas de plstico de una pieza. Como ejemplos
se incluyen los componentes de carroceras de automvil, como los
ensambles, cofres, salpicaderas, parachoques y parrillas.
El proceso de inyeccin se puede resumir en cinco pasos
Paso 1: Las partes del molde se cierran.
Paso 2: El pistn se mueve hacia delante y empuja el material
dentro del cilindro de calefaccin, al mismo tiempo, inyecta el
material plastificado dentro del molde.
Paso 3: El pistn permanece en esta posicin por algn tiempo
manteniendo la presin a travs de la boquilla. Durante este tiempo
el material se esta enfriando y solidificando lo necesario para
mantener la forma del molde.
Paso 4: El pistn retrocede, pero el molde permanece cerrado, una
nueva cantidad de material cae desde la tolva alimentadora.
Paso 5: El molde se abre al mismo tiempo que expulsa las piezas
moldeadas mediante la accin de los botadores.
Las ventajas de este proceso son:
Ahorro del material, espacio de fabricacin y tiempo de
produccin.
Exactitud de forma y dimensiones de las piezas inyectadas.
Posibilidad de formacin de orificios e insercin de elementos de
otros materiales con los que la produccin se hace completa.
Superficie lisa y limpia de las piezas inyectadas.
Buenas propiedades de resistencia.
Rpida produccin de gran cantidad de piezas.
Las desventajas del proceso son:
No recomendable para baja produccin a causa del alto costo
herramental.
Las resinas pueden solidificarse antes de llenar el molde cuando
se trata de secciones muy delgadas.
Piezas complicadas aumentan el costo herramental.
Diagrama de Flujo
MARCO TEORICO
Definicion de Plastico.
El trminoplsticoen su significado ms general, se aplica a las
sustancias de similares estructuras que carecen de un punto fijo
deevaporaciny poseen, durante un intervalo de temperaturas,
propiedades deelasticidadyflexibilidadque permiten moldearlas y
adaptarlas a diferentes formas de manera permanente a partir de una
cierta compresin y temperatura. Sin embargo, en sentido concreto,
nombra ciertos tipos de materiales sintticos obtenidos mediante
fenmenos depolimerizacino multiplicacin semi-natural de los tomos
de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgnicos
derivados delpetrleoy otras sustancias naturales. Por lo general,
los plsticos sonpolmerosque se moldean a partir de la presin y
elcalor. Una vez que alcanzan el estado que caracteriza a los
materiales que solemos denominar como plsticos, resultan bastante
resistentes a la degradacin y, a la vez, son livianos. De este
modo, los plsticos pueden emplearse para fabricar una amplia gama
de productos. El costo reducido de fabricacin, su resistencia al
deterioro, la impermeabilidad y la posibilidad de colorearlos en
diferentes tonos son algunos de los motivos que hacen que los
plsticos sean tan populares. Sin embargo, tambin experimentan
diversas contras: muchos de ellosno son susceptibles de reciclaje,
por lo que pueden contribuir a la contaminacin; por otra parte, los
plsticos no suelen resistir el calor excesivo, derritindose y
liberando, en ocasiones, sustancias txicas. La condicin de lo
plstico se conoce comoplasticidad. Por eso, el trmino puede
emplearse comoadjetivopara calificar a aquel o aquello que
demuestra facilidad para adoptar distintas formas
CLASIFICACION DE LOS PLASTICOS
Segn el monmero base
En esta clasificacin se considera el origen delmonmerodel cual
parte la produccin del polmero.
Naturales: Son los polmeros cuyos monmeros son derivados de
productos de origen natural con ciertas caractersticas como, por
ejemplo, lacelulosa, lacasenay el caucho. Sintticos: Son aquellos
que tienen origen en productos elaborados por el hombre,
principalmente derivados delpetrleo.
Segn su comportamiento frente al calor
Termoplsticos
Un termoplstico es un plstico que, a temperatura ambiente, es
plstico o deformable, se convierte en un lquido cuando se calienta
y se endurece en un estado vtreo cuando se enfra suficiente. La
mayora de los termoplsticos son polmeros de alto peso molecular,
los que poseen cadenas asociadas por medio de dbiles fuerzas Van
der Waals (Polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y
enlace de hidrgeno; o incluso anillos aromticos apilados
(poliestireno). Los polmeros termoplsticos difieren de los polmeros
termoestables en que despus de calentarse y moldearse stos pueden
recalentarse y formar otros objetos, ya que en el caso de los
termoestables o termoduros, su forma despus de enfriarse no cambia
y este prefiere incendiarse..
Sus propiedades fsicas cambian gradualmente si se funden y se
moldean varias veces.
Los principales son:
Resinas celulsicas: obtenidas a partir de lacelulosa, el
material constituyente de la parte leosa de lasplantas. Pertenece a
este grupo elrayn.Polietilenosy derivados: Emplean como materia
prima eletilenoobtenido delcraqueo del petrleoque, tratado
posteriormente, permite obtener diferentes monmeros comoacetato de
vinilo,alcohol vinlico,cloruro de vinilo, etc. Pertenecen a este
grupo elPVC, elpoliestireno, elmetacrilato, etc.Derivados de
lasprotenas: Pertenecen a este grupo elnailony elperln, obtenidos a
partir de lasdiamidas.Derivados delcaucho: Son ejemplo de este
grupo los llamados comercialmentepliofilmes,clorhidratos de
cauchoobtenidos adicionandocido clorhdricoa los polmeros de
caucho.
Termoestables
Losplsticos termoestablesson materiales que una vez que han
sufrido el proceso de calentamiento-fusin y formacin-solidificacin,
se convierten en materiales rgidos que no vuelven a fundirse.
Generalmente para su obtencin se parte de unaldehdo.
Polmeros delfenol: Son plsticos duros, insolubles e infusibles
pero, si durante su fabricacin se emplea un exceso de fenol, se
obtienen termoplsticos.Resinas epoxi.Resinas
melamnicas.Baquelita.Aminoplsticos: Polmeros deureay derivados.
Pertenece a este grupo lamelamina.Polisteres: Resinas procedentes
de laesterificacindepolialcoholes, que suelen emplearse enbarnices.
Si elcidono est en exceso, se obtienen termoplsticos.
Segn la reaccin de sntesis[editar]
Tambin pueden clasificarse segn la reaccin que produjo el
polmero:
Polmeros de adicin
Implican siempre la ruptura o apertura de una unin del monmero
para permitir la formacin de una cadena. En la medida que las
molculas son ms largas y pesadas, la cera parafnica se vuelve ms
dura y ms tenaz. Ejemplo:
2nH2C=CH2 [-CH2-CH2-CH2-CH2-]n
Polmeros de condensacin
Son aquellos donde los monmeros deben tener, por lo menos, dos
grupos reactivos por monmero para darle continuidad a la cadena.
Ejemplo:
R-COOH+ R'-OH R-CO-OR' + H2O
Polmeros formados por etapas
La cadena de polmero va creciendo gradualmente mientras haya
monmeros disponibles, aadiendo un monmero cada vez. Esta categora
incluye todos los polmeros de condensacin de Carothers y adems
algunos otros que no liberan molculas pequeas pero s se forman
gradualmente, como por ejemplo los poliuretanos
Segn su estructura molecular
Amorfos
Sonamorfoslos plsticos en los que las molculas no presentan
ningn tipo de orden; estn dispuestas desordenadamente sin
corresponder a ningn orden. Al no tener orden entre cadenas se
crean unos huecos por los que la luz pasa, por esta razn los
polmeros amorfos son transparentes.
Semicristalinos
Los polmerossemicristalinosTienen zonas con cierto tipo de orden
junto con zonas amorfas. En este caso al tener un orden existen
menos huecos entre cadenas por lo que no pasa la luz a no ser que
posean un espesor pequeo.
Cristalizables
Segn la velocidad de enfriamiento, puede disminuirse
(enfriamiento rpido) o incrementarse (enfriamiento lento) el
porcentaje de cristalinidad de un polmero semicristalino, sin
embargo, un polmero amorfo, no presentar cristalinidad aunque su
velocidad de enfriamiento sea extremadamente lenta.
Comodities
Son aquellos que tienen una fabricacin, disponibilidad, y
demanda mundial, tienen un rango de precios internacional y no
requieren gran tecnologa para su fabricacin y procesamiento.
De ingeniera
Son los materiales que se utilizan de manera muy especfica,
creados prcticamente para cumplir una determinada funcin, requieren
tecnologa especializada para su fabricacin o su procesamiento y de
precio relativamente alto.
Elastmeros o cauchos
Loselastmerosse caracterizan por su gran elasticidad y capacidad
deestiramientoyrebote, recuperando su forma original una vez que se
retira la fuerza que los deformaba. Comprenden loscauchosnaturales
obtenidos a partir del ltex natural y sintticos; entre estos ltimos
se encuentran elneoprenoy elpolibutadieno.
Los elastmeros son materiales de molculas grandes las cuales
despus de ser deformadas a temperatura ambiente, recobran en mayor
medida su tamao y geometra al ser liberada la fuerza que los
deform.
Generalidades de las mquinas de moldeo por inyeccin.
Las mquinas de moldeo por inyeccin tienen tres mdulos
principales:
Mquina de inyeccin de plsticos.
La unidad de inyeccin o plastificacin. La unidad de inyeccin
plastifica e inyecta el polmero fundido.
Unidad de inyeccin tpica.
La unidad de cierre. Soporta el molde, lo abre y lo cierra adems
de contener el sistema de expulsin de la pieza.
Unidad de cierre tipo rodillera.
La unidad de control. Es donde se establecen, monitorean y
controlan todos los parmetros del proceso: tiempos, temperaturas,
presiones y velocidades. En algunas mquinas se pueden obtener
estadsticas de los parmetros de moldeo si as se desea.
Control de mquina.
Bsicamente todas las mquinas de inyeccin estn formadas por los
mismos elementos. Las diferencias entre una mquina y otra radican
en su tamao, la unidad de cierre y el diseo de la unidad de
plastificacin.
En menor medida, tambin se diferencian en las variantes del
diseo de sus elementos de montaje y los sistemas de accionamiento.
A continuacin se explicarn a detalle los elementos constitutivos de
cada subsistema que componen a una mquina de inyeccin de plsticos
as como de una breve descripcin del proceso de moldeo por inyeccin
para poder comprender mejor el funcionamiento de las mquinas.
El Ciclo de Inyeccin
El proceso de obtencin de una pieza de plstico por inyeccin,
sigue un orden de operaciones que se repite para cada una de las
piezas. Este orden, conocido como ciclo de inyeccin, se puede
dividir en las siguientes seis etapas:
Se cierra el molde vaco, mientras se tiene lista la cantidad de
material fundido para inyectar dentro del barril. El molde se
cierra en tres pasos: primero con alta velocidad y baja presin,
luego se disminuye la velocidad y se mantiene la baja presin hasta
que las dos partes del molde hacen contacto, finalmente se aplica
la presin necesaria para alcanzar la fuerza de cierre
requerida.
Cierre del molde e inicio de la inyeccin
El tornillo inyecta el material, actuando como pistn, sin girar,
forzando el material a pasar a travs de la boquilla hacia las
cavidades del molde con una determinada presin de inyeccin.
Inyeccin del material
Al terminar de inyectar el material, se mantiene el tornillo
adelante aplicando una presin de sostenimiento antes de que se
solidifique, con el fin de contrarrestar la contraccin de la pieza
durante el enfriamiento. La presin de sostenimiento, usualmente, es
menor que la de inyeccin y se mantiene hasta que la pieza comienza
a solidificarse.
Aplicacin de la presin de sostenimiento
El tornillo gira haciendo circular los grnulos de plstico desde
la tolva y plastificndolos. El material fundido es suministrado
hacia la parte delantera del tornillo, donde se desarrolla una
presin contra la boquilla cerrada, obligando al tornillo a
retroceder hasta que se acumula el material requerido para la
inyeccin.
Plastificacin del material
El material dentro del molde se contina enfriando en donde el
calor es disipado por el fluido refrigerante. Una vez terminado el
tiempo de enfriamiento, la parte mvil del molde se abre y la pieza
es extrada.
Enfriamiento y extraccin de la pieza
El molde cierra y se reinicia el ciclo.
Partes de una inyectora
Unidad de plastificacin.
La unidad de inyeccin realiza las funciones de cargar y
plastificar el material slido mediante el giro del tornillo, mover
el tornillo axialmente para inyectar el material plastificado hacia
las cavidades del molde y mantenerlo bajo presin hasta que sea
expulsado. El tornillo tiene una accin reciprocante adems de girar
para fundir el plstico, se mueve de manera axial para actuar como
pistn durante el proceso de inyeccin.
Unidad de plastificacin.
La unidad de inyeccin consta de un barril (o can) de acero capaz
de soportar altas presiones, este cilindro va cubierto por bandas
calefactores para calentar y ayudar a fundir el material mientras
avanza por el tornillo. Consta adems de una unidad hidrulica que es
la que transmite el movimiento lineal al husillo en el proceso de
inyeccin. Algunas mquinas tienen 2 unidades hidrulicas, una para la
inyeccin y otra para el cierre.
Tpica unidad de plastificacin
Tolva de alimentacin.
Las partculas slidas de la resina en forma de grnulos, se
depositan en la tolva de alimentacin de la mquina, esta tolva
normalmente est conectada a algn equipo perifrico o auxiliar que
proporciona las condiciones especificadas por el fabricante de la
resina para obtener los ptimos resultados de procesamiento. Estas
condiciones normalmente son las de porcentaje mximo permitido de
humedad. Dependiendo del material a inyectar, si es higroscpico o
no, ser necesario secarlo antes de introducirlo al can o barril de
inyeccin a travs de una tolva secadora especial. Tambin encontramos
que algunos manufactureros emplean sistemas de alimentacin continua
de resina de manera centralizada para toda la planta o particular
en cada mquina. Estos equipos perifricos se estudiarn con ms
profundidad en captulos siguientes.
Como ya habamos mencionado, los grnulos de plstico se vierten en
la tolva de alimentacin y esta a su vez lo alimenta al husillo
dentro del barril. Aunque los grnulos pueden introducirse
directamente al husillo, usualmente el material se alimenta por
gravedad dentro de la zona de alimentacin del barril. Estas tolvas
son en realidad contenedores de forma cnica truncada, aunque esta
geometra depende de cada fabricante de mquina. Pueden clasificarse
en tolvas cortas y tolvas largas.
Las tolvas cortas son tpicamente utilizadas cuando se seca la
resina de manera independiente en una mezanine o en una mquina de
secado fuera de la mquina de inyeccin, esto con la finalidad de que
no se acumule mucho material en la tolva y que alcance a absorber
humedad del ambiente.
Mquina con tolva corta.
Las tolvas largas normalmente requieren algn tipo de refuerzo en
la garganta de la misma para poder montarla directamente en la
garganta de la mquina. Este tipo de tolva es tambin ampliamente
utilizada, sin embargo presentan mucha ms dificultad para moverlas
fuera de la garganta de la mquina cuando se necesita inspeccionar
la entrada del material al can.
Tolva larga con secador.
Algunas mquinas ya presentan un equipo auxiliar neumtico para
mover fcilmente este tipo de tolvas. Algunas tambin presentan la
opcin de un dispositivo magntico en la base, su propsito es
nicamente tratar de eliminar cualquier objeto metlico que pudiese
caer dentro de la tolva de alimentacin.
La garganta de alimentacin de la tolva se enfra con agua para
evitar que el plstico granulado se funda (aglomerndose) en la
garganta de alimentacin.
Anillo de enfriamiento.
Husillos o tornillos reciprocantes.
El calentamiento del tornillo se hace por zonas y el nmero de
zonas depender del tamao del can, normalmente se dividen 3. Dentro
del barril se encuentra un tornillo de material muy duro, el cual
generalmente est pulido y cromado para facilitar el movimiento del
material sobre su superficie. El tornillo se encarga de recibir el
plstico, fundirlo, mezclarlo y alimentarlo en la parte delantera
hasta que se junta la cantidad suficiente para luego inyectarlo
hacia el molde.
Zonas del tornillo reciprocante.
Los husillos, o tornillos reciprocantes por lo general se
dividen en 3 zonas y tienen relaciones de longitud/dimetro (L/D) de
20:1. Esto es debido a que husillos con relaciones ms pequeas no
proporcionan un fundido homogneo, y con husillo con relaciones L/D
mayores a 24 se tiene una degradacin no deseada en muchos plsticos
de ingeniera debido a que el material tendr un tiempo de residencia
excesivamente largo.
Tipos distintos de filetes. Filete estndar (izq.). Doble filete
(centro). Filete de mezclado rpido (der.)
Las principales funciones de este tipo de unidades de inyeccin
son:
Moverse para acercar o alejar la boquilla de la unidad de
inyeccin del bebedero del molde.
Generar la presin requerida entre la boquilla de la unidad de
inyeccin y el bebedero del molde.
Girar el tornillo durante la etapa de alimentacin.
Mover el tornillo de manera axial durante el proceso de
inyeccin.
Mantener la presin generada durante la inyeccin.
Una gran parte de la energa necesaria para la plastificacin se
debe al calor de friccin, suministrando al material por el motor
del tornillo a travs del giro de este. Por lo tanto durante la
etapa de alimentacin se consume una gran cantidad de energa.
Solamente cuando se tienen mquinas de muy altas producciones se
tienen husillos de relaciones entre 22:1 y 26:1. Estos husillos a
menudo estn equipados con secciones de mezcla, o con una combinacin
de secciones de cizalla y mezcla, y eventualmente con una eficiente
zona de alimentacin.
En general podemos caracterizar los husillos en base a dos
parmetros: la relacin longitud dimetro (L/D) y la relacin de
compresin. La principal ventaja de que la relacin L/D sea grande,
es que al proveer de un mayor recorrido entre la tolva y el molde,
hace que el tiempo de residencia sea mayor, y por lo tanto permitir
que una mayor plastificacin con menores temperaturas, lo que ayuda
a disminuir el tiempo de ciclo, y por lo tanto permitir el aumento
de la productividad.
Sin embargo, esta misma ventaja es su principal punto dbil, ya
que al tener un tiempo de permanencia largo, algunos polmeros
tienden a degradarse, lo que ocasiona una prdida en las propiedades
mecnicas de estos. Es en base a esto que se recomiendan, para
plsticos tcnicos y para PVC, relaciones L/D de bajo valor, a fin de
reducir el tiempo de permanencia. Por el contrario, se tiene que
tener que aumentarse la temperatura, el enfriamiento tarda ms y en
consecuencia aumentar el tiempo de ciclo, bajando la
productividad.
Por otro lado, la relacin de compresin, que se denomina como la
relacin entre las alturas medias del filete medidas en la zona de
alimentacin y dosificacin, permite expresar la compresin mecnica
sufrida por el material. En general, para los polmeros amorfos se
usan husillos de baja relacin de compresin, mientras que para los
semicristalinos se utilizan husillos de compresin elevada.
Usualmente se utilizan 4 tipos de aceros para fabricar los
husillos de las mquinas de inyeccin de termoplsticos:
Nitralloy 135. Es un acero grado herramienta que una vez
mecanizado se le realiza un nitrurado por 72 horas. Es una
excelente opcin de bajo costo cuando el desgaste por abrasin pasa a
segundo trmino.
AISI 4140. Un acero para herramientas con excelente resistencia
mecnica cuando se le aplica un tratamiento trmico o un
recubrimiento superficial.
AISI D2.Un acero con altos contenidos de carbono y cromo,
excelente resistencia al desgaste pero bajo desempeo en la
transmisin de torque.
CPM-9V. Excelente acero para aplicaciones de alto desgaste, como
materiales cargados con fibra de vidrio, buen desempeo contra el
desgaste.
Usualmente se utilizan tres tipos de tratamiento superficial a
los husillos para alargar su vida til o mejorar su
funcionamiento.
Nitrurado: Incrementa su dureza superficial y la vida del
husillo, es el tratamiento de ms bajo costo, utilizado
principalmente para husillos de material 135M y 4140.
Cromado: Incrementa la dureza superficial y reduce la friccin
del material fundido y los filetes. Tambin es utilizado para
prevenir la corrosin del acero debido a las reacciones qumicas del
polmero en el can. Ideal para la inyeccin de PVC.
Carburado: Este tratamiento incrementa la dureza superficial y
aumenta la vida til. Utilizado en acero 9V.
Ahora bien, en lo que refiere a la geometra del husillo, las
tres zonas en un husillo estndar no estn diseadas para proporcionar
un mezclado totalmente eficiente, por lo que se debe tener esto en
consideracin al momento de utilizar masterbach u otros
aditivos.
Aparte de los husillos convencionales, existen otros ms
especializados, entre los que se pueden contar:
Husillos de doble filete.
Husillos para PVC rgido.
Husillos para desgasificacin.
Husillos para materiales termoestables.
Husillos para elastmeros.
Husillos.
Es importante seleccionar bien el husillo, no solo en lo
referente a la geometra, sino tambin en la resistencia al desgaste.
Esta consideracin cobra especial relevancia con la utilizacin de
algunas cargas como la fibra corta de vidrio y la microesfera de
vidrio. En este aspecto, las partes que ms desgaste sufren son el
anillo de retencin, la boquilla, las uniones entre la camisa, la
parte delantera de la camisa y la boquilla, el mismo husillo y la
camisa. Cuando se repara un husillo debe tomarse en cuenta la
conveniencia de cambiarlo, pues los husillos viejos pueden
presentar cavidades superficiales donde el plstico puede degradarse
y ocasionar posteriormente problemas de corrosin.
Husillos estndar y de doble filete
Vlvulas antirretorno o puntas de husillo (vlvula check).
La funcin de esta vlvula es esencialmente dejar pasar el
material libremente desde el husillo a la cmara de fundido durante
el proceso de dosificacin y evitar que el material fundido regrese
hacia los filetes del husillo durante el proceso de inyeccin. Van
montadas en el extremo izquierdo del husillo.
Funcionamiento de la vlvula antirretorno.
El correcto funcionamiento de esta vlvula es esencial para tener
un proceso estable, ya que si tenemos fugas de material de la cmara
de dosificacin hacia los filetes del husillo tendremos una variacin
considerable en el volumen inyectado al molde, esto por supuesto
que tendr severas repercusiones en el peso y calidad de la pieza
moldeada. Es importante establecer revisiones peridicas a estas
vlvulas as como hacer una adecuada seleccin de las mismas.
Estas variaciones de volumen de dosificacin se conocen como
variaciones del colchn, pudiendo provocar burbujas en la pieza
inyectada o hasta el llenado incompleto de material en el
molde.
Vlvula antirretorno (check).
Barril de inyeccin.
El barril es un cilindro hueco de acero aleado capaz de soportar
grandes presiones y temperaturas internas provocadas por la friccin
de los grnulos y el husillo. Los barriles de moldeo por inyeccin
son relativamente cortos (comparados con los barriles de extrusin),
la relacin longitud / dimetro (L/D) es de 20:1, solamente en
mquinas de altas producciones vienen en una relacin de hasta 26:1.
La entrada de alimentacin al barril, o garganta, est cortada a
travs del barril y conecta con el anillo de enfriamiento de la
tolva de alimentacin.
Barril de inyeccin.
El extremo de descarga del barril se cierra directamente a una
tapa final o adaptador a la boquilla; la cavidad en el extremo del
barril centra la tapa terminal. Como el barril ejerce una presin
excesiva de 130 a 200 MPa en el extremo de descarga del barril se
localizan mangas de acero endurecido que se montan en el barril a
travs de un ajuste porinterferencia trmica.
Existen una gran cantidad de materiales para la fabricacin de
los barriles de inyeccin, sin embargo dentro de los ms comunes
tenemos los siguientes:
Sobre del barril de inyeccin van montadas las bandas
calefactoras, estas tienen como funcin principal mantener la
temperatura del fundido, es decir, compensan las prdidas de calor,
ya que del 80-90% del calor necesario para fundir los grnulos es
proporcionado por la friccin del husillo, los grnulos y el
barril.
Boquilla y punta de inyeccin.
La boquilla es la punta de la unidad de plastificacin y provee
una conexin a prueba de derrames del barril al molde de inyeccin
con una prdida mnima de presin. La punta alinea la boquilla y el
anillo de retencin.
Boquilla y punta de inyeccin.
Existen dos radios estndar: 12.7mm (0.5 in) y 19.1mm (0.75 in) y
la abertura de la punta debe de ser 0.79mm (1/32 in) menor que el
barreno del anillo de retencin. Las boquillas o tubos de salida
tambin son lo suficientemente largas para tener bandas de
calentamiento y requieren sus propias zonas de calentamiento.
En general hay tres tipos de boquillas:
Boquilla de canales abiertos. Este es el tipo ms comn de diseo,
ya que no se coloca ninguna vlvula mecnica entre el barril y el
molde. Esto permite la boquilla ms corta y no se interrumpe el
flujo del polmero fundido.
Boquillas con interrupcin interna. Estas se mantienen cerradas
mediante un resorte que puede ser interno o externo. Se abren por
la presin de la inyeccin del plstico.
Boquillas con interrupcin externa. Se operan por medios
externos, ya sean pistones hidrulicos o neumticos.
Con ambos sistemas de interrupcin las boquillas son ms largas
que las boquillas de canal abierto, eliminan los derrames y
permiten la plastificacin cuando la boquilla no est en contacto con
el anillo de retencin.
Unidad de cierre.
La unidad de cierre tiene las siguientes funciones:
Soporta el molde.
Lo mantiene cerrado durante la inyeccin.
Lo abre y lo cierra tan rpidamente como es posible.
Produce la expulsin de la pieza.
Brinda proteccin al cerrado del molde.
Sistema de expulsin.
Al final del ciclo el molde se abre y las piezas enfriadas se
expulsan del molde, esto requiere de un sistema de expulsin. Cuando
el molde se abre, normalmente la pieza plstica se queda en el lado
del corazn del molde, por lo que la mayora de los diseadores de
moldes colocan el corazn del lado mvil del molde.
Sistema de expulsin.
Moldes
El molde no es directamente un elemento de la mquina de
inyeccin, ya que debe construirse especialmente para cada pieza.
Consta, como mnimo de dos mitades, que se fijan a las placas de
sujecin de la unidad de cierre (una en el lado de cierre y la otra
en el lado de inyeccin). El tamao mximo del molde viene determinado
por el tamao de las placas de sujecin, as como por la distancia
entre guas de la propia mquina.
Tras el proceso de llenado y solidificacin, el molde se abre por
el plano de particin, quedando generalmente la pieza y la mazarota
adheridas a la mitad del molde del lado extractor (lado de cierre).
Se llama mazarota al plstico que se moldea preo que no pertenece a
la pieza, est compuesta por el bebedero y los canales de
distribucin.
El movimiento se apertura del molde acciona de alguna manera el
sistema extractor que se deshar finalmente de la pieza moldeada y
solidificada. Al efectuarse el movimiento de cierre se produce la
recuperacin del mecanismo extractor, que se encontrar en su posicin
final cuando dicho movimiento haya finalizado. Mediante una
boquilla situada junto a la cavidad del molde se establece una
conexin entre ste y el cilindro de inyeccin, con la que puede
empezar de nuevo el proceso de llenado. El husillo impulsa a
elevada presin la masa plastificada hacia la cavidad del molde. Con
el inicio del llenado del molde empieza la fase de refrigeracin,
que termina cuando el material se ha solidificado para formar una
pieza estable.
As, pues, el molde de inyeccin cumple, fundamentalmente, las
siguientes funciones:
Permitir la entrada y distribucin de la masa fundida.
Moldear la masa fundida hasta darle la forma deseada.
Facilitar el enfriamiento de la masa fundida si se trata de
termoplsticos, o bien aportar la energa de activacin necesaria en
el caso de termoestables o elastmeros.
Desmoldear la pieza.
Para realizar todas estas funciones el molde de inyeccin se
compone, en esencia, de los siguientes elementos:
Cavidad o cavidades.
Sistema de alimentacin.
Sistema de extraccin de aire.
Sistema de refrigeracin
Sistema de expulsin o desmoldeo de la pieza.
Sistema de alineacin y centrado.
SISTEMA DE ALIMENTACIN
Existen dos formas de hacer llegar el material fundido desde la
boquilla de la mquina de inyeccin hasta las cavidades del molde, y
son:
Utilizando el bebedero y los canales convencionales.
Utilizando un sistema de canales calientes.
Ambos mtodos son muy utilizados, aunque existen diferencias
notables entre ellos. Una vez se decida cul de los dos utilizar
dentro de cada uno de ellos hay multitud de variables de diseo que
habr que tener en cuenta.
Sistema de bebedero y canales convencionales
El material plstico entra en el molde directamente desde la
boquilla de la mquina de inyeccin. El lugar por el que entra se
llama bebedero o mazarota. Los canales de alimentacin, o de
distribucin, constituyen la parte del sistema de alimentacin que
une el bebedero con las cavidades del molde.
La eleccin, disposicin y realizacin de los canales es muy
importante, ya que influye directamente en el xito de la operacin
de moldeo.
El material plstico penetra a gran velocidad en el molde, que se
encuentra a una temperatura muy inferior y que produce una
disipacin rpida de calor, enfriando y solidificando rpidamente el
material que se encuentra en contacto con las paredes. El material
plstico penetra a gran velocidad en el molde, que se encuentra a
una temperatura muy inferior y que produce una disipacin rpida de
calor, enfriando y solidificando rpidamente el material que se
encuentra en contacto con las paredes. El material que fluye por el
centro queda aislado respecto de la pared del canal y es esta "vena
lquida" la que realiza el llenado de la cavidad y debe mantenerse
hasta que la pieza est totalmente solidificada, con el fin de que
la presin de ataque sea efectiva y capaz de compensar la contraccin
de volumen que tiene lugar durante la solidificacin.
De esta exigencia se deriva principalmente la geometra de los
canales. Debern tener una seccin transversal que permita al
material circular libremente, y una longitud lo ms pequea posible
para disminuir la resistencia al flujo, las cadas de presin, las
prdidas de calor y las de material. La resistencia al flujo a lo
largo de los canales se puede controlar con el tamao de los mismos.
De esta forma se dispone de un medio adecuado para equilibrar el
flujo que se dirige a las distintas cavidades, ya que es necesario
que todas ellas se llenen simultneamente de un modo uniforme.
Los canales se mecanizan en el plato o platos del molde. No
deben tener marcas que puedan dar lugar a la retencin del material,
y sus paredes han de pulirse en la direccin del flujo para mayor
facilidad del mismo, hay que evitar las curvas demasiado bruscas y
los ngulos agudos, que constituyen un obstculo para el
deslizamiento del material y pueden crear turbulencias.
La entrada es el ltimo estrechamiento que comunica el canal con
la cavidad, hay que tener en cuenta donde se sita porque puede
dejar una pequea marca en la superficie de la pieza.
Sistema de canales calientes
Este sistema, tambin llamado "moldeo sin canales", es el mtodo
ms adecuado para conseguir los mejores resultados en el proceso de
inyeccin.
Los moldes de canales calientes se emplean para mantenerel
material en estado fundido hasta la cavidad de la cavidad. Con este
procedimiento, la entrada, una vez que ha solidificado, queda libre
del sistema de canales de alimentacin (todava calientes) durante la
apertura del molde.
Esta separacin de las piezas del resto de los bebederos y
canales por medio de la entrada, permite la obtencin de piezas
libres de todo tipo de material del sistema de alimentacin,
facilitando el moldeo automtico y eliminando la aparicin de
residuos.
Las lineas de soldadura se agravan cuando el material se ha
enfriado demasiado o cuando la presin de la mquina de inyeccin es
insuficiente. El uso del sistema de canales calientes hace que haya
menores prdidas de presin y que el enfriamiento antes de llegar a
la cavidad sea mnimo, lo que favorece que las lneas de soldadurano
produzca efectos apreciables.
El sistema de alimentacin mediante canales calientes se compone
de canales y boquillas simplemente. El calentamiento de estos
elementos es la parte ms compleja en este sistema.
Puesto que los canales de alimentacin han de estar calientes y
las partes de la cavidad-macho fras, el sistema de canales debe ir
aislado de estos ltimos, a fin de que cada parte del molde tenga la
temperatura adecuada.
SISTEMA DE REFRIGERACIN
El principio bsico del moldeo por inyeccin es que el material
entra caliente en el molde y debe enfriarse rpidamente, a una
temperatura tal que solidifique y mantenga la forma que ha
adquirido dentro de la cavidad. La pieza slo puede ser desmoldeada
cuando ha adquirido suficiente rigidez. El enfriamiento del
material plstico en el interior del molde es de gran importancia en
relacin a los factores rentabilidad y calidad.
Rentabilidad
El molde ser ms rentable cuanto mayor sea el tiempo que dura el
ciclo de moldeo. Por lo tanto, atendiendo a la rentabilidad, el
ciclo de moldeo debera ser lo ms corto posible. La duracin del
ciclo est controlada normalmente por el tiempo de enfriamiento de
la pieza.
Calidad
Para obtener una buena calidad en las piezas producidas, es
preferible que los tiempos de enfriamiento sean lo ms largos
posibles. As, pues, las ventajas econmicas obtenidas con tiempos de
enfriamiento cortos aportan desventajas en calidad.
Es necesario un equilibrio justo entre ambos extremos para
obtener el ciclo ptimo de inyeccin, que es el que producira las
piezas con las exigencias de calidad dadas en el menor tiempo
posible.
SISTEMA DE EVACUACIN DE AIRE
Al proceder al llenado del molde, la masa de material fundido
tiene que desplazar el aire que se encuentra en el mismo. Si este
aire no tiene posibilidades de salida, queda comprimido
adiabticamente, de forma que se produce un sobrecalentamiento y el
aumento de temperatura quema el material en esa zona. Se dice
entonces que se ha producido el "efecto Diesel". Las zonas
afectadas se caracterizan generalmente por tonalidades oscuras en
la pieza, que la hacen inservible, ya que frecuentemente el llenado
no es tampoco completo.
Por lo general, para la salida del aire no se precisan medidas
especiales, ya que ste tiene suficientes posibilidades para escapar
por el plano de particin o los expulsores, especialmente cuando el
plano de particin tiene una determinada aspereza. La forma y
posicin de la entrada determinan el proceso de llenado y, por
tanto, tambin la posibilidad de eliminacin de aire.
Si la posicin o forma de la entrada es tan desfavorable que no
garantiza la salida de aire por una junta, habr que tomar otras
medidas para eliminarlo. Las juntas de particin, especialmente las
de longitud reducida por destalonado, son muchas veces suficientes
para la salida del aire y tiene la ventaja de hacerse menos
visibles en la pieza que los canales de aire elaborados en el plano
de particin o en otro punto.
Tambin se pueden usar respiraderos, pequeos surcos trazados en
las superficies de unin de las placas del molde o sobre las espigas
extractoras, o bien pequeos orificios situados en aquellas zonas de
la cavidad que lo requieran. Se deben colocar en los puntos ms
alejados de la entrada a la cavidad, es decir, en aquellas zonas
donde se renan los distintos frentes convergentes de flujo y las
piezas tienen mejor acabado y mejores propiedades mecnicas.
La respiracin de los moldes puede conseguirse tambin ajustando
la fuerza de cierre de forma que el molde pueda abrirse al efectuar
el llenado, pero habra que dosificar el volumen de inyeccin para
evitar la formacin de rebabas en la pieza.
SISTEMA DE ALINEACIN Y CENTRADO
El molde, ya instalado en la mquina de inyeccin, est guiado en
su movimiento por la propia mquina. Pero, para conseguir alcanzar
la mxima precisin y evitar su deterioro, los moldes necesitan de
unos elementos de centrado y guas interiores.
En moldes pequeos y particularmente planos (con piezas de poca
altura), se emplean pernos de guia. Se trata de pernos que
sobresalen de una de las mitades del molde cuando ste est abierto
y, al efectuar el cierre, se introducen con un ajuste perfecto en
los orificios de los casquillos y manguitos de acero templado
previstos en la otra mitad.
En los moldes planos se garantiza una posicin relativa
permanente y exacta de ambas superficies externas durante el
proceso de inyeccin, as como la obtencin de piezas exentas de
desplazamiento.
En los moldes con vaciados profundos, especialmente cuando
tienen ncleos largos y finos, puede producirse un desplazamiento
del ncleo durante la inyeccin, a pesar de un centrado exacto con
los pernos gua. Hay que prever entonces posibilidades adicionales
de centrado para el ncleo.
DISEO DE LA CAVIDAD
La cavidad es la forma negativa del producto final, y tiene las
siguientes funciones:
Distribuir la masa plstica.
Garantizar las dimensiones de la pieza.
Resistir la presin de la masa plstica.
Garantizar la calidad de la superficie de la pieza.
Al configurar las piezas proyectadas, hay que pensar en que
todas las superficies situadas en la direccin del movimiento de
apertura y cierre del molde, han de realizarse con una determinada
inclinacin para facilitar el desmoldeo. Tambin las secciones de
punzones y otras piezas de desplazamiento lateral, accionadas en
ngulo respecto al eje del movimiento del molde, han de tener una
adecuada inclinacin. Esta inclinacin para facilitar el desmoldeo,
se llama tambin conicidad de desmoldeo.
Esa conicidad se situar en el lado de la pieza ms conveniente
para que al ser extrada quede adherida a una u otra parte del
molde. El valor adecuado ara esa conicidad depende principalmente
del recorrido de desmoldeo, aunque tambin depende del dimetro.
Tambin hay que tener en cuenta la contraccin. La contraccin es
mayor cuanto mayores sean las dimensiones de la pieza, y debe ser
compensado con mayor conicidad.
Para el diseo dela cavidad hay quetener en cuenta el plano de la
pieza. Si queremos que la pieza obtenida en el proceso tenga las
dimensiones requeridas, deberemos disear la cavidad con las
dimensiones aumentadas respecto de las de la pieza. Las dimensiones
de la pieza respecto las del molde varan debido a dos factores:
Deformacin elstica del molde
Las presiones de inyeccin y residual deforman el molde, es
decir, ste se ensancha en virtud de la presin existente en su
interior. De este modo, penetra mayor cantidad de masa que la
necesaria para el llenado de la cavidad sin presin.
Por una parte, la presin de inyeccin hace que se dilate la
matriz ensanchndola, ampliando sus dimensiones. Por otra, a veces
el ncleo tiene refrigeracin interior, lo que quiere decir que est
taladrado pudindole considerar tambin como un cilindro hueco. De
esta forma la presin de inyeccin tambin podra causar una deformacin
considerable en el macho.
Contracciones
En el diseo de la cavidad del molde tambin tenemos que
considerar dos tipos de contraccin:
Una inicial, que tiene lugar mientras se enfra la pieza durante
el proceso.
Otra de postmoldeo, que ocurre durante las horas siguientes al
moldeo de la pieza. Los valores de ambas dependen no slo del tipo
de material, sino tambin de las condiciones de procesado: presin,
temperaturas y tiempo de enfriamiento en el molde, e incluso
depende de si la dimensin de la que hablamos es paralela o
perpendicular al flujo. El coeficiente de contraccin suele aumentar
cuando aumenta la temperatura de inyeccin y suele disminuir cuando
aumenta la presin de inyeccin o la velocidad de inyeccin.
La contraccin de los polmeros cristalinos es mayor que en los
amorfos, debido a que al cristalizar disminuyen su volumen. Adems,
esta cristalizacin es menor, cuando el enfriamiento se produce de
una forma ms rpida. El grado de cristalizacin y, por tanto, el
coeficiente de contraccin estn relacionados con el tiempo de
enfriamiento y, en consecuencia, con los factores que lo
determinan.
Es dificil calcular el efecto de los diferentes factores que
controlan la contraccin total de la pieza moldeada, por lo que los
proyectistas han de confiar en la experiencia para calcular las
tolerancias por contraccin.
Rugosidad, aspecto externo de la pieza
El aspecto externo no slo depende del acabado superficial que se
d en la cavidad, sino que tambin depende de las condiciones del
proceso: la relacin entre la temperatura del material y la del
molde, el tiempo que dura el ciclo, si las condiciones son o no
adecuadas...
SISTEMA DE EXPULSIN DE LA PIEZA
Suele consistir en barras expulsoras (pernos de expulsin)
asociadas al plato mvil de la unidad de cierre. La necesidad de un
sistema de desmoldeo se debe a que el material polimrico fundido
que ha llenado completamente la cavidad del molde, al enfriar
tiende a encoger, quedando adherido al molde y necesitando, por
tanto, ser separado del mismo.
La posicin de los pernos depende de la geometra y de las
caractersticas de las cavidades del molde, aunque existen ciertas
semejanzas en la mayora de los casos que permiten extraer
conclusiones generales. As por ejemplo, stos se deben situar en
puntos en que la presin aplicada sea beneficiosa y no se corra el
riesgo de romper la pieza y adems esos puntos no deben ser visibles
porque podran quedar marcas. Por otra parte es preferible utilizar
muchos que pocos pernos de expulsin, pues si la fuerza aplicada se
concentra excesivamente en uno o pocos puntos la pieza podra
romperse o deformarse.
Los pernos pueden estar en contacto directo con la superficie
del molde o actuar sobre una placa extractora a la que le
transmiten la fuerza extractora.
Los pernos estn sujetos a continuo desgaste, por lo que puede
aumentar la holgura con respecto a la cavidad que los contiene.
Esto conduce a la posibilidad de que se produzcan rebabas en la
pieza moldeada.
Adems el sistema de extraccin es uno de los puntos por los que
se puede producir la evacuacin del aire contenido en la
cavidad.
