MOLDEO POR INYECCIÓN

Una de las técnicas de procesado de plásticos que más se utiliza es el moldeo por inyección, siendo uno de los procesos más comunes para la obtención de productos plásticos. Hoy en día cada casa, cada vehículo, cada oficina, cada fábrica, etc. contiene una gran cantidad de diferentes artículos que han sido fabricados por moldeo por inyección. Entre ellos se pueden citar: teléfonos, vasijas, etc. y formas muy complejas una clavija de conexión de un teléfono.

 

 

Funcionamiento

El moldeo por inyección consiste en alimentar los pellets o granos a un barril calentado en donde se funde, luego estando fundida se fuerza a pasar por una cámara con matriz o dado bipartido, mediante un embolo hidráulico o con el tornillo rotatorio de un extrusor. Al aumentar la presión en la entrada del molde, el tornillo rotatorio comienza a moverse hacia atrás, bajo presión, hasta una distancia predeterminada; este movimiento controla al volumen del material por inyectar. A continuación el tornillo deja de girar y es empujado hidráulicamente hacia adelante, forzando al plástico fundido a la cavidad del molde. Las presiones de moldeo por inyección suelen ser de 70 a 200 MPa (10000 a 30000 psi). Una vez la pieza este fría (termoplásticos) o curada (termofijos), se abren los moldes y se expulsa la pieza. A continuación se cierran los moldes y el proceso se repite en forma automática. También, los elastómeros se moldean por inyección mediante estos procesos.

El moldeo por inyección requiere temperaturas y presiones más elevadas que cualquier otra técnica de transformación, pero proporciona piezas y objetos de bastante precisión (siempre y cuando la resina utilizada no tenga una retracción excesiva), con superficies limpias y lisas, además de proporcionar un magnífico aprovechamiento del material, con un ritmo de producción elevado. Sin embargo, a veces, las piezas deben ser refinadas o acabadas posteriormente, para eliminar rebabas.

 

Etapas del proceso

Se cierra el molde vacio, 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 presión, luego se disminuye la velocidad y se mantiene la baja presión hasta que las dos partes del molde hacen contacto, finalmente se aplica la presión necesaria para alcanzar la fuerza de cierre requerida.

El tornillo inyecta el material, actuando como pistón, sin girar, forzando el material a pasar a través de la boquilla hacia las cavidades del molde con una determinada presión de inyección.

Al terminar de inyectar el material, se mantiene el tornillo adelante aplicando una presión de sostenimiento antes de que se solidifique, con el fin de contrarrestar la contracción de la pieza durante el enfriamiento. La presión de sostenimiento, usualmente, es menor que la de inyección y se mantiene hasta que la pieza comienza a solidificarse.

El tornillo gira haciendo circular los gránulos de plástico desde la tolva y plastificándolos. El material fundido es suministrado hacia la parte delantera del tornillo, donde se desarrolla una presión contra la boquilla cerrada, obligando al tornillo a retroceder hasta que se acumula el material requerido para la inyección.

Una vez dentro del molde se continúa enfriando en donde el calor es disipado por el fluido refrigerante. Una vez terminado el tiempo de enfriamiento, la parte móvil del molde se abre y la pieza es extraída.

Ventajas y desventajas

El moldeo por inyección presenta una serie de ventajas y desventajas que lo convierten en el ideal con respecto a los otros procesos de moldeo para aplicaciones en específico. Algunas de las ventajas y desventajas podrían ser:

- Altos niveles de producción y bajos costos.

- Alta o baja automatización, esto depende del valor de la pieza.

- Moldeo de piezas con geometrías muy complicadas.

- Las piezas una vez acabadas requieren de poco acabado, son terminadas con la rugosidad deseada, color y transparencia.

- El manejo de material está reducido a causa de la tolva de prensa contendrá usualmente suficiente material para moldear piezas por un período extendido.

- Las espigas de núcleo con diámetro más largo y pequeño pueden ser usados porque pueden ser sostenidos en ambos extremos.

- Tras haber sido cerrado el molde antes de inyectar en él cualquier material adentro, las piezas que contienen inserciones de metal pueden ser moldeadas sin tener rebabas de material en las inserciones.

- Las tolerancias relativamente más apretadas a través de las líneas de separación son posibles.

- La rebaba en la línea de separación puede ser mantenida a un grosor mínimo si el molde está diseñado apropiadamente y bien mantenido.

- El moldeo por inyección de materiales termoendurecidos es apto para automatizar el proceso lo que puede resultar en bajos precios por pieza.

- La deformación puede ser problema en el moldeo por inyección porque los materiales de inyección tienen flujos más suaves y más encogimiento. Introducir por la fuerza el material por el bebedero, canal y entrada, puede orientar el material produciendo encogimiento no uniforme.

- El llenar de las piezas por una de las dos entradas produce piezas que tienen líneas de punto. Estas líneas de punto son las más débiles áreas en la pieza.

- La cantidad de chatarra en total producida durante moldeo por inyección será usualmente más superior que la de moldeo por compresión a causa de la chatarra adicional creada por el bebedero y canal. En el pasado, la chatarra termoendurecida tenía que ser tirada en un vertedero de basuras. Sin embargo, ahora están siendo reciclados con éxito algunos materiales termoendurecidos.

Los productos característicos del moldeo por inyección son tazas, recipientes, cajas, mangos para herramientas, perillas, componentes eléctricos y de comunicaciones, juguetes y conexiones de plomería. Para los polímeros termoplásticos, los moldes están relativamente fríos; pero los polímeros termofijos son moldeados en moldes calentados donde se efectúa la polimerización.

Variables que intervienen en el proceso de inyeccion

Diversos autores consideran que en el proceso de inyección intervienen de forma directa o indirecta del orden de 200 variables. Sin embargo para simplificar, estas variables se pueden clasificar en 3 categorías; temperatura, presión, tiempo. Lamentablemente estas variables no son independientes, y un cambio en una de ellas afectara a las otras.

Temperatura

Temperatura de inyección

Es la temperatura a la que se calienta el material para introducirlo en el interior del molde. La temperatura del material aumenta gradualmente desde que entra por la tolva hasta que se encuentra preparado para ser inyectado. Esta temperatura es función del tipo de material, y no debe ser superior a la temperatura a la que comienza a descomponerse, pero debe ser suficientemente elevada para permitir que el material fluya correctamente.

Temperatura del molde

Es la temperatura a la que se encuentra la superficie de la cavidad de moldeo. Debe ser lo suficientemente baja para enfriar el material fundido y conseguir que solidifique. Esta temperatura varia a lo largo del molde y depende de varios parámetros (temperatura del fluido refrigerante, temperatura del material, características térmicas del molde, etc.), pero a efectos prácticos se evalúa como el valor medio a lo largo de toda la cavidad. La velocidad a la que se enfría el plástico es un factor muy importante puesto que va a condicionar la morfología del material, y por tanto sus propiedades físicas, mecánicas, ópticas, etc.

Presión

Presión inicial o de llenado

Es la presión que se aplica inicialmente al material fundido y que se desarrolla como consecuencia del movimiento hacia adelante del tornillo. Esta presión obliga a que el material fundido fluya hacia adelante, produciendo el llenado inicial del molde. En una situación ideal la presión inicial debe ser lo mayor posible, de modo que el llenado se produzca lo más rápidamente posible.

Presión de mantenimiento o compactación (holding pressure)

Es la presión que se aplica al final de la inyección del material, cuando el molde se encuentra casi completamente lleno. Se llama presión de mantenimiento o compactación, puesto que es la presión que se aplica durante la etapa de compactación, cuando algunas partes del material han comenzado a enfriarse y contraerse y obliga a que el molde se acabe de llenar y se obtenga una pieza con una densidad uniforme.

Presión posterior o de retroceso (back pressure)

Es la presión que se aplica al tornillo mientras retrocede, una vez finalizada la etapa de compactación. Una vez que el molde está completamente lleno el tornillo comienza a girar para plastificar más material para el siguiente ciclo. Este material comienza a alojarse delante del tornillo, obligando a que el tornillo retroceda libremente si no que se aplica una cierta presión posterior para conseguir que el material se mezcle y homogenice adecuadamente.

 

Tiempo

Tiempo de inyección inicial

El tiempo necesario para realizar la inyección depende de numerosos factores, como de cuanto material se está inyectando, su viscosidad, las características del molde y el porcentaje de la capacidad de inyección que se está empleando. En la mayoría de las maquinas el tiempo de inyección se divide en dos: el tiempo de inyección inicial y el tiempo de mantenimiento. El tiempo de inyección inicial es el tiempo necesario para que el tornillo realice el recorrido hacia adelante, obligando a que el material se introduzca dentro del molde. Normalmente este tiempo no es superior a 2 segundos, y rara vez excede los 3 segundos.

Tiempo de mantenimiento o compactación

El tiempo de mantenimiento o tiempo de compactación es el tiempo que, después de realizar la inyección inicial del material, el tornillo permanece en posición avanzada, para mantener la presión del material dentro del molde. Este tiempo se prolonga hasta que la entrada a la cavidad de moldeo solidifica. A partir de ese instante la cavidad de moldeo queda aislada del resto del sistema mientras continúa enfriándose por lo que prolongar el tiempo que el pistón permanece en posición avanzada carecería de sentido. Para una pieza de 1.5mm de espesor el tiempo de mantenimiento no suele exceder de 6 segundos.

Tiempo de enfriamiento

Es una de las variables más importantes para conseguir una pieza de buena calidad. Es el tiempo que la pieza requiere para enfriarse hasta que ha solidificado y además ha adquirido la rigidez suficiente para poder ser extraída del molde sin que se deforme. Las partes más externas de las piezas se enfrían a velocidad más rápidas. El tiempo de enfriamiento debe ser suficiente para que un espesor considerable de la pieza (al menos 95% de la pieza) se encuentre frio para evitar que la pieza se deforme. Lógicamente cuanto mayor sea el espesor de la pieza que se está moldeando mayor será el tiempo de enfriamiento requerido. Como media una pieza de 1.5mm de espesor requiere de 9 a 12 segundos para solidificar y adquirir suficiente resistencia para poder ser extraída del molde sin deformaciones.

Equipos y accesorios

La unidad de cierre consiste de una prensa conformada por dos placas portamoldes, una móvil y otra fija. El sistema de accionamiento de la placa móvil puede ser un mecanismo de palancas acodadas, accionado hidráulicamente, un cilindro hidráulico o un sistema eléctrico de tornillo sin fin accionado por un motor. El parámetro fundamental para dimensionar una unidad de cierre es su fuerza para mantener el molde cerrado. La unidad de cierre consta de columnas guía, cilindro accionante, placa estacionaria trasera, palancas, placa móvil, molde, placa fija. Por otra parte, la unidad de inyección está conformada por el tornillo y el barril de inyección, la boquilla y las resistencias alrededor del barril, aquí el material solido ingresa por la tolva a la zona de alimentación del tornillo, en esta zona es transportado por efecto de la rotación del tornillo dentro del barril, hacia la zona de fusión donde se plastifica, finalmente el material es bombeado hacia la parte delantera del tornillo en la zona de dosificación, cuando se va a realizar la inyección hacia el molde el tornillo deja de girar y actúa a manera de pistón, haciendo fluir el plástico fundido hacia el molde y llenando las cavidades. La unidad de potencia de clasifica en dos tipos principales; el sistema de potencia eléctrico que se utiliza generalmente en maquinas relativamente pequeñas, este sistema se emplea tanto para el giro del tornillo como para la apertura y el cierre del molde. La maquina emplea dos sistemas mecánicos de engranajes y palancas acotadas, uno para el cierre del molde y otro para el tornillo, cada uno accionado por un motor eléctrico independiente, el accionamiento del tornillo cuando realiza la inyección lo ejecuta un cilindro hidráulico. Por otro lado el sistema el sistema de potencia hidráulico, los motores hidráulicos son los más comúnmente utilizados, su funcionamiento se basa en la transformación de la potencia hidráulica del fluido en potencia mecánica, a diferencia de los sistemas electromecánicos, donde la potencia es transmitida a través de engranajes y palancas, en un sistema con fluidos estos elementos se sustituyen parcial o totalmente por tuberías de conducción que llevan el fluido a presión a los pistones de inyección y de cierre del molde. Por último, la unidad de control básicamente contiene un controlador lógico programable (PLC) y controladores PID para las resistencias eléctricas del barril y de la boquilla. El PLC permite programar la secuencia del ciclo de inyección y recibe señales de alarma, por sobrepresión o finales de carrera, para detener el ciclo, los controladores PID son los más adecuados para el control de temperatura debido a su elevada velocidad de respuesta para mantener la temperatura a los niveles requeridos.

 

Referencias

 

Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, Ulises. Manufactura, ingeniería y tecnología. Pearson Educación, 2002. 1152p.

Universidad de Oviedo (Asturias). Moldeo por inyección. [En línea]. <http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion11.MOLDEO.POR.INYECCION.pdf> [Citado el 10 de octubre del 2012].

“Proceso de inyección de plástico”. {En línea}. {10 de octubre de 2012}. Disponible en: (http://www.resistenciaselectricaspresis.com/?vc=1&ver=1&idconte=1830&micro2=presis@colombia.com)

Plastics engineering company. Moldeo por inyección Termoendurecida. [En línea].<http://www.plenco.com/plenco_processing_guide_spanish/Sect%204%20Injection%20Molding%20(Spanish).pdf> [Citado el 10 de octubre del 2012].

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Tema 5: Inyección”. {En línea}. {10 de octubre de 2012}. Disponible en: (http://iq.ua.es/TPO/Tema5.pdf).

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