Cuándo y cómo reducir longitud no soportada de los pernos en moldes

Comencemos con lo básico y construyamos sobre eso. Los botadores o pines de expulsión se montan en la placa de retención del botador por medio de un orificio para su cuerpo y un barreno de retención para la cabeza. La tolerancia típica del diámetro de la cabeza de un botador estándar es de +0.000 a -0.010 pulgadas del valor nominal. El diámetro del barreno para la cabeza de un botador en la placa de retención es típicamente de 1/32 pulgada más grande que el valor nominal La tolerancia típica del grosor de la cabeza para un expulsor estándar es de +0.000 a -0.002 pulgadas del valor nominal.

La profundidad del barreno para la retención del botador en la cabeza dentro de la placa de retención suele ser de +0.001 a +0.003 pulgadas más profunda que el valor nominal. La mayoría de los pines tienen 1/32 de pulgada de radio donde el eje del botador se encuentra con la cabeza, por lo que se debe proporcionar un espacio libre. Los barrenos para retención del botador, disponibles a través de la mayoría de las empresas de suministro de molduras, agregan automáticamente un chaflán para tener en cuenta el radio de los botadores.

La tolerancia para el diámetro de un botador varía según el tamaño, el tipo y el fabricante. Puede ser tanto como -0.0010 pulgadas debajo del valor nominal hasta tan solo -0.0000 pulgadas debajo del valor nominal. Tenga en cuenta que es una milésima. La mayoría de los diseñadores de moldes realizarán el orificio para el botador en la placa de retención del botador de 1/64 de pulgada más grande que el valor nominal. Esto permite el uso de un taladro de tamaño estándar y proporciona aproximadamente no más de 0.008 pulgadas por lado de "juego" en el caso de que el orificio de la placa no esté alineado con precisión con el orificio del corazón.

La placa de retención del botador puede tener orificios para los botadores, las mangas botadoras, los pernos del corazón, los bujes de guía, los pernos de retorno, los postes de soporte, los elevadores, los tornillos y otros componentes. Básicamente, estos platos se parecen al queso suizo. El mes pasado discutí los problemas asociados con las cargas desiguales en el sistema de expulsión. Romper una placa de retención del botador frágil por la mitad es uno de esos problemas.

La longitud sin soporte de un botador es una variable crítica y una causa común de su flexión, pandeo y ruptura. Si alguna vez ha visto un evento de salto con garrocha olímpica, ha visto cuánto se dobla la garrocha después de que el saltador lo coloca en la caja y salta para superar la barra. Estas pértigas pueden tener más de 16 pies de largo. Si el atleta sostiene el palo en el medio, en lugar de al final, ¿cuánto cree que se doblará el palo? Obviamente, no tanto.

El material, la dureza, el diámetro e incluso la longitud de la garrocha no cambiaron. Sólo cambió su longitud sin soporte. La longitud sin soporte es igual a la distancia entre dos puntos fijos o pivotantes de un objeto. Esta misma premisa también se aplica a los pines botadores.

Un matemático y físico suizo llamado Leonard Euler desarrolló dos fórmulas a mediados del siglo XVIII que los fabricantes de moldes aún pueden usar para predecir si un botador se doblará y colapsará. Una fórmula es bastante simple. Se llama la relación de esbeltez. Esta relación es igual a la longitud no soportada de una columna delgada, como un botador, dividida por el radio de giro. No se emocione… el radio de giro de un botador es simplemente su diámetro dividido por cuatro. Así que la fórmula es:

Relación de esbeltez  = Longitud no soportada ÷ Diámetro ÷ 4

Si el valor de esta relación es mayor que 100, puede esperar que el pin falle debido a la deformación. Trabajando hacia atrás, utilicé un valor de relación de esbeltez de 100 y resolví para L, la longitud máxima no soportada de los botadores de varios diámetros. La Tabla 1 detalla los resultados para botadores de 1/32- pulgada .

Euler desarrolló otra fórmula mucho más complicada, y le evitaré entrar en demasiados detalles al respecto, aparte de decir que la fórmula le permite calcular la fuerza que una columna delgada, como un botador, puede soportar antes de que se doble. La fórmula es muy útil para comprender cómo la longitud no soportada de un pin está directamente relacionada con la cantidad de fuerza que puede aplicar para expulsar una pieza antes de doblarse.

Por ejemplo, la Tabla 2 muestra que un botador de 5/64-pulgadas, con una longitud no soportada de 3 pulgadas puede empujar una pieza de plástico con 99 lb de fuerza antes de que se doble. Un botador con el mismo diámetro y una longitud no soportada de 1.5 pulgadas puede empujar una parte con 394 lb de fuerza antes de que se doble. Si bien eso puede ser cuatro veces la cantidad de fuerza, debe tener cuidado aquí.

Esta relación cuádruple solo se produce cuando se corta a la mitad la longitud no soportada. Si reduce la longitud no soportada de ese mismo pin en solo 1/2 pulgada, de 3 pulgadas a 2.5, la fuerza solo aumenta en 43 lb, lo que es un factor de solo 1.4 veces. En cualquier caso, ¿está empezando a ver cuán importante es la longitud no soportada?

Si cree que podría tener un problema con una cantidad excesiva de longitud no soportada en un molde, ¿cómo reducirlo? Lo primero que debe hacer es estimar la cantidad de movimiento del botador que se necesita para expulsar de forma segura la parte del corazón. Para un molde nuevo, esto puede variar según el diseño del molde, la geometría de la pieza, el material y otros factores.

Por lo general, agrega aproximadamente media pulgada aproximadamente a la altura total de la pieza, pero todo esto depende de la velocidad de expulsión, reducciones, diseño de molde, robótica y otros factores.

Cuando ordena (o diseña) una base de molde, especifica qué altura desea que sean los rieles de alojamiento del botador. Esa dimensión es igual a la carrera del botador deseada, más el grosor de las placas expulsoras y los elementos de soporte. No debería querer ir más allá de su estimación, y obviamente nunca quiere ir más corto.

Si resulta que el diseño del molde no tiene la altura de apilamiento mínima requerida para la prensa prevista, lo que es común para las piezas planas grandes, es muy fácil y relativamente económico agregar espaciadores al lado posterior de la placa de botado para ajustar la diferencia. Añadir una placa espaciadora a la platina de la máquina de moldeo, en lugar de espaciadores en el molde, rara vez es una mejor alternativa.

Supongamos que cuando el molde entra en producción, comienza a desarrollarse un problema de pandeo del botador. Si se puede acortar la carrera del botador, no agregue bloques espaciadores limitadores de la carrera. No ayudarán a reducir la longitud no soportada de los botadores. Debe reducir la altura de los rieles y la longitud de todo el botador y los pernos de retorno una cantidad igual.

Los limitadores de la carrera del botador son útiles solo si no tiene un problema de pandeo, pero desea aumentar la vida del molde impidiendo que el personal de producción trabaje en exceso sobre las placas expulsoras. Si alguna vez agrega limitadores de carrera del botador, móntelos en línea con las barras de expulsión de la máquina.

No puedo enfatizar esto lo suficiente. Probablemente es la causa más común de las placas expulsoras dobladas. Me gusta hacer los limitadores de carrera de nylon o un uretano duro que ayuden a absorber el impacto causado por el impulso o un ajuste incorrecto de la máquina. Como se muestra en las Tablas 1 y 2, cuanto más pequeño es el diámetro del botador, más corta debe ser la longitud no soportada para evitar que se doble. Cualquier perno de 7/64 pulgadas o más pequeño debe ser escalonado o con hombros para reducir la longitud no soportada del perno.

El hombro en los pernos escalonados es 1/8-pulgadas de diámetro, y está disponible en 1 / 2-, 2-, 3- y 4 pulgadas de longitud. Usted desea que el hombro del perno entre en la placa de soporte cuando la placa de expulsión esté contra los elementos de soporte. Si un hombro de 4-pulgadas aún no es lo suficientemente largo para entrar en la placa de soporte, puede hacer que se hagan pines personalizados o puede usar una extensión de botador.

Ahora esto es lo extraño: varios proveedores de componentes de moldes ofrecen extensiones para las mangas botadoras, pero ninguno que yo conozca ofrece extensiones para los botadores. Tal vez algún día se den cuenta de que esto es algo que los moldeadores necesitan ocasionalmente. Hasta entonces, tendremos que hacer nuestras propias extensiones, y hay varias formas de hacerlo, como se muestra en la Fig. 1.

En la Fig. 2, el botador de la izquierda está montado en una extensión de botador, porque el hombro es demasiado corto para entrar en la parte posterior de la placa de soporte. Otros pernos se representan con insertos de cojinetes en la parte inferior de la placa de soporte, en la parte superior de la placa de soporte y en la parte superior e inferior de la placa de soporte. Estos insertos de rodamiento son una forma sencilla de reducir la longitud no soportada de un botador.

Es casi imposible que un botador se colapse debido a las altas presiones de inyección.

Se pueden fabricar de varios tipos de metal, desde bronce hasta acero para herramientas tratado térmicamente, cualquiera que sea su preferencia. El botador de la derecha utiliza un buje de perforación de paredes delgadas, que me parece excelente para esta aplicación.

Aquí hay una prueba: ¿Qué botador o botadores en la Fig. 1 todavía tiene / tienen una buena posibilidad de pandeo debido a una longitud excesiva sin soporte?

Repasemos la práctica de proporcionar un espacio lateral alrededor de un botador en la placa de retorno del botador. Si bien parece una idea práctica para compensar cualquier falta de alineación, un estudio sugiere que este espacio adicional en realidad promueve el desgaste del orificio en el corazón y reduce la fuerza que el perno puede soportar antes de que se doble. Si el orificio en la placa de retención del botador tiene un espacio libre significativo, la longitud no soportada aumenta en una cantidad igual a la longitud del orificio.

Por ejemplo, las placas de retención del botador suelen ser de 1/2 pulgada o 5/8 de pulgada de espesor. Los botadores de diámetro pequeño tienen un espesor de cabeza de 1/8 pulgada. Por lo tanto, la longitud no soportada del botador aumenta de 3/8 a 1/2 pulg. Eso puede ser una cantidad significativa si el diámetro del botador es 7 / 64 pulgadas o menos, pero no una gran preocupación por los pernos más grandes que 1/8 de pulgada de diámetro.

Siempre y cuando se adhiera a la longitud máxima no soportada calculada utilizando una relación de esbeltez de 100, es imposible que un perno botador se colapse como un resultado de la presión del material plásticos en la cara del perno.

Déjenme probarlo:

La Tabla 3 especifica la longitud máxima no soportada utilizando una relación de esbeltez de 100 para pernos botadores de diversos tamaños, desde 1/32 pulgada hasta un total de 1.0 pulgada. Luego muestra la fuerza que toma el perno para doblarse en esa longitud no soportada. Por último, muestra cuánta fuerza se aplica a la cara de los pernos utilizando un valor de presión plástica ridículamente alto de 40,000 psi. Cada perno puede soportar dos o tres veces más que esta cantidad excesiva de presión.

Lea a continuación Parte 3: fuerzas, fricción, acabado superficial y lubricación.

ACERCA DEL AUTOR: Jim Fattori es un moldeador de inyección de tercera generación con más de 40 años de experiencia en moldeado. Él es el fundador de Injection Mold Consulting LLC, y también es ingeniero de proyectos para una gran moldeadora de múltiples plantas en Nueva Jersey. Póngase en contacto con jim@injectionmoldconsulting.com; injectionmoldconsulting.com.