Claves para el diseño de moldes de inyección de plástico

En la mayoría de las plantas, la zona de herramientas y la zona de moldeo no están lo suficientemente conectadas. En mi carrera, hice la transición desde el lado del molde al lado del moldeo, lo que me dio una perspectiva diferente a la de la mayoría de mis colegas. Siempre que estuve involucrado en alguna situación de resolución de problemas, el molde era siempre el primer candidato de mi lista a analizar en profundidad. Nunca enfrento la máquina o el proceso a la herramienta.

Mi objetivo ahora es proporcionar la mayor ventana posible de procesamiento de moldeo, usando el molde siempre que sea posible para resolver los problemas. Cada vez que se trata de variar el proceso, la ventana de proceso se reduce. Con una ventana más pequeña de procesamiento, se corre un mayor riesgo de enfrentar problemas de calidad.

Diseño de moldes de inyección: aspectos esenciales a considerar

Hay muchas cosas que considerar al diseñar un molde de inyección, el volumen de las piezas que se espera moldear, el plástico que se utiliza, los insertos, las expectativas de ciclo de tiempo, las expectativas de calidad de la pieza, el mantenimiento y la facilidad de montaje y desmontaje. Entre todas estas variables, el primero y quizás el más importante es el material a procesar.

Hay que empezar por entender los diferentes problemas que los materiales plásticos pueden enfrentar. Algunas cuestiones que es necesario definir, dependiendo del plástico, son marcas de expulsión, puntos de rebabas, erosión, enfriamiento, ráfagas, ventilación, brillo, y acabados superficiales que contribuyen al deslizamiento de las capas.

El polipropileno, por ejemplo, es más susceptible a las marcas de expulsión (marcas de eyector) que otros materiales. Esto requiere enfocarse más en la eyección con clavijas y elevadores. El cambio de una clavija del eyector de 0.250 pulgadas de diámetro por una de 0.375 pulgadas de diámetro dobla generosamente la superficie de la eyección. Pero más importante aún es centrarse en los detalles de la pieza frente al espesor de la pared nominal.

Si pones una clavija del eyector junto a un detalle del reforzamiento se esforzará la pieza intentando sacar el plástico de un reforzamiento o detalle. Pero si pones la clavija o cuchilla del eyector en la parte inferior del detalle tendrá menos tendencia a las marcas de eyección o a las marcas de esfuerzo.

Esto también permitirá una ventilación en áreas donde el gas atrapado puede contribuir a problemas de ráfagas y erosión. En la mayoría de los casos, el PP no se considera un material que erosiona el acero, pero he podido ver alguna erosión importante en moldes que procesaban PP por un atrapamiento severo de gas.

Enfriamiento en moldes con materiales GF: optimización y desafíos

Cuando se diseña un molde que procesará un material con relleno de vidrio (GF), es necesario poner más atención a la erosión, la ventilación y el enfriamiento. Estas cuestiones son importantes con todos los materiales, pero los materiales con GF requieren cambios de diseño para enfrentar estos problemas.

La mayor parte de mi experiencia con los materiales GF es con nailon, PP y Noryl (aleación de PPE). La erosión puede ser controlada con el acero del molde, los recubrimientos y el reforzamiento superficial. El volumen de piezas a procesar también afectará la elección del acero para minimizar la erosión. Los aceros endurecidos de moldes como H-13, S-7, y acero inoxidable son los preferidos para las herramientas que procesarán un alto volumen de piezas, pero aumentan el costo del molde.

Los aceros de moldes P-20 pueden tener revestimientos aplicados o tener la superficie endurecida para minimizar la erosión manteniendo el bajo costo inicial. Pero los aceros endurecidos de las herramientas permiten un tiempo de cambio más rápido y un menor costo a la hora de reparar la erosión y otros daños eventuales. Cuando tienes recubrimientos o endurecimiento de superficies, la reparación puede tardar mucho más tiempo y los costos serán mayores.

La erosión del molde normalmente se debe a dos causas diferentes: el contenido de vidrio y la falta de ventilación. El acero del molde, el revestimiento o el tratamiento superficial provocarán la erosión desde el contenido de vidrio. Pero con los materiales con GF, que son típicamente más gaseosos, la ventilación es mucho más crítica para enfrentar la erosión.

Son muy importantes los reforzamientos de ventilación, los detalles, las líneas de punto y la línea de partida donde hay un atrapamiento de gas.

Durante el diseño inicial del molde, puede ser difícil saber dónde ocurrirán estos atrapamientos de gas, pero el software de simulación de flujo puede predecirlos. La simulación del flujo (análisis del molde) es un coste añadido al comienzo pero puede reducir la cantidad de trabajo a revisar por temas de ventilación después de que la herramienta está construida. (La ventilación es un tema importante y un área débil en la industria).

Más enfriamiento del molde, menos desplazamiento de las capas

El enfriamiento también es más crítico con los materiales GF, especialmente con náilones y aleaciones PPE, para manejar el ciclo tiempo y el desplazamiento de capas. Si alguna vez tengo desplazamiento del bebedero con materiales GF, se debe normalmente a una refrigeración insuficiente en el área del bebedero. (Por otro lado, el PP a veces realmente se pega menos mientras se calienta la herramienta.)

Con herramientas que funcionen con materiales con GF, tendrá que ser más creativo en la búsqueda de maneras de añadir enfriamiento en algunas zonas para reducir tiempos de ciclo, ruptura de piezas y otros problemas de calidad. Probablemente todos hemos escuchado a alguien decir, 'No podemos obtener agua allí', pero donde hay voluntad, hay un camino.

Un material demasiado suave, puede ser un problema

La herramienta y el acabado de la superficie de la pieza también pueden contribuir al moldeo. La mayoría de las veces cuando hay un problema de desplazamiento de capas, los encargados de los moldes pulen la superficie del molde.

Con algunos materiales esto hará que las cosas empeoren. La mayoría de resinas TPU, TPE y TPO prefieren una superficie con textura o áspera, pero dependiendo del durómetro, esto no siempre es así. Algunos reaccionan mejor a un acabado de óxido de aluminio, algunos a gránulos de vidrio y algunos a un pulimiento.

El PP es otro material que se adhiere a una superficie altamente pulida, actúa como una ventosa. He descubierto que un papel de lija de grano de 320 o 400 es lo mejor en este caso. El PC puede también pegarse a superficies muy pulidas. También hay algunos recubrimientos que pueden aplicarse para ayudar en esta situación.

Los tamaños de las entradas y los canales de alimentación son áreas que también son específicas según el material. He encontrado que la industria no tiene realmente ningún estándar en este terreno. Hay muchas variables en cuanto a longitud de flujo y espesor de pared que pueden afectar los tamaños de la entrada y el canal.

Algunos materiales prefieren entradas más pequeñas para producir cizalla para flujo más fácil, y algunos materiales necesitan entradas más grandes. Como se señalé en la columna del mes pasado, la geometría de la entrada solo puede tener un impacto enorme en los desechos y en el tiempo de ciclo.

También hay muchos residuos en la industria debido a los tamaños excesivos de los canales. He encontrado que esta es un área que carece de investigación y no se puede generalizar. Espero que proporcionar una visión más clara sobre esto en mis estudios posteriores.