3.1
El proceso de inyección.
La inyección, es un proceso adecuado para piezas de gran consumo. La materia prima se puede transformar en un producto acabado en un solo paso. Con la inyección se pueden obtener piezas de variado peso y con geometrías complicadas. Para la economía del proceso es decisivo el número de piezas por unidad de tiempo (producción).
Las características más importantes del proceso de inyección son las siguientes:
y
La pieza se obtiene en una sola etapa.
y
Se
necesita poco o ningún trabajo final sobre la pieza obtenida.
y
El
proceso es totalmente automatizable. automatizable.
y
Las condiciones de fabricación son fácilmente reproducibles.
y
Las piezas acabadas son de una gran calidad.
Para el caso de la inyección de plásticos, se han de tener en cuenta las siguientes restricciones:
y
Dimensiones de la pieza.
Tendrán que ser reproducibles y de acuerdo a
unos valores determinados, lo que implicará minimizar las contracciones de la misma.
95
y
Pr opiedades opiedades mecánicas.
La pieza deberá resistir las condiciones de uso a
las que esté destinada durante un tiempo de vida largo. y
P eso eso de la pieza.
Es
de gran importancia, sobre todo, porque está
relacionada con las propiedades de ella. y
T iempo iempo
de ciclo .
Para aumentar la producción será necesario minimizar,
en lo posible, el tiempo de ciclo de cada pieza. y
onsumo C onsumo
ene rgét ico ico.
Una disminución del consumo energético implicará
un menor coste de producción.
3.2 El
Etapas del proceso de inyección.
proceso de obtención de una pieza de plástico por inyección, sigue un orden
de operaciones que se repite para cada una de las piezas.
Este
orden, conocido
como ciclo de inyección, se puede dividir en las siguientes etapas
a) Cierre del molde. b) Inyección: b1) Fase de llenado y b2) Fase de mantenimiento. mantenimiento. c) Plastificación o dosificación. d) Apertura del molde y expulsión de la pieza. e) Enfriamiento de la pieza.
96
F ig .
3.1
tapas pas del pr oceso E t a oceso de inyección.
3.2.1 Cierre del molde.
Con el cierre del molde se inicia el ciclo, preparándolo para recibir la inyección del material fundido. En esta fase se aplica la fuerza de cierre, que es aquella que hace la máquina para mantener cerrado el molde durante la inyección. Depende de la superficie proyectada de la pieza y de la presión real (presión específica), que se tiene en la cavidad del molde.
97
3.2.2 Inyección. En
esta etapa se producen dos fases: fase de llenado y fase de mantenimiento.
y
Fase
de llenado.
Una vez cerrado el molde y aplicada la fuerza de cierre, se inicia la fase de llenado del molde (inyección). El husillo de la unidad de inyección inyecta el material fundido, dentro del molde y a una presión elevada; al inyectar, el husillo avanza sin rotación. La duración de esta etapa puede ser de décimas de segundo hasta varios segundos, dependiendo de la cantidad de material a inyectar y de las características del proceso.
La finalidad de esta fase es llenar el molde con una cantidad suficiente de material. En la inyección son muy importantes las siguientes variables:
y
Velocidad
de inyección.
y
Presión de inyección.
y
Temperatura del material.
La unidad de cierre mueve las dos mitades del molde para unirlas. Mediante una fuerza de ésta se cierra el molde herméticamente. La unidad de plastificación se mueve hacia el canal en el molde. La boquilla está abierta y el material que se encuentra delante del husillo es inyectado dentro del molde, por el movimiento 98
de avance del mismo. Los sistemas hidráulicos deben ejercer grandes esfuerzos en la fase de inyección. Además de mantener la fuerza de cierre; han de ser capaces de inyectar el material dentro de la cavidad, a una presión elevada y precisa. Así, el sistema hidráulico debe superar la resistencia ofrecida por la boquilla y por el molde.
En
el comienzo de la operación de inyección, el material fundido y
homogeneizado está localizado en la cámara de inyección; de esta manera, la unidad de plastificación se desplaza contra el molde para dejar pasar material dentro del molde. El sistema hidráulico ejerce presión sobre el husillo, el cual se mueve axialmente. Esta presión hace que el mismo se mueva hacia delante o hacia la boquilla. El material se expulsa fuera de la cámara de inyección y se introduce en la cavidad dentro del molde. El material fundido solidifica dentro de la cavidad para que la pieza moldeada pueda ser expulsada. Los moldes usados para materiales termoplásticos están sujetos al control de temperatura (enfriamiento).
2
) m m / N ( e d l
Punto de 2
transición
o
m l e d
Transición
) m m / N ( e d l
Trans
tardí a
corre cta
o
m l e d
r o i r
e t
r o i r
in l a
e
n ó i s
t n i l a
P
n ó i s
e r
Fase de sostenimiento
Tiempo (s)
e r
P
Transición temprana Tiempo (s)
Fase de inyección
F ig .
3.2
Diagr ama P-T de las pr esiones de sost enimient o y de la cavidad.
99
Esto
transporta el calor, el cual ha sido introducido al fundir el material, para
permitir solidificar el material.
Tan pronto como el material que se moldea contacta con el molde en la operación de inyección, comienza a enfriarse y a solidificar. Por este motivo la inyección debe ocurrir rápidamente, con lo que la cavidad se llena mientras que el material se encuentre fundido.
Esto
requiere presiones muy grandes ya que el compuesto es muy viscoso, a
pesar de las temperaturas elevadas.
El
material fundido debe superar la
resistencia ofrecida por la fricción, en la boquilla y cavidad. Las presiones, en el interior del molde, son altísimas a causa de la inyección; por lo que la unidad de cierre debe ser capaz de mantener el molde cerrado, en oposición a estas presiones.
La presión dentro del molde crece hasta un máximo valor, cuando ha sido transportado material suficiente; llenando completamente las cavidades (si bien, bajo ciertas condiciones, la presión máxima se puede alcanzar durante el mantenimiento). De esta manera, durante la inyección, las dos mitades del molde están completamente presionadas por el efecto de la fuerza de cierre. Ésta contrarresta a aquella que resulta de la inyección, ejercida desde el interior por el material. Si la presión de inyección dentro del molde es mayor que la fuerza de cierre, la línea de partición está forzada a abrirse; permitiendo al compuesto que
100
se moldea escapar de la cavidad (con lo que se produce rebaba y se requiere un trabajo adicional con tal de eliminarla).
y
Fase
de mantenimiento (o compactación).
Durante el enfriamiento el material se contrae dentro del molde. Por este motivo se ha de añadir más material para que el volumen de la pieza sea el deseado.
En
esta fase de mantenimiento, que es posterior a la del llenado en la inyección, la presión interior de la pieza va disminuyendo. Esto ocurre ya que se va enfriando y aumentan las pérdidas de carga desde el husillo hasta el interior del molde. De esta manera, la velocidad de inyección del tornillo es baja porque tiene la finalidad de alimentar, con una cantidad suficiente de material, la cavidad; además de compensar las contracciones que sufre la pieza durante la solidificación.
Cuando la presión ha caído hasta el valor del entorno se puede dar por finalizada la fase de mantenimiento. Esta fase condiciona ciertas características de la pieza final, tales como el peso total, sus tolerancias dimensiónales y características internas. Las variables que más afectan en esta fase son:
-
-
-
-
Tiempo de mantenimiento de la segunda presión. La temperatura del molde. Nivel
de presión de mantenimiento.
Ajuste del tiempo de mantenimiento. 101
Este
tiempo dependerá mucho del material que estemos inyectando y del grosor
que tenga la pieza que se inyecte. Tiene especial relevancia cuando se emplean materiales semicristalinos, pues las diferencias de volúmenes específicos son considerables entre su estado líquido y el sólido.
Cuando tenemos un tiempo de mantenimiento correcto, se pueden obtener piezas con la compactación adecuada, estabilidad dimensional, ausencia de deformaciones y buenas propiedades mecánicas. Sin embargo, el conseguir dicho tiempo no es una garantía cuando se tiene un punto de inyección demasiado pequeño, pues este solidificará antes de que se llene llene la cavidad.
Para ajustar el tiempo de mantenimiento, se recurre a la construcción de una curva que relacione los pesos de las piezas inyectadas con el tiempo para la presión de mantenimiento. De esta forma, empezamos a inyectar con un tiempo igual a cero, esto es, sin presión de mantenimiento. Se empieza la gráfica cuando se tenga la primera pieza completa, aunque no esté compactada.
Se
aumenta
progresivamente el tiempo de mantenimiento, anotando los valores de tiempo y peso de la pieza, hasta que el peso se estabilice.
Este
resultado puede ser
verificado por medio de un corte transversal de la pieza para asegurar la ausencia de porosidades. En la figura 9 se ilustra la gráfica referida
102
F ig .
3.3
Relación del peso de sost enimien enimient o y el peso de la pieza.
Tan pronto como el material llena el molde, éste comienza a enfriarse.
El
enfriamiento comienza en las paredes del molde y se desplaza hacia el interior de la pieza. Durante un cierto tiempo, el material permanece fluido en la región interna de la pieza moldeada. Al enfriarse el compuesto, este se contrae. Si la presión, o un porcentaje de ella con la que se inyectó, se retira después de la fase de llenado, no será posible controlar las dimensiones de la pieza. Para evitarlo, mientras que la región interna de la pieza permanezca fluida, la presión sobre el material se mantiene. De esta manera, el nuevo material entra al molde para compensar la contracción (en cantidad suficient s uficiente). e).
La presión de mantenimiento generalmente es más baja que la presión de inyección en el llenado, pero si es demasiado baja, o se aplica en un período muy
103
corto, entonces se obtienen piezas defectuosas. La curva de la presión interna del molde influye en la calidad de la producción y de las piezas.
Es
importante que la transición de la fase de presión de llenado a la fase de la
presión de mantenimiento suceda en el momento correcto. Como se observa en la gráfica P-T, si la transición ocurre demasiado pronto la presión disminuye; por lo que será imposible llenar completamente la cavidad.
Si
ocurre demasiado
tarde, se obtiene un pico de presión que puede dañar al molde.
En
el comienzo de la fase de mantenimiento, la cavidad ya ha recibido la
mayoría del material que necesita, pero una pequeña cantidad de material es inyectada para compensar la contracción. Incluso al final de esta fase, aún queda material sobrante en la cámara de inyección (al cual se llamara cojín). Este cojín fundido facilita que la presión sea transmitida entre el tornillo y la cavidad.
El
mismo se inyecta en el siguiente s iguiente ciclo.
3.2.3 Plastificación o dosificación.
Después de aplicar la presión de mantenimiento, comienza a girar el husillo; de forma que el material va pasando progresivamente de la tolva de alimentación a la cámara de inyección, homogeneizándose tanto su temperatura como su grado de mezcla. Esta fase se realiza en forma paralela a la etapa de enfriamiento, acelerando así el tiempo total de ciclo. A medida que el husillo va transportando el material hacia delante, éste sufre un retroceso debido a la acumulación que se produce en la zona delantera.
El
retroceso del husillo finaliza cuando éste ha 104
llegado a una posición definida con anterioridad. preparado para poder inyectar la siguiente pieza.
En
este momento ya está todo
En
la etapa de plastificación
también intervienen otros factores importantes como: y
La velocidad de giro del husillo.
y
La contrapresión.
y
La succión.
La velocidad de giro del husillo debe escogerse en función del diámetro del mismo y de la viscosidad del material. La velocidad óptima, es aquella para la que el tiempo de carga es igual al tiempo de refrigeración que necesita la pieza inyectada. Un tiempo largo de carga provoca una masa fundida homogénea. Una velocidad excesivamente alta puede generar la presencia de infundidos y una homogeneización insuficiente del material en el interior del cilindro.
La contrapresión tiene como función principal, garantizar una adecuada plastificación y homogenización del material, también tiene como función, frenar el retroceso del husillo en la etapa de plastificación. Un aumento de la contrapresión implica que aumente el tiempo de plastificación, la compresión sobre el material y, por tanto, la cantidad de material acumulado y la temperatura de la masa fundida.
Al contrario, contrapresiones bajas pueden dar lugar a piezas inconsistentes y una insuficiente homogeneización del material. Por último, la succión se utiliza 105
principalmente para reducir el goteo de material.
Normalmente
se suele trabajar
con descompresión pequeña o nula.
3.2.4 Apertura del molde y expulsión de la pieza.
Cuando se considera que el material de la pieza ha alcanzado la temperatura denominada de extracción, el molde se abre y se expulsa la pieza de su interior para reiniciar el ciclo de inyección.
3.2.5 Enfriamiento. Esta
fase comienza simultáneamente con la de llenado (inyección), dado que el
materia empieza a enfriarse tan pronto y toca la pared del molde. Finaliza cuando la pieza alcanza la temperatura adecuada para su extracción. De esta forma, esta fase del ciclo se solapa con las anteriores. En ocasiones es necesario esperar un tiempo, entre la etapa de plastificación y la de apertura de molde, para que se produzca el enfriamiento requerido de la pieza. El objetivo de ello es conseguir una consistencia tal, que impida su deformación al ser expulsada. Las variables que más afecta en esta fase es la temperatura de molde.
La fase de mantenimiento termina cuando solidifica el bebedero o el punto de inyección. A partir de entonces ya no entra más material en la cavidad. Durante las fases de llenado y mantenimiento, el material dentro de la cavidad ya ha comenzado a solidificar contra la pared del molde que está más fría. Las capas
106
más externas solidifican antes.
El
tiempo de enfriamiento empieza con la
inyección.
El
enfriamiento es más lento hacia el centro de la pieza ya que los plásticos son
poco conductores del calor.
El
calor cedido por la solidificación se disipa a
través de las capas más externas de las paredes del molde.
El
tiempo de
enfriamiento depende del tipo de pieza que se enfría dentro del molde.
No
es
necesario esperar que toda la pieza enfríe hasta la temperatura del mismo; sino que, es suficiente que estén frías las regiones externas de la pieza, para poder extraerla en condiciones estables. Con ello se consigue optimizar el tiempo de producción y así poder realizar el siguiente ciclo.
F ig .
3.4
Zona de apar ición de r ebabas en función del t iempo de sost enimient o.
107
Durante la fase de enfriamiento se prepara el material en la unidad de plastificación, para la próxima inyección.
3.3
Identificación de las variables más importantes.
Existen
numerosas variables que pueden afectar al proceso de inyección de
forma directa o indirecta. Para determinar cuáles son las mejores condiciones de operación, desde el punto de vista de productividad y calidad, es importante conocer muy bien el proceso y saber cuáles de estas variables tienen más efecto sobre estos dos aspectos.
A partir de los conocimientos que se tienen sobre el proceso de inyección, se puede hacer una clasificación de las variables que influyen, de forma más significativa, en la productividad del proceso y en la calidad de la pieza. De mayor a menor importancia, según pertenezcan a una de estas cuatro categorías: temperaturas, distancias, tiempos y presiones.
Es
importante mencionar la interdependencia existente entre estas cuatro
categorías de variables, de modo que cada una depende de las demás.
El
cambio
de cualquiera de ellas afectará a las otras.
3.3.1 Temperatura de inyección.
La temperatura de inyección es importante, ya que los materiales poliméricos requieren alcanzar cierto valor de temperatura, para obtener condiciones idóneas 108
de viscosidad y fluidez para poder inyectarlo. Todo ello contrasta con que esta temperatura debe ser lo suficientemente baja, como para que no se aceleren los procesos fisicoquímicos que conduzcan a la degradación del material.
Una vez introducido en la tolva, el material en forma de granza, pasa al cilindro de inyección. La fusión de éste se debe, fundamentalmente, al calor provocado por la fricción; que produce el movimiento de giro del husillo en la unidad de plastificación. Las bandas calefactoras se utilizan principalmente para mantener el plástico a la temperatura requerida. Debido a la fricción, antes explicada; la temperatura real del plástico será, normalmente, superior a la temperatura de control de las bandas calefactoras.
La unidad de inyección suele tener de tres a cinco zonas de temperatura en el cilindro.
El
perfil de temperaturas utilizado depende de factores como: la
geometría del husillo, la viscosidad del material, la longitud necesaria de flujo, etc. Normalmente, en la zona de la tolva se selecciona la temperatura más baja y se va incrementando, gradualmente, en el resto de las zonas.
Es
importante
refrigerar la salida de la tolva por tres motivos:
y
Evitar
que se forme un tapón de material por sinterización de la granza.
y
Prevenir la degradación del fluido hidráulico del motor que acciona el husillo, debido a una temperatura demasiado alta.
y
Favorecer el arrastre del material para una correcta plastificación.
109
En
la zona de alimentación la temperatura se ha de mantener relativamente baja,
obligado por el diseño de los husillos. Por último, en la zona de la boquilla, la temperatura ha de ser uniforme; para evitar la degradación del material, a causa del estrechamiento en esa zona o de un tiempo de permanencia demasiado grande en el cilindro.
La temperatura utilizada finalmente para inyectar, afectará la calidad de la pieza porque influirá en el grado de contracción de la misma. Así, a mayor temperatura de inyección, mayor será el cambio volumétrico entre el plástico fundido y sólido; por tanto, existirá una mayor contracción. A pesar de ello, utilizar una temperatura de inyección mayor, supondrá que la viscosidad del material sea menor; permitirá entonces una mejor compactación, en el interior de la cavidad del molde, con lo que la contracción disminuirá.
El
grado de contracción final
dependerá del equilibrio entre estos dos factores.
3.3.2 Temperatura de molde.
La temperatura del molde es muy importante en el proceso de inyección, ya que afecta de forma directa a la calidad de la pieza inyectada.
El
objetivo del
enfriamiento del molde es extraer calor de la cavidad, a fin de disminuir la temperatura hasta la solidificación del material plástico; de forma que este enfriamiento se produzca homogéneamente en toda la pieza.
110
El
enfriamiento se consigue haciendo pasar por los conductos de refrigeración
del molde agua o aceite. Gracias a este flujo de líquido y a la excelente conductividad del metal que forma el molde, se produce el intercambio de calor y se logra la disminución de la temperatura de la pieza moldeada. La temperatura prefijada se mantiene calentando o enfriando el líquido mediante un atemperador.
A pesar de esto, la temperatura media de la cavidad puede ser unos 10 ó 20 (ºC) mayor que la temperatura del refrigerante, durante el proceso de inyección. La temperatura del molde afecta directamente al tiempo de ciclo, la contracción, el alabeo, el acabado o brillo superficial y la cristalinidad.
Cuando la temperatura del molde sea alta, se obtendrá una pieza con más brillo y cristalinidad. Por el contrario, un enfriamiento rápido tendrá como consecuencia la formación de una capa exterior amorfa y acortará, significativamente, el tiempo de ciclo.
3.3.3 Distancia de carga.
Como se mencionó anteriormente, la inyección de material plástico en el interior del molde se realiza en dos etapas: la inyección del material en la fase de llenado y la aplicación de la presión de mantenimiento en la fase de mantenimiento. La distancia de carga en el cilindro debe ser suficiente, para que se pueda llenar aproximadamente el 90-99 % del molde, durante la fase de inyección. Además, se debe tener en cuenta la existencia de un cojín de material, suficiente para 111
aplicar posteriormente la presión de mantenimiento.
Esta
presión será
transmitida por medio del polímero fundido, por lo que sino hay cojín no se podrá aplicar.
El
cojín se establece fijando una distancia de carga superior a la necesaria para
llenar la cavidad del molde. Si este cojín es demasiado pequeño, puede ocurrir que durante la etapa de mantenimiento el husillo avance hasta el final del cilindro y arrastre todo el material hacia el interior del molde, haciendo que la aplicación de la segunda presión no sea efectiva. Si por el contrario, el cojín es excesivamente grande se puede favorecer la degradación del material, ya que estará durante más tiempo a altas temperaturas y presiones.
3.3.4 Tiempo de inyección. El
tiempo de inyección se relaciona con la velocidad de inyección de manera
inversa. Así, tiempos de inyección pequeños implican velocidades muy elevadas. Además, la velocidad de inyección también está relacionada directamente con la presión de inyección. A velocidades muy altas la presión de inyección crece muy rápidamente, a causa de la resistencia al flujo en la boquilla y en la entrada de la cavidad. Con velocidades menores, en cambio, el plástico se va solidificando a medida que se inyecta el material; aumentando la viscosidad y disminuyendo la sección de paso.
En
las máquinas hidráulicas la velocidad de inyección, o el tiempo de inyección,
se controla mediante el caudal de aceite. De esta forma, el husillo fuerza al 112
material plastificado hacia el interior del molde siguiendo un perfil de velocidades. Normalmente, las velocidades del principio y del final de la etapa de inyección son menores, para tratar más suavemente los elementos de la máquina de inyección y del molde. Otro aspecto a tener en cuenta es la diferencia de temperaturas entre la entrada y el final de la pieza inyectada. Cuando el tiempo de inyección es muy corto, la temperatura, al final del recorrido del plástico inyectado, puede ser mayor que la de inyección; a causa del calentamiento por fricción que sufre el material. Con tiempos elevados las temperaturas suelen ser inferiores; existiendo un tiempo de inyección intermedio, donde se igualan la temperatura de inyección y la de la última zona llenada del molde.
A la hora de fijar las condiciones de operación de un proceso de inyección, es recomendable seleccionar un tiempo de inyección. Esto debe permitir minimizar la presión de inyección y la diferencia de temperaturas, entre la entrada del molde y el final de la pieza inyectada, siempre dentro de unos márgenes de productividad.
3.3.5 Tiempo de mantenimiento.
La duración de la etapa de mantenimiento se conoce como tiempo de mantenimiento y tiene una influencia decisiva. Si este tiempo es demasiado corto el plástico puede salir de la cavidad hacia el sistema de alimentación y la unidad de inyección; con los consiguientes cambios de orientación y disminución de la tenacidad de la pieza, fluctuaciones en el peso, falta de reproducibilidad y una gran variedad de defectos. 113
Así, en moldes de colada fría, es usual la aplicación de la segunda presión hasta la solidificación de la entrada, cuando ya no puede entrar más material en la cavidad. A partir de entonces ya no tiene sentido seguir aplicando presión de mantenimiento.
En
este sentido, el tiempo de mantenimiento dependerá
directamente de la temperatura de inyección y de la temperatura del molde. Cuando la temperatura del material fundido sea elevada, la entrada del molde permanecerá abierta más tiempo y se deberá aumentar el tiempo de mantenimiento. Por otro lado, si la temperatura de la pared del molde es alta, la pieza enfriará más lentamente y también será necesario un tiempo de mantenimiento superior. Esto se halla en directa relación con el espesor de la entrada del molde.
3.3.6 Tiempo de enfriamiento.
Como ya ha sido mencionado en las etapas del proceso de inyección, el tiempo de enfriamiento del molde comienza en la fase de inyección, cuando el material se solidifica en la pared del molde. Sin embargo, este tiempo de enfriamiento debe prolongarse más allá de la fase de mantenimiento; motivado porque la pieza moldeada o se ha enfriado aún lo suficiente y no posee la estabilidad necesaria para el desmoldeo.
De todas formas, es suficiente que estén frías las regiones externas de la pieza para poder extraerla del molde en condiciones estables sin que ésta se deforme. Así, se consigue acortar el tiempo de ciclo significativamente mejorando la
114
productividad del proceso. Un aspecto decisivo para la economía de un proceso de inyección es el número de piezas producidas por unidad de tiempo, que depende en gran medida del tiempo de enfriamiento y éste, a su vez, varía proporcionalmente en relación con el cuadrado del espesor de la pared de la pieza. Por tanto, no es recomendable inyectar piezas excesivamente gruesas. Además, para que el enfriamiento se produzca de forma homogénea en toda la pieza es mejor que los espesores de ésta sean uniformes.
En
general, cuando la pieza permanece en el interior del molde se inhiben
mecánicamente por las paredes de la cavidad ciertas contracciones y alabeos, pero a su vez se produce la formación de tensiones residuales dentro de la pieza que pueden ocasionar deformaciones posteriores. Después, al ser expulsada, algunas de estas tensiones provocan deformaciones al no haber restricciones externas.
La diferencia entre las condiciones térmicas entre el interior del molde y el exterior también resulta un aspecto importante. Mientras que en la cavidad la temperatura esta determinada por la temperatura del molde, en el exterior el intercambio de calor se produce por convección y, por tanto, la pieza se enfría más lentamente. Por este motivo, un tiempo de enfriamiento alto implica normalmente una disminución en el grado de contracción.
Para tiempos de enfriamiento más cortos lo que se consigue es, además de reducir el tiempo de ciclo, minimizar las tensiones residuales ya que la pieza sale
115
más caliente del molde y tienen lugar entonces procesos de relajación que reducen estas tensiones, pero en general aumenta las deformaciones.
3.3.7 Tiempo de plastificación. El
tiempo de plastificación o de carga es el tiempo que tarda la máquina en
cargar material para la próxima inyectada y será afectado por:
y
La temperatura.
y
La velocidad de giro del husillo.
y
La contrapresión.
y
El
tipo del material.
3.3.8 Tiempos de movimiento.
Los tiempos de movimiento corresponden a los tiempos: y
De apertura de molde.
y
De expulsión.
y
De cierre de molde.
116
3.3.9 Tiempo de ciclo. El
tiempo de ciclo depende, principalmente, de los tiempos de las etapas o fases
de:
y
Cierre del molde.
y
Inyección.
y
Enfriamiento
y
Apertura del molde y expulsión de la pieza.
de la pieza.
De esta manera, la variable más importante en el diseño de una pieza de plástico es la velocidad de enfriamiento, debido a la gran influencia en el tiempo de ciclo, y por lo tanto, en los costes de transformación. De esta manera, el tiempo de enfriamiento ocupa la mayor parte del tiempo de ciclo y solapa la acción las siguientes fases:
y
Inyección: fase de llenado y fase de mantenimiento.
y
Plastificación o dosificación.
Como ya se comentó, el tiempo de enfriamiento depende del tipo de pieza que se enfría en el molde. No es necesario esperar hasta que toda la pieza enfríe hasta la temperatura del molde, sin que estén lo suficientemente enfriadas las regiones
117
externas de la pieza para poderla extraer del molde en condiciones estables. Con esto se consigue optimizar el tiempo de producción.
Así el tiempo de enfriamiento y, por tanto, el tiempo de ciclo dependerá principalmente de:
y
Temperatura del material fundido.
y
Temperatura de la pared del molde.
y
Temperatura de expulsión.
y
Conductividad térmica del material.
y
Calor específico del material.
y
Espesor:
La parte más gruesa será la última en enfriar dentro del molde,
influyendo en el tiempo de enfriamiento.
3.3.10
Primera presión o presión de inyección.
La presión de inyección durante la fase de llenado ha de ser la suficiente para que se pueda conseguir la velocidad deseada, y, por tanto, el tiempo de inyección deseado. De esta manera, la presión de inyección depende de los mismos factores que la velocidad.
118
3.3.11
Segunda presión o presión de mantenimiento.
La presión de mantenimiento o segunda presión se aplica una vez ha finalizado la etapa de inyección de material en el molde. El objetivo es completar el llenado del molde y compactar el material del interior de la cavidad para minimizar la contracción que tiene lugar durante su solidificación.
El
momento del cambio a segunda presión es importante.
Si
se cambia
demasiado pronto, la pieza no queda lo suficientemente compacta y aparecen rechupes, mientras que un cambio demasiado tardío provoca una sobrepresión y la formación de rebabas en la pieza.
Para fijar la presión de mantenimiento con la que se va a trabajar se ha de tener en cuenta que si ésta es demasiado baja o si la duración de esta fase es excesivamente corta pueden aparecer rechupes o vacuolas en la pieza inyectada, de esta manera, las dimensiones de la pieza pueden estar fuera de las tolerancias especificadas o haber reflujos de material plástico no consolidado desde el molde hacia la unidad de plastificación (o incluso no llenar la pieza).
Si
la presión de mantenimiento resulta ser demasiado elevada puede producirse
una sobrecompactación de la pieza, que implica un aumento de las tensiones residuales, además de una posible disminución de las propiedades mecánicas y aparición de deformaciones en la pieza o alabeos (en general el limite máximo puede situarse en la aparición de rebabas).
119
En
general, se suelen utilizar, como mínimo, presiones de mantenimiento de un
50-70 % de la presión de inyección para materiales amorfos y de un 70-100 % para materiales semicristalinos.
3.3.12
Contrapresión
La contrapresión en la plastificación frena el retroceso del husillo en la fase de carga. El aumento en los valores de este parámetro afectará directamente a la temperatura del material procesado. De esta forma, al aumentar la contrapresión se tiene que el tiempo de plastificación aumenta, por lo que también lo hará el tiempo de permanencia en la cámara. La compresión sobre el material aumenta, lo que incrementa la temperatura del fundido.
Una primera consecuencia de un aumento en la contrapresión, es que se registra un ligero aumento en la cantidad de material cargado.
En
si, se recomiendan
valores de contrapresión de entre 5 y 10 MPa, ya que si se tienen valores muy bajos, se pueden tener piezas inconsistentes y con poca homogenización del material. Por el contrario, elevados valores de contrapresión ocasionarán un aumento en la contribución de la fricción a la temperatura del fundido, pudiendo degradarse.
En
general se pueden seguir dos lineamientos para el establecimiento de la
contrapresión:
120
1. Cuando se utiliza un porcentaje elevado de la capacidad de plastificación de la máquina, se utilizarán valores altos de contrapresión a fin de aumentar la velocidad de plastificación y así conseguir un mayor volumen. 2.
Si
el porcentaje de utilización de la capacidad de plastificación de la
máquina es pequeño, se utilizarán valores de contrapresión bajos, a fin de evitar que el material permanezca por periodos prolongados en la máquina.
3.4 El
Defectos en piezas moldeadas por inyección.
procesado de los termoplásticos se encuentra cada día con una gran variedad
de dificultades de diferente naturaleza. Las piezas moldeadas por inyección se encuentran repetidamente con estos problemas debido principalmente a errores de proceso, lo cual hace que no se cumplan las especificaciones deseadas y se rechace la pieza inyectada, con las consiguientes pérdidas económicas.
Es
importante, por tanto, conocer cada uno de los problemas y la causa que los provoca.
3.4.1 Análisis del error.
Todos los defectos de las piezas inyectadas dependen de una causa, que en algunas ocasiones no puede ser directamente reconocida o clasificada. Se puede evitar la repetición de un defecto sólo después de haber diagnosticado y
121
corregido su origen. Por tanto, es de vital importancia la integración del análisis sistemático de los errores y fallos en la producción.
Primero, debe ser reconocido el error. Esto no es problema en el caso de defectos superficiales pero, sin embargo, a veces, varios defectos implican cambios estructurales que no pueden ser detectados simple-mente con una inspección visual.
Por esta razón deben introducirse pruebas especiales en el proceso de producción para determinar rápida-mente si la pieza que ha salido del molde posee las especificaciones correctas.
El
principal objetivo del análisis del error es determinar el fenómeno físico
responsable del defecto en concreto. Una vez conocido el antecedente, es fácil introducir las medidas oportunas para eliminar el defecto.
3.4.2 Defectos en los moldes.
La mayor parte de quejas debidas a defectos de piezas de inyección de plástico puede ser atribuida a errores triviales del proceso de producción. Sin embargo, hay que decir que los errores estructurales tanto de la pieza inyectada como del molde, son a menudo la razón por la cual el molde no puede conseguir la calidad requerida de la pieza incluso cambiando lo parámetros de proceso.
122
A continuación se presenta una lista de algunos de los defectos estructurales más comunes, además de la descripción de los errores de proceso, para determinar si el defecto puede ser corregido cambiando los parámetros de proceso o bien si ha de ser modificado el molde.
3.5 El
Defectos más comunes.
moldeo por inyección es un proceso complicado y puede fallar muchas cosas.
Algunos defectos comunes en las partes moldeadas por inyección son los siguientes:
1
Rechupes y vacuolas.
2.
Zona mate cerca del punto de colada.
3.
Estrías
4.
Pulido no uniforme.
5.
Líneas de flujo.
6.
Jetting (efecto chorro).
7.
Efecto
8.
Delaminación en capas (pieles).
9.
Efecto
10.
Grietas o microgrietas.
11.
Grietas de tensiones.
(estrías quemadas, estrías de oxidación, vetas en el material).
Diesel (áreas quemadas por concentración de gases).
stick-slip (irisados circulares ó micro alas).
123
12.
Falta de llenado completo de la pieza.
13.
Marcas del expulsar.
14.
Deformación por la expulsión.
15.
Deformación o alabeo (warpage).
16.
Material frío.
17.
Líneas de flujo frías.
18.
Aire atrapado.
19.
Manchas negras.
20.
Granza sin fundir.
21.
Compactación excesiva.
A continuación se explican algunos de los defectos citados anteriormente, su manifestación en el producto final, sus posibles causas y sus correcciones Para analizar mejor cada uno de ellos, los defectos se pueden clasificar como:
y
Defectos de superficie
y
Defectos de contorno exterior (forma).
y
Propiedades mecánicas diferentes.
124
3.5.1 Rechupes (sink marks).
Los rechupes son unos defectos visuales típicos que desvirtúan el aspecto de la pieza inyectada
Si
no se añade material a la cavidad del molde mientras el
plástico se contrae, y si las capas todavía no están suficientemente fuertes debido a una falta de refrigeración, se forman hendiduras entre la pared de la cavidad y la corteza de la pieza.
Estas
hendiduras son denominadas rechupes, «sink
marks», o el efecto «dog-bone»
Los rechupes también se forman incluso después de que la pieza es extraída del molde. Cuando la pieza es extraída se forma una capa rígida exterior. Si la pieza ha sido inyectada demasiado deprisa el núcleo todavía se encuentra en estado líquido El calor contenido en este núcleo debe ser todavía extraído Esto crea un estado tensional que se traduce en contracciones en la parte exterior de la pieza.
F ig .
3.5
Rechupes (hundimient os, sink mar ks).
125
Para prevenir este defecto deben seguirse los siguientes puntos que afectan tanto al diseño de la pieza como al diseño del propio molde evitar diferencias de espesor de las paredes evitar acumulaciones de material tomar especial atención a la relación grosor-diseño de/os nervios (por ejemplo, radios) asegurar una adecuada refrigeración del molde el conducto de colada debe ser situado en la pared más gruesa el conducto de colada debe ser suficientemente grande (área) usar el bebedero cuando sea posible.
Si
el problema ocurre cuando el molde ya está construido, el efecto de los
siguientes parámetros sobre los rechupes debería ser examinado más detenidamente.
y
Reducir temperatura de fusión.
y
Reducir temperatura de la pared de la cavidad.
y
Aumentar velocidad de avance del tornillo.
y
Aumentar presión de contención.
y
Aumentar tiempo de presión de contención.
y
Aumentar volumen de inyección.
y
Evitar
el uso de desmoldeantes en el molde siempre que sea posible.
126
3.5.2 Rebaba. Esto
ocurre cuando la fusión de polímero se mete en la superficie de separación
entre las partes del molde, también puede ocurrir alrededor de los pernos de eyección. El defecto es causado generalmente por: 1.
Venteos
y claros muy grandes en el molde.
2.
Presión de inyección demasiado alta comparadas con la fuerza de sujeción.
3.
Temperatura de fusión demasiado alta.
4.
Tamaño excesivo de la carga.
3.5.3 Marcas hundidas y huecos. Estos
son defectos relacionados generalmente con secciones gruesas de la pieza.
Una marca hundida ocurre cuando la superficie exterior del molde solidifica, pero la contracción del material interno causa que la costra se deprima por debajo de la superficie nominal.
Un hueco es causa por el mismo fenómeno básico, sin embargo, el material retiene su forma y la contracción se manifiesta como un hueco interno debido al alto esfuerzo a la tensión en el polímero aún fundido.
Estos
defectos pueden
tener su origen en un incremento de la presión de compactación que sigue a la inyección. Una mejor solución es diseñar la parte para tener secciones con espesor uniforme y usando secciones más delgadas.
127
3.5.3 Líneas de soldadura.
Las líneas de soldadura ocurren cuando la fusión del polímero fluye alrededor de un corazón u otros detalle convexos en la cavidad del molde y se encuentran en la dirección opuesta; los límites así formados se llaman líneas soldadas y pueden tener propiedades mecánicas que son inferiores a las del resto de la parte. Las temperaturas altas de fusión, las presiones altas de inyección, las localizaciones alternas de las puertas en la pieza y una mejor ventilación son formas de evitar este defecto.
3.5.4 Zona mate cerca del punto de colada
La siguiente foto muestra una pieza inyectada con este defecto. Un examen correcto del proceso de llenado del molde y de los esfuerzos generados muestran el origen del defecto.
F ig .
3.6
Mar cas del punt o de inyección.
128
El
flujo laminar del plástico fundido sólo puede ser mantenido si la fricción
estática entre la superficie del fluido y la pared de la cavidad permanece constantemente mayor que la fuerza de cizalla ejercida entre las capas del fluido.
F ig .
En
3.7
Mar cas del punt o de inyección.
este caso la solución es intentar conseguir condiciones más favorables para la
creación de una capa suficientemente fuerte para resistir la fuerza de cizalla del flujo, mediante la reducción de la velocidad inicial de inyección Después puede subirse la velocidad de inyección con el fin de obtener una velocidad de fusión uniforme.
3.5.5 Estrías (estrías quemadas, estrías de oxidación, vetas en el material)
Las ráfagas, especialmente las debidas a quemaduras, a humedad y a aire, son muy similares, haciendo muy difícil su clasificación, si no imposible.
Si
el
fundido se daña térmicamente por temperaturas demasiado altas y/o tiempos de
129
residencia demasiado largos, se originan productos gaseosos de descomposición, que son visibles en a superficie, por su color parduzco o plateado.
F ig .
3.8
Estrí as.
3.5.6 Ráfagas.
Como ya se mencionó anteriormente, las ráfagas tienen un aspecto muy similar a las estrías, sin embargo estas tienen diversas causas.
y
La ráfaga aparece periódicamente aparece detrás de secciones estrechas (puntos de cizalla) o cantos vivos del molde.
y
La temperatura de la masa está cerca del límite superior del proceso.
y
Disminuyendo la velocidad de avance del husillo se obtiene una reducción del defecto.
y
La reducción de la temperatura de masa actúa positivamente contra el defecto.
130
y
Largo tiempo de permanencia en la unidad de plastificación o en la parte delantera del husillo (debido, por ejemplo, a interrupciones en el ciclo de trabajo o a inyecciones de poco volumen).
y
Alto contenido de material recuperado o el material ha sido fundido varias veces anteriormente.
y
El
molde está equipado con colada caliente.
y
El
molde está equipado con boquilla de válvula.
y
Disminuyendo la temperatura de la masa disminuye el defecto.
Ráfag as por quemadur as.
Son
debidas a la degradación térmica de la masa. El
resultado puede ser una disminución de la longitud de la cadena molecular (decoloración plateada) o un cambio de la macromolécula (decoloración amarronada). Las posibles causas de la degradación térmica son:
y
Presecado a temperatura demasiado alta o durante un tiempo demasiado largo.
y
Temperatura de la masa demasiado alta.
y
Cizallamiento demasiado alto en la unidad de plastificación (por ejemplo; velocidad del husillo demasiado alta) o en el molde (por ejemplo. velocidad de inyección excesiva).
y
Tiempo de permanencia en la unidad plastificación demasiado largo.
131
Las
r áfag as por humedad .
Aparecen en la superficie de la pieza moldeada en
forma de colas de cometa. La superficie que rodea las ráfagas plateadas es, a menudo, porosa y rugosa. Las ráfagas por humedad debidas a humedad en la superficie del molde, aparecen como zonas largas, deslustradas y laminadas. Signos
y
de las ráfagas por humedad:
El
material tiene tendencia a absorber humedad (ejemplo. PA, AB S, CA,
PB TB. PC, PMMA, SAN). y
Cuando al inyectar lentamente «al aire», el fundido muestra burbujas y/o desprende vapor. el frente de avance solidificado en un llenado parcial muestra estructuras tipo cráter.
y
Alto contenido de humedad en el material antes del proceso.
y
Alta humedad en el ambiente (especialmente en combinación con moldes y materiales fríos).
Ráfag as por air e.
En
la mayoría de los casos, las ráfagas de aire aparecen como
ráfagas mates, plateadas o blancas que se hallan cerca de la última zona de llenado, nervios y variación de grosor de las paredes. Pueden aparecer ráfagas de forma laminar partiendo de la entrada y también de las depresiones o grabados. A continuación se explican las posibles causas y soluciones a las ráfagas por aire:
y
El
defecto disminuye con una menor descompresión. 132
y
El
defecto disminuye cuando el husillo avanza más lentamente.
y
Se
aprecian burbujas en el material inyectado.
y
El
frente de avance en un llenado parcial muestra estructuras tipo cráter.
Ráfag as de colo r .
Estas
son debidas a una distribución desigual de los
componentes o a distintas orientaciones de los pigmentos en el flujo del fundido La degradación térmica y las fuertes deformaciones pueden también dar origen a cambios o diferencias de color.
F ig .
3.9
Ráfag as.
Cuando se utilizan materiales reforzados con fibra de vidrio, pueden aparecer superficies mates o rugosas. Los reflejos metálicos de la fibra de vidrio aparecen sobre toda la superficie en forma de ráfagas.
133
F ig .
3.10
Ráfag as causadas por la fibr a de vid ri o.
3.5.7 Pulido no uniforme. Si
atendemos a la calidad del brillo para evaluar una pieza, podemos
encontrarnos con dos defectos: 1. Toda la pieza sea demasiado brillante, (o demasiado poco brillante). 2.
Existan
diferencias de brillo en la superficie de la pieza
Las diferencias de brillo aparecen a menudo por las variaciones de espesor de las paredes en la zona visible de las piezas.
El
brillo de una pieza moldeada es la
apariencia de su superficie, cuando es expuesta a la luz.
Si
un rayo de luz incide en la superficie, su dirección cambiará (refracción de la
luz). Mientras que una parte de la luz será reflejada por la superficie, la otra parte reflejará dentro de la pieza o la penetrará con distintas intensidades. La 134
impresión de brillo será tanto mejor cuanto menor sea la rugosidad de la superficie. Para ello, debe proyectarse un molde de paredes pulidas al máximo posible, y no un molde de paredes texturizadas o satinadas.
Las diferencias de brillo son el resultado de los distintos comportamientos de proyección del plástico sobre las paredes del molde, a causa de las diferentes condiciones de enfriamiento y diferencias de contracción.
La deformación de las zonas ya enfriadas (debida, por ejemplo, a distorsión durante el enfriamiento en el molde) puede ser otra causa de diferencias del brillo.
F ig .
3.11
Difer encias de br illo.
135
3.5.8 Líneas de flujo.
La línea de soldadura en las piezas de plástico representa, en la mayor parte de los casos, un defecto óptico y un debilitamiento mecánico Puede aparecer una muesca y/o cambio de color. Las muescas son particularmente visibles en piezas negras o transparentes, de superficies lisas o muy pulidas Los cambios de color son visibles principalmente en piezas con pigmentos de efecto metálico.
F ig .
3.12
Lí neas
de flujo.
Las líneas de soldadura se originan cuando se encuentran dos o más frentes de flujo. Los frentes de flujo redondeados de la masa quedan aplastados y unidos cuando se tocan. Este proceso requiere el estiramiento del ya muy viscoso flujo. Si
la temperatura y la presión no son lo suficiente altas, las esquinas de los
frentes de flujo no se desarrollarán del todo, apareciendo una muesca. Además, los fluidos ya no se mezclarán homogéneamente, produciéndose posiblemente una zona más débil mecánicamente.
Si
se usan compuestos que contengan
aditivos (por ejemplo, pigmentos de color), es posible que se produzcan fuertes 136
orientaciones de dichos aditivos cerca de la línea de soldadura.
Estas
orientaciones también pueden ser causa de cambios de color cerca de la línea de soldadura.
F ig .
3.13
Lí neas
de unión.
3.5.9 Efecto «jetting» (gusanillo)
«Jetting» es la formación de un cordón de plástico fundido que entra en la cavidad del molde desde el conducto de colada, en un movimiento incontrolado.
El
cordón fundido hace un mínimo contacto con la pared de la cavidad,
extendiéndose en pliegues durante la fase de llenado que después son rodeados por el plástico fundido que entra a continuación. Este fenómeno crea una falta de homogeneidad, deformaciones, tensiones locales internas, etc.
137
F ig .
3.14
Gusanillo (jett ing ).
La causa física del «jetting» se basa en un insuficiente flujo del polímero fundido desarrollado en la cavidad. El flujo ideal no se consigue necesariamente durante la fase de llenado del molde sin las medidas correctas.
Esto
es particularmente
cierto en puntos donde de repente el canal se ensancha. Las dificultades de mantener un flujo correcto se agravan con los cambios bruscos del canal de fusión y con la velocidad del plástico inyectado.
Las medidas para prevenir este fenómeno dependen de as causas específicas de este efecto Cuando un material fundido de alta viscosidad entra en el espacio vacío de la cavidad, la fuerza de cohesión de materia crea una gran resistencia al extenderse. Esta fuerza cohesiva interna puede ser reducida con un incremento de la temperatura.
138
F ig .
3.15
Gusanillo (jett ing ).
También una reducción del esfuerzo de cizalladura sería de gran ayuda, reduciendo por ejemplo, la velocidad Otra medida es diseñar la dirección de inyección de forma que la resistencia del flujo es generada directa-mente detrás del conducto de colada La velocidad inicial de inyección de la fase de llenado debe ser lenta hasta que la capa de material fundido ha sido formada Después se pueden utilizar las ventajas de a alta velocidad de inyección.
3.5.10 Se
Efecto «Diesel».
aprecian unas manchas negras (quemaduras) en la superficie de la pieza
moldeada. A menudo las piezas no están totalmente llenas en esas zonas.
El
efecto diesel es puramente un problema de ventilado o salida de aire. Puede darse cerca de agujeros ciegos, encajes, final de recorrido, y cerca de puntos donde convergen varios frentes de flujo. Ocurre cuando el aire no puede escapar o no se desplaza suficientemente rápido hacia las comisuras, canales de
139
ventilación o expulsores Hacia el final del proceso de inyectado, el aire queda comprimido y sube de temperatura. El resultado son temperaturas muy altas que pueden llegar a la auto ignición del plástico y ser la causa de quemaduras en el material.
F ig .
3.5.11
3.16
Efect o Diesel.
Delaminación en capas.
Otro defecto que ocurre en los moldes de inyección es cuando el polímero fundido está sujeto a un esfuerzo de cizalladura excesivo durante la fase de llenado.
Este
defecto ocurre principalmente en zonas delgadas y largas de la
pieza.
140
La delaminación puede ser eliminada con la reducción de la diferencia de temperatura entre molde y material reducción de los esfuerzos de cizalladura mantener el cilindro de plastificación libre de materia extraña.
F ig .
Es
3.17
Delaminación.
importante añadir que el fenómeno de delaminación suele ocurrir después de
un cierto tiempo de utilización de la pieza. Por esta razón, una vez realizada la pieza debe analizarse microscópicamente su estructura interna.
3.5.12 Este
Efecto stick-slip (irisados circulares o micro-alas).
defecto superficial recuerda las ranuras de un disco. La razón física de este
son las vibraciones elásticas del plástico fundido inyectado. Esto se debe en parte
141
a una velocidad demasiado lenta en conjunción con las paredes de la cavidad, relativamente frías.
Estas
ranuras en la pieza inyectada también pueden ser producidas por una falta
de presión de inyección. Una baja temperatura del plástico fundido y/o la temperatura del molde en combinación con las dos causas mencionadas anteriormente son a menudo las responsables del efecto « Stick-Slip»
F ig .
3.18
Deslizamient o de capas (st ick slip).
La eliminación del defecto se consigue mediante la corrección de estos parámetros del molde y de la máquina de inyección
142
3.5.13 Si
Grietas o microgrietas.
se utilizan sustancias agresivas (por ejemplo grasa, soluciones alcalinas, etc.)
el blanqueo y las roturas por tensión, aparecerán a menudo, sobre todo después de largo tiempo de servicio de la pieza.
F ig .
3.5.14
3.19
Gr iet as.
Grietas de tensiones.
La coloración blanca por tensión está causada por tensiones tanto internas como externas (por ejemplo: elongación) Las áreas expuestas a la tensión se vuelven de color blanco Las roturas por tensión suelen tener la dirección del desmolde. Muchas veces, las roturas por tensión aparecen vanos días o semanas.
143
F ig .
El
3.20
T ensiones
super ficiales en las bisagr as.
color blanco y las roturas que se producen a causa de la tensión tienen lugar
cuando se sobrepasa la deformación máxima tolerada (por ejemplo, por tensión exterior o por deformación). La deformación máxima depende del tipo de material que se utilice, de la estructura molecular, del proceso y del clima que rodea a la pieza.
3.5.15
Falta
de llenado completo de la pieza.
Igual que en fundición, éste se produce en una pieza que ha solidificado antes de llenar completamente la cavidad. El defecto puede corregidores incrementando la temperatura o la presión. El efecto también pude originarse por el uso de una máquina con capacidad de dosificación insuficiente, en cuyo caso se necesita una máquina más grande.
144
F ig .
3.21
F al t a
de llenado.
Una pieza mal llenada puede ser consecuencia de diversas causas que deberían ser investigadas tal y como se explica a continuación.
y
Una cantidad insuficiente de carga de material en el plastificador es la causa típica de una pieza mal llenada.
y
Este
defecto también ocurre si la temperatura de fusión es demasiado baja.
y
Además, una temperatura insuficiente del molde combinada con una velocidad de inyección excesivamente lenta, precipita el enfriamiento del flujo, lo cual impide el llenado de la cavidad.
y
Esto
también suele ocurrir si la presión de inyección es demasiado baja.
y
La máquina de inyectar debe ser en este caso suficientemente potente.
145
y
Unas salidas de aire del molde deficientes facilitan la formación de burbujas de aire en los puntos más lejanos
Son,
por tanto, necesarias
adecuadas salidas de aire para solucionar este problema. y
Si
el conducto de colada o su recorrido son demasiado estrechos, el
material se enfría antes que la cavidad sea llenada.
En
este caso, un
ensanchamiento de éstos elimina el problema con la reducción del nivel de presión requerido. y
La temperatura de la boquilla es otro factor. Si es demasiado baja resulta un enfriamiento prematuro con el consiguiente llenado incompleto.
y
Finalmente, si el defecto no puede ser corregido con las medidas descritas anteriormente, debe ser verificada la válvula antirretorno.
Se
y
Aumentar el tiempo de refrigeración.
y
Revisar la válvula antirretorno si es necesario.
puede añadir una pequeña cantidad de agente espumante para prevenir las
contracciones
El
tipo y cantidad de agente dependen del tipo de plástico
utilizado, y debe de ser determinado separadamente para cada caso particular.
3.5.16
Marcas del expulsor o de la expulsión.
Las marcas de expulsión son depresiones o elevaciones en el lugar correspondiente a la posición de los expulsores visibles en la superficie de las
146
piezas. Estas diferencias de espesor de pared pueden causar diferencias de brillo o depresiones en la superficie visible de la pieza. Las posibles causas son:
y
Desmolde prematuro.
y
Fuerzas muy fuertes de desmolde debidas a un mal ajuste de la máquina.
y
Colocación incorrecta o largo inadecuado del expulsor.
y
Mal diseño y dimensionado del molde, de la pieza o del sistema de desmolde.
y
Grandes diferencias de temperatura entre el expulsor y la pared del molde.
F ig .
3.22
Mar cas de los bot ador es.
147
3.5.17
Deformación por la expulsión.
Según
el grado en que haya sido perjudicada la pieza, hay una clasificación de
las marcas de expulsión, roturas, zonas de excesiva tensión y expulsores profundamente hundidos Son críticas las piezas con contrasalidas, que hayan de ser desmoldadas sin piezas móviles (por ejemplo, correderas).
F ig .
3.5.18
3.23
Defor mación por expulsión.
Deformación o alabeo (warpage).
Las causas físicas de las deformaciones pueden clasificarse de la siguiente forma: y
Las fuerzas necesarias para el desmolde no pueden aplicarse sin dañar la pieza.
y
El
movimiento de desmolde es obstaculizado en algún punto. 148
El
total de la fuerza de desmolde aplicada es algo crucial y debe, por tanto,
mantenerse baja. Además de otros factores, la contracción de la pieza ejerce un impacto directo sobre las fuerzas de desmolde.
Cambiando los parámetros de proceso, puede influirse considerablemente sobre las fuerzas de desmolde y la contracción.
Sin
embargo, debe tenerse en
consideración que la geometría de la pieza moldeada es un factor muy importante a la hora de producirse deformaciones debidas a las fuerzas que se producen en el desmolde.
F ig .
3.24
P andeamient o.
149
En
general, es conveniente que se produzca una baja contracción en las piezas de
tipo cilíndrico o en forma de caja, ya que dichas piezas tienden a contraerse contra su núcleo (==> aumente la presión de mantenimiento o aumente el tiempo de enfriamiento).
En
la proximidad a los nervios la contracción actúa de modo que aumenta la
fuerza de desmolde por causa de que los nervios han de ser separados de las paredes del molde (==> disminuya la presión de mantenimiento o aumente el tiempo de enfriamiento).
3.5.19 El
Material frío.
fluido frío que sale por la boquilla (también en colada caliente) y que va a
parar al interior del molde, puede originar marcas parecidas a las ráfagas del tipo de cola de cometa. Estas pueden aparecer cerca de la entrada o bien esparcirse por toda la pieza.
150
F ig .
3.25
Got a f rí a.
Cuando se fuerza el recorrido, el material frió también puede ser la causa de las líneas de soldadura visibles debido a que obligan la masa a dividirse
3.5.20
Líneas de flujo frías.
La línea de soldadura en las piezas de plástico representa, en la mayor parte de los casos, un defecto óptico y un debilitamiento mecánico Puede aparecer una muesca y/o cambio de color. Las muescas son particularmente visibles en piezas negras o transparentes, de superficies lisas o muy pulidas. Los cambios de color son visibles principalmente en piezas con pigmentos de efecto metálico.
151
F ig .
3.5.21
3.26
Lí neas
de flujo f rí as.
Aire atrapado, huecos y burbujas.
Con sólo modificar ciertos parámetros de proceso de inyección no se evita la formación de huecos
Es
más efectivo tener en cuenta ciertas propiedades
específicas referentes al material plástico al empezar el diseño tanto de la pieza como del molde.
F ig .
3.27
Bur bujas y vacuolas.
152
y
Aumentar la temperatura de fusión.
y
Aumentar la temperatura de la pared de la cavidad.
y
Aumentar la velocidad de avance del tornillo.
y
Aumentar la presión de mantenimiento.
y
Aumentar el tiempo de sostenimiento
y
Revisar la válvula antirretorno si es necesario.
3.5.22
Manchas negras.
Aparecen unas manchas negras en la superficie de la pieza debidas a degradación térmica del material o a suciedad o desgaste. Hay distintos factores que pueden ocasionar la formación de manchas oscuras o de piezas moteadas Hay diferentes causas, algunas por proceso, el material o con la máquina, aquí mencionamos las más comunes.
C ausas
r elacionadas con el p r oceso:
y
Temperatura de fusión demasiado alta
y
Tiempo de residencia en la unidad de plastificado demasiado alto.
y
Perfil de temperatura equivocado.
y
Fallos en la colada caliente
153
F ig .
C ausas
3.28
Manchas negr as.
r elacionadas con la máquina:
y
La unidad de plastificado está sucia.
y
El
husillo y el cilindro están gastados.
C ausas
er o o a los t int es: debidas al pol ím
y
Impurezas en el gránulo.
y
Demasiado material reciclado.
y
Tintes / master batches no adecuados.
154
F ig .
3.5.23
3.29
Manchas negr as.
Gránulos de materia prima no fundida
Aparecen en zonas débiles de la estructura de la pieza acabada, y son el origen de las grietas. La siguiente foto muestra los infundidos en una microtomía, sacada del fondo de un cubo de agua.
155
F ig .
Este
3.30
Gr ánulos sin fundir .
defecto se produce por una falta de temperatura en el cilindro durante el
proceso de plastificación Por tanto, el defecto proviene de unos parámetros incorrectos de la máquina de inyectar. Los más típicos son:
y
Insuficiente presión de retorno.
y
Insuficiente velocidad del tornillo.
y
Insuficiente temperatura del cilindro.
3.5.24
Compactación excesiva.
Después de la fase de llenado del molde, estando todavía la mazarota y la entrada a la cavidad en estado fundido, se pasa a la presión de mantenimiento, que es más baja que la de inyección. 156
La función de esta presión de mantenimiento es la de aportar material por la parte más interna de la pieza, para suplir con ello la reducción de espesor debida a la contracción por enfriamiento.
La presión de mantenimiento es efectiva hasta que se colapsa la entrada a la cavidad por enfriamiento. A partir de este momento no se podrá añadir más material. El enfriamiento de la entrada de la cavidad es función de:
Si
y
La temperatura del material.
y
La temperatura del molde.
y
El
tiempo de duración de la presión.
se retira la presión antes de tiempo, la pieza no quedará compactada, tendrá
menos peso del que cabría esperar. Si se retira la presión de mantenimiento en el momento adecuado, la pieza tendrá el peso correcto.
Si
de logra mantener la entrada del material caliente, y la presión durante más
tiempo, el material, una vez enfriado, ejercerá tanta presión perpendicular a las paredes del molde que, según sea su geometría, si esta presión se efectúa en sentido perpendicular al eje principal de la máquina podrá llegar a impedir incluso la apertura del molde, y además, dependiendo de la salida que tenga el
157
