7 Moldes de Inyección

«C.F.G.S. DISEÑO EN FABRICACIÓN MECÁNICA» MÓDULO 05: DISEÑO DE MOLDES PARA PRODUCTOS POLIMÉRICOS

7 MOLDES DE INYECCIÓN 7.1 Introducción Cuando nos referimos a los moldes de inyección, los diseñadores y constructores adoptan una terminología conocida universalmente. Independientemente del grado de automatismo, forma o dimensiones del molde, en todos ellos hay una serie de elementos comunes que van a ser el objeto de nuestro estudio.

En colaboración con: LEA-ARTIBAI IKASTETXEA

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Designación de los elementos de un molde. Figura 7.1, Figura 7.2

1.-Placa soporte móvil 2.-Casquillo de centraje 3.-Placa porta-expulsores 4.-Expulsor de retroceso 5.-Anillo para montaje 6.-Casquillo guía 7.-Columna guía 8.-Placa porta molde fijo. 9.-Tornillo sujeción anillo.Din912 10.-Casquillo contra colada 11.-Bebedero 12.-Inserto cavidad. Fijo 13.-Anillo de centraje 14.-Tornillo sujeción placas. DIN912 15.-Placa cavidad. Porta-insertos cavidad

16.-Inserto núcleo. Móvil 17.-Boquilla refrigeración 18.-Placa núcleo. Porta insertos núcleo 19.-Pasador de fijación 20.-Placa soporte núcleo 21.-Varilla de expulsión mazarota 22.-Paralelas de expulsión 23.- Tornillo sujeción placas. DIN912 24.-Varilla expulsora de la pieza. 25.-Casquillo guía de expulsión 26.-Columna guía de expulsión 27.-Placa expulsora 28.-Acoplamiento expulsor de máquina 29.-Tornillo sujeción soporte. DIN912 30.-Columna soporte de expulsión

Figura 7.1


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Figura 7.2. Porta molde Componentes básicos

Placa soporte-Zócalos: Placas auxiliares para la sujeción de los moldes a máquina. Placa cavidad: Placa fija, placa donde se mecaniza la figura. Placa núcleo: Placa móvil, donde se mecaniza la parte interior de la pieza. Placa soporte: Placa refuerzo del núcleo, para colocar postizos, etc. Paralelas. Placas o regletas, configuran el espacio necesario para el movimiento de las placas expulsoras. Recorrido de expulsión. Placas expulsoras: Encargadas de alojar los expulsores, retiran las piezas del núcleo. Aro centrador : Elemento utilizado para la alineación del molde a la máquina de inyección. Bebedero: Elemento de apoyo del grupo de inyección. Bulón/Casquillo guía: Elementos para la alineación del molde. Tornillo ALLEN DIN 912: Tipo de tornillo utilizado en los moldes para sujeción de placas, etc. Expulsor de retroceso: Elementos mecánicos de seguridad del molde. Tope: Elementos utilizados para dejar un espacio entre la placas expulsoras y el zócalo. Donde se colocan los elementos en el molde. La colocación de los elementos en el molde debe de asegurar su funcionamiento continuo en la fabricación de piezas. El espacio central lo ocupan la(s) cavidad(es) del molde. Se aconseja mantener este espacio libre de cualquier suciedad o mecanizado innecesario.


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Los demás elementos del molde, se pueden dividir en dos categorías y se colocan de la siguiente forma: 

Los de primera categoría son las guías y casquillos, mirar Figura 7.1, se colocan en las cuatro esquinas del molde, para que realicen el máximo efecto, y nos aseguren el perfecto alineamiento de las dos partes del molde.



Los elementos de segunda categoría como pueden ser los tornillos utilizados para la unión de las diferentes placas, limitadores, pasadores o cualquier otro elemento específico que necesite el molde, se coloca en los laterales, para dejar de este modo suficiente espacio central para posicionar las cavidades, y no entorpecer la correcta colocación de expulsores, circuitos de refrigeración etc.

Hay que intentar que todos los componentes del molde sean elementos (guiado, expulsión, refrigeración, etc.) normalizados.

7.1.1 Huella del molde La huella del molde es el hueco mecanizado en el interior del molde con la forma de la pieza (normalmente llamado cavidad), donde el plástico es inyectado y solidificado hasta el momento de la extracción. Cuando el molde tiene más de una huella se le denomina multi-cavidad y puede tener 2, (3), 4......64....etc. de huellas. La huella se forma como el resultado de la unión de dos componentes durante el cierre del molde, conocidos como cavidad y núcleo.

7.1.2 Cavidad del molde La cavidad del molde es la que da forma a la parte exterior o cara vista de las piezas.


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La cavidad esta situada en la placa cavidad, y es la parte estática del molde. Se sujeta en la parte fija del molde, enfrente de la unidad de inyección. Siendo la tendencia general que el sistema de llenado: boquilla, mazarota se sitúe en la mitad cavidad y el sistema de extracción en la mitad núcleo, siendo fácil entender la configuración de máquinas que necesitamos .

7.1.3 Núcleo del molde El núcleo es la parte del molde que da forma a la parte interior de la pieza. El núcleo está situado en la placa núcleo, parte móvil del molde. Debido al efecto de la contracción, las piezas de plástico tienden a contraerse hacia el núcleo y a desprenderse de las paredes de la cavidad. Este comportamiento de la contracción hace que las pi ezas queden retenidas al núcleo del molde en la fase de apertura, por tal mot ivo las máquinas incorporan el sistema de extracción en la parte núcleo, detrás del plato móvil de la máquina de inyección. La parte cavidad y la parte núcleo conforman la huella del molde, siendo de máxima importancia su configuración a la hora de realizar el diseño de un “

molde.”

7.1.4 Línea de separación La superficie donde la mitad cavidad y mitad núcleo sé juntan/separan es lo que se llama la línea de separación del molde (superficie de unión, plano de unión, plano de partición o partición del molde). La línea de separación del molde esta determinada por: 

El componente a moldear, es muchas veces el factor que fija la complejidad del molde.

Siempre hay que intentar situar/colocar la línea de separación en posiciones donde:     

Se facilite la extracción del componente. Se simplifique el diseño del molde. Se evite las contrasalidas. Se facilite el mecanizado del molde. Se deje la menor huella posible.


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Línea de separación realizada deliberadamente para simplificar la expulsión.

Línea de separación realizada para simplificar el diseño y reducir los costos de mecanizado

Posición para disimular el vestigio de la líne a de separación.

La línea de separación o línea de cierre produce una marca en la pieza, y un ajuste impreciso puede tener, como problema añadido, la aparición de rebabas (fugas de material). Las rebabas afectan a la pieza del siguiente modo: 







Estéticamente. Apariencia de falta de ajuste. Acabado pobre. Perceptible al tacto: En piezas que precisen una manipulación de uso. (manillas, volante, etc.) Vulnerabilidad: Zona de mayor posibilidad para el deterioro del plástico. Montaje: Posible desajuste e interferencia a la hora de montar diferentes piezas entre sí.

7.1.4.1Establecimiento de la línea de separación (L/S). En muchos productos está determinado o, resulta obvio donde situar la línea de separación. Sin embargo, en otros productos no es tan obvio y hay una serie de aspectos a tener en cuenta en el momento de su elección. 







Expulsión: Una consideración importante en la elección de la línea de separación es la de asegurar que el producto se aloje en el lado donde está situado el sistema de expulsión de la máquina. Que la línea de separación no sea un obstáculo para la expulsión de la pieza. Cierre: En la línea de separación hay que evitar un movimiento de deslizamiento (metal sobre metal) entre las superficies de cierre de la parte núcleo y cavidad. Las superficies de cierre tienen que llevar un ángulo de inclinación, como ejemplo la Figura 9.1.4. Prevenir las rebabas, dado que un cierre completamente vertical no hay una carga lateral en la unión de superficies.


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 

Reducir el desgaste entre superficies del molde. Reducir la dificultad de un alineamiento vertical de dos superficies.

En general hay que evitar una alineación o cierre vertical.





Figura 9.1.4 Resistencia en la línea de separación (L/S). Después de establecer la línea de separación es necesario comprobar la resistencia del molde en la superficie de cierre. Por los cálculos que se realicen o la experiencia en situaciones similares, hace que pueda existir un peligro de deformación o rotura de las paredes del molde, con lo que es necesario aumentar la superficie de cierre o añadir soportes de refuerzo.

Reventón de la cavidad. Hay que asegurar que las paredes de la cavidad tengan suficiente resistencia al reventón que pueda ocasionar la presión de inyección.


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

Mecanizado de la L/S. Es imprescindible que el mecanizado de la línea de separación sea de gran calidad para evitar cualquier escape de material que pueda provocar rebabas en la pieza.

El mecanizado de la línea de separación no es una tarea fácil, dado que en muchos casos al no ser superficies completamente planas no podemos acabar por mecanizado. Por lo tanto la línea de separación debe, si es posible:

a) Preferiblemente encontrarse en un mismo plano (perpendicular a la dirección de apertura de la máquina) Figu ra 7.1.4.a . De esta forma es fácil de mecanizar por rectificado y el costo de ejecución es bajo.

Figura 7.1.4.a b) Si el núcleo sobresale de la línea de separación Figura 7.1.4.b, es más difícil de conseguir el cierre en el lado núcleo, ya que para su mecanizado tenemos que evitar el núcleo. Una solución que se adopta en estos casos es la realización del núcleo por medio de un inserto Figura 7.1.4.c, siendo la fabricación de la L/S igual al caso anterior, aunque como es lógico tendremos un sobrecoste en la ejecución del ajuste del núcleo en la placa donde va alojada.

Figura 7.1.4.b

Figura 7.1.4.c

c) Los casos siguientes, líneas de separación de forma, son más complicados de fabricación. Figura 3.1.4.d, se tiene que conseguir el cierre en planos inclinados. Y todavía se incrementa la dificultad si el núcleo o la cavidad sobresalen fuera de la L/S según la Figura 7.1.4.e.,


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Figura 7.1.4.d

Figura 7.1.4.e

9.2 Clasificación de los moldes de inyección Si se observa detalladamente un gran número de moldes de inyección, resultan determinados grupos y clases que se diferencian entre sí por su construcción completamente diferente. Tal clasificación, para que pueda ser comprensible, no puede contener todas las posibilidades de combinación entre los diferentes grupos y clases. Es posible que nuevas experiencias y resultados obliguen a una ampliación de la misma. Esta clasificación ya cumple con su objetivo si transmite de forma clara y detallada las experiencias adquiridas hasta ahora en la construcción de moldes de inyección. Al tratar un nuevo problema el proyectista puede ver cómo se ha construido o se ha de construir un molde en casos similares. Sin embargo, el proyectista siempre tratará de evaluar las experiencias y construir algo mejor, en lugar de copiar la anterior ejecución. Una exigencia elemental de cada molde que ha de utilizarse en una máquina de inyección, es que las piezas son desmoldadas automáticamente sin necesidad de una operación adicional (separación de la colada, operación para determinadas realizaciones, etc.) La clasificación de moldes de inyección se rige lógicamente por las características principales de construcción y función. Estos son:    

El tipo de colada (fría y caliente) y su separación, El tipo de expulsión de las piezas inyectadas, La existencia o no de contrasalidas exteriores en la pieza a inyectar, Tipo de desmoldeo.

La norma DIN E 16750 - Moldes de inyección para materiales plásticos contienen una división de moldes según el esquema siguiente:      

Molde standard (molde de dos placas) Molde de mordazas o Molde de correderas Molde de extracción por segmentos Molde de tres placas Molde de pisos (molde sándwich) Molde de canal caliente.


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Las configuraciones de los moldes varían enormemente debido a los requerimientos de los componentes o a la producción. Por esta razón la clasificación de los moldes es una cosa muy general. Clasificación de los moldes basada en el sistema de alimentación:  

Moldes de canales fríos Moldes de canales calientes

7.2.1 Molde de canales fríos. De todas las configuraciones de moldes que nos vamos a encontrar, los diseños de dos y tres placas son los más fáciles de reconocer y a la vez, los más utilizados.


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a) Molde de 2 placas Única Línea de separación (L/S). Es el tipo de molde más utilizado en la industria de transformación. Por las siguientes ventajas: Diseño sencillo Facilidad de uso. Bajo mantenimiento Utilización de elementos normalizados Por coste    

Pero también tiene sus desventajas. Dificultar para elegir la localización del punto inyección. Algunas veces hay separar manualmente las piezas del sistema de alimentación.  

El sistema de alimentación puede dictar el tiempo de ciclo


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Molde de 3 placas Este tipo de molde se usa cuando se desea tener un sistema de canales de alimentación en un plano diferente del plano de unión de las placas del molde. Este puede ser el caso de un molde con varias cavidades, en el cual se desea tener una alimentación central para cada una de ellas. Por tanto, serán moldes con dos líneas de separación:  

L/S-1 Para la expulsión del sistema de alimentación L/S-2 Para la expulsión de las piezas.

En este tipo de molde la separación de las piezas se realiza de forma automática mediante expulsores, y el sistema de canales y bebederos son expulsados separadamente.

La elección de un molde de tres placas viene motivada por las siguientes ventajas y consideraciones técnicas: Flexibilidad para la colocación del punto de inyección Piezas de grandes dimensiones que necesitan más que un punto de inyección. Piezas de grandes dimensiones que necesitan más que punto de inyección. Consideraciones de estética de los componentes. Separación automática de la pieza(s) con el sistema de alimentación. Fabricación de mayor número de cavidades que en un molde de dos placas de las mismas dimensiones. 



  


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Comparado con el molde de dos placas: El coste es superior. Requiere de mayor grado de mantenimiento. Con la llegada de los moldes con cámara caliente, se ha reducido mucho la adopción del diseño de tres placas. A partir de un molde con dos y tres placas, se pueden conseguir diferentes configuraciones según las necesidades del producto a elaborar.


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b) Moldes para piezas que tienen contrasalidas; muchos componentes tienen detalles que producen contrasalidas en el molde, bien en la parte cavidad o en la parte núcleo, que tienen que ser eliminadas con partes móviles, en el momento de la apertura o en el desplazamiento de extracción.

c) Familias de moldes; Se utiliza cuando varios componentes similares son fabricados con el mismo útil, por ejemplo utensilios de cocina, kits, etc. La familia de moldes se emplea generalmente, cuando las series son cortas con el objeto de reducir los costos en la construcción de los útiles.


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d) Moldes de pisos (sándwich); En este tipo de moldes las cavidades están superpuestas en diferentes alturas, se utilizan generalmente en máquinas verticales y procesos de compresión, para introducir más cavidades ocupando el mismo espacio útil de la máquina de inyección.


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9.2.2 Molde de canales calientes.


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7.3 Función de un molde de inyección Para la producción de piezas más o menos complicadas en un ciclo de inyección, el molde contiene una o varias cavidades. Los moldes se construyen individualmente para cada tipo de producto a elaborar, siendo posible en algunos casos, inyectar piezas de diferente geometría en un mismo molde. Básicamente las funciones del molde son: Recibir la masa plástica Distribuirla Darle forma Enfriarla y pasarla al estado sólido Extraer la pieza.     

Para ello, los moldes llevan incorporados: Sistema de alimentación Cavidades Sistema de refrigeración Sistema de extracción Sistema de guiado Placas para sujeción en máquina.      

7.4 Elección del tipo de molde Elegir el tipo de molde a construir está determinado por los requerimientos impuestos al diseñador. Equivocarse puede ser fácil, pero hay una serie de factores relevantes que tienen que ser considerados antes de comenzar a trabajar. a) Pieza: Obtener el plano o información con la última modificación. Volumen de pedido, coste de la pieza, tiempo de ciclo, vida del molde. b) Material a procesar: Obtener la información de las propiedades del material: a. Contracciones b. Requisitos de refrigeración c. Reología d. Estabilidad térmica e. Etc. c) Datos de máquina: Especificaciones.


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7.5 Especificaciones del molde El uso de una tabla sobre las especificaciones del molde trae muchas ventajas para el diseñador. Por una parte le será válido para similares proyectos. Tendrá recogido toda la información precisa. Será punto de referencia para realizar una auditoria de calidad por parte del cliente.   

7.6 Procedimiento para el diseño de un molde El esquema 7.6 representa un procedimiento para el desarrollo metódico y planificado de los moldes de inyección. Para la construcción dimensional de las piezas de inyección y sus correspondientes moldes se utilizan cada vez con mayor frecuencia el método de elementos finitos (FEM), así como procedimientos de cálculo como Cadform, Cadmould, Moldflow, etc. Con estos métodos se puede reducir el tiempo de desarrollo y los costos, así como optimizar la funcionalidad de las piezas. Solo cuando se han determinado la pieza a inyectar y todas las exigencias que influyen en el diseño del molde, se puede ejecutar la construcción definitiva de éste.


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Esquema 7.6 Procedimiento para la construcción metódica y planificada de los moldes de inyección.


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7.7 Distribución de cavidades. Equilibrio d el mold e

Una vez de haber establecido el número de cavidades, hay que situarlas en el molde. En las máquinas de inyección actuales, el cilindro de inyección está situado en el centro de los platos de la máquina. Para colocar las cavidades en el molde hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones: Todas las cavidades deben ser llenados al mismo tiempo y con material a la misma temperatura. 



La longitud de flujo deberá ser la mínima posible.

La distancia entre dos cavidades contiguas ha de ser suficiente para la colocación de los postizos necesarios para construcción de la cavidad, paso del circuito de refrigeración, colocación de expulsores además de dejar una sección suficiente para que la placa no se deforme, o bien por la presión de inyección o por la fuerza de cierre. 

La suma de todas las fuerzas de reacción debe estar en el centro de los platos de la máquina. 

En moldes multi-cavidad hay básicamente tres tipos de distribución: Circular, en serie y el sistema simétrico o geométricamente equilibrado. VENTAJAS Igual longitud de flujo para todas las cavidades, especial para desmoldeo de piezas roscadas.

DESVENTAJAS Colocación de un número limitado de cavidades en el molde.

VENTAJAS Posibilidad de introducir más cavidades que en sistema circular.

DESVENTAJAS Diferentes longitudes de flujo. Para uniformar el llenado hay que corregir las entradas, secciones de los canales de alimentación.

Ahorro de material

Equilibrio artificial.


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VENTAJAS Igual longitud de flujo para todas las cavidades, sin necesidad de corregir la entrada o la sección de los canales de inyección.

DESVENTAJAS Longitudes largas de flujo, rápido enfriamiento de material y pérdida de presión.

7.7.1 Equilibrio de fuerzas El equilibrio de fuerzas se hace perpendicular a la línea/plano de separación. En la mayoría de las máquinas de inyección de construcción moderna, el cilindro inyector está centrado sobre el plato porta molde del lado de la boquilla; así, queda fijada la posición del bebedero. Con el fin de evitar cargas excéntricas que puedan provocar la formación de rebabas en la pieza o incluso tener una posible rotura de alguna de las barras de la máquina inyectora, se sigue la principal regla de construcción, que implica que la resultante de las fuerzas de expansión en el molde (debido a la presión de inyección) y la resultante de la fuerza de cierre a que está sometida la parte móvil del molde, actúen centradas.

Molde unitario


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En los moldes complicados hay que determinar el centro de gravedad para fijar la posición de las cavidades en el molde. La posición del centro de gravedad puede determinarse por cálculo.

f i = Superficie parcial proyectada xi = Distancia del centro de la superficie parcial al centro de la unidad de cierre. Determinar con exactitud el centro de gravedad puede resultar muy laborioso, actualmente con la ayuda de sistemas de CAD se puede solucionar fácil y rápidamente todos los cálculos necesarios.

Molde múltiples Molde de dos cavidades Sin tener en cuenta la forma de la pieza, las distribuciones posibles son la Disposición A y B, siendo H2>H1.


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Molde de tres cavidades

Molde de cuatro cavidades

Molde de 6 cavidades

Molde de 8 cavidades


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7.7.2 Equilibrio de fuerzas laterales. En la mayoría de los casos las fuerzas originadas dentro de la cavidad quedan equilibradas tal como se ve en la Figura 7.7.2a,

Figura 7.7.2a. Sin embargo, por el diseño de la pieza y el establecimiento de la línea de separación podemos tener el caso de la Figura 7.7.2b, en donde las fuerzas no se equilibran y tienden a separar las partes cavidad y núcleo. Este diseño obliga a soportar grandes esfuerzos a los bulones guía, ocasionando muchas veces su rotura y, además, podemos tener inexactitud de medidas en la pieza, por lo que esta configuración no esté recomendada nada más que en situaciones donde el valor de la fuerza F es pequeño.

Figura 7.7.2b Como solución se puede adoptar dos soluciones: Introducir insertos en cuña (ángulo de inclinación) tal como indica la Figura 7.7.2c y así obtener el equilibrio de fuerzas. 

Figura 7.7.2c O introducir dos cavidades simétricamente con respecto al centro del molde.

Figura 7.7.2d


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Con otra disposición de las cavidades se pueden tomar las siguientes soluciones: Encajar los núcleos en sus respectivas placas para evitar su desplazamiento. Figura 7.7.2.e 

Figura 7.7.2e



Introducir cuñas en el lado del núcleo. Figura 7.7.2f

Figura 7.7.2f


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