Inyeccion de Matriz

Universidad Ricardo Palma Escuela Académico Profesional de Ingeniería

MOLDEO POR INYEI!N EN MA"RI# O DADO$ Profesor: Amado Crisógono Crisógono Castro Chonta Curso: 1. 1. Objetivos 

Conocer las técnicas del proceso de fundición

Procesos de Manufactura I

La%oratorio

para el moldeo por Inyección In yección de metales en Matriz o Dados.  Conocer factores importantes que influyan en la selección de parámetros para el moldeo por in inyección yección de metales en Matriz o Dados.  Conocer las técnicas de los procesos de las máquinas de inyección de metales en matriz en cámara caliente y en cámara fría. Conoce cerr las las prop propie ieda dade des s y aplic aplicac acio ione nes s típi típica cas s de los los meta metale les s y  Cono aleaciones para el moldeo por inyección en matriz común. Conoce cerr los los horn hornos os de fus fusión, ión, las las prác prácti tica cas s de fund fundic ició ión n y sus sus  Cono condiciones de operación para el moldeo de metales por inyección en matriz.

Perú-Lima, 2014

Diseñado por Amado Crisógono Castro Chonta

2. Fundamento Teórico l proceso de inyección en matriz es un proceso continuo en el cual se utiliza di!ersas máquinas automáticas. "demás este proceso tiene una #ran !ariedad de !enta$as y campos de aplicación en la industria, es muy !ersátil ya que permite la fa%ricación de di!ersos tipos de piezas con diferentes formas #eométricas mediante el uso de matrices y dados en la mayoría de los casos. ste proceso de moldeo por inyección de metales tiene muchas !enta$as en comparación con otros tipos de moldeos y fundición& se puede mostrar y e'plicar el uso de los diferentes hornos, se inyecta el metal fundido en una matriz o dados permanente fa%ricados de metal para este fin, difiere de otros procesos de fundición, ya que el metal se hace entrar a presión dentro de la ca!idad de la matriz o dado, conser!ando dicha presión hasta su solidificación. (a inyección se hace a una presión de ),*M+a a *))M+a, siendo mayor que la presión de cierre de la matriz o dados. (as piezas lo#radas mediante este proceso son de #ran calidad, en lo que se refiere a sus dimensiones y aca%ado de%ido a la com%inación de moldes metálicos o matrices y presión. l peso de las piezas fundidas que se consi#ue mediante este proceso !an desde menos de )# hasta apro'imadamente -/#. 0eneralmente las piezas típicas y comunes que se fa%rican son componentes y accesorios para motores, máquinas para oficina, enseres domésticos, herramientas de mano y $u#uetes. (as operaciones de fundición en matriz o dados se lle!an a ca%o en máquinas especiales. (as máquinas modernas de fundición en dados están dise1adas y fa%ricadas para mantener un cierre preciso de las dos mitades del molde y mantenerlas cerradas, mientras el metal fundido permanece a presión dentro de la ca!idad. Consideraciones económicas de la fundición Como anteriormente se mencionó, la fundición de inyección de metales en matriz o dados es económicamente %a$o si se utiliza para la fa%ricación de #randes !olúmenes de producción, así como el costo por mano de o%ra que tam%ién es relati!amente %a$o ya que este proceso es semi o totalmente automatizado, comparándolo con otros procesos de fundición que requieren más mano de o%ra. (a in!ersión inicial es alta por utilizar más maquinarias o matrices muy caras. 2odos estos factores influyen en el costo #eneral de la operación de fundición. n el si#uiente cuadro o%ser!aremos una comparación de los di!ersos procesos de fundición en relación al costo que se produce&


Procesos

Matriz o dado

Equio

Mano de obra

Tasa de roducción!ieza"#ora $

%rena

(

(

(3M

4-)

Moldeo en cascara

(3M

M35

(3M

4)

&eso

(3M

M

M35

46)

Por revestimient o

M35

(3M

5

46)))

Molde ermanente

M

M

(3M

47)

'n(ección en matriz

5

5

(3M

4-))

centrifu)o

M

5

(3M

4)

Dónde& *+ bajo, M+ medio, -+ alto 8e o%ser!a en el cuadro que los dados y matrices para inyección de metales requieren de materiales costosos además de cantidades de maquinado y preparación. 2am%ién se requieren instalaciones como hornos y maquinaria relacionada para la fusión y el !aciado del metal fundido en el molde de las matrices. l costo por mano de o%ra depende del ni!el de automatización del proceso, como se indicó este proceso requiere de cierto ni!el de automatización por lo que el costo por mano de o%ra no es muy ele!ado.

. Materiales ( equios a utilizar+     

Metal de co%re, de aluminio, o aleaciones de zinc, esta1o, ma#nesio, latón, %ronce o acero. 5orno de fusión de arco eléctrico, inducción o de crisol. Máquinas de inyección neumática para la fundición en cámara caliente o cámara fría. Matriz o dados de acero especial. 8istema de control y sensores de temperatura y presión, tiempo y ni!el.

/. 0etalles de la arte eerimental+ n este proceso de Moldeo se pueden utilizar dos tipos %ásicos de máquinas de inyección en matriz o dados&


Proceso de cámara caliente

n las máquinas de cámara caliente, el metal se funde en un horno que es parte de la máquina inyectora, que atrapa cierto !olumen de metal fundido y lo inyecta en el dado o matriz, usando un pistón de alta presión. (as presiones típicas de inyección son de * a 9M+a. l metal se mantiene %a$o presión mientras dura el proceso de solidificación. +ara prolon#ar la !ida de la matriz y acelerar el enfriamiento del metal, las matrices son enfriadas por a#ua o aceite que circulan por !arios canales en el interior de la matriz colada. Con !elocidades características de producción de hasta )) partes por hora. (a fundición en dados con cámara caliente implica una dificultad especial en el sistema de inyección, porque #ran parte de dicho sistema queda sumer#ido en el metal fundido. +or esa causa, las aplicaciones del proceso quedan limitadas a aleaciones de %a$o punto de fusión que no atacan químicamente al pistón y a otros componentes mecánicos, como las de zinc, al esta1o, al plomo.

El roceso de in(ección en cmara caliente se observa en la si)uiente fi)ura+


F'345% 1+ 'lustración esquemtica del roceso de in(ección en matriz de cmara caliente. Ciclo de la fundición en cámara caliente&

:6; l metal fluye en la cámara con el dado cerrado y el ém%olo le!antado< :-; l ém%olo fuerza al metal de la cámara a fluir hacia el dado, manteniendo la presión durante el enfriamiento y la solidificación. :9; 8e le!anta el ém%olo, se a%re el dado y se e'pulsa la parte solidificada. :=; 8e muestra la pieza terminada. 8e muestra tam%ién otra fi#ura de máquina amplificada&


de cámara caliente más

Fi)ura 2+ Maquina de in(ección en matriz de cmara caliente

Proceso de cámara fría

(as máquinas de cámara fría son las más utilizadas en el moldeo por inyección. l metal fundido procedente de un horno e'terno, para colar se llena la cámara del pistón sin calentar :de ahí el termino cámara fría; y se utiliza el pistón para inyectar el metal a alta presión, en la ca!idad del dado< estas presiones !arían de 6= a 6=) M+a. De%ido al uso de un cucharon de colada para !aciar el metal líquido desde una fuente e'terna en la cámara del pistón. (a !elocidad del ciclo no es muy rápida en comparación con la máquina de cámara caliente. (as máquinas de cámara fría se usan #eneralmente para fundiciones de aluminio, latón y aleaciones de ma#nesio. (as aleaciones de %a$o punto de fusión como las de zinc, esta1o, plomo pueden tam%ién fundirse en máquinas de cámara fría, pero las !enta$as del proceso de cámara caliente fa!orecen más el uso de estos metales. F'345% + 'lustración esquemtica del roceso de in(ección en matriz de cmara fr6a.


Ciclo de la fundición en cámara fría:

:6; 8e !acía el metal en la cámara del pistón con el dado cerrado y el pistón retraído :-; l pistón fuerza al metal a fluir en el dado, manteniendo la presión durante el enfriamiento y la solidificación :9; 8e retrae el pistón, se a%re el dado y se e'pulsa la fundición.

7e muestra una mquina de in(ección de cmara fr6a ms amlificada


F'345% /+ Maquina de in(ección en matriz de cmara fr6a.

F'345% 8+ Proceso de in(ección de mquina de cmara fr6a 7elección de mquinas de in(ección ( dise9o de matrices+ n la selección de máquinas de inyección en matriz o dados se puede considerar lo si#uiente& 

(a fuerza de apriete que se puede e$ercer para mantener los troqueles cerrados.  (a capacidad de las máquinas, #eneralmente !a de - hasta 9)) toneladas.  l tama1o de las matrices.




(a carrera del pistón.  la presión de la inyección y el costo.

(as matrices y dados a presión pueden constar de& 

>na sola ca!idad.  Múltiples ca!idades :ca!idades idénticas;.  Ca!idades com%inadas:ca!idades diferentes;  Dados unitarios:+eque1os dados simples que se pueden com%inar en una o más unidades en un dado maestro de su$eción;

 

Matriz de una soa !a"idad

Matriz !om#inado

Matriz de mútipes !a"idades

Matriz unitario

F'345% :+ 7e muestran varios tios de cavidades de matrices.


(as matrices o dados suelen hacerse de acero aleado para tra%a$os en caliente o acero para moldes refractarios, como el tun#steno y el moli%deno tienen %uenas cualidades refractarias< tam%ién se utilizan, especialmente en los intentos para fundir el acero y el hierro en dados. l des#aste del dado en cada proceso de fundición se incrementa en función de la temperatura. s recomenda%le ele#ir el material correcto para fa%ricar una matriz para que de esta forma no se presente des#astes rápidamente y pueda empelarse en muchas inyecciones. +ara que pueda e'traerse y a%rirse la pieza, la matriz de%e estar constituida al menos de dos, pero frecuentemente se componen de partes que se a%ren en sentidos di!ersos. Cada parte que conforma la matriz de%e contener conductos o canales para el a#ua de refri#eración para mantener %a$a la temperatura de la matriz. l dise1o de la matriz incluye un án#ulo de salida y pasadores e'tractores para permitir y ayudar a la e'tracción de la pieza. (os materiales del dado no tienen porosidad natural y el metal fundido fluye rápidamente en el dado durante la inyección, por lo tanto se de%en construir %arrenos o !ías de paso en el plano de separación de los dados para e!acuar el aire y los #ases de la ca!idad. "un cuando los orificios son %astante peque1os, se llenan con el metal durante la inyección, pero éste de%e quitarse después. De%ido a las ele!adas presiones de inyección pueden ori#inarse tur%ulencias u oclusiones de aire< por lo tanto se apunta a emplear compuertas mayores y presiones de inyección menores, a la que se#uirá una presión mucho mayor, después de ha%erse llenado completamente el molde y el metal haya empezado el proceso de solidificación. l %eneficio que o%tendremos es la me$ora de la densidad y a reducir la porosidad. 'isten componentes como %u$es, flechas y su$etadores roscados que se pueden inyectar en la matriz de manera inte#ral. sto es conocido como moldeado con inserto. n la selección de los materiales de los insertos, de%e tomarse en cuenta la posi%ilidad y los ries#os de corrosión #al!ánica por lo que se recomienda re!estir o tratar superficialmente el inserto antes de su aplicación.


F'345%;+ 'nserto de fundiciones en su sitio en la in(ección en matriz a$ buje moleteado.

b$ varilla roscada ranurada.

Proiedades ( alicaciones t6icas de aleaciones ara in(ección de matriz comunes+ 8e muestra en la si#uiente ta%la las aleaciones más comunes utilizadas en la fundición por inyección en matriz o dados, así mismo las respecti!as propiedades de estos materiales y sus aplicaciones. "leación

?esistencia 2ensil má'ima:M+a ; 2<

?esistencia a la cedencia:M+a ; 1:<

lon#acione s en ) mm :@;

"plicaciones

2=8

nseres domésticos, componentes automotrices, %astidores

"luminio 69:6-8i;

<<

18<

2=8

Bormas comple$as de paredes del#adas que requieren resistencias a temperaturas ele!adas

(atón AA:7)Cu;

><

2<<

18

"rtículos de plomería, herrería, %u$es

Ma#nesio "6:"l3),*n;

2<

1:<



5erramientas eléctricas, piezas automotrices, artículos deporti!os.

inc Eúm. 9:="l;

2><

?

1<

+iezas automotrices, utensilios domésticos, herra$e para la construcciones,

"luminio9A):9,Cu 3A,8i;


$u#uetes.

inc Eúm. :="l3 6Cu;

2<

?

;

nseres domésticos, piezas automotrices, equipo de oficinas, herra$e para la construcción

Prcticas ( #ornos de fusión n las operaciones de fundición, las prácticas de la fusión es un aspecto de suma importancia ya que tiene un efecto directo en la calidad de las piezas fundidas. (os hornos se car#an con material de fusión consistentes de metal, elementos de aleación y otros materiales como el fundente, que son compuestos or#ánicos que sir!en para refinar el metal fundido y eliminar #ases disueltos e impurezas. (as funciones del fundente dependen en #ran medida del metal. +ara las aleaciones de zinc, como las que se utilizan en la inyección en matriz los fundentes típicos incluyen a los cloruros de zinc, de potasio y de sodio. (os fundentes para el hierro fundido incluyen car%onato de sodio y el fluoruro de calcio. (os hornos de fusion que frecuentemente se utilizan en l as fundiciones son& 

*os #ornos de arco electrico+ Ffrecen ele!ada fusion, menos contaminacion y capacidad de conser!ar el metal fundido para efectos de aleacion.  *os #ornos de induccion+ >tiles en fundiciones peque1as , produces fusiones más peque1as de composicion controlada.  *os #ornos de crisol+ 8e calientan utilizando com%usti%les, pueden ser estacionarios, inclina%le y son mo!i%les.  *os cubilotes+ Fperan de manera continua, tiene ela!ada !elocidades de fusion y producen #randes cantidades de metal fundido. 8e contamina el metal fundido y el medio am%iente.


n el caso de la fundicion por inyeccion en matriz o dados, se recomendaria utilizar los hornos de arco electrico, de crisol o los cu%ilotes más no los hornos de induccion por que se ha !isto anteriormente que el moldeo por inyeccion es un proceso caro si se fa%rica para peque1os !olumenes de produccion. F'345% >+ 'lustración esquemtica+ !a$ crisol= !b$ cubilote

Fi)ura @+ -orno ElActrico Fi)ura 1<+ -orno crisol

8. Cuestionario 6. G'plicar y descri%ir las partes importantes de una máquina de moldeo por inyección de metal fundido en matriz o dado de cámara calienteH -. G'plicar y descri%ir las partes importantes de una máquina de moldeo por inyección de metal fundido en matriz o dado de cámara fríaH 9. G'plicar y discutir los procesos de manufactura de moldeo mediante un DF+ de producción de piezas de inyección de metal en matriz de cámara fríaH


=. G'plicar y discutir los procesos de manufactura de moldeo mediante un DF+ de producción de piezas de inyección de metal en matriz de cámara calienteH . G'plicar cómo es el funcionamiento de las máquinas de moldeo por inyección de metal fundido en matriz en cámara calienteH 7. G'plicar cómo es el funcionamiento de las máquinas de moldeo por inyección de metal fundido en matriz en cámara fríaH *. G'plicar las !enta$as y limitaciones del proceso de manufactura de moldeo por inyección en matriz o dadoH A. G+or qué el moldeo por inyección en matriz es considerado un proceso continuo o semicontinuo y cuanto se puede automatizarH . GCómo ha ayudado la tecnolo#ía en el proceso de moldeo de inyección de metales en matrizH 6).'plicar y discutir las propiedades físicas y químicas para fa%ricar una matriz o dados. 66. GCuáles son las piezas que se pueden fa%ricar a partir de este procesoH 6-.G5acer una ilustración esquemática de la secuencia de operaciones y procesos para el moldeo por inyección en matriz o dado por cámara calienteH 69.G5acer una ilustración esquemática de la secuencia de operaciones y procesos para el moldeo por inyección en matriz o dado por cámara fríaH 6=.G'plique cómo funciona un horno crisol, arco eléctrico, y de inducciónH GCuáles son sus !enta$as y limitacionesH

:. Biblio)raf6a+ •

•

?.(. 2imin#s, 2ecnolo#ía de la fa%ricaciónJ, ditorial "lfaome#a, a1o -))*. Manufactura, in#eniería y tecnolo#ía, 8. Kalpa/$ian y 8.?. 8chmid. ditorial +earson, L edición, -))6-.


Inyeccion de Matriz

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