Diseño de moldes para moldeo por inyección

El primer paso en molde diseño para moldeo por inyección es obtener los datos necesarios. Esto implica averiguar cuántas cavidades habrá, elegir el material del molde y recopilar la información pertinente. Esto puede requerir trabajar con especialistas como ingenieros de materiales y fabricantes de herramientas, analistas de costes. Aunque el material de moldeo no suele ser elegido por el diseñador de moldes, para diseñar un molde con éxito es necesario conocer varios factores importantes. Comprobar el consejos de diseño de costillas de piezas de plástico.

Elección de materiales para el diseño de moldes

Comprender las propiedades de los materiales de moldeo es esencial a la hora de diseñar moldes de inyección. Los distintos materiales e incluso grados tienen diferentes tasas de contracción, por lo que es importante confirmarlo antes de empezar a diseñar el molde, ya que si la contracción se ha fijado en el diseño del molde, más adelante no se podrá cambiar a otro material de contracción, porque eso cambiará las dimensiones de la pieza. Algunos plásticos absorben y disipan mejor el calor, lo que afecta al enfriamiento del molde. Esto puede afectar a la ubicación de los canales de refrigeración del molde, y los diseños de la compuerta, el canal y la ventilación están muy influidos por la viscosidad del plástico.

Consideraciones sobre la contracción

Una consideración clave en el diseño de moldes es el índice de contracción, o la fase de contracción que se produce en los polímeros. La cantidad que se contraerá una pieza después de sacarla del molde viene determinada por el factor de contracción que se asigna a cada tipo de plástico. Los plásticos pueden encogerse de forma anisótropa o isótropa. Al igual que los materiales amorfos, los materiales isótropos se contraen uniformemente en todas las direcciones. En cambio, los materiales anisótropos -que suelen ser cristalinos- pueden presentar una mayor contracción a lo largo de la dirección de flujo.

Por ejemplo, para alcanzar el tamaño necesario tras la contracción, un producto de 6 pulgadas con un factor de contracción de 0,010 pulg./pulg. necesita una cavidad de molde de 6,060 pulgadas. Las tres categorías de factores de contracción son las siguientes: bajo, entre 0,000 y 0,005 pulg./pulg.; medio, entre 0,006 y 0,010 pulg./pulg.; y alto, superior a 0,010 pulg./pulg.

La aplicación de factores de encogimiento a cada centímetro del producto repercute en todas sus dimensiones. Hay tres categorías de contracción -baja, media y alta- que influyen en las dimensiones de la cavidad del molde. La contracción puede verse afectada por las fluctuaciones de temperatura del molde, así como por las modificaciones del grosor de la pared del producto. Es difícil estimar la contracción; los proveedores de materiales, los fabricantes de moldes y los moldeadores experimentados deben opinar al respecto. si no sabe qué contracción debe utilizar, no se preocupe, sólo tiene que indicarnos el material que prefiere utilizar para su proyecto, y nosotros nos encargaremos del resto.

La tabla siguiente muestra el índice de contracción de los materiales más comunes

Determinación de cavidades en el diseño de moldes para moldeo por inyección

Averiguar cuántas cavidades se necesitan es un primer paso importante antes de discutir el tamaño del molde y los requisitos del equipo. Este parámetro es crucial para determinar cuánto se puede producir mediante el proceso de moldeo por inyección en un tiempo determinado, junto con la duración total del ciclo.

Los objetivos de volumen de producción anual de un determinado producto están directamente relacionados con el número de cavidades necesarias. Por ejemplo, el cálculo requiere conocer el tiempo de producción anual disponible si el objetivo es crear 100.000 unidades de media al año. Se trata de 6.240 horas al año (52 semanas * 5 días/semana * 24 horas/día), suponiendo una semana laboral típica de cinco días y 24 horas al día. Entonces, cada mes tiene una media de 520 horas disponibles (6.240 / 12).

Estimación de la duración del ciclo

La estimación del tiempo de ciclo es esencial para calcular cuántas cavidades se necesitan. La parte más gruesa de la pared del artículo que se va a moldear es la que más influye en la duración del ciclo. En la figura 2-3 se muestra una guía para esta estimación, que tiene en cuenta los supuestos de una máquina de moldeo de tamaño adecuado y los tiempos típicos del proceso de inyección. Aunque los tiempos de ciclo pueden variar significativamente en función del material, el gráfico proporciona un punto de partida útil.

Una vez aproximado el tiempo total del ciclo, puede calcularse el número de ciclos por hora dividiendo el tiempo estimado del ciclo por 3.600, que es el número de segundos de una hora. Por ejemplo, se producen 100 ciclos de moldeo por artículo si el grosor máximo de la pared es de 0,100 pulgadas y el tiempo de ciclo es de aproximadamente 36 segundos.

Cavidades y escala de producción

Supongamos que tenemos una necesidad anual de 100.000 unidades. Para satisfacer este criterio, un molde de una sola cavidad requeriría unas 1.000 horas, es decir, 8,33 semanas. Como alternativa, el tiempo de producción podría reducirse a la mitad, a 4,16 semanas, con un molde de dos cavidades. Sin embargo, hay que tener muy en cuenta las ramificaciones financieras de un molde de dos cavidades.

Un molde de una sola cavidad que funcione sin parar no sería viable para grandes cantidades de fabricación, como 10 millones de unidades anuales. En este caso, podrían producirse 624.000 unidades al año con un molde de 16 cavidades. Para llegar a los 10 millones de unidades, podría considerarse la posibilidad de utilizar varios moldes con 16-32 cavidades cada uno, con una producción espaciada de tres a seis meses. Sin embargo, es importante valorar aspectos como el coste y la disponibilidad de equipos de moldeo.

Selección del material adecuado para el diseño de moldes de inyección

Elegir el material adecuado para el diseño de moldes de inyección es un aspecto crítico que influye significativamente en la eficiencia y eficacia del proceso de moldeo. Diversos materiales, desde aceros hasta aleaciones e incluso aluminio, ofrecen características únicas que responden a distintos requisitos de moldeo.

Aceros

1. Acero al carbono 1020: Ideal para placas eyectoras y placas retenedoras debido a su maquinabilidad. Se requiere carburación para el endurecimiento.
2. Acero al carbono 1030: Se utiliza para bases de moldes, alojamientos de eyectores y placas de sujeción. Se puede mecanizar y soldar fácilmente, con posibilidad de endurecimiento hasta HRC 20-30.
3. Acero aleado 4130: Acero de alta resistencia adecuado para placas de retención de cavidades y machos, placas de soporte y placas de sujeción. Se suministra de 26 a 35 HRC.
4. Acero para herramientas S-7: Resistente a los golpes con buena resistencia al desgaste, utilizado para enclavamientos y cierres. Endurecido a 55-58 HRC.
5. Acero para herramientas P-20: 4130 modificado, preendurecido para cavidades, machos y placas extractoras. Se suministra con HRC 28-40.
6. Acero inoxidable S136: Este es uno de los mejores materiales endurecidos para cavidades, núcleos, insertos y otros componentes de moldes de conformado, endurecido a 50-54 HRC.
7. Acero de alto pulido NAK80: Utilizado para cavidades con acabado superficial de alto vidrio, machos y otros insertos para moldes, preendurecido a 38-42HRC.
8. ¿Acero 1.2344 y 1.2343? Se trata de acero templado que se utiliza principalmente para cavidades, núcleos y otros componentes de moldes, templado a 50-54 HRC.

Aluminio

El grado de aluminio más común para moldes es 7075 (T6). Esta aleación de calidad aeronáutica, una vez anodizada, alcanza una dureza superficial de hasta 65 Rc para mejorar la resistencia al desgaste. Puede utilizarse para todo el molde y su superficie tiende a alisarse por sí sola, lo que reduce la construcción del molde y los tiempos de ciclo del moldeo por inyección.

Aleaciones de berilio-cobre

Estas aleaciones, como CuBe 10, CuBe 20 y CuBe 275, se utilizan a menudo como componentes montados en bases de moldes de acero o aluminio. Ayudan a disipar el calor, sobre todo en zonas con una difícil colocación de los canales de refrigeración. La dureza oscila entre Rb 40 y Rc 46.

Otros materiales

Aunque menos comunes, otros materiales como epoxi, aleaciones de aluminio/epoxi, cauchos de silicona y madera pueden utilizarse para moldes, principalmente para la producción de pequeños volúmenes o prototipos (normalmente menos de 100 piezas). Estos materiales no son adecuados para la producción de grandes volúmenes debido a su limitada durabilidad y pueden ser más apropiados para la creación de prototipos.

En los últimos tiempos, el aluminio, especialmente la aleación 7075, se ha convertido en una opción viable incluso para la producción de grandes volúmenes, desafiando la percepción tradicional de que el aluminio sólo es adecuado para moldes de bajo volumen o prototipos. La elección del material del molde debe alinearse con los requisitos de volumen de producción, la compatibilidad del material y las características específicas necesarias para el proceso de moldeo.

Acabado superficial y requisitos especiales en el diseño de moldes para moldeo por inyección

Cuando se trata del diseño de productos moldeados, es importante conseguir el aspecto de superficie adecuado, tanto desde el punto de vista estético como para facilitar la aplicación de toques finales como logotipos de marca o ilustraciones ornamentales. Los parámetros del proceso de inyección y el estado de la cavidad del molde influyen directamente en la calidad de la superficie moldeada. Los diseñadores de moldes no pueden controlar los parámetros de procesamiento, pero deben especificar criterios para apariencias específicas con el fin de fabricar moldes con las condiciones de superficie adecuadas.

Las distintas técnicas de mecanizado producen diferentes grados de rugosidad superficial en las superficies de los moldes, lo que afecta al procedimiento de acabado. Por ejemplo, los acabados comunes producidos por Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) oscilan entre 10 y 100 micropulgadas (250 y 2.500 micrómetros). Para obtener un acabado de espejo, puede bastar con menos de 1 micropulgada (25 micrómetros), mientras que la lectura media de la mayoría de las piezas puede oscilar entre 20 y 40 micropulgadas (500 y 1.000 micrómetros).

Un acabado más liso de la cavidad reduce las colinas y valles que se producen durante el mecanizado, lo que suele facilitar la expulsión de las piezas moldeadas. En la figura 2-4 se muestra el efecto de la electroerosión en la rugosidad de la superficie de la cavidad, lo que pone de manifiesto la necesidad de un apedreado y pulido adecuados para proporcionar la suavidad requerida. Para los acabados de la superficie de la cavidad del molde, la Sociedad de la Industria del Plástico (SPI) ha creado normas. Hay tres niveles (1, 2 y 3) en cada grado (A, B, C y D), siendo A-1 el acabado más liso y D-3 un acabado grueso, granallado en seco.

Aunque una superficie plana facilita la expulsión, las superficies demasiado lisas pueden generar vacío, especialmente cuando se utilizan resinas rígidas y duras. En estas situaciones, una pequeña rugosidad de la superficie metálica ayuda a eliminar el vacío y permite una expulsión adecuada de la pieza.

Si se aplican acabados posteriores al moldeo, es necesario preparar la superficie de la pieza moldeada. En el caso de las poliolefinas, la oxidación de la superficie es necesaria para facilitar la adhesión de pintura, tinte, hot-stamps u otros acabados decorativos. Minimizar el uso de agentes desmoldeantes durante moldeo por inyección es aconsejable para evitar interferencias con la adhesión, lo que subraya aún más la importancia de una superficie de molde muy pulida.

Es esencial identificar las superficies designadas para la decoración posterior al moldeo en los planos del producto. Esta notificación garantiza que los fabricantes de moldes y los moldeadores reconozcan las zonas críticas que requieren una atención especial en el proceso de acabado.

Gate Método y ubicación

La calidad final, el aspecto y los atributos físicos de un producto moldeado dependen de la ubicación de la compuerta y del tipo de sistema de compuerta empleado. Lo ideal es que la cavidad se cierre de modo que el material fundido entre primero en la sección más gruesa de la pieza, como se ilustra en la imagen siguiente.

Este concepto se basa en el comportamiento de las moléculas de plástico fundido, que tienden a ocupar el espacio disponible y a buscar una distribución uniforme del aire. Colocar la compuerta en la parte más gruesa de la cavidad fuerza a las moléculas a unirse, comprimiéndolas a medida que se desplazan hacia el interior de la cavidad. Esta compactación expulsa el aire entre las moléculas, lo que da como resultado una estructura molecular densamente empaquetada y una pieza moldeada con una integridad estructural óptima.

Por el contrario, la inyección en el extremo delgado permite que las moléculas se expandan, aumentando los espacios de aire entre ellas y dando lugar a una unión molecular más débil. El resultado es una pieza moldeada con poca integridad estructural.

Aunque la ubicación y el diseño ideales de la puerta se estudiarán en un capítulo posterior, es crucial reconocer las posibles ubicaciones de la puerta en esta fase. Identificar estas ubicaciones permite una comunicación proactiva con el diseñador del producto para abordar cualquier problema. Las puertas, independientemente de su tipo, dejarán una evidencia, conocida como vestigio, que sobresale o se rompe en la pieza moldeada. Nunca estará perfectamente enrasado con la pieza moldeada. Si el vestigio obstaculiza la función, el aspecto o el uso previsto de la pieza moldeada, es posible que haya que reubicar la compuerta, una decisión en la que debe participar activamente el diseñador del producto.

Ejector Método y ubicación

Una vez que el plástico fundido se ha solidificado dentro del molde, es necesario expulsar del mismo el producto moldeado final. El método predominante para esta tarea implica el uso de pasadores eyectores, que se emplean para empujar la pieza moldeada fuera de la cavidad donde tomó forma, como se muestra en la imagen de abajo.

Para optimizar el proceso de expulsión y minimizar la tensión, es aconsejable utilizar pasadores eyectores de mayor diámetro. Esto garantiza una distribución uniforme de la fuerza de expulsión por toda la pieza moldeada, reduciendo el riesgo de grietas o perforaciones causadas por una superficie de expulsión insuficiente. Lo ideal es colocar los pasadores de expulsión estratégicamente para aplicar la fuerza en las zonas más fuertes de la pieza, como cerca de las esquinas, debajo de los resaltes y cerca de las intersecciones de las nervaduras. Aunque los pasadores eyectores redondos son los más comunes y rentables, también son viables los de sección rectangular.

Al igual que las compuertas, los pines eyectores dejan huellas en la pieza moldeada. Debido a la continua expansión y contracción de los diversos componentes del molde durante el proceso de moldeo, es difícil conseguir una perfecta alineación con la superficie de la pieza. En consecuencia, si los pasadores son demasiado cortos, dejan una protuberancia o un exceso de almohadilla de plástico, lo que se conoce como marca testigo, como se ilustra en la imagen inferior. Por el contrario, si los pasadores son demasiado largos, crean impresiones en la pieza de plástico.

Es fundamental encontrar un equilibrio en la longitud de las espigas. Unas clavijas excesivamente largas pueden hacer que la pieza moldeada permanezca en las clavijas de expulsión, con el consiguiente riesgo de daños si el molde se cierra sobre la pieza no expulsada. Por consiguiente, es prudente mantener intencionadamente las espigas cortas, lo que da lugar a una fina almohadilla de material sobrante. Los diseñadores de productos deben estar informados de las ubicaciones previstas de las clavijas de expulsión y de las marcas testigo resultantes para tomar decisiones informadas con respecto a la aceptación.

Si las marcas testigo se consideran inaceptables debido a consideraciones funcionales o estéticas, puede ser necesario explorar métodos de expulsión alternativos, como una placa separadora o un sistema avanzado de chorro de aire. Otra opción es cambiar la posición de la pieza en el molde para permitir la reubicación de los pasadores de expulsión, aunque puede suponer un mayor coste del molde.

Localizaciónn de cavidades y canales de refrigeración

Cuando se emplea un molde de una sola cavidad, lo óptimo es situar la cavidad en el centro del molde. Esta configuración facilita la inyección del bebedero, creando condiciones favorables para el proceso de moldeo. La inyección de material se produce directamente en la cavidad, minimizando la distancia de recorrido. Al no existir restricciones, la presión de inyección puede reducirse y la tensión se minimiza eficazmente. Estas condiciones se buscan incluso en moldes multicavidad.

En el caso de los moldes multicavidad, es esencial colocar las cavidades lo más cerca posible del centro del molde. Sin embargo, hay que tener en cuenta la necesidad de pasadores eyectores tanto para las piezas como para los canales encargados de transportar el material a las cavidades. Además, los canales de refrigeración deben colocarse estratégicamente en las placas del molde para llevar el refrigerante, normalmente agua, lo más cerca posible de las cavidades del molde sin comprometer la integridad del acero ni provocar fugas de agua.

Es importante colocar cuidadosamente las cavidades para evitar interferencias con los pernos de montaje y los pasadores eyectores. A medida que aumenta el número de cavidades, la disposición se hace más compleja, lo que dificulta el proceso. Una pauta general es que los canales de refrigeración no deben estar situados a menos del doble de su diámetro de cualquier otro objeto, como se muestra en la siguiente imagen. Así se garantiza que haya suficiente metal alrededor para minimizar el riesgo de rotura.

La disposición ideal de un molde multicavidades se asemeja a los radios de una rueda. Esta disposición permite situar las cavidades lo más cerca posible del centro del molde y elimina los giros en ángulo recto en el sistema de canales. Estos giros provocan una caída de presión de 20% en cada vuelta, lo que obliga a aumentar el diámetro del canal para mantener un flujo de material adecuado. Este aumento conlleva mayores costes de material y tiempos de ciclo más largos, por lo que debe evitarse siempre que sea posible. La imagen inferior ilustra una disposición típica de los radios para un molde de ocho cavidades.

A pesar de las ventajas del concepto de radios, éste conlleva una limitación en el número total de cavidades posibles dentro de un determinado tamaño de molde. Un patrón cuadrado, como el que se muestra en la figura 10, puede alojar más cavidades. Sin embargo, los patrones cuadrados introducen giros en el sistema de canales, a menudo representados como ángulos rectos. Los giros en ángulo recto exigen una presión de inyección adicional para impulsar el material, lo que provoca un aumento del diámetro del canal primario para equilibrar las presiones. Si los patrones cuadrados son necesarios, es preferible tener canales con giros amplios en lugar de ángulos rectos,

Figura 10

Independientemente del sistema de canal empleado, los pasadores eyectores son esenciales para expulsar tanto el sistema de canal como la pieza moldeada. Por lo tanto, la disposición de las cavidades debe tener en cuenta no solo la proximidad de las cavidades al centro del molde para que el recorrido del material sea mínimo, sino también cómo evitar colocar los pasadores eyectores (y los pernos de montaje) en medio de los canales de refrigeración.

Por encima de los elementos son sólo un requisito general sobre el diseño de moldes para moldeo por inyección, habrá algunos requisitos más, tales como Conceptos de ventilación, Dimensionamiento del molde, deslizador molde o elevador, y así sucesivamente, para diseñar un molde no es fácil habilidad. si usted quiere tener el diseño de moldes para moldeo por inyección, puede ponerse en contacto con nosotros para una cotización.

Estudio de caso de diseño de moldes de inyección de Sincere Tech - DFM Anylisis

Para poder pensar de la misma manera dentro de SinereTech, y poder utilizar dimensiones adecuadas para todas las aplicaciones hemos creado las siguientes directrices. Esas directrices de diseño de moldes serán utilizadas por los ingenieros de cálculo, así como una base para nuestros diseñadores en caso de cualquier Molde de inyección proyecto, y a veces podemos llamarlo Informe DFM anylisis también.

1. Compuerta de inyección y disposición general.

   1. Generalmente, la puerta de inyección se colocará a lo largo del lado más largo de la pieza y el cilindro de la puerta de inyección estará en la distancia más cercana a ese lado (normalmente, el corredor no rodeará la cavidad como un plátano).
   2. Si se utilizan correderas o si otros factores pueden influir en la colocación de la compuerta de inyección o del canal, proporcione algunas sugerencias de ubicación de la compuerta y pregunte al cliente qué ubicación de la compuerta prefiere. Acordar una solución antes de el diseño del molde. A continuación, el diseño general será adecuado para casi todos los moldes.

2. Distancia entre los bordes de la cavidad y los bordes del inserto.

   1. Para casos normales, excepto para moldes de inyección con correderas más grandes o piezas "profundas", utilice la distancia 50-80mm. El límite superior se utiliza para piezas "más grandes" y el inferior para piezas más pequeñas.
   2. Para herramienta de moldeo por inyección de plástico con correderas más grandes la distancia puede ser de hasta 90-100mm, especialmente cuando se trata de los dos lados a derecha e izquierda desde el lado de la corredera.
   3. Para piezas realmente profundas la distancia puede ser mayor de 100mm, pero entonces debemos pedir consejo al cliente si es adecuada la máquina de moldeo por inyección del cliente.
   4. Para piezas realmente pequeñas se utiliza la distancia mínima de 50 mm.
   5. La distancia para el lado hacia el cilindro de inyección es la misma que para los otros lados, pero unos 10-15mm por encima.
   6. En caso de que quisiéramos optimizar estas distancias. Esto se puede utilizar preferentemente para este tipo de herramientas de fundición a presión

3. Distancia entre cavidades.

   1. Por lo general, entre cada cavidad se utiliza una distancia de 30-50 mm en la mayoría de los casos.
   2. Para piezas realmente pequeñas se utiliza una distancia mínima de 15-30 mm.
   3. Para piezas realmente profundas, la distancia suele ser superior a 50 mm, pero entonces debemos pedir consejo al cliente si el tamaño del molde de inyección se ajusta a la máquina del cliente.
   4. En los casos en que el canal se encuentre entre las cavidades, la distancia será de 30-40 mm como mínimo entre cada cavidad, si se utiliza una compuerta banana, la distancia entre cada cavidad será de 10 mm más.

4. Distancia entre el borde del inserto y el borde de la base del molde.

   1. Generalmente (para casos normales) la regla es utilizar la misma distancia que se utiliza para moldeo por inyección (siempre que la pieza no requiera grandes deslizadores). Esto incluye piezas más grandes, piezas más profundas y piezas que requieren correderas más pequeñas. Esto significa que una distancia de 60-90 mm está bien para la mayoría de los moldes.
   2. Para los moldes con grandes correderas hidráulicas, es necesario aumentar la distancia con 50-200 mm por encima de la distancia normal (más de lo que habría sido necesario para el moldeo por inyección). Sin embargo, para esos casos, debemos pedir la aprobación del cliente. También cabe preguntarse hasta qué punto puede ser asimétrico el molde en caso de que sólo se utilice una corredera grande en el lado derecho o izquierdo del molde.

5. El grosor de las placas A/B y los insertos.

   1. El espesor tanto de los insertos como de las placas A/B viene determinado principalmente por el área proyectada de la pieza. Como regla general, los espesores especificados en la tabla siguiente se utilizarán al diseñar moldes de fundición a presión. Las áreas proyectadas se especifican en cm². Para grandes áreas proyectadas o moldes profundos se recomienda pedir la aprobación del cliente. Puede haber fórmulas a utilizar en caso de que se optimicen esas dimensiones.

Por último, si no está seguro de cuál es la mejor solución de diseño de moldes para su molde de inyección, le invitamos a ponerse en contacto con nosotros, le ofreceremos diseño de moldes, producción de moldes y servicio de fabricación de moldes de inyección.