El moldeo por inyección es una de las técnicas más comunes utilizadas en la fabricación de plásticos en la que las piezas se "inyectan" en moldes para formar piezas con dimensiones específicas. Este proceso depende de las consideraciones de diseño de la pieza de plástico para lograr la eficacia en el cumplimiento de los objetivos de rendimiento y la estética y el coste de estas piezas. Este artículo repasa las características fundamentales del diseño de una pieza de plástico que deben tenerse en cuenta durante el moldeo por inyección, como las nervaduras, los resaltes, las compuertas, los muelles, la tolerancia y sus efectos, la selección de materiales y las esquinas redondeadas.
¿Qué es el moldeo por inyección de plásticos?
El diseño de las piezas de plástico implica dibujar las características de los subconjuntos y las piezas que se van a fabricar mediante moldeo por inyección, un proceso de formación de piezas a partir del plástico fundido. Se trata de llegar al mejor diseño que haga que las piezas sean resistentes, operativas y baratas de fabricar.
Fundamentos del proceso de moldeo por inyección
Antes de comprender la pieza de plástico de diseño, vamos a obtener una visión general de los procesos importantes de moldeo por inyección de plástico. Estos pueden incluir;
1. Fusión
Los gránulos de plástico se suministran a la máquina de moldeo por inyección y se calientan hasta que alcanzan su temperatura máxima. Aquí los gránulos se transforman en plástico líquido. Esto hace que el plástico sea más flexible y pueda modelarse fácilmente en diversas formas.
2. Inyección
La inyección de plástico implica la inyección de plástico fundido en la cavidad del molde utilizando alta presión. El molde se fabrica de forma que cree una pieza determinada. Además, la presión garantiza que el plástico adopte toda la forma del molde.
3. Refrigeración
Una vez que el molde se ha llenado con el material plástico, hay que enfriarlo para que se endurezca y, a continuación, dejar que se desmolde. El enfriamiento puede realizarse con la ayuda de aire o agua de refrigeración para el molde. Este proceso convierte el plástico en material suficientemente duro y puede adoptar la forma del molde.
4. Expulsión
Hay una operación más cuando el plástico endurecido se empuja fuera del molde si éste está abierto durante el enfriamiento. La pieza se extrae sin destruirla mediante pasadores eyectores u otros métodos. A continuación, el molde se cierra para volver a empezar con la siguiente pieza de plástico.
Clave Consideraciones sobre Diseño de piezas de plástico para moldeo por inyección
Cuando se trabaja con moldeo por inyección, el diseño optimizado de la pieza de plástico es importante para realizar un moldeo por inyección de alta calidad y competitivo. coste del moldeo por inyección. A continuación vamos a discutir las consideraciones importantes del diseño de piezas de plástico para el proceso de moldeo por inyección;
1. Geometría de la pieza
La geometría de la pieza desempeña un papel importante en el tratamiento de las formas. Por lo tanto, vamos a discutir las diferentes consideraciones que podemos optar por aumentar la eficacia del proceso de moldeo por inyección.
I. Complejidad:
Los diseños son más bien simples o complejos, esto implica que el coste de un molde dependerá de la complejidad de una pieza y del diseño del molde. Además, la complejidad del diseño da lugar a un gran número de piezas. Las piezas planas, como un panel plano, son más baratas y fáciles de moldear en comparación con el diseño de una pieza con muchos rebajes o características. Una de las realidades de la industria es que los diseños intrincados requieren el desarrollo de moldes intrincados, lo que a su vez supone un mayor coste.
II. Espesor de pared uniforme:
Debe ser uniforme en todas las secciones en el trabajo de diseño porque la uniformidad da lugar a menos problemas de fabricación. Cuando una pieza tiene paredes finas y paredes gruesas, la causa suele ser las diferentes velocidades de enfriamiento a las que se somete la pieza durante el proceso de moldeo. Este enfriamiento puede provocar alabeos. En este caso, el material se dobla o se deforma o se hunden marcas que son abolladuras en la superficie porque las secciones gruesas tardan más tiempo en enfriarse y solidificarse que las secciones finas.
2. Ángulos de calado
Los ángulos de desmoldeo son ligeras elevaciones de los laterales de una pieza para facilitar su separación del molde. Sin ángulos de desmoldeo, la pieza de plástico podría quedar atascada en el molde, lo que dificultaría su extracción sin comprometer la integridad estructural de la pieza y el material del molde. Es habitual configurar el ángulo de desmoldeo entre 1 y 3 grados para que la pieza pueda expulsarse fácilmente sin causar problemas.
3. Tolerancia y precisión dimensional
Por otro lado, las tolerancias son los límites aceptables de desviación en lo que respecta a las dimensiones de una pieza. Estas tolerancias deben ser precisas para que la pieza encaje y funcione correctamente. Por supuesto, existen algunas limitaciones y requisitos asociados, como que es posible una tolerancia más ajustada, como pequeñas variaciones. Sin embargo, será costoso conseguirlas porque los moldes y el control de calidad tienen una tolerancia elevada. Por el contrario, los niveles de tolerancia más bajos son mucho más fáciles de mantener pero, al mismo tiempo, probablemente influyan en el rendimiento o la interferencia de la pieza.
4. Costillas y Jefes
I. Costillas
Las nervaduras son elementos de refuerzo adicionales que se incorporan en el interior de una pieza para aumentar su resistencia y rigidez, pero aportan una ligera masa extra a la pieza. Se utilizan de este modo para evitar que la pieza se deforme, ya que aportan un soporte adicional a la parte en cuestión. Las marcas de hundimiento (abolladuras donde la nervadura se une a la pared principal) deben evitarse si las nervaduras tienen la mitad de grosor que las paredes circundantes. Las nervaduras están fabricadas con material de calidad SS 304 para minimizar el pandeo y corregir las tensiones.
II. Jefes
Los salientes son partes salientes elevadas características que sirven principalmente como puntos de anclaje para fijar otras piezas. Tienen que ser rígidas, casi siempre con nervaduras, para soportar cargas mecánicas sin agrietarse ni transformar su forma. Los salientes también deben embutirse con un grosor adecuado para que sean lo bastante fuertes como para resistir el paso del tiempo.
5. Puertas y bebederos
I. Puertas
Son los puntos por los que el plástico fundido llega a fluir o entrar en el molde. La colocación y el diseño de las compuertas es otra cuestión importante que debe tenerse en cuenta para garantizar el llenado del molde y reducir los defectos. Las compuertas que se suelen utilizar son las de borde, que se colocan en los bordes de la pieza, las de pasador, que son pequeñas compuertas colocadas en un lugar específico, y las submarinas, que se colocan en el interior de la pieza. De este modo, un diseño adecuado de la compuerta garantiza que los materiales se rellenen de manera uniforme, evitando el desperdicio y la aparición de defectos.
II. Muelles
El bebedero es un sistema de canales a través del cual el plástico fundido se dirige a la cavidad del molde. El bebedero suele ser más grueso que otros canales y a menudo se moldea por separado para que pueda separarse fácilmente del resto del molde cuando éste se está montando. El diseño de un modelo de bebedero sencillo y eficaz permite reducir la cantidad de material de desecho utilizado, además de facilitar su extracción del molde. El bebedero debe estar bien diseñado para favorecer el flujo de plástico y minimizar la cantidad de plástico que debe cortarse después del moldeo.
6. Sistemas de eyección
Función: Cuando la pieza se solidifica después del enfriamiento, los pines eyectores se emplean para expulsar la pieza del molde. Cuando se diseña el perno eyector, es importante colocarlo alrededor de la pieza de manera que no la estropee ni le dé un mal aspecto. La buena colocación de los pasadores de expulsión desempeña un papel importante en la expulsión fácil y adecuada de las piezas del molde.
| Consideraciones sobre el diseño | Directrices/Valores importantes | Explicación |
| Complejidad | Preferiblemente geometrías más sencillas | Los diseños complejos aumentan el coste y la dificultad de los moldes. |
| Espesor de pared uniforme | 1,5 mm - 4 mm | El grosor uniforme evita el alabeo y las marcas de hundimiento. |
| Ángulo de calado | 1° - 3° | Permite una fácil expulsión del molde. |
| Precisión dimensional | ±0,1 mm - ±0,5 mm | Combínelo con las capacidades del proceso para obtener un moldeo rentable. |
| Espesor de la costilla | 50% de espesor de pared | Ayuda a evitar las marcas de hundimiento y mejora la resistencia estructural. |
| Espesor del saliente | 60% - 80% de espesor de pared nominal | Garantiza la resistencia mecánica y la resistencia a la tensión. |
| Ubicación de la puerta | Cerca de secciones gruesas, lejos de superficies visuales | Garantiza un llenado correcto y reduce los defectos. |
| Diámetro del bebedero | 1,5 mm - 6 mm | Garantiza un flujo suave del plástico fundido. |
| Ubicación del pasador eyector | Lejos de superficies cosméticas | Garantiza una expulsión suave de la pieza sin dañar la superficie. |
7. Ajustes de interferencia
Los ajustes por interferencia se utilizan cuando es necesario conectar orificios y ejes de forma que sean capaces de transmitir el par y otros tipos de fuerzas con eficacia. En los ajustes por interferencia, las tolerancias y la temperatura de funcionamiento deben tenerse muy en cuenta para permitir una conexión fiable sin mucho esfuerzo en el montaje.
El nivel de interferencia puede determinarse mediante ecuaciones matemáticas precisas que tienen en cuenta la tensión de diseño, la relación de Poisson, el módulo elástico y los coeficientes geométricos. La fuerza de montaje necesaria para los ajustes de interferencia también se estima mediante estos cálculos.
8. Filetes y esquinas redondeadas en el diseño de piezas de plástico
Esto provoca concentración de tensiones y defectos en los componentes de plástico en caso de que se utilicen esquinas afiladas. Los valores mayores del tamaño del filete, es decir, las esquinas redondeadas, reducen el nivel de concentración de tensiones y, al mismo tiempo, permiten un flujo libre y más fácil del material plástico durante el proceso de moldeo. Es crucial crear principios de diseño del radio de las esquinas para evitar los problemas del grosor uniforme de las paredes, así como la contracción.
9. Agujeros
I. Orificios pasantes
Los orificios que atraviesan el grosor de la pieza son más utilizados y más fáciles de crear que otros tipos de orificios. Desde el punto de vista estructural, son los más fáciles de controlar durante el diseño del molde. Pueden producirse empleando núcleos fijos tanto en la parte deslizante como en la parte estacionaria del molde o teniendo un solo núcleo tanto en la parte deslizante como en la parte estacionaria del molde. El primero forma dos vigas en voladizo con brazos cortos bajo la influencia del plástico fundido, pero experimenta un cambio insignificante.
Este último forma una viga simplemente apoyada con una deformación despreciable. Para evitar esta situación, uno de los diámetros del núcleo debe ser ligeramente mayor y el otro ligeramente menor que el otro, de modo que todas las caras de contacto sean lo más lisas posible.
II. Agujeros ciegos
Los agujeros ciegos, es decir, los que no se perforan a través de la pieza, son más difíciles de moldear. Generalmente se construyen utilizando un núcleo de viga en voladizo y el núcleo tiende a doblarse con el impacto del plástico fundido, produciendo así agujeros de forma irregular. Los agujeros ciegos son agujeros que terminan abruptamente y, por lo general, la profundidad del agujero ciego no debe ser superior al doble del diámetro del agujero.
Para los agujeros ciegos de diámetro igual a 1. su espesor debe ser de 5 mm o menos, mientras que la profundidad del mismo no debe superar su diámetro. El grosor de la pared inferior del orificio ciego debe ser al menos una sexta parte del diámetro del orificio para evitar su contracción.
III. Agujeros laterales
Los orificios laterales se realizan a través de machos laterales y ello conlleva costes de molde y de mantenimiento del molde, ya que la longitud de los machos laterales puede ser un problema en el sentido de que pueden partirse. Para hacer frente a estos retos, el diseño puede hacerse eficiente como una forma de corregir las ineficiencias actuales, de ahí los costes.
10. Conexiones Snap-Fit en el diseño de piezas de plástico
Los ensamblajes a presión son fáciles de llevar en el bolsillo y respetuosos con el medio ambiente, ya que no requieren otros elementos de fijación. Consisten en el enganche de una parte saliente más allá de una extensión exterior de otro miembro en el que la deformación elástica de las partes permite la formación de una chaveta de enclavamiento. Existen principalmente tres tipos de broches de presión: en voladizo, anulares y esféricos.
En el diseño del encaje a presión intervienen dos ángulos críticos: el lado de retracción y el lado de entrada. Normalmente, el lado de retracción debe ser más largo que el lado de la junta para conseguir un mejor rendimiento de cierre. La deflexión admisible de la estructura puede calcularse mediante ecuaciones específicas para un ajuste a presión determinado utilizando las constantes del material y los coeficientes geométricos.
11. Acabado superficial y texturas
Las siguientes formas pueden ayudarnos a conseguir acabados superficiales y texturas eficaces para el producto final;
- Conseguir la estética deseada: El acabado superficial de una pieza no sólo decide su aspecto, sino también su sensación al tacto. El diseñador establece la textura o el acabado en función de las necesidades estéticas, como mate o brillante.
- Impacto de la textura en el desmoldeo: Se observa que la naturaleza de la textura de la superficie desempeña un papel importante a la hora de determinar la facilidad con la que la pieza puede desmoldearse. Las formas complejas pueden interponer ciertos retos adicionales que deberían ser ajenos al diseño para facilitar el desmoldeo.
- Técnicas de acabado de superficies: Para conseguir un acabado óptimo, se pueden emplear procesos adicionales como el pulido, el lijado o la aplicación de una capa final.
12. Tolerancias y estabilidad dimensional
Por tanto, las siguientes consideraciones también ayudarán a aumentar la eficacia de los diseños de piezas de plástico.
- Diseño para tolerancias estrechas: Los componentes con niveles de tolerancia más estrictos proporcionan un entorno desafiante para el diseño de moldes con mayores problemas de control del proceso de moldeo real. Deben tenerse en cuenta algunos puntos importantes para tener en cuenta las diferencias en el flujo de material y la refrigeración.
- Contabilización de las mermas de material: Para controlar la contracción del material, los diseñadores deben reducir ligeramente el tamaño de la cavidad del molde. El uso de este formato ayuda a garantizar que la pieza final tenga las dimensiones necesarias.
- Consideraciones sobre el utillaje: Por lo tanto, la herramienta debe ser precisa en las dimensiones y estar bien mantenida para mejorar la estabilidad dimensional de las piezas moldeadas.
13. 13. Selección de materiales
Por lo tanto, se recomienda a los usuarios que se aseguren de seleccionar el material adecuado que les permita alcanzar el rendimiento requerido de las piezas moldeadas. Todos los termoplásticos, incluidos los amorfos y los semicristalinos, tienen sus propias características. Algunos factores son la resistencia mecánica de los materiales que se van a incorporar y su cristalización, así como su higroscopicidad.
14. Análisis del flujo del molde
La parte de diseño también implica el análisis del flujo del molde. Por lo tanto, podemos optimizarlo mediante el siguiente proceso;
- Importancia de simular el flujo de materiales: El análisis del flujo del molde pretende determinar cómo se espera que fluya el plástico fundido dentro del molde. Así, puede ayudar a identificar áreas de trampa de aire, líneas de soldadura y flujo irregular.
- Identificación de posibles problemas: Se puede evidenciar que la simulación puede identificar algunos problemas antes de la fabricación, que los diseñadores pueden corregir para la parte del diseño del molde.
- Optimización del diseño de piezas para el flujo del molde: Los cambios que pueden realizarse en función del flujo del molde ayudan a mejorar la calidad de la pieza y a minimizar los índices de defectos.
15. Prototipos y pruebas
Así pues, he aquí algunas técnicas de creación de prototipos y pruebas que podemos utilizar para la eficacia de la parte de diseño.
- Utilización de técnicas de prototipado rápido: Técnicas como la creación rápida de prototipos ayudan a los diseñadores a construir prototipos de la pieza de recambio y a probar y evaluar la pieza física antes de adoptarla para la fabricación.
- Realización de pruebas físicas: Los prototipos sometidos a pruebas que incorporan esta pieza permiten evaluar su rendimiento, durabilidad y capacidad de la pieza para cumplir la función prevista. Aporta un valor añadido, ya que permite hacerse una idea de las mejoras que pueden introducirse en su diseño.
- Iteración de diseños antes de la producción final: A partir de los resultados de las pruebas, podría ser posible ajustar el diseño de la pieza y trabajar en sus problemas, así como mejorar su rendimiento.
Errores de diseño comunes y cómo evitarlos durante el diseño
He aquí algunos errores importantes que debemos evitar al diseñar piezas de plástico.
- Mala selección del material: La selección de un material inadecuado perjudica el rendimiento de la pieza y la posibilidad de fabricarla. Es necesario elegir los materiales adecuados que satisfagan las necesidades de la pieza.
- Ignorar los ángulos de inclinación: Por ejemplo, tener ángulos de desmoldeo pequeños puede provocar problemas con la expulsión de la pieza y el desgaste del molde. Asegúrese de incluir los ángulos de desmoldeo en el diseño.
- Geometría de piezas excesivamente complicada: Estas formas complican el molde y su fabricación y aumentan el coste del molde. Reduzca al máximo la complejidad de los diseños para aumentar su fabricabilidad.
- Espesor de pared inadecuado: La porosidad, la inconsistencia en el grosor o las variaciones en el grosor de las paredes afectan negativamente al producto con problemas como alabeo y marcas de hundimiento. Es importante mantener constante el grosor de la pared de la pieza para evitar variaciones en el grosor de las paredes.
Conclusión
En conclusión, hay que tener en cuenta varios factores a la hora de diseñar una pieza de plástico para moldeo por inyección, como los tipos de orificios, los resaltes, los ajustes a presión o por interferencia, y muchos otros, como las tolerancias, los materiales necesarios y los radios de las esquinas. Con el conocimiento de estos principios, los diseñadores pueden desarrollar piezas moldeadas de buena calidad, duraderas y baratas de fabricar. Diseñar en función de las características del proyecto y las condiciones ambientales garantiza los mejores resultados y estabilidad.
Preguntas frecuentes
Q1. ¿Por qué es importante el diseño de las piezas en el moldeo por inyección?
Nos ayudará a hacer realidad la eficacia operativa y de procedimiento. Porque, el diseño de fabricación incorpora estrategias que pueden producir eficazmente la pieza con alta precisión, menos defectos y menor uso de material.
Q2. ¿Qué son los orificios pasantes?
Los orificios pasantes son aquellos que atraviesan toda una pieza, son relativamente más fáciles de moldear y controlar.
Q3. ¿Qué son los agujeros ciegos?
Los orificios ciegos no se extienden a través de una pieza y pueden ser más difíciles de moldear, ya que el orificio puede doblarse y deformarse.
Q4. ¿A qué se refieren los orificios laterales en el moldeo por inyección?
Los orificios laterales se realizan con núcleos laterales que pueden aumentar la complejidad del molde y, por tanto, del coste del molde de inyección.
Q5. ¿Cómo deben diseñarse los jefes?
También debe haber filetes en las conexiones y la adecuada espesor de pared de moldeo por inyección. Así, pueden ayudar a soportar la tensión de la pieza. Por otra parte, los jefes también deben ser incluidos en la estructura de la pieza.
Q6. ¿Qué significa una conexión a presión?
En la conexión a presión, una pieza se desvía elásticamente para encajar en otra, de modo que no se utilizan fijaciones mecánicas directas.
Q7. ¿Cómo se calculan las interferencias que deben realizarse?
La interferencia se obtiene mediante la tensión de diseño, la relación de Poisson y los coeficientes geométricos.
Q8. ¿Qué son los niveles de tolerancia en el moldeo por inyección de plásticos?
Los límites de tolerancia comprenden tolerancias generales, medias y de alta precisión, que determinan la calidad y los precios del moldeo por inyección productos.