Introducción a los moldes de inyección de plástico

¿En qué consiste el proceso de inyección de plástico?

El proceso de inyección de plástico consiste en calentar los pellets de un material termoplástico para transformarlos en un tipo masa a través de un cilindro de plastificación, dándole la forma final al molde. Cuando el plástico está en el molde, se enfría por medio de circuitos donde fluye agua y finalmente, se abre el molde para obtener una pieza sólida.

Las máquinas de inyección tienen sistemas hidráulicos, los cuales controlan el movimiento de los sistemas de inyección y cierre; y sistemas eléctricos, que controlan las temperaturas, flujo de agua, aceite, etc.

El proceso de inyección de plástico se divide en tres etapas:

• Inyección.
• Plastificación.
• Expulsión.

Principales partes de la maquinaria usada en el proceso de inyección de plástico

El proceso de inyección de plásticos involucra el uso de maquinaria, la cual debe de contar con las siguientes características, principalmente:

• Unidad de inyección: La función principal de la unidad de inyección es la de fundir, mezclar e inyectar el polímero.

1. Engranes. 2. Cilindro hidráulico. 3. Motor. 4. Dosificador. 5. Pellets. 6. Tolva. 7. Husillo. 8. Calentadores y termopares. 9. Reserva de material fundido.

• Unidad de cierre: Una prensa hidráulica o mecánica, con una fuerza de cierre lo suficientemente grande para contrarrestar la fuerza ejercida por el polímero fundido al ser inyectado en el molde. Si la fuerza de cierre es insuficiente, el material escapará por la unión del molde.
• Molde: Es la parte más importante de la máquina de inyección. Es el espacio donde se genera la pieza. Para producir un producto diferente, solamente se cambia el molde.

Características técnicas de las máquinas de inyección de plástico

Dependiendo del material que se inyecte, se debe tomar en cuenta ciertas características técnicas de las máquinas en la inyección de plástico, dentro de las que se encuentra las siguientes:

Sistema de inyección

• Diámetro del husillo (mm): Diámetro externo del husillo que plastifica e inyecta el plástico.
• Relación L/D del husillo: Es la relación entre la longitud del husillo (L) y el diámetro del mismo (D).
• Máxima presión de inyección (kg/cm2): Presión que se aplica sobre el material al ser inyectado.
• Volumen teórico de inyección (cm3): Volumen generado por el husillo que se inyecta.
• Velocidad de inyección (cm3/s): Velocidad con el que se inyecta el material al molde.
• Velocidad de rotación del husillo (rpm): Velocidad de rotación que alcanza el husillo en la etapa de plastificación.
• Potencia del motor hidráulico (HP): Es la potencia disponible para hacer girar el husillo.

Sistema de cierre

• Fuerza de cierre (Ton.): Fuerza máxima con la que puede cerrarse el molde.
• Distancia entre columnas (mm): Máxima distancia entre las columnas de deslizamiento de la platina móvil.
• Carrera de la platina móvil (mm): Carrera máxima de la apertura del molde.

Especificaciones generales

• Potencia máxima instalada (HP): Potencia del motor eléctrico que activa el sistema hidráulico.
• Ciclos en vacío (ciclos/min): Número de ciclos que la máquina realiza en un minuto, sin realizar fase de inyección y plastificación.

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El control de los parámetros en la inyección de plástico

El proceso de inyección de plástico consiste en calentar los pellets de un material termoplástico para transformarlos en un tipo masa a través de un cilindro de plastificación, dándole la forma final al molde. En el proceso de inyección de plástico es necesario optimizar la relación producción-calidad a través del ajuste adecuado de los parámetros.

Los parámetros más importantes para un proceso de inyección son los siguientes:

Ciclo de moldeo en la inyección de plástico

En el ciclo de moldeo destacan los siguientes pasos principales:

• Molde cerrado y vacío. La unidad de inyección carga material y se llena de polímero fundido.
• Se inyecta el polímero abriéndose la válvula y, con el husillo que actúa como un pistón, se transporta el material a través de la boquilla hacia las cavidades del molde.
• La presión se mantiene constante para lograr que la pieza tenga las dimensiones adecuadas, pues al enfriarse puede contraerse.
• La presión se elimina y la válvula se cierra. El husillo gira para cargar material y al girar también retrocede.
• La pieza en el molde termina de enfriarse. La prensa libera la presión y el molde se abre; las barras expulsan la parte moldeada fuera de la cavidad.

Relaciones de presión, volumen y temperatura en la inyección de plástico

• Para obtener un proceso de inyección eficiente, las relaciones entre presión, volumen y temperatura juegan un papel importante.
• Al ascender la temperatura del polímero su volumen específico también aumenta.
• Los polímeros amorfos y semicristalinos tienen un comportamiento diferente durante el enfriamiento.
• En el diseño de equipos de procesos es importante conocer las relaciones de presión, volumen y temperatura de los polímeros que se utilizarán.

Cristalización y deformación de la pieza al enfriarse en el proceso de inyección de plástico

• Al enfriarse, las partes inyectadas se contraen, siendo su volumen menor que el de la cavidad.
• Los polímeros semicristalinos modifican más su tamaño dependiendo de la temperatura en la cual se les permita cristalizar.
• Las cadenas que forman cristales de menor granulometría ocupan menos espacio (mayor densidad) que las cadenas en estado amorfo.
• El grado de cristalinidad afecta directamente a la densidad final de la pieza.
• La temperatura del molde y el enfriamiento deben ser los adecuados para obtener partes de calidad.

Colada fría y caliente en la inyección de plástico

La colada fría es el remanente de polímero solidificado que queda en los canales y por su parte, la colada caliente mantiene al polímero en estado fundido para continuar con la inyección.

Coloración de la pieza en la inyección de plástico

El acabado de la pieza, la identificación y las funciones ópticas dependen de su coloración. Los colores pueden ser opacos y, si el polímero es transparente, se pueden utilizar colores translúcidos.

Existen tres formas de colorear una pieza en los procesos de inyección:

1. Usar plástico del color que se necesita (precoloreados).
2. Usar plástico de color natural y mezclarlo con pigmento en polvo o colorante líquido.
3. Usar un plástico de color natural y mezclarlo con concentrado de color.

Los concentrados de color deben cumplir con la aplicación final de la parte, para utilizar pigmentos o colorantes que no migren a la superficie.

En polioleofinas no se debe utilizar colorantes porque migran.

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La obtención o fabricación del plástico

El plástico es considerado un material polimérico orgánico (compuesto por moléculas orgánicas gigantes) que puede deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. Las moléculas pueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, cera y el caucho (hule) natural, o sintéticas, como el polietileno y el nylon.

La fabricación de los plásticos y sus manufacturados implica cuatro pasos básicos: obtención de las materias primas, síntesis del polímero básico, obtención del polímero como un producto utilizable industrialmente y moldeo o deformación del plástico hasta su forma definitiva.

Materias primas

En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno de los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nylon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nylon 11 se fabrica todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo. Las materias primas derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del carbón.

Síntesis del polímero

El primer paso en la fabricación de un plástico es la polimerización. Como Los dos métodos básicos de polimerización son las reacciones de condensación y las de adición. Estos métodos pueden llevarse a cabo de varias maneras. En la polimerización en masa se polimeriza sólo el monómero, por lo general en una fase gaseosa o líquida, si bien se realizan también algunas polimerizaciones en estado sólido. Mediante la polimerización en disolución se forma una emulsión que se coagula seguidamente. En la polimerización por interfase los monómeros se disuelven en dos líquidos inmiscibles y la polimerización tiene lugar en la interfase entre los dos líquidos.

Aditivos

Con frecuencia se utilizan aditivos químicos para conseguir una propiedad determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el polímero de degradaciones químicas causadas por el oxígeno o el ozono. De una forma parecida, los estabilizadores lo protegen de la intemperie. Los plastificantes producen un polímero más flexible, los lubricantes reducen la fricción y los pigmentos colorean los plásticos. Algunas sustancias ignífugas y antiestáticas se utilizan también como aditivos. Muchos plásticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adición de algún material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de carbono) a la matriz de la resina plástica. Los materiales compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de los metales, pero por lo general son más ligeros. Las espumas plásticas, compuestas de plástico y gas, proporcionan una masa de gran tamaño pero muy ligera.

Forma y acabado

Las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura y deformación. La naturaleza de muchos de estos procesos es cíclica, si bien algunos pueden clasificarse como continuos o semicontinuos.

Una de las operaciones más comunes es la extrusión. Una máquina de extrusión consiste en un aparato que bombea el plástico a través de un molde con la forma deseada. La máquina de extrusión también realiza otras operaciones, como moldeo por soplado o moldeo por inyección.

Otros procesos utilizados son el moldeo por compresión, en el que la presión fuerza al plástico a adoptar una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el que un pistón introduce el plástico fundido a presión en un molde. El calandrado es otra técnica mediante la que se forman láminas de plástico. Algunos plásticos, y en particular los que tienen una elevada resistencia a la temperatura, requieren procesos de fabricación especiales.

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