Diseño y Fabricación de Un Molde de Inyección

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERIA (ICAI) INGENIERO TCNICO MECNICO

PROYECTO TCNICO-ECONMICO DE DISEO Y FABRICACIN DE UN MOLDE DE

INYECCIN DE PIEZAS DE PLSTICO

Autor: Juan Snchez-Guerrero Rubio Director: Javier Manini Gumz

Madrid Mayo 2014

Proyecto realizado por el alumno/a:

Juan Snchez-Guerrero Rubio

Fdo.: Fecha: ././

Autorizada la entrega del proyecto cuya informacin no es de carcter confidencial

Javier Manini Gumz

Fdo.: Fecha: ././

V B del Coordinador de Proyectos

Luis M. Mochn Castro

Fdo.: Fecha: ././

ndice:

DOCUMENTO N1 MEMORIA

CAPTULO 1 Memoria descriptiva -------------------------------------- pg. 5 a 50

CAPTULO 2 Clculos ---------------------------------------------------- pg.51 a 64

Bibliografa y pginas web ------------------------------------------------------ pg. 65

DOCUMENTO N2 PLANOS

Planos ------------------------------------------------------------------------ pg. 67 a 86

DOCUMENTO N3 PLIEGO DE CONDICIONES

CAPITULO 1 Pliego de condiciones generales -------------------- pg. 87 a 97 CAPITULO 2 Pliego de condiciones tcnicas --------------------- pg. 97 a 104 CAPITULO 3 Pliego de clusulas administrativas particulares --------------------------------------------------------------- pg. 105 a 106

CAPITULO 4 Pliego de condiciones de montaje --------------- pg. 107 a 114

DOCUMENTO N4 PRESUPUESTO

Presupuesto -------------------------------------------------------------- pg. 115 a 122

DOCUMENTO N5 ANEXOS

Anexos -------------------------------------------------------------------- pg. 123 a 170

RESUMEN:

El proyecto consiste en el diseo de un molde de inyeccin de plstico para la

mquina del laboratorio de fabricacin de la marca ENGEL y modelo ES 80-25 HL-V,

recin donada por una empresa, con la posibilidad de fabricar el propio molde en dicho

laboratorio usando las mquinas de las que hay disponibles.

Partiendo el diseo de cero ya que es una mquina de reciente adquisicin se

obtendr la informacin midiendo la mquina, con los manuales de esta y observando

la construccin y midiendo los moldes existentes que hay en el laboratorio para la otra

mquina, extrapolando las dimensiones para adaptarlas a la mquina nueva, se

realizar un diseo en tres dimensiones usando el programa Catia y se simularn

aspectos como el mecanizado del electrodo de electroerosin para el grabado del

molde.

Se explicar brevemente como es el proceso de inyeccin de plstico, la

clasificacin de los distintos polmeros segn sus propiedades y segn su cantidad de

produccin, los tipos de mquinas de inyeccin ms utilizados as como las partes

ms importantes de estas

Se mencionar tambin el proceso de fabricacin de las distintas piezas del

molde, tipos de acero empleados, mtodos de fabricacin y posibles alternativas,

tratamientos trmicos y tratamientos superficiales.

Tambin se explicar cmo sera el montaje de las distintas partes del molde,

los pasos a seguir y su montaje en la mquina ENGEL que es una mquina de

mayores dimensiones que la que haba existente en el laboratorio y con una capacidad

de produccin mayor, ms semejante a lo que hay en la industria de inyeccin de

plsticos.

Se hablara de como optimizar el proceso de la inyeccin de plstico para

reducir el tiempo y coste y de los principales defectos que puedan aparecer en una

pieza de plstico mencionando sus caractersticas, el motivo por el que aparecen y sus

posibles soluciones

SUMMARY:

The Project consist on the design of a mold for plastic injection for the

machine of the manufacturing laboratory which is from the brand ENGEL model ES 80-

25 HL-V, recently donated by a company, with the possibility to make the mold in that

laboratory using the machines that are available.

Starting the design from zero because is a machine recently acquired the

information will be obtained measuring the machine, with the user manual of this

machine and observing an measuring the existing molds in the laboratory for the other

machine extrapolating the dimensions and adapting it to the new machine, there will

make a three-dimensional design using the software Catia and there will simulate

aspects such as the machining of the EDM electrode for graving the mold.

There will be explained lightly how is the process of injecting plastic, the

classification of different types of polymers according its properties and quantity of

production, types of injecting machines more used and the most important parts of this

machines.

Also will be mentioning the fabrication process of the different parts of the

mold, types of steel used on it, manufacturing methods and possible alternatives, heat

and surfaces treatments.

It will also explained how it would be fitting the different parts of the mold, the

steps to follow and their ensemble to the ENGEL machine which is bigger than the

existing in the laboratory and with increased capacity of fabrication, more like that are

in the plastic manufacturing industry.

It will present how optimize the plastic injection process for reduce time and

cost and the principal defects that appear in a plastic part mentioning its features, why

they appear, and their possible solutions.

Documento 1: Memoria

Mayo 2014 Memoria descriptiva Pgina 3

ndice:

CAPTULO 1: MEMORIA DESCRIPTIVA ........................................ 5 1. INTRODUCCIN: .......................................................................................... 5

1.1 Mtodo de inyeccin de plsticos ................................................................................. 5 1.1.1 Clasificacin de los materiales plsticos segn sus propiedades. ..................................... 5 1.1.2 Clasificacin de los materiales plsticos segn su cantidad de produccin. ............. 6 1.2.3 Proceso de moldeo por inyeccin de plstico: .................................................................... 8 1.2.4 Tipos de mquinas de inyeccin de plstico. ............................................................................. 9 1.2.5 Partes fundamentales de una mquina para la inyeccin de plsticos con tornillo roto-alternativo. ......................................................................................................................................... 10

2. OBJETIVO: ............................................................................................... 12 3. DESCRIPCIN DE LA PIEZA: ........................................................................ 12 4. DISEO DE LA PIEZA: ................................................................................ 13 5. MATERIAL DE LA PIEZA. ............................................................................. 14 6. DISEO DEL MOLDE. .................................................................................. 16

1.1 Lista de materiales: ......................................................................................................... 17 1.1.1 Tipos de aceros: ......................................................................................................................... 18

1.1.1.1 Templado: ........................................................................................................................... 22 1.1.1.2 Recocido:............................................................................................................................ 22 1.1.1.3 Revenido:............................................................................................................................ 22 1.1.1.4 Cementado: ........................................................................................................................ 22 1.1.1.5 Normalizado: ...................................................................................................................... 22

6.2 Piezas del molde: ............................................................................................................. 23 6.2.1 Soporte de la placa fija: ............................................................................................................ 23 6.2.2 Placa fija: ...................................................................................................................................... 24 6.2.3 Placa mvil: ................................................................................................................................. 24 6.2.4 Soporte de columnas gua: ...................................................................................................... 25 6.2.5 Expulsora: .................................................................................................................................... 26

6.2.5.1 Soporte de expulsores: ................................................................................................... 26 6.2.5.2 Placa de sujecin de expulsin: ................................................................................... 27 6.2.5.3 Expulsores y guas de expulsin: ................................................................................ 28

6.2.6 Columna gua: ............................................................................................................................. 28 6.2.7 Boquilla de inyeccin: .............................................................................................................. 29 6.2.8 Soporte de la placa mvil: ....................................................................................................... 29 6.2.9 Tornillos y arandelas: ............................................................................................................... 30

6.3 Fases del moldeado: ....................................................................................................... 30 6.3.1 Inyeccin: ..................................................................................................................................... 30 6.3.2 Apertura: ...................................................................................................................................... 32 6.3.3 Expulsin: .................................................................................................................................... 33

7. PROCESO DE FABRICACIN DEL MOLDE: ..................................................... 34 7.1 Arranque del material: .................................................................................................... 36 7.2 Grabado de la pieza: ....................................................................................................... 36 7.3 Templado: .......................................................................................................................... 37 7.4 Rectificado: ....................................................................................................................... 37

8. MONTAJE DEL MOLDE: .............................................................................. 38 9. MONTAJE DEL MOLDE EN LA MQUINA: ....................................................... 38 10. POSIBLES DEFECTOS DE PIEZAS INYECTADAS DE PLSTICO:......................... 39

Mayo 2014 Pgina 4 Memoria descriptiva

10.1 Formacin de hilos: ........................................................................................................ 40 10.2 Puntos negros: ................................................................................................................. 40 10.3 Estras de color: ............................................................................................................... 40 10.4 Estras plateadas: ............................................................................................................ 41 10.5 Estras oscuras: ............................................................................................................... 41 10.6 Material no fundido: ........................................................................................................ 42 10.7 Efecto Diesel: .................................................................................................................... 42 10.8 Rechupes: .......................................................................................................................... 43 10.9 Oclusiones de aire: ......................................................................................................... 43 10.10 Deformaciones al desmoldar: .................................................................................. 44 10.11 Piezas no llenas: .......................................................................................................... 44 10.12 Formacin de rebaba: ................................................................................................ 44 10.13 Deformacin: ................................................................................................................ 45 10.14 Marcas de los expulsores: ........................................................................................ 45 10.15 Lneas de unin: .......................................................................................................... 46 10.16 Canal de inyeccin atascado en el molde: ........................................................... 46 10.17 Piezas pegadas en el molde: .................................................................................... 46

11. ENSAYO DEL PROCESO DE INYECCIN: ....................................................... 47

CAPTULO 2: CLCULOS Y SIMULACIONES ............................. 51 1. CLCULOS: .............................................................................................. 51

1.1 Fuerza de cierre: .............................................................................................................. 51 1.2 Presin de inyeccin: ..................................................................................................... 52 1.3 Tiempo de enfriamiento: ................................................................................................ 54

2. SIMULACIONES: ........................................................................................ 56 2.1 Mecanizado del electrodo de electroerosin: .......................................................... 56

2.1.1 Proceso de mecanizado: .......................................................................................................... 56 2.1.2 Simulacin con Catia: ............................................................................................................... 56

2.1.2.1 Creacin del bloque del electrodo: .............................................................................. 56 2.1.2.2 Creacin del material base: ........................................................................................... 57 2.1.2.3 Establecer los parmetros de mquina: ..................................................................... 57 2.1.2.4 Seleccin de operacin (Roughing): ........................................................................... 58 2.1.2.5 Seleccin de la herramienta: ......................................................................................... 59 2.1.2.6 Seleccin de parmetros de mecanizado. ................................................................. 60 2.1.2.7 Simulado del mecanizado. ............................................................................................. 61

2.1.3 Posibles errores: ........................................................................................................................ 62 2.1.3.1 Radios no mecanizados: ................................................................................................ 62 2.1.3.2 Choques mquina-pieza ................................................................................................. 63

BIBLIOGRAFA ............................................................................. 64

ANEXOS ....................................................................................... 66

Estudio tcnico-econmico de diseo y fabricacin de un molde de inyeccin de piezas de

plstico


Captulo 1: Memoria descriptiva

1. Introduccin:

1.1 Mtodo de inyeccin de plsticos

n el ltimo medio siglo la industria de los materiales plsticos ha tenido

un desarrollo exponencial dominando sobre materiales bsicos como la

madera superando incluso a la industria del acero. Los plsticos han

entrado en nuestras vidas sin importar la condicin social, desde las ciudades ms

remotas hasta los pases ms industrializados. El desarrollo de esta industria es ha

cambiado el aspecto del mundo en el que vivimos.

1.1.1 Clasificacin de los materiales plsticos segn sus propiedades.

Lo que normalmente se entiende por plsticos son realmente polmeros

orgnicos, es decir grandes molculas formadas por la unin repetida de una o

varias molculas. Ya que plstico en realidad es una cualidad exclusiva de

algunos de estos polmeros, nosotros nos referiremos con plstico al material no

a la cualidad.

Los polmeros estn formados por monmeros, y estos estn formados

por molculas orgnicas ms simples. El proceso mediante el cual las molculas

de monmero se enlazan entre s para formar un polmero se denomina reaccin

E


de polimerizacin. Usualmente se utilizan, catalizadores, control de pH, calor y

vaco para acelerar y mantener controlada la reaccin de polimerizacin y as

optimizar el proceso de obtencin. Actualmente, existen ms de 20 familias de

plsticos comerciales, los cuales vamos a clasificar respecto a su

comportamiento termo-mecnico, y se agrupan en termo-estables y termo-plsticos.

Los termo-plsticos son polmeros con una estructura molecular lineal que durante el moldeo en caliente no sufren ninguna modificacin qumica. La

adicin de calor causa que estos polmeros se fundan, solidificndose

rpidamente por enfriamiento en el aire o al contacto con las paredes del molde,

una caracterstica importante de estos es que se pueden volver calentar y enfriar

casi indefinidamente, esto ltimo es porque el calentamiento puede dar como

resultado la degradacin del polmero, lo que les hace especialmente

interesantes para poder ser reciclados. Podramos decir que entre el 60% y el

70% de los plsticos usados en el mundo son termoplsticos. Unos ejemplos de

termo-plsticos son el ABS, el poliestireno, el PVC etc.

Los termo-estables por su parte pueden ser fundidos nicamente una sola vez. En los polmeros de este grupo la estructura molecular es reticulada o

entrelazada, por lo que les hace especialmente sensibles al calor prolongado por

encima de su temperatura de fusin ya que experimentan un cambio qumico

irreversible, el cual provoca que los polmeros no plastifiquen. La familia de estos

materiales no es reciclable. Unos ejemplos de polmeros termo-estables son la

baquelita, las resinas epxicas, etc. Los primeros materiales de moldeo,

producidos comercialmente fueron termo-estables.

1.1.2 Clasificacin de los materiales plsticos segn su cantidad de produccin.

Plsticos de gran volumen de produccin: En el mundo

aproximadamente las dos terceras partes de los plsticos utilizados son plsticos

de gran volumen, tales como polietilenos, polipropilenos, policloruro de vinilo

(PVC). En la tabla de ms abajo (Tabla 1.1) se exponen algunas de las

condiciones tpicas de moldeado.


plstico


Plstico

T de

fundido

(C)

T del

molde

(C)

Presin

(kg/cm2)

Poliestireno

BD 190-288 10-38 3,5-7,03

Poliestireno

AD 204-315 10-38 3,5-7,03

Polipropileno 218-288 10-65 3,5-7,03

Poliestireno 190-288 38-65 3,5-7,03

PVC flex. 154-288 38-65 3,5-7,03

PVC rig. 165-182 38-65 10,5-

14,07

Tabla 1.1 Tabla de algunos plsticos de uso general

Plsticos de caractersticas especiales: Son polmeros cuyas caractersticas son nicas y exclusivas de ellos mismos, son sumamente tiles

en aplicaciones muy especficas y pese a su elevado precio tienen una gran

importancia en cuanto a volumen de fabricacin, entre estos materiales podemos

mencionar: poliamidas, polieteramidas, etc. El tefln o tambin conocido como

politetrafluoroetileno (PTFE) es de los ms importantes de los plsticos de este

grupo.

Plsticos para aplicaciones de ingeniera: Se caracterizan por tener propiedades superiores a los plsticos de gran volumen de produccin.

Presentan una buena estabilidad trmica y buena resistencia al impacto, alta

temperatura de plastificacin, alta resistencia a la tensin y una tenacidad alta.

Entre estos materiales los ms comunes podramos mencionar: ABS, poliamidas

(nylon), policarbonato, etc. En la siguiente tabla (Tabla 1.2) vemos algunas de

las caractersticas de moldeado de este grupo.


Plstico

T de

fundido

(C)

T del

molde

(C)

Presin

(kg/cm2)

Acrlicos 222-274 65-93 3,5

ABS 246-274 38-93 5,3-8,8

Polixido de

fenileno 246-315 65-207 3,5

Policarbonato 274-329 79-107 3,5

Nylon 6 222-274 38-93 3,5-7,03

Nylon 6-6 260-288 38-93 3,5-7,04

Acetal 204-260 65-121 3,5-7,05

polietilen-

tereftalato 232-260 65-107 3,5

Tabla 2.2 Caractersticas de algunos plsticos para ingeniera

1.2.3 Proceso de moldeo por inyeccin de plstico:

Lo podemos dividir en tres operaciones bsicas y son las siguientes:

i) Elevando la temperatura del polmero hasta el punto en el cual puede fluir aplicndole presin, esto se suele hacer triturando y

calentando los granos del polmero, esto se hace dentro de la

cmara de la mquina mediante un husillo con forma de tomillo,

el cul aporta el friccin que junto con el calor aplicado a la

cmara plastifican el polmero como se ve en la figura 1.1.

ii) Inyeccin y solidificacin del material en el molde cerrado. En esta operacin plastificado en cmara de la mquina se

inyecta aplicando presin al husillo y el polmero plastificado

pasa a travs de un inyector que conecta la cmara con los

Estudio tcnico-econmico de diseo y fabricacin de un molde de inyeccin de piezas de plstico


canales del molde, se deja dentro manteniendo la presin

aplicada por el fluido hidrulico. (figura 1.1).

Figura 1.1 Esquema bsico de una mquina de inyeccin de plstico

iii) Apertura del molde y extraccin de la pieza. Se deja solidificar la pieza y se abre el molde.

1.2.4 Tipos de mquinas de inyeccin de plstico.

Mquinas de inyeccin con pistn: Es el sistema ms simple y consta de una cmara que se llena con el polmero, el cul es fundido mediante

calentadores localizadas alrededor de la cmara, Posteriormente el material

fundido es forzado a travs de husillo llamado torpedo el cual mediante el

movimiento axial de un pistn inyecta el material dentro del molde. En este tipo

de mquinas, ocurre un problema importante y es que el fundido del polmero no

es homogneo.

Mquinas con pre-plastificacin o de dos etapas, el calentamiento del material y el aumento de la presin necesaria para llenar el molde son

independientes, es decir, el material se calienta a la temperatura de moldeo

durante la primera etapa y despus pasa a un cilindro desde el cual se inyecta


en el molde en la segunda etapa, los tipos de mquinas ms comunes son

aquellos con base en pistn y tornillo.

Mquina con tornillo roto-alternativo realizan la fusin e inyeccin del material mediante un tomillo que gira y a la vez se mueve longitudinalmente por

lo que se plastifica e inyecta el material fundido al molde desde una misma

cmara, es el sistema ms utilizado hoy en da. Mquinas para espumas rgidas. Esta tcnica de inyeccin de

espumas rgidas involucra la expansin del material fundido, ya sea de manera

directa mediante el uso de un gas disuelto o de un gas producido por la

descomposicin de un reactivo qumico a la temperatura del fundido. El material

fundido se expande por el gas, produciendo un aumento del volumen.

Mquinas de inyeccin reactiva en este proceso se usan varias

resinas o polmeros lquidos reactivos y en lugar de ser fundidos son mezclados

a alta presin, materiales como el nylon, resinas polister, acrlicas y epxicas,

entre otras se fabrican por este mtodo. La principal ventaja de este proceso

sobre el proceso convencional, es la facilidad de moldear piezas grandes,

normalmente mayores

Estos son los sistemas bsicos de inyeccin habiendo muchos otros en los que

no vamos a entrar ya que son los mismos pero con diferentes puntos de

inyeccin en una misma pieza como la inyeccin multicolor, inyeccin radial,

rotativas, co-inyeccin etc.

1.2.5 Partes fundamentales de una mquina para la inyeccin de plsticos con tornillo roto-alternativo.

i) Unidad inyectora. La unidad inyectora es la que se encarga de

introducir y plastificar el material slido mediante el giro del tomillo,

mover el tornillo en direccin axial para inyectar el material hacia las el

molde y mantenerlo bajo presin hasta que sea expulsado de este.


plstico


La unidad de inyeccin consta de una cmara de acero cilndrica

capaz de soportar altas presiones, un tornillo que rota para hacer

pasar el material hacia el extremo por donde se inyectar y se mueve

axialmente para aplicar presin al material, unas resistencias

calefactoras para fundir el material mientras avanza por el tornillo.

.

ii) Sistema de potencia elctrica. Este sistema puede emplearse tanto para el giro del tonillo, como para la apertura y cierre del molde.

Es predominante sobretodo en mquinas pequeas

iii) Sistema de potencia hidrulica. Es el ms utilizado y es una alternativa al sistema de potencia elctrica sobretodo en mquinas de

gran tamao aunque tambin se puede ver en mquinas pequeas, y

basa su funcionamiento en generar movimiento mediante la presin

suministrada a un lquido, normalmente aceite.

iv) Sistema de control. Es la parte necesaria de la mquina para controlar las variables del proceso, este sistema puede ser elctrico

mediante botones e interruptores, hidrulico, mediante llaves de paso,

o electrnico, mediante un sistema de control automtico.


2. Objetivo:

l objetivo de este proyecto es disear un molde partiendo de cero para la

mquina de inyeccin de plstico del laboratorio de fabricacin, para ello se

tomaran medidas de las partes que se acoplan a los moldes de la mquina

as como de los mismos ya existentes y de todas sus partes para su posterior diseo

en el entorno grfico de Catia, tambin se proceder a simular el llenado del molde y

el enfriamiento de la pieza con distintos tipos de plsticos adems se estudiar la

viabilidad econmica de realizar este proyecto.

3. Descripcin de la pieza: a plaquita o moneda que se quiere fabricar es hueca de 40 milmetros de

dimetro, cuatro milmetros de altura, un milmetro de espesor y con el

grabado de 0,5 milmetros de profundidad. Se estudiar el comportamiento a

la hora de moldear esta pieza con diferentes plsticos usando programas informticos.

Es una pieza que no va a realizar tareas que requieran esfuerzos mecnicos ni

trmicos por lo que las variables principales a la hora de seleccionar el material van a

ser el llenado del molde y el tiempo de enfriado.

E

L


plstico


4. Diseo de la pieza:

a pieza se trata de un tronco de cono hueco en su interior con el escudo de

la Universidad Pontificia Comillas grabado en sobre-relieve en la parte

superior del tronco de cono, las medidas deseadas son 40 milmetros de

dimetro cuatro milmetros de altura inclinacin del tronco de dos grados con respecto

a la vertical, espesor de un milmetro, y el grabado con una altura de 0,5 milmetros. La

pieza quedara tal que as (figura 4.1).

Figura 4.1 Pieza delineada en 3D en Catia

L


5. Material de la pieza. l material seleccionado para realizar las piezas es poliestireno (PS) ya que es

un material de fcil obtencin y de fcil moldeo y con unas propiedades

mecnicas aceptables lo que lo hace idneo para el propsito de este molde

que es la enseanza.

El poliestireno es un material muy verstil ya que si lo mezclamos con un

determinado disolvente y lo inyectamos a cierta temperatura que hace que el

disolvente se evapore rpidamente en la cavidad del molde obtenemos lo que

llamamos poliestireno expandido o corcho blanco que es una de las aplicaciones ms

conocidas de este material, tambin existen otro tipos de poliestireno como pueden ser

el PS cristal que se usa para fabricar cristales de relojes, PS de alto impacto que es

bastante resistente y opaco, y el PS extrusionado que es igual que el anterior pero

impermeable y con mayor rigidez.

Al moldear poliestireno, se obtiene una pieza con una corteza bastante

compacta que a medida que nos acercamos al centro de la pieza van apareciendo

burbujas de mayor tamao debido a que los gases no se expulsan del molde, por lo

que es necesario un buen secado previo a la inyeccin de este material, este secado

se har en una tolva con ventilacin situada antes de la alimentacin de la mquina a

una temperatura controlada entre 50C y 80C dependiendo del poliestireno lo que la

sita bastante por debajo de su temperatura de fusin que est entre los 170C y

230C segn el tipo de resina que lleve.

La velocidad de inyeccin del poliestireno ha de ser media-alta, mientras que

la presin del molde ha de ser media-baja, la temperatura del molde debe estar

controlada entre 20C o 25C hasta 65C o 70C dependiendo del tipo de poliestireno.

En lo concerniente a este proyecto se ha seleccionado el poliestireno de alto

impacto, ya que es un material relativamente fcil de moldear y cuyas caractersticas

son:

- Buen llenado del molde, lo que implica que las piezas tienen un gran detalle.

- Buena resistencia al impacto.

- Opaco o casi opaco, debido al butadieno.

E


plstico


Las caractersticas principales del poliestireno que se va a usar se muestran

en la siguiente tabla:

Material Poliestireno

Nombre comercial Polystyrol

Referencia E143

Estructura Amorfo

Densidad a T. ambiente 1030 kg/m3

Temp. Transicin 85C

Viscosidad 73 Pa/s

Temp. De fusin 180-280 C

Factor de flujo 130 kPa/mm

Temp. Del molde 10-60 C

Velocidad perifrica del husillo (mx.) 0,9 m/s

Temperatura de presecado 80 C

Tiempo de presecado 4 h

Factor de descarga 967 kg/m3

Temperatura mx. de desmoldeo 84 C

Contraccin de moldeo 0,45 %

Absorcin de humedad


6. Diseo del molde. l molde contar con dos cavidades para sacar dos piezas a la vez, sin entrada

sumergida, es decir, las piezas saldrn con el canal de inyeccin adherido.

Imagen 6.1 Explosionado

E

1 2 3

4

5

6

7 8

9 10

11 12

13 14

15 16

17

18 19


plstico


1.1 Lista de materiales:

19 4 Tornillo Allen M10x18 ISO 4762 -

18 4 Arandela 10x18 ISO 7092 -



15 3 Barra expulsora grande Hasco Z41 DIN 1530





10 1 Soporte placa mvil - Bhler M333

9 1 Contra placa expulsin. - Bhler M333

8 4 Barra expulsora peq. Hasco Z41 DIN 1530

7 1 Soporte expulsores - Bhler M333

6 2 Soporte columnas - Bhler M333

5 1 Placa mvil - Bhler M333

4 1 Placa Fija - Bhler M333

3 4 Columna Gua Hasco Z011 720 HV30

2 1 Boquilla inyeccin Hasco Z51 ISO 10072

1 1 Soporte de placa fija - Bhler M333

Marca Cantidad Denominacin Norma Material

Fecha: 03/03/2014 Autor: Juan Snchez-Guerrero Rubio

ETSI (ICAI) PFC 2014

Materiales para la fabricacin del molde: Los materiales con los que se fabrican los moldes son cruciales

para la optimizacin del proceso de inyeccin de plstico, ya que se

necesitan materiales de gran calidad y han de ser fabricados con una gran

precisin, estos moldes se suelen fabricar con aceros, metales no frricos

etc.

Las caractersticas necesarias que debe cumplir un material para

que se puedan fabricar moldes son:


Buena maleabilidad, que se puedan templar y que se

pueda troquelar en frio.

Buena resistencia a la abrasin.

Buenas cualidades mecnicas, resistencia a traccin y

compresin, tenacidad, resistencia a los cambios de

temperatura, deformacin reducida etc.

Conductividad trmica.

Resistencia a ataques qumicos.

Posibilidad de tratamientos trmicos.

Fcil mecanizacin o relativamente fcil.

Para cubrir las necesidades mecnicas se consigue endureciendo

el material y eliminando las grietas internas del material mediante un

tratamiento trmico, por otra parte el tratamiento trmico dificulta la

mecanizacin del material.

Para evitar los ataques qumicos de los gases o de los polmeros

inyectados en el molde se pueden realizar tratamientos superficiales como

cromado, niquelado

Cumpliendo estas aptitudes descritas tambin se busca la mxima

rentabilidad que dependen de:

Exigencias de la pieza a fabricar.

Coste de fabricacin del molde.

Nmero de piezas de plstico a fabricar.

Tiempo de ciclo.

1.1.1 Tipos de aceros:

La designacin la haremos segn la norma UNE-36009 y se

basa en un cdigo con cuatro campos, y es un tipo de designar a

los aceros que se sigue utilizando mucho en la industria.

Como se ha dicho, es una codificacin que contiene cuatro

campos, segn la forma siguiente:

F- XYZZ


plstico


El primer campo para la designacin de los aceros

comienza por la letra mayscula F seguida de un guion.

La primera cifra, X, que constituye el siguiente campo se utiliza para indicar los grandes grupos de aceros, siguiendo

preferentemente un criterio de utilizacin. De acuerdo con este

criterio, se distinguen los siguientes grupos:

- Aceros especiales: grupos 1, 2, 3, 4 y 5;

- Aceros de uso general: grupos 6 y 7;

- Aceros moldeados: grupo 8;

La segunda cifra, Y, del campo siguiente establece los distintos subgrupos afines dentro de cada grupo, mientras que las

dos ltimas cifras, ZZ, sin valor significativo, slo tienen por misin la clasificacin y la distincin entre elementos, segn se van

definiendo cronolgicamente.

A continuacin se indica la codificacin de los grupos ms

representativos:

- Grupo 1: F-11XX: Aceros no aleados especiales para temple y

revenido;

F-12XX: Aceros aleados de calidad para temple y revenido; F-14XX: Aceros aleados especiales; F-15XX: Aceros al carbono y aleados para cementar;

- Grupo 2: F-26XX: Chapas y bandas de acero aleado para calderas y

aparatos a presin;

- Grupo 3: F-3XXX: Aceros inoxidables de uso general;


- Grupo 5: F-51XX: Aceros no aleados para herramientas; F-52XX: Aceros aleados para herramientas; F-53XX: Aceros aleados para herramientas de trabajo en

caliente;

F-55XX: Aceros para herramientas de corte rpido; F-56XX: Aceros para herramientas de corte rpido;

- Grupo 6: F-6XXX: Aceros para la construccin;

- Grupo 7: F-72XX: Aceros para semiproductos de uso general; F-73XX: Aceros al carbono para bobinas; F-74XX: Aceros al carbono para alambres;

- Grupo 8: F-81XX: Aceros moldeados para usos generales; F-82XX: Aceros moldeados de baja aleacin resistentes a la

abrasin;

F-83XX: Aceros moldeados de baja aleacin para usos generales;

F-84XX: Aceros moldeados inoxidables;

A continuacin se relacionan algunos ejemplos de

designacin de los aceros segn la UNE-36009:

- F-1280: Se trata de un tipo de acero especial de baja aleacin. Su designacin simblica es 35NiCrMo4, donde la

cifra 35 marca el contenido medio de carbono en porcentaje

multiplicado por 100, mientras que Ni, Cr, Mo se corresponden con

los smbolos de los elementos qumicos de aleacin bsicos. 4 es

el contenido medio de molibdeno en porcentaje multiplicado por

100.


plstico


- F-1150: Se trata de un tipo de acero no aleado. Su

designacin simblica es C55K, donde C es el smbolo genrico

para este tipo de aceros, 55 es el contenido medio de carbono en

porcentaje multiplicado por 100 y K es la exigencia de lmite

mximo de fsforo y azufre.

- F-6201: Se trata de un tipo de acero caracterizado por la resistencia a la traccin. Su designacin simblica es A37a,

donde A es el smbolo genrico para este tipo de aceros, 37 es la

resistencia mnima a la traccin en kg/mm2 y, a es un grado

distintivo del tipo.

- F-6102: Se trata de un tipo de acero caracterizado por el lmite elstico. Su designacin simblica es AE42N, donde AE es el

smbolo genrico para este tipo de aceros, 42 es el lmite elstico

garantizado en kg/mm2, y N es el estado de suministro.

- F-8102: Se trata de un tipo de acero moldeado caracterizado por la resistencia a la traccin. Su designacin

simblica es AM38b, donde AM es el smbolo genrico para este

tipo de aceros, 38 es la resistencia mnima a traccin en

kg/mm2 y, b es el grado distintivo del tipo.

Para este proyecto usaremos un acero no normalizado especial

aleado de la marca Bhler concretamente un M333 IsoPlast ya que

es un acero especialmente diseado para esta industria. Se trata de

un acero aleado con un 0,28% de carbono, un 0,3% de silicio, un 0,3%

de manganeso, un 13,5% de cromo y trazas de nitrgeno.


Tratamientos trmicos de los aceros especiales:

Hay muchos tipos de tratamientos trmicos pero que no se van

a nombrar, los principales tratamientos trmicos, de los cuales no se

va a entrar en profundidad, de los aceros especiales son:

1.1.1.1 Templado: El proceso de templado le aporta tenacidad al acero se

calienta la pieza por encima de su temperatura de cristalizacin

a unos 840C a 870C y su posterior enfriado en aceite.

1.1.1.2 Recocido: Es parecido al templado solo que se usa un horno de sales

calentndose por encima de la temperatura de cristalizacin a

unos 860C a 890C dejndose enfriar lentamente en el mismo

horno u otro distinto, o al aire libre.

1.1.1.3 Revenido: El revenido suele ir acompaado de un templado para

aumentar su tenacidad ya que esto le hace al acero que sea

frgil y quebradizo aunque muy duro, el proceso es calentarlo a

unos 790C a 830C y se enfra bruscamente con aire agua o

aceite.

1.1.1.4 Cementado: Se realiza calentado el acero a su temperatura crtica y

luego se deja enfriar al aire libre, este tratamiento le aporta una

gran dureza superficial.

1.1.1.5 Normalizado: Se eleva la temperatura unos 50C por encima de su

temperatura crtica y se deja enfriar al aire libre, esto hace que

la estructura interna del acero se libere de pretensiones.


plstico


6.2 Piezas del molde:

Hay dos piezas destacables en el molde que son la placa fija y la placa mvil

aunque consta de otras muchas piezas que se describen a continuacin.

Imagen 6.2 Explosionado del molde

6.2.1 Soporte de la placa fija: Esta pieza se sita en la parte de inyeccin de la mquina

amarrada mediante mordazas o tornillos a esta y es la pieza

encargada de sujetar la parte fija del molde, tiene una cavidad en el

centro donde se situar la boquilla de inyeccin es de acero Bhler

M333 IsoPlast.

Imagen 6.2.1 Soporte placa fija


6.2.2 Placa fija: Esta es una de las partes principales del molde, es donde

est el canal de inyeccin principal y las hembras de la pieza a

moldear, se fija mediante cuatro tornillos de mtrica 10 al Soporte de

la placa fija, tiene agujeros pasantes para refrigeracin y control de la

temperatura de moldeo, agujeros pasantes para las columnas gua, el

tamao de esta parte es ligeramente inferior a su soporte para dejar

unos bordes de sujecin, es de acero Bhler M333 IsoPlast

templado.

Imagen 6.2.2 Placa fija.

6.2.3 Placa mvil: Es la otra parte caracterstica del molde, en esta se sitan

los canales de ataque del molde para el llenado de la pieza, tambin

se encuentra dentro de la zona de moldeo los agujeros de los

elementos expulsores, como la pieza 6.1.2 tambin tiene canales de

refrigeracin pasantes, y agujeros para las columnas gua con

abocardado para que queden incrustadas, y en la parte posterior seis

agujeros roscados ciegos de mtrica 6 el acero usado debera ser

Bhler M333 IsoPlast templado.



Imagen 6.2.2 Placa mvil

6.2.4 Soporte de columnas gua:

Son dos elementos simtricos las partes encargadas de

mantener las columnas gua en su posicin y de hacer de guiado a la

placa expulsora, como es un molde destinado a la enseanza se ha

dejado una ranura para la visualizacin del movimiento de la placa

expulsora. Cada uno de los elementos consta de tres agujeros

pasantes con un avellanado profundo y dos agujeros ciegos de

mtrica 10, el material empleado para su fabricacin es acero Bhler

M333 IsoPlast.


Imagen 6.2.4 Soporte de columnas gua

6.2.5 Expulsora: Este subconjunto consta de dos piezas no normalizadas que

son el soporte de expulsores y la placa de sujecin de expulsin.

Imagen 6.2.3 Expulsora

6.2.5.1 Soporte de expulsores: En esta pieza se colocaran los elementos

normalizados conocidos como barras expulsoras que se

sitan en cuatro agujeros avellanados en el centro de la


plstico


pieza, en los extremos hay cuatro agujeros roscados de

mtrica 4, el material es acero Bhler M333 IsoPlast.

Imagen 6.2.5.1 Soporte de expulsores:

6.2.5.2 Placa de sujecin de expulsin: Es la pieza que sujeta los expulsores a su soporte y

los une a la parte de expulsin de la mquina al igual que la

pieza anterior tiene cuatro orificios para su unin, el material

de fabricacin es acero Bhler M333 IsoPlast.

Imagen 6.2.5.2 Placa de sujecin de expulsin


6.2.5.3 Expulsores y guas de expulsin: Pese a que son elementos normalizados hay que

hacerles una pequea modificacin en su longitud, son los

que expulsan la pieza moldeada, el fabricante y modelo

elegido es el Hasco Z41 y el material del que estn hechos

son acero DIN 1530

Imagen 6.1.5.3 Expulsor

6.2.6 Columna gua: Se encarga de el alineamiento de las dos mitades del molde,

es tambin un elemento normalizado, pero en este caso no se

realizar ninguna modificacin es de la marca Hasco Z011 y est

hecha de acero 720 HV30.

Imagen 6.2.6 Columna gua


plstico


6.2.7 Boquilla de inyeccin:

Tambin es otro elemento normalizado y es por donde se

inyecta el material al molde es de la marca Hasco y modelo Z51 es

de acero ISO10072.

Imagen 6.2.7 Boquilla de inyeccin

6.2.8 Soporte de la placa mvil:

Esta es la parte que sujeta la parte mvil del molde a la

mquina, las dimensiones que se han tomado de esta son las del

soporte de la placa fija para que sea ms fcil alinear el molde, consta

de cuatro agujeros para unir el molde con los soportes de las

columnas, tiene un agujero cuadrangular para que el mecanismo de

expulsin se pueda sujetar a la mquina el acero empleado es un

Bhler M333 IsoPlast.


Imagen 6.2.4 Soporte de la placa mvil

6.2.9 Tornillos y arandelas: Se usaran varios tornillos arandelas normalizados de las

clases ISO 4762 e ISO 7092 de mtricas y dimetros de 4,6 y 10 de

longitudes 20 milmetros, 45 milmetros y 35 milmetros

respectivamente mientras que sus arandelas asociadas son de 4x8,

6x11, 10x18.

6.3 Fases del moldeado: El moldeado de las piezas se divide en tres fases principales que son

cclicas, es decir se repiten hasta completar la serie de la produccin.

6.3.1 Inyeccin: Mientras que el molde permanece completamente cerrado

se procede al llenado de las cavidades del molde inyectando el

polmero por la boquilla de entrada situada en la placa fija, para

controlar la temperatura del molde, se bombea agua por los conductos

de refrigeracin de este para que la pieza se enfri los ms rpido

posible.


plstico


Imagen 6.3.1 Inyeccin

Entrada de agua

Salida de agua

Entrada de plstico


6.3.2 Apertura: Una vez solidificadas las piezas se procede a la apertura del

molde para su posterior expulsin. La contraccin del material hace

que las piezas moldeadas se adhieran a la parte mvil del molde.

Imagen 6.3.2 Apertura


plstico


6.3.3 Expulsin:

Cuando el molde est abierto si las piezas no han cado

solas la parte expulsora del molde acta empujando las piezas a la

zona de recogida de piezas. En este molde las piezas caern con su

canal de llenado adherido ya que no dispone de entrada sumergida.

Imagen 6.3.3 Expulsin

Mayo 2014 Pgina 34 Memoria descriptiva 7. Proceso de fabricacin del molde:

l proceso de fabricacin de un molde para inyeccin de plstico

debe seguir las pautas de diseo marcadas por la mquina y la

pieza. Salvo los elementos normalizados como puedan ser

tornillos, tuercas, arandelas, columnas gua y barras expulsoras, el resto de

piezas placa fija, placa mvil, soportes de columna soporte de placa fija y

soporte de placa mvil han de ser fabricadas.

Hay dos opciones principales de hacerlo, subcontratar a una empresa

fabricante de moldes lo que podra provocar demoras en el tiempo de entrega

del molde y elevara el coste del proyecto, pero por otra parte al ser una

empresa especializada en este tipo de fabricacin la precisin y acabado del

molde suele ser mejor, la otra opcin sera llevar a cabo la fabricacin del molde

en el propio laboratorio, los inconvenientes de este caso es que no se dispone

de una mquina de fresado alta velocidad para hacer los grabados ya que no se

dispone de sistema de extraccin para el mecanizado del grafito de los

electrodos por lo que habra que o bien adquirir una mquina nueva, o una

turbina de aire comprimido para la fresadora existente o encargarle los

grabados a una tercera empresa lo que disparara el coste de fabricacin, si el

acabado no es importante se podra optar a hacer el grabado a baja velocidad

lo que supondra un mayor gasto en herramientas pero no tan elevado como los

casos anteriormente descritos, pese a este inconveniente el laboratorio de la

Universidad Pontificia de Comillas cuenta con los elementos necesarios para la

fabricacin del molde.

Las operaciones que necesita cada pieza para fabricarse son las

siguientes:

Placa fija:

Desbaste de todas las caras.

Acabado de todas las caras.

Taladrado y roscado de todos los agujeros.

Chaflanado.

Limpieza de viruta.

Templado (si el material viene sin templar).

Rectificado tangencial.

Limpieza de la pieza.

E


plstico


Grabado de la pieza a moldear.

Placa mvil:




Chaflanado.

Limpieza de viruta.

Templado (si el material viene sin templar).

Rectificado tangencial.


Soportes de columnas:




Chaflanado.


Soporte de la placa fija:




Chaflanado.


Soporte de la placa mvil:




Chaflanado.



Soporte de expulsin:




Chaflanado.


Placa de sujecin del soporte de expulsin:




Chaflanado.

Rectificado tangencial de las caras en contacto con otras.


Si se decide fabricar el molde en la propia universidad las tcnicas que

se usan para las distintas piezas pueden ser las siguientes:

7.1 Arranque del material: Una vez adquiridos los materiales para la construccin del

molde se proceder a darles una preforma casi definitiva, en el caso

de la placa fija se desbastarn las seis caras del prisma para ajustarlo

a sus dimensiones dejando la cara que posteriormente se grabar

fuera de dimensiones. En la placa mvil se har lo propio dejando la

pieza casi terminada se perforarn los agujeros para tornillos,

refrigeracin, expulsores y columnas en todas las piezas que sean

necesario, en los soportes de las placas fija y mvil, tambin se harn

los agujeros centrales. Se chaflanarn los bordes de todas las piezas

tanto interiores como exteriores para evitar rebabas cortantes.

7.2 Grabado de la pieza:


plstico


Para el grabado del molde existen dos tcnicas principales que

son:

Grabado mediante electroerosin, este mtodo es menos

costoso en herramientas de arranque de material ya que al

fabricar los electrodos en cobre la dureza de este es menor que

la de cualquier acero, pero se requiere otra fase ms que es la

de electroerosin que consume mucha energa elctrica ya que

se crea un arco voltaico en un fluido dielctrico y tarda mucho en

finalizar la pieza. A este mtodo se le conoce por las siglas en

ingls EDM (Electric Discharge Machining) o Mecanizado por

Descarga Elctrica, es el mtodo que vamos a usar para fabricar

el molde en el laboratorio.

Grabar la pieza con una fresadora directamente en la placa fija,

esto implica herramientas de arranque de material ms duras y

por lo tanto con ms coste ya que el acero empleado va a ser un

F-1250 templado.

Es importante que una vez hecha esta fase se proceda a una

limpieza de las piezas para eliminar todas las virutas producidas para

su posterior templado.

7.3 Templado: Como se describe en el punto 6.1.2.1 de este proyecto el

templado le aporta tenacidad a la pieza que se va a templar, en el

caso de un molde es necesario templar la placa fija y mvil debido a

que la inyeccin de plstico es muy abrasiva.

7.4 Rectificado: Una vez hechas las operaciones anteriores se proceder al

rectificado de las caras planas que estn en contacto entre s, con esto

se consigue corregir las imperfecciones geomtricas, dimensionales y

de rugosidad que se han producido en las fases anteriores de

arranque de material y templado.


Despus de esta fase es conveniente una limpieza de todas las

partes del molde ya que el rectificado produce un polvo muy fino que

podra daar las piezas la mquina o el propio molde.

8. Montaje del molde: na vez fabricadas todas las piezas se procede al montaje del

molde, se situar en una mesa estable ya que el peso de las

piezas es elevado primero se atornilla la placa fija a su soporte

mediante cuatro tornillos Allen de mtrica 10 con sus respectivas arandelas, se

debern apretar en cruz para evitar posibles desviaciones.

Posteriormente se insertarn las cuatro columnas en sus respectivos

agujeros situados en las esquinas de la placa mvil con un ligero golpe de maza

y se colocarn los dos soportes de las columnas fijados mediante tornillos Allen

de mtrica 6 con sus respectivas arandelas.

Para el montaje de la placa de expulsin se insertarn las cuatro barras

de expulsin en sus respectivos agujeros en el soporte de los expulsores y se

fijarn mediante cuatro tornillos Allen de mtrica 4 con sus respectivas

arandelas a la placa de sujecin de los expulsores apretndolos en cruz para

evitar desviaciones. Una vez montado este bloque se insertara con cuidado por

los cuatro agujeros de la placa mvil destinados a la expulsin.

Por ltimo se montara el soporte de la placa fija encima de los soportes

de las columnas con 4 tornillos Allen de mtrica 10 y sus respectivas arandelas,

apretndose en cruz para evitar desviaciones.

9. Montaje del molde en la mquina:

l montaje del molde en la mquina se har con el molde

completamente cerrado para evitar des alineamientos de la placa

fija y mvil. Como se trata de un conjunto bastante pesado pese a

su tamao se necesitarn dos o ms operarios que lo sostengan mientras se

monta en la mquina.

U

E



Lo que primero se fijar ser la placa fija prestando especial atencin a

su correcto alineamiento con la boquilla de inyeccin, luego se pasar a la parte

mvil que ambas piezas se sujetarn mediante unas abrazaderas que se

atornillan a la placa perforada de la mquina, una vez hecho esto se abrir el

molde para evitar romper los expulsores en la siguiente operacin

El mecanismo de expulsin de la mquina permanecer en su punto

ms alejado del molde para hacer ms accesible el montaje del molde se

colocar un esprrago roscado de sujecin con rosca mtrica 14 en la parte

expulsora del molde y una vez apretado se aproximar el mecanismo de

expulsin al molde con cuidado hasta hacer contacto con la expulsin del molde

y se fijar a este.

10. Posibles defectos de piezas inyectadas de plstico:

n la fabricacin de piezas moldeadas por inyeccin pueden

cometerse frecuentemente defecto por parte del fabricante. Esto

puede empezar en la construccin de las piezas y prolongarse a

travs de la construccin del molde hasta los parmetros de ajuste de las

mquinas, y con ello producir piezas defectuosas. Pueden diferenciarse las

siguientes categoras de defectos:

- Defecto de construccin de la pieza a moldear: Gran

acumulacin de material en la pared de la pieza, diferencias en grueso de

pared.

- Defectos de construccin del molde: Colada desfavorable,

emplazamiento desfavorable o errneo de la refrigeracin.

- Defecto tcnico de mquina: Tamao de mquina errneo o

equipamiento inadecuado.

- Defectos tcnicos de inyeccin: velocidad de inyeccin demasiado

lenta.

E


A continuacin se describen los defectos segn su forma:

10.1 Formacin de hilos:

- Caractersticas: Al abrir el molde se forma un hilo de

material desde la pieza o colada hasta la mquina de inyeccin o hasta

la boquilla de canal caliente.

- Motivo: Durante enfriamiento no produce una separacin

entre masa fundida de la pieza o colada y la boquilla. Esto se produce

por la reducida diferencia de temperatura entre o por que la boquilla del

canal caliente posee un orificio demasiado grande.

- Posibles soluciones: Aumentar la temperatura de la

boquilla, Conectar el programa de separacin de boquilla, emplear

boquillas de cierre por aguja.

10.2 Puntos negros:

- Caractersticas: En la pieza inyectada aparecen de forma

dispersada al azar pequeos o grandes puntos oscuros, la

mayora de ellos puntos negros. Generalmente no aparecen en

todas las piezas.

- Motivo: Mayoritariamente se trata de impurezas, que

aparecen a travs de la materia prima o por un cilindro plastificador no

limpiado correctamente. Tambin se conocen casos, donde por

desgaste de la unidad de plastificacin se forman puntos donde el

material queda atrapado, dandose trmicamente.

- Posibles soluciones: Control de la materia prima,

especialmente cuando se emplea recuperado; limpieza del cilindro

plastificador y el husillo; comprobar que no existan puntos en la unidad

de plastificaci6n donde se haya depositado material degradado.

10.3 Estras de color:


plstico


- Caractersticas: Incorrecta coloracin y estras de color

en direccin flujo de material.

- Motivo: Dispersin insuficiente del colorante a travs del

husillo. Aparece normalmente cuando se emplean aparatos de

coloracin.

- Posibles soluciones: Aumento de la contrapresin;

aumento de la concentracin de colorante; empleo de elementos de

mezcla.

10.4 Estras plateadas:

- Caractersticas: En direccin inyeccin de material aparecen

estras plateadas brillantes sobre la superficie de la pieza inyectada.

- Motivo: Generalmente se trata de humedad en la granza. En

raros casos puede ser provocado por daado trmico por temperatura

de masa demasiado elevada o excesivo cizallamiento.

- Posibles soluciones: Secar suficientemente la granza de

material; Descender la temperatura de masa; Aumento de la

temperatura de moldeo; Ampliacin de los canales de distribucin y

secciones de paso; Reduccin de la velocidad de inyeccin.

10.5 Estras oscuras:

- Caractersticas: Coloracin de la pieza moldeada o bien

estras oscuras en la direccin de flujo del material (desde marrn a

negro).

- Motivo: Daado trmico por sobrecalentamiento o

excesivo cizallamiento.


- Posibles soluciones: Comprobar si el daado trmico

sucede en cilindro plastificador de ser as, corregir las temperaturas del

cilindro; reducir la contrapresin, limpiar el cilindro y comprobar si

existen puntos de desgaste; emplear el programa de retardo de

dosificacin, verificar si existen daos en el molde, aumentar la

temperatura del molde, reducir la velocidad de inyeccin; ampliar los

canales de distribucin y secciones de paso.

10.6 Material no fundido:

- Caractersticas: En la pieza moldeada existen granos de

material, parcial o totalmente sin fundir. Se observan fcilmente a

contraluz.

- Motivo: Al haber aportado la suficiente energa a la masa

moldeada no se ha fundido completamente.

- Posibles soluciones: Aumento de la temperatura del

cilindro; Aumento de la contrapresin; incremento del tiempo de

permanencia de material en la cmara mediante aumento de tiempo de

ciclo; Empleo de un husillo con mayor compresin.

10.7 Efecto Diesel:

- Caractersticas: En la superficie de observan estras, que

corresponden al contorno de un disco.

- Motivo: Cuando el plstico se enfra rpidamente en la

superficie, la resistencia de flujo es demasiado elevada interrumpiendo

el flujo principal. Las estras se enfran no pudiendo ser alisadas

mediante la pos-presin.

- Posibles soluciones: Aumento de la velocidad de

inyeccin; aumento de la temperatura del molde; aumento de la primera

y segunda presin de inyeccin; aumento de la temperatura de masa.


plstico


10.8 Rechupes:

- Caractersticas: Aparecen en piezas de paredes gruesas

o en zonas de paso de pared gruesa, creando una desviacin con

respecto a la geometra deseada.

- Motivo: La concentracin de volumen durante la fase de

enfriamiento se enfra la zona exterior de la pieza formando tensiones

internas en la misma. Si estas son suficientemente grandes se produce

una deformacin plstica de la capa externa.

- Posibles soluciones: Descenso de la velocidad de

inyeccin; Descenso de la temperatura de masa, Aumento de la pos-

presin; Aumento del tiempo de pos-presin; Enfriamiento diferenciado

del molde, Aumento de la seccin; Evitar acumulaciones de material y

zonas de paso con paredes gruesas; Empleo de material espumante

(aprox. 0.5%).

10.9 Oclusiones de aire:

- Caractersticas: En piezas de paredes gruesas se forman

debido a la contraccin espacios huecos en la misma. Las

consecuencias son una disminucin de la resistencia en estas zonas.

- Motivo: Como en los rechupes el alma plstica no puede

contraerse libremente. Las tensiones no son suficientes para deformar

la superficie exterior, agrietndose la pieza por su interior.

- Posibles soluciones: Disminucin de la velocidad de

inyeccin; Disminucin de la temperatura de masa, Aumento de la pos-

presin y del tiempo de pos-presin; Aumento de la temperatura del

molde; Aumento de la seccin.


10.10 Deformaciones al desmoldar:

- Caractersticas: En el proceso de desmoldeo la pieza

inyectada es deformada plsticamente.

- Motivo: La pieza moldeada no est totalmente endurecida

en el momento del desmoldeo o los expulsores no estn emplazados en

el lugar adecuado y tensionan la pieza, deformndola o rompindola.

Sobrecargando el molde pueden producirse deformaciones.

- Posibles soluciones: Aumento del tiempo de enfriamiento;

reduccin de la temperatura del molde; posicionado correcto del

expulsor. En caso de sobrecarga, aumentar la fuerza de cierre, reducir

la pos-presin.

10.11 Piezas no llenas:

- Caractersticas: La pieza moldeada no est

completamente llena.

- Motivo: La prdida de presin en molde es demasiado

grande o bien la masa plstica fundida se enfra antes de que la pieza

est llena. Tambin puede ocurrir, que el volumen de inyeccin elegido

sea demasiado pequeo.

- Posibles soluciones: Aumento del volumen de inyeccin;

aumento de la presin de inyeccin; aumento de la temperatura del

molde; ampliacin del canal distribuidor y la seccin de paso.

10.12 Formacin de rebaba:

- Caractersticas: En la divisin del molde sale material.

- Motivo: Primeramente no alcanza la fuerza de cierre, para

cerrar suficientemente el molde. Tambin puede darse el caso, que

sean motivos puramente mecnicos como, por ejemplo, placas de


plstico


mquina no paralelas, moldes no paralelos o bien deformacin excesiva

de las placas del molde.

- Posibles soluciones: Reduccin de la temperatura de

molde; Aumento de la fuerza de cierre; Reduccin de la pos-presin;

Aumento de la velocidad de inyeccin conmutando a pos-presin

dependiente de carrera o presin hidrulica; comprobacin de daos en

molde.

10.13 Deformacin:

- Caractersticas: La pieza moldeada difiere de la

geometra deseada despus del desmoldeo o un tiempo ms tarde.

- Motivo: La deformacin es casi exclusiva debida a las

tensiones internas en las pieza moldeada. stas tienen su origen en el

proceso de enfriamiento, contraccin irregular, orientaciones de aditivos

o deformaciones en el desmoldeo.

- Posibles soluciones: Enfriamiento especfico como por

ejemplo diferentes temperaturas en las dos mitades del molde; en

materiales sin cargas aumento de la velocidad de inyeccin; en

materiales con cargas descienden por si mismos; correcta construccin

de la pieza (Evitar diferencias en los gruesos de pared).

10.14 Marcas de los expulsores:

- Caractersticas: Marcas en la superficie de la pieza con la

forma de los expulsores.

- Motivo: es debido principalmente a que los expulsores

estn fuera de tolerancia lo que provoca que o sobresalgan o estn un

poco hundidos en el molde, otra causa puede ser que haya demasiado

juego entre el molde y los expulsores lo que provoca que se cuele un

poco de material entre estos.


- Soluciones: Dimensionar bien el juego que han de tener

las barras expulsoras y cambiarlas o pulir el molde montado en el caso

que sea que los expulsores sobresalen.

10.15 Lneas de unin:

- Caractersticas: Se produce una pequea rebaba en la

pieza justo donde est unin entre placa fija y placa mvil del molde.

- Motivo: Se produce principalmente por un mal

alineamiento de las caras de la pieza en el molde.

- Soluciones: Las solucin en este caso es si la pieza sale

con la lnea de unin muy acentuada rehacer el molde completo

10.16 Canal de inyeccin atascado en el molde:

- Caractersticas: El bebedero o canal de inyeccin se

queda adherido a la parte fija del molde.

- Motivo: La causa principal de este defecto son la

suciedad del canal de inyeccin o de la boquilla.

- Soluciones: Limpiar la boquilla de la mquina antes de

iniciar el proceso de inyeccin as como su unin con el molde.

10.17 Piezas pegadas en el molde:

- Caractersticas: La pieza queda pegada a la parte fija del

molde y es difcil despegarla

- Motivos: Lo causa la excesiva compactacin del material,

poco tiempo de enfriamiento tambin provoca que se pegue al molde o

la temperatura del molde alta lo que provoca que se adhiera a este

- Soluciones: Controlar la velocidad de inyeccin y la

presin para que no sean tan alta, dejar enfriar en el molde el tiempo

adecuado, refrigerar si se puede el molde.


plstico


11. Ensayo del proceso de inyeccin:

El ensayo del proceso de inyeccin se llevar a cabo tomando una serie

de valores con los moldes ya existentes para la mquina BabyPlast del

laboratorio ya que es una mquina de fcil manejo y en la cual se pueden

modificar los valores de tiempo y presin de inyeccin, apertura del molde etc.

sin miedo a causar grandes daos a la maquina o el molde como sucedera

con la mquina ENGEL ES 80-25 HL-V que es ms profesional, aunque el

molde se haga para esta mquina los ensayos de fabricacin de las piezas de

plstico se pueden extrapolar y exportar de la BabyPlast a la ENGEL ya que se

pueden controlar los mismos parmetros e incluso ms, no ocurriendo as para

el reciproco, de la ENGEL a la BabyPlast.

Antes de iniciar el proceso de inyeccin se enciende el refrigerador

situado debajo de la mquina y despus el interruptor del control de la mquina

dejando que se inicialice, una vez hecho esto se procede a encender el motor

de la mquina que alimenta a las bombas hidrulicas de los accionadores de

las distintas partes de la mquina y se enciende tambin las resistencias para

calentar el material a fundir y se deja que alcancen la temperaturas requeridas.

No hace falta darle caudal al refrigerante en la parte del molde porque pese a

que este molde tiene conductos de refrigeracin no se van a usar.

Los resultados obtenidos se muestran en una tabla para el molde de la

moneda del centenario de ICAI se muestran en la siguiente tabla:

Mayo 2014 Pgina 48 Memoria descriptiva Ref. Pieza

Moneda aniversario de ICAI

Material PS Peso inyectada - Peso pieza - Tiempo ciclo 9,6 seg.

BOQUILLA Tiempo Boquilla 0 Seg. Velocidad Boquilla - %

PLASTIFICACIN Tiempo 2 Carga 12 Vel. Plastificacin 100 %

EXPULSIN Vel. De Expulsin 100 % N de Golpes 2 Presin de expulsin 30 Bar Tiempo expulsin 0.2 Seg. T. Recoger expulsin 0.3 Seg. Tiempo soplo aire - Seg. Pausa expulsin - Seg Pausa fin de ciclo - Seg. Final de carrera

expulsin -

Seg.

Fuera a fin ciclo - Seg.

INYECCIN Carga de material 12 mm Tiempo de enfriamiento 3 Seg. 1 presin de inyeccin 60 Bar Tiempo 1 presin 0.7 Seg. 2 presin de inyeccin 75 Bar. Tiempo 2 presin. 0,7 Seg Cota 2 presin - mm Succin - mm Velocidad de inyeccin 100 % 2 Velocidad de

inyeccin 100

%

Cota 2 Velocidad - mm Modalidad de inyeccin PICO Acumulador -

CIERRE N de cavidades 1 Carrera de apertura 50 mm


plstico


Presin de cierre 75 Bar Alarma de cierre 60 Bar Cota presin de

seguridad 10

mm

Velocidad cierre 1 100 % Velocidad cierre 2 50 % Cambio velocidad cierre 30 mm margen cierre 10 mm Velocidad de apertura 100 %

Tabla 11.1 Datos del ensayo

Se observ mientras se haca el ensayo que las primeras piezas tenan

defectos como piezas no llenas debido a un problema con la tolva o piezas con

oclusiones de aire debido a que la mquina no estaba debidamente purgada.

Tambin apareci un problema de temperatura de la tolva al intentar simular un

ciclo de 5 piezas que se solvento aumentando el caudal de refrigerante en la

parte de la tolva, posteriormente un problema que haca que el canal de

inyeccin no se expulsara correctamente del molde lo que obligaba a usar unas

pinzas y una varilla de latn para sacarlo, se solucion temporalmente

aadiendo acetona al canal de inyeccin en el molde, pero el problema volvi a

aparecer y se cree que es por un mal ajuste de los expulsores en concreto el

que hace la expulsin del canal de inyeccin, con la placa mvil de este molde.



plstico


Captulo 2: Clculos y simulaciones

1. Clculos: 1.1 Fuerza de cierre:

La fuerza de cierre del molde viene dada por la fuerza que genera

la presin a la que se quiere inyectar ya que se debe contraponer a

esta. Si esta fuerza es demasiado pequea el molde durante la

inyeccin tender a abrirse por lo que es necesario un correcto

dimensionado de las piezas para que puedan soportar las fuerzas

requeridas.

La fuerza de cierre es la suma de las fuerzas que sobrecargan a

traccin las columnas de la mquina, o bien su bancada en el caso de

que carezcan de estos elementos, despus de efectuar el movimiento

de cierre y antes del inicio de la inyeccin. La fuerza de aguante es la

suma de las fuerzas anteriormente mencionadas. La fuerza de cierre

necesaria resulta de multiplicar la presin interior en la cavidad del

molde y la proyeccin del rea de la pieza inyectada ms sus canales

de ataque. Cuando se inicia la inyeccin el volumen de la cavidad

aumenta en direccin al cierre del molde. Este aumento de volumen, as

como otras deformaciones elsticas dependen de la rigidez de la unidad

de cierre, de la resistencia del molde, de la fuerza de cierre, de la fuerza

de aguante y de presin en el interior del molde.

= ( )100 Dnde:

FC Fuerza de cierre (kN). PI Presin de inyeccin (bar).

Ap rea proyectada ms canales de ataque (cm2).

En relacin a nuestro molde nos queda:


C = [70 bar (25,13cm2 + 0,9cm2)]100 = 18,21kN

Lo que significa que inyectando a 70 bares de presin se requerir

una fuerza de cierre de 18210 Newtons o lo que es lo mismo aproximadamente 1,9 Tm de fuerza.

En la siguiente tabla se muestran las distintas presiones que

puede inyectar la mquina ENGEL ES 80-25 HL-V la pieza diseada

sabiendo que como mximo puede inyectar a 1590 bar.

Presin de inyeccin (bar)

Fuerza requerida (N)

Fuerza en Kg

10 2603 265 20 5206 531 40 10412 1061 80 20824 2123

160 41648 4245 320 83296 8491 640 166592 16982

1280 333184 33964 1590 413877 42189

Tabla 1. 1 Presiones de inyeccin y fuerzas de cierre

Sabiendo que la mquina tiene una capacidad mxima de 25000

kg podramos decir que la presin mxima de inyeccin viene dada por

la expresin:

= 100

Donde FC tomara el valor de 245,250 kN resulta de multiplicar

25000 kg x 9,81m/s2 y dividirlo por 1000 para pasarlo a los kN que pide

la formula, lo que sale una presin de inyeccin mxima de 942,18 Bar.

1.2 Presin de inyeccin:


plstico


La presin necesaria para el correcto llenado de la pieza depende

de factores diversos como podan ser la fluidez del material y el grosor

mnimo que tiene la pieza. Y viene dado por la formula siguiente:

PL=PCAVIDADkF

Donde PL es la presin de llenado en Bar, PCAVIDAD viene de

sacarla del grfico 1.2 mediante la relacin RF/Ep donde RF es el

recorrido de fluidez mximo que viene dado por la expresin de RF

(colada) + (Pieza) es decir RF=(63+20)+(10)=93mm y EP es el espesor

mximo de la pieza 1,2 mm y de ah se obtiene una Rf (relacin de

flujo) de 77,5:1 por lo que la PCAVIDAD sale de aproximadamente 185 bar, kF el factor de fluidez del material a inyectar, en este caso al ser Poliestreno es de 1,2 por lo tanto sale una PL de 222 bar y. Normalmente y pese a que existe frmula para controlar esta variable

no se inyecta nunca al valor que te pueda dar ya que es el mnimo

requerido, se hace tpicamente a la mxima presin para aumentar la

productividad.

Grfico 1.2. 1 relacin entre Rf y Ep


1.3 Tiempo de enfriamiento:

El tiempo de llenado fsico comienza una vez que se ha llenado

completamente las piezas, excluyendo el canal de inyeccin y ataque y

termina cuando el molde se abre. Se calcula de forma aproximada para

moldes con un espesor de pared de entre 1 y 4 mm y la temperatura del

molde sin exceder los 60C mediante la expresin:

= ( ) Donde TF es el tiempo de enfriamiento en segundos y EP el

espesor mximo de la pieza que en este caso es de 1,2 milmetros

donde kt va de 1 a 2 y sus unidades son s/mm2. En la siguiente tabla se

muestran los tiempos variando los valores de kt.

kt (seg/mm2) TF (seg)

1 1,44 1,1 1,584 1,2 1,728 1,3 1,872 1,4 2,016 1,5 2,16 1,6 2,304 1,7 2,448 1,8 2,592 1,9 2,736

2 2,88 Tabla 1. 2 tiempos de enfriado TMolde


kt (seg/mm2) TF (seg)

1 1,872 1,1 2,0592 1,2 2,2464 1,3 2,4336 1,4 2,6208 1,5 2,808 1,6 2,9952 1,7 3,1824 1,8 3,3696 1,9 3,5568

2 3,744 Tabla 1. 3 tiempos de enfriado TMolde > 60C

Un tiempo de enfriamiento demasiado bajo aumenta la

contraccin y las deformaciones mecnicas por esfuerzos

descompensados en la expulsin y en piezas con paredes gruesas

puede crearse una fusin de las capas superficiales ya fras como

consecuencia de las temperaturas que hay en el interior de la pieza.

El tiempo de enfriado restante viene dado por la expresin

TR=TF-TP donde TP es el tiempo de pos-presin que es el tiempo que

la mquina sigue intentando introducir material en las piezas. Es

importante determinar el tiempo restante para que la pieza pueda ser

desmoldada sin deformaciones.


2. Simulaciones: 2.1 Mecanizado del electrodo de electroerosin:

El electrodo se fabricar de cobre o grafito partiendo de un bloque

circular de dimetro 40 milmetros y una altura de 60 milmetros

2.1.1 Proceso de mecanizado:

Se generar un programa ISO para fresadora de CNC usando

el mdulo de mecanizado de Catia dando los parmetros que se

describirn ms adelante.

El mecanizado se llevar a cabo mediante una herramienta

especial para grabados a alta velocidad con una punta de un

dimetro a 0,2 mm de la marca LMT BELIN referencia 91096 (ver

catalogo en anexo) que es el menor radio de la pieza. Tambin se

necesita una turbina de alta velocidad si se quiere hacer el grabado

en el laboratorio, en el anexo se incluye el catlogo de BIG

DAISHOWA de la herramienta RBX as como un presupuesto de lo

que costara

2.1.2 Simulacin con Catia:

2.1.2.1 Creacin del bloque del electrodo: Partiendo desde la pieza de la moneda se aumentar

el tamao un 7% para las posteriores contracciones que

tendr la pieza de plstico y se crear un cuerpo nuevo que

envuelva dicha pieza como se muestra en la imagen.


plstico


Imagen 2.1.2. 1 Bloque del electrodo

2.1.2.2 Creacin del material base: Se crear un material base que servir como

referencia del material en bruto antes del mecanizado con

las mismas dimensiones que el anterior ya que solo se va a

tratar el mecanizado en acabado por lo que habra que

hacerle al material real una pasada de refrentado para

eliminar las posibles creces que tenga el material.

Imagen 2.1.2. 2 Material en bruto y con la pieza incrustada

2.1.2.3 Establecer los parmetros de mquina:


Establecemos como mquina una de 3 ejes y

colocamos los ejes correctamente sobre la pieza a

mecanizar, seleccionamos el material en bruto (stock

material) y la pieza a mecanizar (Desing part for simulation) y

cerramos la ventana.

Imagen 2.1.2. 3 Ventana de seleccin de mquina y operacin

2.1.2.4 Seleccin de operacin (Roughing): A continuacin se escoger la operacin de desbaste

aunque en realidad lo que se va a hacer sea el acabado. En

esa ventana se seleccionar cual es el material en bruto

(Stock), la parte a mecanizar (part) y el plano de seguridad

(safety plane). Tambin se situar el grosor mnimo para el

mecanizado (mnimum thickness to machine) en 0,001 es

decir una micra.

Seleccin de ejes

Desing part for simulation

Stock material


plstico


Imagen 2.1.2. 4 ventana de la operacin de desbaste (roughing)

2.1.2.5 Seleccin de la herramienta: En la ventana anterior hay que seleccionar la

herramienta en la pestaa siguiente. Una fresa de acabado

con un dimetro de 0,25 milmetros en la punta.


Imagen 2.1.2. 5 Ventana de seleccin de herramienta

2.1.2.6 Seleccin de parmetros de mecanizado. En la primera pestaa se selecciona los distintos

parmetros de mecanizado como pueden ser el paso (axial)

que ser de 0,2 mm para dos pasadas, el tipo de pasada

(Helical), la tolerancia de mecanizado (machining tolerance)

seleccionada en 0,1mm. A continuacin se presionara al

botn de simular y guardar situado abajo a la derecha (Tool

Path Replay).


plstico


Imagen 2.1.2. 6 Ventana de parmetros de mecanizado

2.1.2.7 Simulado del mecanizado. En esta ventana se muestra una simulacin del

mecanizado paso a paso y en tiempo real si se desea, el

resultado es el mostrado en las imgenes de abajo.


Imagen 2.1.2. 7 Conjunto de imgenes de la simulacin

2.1.3 Posibles errores:

A continuacin se muestran alguos de los errores que Catia

no detecta como tal y en los que se debe tener cuidado.

2.1.3.1 Radios no mecanizados:

- Causas: Radio de la herramienta mayor que los

radios de la pieza.

- Caractersticas: Como aparece en la imagen de

ms abajo algunos radios pequeos no se mecanizan

correctamente, lo que provoca defecto en la pieza si no nos

damos cuenta.

- Solucin: Encontrar un fabricante de herramientas

de grabado que tenga el radio deseado y modificarlo en el

programa.

Imagen 2.1.3. 1 Error por radio de la herramienta demasiado grande



2.1.3.2 Choques mquina-pieza

- Causas: Longitud del filo menor que la

profundidad de la pieza

- Caractersticas: Aparecen durante la simulacin

unos surcos que no han sido generados por el filo, han sido

generados por el mango, como se ve en la imagen ms

abajo.

- Solucin: Encontrar un fabricante de herramientas

de grabado que tenga la longitud del filo ms grande que el

surco ms profundo de la pieza y modificarlo en el programa.

Imagen 2.1.3. 2 Error por longitud de la herramienta demasiado corta



plstico


BIBLIOGRAFA Y WEBS DE INTERS - http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/rojas_p_f/capitulo2.pdf - Moldeo por inyeccin de termoplsticos/ Thermoplastic Injection

Molding

Sal Snchez

ISBN-10: 9681855817

- http://oycmaquinasinyeccionsji.blogspot.com.es/2013_02_01_archive.html

- http://www.hasco.com/es/

- http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn101.html#seccion33

- http://www.acerosbohler.com/spanish/

- http://www.exapro.es/inyectora-para-plastico-engel-es-80-25-hl-v-p40128031/

- http://es.wikipedia.org/wiki/Poliestireno

- http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.es/2012/08/fuerza-de-cierre-clamping-force.html

ANEXOS

Contenido - Extracto del documento de estructura de la mquina ENGEL.

- Extracto del documento del curso de ENGEL, Manual de inyeccin

- Catlogo LMT BELIN de herramientas de grabado

- Catlogo BIG DAISHOWA RBX

- Presupuesto BIG DAISHOWA

- Parmetros de Catia para el mecanizado del electrodo

COMPONENTES DE MAQ. S. COLUM.WAR

Cilindro Puerta Elemento Plato fijo Cilindro Grupo de Tolva de Cilindro Motorde cierre de prot. flexible y mvil plastific. inyeccin material de inyec. hidrulico

Soportes Bancada Deposito Armario Conexin Interrup.elsticos de la maq. aceite

Diseño y Fabricación de Un Molde de Inyección

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