Moldeo por inyección

El moldeo por inyección (ortografía estadounidense: Injection molding ) es un proceso de fabricación para producir piezas mediante la inyección de material fundido en un molde . El moldeo por inyección se puede realizar con una gran variedad de materiales, principalmente metales (para los cuales el proceso se denomina fundición a presión ), vidrios , elastómeros , confitería y, más comúnmente, polímeros termoplásticos y termoestables . El material para la pieza se introduce en un cilindro calentado, se mezcla (mediante un tornillo helicoidal) y se inyecta en la cavidad del molde , donde se enfría y endurece adquiriendo la forma de la cavidad. ^{[ 1 ] : 240} Después de que un diseñador industrial o un ingeniero diseña un producto, un fabricante de moldes (o matricero) fabrica los moldes de metal , generalmente acero o aluminio , y los mecaniza con precisión para dar forma a las características de la pieza deseada. El moldeo por inyección se utiliza ampliamente para fabricar una variedad de piezas, desde los componentes más pequeños hasta paneles de carrocería completos de automóviles. Los avances en la tecnología de impresión 3D , que utilizan fotopolímeros que no se funden durante el moldeo por inyección de algunos termoplásticos de baja temperatura, pueden utilizarse para algunos moldes de inyección sencillos.

El moldeo por inyección utiliza una máquina especializada compuesta por tres partes: la unidad de inyección, el molde y la abrazadera. Las piezas que se van a moldear por inyección deben diseñarse cuidadosamente para facilitar el proceso; es necesario considerar el material, la forma y las características deseadas, el material del molde y las propiedades de la máquina de moldeo. Esta amplia gama de consideraciones y posibilidades de diseño permite una gran versatilidad en el moldeo por inyección.

El moldeo por inyección se utiliza para crear muchos objetos, como carretes de alambre , envases , tapones de botellas , piezas y componentes de automóviles, juguetes , peines de bolsillo , algunos instrumentos musicales (y sus partes), sillas y mesas pequeñas de una sola pieza, contenedores de almacenamiento, piezas mecánicas (incluidos engranajes) y la mayoría de los demás productos de plástico disponibles en la actualidad. El moldeo por inyección es el método moderno más común para la fabricación de piezas de plástico; es ideal para producir grandes volúmenes del mismo objeto. ^{[ 2 ]}

El moldeo por inyección utiliza un émbolo de pistón o de tornillo para forzar el plástico o caucho fundido dentro de la cavidad del molde; este se solidifica adoptando la forma del contorno del molde. Se utiliza con mayor frecuencia para procesar polímeros termoplásticos y termoestables , siendo el volumen utilizado de los primeros considerablemente mayor. ^{[ 3 ] : 1–3} Los termoplásticos son predominantes debido a características que los hacen altamente adecuados para el moldeo por inyección, como la facilidad de reciclaje, la versatilidad para una amplia variedad de aplicaciones, ^{[ 3 ] : 8–9} y la capacidad de ablandarse y fluir al calentarse. Los termoplásticos también ofrecen mayor seguridad que los termoestables; si un polímero termoestable no se expulsa del cilindro de inyección a tiempo, puede producirse una reticulación química que provoque el bloqueo del tornillo y las válvulas de retención, dañando potencialmente la máquina de moldeo por inyección. ^{[ 3 ] : 3}

El moldeo por inyección consiste en la inyección a alta presión de la materia prima en un molde, que da forma al polímero según se desee. ^{[ 3 ] : 14} Los moldes pueden ser de una sola cavidad o de múltiples cavidades. En los moldes de múltiples cavidades, cada cavidad puede ser idéntica y formar las mismas piezas o puede ser única y formar múltiples geometrías diferentes durante un solo ciclo. Los moldes generalmente se fabrican con aceros para herramientas , pero los aceros inoxidables y los moldes de aluminio son adecuados para ciertas aplicaciones. Los moldes de aluminio suelen ser poco adecuados para la producción en alto volumen o piezas con tolerancias dimensionales estrechas, ya que tienen propiedades mecánicas inferiores y son más propensos al desgaste, el daño y la deformación durante los ciclos de inyección y cierre; sin embargo, los moldes de aluminio son rentables en aplicaciones de bajo volumen, ya que los costos y el tiempo de fabricación del molde se reducen considerablemente. ^{[ 1 ]} Muchos moldes de acero están diseñados para procesar más de un millón de piezas durante su vida útil y su fabricación puede costar cientos de miles de dólares.

Cuando se moldean termoplásticos, la materia prima, generalmente peletizada, se introduce a través de una tolva en un cilindro calentado con un tornillo recíproco. Al entrar en el cilindro, la temperatura aumenta y las fuerzas de Van der Waals que se oponen al flujo relativo de las cadenas individuales se debilitan como resultado del mayor espacio entre las moléculas a estados de energía térmica más altos. Este proceso reduce su viscosidad , lo que permite que el polímero fluya con la fuerza impulsora de la unidad de inyección. El tornillo impulsa la materia prima hacia adelante, mezcla y homogeneiza las distribuciones térmicas y viscosas del polímero, y reduce el tiempo de calentamiento necesario al cizallar mecánicamente el material y añadir una cantidad significativa de calentamiento por fricción al polímero. El material avanza a través de una válvula de retención y se acumula en la parte frontal del tornillo en un volumen conocido como inyección . Una inyección es el volumen de material que se utiliza para llenar la cavidad del molde, compensar la contracción y proporcionar un colchón (aproximadamente el 10 % del volumen total de la inyección, que permanece en el cilindro y evita que el tornillo toque fondo) para transferir la presión del tornillo a la cavidad del molde. Cuando se ha acumulado suficiente material, este se fuerza a alta presión y velocidad hacia la cavidad de formación de la pieza. La cantidad exacta de contracción es función de la resina utilizada y puede ser relativamente predecible. ^{[ 4 ]} Para evitar picos de presión, el proceso normalmente utiliza una posición de transferencia que corresponde a una cavidad llena al 95-98%, donde el husillo cambia de un control de velocidad constante a un control de presión constante. A menudo, los tiempos de inyección son muy inferiores a 1 segundo. Una vez que el husillo alcanza la posición de transferencia, se aplica la presión de compactación, que completa el llenado del molde y compensa la contracción térmica, que es bastante alta para los termoplásticos en comparación con muchos otros materiales. La presión de compactación se aplica hasta que la compuerta (entrada de la cavidad) se solidifica. Debido a su pequeño tamaño, la compuerta suele ser el primer lugar en solidificarse en todo su espesor. ^{[ 3 ] : 16} Una vez que la compuerta se solidifica, no puede entrar más material en la cavidad; en consecuencia, el husillo se mueve alternativamente y adquiere material para el siguiente ciclo mientras el material dentro del molde se enfría para que pueda ser expulsado y sea dimensionalmente estable. El tiempo de enfriamiento se reduce drásticamente mediante el uso de líneas de refrigeración que hacen circular agua o aceite desde un controlador de temperatura externo. Una vez alcanzada la temperatura requerida, el molde se abre y una serie de pasadores, manguitos, extractores, etc., se desplazan hacia adelante para desmoldar la pieza. A continuación, el molde se cierra y el proceso se repite.

En un molde de dos componentes, se incorporan dos materiales distintos en una sola pieza. Este tipo de moldeo por inyección se utiliza para dar un tacto suave a los pomos, para dotar a un producto de varios colores o para producir una pieza con múltiples características de rendimiento. ^{[ 5 ]}

Para los termoestables, normalmente se inyectan dos componentes químicos diferentes en el cilindro. Estos componentes inician inmediatamente reacciones químicas irreversibles que finalmente reticulan el material en una única red conectada de moléculas. A medida que ocurre la reacción química, los dos componentes fluidos se transforman permanentemente en un sólido viscoelástico . ^{[ 3 ] : 3} La solidificación en el cilindro y el husillo de inyección puede ser problemática y tener repercusiones financieras; por lo tanto, minimizar el curado del termoestable dentro del cilindro es vital. Esto generalmente significa que el tiempo de residencia y la temperatura de los precursores químicos se minimizan en la unidad de inyección. El tiempo de residencia se puede reducir minimizando la capacidad de volumen del cilindro y maximizando los tiempos de ciclo. Estos factores han llevado al uso de una unidad de inyección en frío con aislamiento térmico que inyecta los productos químicos reactivos en un molde caliente con aislamiento térmico, lo que aumenta la velocidad de las reacciones químicas y resulta en un tiempo más corto requerido para lograr un componente termoestable solidificado. Después de que la pieza se ha solidificado, las válvulas se cierran para aislar el sistema de inyección y los precursores químicos , y el molde se abre para expulsar las piezas moldeadas. Luego, el molde se cierra y el proceso se repite.

Los componentes premoldeados o mecanizados pueden insertarse en la cavidad mientras el molde está abierto, permitiendo que el material inyectado en el siguiente ciclo se forme y solidifique a su alrededor. Este proceso se conoce como moldeo por inserción y permite que una sola pieza contenga varios materiales. Se utiliza a menudo para crear piezas de plástico con tornillos metálicos sobresalientes, de modo que puedan atornillarse y desatornillarse repetidamente. Esta técnica también se puede utilizar para el etiquetado en molde y para colocar tapas de película en envases de plástico moldeados.

Una línea de separación , bebedero , marcas de entrada y marcas de pasador eyector suelen estar presentes en la pieza final. ^{[ 3 ] : 98} Ninguna de estas características es deseable, pero son inevitables debido a la naturaleza del proceso. Las marcas de entrada se producen en la entrada que une los canales de suministro de fusión (bebedero y canal de alimentación) a la cavidad de formación de la pieza. Las marcas de la línea de separación y del pasador eyector resultan de desalineaciones mínimas, desgaste, ventilaciones de gas, holguras para piezas adyacentes en movimiento relativo y/o diferencias dimensionales de las superficies de fusión que contactan con el polímero inyectado. Las diferencias dimensionales pueden atribuirse a la deformación no uniforme inducida por la presión durante la inyección, tolerancias de mecanizado y expansión y contracción térmica no uniforme de los componentes del molde, que experimentan ciclos rápidos durante las fases de inyección, compactación, enfriamiento y eyección del proceso. Los componentes del molde a menudo se diseñan con materiales de varios coeficientes de expansión térmica. Estos factores no pueden tenerse en cuenta simultáneamente sin un aumento astronómico en los costos de diseño, fabricación , procesamiento y control de calidad . El diseñador experto de moldes y piezas ubica estos inconvenientes estéticos en áreas ocultas, si es posible.

Los compuestos termoplásticos reforzados con tejido se obtienen al incrustar un material compuesto, como fibras de vidrio, carbono o fibras naturales, en una matriz de polímero termoplástico. Se consideran una alternativa ligera al metal en industrias que requieren alta rigidez y resistencia. Estos compuestos se fabrican generalmente mediante un proceso de dos etapas: primero, mediante la preimpregnación y luego mediante el moldeo del producto final. Gracias a los avances en los procesos de moldeo por inyección, ahora es posible fabricarlos en una sola etapa.

También existen enfoques híbridos que combinan el moldeo por inyección con otras técnicas. Un enfoque híbrido puede fomentar la flexibilidad del proceso y, por extensión, optimizar las propiedades mecánicas de los materiales compuestos. Algunos materiales compuestos presentan un aumento de la resistencia a la tracción de hasta 4,18 veces en comparación con la matriz polimérica base. Para aplicaciones automotrices, avances como estos permiten una mejor producción de piezas con propiedades personalizadas. ^{[ 6 ]}

En 1834, un fabricante de estaño llamado Joseph Morgan solicitó una patente británica para el moldeo por inyección de velas. ^{[ 7 ]}

En 1846, el inventor británico Charles Hancock, pariente de Thomas Hancock , patentó una máquina de moldeo por inyección. ^{[ 8 ]}

El inventor estadounidense John Wesley Hyatt , junto con su hermano Isaiah, patentó una de las primeras máquinas de moldeo por inyección en 1872. ^{[ 9 ]} Esta máquina era relativamente simple en comparación con las que se usan hoy en día: funcionaba como una aguja hipodérmica grande , usando un émbolo para inyectar plástico a través de un cilindro calentado en un molde. La industria progresó lentamente a lo largo de los años, produciendo productos como varillas para cuellos de camisa , botones y peines para el cabello (aunque, en general, los plásticos, en su definición moderna, son un desarrollo más reciente , alrededor de la década de 1950 ).

Los químicos alemanes Arthur Eichengrün y Theodore Becker inventaron las primeras formas solubles de acetato de celulosa en 1903, que eran mucho menos inflamables que el nitrato de celulosa . ^{[ 10 ]} Posteriormente, se comercializó en forma de polvo, lo que facilitó su moldeo por inyección. Arthur Eichengrün desarrolló la primera prensa de moldeo por inyección en 1919. En 1939, Arthur Eichengrün patentó el moldeo por inyección de acetato de celulosa plastificado.

La industria se expandió rápidamente en la década de 1940 porque la Segunda Guerra Mundial  creó una enorme demanda de productos baratos y producidos en masa. ^{[ 11 ]} En 1946, el inventor estadounidense James Watson Hendry construyó la primera máquina de inyección de tornillo, que permitió un control mucho más preciso sobre la velocidad de inyección y la calidad de los artículos producidos. ^{[ 12 ]} Esta máquina también permitió mezclar el material antes de la inyección, de modo que se podía agregar plástico coloreado o reciclado al material virgen y mezclarlo completamente antes de inyectarlo. En la década de 1970, Hendry desarrolló el primer proceso de moldeo por inyección asistido por gas , que permitió la producción de artículos huecos complejos que se enfriaban rápidamente. Esto mejoró enormemente la flexibilidad del diseño, así como la resistencia y el acabado de las piezas fabricadas, al tiempo que redujo el tiempo de producción, el costo, el peso y los residuos. Para 1979, la producción de plástico superó a la de acero, y para 1990, los moldes de aluminio se usaban ampliamente en el moldeo por inyección. ^{[ 13 ]} Hoy en día, las máquinas de inyección de tornillo representan la gran mayoría de todas las máquinas de inyección.

La industria del moldeo por inyección de plástico ha evolucionado a lo largo de los años, pasando de producir peines y botones a fabricar una amplia gama de productos para diversas industrias, como la automotriz, la médica, la aeroespacial, la de productos de consumo, la de juguetes, la de fontanería , la de embalaje y la de construcción. ^{[ 14 ] : 1–2}

En Francia, en 1979, St. Gobain-Vetrotex, Billon y SEVA desarrollaron una nueva técnica de moldeo por inyección de termoplásticos. El proceso ZMC representa un avance significativo en la fabricación de materiales compuestos. Combina compuestos poliméricos con una máquina de inyección híbrida de husillo y émbolo. El proceso ZMC permitió la producción a gran escala en el sector automotriz, en particular la fabricación de puertas traseras a un ritmo de 1000 unidades diarias. Además, redujo la mano de obra y mejoró la calidad de la superficie. ^{[ 15 ]}

La mayoría de los polímeros, a veces denominados resinas, pueden utilizarse, incluidos todos los termoplásticos, algunos termoestables y algunos elastómeros. ^{[ 16 ]} Desde 1995, el número total de materiales disponibles para moldeo por inyección ha aumentado a un ritmo de 750 por año; había aproximadamente 18 000 materiales disponibles cuando comenzó esa tendencia. ^{[ 17 ]} Los materiales disponibles incluyen aleaciones o mezclas de materiales desarrollados previamente, por lo que los diseñadores de productos pueden elegir el material con el mejor conjunto de propiedades de una amplia selección. Los criterios principales para la selección de un material son la resistencia y la función requeridas para la pieza final, así como el coste, pero también cada material tiene diferentes parámetros para el moldeo que deben tenerse en cuenta. ^{[ 14 ] : 6} Otras consideraciones al elegir un material de moldeo por inyección incluyen el módulo de elasticidad de flexión, o el grado en que un material puede doblarse sin dañarse, así como la deflexión térmica y la absorción de agua. ^{[ 18 ]} Los polímeros comunes como el epoxi y el fenólico son ejemplos de plásticos termoendurecibles, mientras que el nailon , el polietileno y el poliestireno son termoplásticos. ^{[ 1 ] : 242} Hasta hace relativamente poco, los resortes de plástico no eran posibles, pero los avances en las propiedades de los polímeros los hacen ahora bastante prácticos. Las aplicaciones incluyen hebillas para anclar y desconectar correas de equipos para exteriores.

Aunque los plásticos no se consideran sostenibles, medidas eficientes como la mejora de procesos, la gestión de materiales y las estrategias de diseño pueden resultar sostenibles en la producción manufacturera. Algunas empresas han tomado la iniciativa de incorporar sistemas automatizados de reciclaje al proceso. Estos sistemas pueden recolectar y reciclar los materiales de desecho y reintroducirlos en las prensas de moldeo sin grandes cambios en el proceso. Las empresas han logrado reducir sus contribuciones a los vertederos a menos del 1 % de los materiales utilizados. ^{[ 19 ]}

La modernización de las prensas de moldeo por inyección, incluidas las máquinas eléctricas e híbridas, reduce el consumo de energía al tiempo que aumenta la producción en un 20 % más que las máquinas tradicionales. ^{[ 19 ]}

La incorporación de sistemas de filtración en los sistemas de refrigeración permitirá reciclar el agua tratada en las torres de refrigeración, minimizando así el consumo de agua y el impacto ambiental.

Un factor importante es la selección de materiales. Al diseñar piezas, los monomateriales permiten reciclar los conjuntos en su totalidad, lo que reduce los problemas de contaminación y simplifica el procesamiento al final de su vida útil.

Las máquinas de moldeo por inyección constan de una tolva de material, un pistón de inyección o émbolo de tipo tornillo y una unidad de calentamiento. ^{[ 1 ] : 240} También conocidas como placas, sostienen los moldes en los que se dan forma a los componentes. Las prensas se clasifican por tonelaje, que expresa la cantidad de fuerza de cierre que la máquina puede ejercer. Esta fuerza mantiene el molde cerrado durante el proceso de inyección. ^{[ 20 ]} El tonelaje puede variar desde menos de 5 toneladas hasta más de 9000 toneladas, y las cifras más altas se utilizan en relativamente pocas operaciones de fabricación. La fuerza de cierre total necesaria se determina por el área proyectada de la pieza que se está moldeando. Esta área proyectada se multiplica por una fuerza de cierre de 1,8 a 7,2 toneladas por cada centímetro cuadrado de las áreas proyectadas. Como regla general, se pueden utilizar 4 o 5 toneladas/pulg² ^para la mayoría de los productos. Si el material plástico es muy rígido, requiere más presión de inyección para llenar el molde y, por lo tanto, más tonelaje de cierre para mantener el molde cerrado. ^{[ 14 ] : 43–44} La fuerza requerida también puede estar determinada por el material utilizado y el tamaño de la pieza. Las piezas más grandes requieren una mayor fuerza de sujeción. ^{[ 16 ]}

Moho

Molde o matriz son los términos comunes que se utilizan para describir la herramienta empleada para producir piezas de plástico en el moldeo.

Dado que los moldes han sido costosos de fabricar, generalmente solo se usaban en la producción en masa donde se producían miles de piezas. Los moldes típicos se construyen de acero endurecido , acero preendurecido, aluminio y/o aleación de cobre-berilio . ^{[ 21 ] : 176} La elección del material para el molde no solo se basa en consideraciones de costo, sino que también tiene mucho que ver con el ciclo de vida del producto . En general, los moldes de acero son más caros de construir, pero su vida útil más larga compensa el mayor costo inicial con una mayor cantidad de piezas hechas antes de desgastarse. Los moldes de acero preendurecido son menos resistentes al desgaste y se usan para requisitos de menor volumen o componentes más grandes; su dureza típica del acero es de 38 a 45 en la escala Rockwell-C . Los moldes de acero endurecido se tratan térmicamente después del mecanizado; estos son muy superiores en términos de resistencia al desgaste y vida útil. La dureza típica oscila entre 50 y 60 Rockwell-C (HRC). Los moldes de aluminio pueden costar considerablemente menos y, cuando se diseñan y mecanizan con equipos computarizados modernos, pueden resultar económicos para moldear decenas o incluso cientos de miles de piezas. El cobre-berilio se utiliza en las zonas del molde que requieren una rápida disipación del calor o en las zonas donde se genera el mayor calor por cizallamiento. ^{[ 21 ] : 176} Los moldes pueden fabricarse mediante mecanizado CNC o mediante procesos de mecanizado por descarga eléctrica .

• Matriz de moldeo por inyección con extractores laterales
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  Lado "A" del troquel para acetal con relleno de vidrio al 25% con 2 tiradores laterales.
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  Primer plano del inserto extraíble en el lado "A".
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  Lado "B" del troquel con actuadores de tracción lateral
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  Inserto retirado del troquel

Diseño de moldes

El molde consta de dos componentes principales: el molde de inyección (placa A) y el molde eyector (placa B). Estos componentes también se denominan moldeador y fabricante de moldes . La resina plástica entra en el molde a través de un bebedero o compuerta en el molde de inyección; el casquillo del bebedero sella herméticamente contra la boquilla del cilindro de inyección de la máquina de moldeo y permite que el plástico fundido fluya desde el cilindro hacia el molde, también conocido como cavidad. ^{[ 14 ] : 141} El casquillo del bebedero dirige el plástico fundido hacia las imágenes de la cavidad a través de canales mecanizados en las caras de las placas A y B. Estos canales permiten que el plástico se desplace a lo largo de ellos, por lo que se denominan canales de alimentación. ^{[ 14 ] : 142} El plástico fundido fluye a través del canal de alimentación y entra por una o más compuertas especializadas hacia la cavidad ^{[ 22 ] : 15} geometría para formar la pieza deseada.

La cantidad de resina necesaria para llenar el bebedero, el canal de alimentación y las cavidades de un molde constituye una "inyección". El aire atrapado en el molde puede escapar a través de orificios de ventilación mecanizados en la línea de separación del molde, o alrededor de los pasadores y guías eyectores, que son ligeramente más pequeños que los orificios que los retienen. Si no se permite que el aire atrapado escape, se comprime por la presión del material entrante y se introduce en las esquinas de la cavidad, donde impide el llenado y puede causar otros defectos. El aire incluso puede comprimirse tanto que se inflame y queme el material plástico circundante. ^{[ 14 ] : 147}

Para permitir la extracción de la pieza moldeada del molde, las características del molde no deben sobresalir unas de otras en la dirección en que se abre el molde, a menos que partes del molde estén diseñadas para moverse entre dichos salientes cuando el molde se abre mediante componentes llamados elevadores.

Los lados de la pieza que parecen paralelos a la dirección de extracción (el eje de la posición del núcleo (agujero) o inserto es paralelo al movimiento vertical del molde al abrirse y cerrarse) ^{[ 22 ] : 406} suelen estar ligeramente angulados, lo que se denomina ángulo de desmoldeo, para facilitar la liberación de la pieza del molde. Un ángulo de desmoldeo insuficiente puede causar deformación o daños. El ángulo de desmoldeo necesario para la liberación del molde depende principalmente de la profundidad de la cavidad; cuanto más profunda sea la cavidad, mayor será el ángulo de desmoldeo necesario. También debe tenerse en cuenta la contracción al determinar el ángulo de desmoldeo requerido. ^{[ 22 ] : 332} Si la capa exterior es demasiado delgada, la pieza moldeada tiende a contraerse sobre los núcleos que se forman durante el enfriamiento y a adherirse a ellos, o la pieza puede deformarse, torcerse, ampollarse o agrietarse al retirar la cavidad. ^{[ 14 ] : 47}

Un molde suele diseñarse de manera que la pieza moldeada permanezca de forma fiable en el lado eyector (B) del molde cuando este se abre, y extrae el canal de alimentación y el bebedero del lado (A) junto con las piezas. La pieza cae entonces libremente al ser expulsada del lado (B). Las compuertas de túnel, también conocidas como compuertas submarinas o de molde, se encuentran debajo de la línea de separación o superficie del molde. Se mecaniza una abertura en la superficie del molde en la línea de separación. La pieza moldeada se corta (por el molde) del sistema de canales de alimentación al ser expulsada del molde. ^{[ 22 ] : 288} Los pasadores eyectores, también conocidos como pasadores de expulsión, son pasadores circulares colocados en cualquiera de las mitades del molde (normalmente la mitad eyectora), que empujan el producto moldeado terminado, o el sistema de canales de alimentación, fuera del molde. ^{[ 14 ] : 143} La expulsión del artículo mediante pasadores, manguitos, extractores, etc., puede causar impresiones o distorsiones indeseables, por lo que se debe tener cuidado al diseñar el molde.

El método estándar de enfriamiento consiste en hacer pasar un refrigerante (generalmente agua) a través de una serie de orificios perforados en las placas del molde y conectados por mangueras para formar un circuito continuo. El refrigerante absorbe el calor del molde (que a su vez ha absorbido el calor del plástico caliente) y mantiene el molde a una temperatura adecuada para solidificar el plástico de la manera más eficiente. ^{[ 14 ] : 86}

Para facilitar el mantenimiento y la ventilación, las cavidades y los núcleos se dividen en piezas, llamadas insertos , y subconjuntos, también llamados insertos , bloques o bloques de guía . Al sustituir los insertos intercambiables, un mismo molde puede producir varias versiones de la misma pieza.

Las piezas más complejas se forman utilizando moldes más complejos. Estos pueden tener secciones llamadas correderas, que se mueven dentro de una cavidad perpendicular a la dirección de estirado, para formar elementos sobresalientes de la pieza. Cuando se abre el molde, las correderas se separan de la pieza de plástico mediante pasadores angulares fijos en la mitad fija del molde. Estos pasadores se insertan en una ranura de las correderas y hacen que estas se muevan hacia atrás cuando se abre la mitad móvil del molde. A continuación, se expulsa la pieza y se cierra el molde. El cierre del molde provoca que las correderas se muevan hacia adelante a lo largo de los pasadores angulares. ^{[ 14 ] : 268}

Un molde puede producir varias copias de las mismas piezas en una sola "inyección". El número de "impresiones" en el molde de esa pieza a menudo se denomina incorrectamente cavitación. Una herramienta con una impresión a menudo se llama molde de impresión (cavidad) única. ^{[ 23 ] : 398} Un molde con dos o más cavidades de las mismas piezas generalmente se llama molde de impresión (cavidad) múltiple. (No confundir con " moldeo de inyección múltiple " {que se trata en la siguiente sección}.) ^{[ 23 ] : 262} Algunos moldes de volumen de producción extremadamente alto (como los de tapas de botellas) pueden tener más de 128 cavidades.

En algunos casos, los moldes de cavidades múltiples fabrican una serie de piezas diferentes en el mismo molde. Algunos fabricantes de moldes los denominan moldes de familia, ya que todas las piezas están relacionadas; por ejemplo, en los kits de maquetas de plástico. ^{[ 24 ] : 114}

Algunos moldes permiten reinsertar piezas previamente moldeadas para que se forme una nueva capa de plástico alrededor de la primera. Esto se conoce como sobremoldeo. Este sistema permite la producción de neumáticos y llantas de una sola pieza.

Los moldes para piezas extremadamente pequeñas y de alta precisión obtenidas mediante moldeo por microinyección requieren un cuidado adicional en la etapa de diseño, ya que las resinas del material reaccionan de manera diferente en comparación con sus contrapartes de tamaño completo, donde deben llenar rápidamente estos espacios increíblemente pequeños, lo que las somete a intensas tensiones de cizallamiento. ^{[ 26 ]}

Moldeo por inyección múltiple

Los moldes de dos, dos o múltiples inyecciones están diseñados para realizar un sobremoldeo dentro de un solo ciclo de moldeo y deben procesarse en máquinas de moldeo por inyección especializadas con dos o más unidades de inyección. Este proceso es, en realidad, un proceso de moldeo por inyección realizado dos veces y, por lo tanto, permite un margen de error mucho menor. En el primer paso, el material del color base se moldea en una forma básica que contiene espacios para la segunda inyección. Luego, el segundo material, de un color diferente, se inyecta en esos espacios. Los pulsadores y las teclas , por ejemplo, fabricados mediante este proceso tienen marcas que no se desgastan y permanecen legibles incluso con un uso intensivo. ^{[ 14 ] : 174}

Almacenamiento de moho

Los fabricantes toman medidas extremas para proteger los moldes personalizados debido a su elevado coste medio. Se mantienen niveles óptimos de temperatura y humedad para garantizar la máxima vida útil de cada molde. Los moldes personalizados, como los utilizados para el moldeo por inyección de caucho, se almacenan en ambientes con temperatura y humedad controladas para evitar deformaciones.

Materiales de herramientas

El acero para herramientas se usa con frecuencia. El acero dulce, el aluminio, el níquel o el epoxi solo son adecuados para prototipos o series de producción muy cortas. ^{[ 1 ]} El aluminio duro moderno (aleaciones 7075 y 2024), con un diseño de molde adecuado, puede fabricar fácilmente moldes capaces de producir 100 000 piezas o más con un mantenimiento adecuado. ^{[ 27 ]}

Por lo general, los materiales plásticos se presentan en forma de gránulos o pellets y se envían desde los fabricantes de materia prima en bolsas de papel. En el moldeo por inyección, el plástico granular previamente secado se alimenta mediante un pistón desde una tolva a un cilindro calentado. A medida que los gránulos avanzan lentamente mediante un émbolo de tipo tornillo, el plástico se introduce a presión en una cámara calentada, donde se funde. Con el avance del émbolo, el plástico fundido se fuerza a través de una boquilla que se apoya contra el molde, permitiendo su entrada en la cavidad del molde a través de un sistema de compuerta y canal de distribución. El molde permanece frío, por lo que el plástico se solidifica casi inmediatamente después de llenarlo. ^{[ 1 ]}

Diferentes tipos de procesos de moldeo por inyección

Mango del cepillo de dientes moldeado tipo sándwich

Aunque la mayoría de los procesos de moldeo por inyección están cubiertos por la descripción del proceso convencional anterior, existen varias variaciones importantes de moldeo que incluyen, entre otras:

• Fundición a presión
• Moldeo por inyección de metales
• Moldeo por inyección de paredes delgadas
• Moldeo por inyección de caucho de silicona líquida ^{[ 30 ] : 17–18}
• Moldeo por inyección reactiva
• Moldeo por microinyección
• Moldeo por inyección asistido por gas
• Tecnología de moldeo cúbico
• Moldeo por inyección multimaterial

Aquí encontrará una lista más completa de los procesos de moldeo por inyección: Manual de moldeo por inyección.

Como todos los procesos industriales, el moldeo por inyección puede producir piezas defectuosas, incluso en juguetes. En este campo, la resolución de problemas suele realizarse examinando las piezas defectuosas en busca de defectos específicos y corrigiéndolos mediante el diseño del molde o las características del propio proceso. A menudo se realizan pruebas antes de la producción en serie para predecir defectos y determinar las especificaciones adecuadas para el proceso de inyección. ^{[ 3 ] : 180}

Cuando se llena un molde nuevo o desconocido por primera vez, donde se desconoce el tamaño de inyección para ese molde, un técnico/ajustador de herramientas puede realizar una prueba antes de una producción completa. Comienzan con un peso de inyección pequeño y lo llenan gradualmente hasta que el molde esté lleno en un 95 a 99%. Una vez que lo logran, aplican una pequeña cantidad de presión de mantenimiento y aumentan el tiempo de mantenimiento hasta que se haya producido la congelación de la compuerta (tiempo de solidificación). El tiempo de congelación de la compuerta se puede determinar aumentando el tiempo de mantenimiento y luego pesando la pieza. Cuando el peso de la pieza no cambia, la compuerta se ha congelado y no se inyecta más material en la pieza. El tiempo de solidificación de la compuerta es importante, ya que determina el tiempo de ciclo y la calidad y consistencia del producto, lo cual en sí mismo es un aspecto importante en la economía del proceso de producción. ^{[ 35 ]} La presión de mantenimiento se aumenta hasta que las piezas estén libres de hundimientos y se haya alcanzado el peso de la pieza.

La potencia necesaria para este proceso de moldeo por inyección depende de muchos factores y varía según el material utilizado. La Guía de Referencia de Procesos de Fabricación indica que los requisitos de potencia dependen de la gravedad específica, el punto de fusión, la conductividad térmica, el tamaño de la pieza y la velocidad de moldeo del material. A continuación, se muestra una tabla de la página 243 de la misma referencia que ilustra las características relevantes para la potencia requerida en los materiales más comunes.

La automatización implica que el menor tamaño de las piezas permite que un sistema de inspección móvil examine varias piezas con mayor rapidez. Además de montar sistemas de inspección en dispositivos automáticos, los robots multieje pueden extraer las piezas del molde y posicionarlas para procesos posteriores. ^{[ 37 ]}

Algunos ejemplos específicos incluyen la extracción de piezas del molde inmediatamente después de su fabricación, así como la aplicación de sistemas de visión artificial. Un robot sujeta la pieza una vez que los pasadores eyectores se han extendido para liberarla del molde. A continuación, la traslada a una zona de sujeción o directamente a un sistema de inspección. La elección depende del tipo de producto y de la disposición general del equipo de fabricación. Los sistemas de visión montados en robots han mejorado considerablemente el control de calidad de las piezas moldeadas por inserción. Un robot móvil puede determinar con mayor precisión la exactitud de la colocación del componente metálico e inspeccionarlo más rápidamente que un ser humano. ^{[ 37 ]}

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  Molde de inyección de Lego , lado inferior
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  Molde de inyección de Lego, detalle de la parte inferior
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  Molde de inyección de Lego, lado superior
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  Molde de inyección de Lego, detalle de la parte superior

• Lindsay, John A. (2012). Guía práctica para el moldeo por inyección de caucho (Edición en línea  ). Shawbury, Shrewsbury, Shropshire, Reino Unido: Smithers Rapra. ISBN 978-1847357083.

Información de la página

• Contracción y deformación – Centro de Diseño de Ingeniería de la Universidad de Santa Clara. Archivado el 30 de mayo de 2020 en Wayback Machine.