ciclo inyeccion

El proceso de inyección

Ramón Cabós

SALVADOR PLANA

Administrador

Text

For Evaluation Only. Copyright (c) by VeryPDF.com Inc Edited by VeryPDF PDF Editor Version 2.2


BIBLIOGRAFÍA• Donald and Dominick V. Rosato. Injection Molding Handbook. Chapman & Hall. New

York, 1995

• Friedrich Johannaber. Injection Molding Machines. A User’s Guide. Hanser, Münich, 1994

• Gerd Pötsch, Walter Michaeli. Injection Molding. An Introduction. Hanser, Münich, 1995

• Douglas M. Bryce. Plastics Injection Molding... Manufacturing process fundamentals. SME. Dearborn, 1996

• José Luis Arazo. Inyección de termoplásticos. Plastic Comunication. Barcelona, 1999

• http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj (Intelligent Systems Laboratory. Michigan StateUniversity).

Salvador Plana

Administrador

Text


El proceso de inyección consiste en introducir en un molde bajo elevada presión un material plástico en estado fundido. En dicho molde que le dará la forma, se enfriará y posteriormente se extraerá la pieza conformada.


Salvador Plana

Administrador

Text


Microinyección

Inyección de piezas de grandes dimensiones

Salvador Plana

Administrador

Text


www.upc.es/ccpEl proceso de inyección. A.Gordillo (2005)

• Tamaño

• Longitud

• Espesor

• Complejidad

• Parámetros de inyección

GEOMETRÍA

• Molde

• Máquina de inyección (inyectora)

PROCESO

• Reología• Curvas pvT• Cristalinidad

MATERIAL

HERRAMIENTAS

Relación proceso -

estructura -propiedades

Administrador

Text


Plano de partición

Sistema de atemperación

Sistema de alimentación

Cavidad

Sistema de expulsión

Punto de inyección o entrada

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESOH

ER

RA

MIE

NT

AS

EL M

OLD

E

Salvador Plana

Administrador

Text


HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Unidad de cierre Molde

Unidad de inyección

Unidad de control

• Calentar

• Homogeneizar

• Inyectar

HE

RR

AM

IEN

TA

SLA

MÁ

QU

INA

DE

INY

ECC

IÓN

Salvador Plana

Administrador

Text


FUER

ZA D

E C

IER

RE

CÁLCULO DE LA FUERZA DE CIERRE

El plástico se inyecta dentro del molde a alta presión (que puede ser incluso superior a los 2.000 bar). El molde debe realizar una fuerza opuesta a la presión de inyección para mantener el molde cerrado y obtener así piezas de buena calidad. La unidad de cierre proporciona la fuerza de cierre.Las máquinas de inyección se clasifican por su fuerza de cierre

Dirección de cierre

Área proyectada

Salvador Plana

Administrador

Text


FUER

ZA D

E C

IER

RE

Cálculo de la Fuerza de cierre

- Coeficiente corrector KM en función del material a inyectar.

para PC, PMMA, PPO, PVCKM = 2

para SAN, ABS, CA, POM SBKM = 1.5

para PA, PE, PSKM = 1Coeficiente corrector KM

La fuerza de ciere podrá estimarse como el producto de la presión media en el molde -obtenida en el gráfico-, por el área proyectada y por el coeficiente corrector KM. Además, como mínimo sumar un 10% a un 15% de margen de seguridad.

Una forma de evaluarla es:- Calcular el recorrido de flujo (LF)- Calculo de la relación de flujo: relación entre la longitud de flujo y el espesor medio de las paredes a inyectar.

Cálculo de la presión media en el molde utilizando el siguiente diagrama

Salvador Plana

Administrador

Text


FUER

ZA D

E C

IER

RE

Cálculo de la Fuerza de cierre

Salvador Plana

Administrador

Text


Selección de la máquina

1. Fuerza de cierre necesaria2. Dimensiones físicas del molde (distancia entre columnas)3. Recorrido del plato móvil (para poder extraer la pieza)4. Volumen de material a inyectar5. Tiempo de residencia del plástico en el interior del husillo6. Precio

Salvador Plana

Administrador

Text


PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

a) Cierre del molde

b) Inyección y c) Mantenimiento

d) Plastificación y e) Refrigeración

f) Apertura del molde y expulsión de la pieza

• Calentar

• Homogeneizar

• Contrapresión

• Husillo• Punto de

inyección

Salvador Plana

Administrador

Text


AN

ILLO

DE

RET

ENC

IÓN

Previene el reflujo de material durante las etapas de inyección y de mantenimiento.

Salvador Plana

Administrador

Text


PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Salvador Plana

Administrador

Text



PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

e) Refrigeración

b) Inyección

c) Mantenimiento

d) Plastificación

f) Apertura y expulsión

InicioFinal

a) Cierre

Tiempo

El tiempo de refrigeración es el que ocupa la mayor parte del ciclo de inyección


Modelo de viscosidad


Factores que afectan a la inyección

1. Temperatura de inyección2. Velocidad de giro del husillo3. Contrapresión4. Temperatura de molde (tiempo de ciclo)5. Presión de inyección6. Presión de mantenimiento


TE

MPE

RA

TU

RA

DE

INY

EC

CIÓ

N

Una de las misiones de la unidad de inyección es la plastificación del material.Por tanto ha de calentar el material para “fundirlo” y homogeneizarlo. Si es demasiado baja el plástico será demasiado viscoso y si es muy alta se puede degradar y aumenta el tiempo de ciclo. Materiales más viscosos requerirán de una temperatura de transformación mayor pues costará más de plastificarlos

La temperatura del plástico es diferente a la temperatura que marca la sonda de temperatura. Lo ideal es medir la temperatura del plástico fundido a la salida de la unidad de inyección con un pirómetro. Asegurarse que los sensoresde temperatura midan correctamente (cuidado con las acumulaciones de aire, suciedad o quemados entre las sondas y el cilindro).

Una temperatura de inyección más baja proporciona:

•Ahorro de energía

•Menor tiempo de ciclo

Tiempo de residencia.


VE

LO

CID

AD

DE

GIR

O

La plastificación no debe prolongar el ciclo: la velocidad de giro ideal es aquella que produce la plastificación en el último punto posible sin necesidad de alargar el tiempo de ciclo.

Una velocidad de giro excesiva empeora la calidad de la plastificación:

• generando la presencia de infundidos

• mala homogeneidad del material

• puede provocar excesiva cizalla y degradar parte del material


CO

NT

RA

PRE

SIÓ

N

Un aumento de la contrapresión implica:

-Un incremento del tiempo de plastificación y del tiempo bajo cizalla

-Un incremento de la temperatura del plástico

-Un aumento de la compresión del material y, por tanto, de la cantidad de material a inyectar

Una contrapresión baja implica:

-Poca homogenización del material y piezas inconsistentes

Utilizar una contrapresión más alta si se utiliza un porcentaje elevado de la capacidad de inyección de la máquina o en el caso de ciclos cortos.


TE

MPE

RA

TU

RA

DE

L M

OL

DE

El suministrador de la granza sugiere una temperatura de molde óptima.

La temperatura media de la cavidad será mayor que la temperatura del refrigerante durante la producción, en general 10 a 20ºC. Si supera los 40ºC puede ser necesaria la utilización de placas aislantes en el molde para ahorrar energía y estabilizar el proceso.

Curvas de temperatura-tiempo en diferentes lugares del molde:a) superficie de la cavidad

b) Pared del canal del refrigerante

c) Temperatura del refrigerante


TE

MPE

RA

TU

RA

DE

L M

OL

DE

Una temperatura de molde más fría da lugar a una velocidad de enfriamiento mayor y, por tanto, un mayor porcentaje de capa fría.

Una diferencia de temperaturas entre caras opuestas superior a 10-15º para obtener buenas tolerancias.

Una capa de aire puede impedir una buena transferencia de calor. Cuidado con las separaciones entre insertos y placas de los moldes.

Un largo tiempo de uso del molde puede dar lugar a que los canales se ensucien por óxidos o incrustaciones disminuyendo la pérdida de carga y la capacidad de atemperación del molde.

Una temperatura de molde más baja disminuye el tiempo de ciclo

Una temperatura de molde mayor aumenta el brillo y el acabado superficial


TIE

MPO

DE

CIC

LO


PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Evolución de la temperatura durante el ciclo de inyecciónT

empe

ratu

ra (°

C)

Tiempo (s)0 5 15 33 35

200

100

0

Cie

rre

del m

olde

y ll

enad

o de

la c

olad

aLl

enad

o

Man

teni

mie

nto

de la

pre

sión

Refrigeración

Solid

ifica

ción

de

la e

ntra

da

Expu

lsió

n

Interior de la cavidadEntrada


PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Evolución de la presión durante el ciclo de inyección

Refrigeración

Llen

ado

Man

teni

mie

nto

de la

pre

sión

Solid

ifica

ción

de

la e

ntra

da

Expu

lsió

n

Pres

ión

en la

cav

idad

(MPa

)

Tiempo (s)0 5 15 33 35

50

25

0

Cie

rre

del m

olde

y ll

enad

o de

la c

olad

a Tiempo de molde cerrado

Tiempo de ciclo


PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Pres

ión

en la

ca

vida

d (M

Pa)

Tiempo (s)0 5 15 33 35

Tem

pera

tua

(ºC

)

1

1 Cierre del molde y llenado de la colada

Interior de la cavidadEntrada

2 Llenado

2 3

3 Mantenimiento de la presión.Solidificación de la entrada

4 Expulsión

4 5


PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Factores que afectan a la presión de llenado

Viscosidad del material:

Geometría del molde y de la piezaTipo de material: fluidez, cargas, etc...

Temperatura de inyección

Temperatura del molde

Geometría de la colada. Colada caliente/fría

Geometría del punto de inyección

Geometría de la pieza: espesor, longitud. Complejidad

Velocidad de inyección. Perfil de velocidades.

Poliamida sin carga inyectada a 290ºC


Pres

ión

de ll

enad

o (M

Pa)

Tiempo (s)0 5 10 15

10

30

50

70

Poliamida con carga de vidrio inyectada a 290ºC

http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj


PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Factores que afectan a la presión de llenado



Pres

ión

de ll

enad

o (M

Pa)

Tiempo (s)0 5 10 15

10

30

50

70

Poliamida con carga de vidrio inyectada a 290ºC


La fase de llenado se ha de considerar claramente como no isoterma. Existe una capa fría cerca de la pared del molde que se va desarrollando en función del tiempo. Así, la sección transversal al flujo cambia con el tiempo. Existe un calentamiento viscoso y enfriamiento en la pared del molde. Frente de avance en forma de Flujo Fuente


Capa solidificada

Pared molde

Pared molde

Estirado y orientado

del material

PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Flujo Fuente

El flujo que existe durante el moldeo por inyección es complicado porque el plástico se enfría y solidifica durante el proceso de llenado. El perfil de llenado no es una típica parábola porque el polímero cercano de la pared fría del molde solidifica formando una piel entre el molde y el núcleo.

P

Frente de avance del

fluido


PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Capa Fría y Estructura Piel-Núcleo

Otro aspecto a considerar es el efecto de la superficie de enfriamiento sobre la microestructura. La capa cercana a la pared del molde se enfría rápidamente (capa fría). Este rápido enfriamiento de la piel inducirá características amorfas, mientras que el núcleo, que se enfría mucho más lentamente dando lugar a un núcleo más cristalino. Este enfriamiento anisotrópico puede presentar un problema cuando se desean propiedades isotrópicas.

Estructura piel-núcleo

Flujo en el núcleo

Piel fría

Entrada

Tesis doctoral de Hans Ziudema. Univ. Tech. Eindhoven. 2000


PRO

CE

SOEL

CIC

LO D

E IN

YEC

CIÓ

N

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Efecto del flujo sobre la orientación de las fibras

El gran impacto del flujo fuente en la inyección está en la forma en que se induce la orientación de las fibras en la pared.

Hay dos consideraciones básicas para la orientación inducida por el flujo:El flujo de cizalla que alinea las fibras en dirección del flujo.El flujo estira y alinea las fibra en dirección del estiramiento



MA

TE

RIA

LV

ISC

OSI

DA

D

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

τ = FS

Tensión de cizalla

vy δv

δyγ =. Velocidad de

deformación

τγη = .Viscosidad

τ

γ

η

Newtoniano

Pseudoplástico


MA

TE

RIA

LV

ISC

OSI

DA

D

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

τγη = .Viscosidad

τ

γ

η

Newtoniano

Pseudoplástico

↑T

↑p

Mod

elo

de

vi

scos

idad η

η

γ.


MA

TE

RIA

LC

urva

s pvT

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

v

T

Material amorfo

↑p

Tg

v

T

Material semicristalino

Tg Tf

↑p


GE

OM

ET

RÍA

ESPE

SOR

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

Temperatura T

Vol

umen

esp

ecífi

co v

Enfriamiento rápidoEnfriamiento lento


GE

OM

ET

RÍA

ESPE

SOR

HERRAMIENTAS

GEOMETRÍA MATERIAL

PROCESO

T

v


Rechupes

Vacuolas


p1

p2

p3

v

T

HERRAMIENTASGEOMETRÍA

MATERIAL PROCESO

2

1-2 Mantenimiento

TEXPULSIÓN

3

4

2-4 Refrigeración

0

1

0-1 Inyección

5

4-5 Enfriamiento fuera del molde

TAMBIENTE

RE

LA

CIÓ

N P

RO

CE

SO-

EST

RU

CT

UR

A-P

RO

PIE

DA

DE

S

Con

trac

ción



MATERIAL PROCESO

RE

LA

CIÓ

N P

RO

CE

SO-

EST

RU

CT

UR

A-P

RO

PIE

DA

DE

S

• Tipo de material v

TTEXPTAMB

C

Amorfo Semicristalino Con carga mineral

• Amorfo

• Semicristalino

• Cargas y refuerzos



MATERIAL PROCESO

RE

LA

CIÓ

N P

RO

CE

SO-

EST

RU

CT

UR

A-P

RO

PIE

DA

DE

S

p1

p2

p3

v

T

2

TEXPULSIÓN

3

4

0

1

5

1-2 Mantenimiento

2-4 Refrigeración

0-1 Inyección

4-5 Enfriamiento fuera del molde

TAMBIENTE

• Tipo de material• Amorfo

• Semicristalino


• Proceso• Presión

3



MATERIAL PROCESO

RE

LA

CIÓ

N P

RO

CE

SO-

EST

RU

CT

UR

A-P

RO

PIE

DA

DE

S


• Semicristalino


• Proceso• Presión• Temperaturas de inyección y del molde

Tv


• Geometría de la pieza• Espesor, complejidad



MATERIAL PROCESO

RE

LA

CIÓ

N P

RO

CE

SO-

EST

RU

CT

UR

A-P

RO

PIE

DA

DE

S


• Semicristalino


• Proceso• Presión• Temperaturas de inyección y del molde

• Geometría de la pieza• Espesor, complejidad

• Longitud de flujo

Estructura piel-núcleo



MATERIAL PROCESO

RE

LA

CIÓ

N P

RO

CE

SO-

EST

RU

CT

UR

A-P

RO

PIE

DA

DE

S

Presión

Tem

pera

tura

Degradación térmica

Piezas faltadas

Rebabas

Problemas de fusión y plastificación

Ventana de proceso

ciclo inyeccion

Documents

expulsinpunto de inyeccin

mquinas de inyeccin

inyeccin de termoplsticos

molde cerrado

dicho molde

fuerza de cierredireccin

fuerza opuesta

fuerza de cierreel plstico