El moldeo por inyección es un proceso que utiliza un molde para fabricar piezas inyectando material en estado fundido. Tiene muchos usos para fabricar distintos tipos de plásticos y productos, desde pequeñas cosas que se usan en casa hasta piezas de automóvil. Otro aspecto importante de las piezas que se fabrican con el moldeo por inyección es la velocidad a la que se inyecta el material. Cambiar la velocidad de inyección puede hacer que las piezas sean mejores, que se fabriquen más y que cuesten menos. Esta entrada de blog trata sobre la velocidad a la que se inyecta el material cuando se hace moldeo por inyección. Va a responder a estas preguntas: ¿Qué es la velocidad de inyección? ¿Por qué es importante? ¿Qué cosas pueden cambiar la velocidad de inyección del material? ¿Cómo se puede mejorar?

Introducción al moldeo por inyección

Moldeo por inyección es un proceso de fabricación popular y versátil que se utiliza para producir piezas con formas y patrones intrincados y complejos. Consiste en calentar un material, normalmente un termoplástico, e inyectarlo en un molde donde se enfría y adopta la forma del molde. Este proceso también puede producir grandes cantidades de piezas idénticas con gran precisión y consistencia.

Definición de la tasa de inyección

La velocidad de inyección en el moldeo por inyección es simplemente la rapidez con la que se inyecta el material en la cavidad del molde. A menudo se denomina tasa de flujo, que puede describirse como volumen por unidad de tiempo o tasa de volumen de flujo escrito en centímetros cúbicos por segundo (cc/s) o pulgadas por segundo (in/s). La velocidad de inyección es otro parámetro que influye profundamente en la eficacia de la operación global del molde, la calidad de la pieza moldeada y la productividad general del proceso de moldeo.

Importancia de la velocidad de inyección

La velocidad de inyección es crucial por varias razones:

Calidad del producto final

La velocidad a la que se inyecta el material influye mucho en el aspecto del producto final. Si inyecta demasiado despacio, es posible que no llene el molde por completo, lo que puede causar problemas como disparos cortos o líneas de flujo. Si se inyecta demasiado deprisa, puede producirse flash, que es cuando el material se sale de la cavidad del molde porque hay demasiada presión, o pueden aparecer marcas de quemaduras por aire atrapado.

Eficacia de la duración del ciclo

Otra forma de medir la eficiencia de la fabricación es observar cuánto tiempo se tarda en fabricar una pieza. Esto se denomina tiempo de ciclo. La velocidad de inyección es lo que afecta a la rapidez con la que se llena el molde. La mejor manera de conseguir una tasa de inyección alta es tener un tiempo de ciclo corto. Cuando se tiene un tiempo de ciclo corto, se pueden hacer más piezas en un día. Hacer más piezas en un día tiene muchas ventajas.

Propiedades de los materiales

Sin embargo, el comportamiento de flujo de los distintos materiales es diferente y esto se demostrará con ejemplos específicos más adelante. La velocidad de inyección no es constante, sino que debe ajustarse al material específico que se inyecta en el molde. Por ejemplo, en el caso de un material muy viscoso, se recomienda utilizar una velocidad de llenado más baja, ya que una velocidad de inyección elevada puede provocar una acumulación de tensiones en el molde.

Desgaste del molde

Otro factor importante que influye en la duración de un molde es la rapidez con la que se inyecta plástico en él. Cuando inyectas plástico en un molde, ejerces mucha presión sobre él y haces que se desgaste más rápido. Puede utilizar una nueva máquina de inyección para asegurarse de no utilizar demasiado el molde y hacer que dure más.

Índice de moldeo por inyección de plásticos de uso común

Polipropileno (PP)

El polipropileno es uno de los plásticos más utilizados para moldeo por inyección, y la velocidad de inyección típica es de alrededor de 2-6g/seg. Si mantiene una presión de inyección de 5000psi, mantenido entonces un poco de velocidad de inyección también es posible.

Policarbonato (PC)

El policarbonato suele inyectarse a una velocidad de 2-4 gramos por segundo. Se trata de un plástico de ingeniería que es fuerte y resistente por diseño. Al tratarse de un material de alta viscosidad, si se inyecta demasiado rápido pueden producirse burbujas y una extrusión deficiente.

Poliestireno (PS)

El poliestireno es uno de los plásticos más utilizados en el moldeo por inyección porque es barato y fácil de moldear. Tiene una velocidad de inyección baja, normalmente en torno a 4-10 g/s. Si aumenta la presión de inyección, puede aumentar la velocidad de inyección hasta un nivel que le convenga.

Factores que influyen en la velocidad de inyección

Varios factores influyen en la velocidad de inyección en el moldeo por inyección, como las propiedades del material, el diseño del molde, las capacidades de la máquina y los parámetros del proceso.

Geometría de la pieza

La ubicación y las dimensiones de la pieza moldeada afectan a la velocidad de inyección. Cuanto más grande y complicada sea la pieza, mayor será la velocidad de inyección. La mayoría de las veces, las paredes finas con diseños intrincados requieren velocidades más lentas. Esto se debe a que es difícil garantizar el llenado de toda la sección. Por el contrario, los diseños sencillos y las secciones más gruesas admiten regímenes elevados.

Propiedades de los materiales

Viscosidad: La viscosidad del material fundido afecta a la facilidad con la que fluye. Los materiales de baja viscosidad fluyen fácilmente y pueden inyectarse a alta presión, mientras que los materiales de alta viscosidad deben inyectarse lentamente para evitar defectos.

Propiedades térmicas: Por eso es importante tener en cuenta los datos de conductividad térmica y capacidad térmica del material, ya que de ellos depende la velocidad de enfriamiento y solidificación, así como la velocidad de inyección.

Diseño de moldes

Disposición de las cavidades: El número de cavidades y su disposición en el molde afectan a la velocidad de inyección. Los moldes de una sola cavidad tienen la ventaja de una velocidad de inyección equilibrada, y el sistema de inyección debe garantizar que todas las cavidades se llenen por igual.

Diseño de las compuertas: El tamaño y la ubicación de las compuertas son importantes para el frente de flujo y la distribución del material fundido en el molde.

Sistema de refrigeración: La disposición de los canales de refrigeración y la velocidad de enfriamiento determinan la velocidad de solidificación y la velocidad de inyección.

Capacidades de la máquina

Unidad de inyección: La unidad de inyección y las dimensiones del tornillo/barril determinan la capacidad de inyección y la velocidad de inyección o el número máximo de disparos por ciclo.

Sistemas de control: Entre las ventajas adicionales de avanzar en la automatización y el control se incluye la capacidad de lograr un control más preciso de la velocidad de inyección, lo que ayuda a optimizar el rendimiento del proceso.

Parámetros del proceso

Presión de inyección: La fuerza con la que se empuja el plástico en el molde afecta a la rapidez con la que fluye y al llenado del molde.

Temperatura de fusión: La temperatura del plástico influye en su grosor y rapidez de fluidez. Por ejemplo, si el plástico está demasiado caliente, será demasiado fino y fluirá demasiado rápido.

Temperatura del molde: Lo caliente o frío que esté el molde afecta a la rapidez con la que el plástico se enfría y solidifica después de ser inyectado en el molde.

Cálculo de la tasa de inyección

Los elementos que afectan al intento de determinar la mejor tasa de inyección incluyen el volumen de la cavidad, el material y la capacidad de la máquina de moldeo por inyección. La velocidad de inyección puede determinarse mediante la siguiente fórmula:

Velocidad de inyección = Volumen de la cavidad del molde/Tiempo de llenado

Dónde:

Volumen de la cavidad del molde es el volumen total de la cavidad del molde que ocupará el material fundido.

El tiempo de llenado es el tiempo necesario para impregnar o llenar completamente la cavidad del molde.

Puede depender del tiempo necesario para llenar el material, de las propiedades de flujo del material y de los parámetros del proceso. Los resultados son razonablemente buenos, pero para establecer la aplicación óptima es importante realizar experimentos y simulaciones para determinar el tiempo de llenado y la velocidad de inyección del material adecuados.

Velocidad de inyección y su repercusión en la calidad del producto

Como han descubierto, la velocidad de inyección afecta en gran medida a la pieza que produce la máquina de moldeo. He aquí algunos defectos comunes en los que influye la velocidad de inyección:

Alabeo

El alabeo se produce cuando una pieza se dobla después de haber sido fabricada, normalmente porque se enfría de forma desigual y queda tensión en ella. Si se inyecta demasiado rápido, se enfría a diferentes velocidades y se contrae de forma desigual, lo que provoca el alabeo.

Marcas de fregadero

Las marcas de hundimiento son un defecto de la superficie que aparece paralelo a la dirección de tracción y se caracteriza por depresiones o hendiduras, especialmente en las zonas más gruesas de la pieza. Una velocidad de inyección lenta también provoca un empaquetado insuficiente y baja presión para ayudar a conformar el material, lo que da lugar a marcas de hundimiento.

Líneas de soldadura

Las líneas de soldadura o líneas de flujo son defectos que se producen cuando dos o más frentes de flujo se encuentran y no se unen correctamente. Aunque una alta velocidad de inyección es buena porque acelera el ciclo de moldeo, puede provocar turbulencias y una mala unión en las líneas de soldadura, lo que debilita la pieza y afecta a su aspecto.

Optimización de la tasa de inyección

Es importante tener en cuenta que la velocidad de inyección debe ajustarse correctamente para crear una pieza moldeada de forma adecuada y minimizar los costes desperdiciados. Estas son algunas estrategias para optimizar la velocidad de inyección:

Simulación de procesos

Utilizando la simulación de procesos de ingeniería asistida por ordenador antes de fabricar la pieza buena, puede simular la mejor velocidad de inyección y averiguar qué problemas puede tener en la producción. La simulación puede indicarle cómo fluirá el metal, cómo cambiará la temperatura y cómo se solidificará el metal cuando diseñe la forma en que fluye el metal fundido y la forma en que lo inyecta.

Ensayo y error

Aunque hemos avanzado mucho con las herramientas de simulación, la mejor manera de encontrar la mejor tasa de inyección sigue siendo el ensayo y error. Para optimizar su proceso de moldeo por inyección parámetros aún más, puede realizar experimentos con diferentes velocidades de inyección. Observando las piezas que moldea, puede averiguar qué ajustes necesita para obtener los mejores resultados.

Sistemas de control avanzados

Hoy en día, las máquinas de moldeo por inyección también están equipadas con complejos mecanismos de control que permiten variar la velocidad de inyección. Estos sistemas pueden controlar el caudal de los inyectores casi en tiempo real en función de la información recibida de los sensores; esto ayudaría a mantener un rendimiento óptimo.

Retos y soluciones

En este artículo se identifican tres aspectos de la velocidad de inyección que resultan problemáticos: las variaciones de los materiales, las limitaciones de la máquina y la complejidad de la pieza. He aquí algunos problemas comunes y sus soluciones:He aquí algunos problemas comunes y sus soluciones:

Variabilidad de los materiales

Los distintos lotes de material tienen viscosidades y características de flujo diferentes, lo que puede hacer que la tasa de inyección correspondiente varíe mucho. En este contexto, la aplicación de buenas medidas de control de calidad ayudará a hacer frente a estas variaciones, y la colaboración con los proveedores de material también será muy importante en todo el proceso.

Limitaciones de la máquina

Es posible que las máquinas de moldeo por inyección más antiguas no tengan tantas opciones para controlar la velocidad de inyección de forma óptima. Hay dos maneras de cambiar la forma en que se controla y optimiza el proceso: comprar máquinas nuevas con mejores sistemas de control o modernizar las máquinas antiguas con mejores sistemas de control.

Geometrías de piezas complejas

Las piezas con paredes complejas y secciones finas suponen un reto especial a la hora de garantizar un flujo de material adecuado y uniforme. Para evaluar el comportamiento del flujo y optimizar los cambios en el diseño del molde, como el establecimiento de un patrón de llenado adecuado mediante el control de factores como la ubicación y el tamaño de la compuerta, es fundamental mejorar la uniformidad del llenado.

Tendencias futuras en la optimización de la tasa de inyección

El mundo del moldeo por inyección no está estancado y los fabricantes de piezas buscan constantemente soluciones mejoradas, mejores tecnologías y tendencias innovadoras que puedan llevar a esta industria a un nuevo nivel. Algunas tendencias futuras en la optimización de la velocidad de inyección son:

Industria 4.0 y fabricación inteligente

Industria 4.0. La introducción de tecnologías digitales en las empresas y su continua evolución se conoce comúnmente como Industria 4.0. Avances como el IoT y la analítica de datos garantizan la supervisión en tiempo real y la mejora de la moldeo por inyección proceso. Los sistemas de fabricación inteligentes pueden supervisar todo el proceso de fabricación y recopilar datos de sensores para ayudar a determinar la mejor velocidad de inyección y otros parámetros.

Inteligencia artificial y aprendizaje automático

Los algoritmos de aprendizaje automático y las técnicas de inteligencia artificial pueden utilizar los datos históricos del proceso para determinar correlaciones y tendencias que, mediante un modelo, calculan la tasa de inyección adecuada para el tipo de material utilizado y el diseño de la pieza que se va a fabricar. Las tecnologías aquí expuestas son herramientas útiles para aumentar la eficacia del proceso y evitar las pruebas a ciegas.

Materiales avanzados

Unos materiales mejores, con mayor fluidez y refuerzo, pueden ayudarle a sacar más piezas del molde y a obtener piezas de mejor calidad. Debe hablar con los científicos y proveedores de materiales para averiguar qué tipo de material es el mejor para su aplicación.

Conclusión

La velocidad de inyección es uno de los factores más importantes en el moldeo por inyección. Determina la calidad, la productividad y el coste de las piezas producidas. Si comprende la naturaleza del proceso, la velocidad de inyección y sigue las directrices recomendadas, podrá maximizar la calidad de las piezas y la productividad de su planta. Mediante el uso de tecnologías avanzadas como la simulación de procesos, la IA y la fabricación inteligente, puede mejorar su proceso de moldeo por inyecciónControlar la tasa de inyección y seguir siendo competitivos frente a la innovación.

Resumiendo, si quieres meter más plástico en el molde y tener una idea general de cómo hacerlo, tienes que saber cómo es el material, cómo es el molde, qué puede hacer la máquina y cuáles son los ajustes. Puede utilizar un ordenador para saber qué hacer y probar distintas formas de hacerlo. También puedes utilizar un ordenador para controlar la máquina y hacer que haga lo que tú quieras. Si haces todo esto, puedes meter más plástico en el molde y hacer mejores piezas y menos piezas malas y hacer más piezas en menos tiempo. Si quieres dirigir una empresa de moldeo, tienes que seguir creciendo y cambiando y haciendo cosas nuevas para que puedas hacer mejores piezas y ganar más dinero.