¿Qué es el moldeo por inyección de plástico y cómo funciona?

El moldeo por inyección consiste en calentar gránulos de plástico hasta fundirlos, inyectar el plástico fundido en un molde con una máquina y dejarlo enfriar para obtener una pieza. Es una buena forma de fabricar productos plásticos porque es rápida, precisa y permite crear objetos muy diversos, como piezas de automóviles, fundas de teléfono y recipientes alimentarios.

Ⅰ.Comprender el moldeo por inyección

1.1 Moldeo por inyección de plásticos Definición

El moldeo por inyección, también conocido como moldeo por inyección, es un método de moldeo que combina la inyección y el conformado. Las ventajas del método de moldeo por inyección son una velocidad de producción rápida y una alta eficiencia; la operación puede automatizarse; existen numerosos diseños y colores; las formas pueden ir de simples a complejas y los tamaños, de grandes a pequeños; las dimensiones de los productos son precisas; los productos son fáciles de sustituir y pueden adoptar formas complejas. El moldeo por inyección es adecuado para la producción en masa, los productos de formas complejas y otros campos de procesamiento por moldeo.

1.2 Antecedentes históricos y proceso de evolución

En 1868, Hyatt desarrolló un material plástico al que denominó celuloide. El celuloide había sido inventado en 1851 por Alexander Parks. Hyatt lo mejoró para poder procesarlo y obtener formas acabadas. Hyatt y su hermano Isaiah registraron en 1872 la patente de la primera máquina de inyección por émbolo. Esta máquina era relativamente sencilla en comparación con las utilizadas en el siglo XX. Funcionaba básicamente como una jeringa hipodérmica gigante. Esta aguja gigante (cilindro de difusión) inyectaba el plástico en el molde a través de un cilindro calentado. En la década de 1940, la Segunda Guerra Mundial generó una enorme demanda de productos baratos fabricados en serie. En 1946, el inventor estadounidense James Watson Hendry construyó la primera máquina de moldeo por inyección, que permitió controlar con mayor precisión la velocidad de inyección y la calidad de los artículos producidos. Esta máquina también permite mezclar el material antes de la inyección, de modo que los plásticos coloreados o reciclados puedan mezclarse completamente con el material virgen. En 1951, Estados Unidos desarrolló la primera máquina de inyección de husillo. No se solicitó una patente y este dispositivo sigue utilizándose.

En la década de 1970, Hendry desarrolló el primer proceso de moldeo por inyección asistido por gas y permitió fabricar productos huecos complejos que se enfriaban rápidamente. Esto aumenta enormemente la flexibilidad del diseño, así como la resistencia y los puntos finales de las piezas fabricadas, al tiempo que reduce el tiempo de producción, el coste, el peso y los residuos.

Ⅱ.Proceso de moldeo por inyección de plásticos

2.1 Diseño del molde

El molde de inyección se compone principalmente de piezas de moldeo (las piezas que componen la cavidad en las partes móviles y fijas del molde), sistema de compuerta (el canal a través del cual el plástico fundido entra en la cavidad del molde desde la boquilla de la máquina de inyección), piezas de guía (cuando el molde está cerrado, se puede alinear con precisión), mecanismo de expulsión (el dispositivo que empuja el plástico fuera de la cavidad después de que el molde se separa), sistema de ajuste de la temperatura (para cumplir los requisitos de temperatura del molde en el proceso de inyección), sistema de escape (para eliminar el aire de la cavidad durante el moldeo y los gases volátiles del propio plástico se descargan fuera del molde, a menudo con ranuras de escape en la superficie de separación) y piezas de soporte (componentes utilizados para instalar, fijar o soportar las piezas moldeadas y otros mecanismos), a veces con separación lateral y mecanismo de extracción del núcleo.

2.1.1 Pasos de diseño del molde de inyección

**1. Preparación previa al diseño **(1) Informe de diseño. (2) Comprender las piezas plásticas: forma, uso y materiales. (3) Comprobar cómo se fabrican. (4) Conocer el modelo y tamaño de la máquina de inyección.

**2. Elabore una ficha del proceso de moldeo **(1) Conozca el producto, incluidos el plano, el peso, el espesor, el área, el tamaño y cualquier característica o pieza especial. (2) Conozca el plástico utilizado en el producto, incluidos el nombre, el modelo, el fabricante, el color y si necesita secado. (3) Conozca los principales datos técnicos de la máquina de moldeo por inyección, incluidos el tamaño de la máquina y del molde, el tipo de tornillo y la potencia. (4) Conozca la presión y la distancia que utiliza la máquina de moldeo por inyección. (5) Conozca las condiciones de moldeo por inyección, incluidas la temperatura, la presión, la velocidad y la fuerza de cierre.

3. Pasos para diseñar la estructura de un molde de inyección (1) Determine cuántas cavidades necesita. Considere cuánto plástico puede inyectar, cuánta fuerza de cierre puede aplicar, la precisión requerida y el presupuesto. (2) Decida dónde se separará el molde. Debe ser sencillo, fácil de desmontar y no perjudicar el aspecto ni el funcionamiento de la pieza. (3) Determine la disposición de las cavidades. Procure que sea equilibrada. (4) Decida cómo entrará el plástico en el molde, incluidos el canal principal, los canales, las compuertas y el pozo frío. (5) Decida cómo expulsar la pieza. Las distintas partes del molde usarán diferentes métodos de expulsión.

(6) Decida cómo controlar la temperatura. El sistema depende del plástico utilizado. (7) Determine cómo mecanizar e instalar la matriz o el núcleo mediante una estructura de insertos. Divida los insertos en secciones e instálelos a la vez. (8) Determine cómo evacuar el aire. Normalmente pueden usarse la superficie de partición y la holgura del mecanismo de expulsión, pero los moldes grandes y rápidos necesitan soluciones de ventilación específicas. (9) Calcule el tamaño del molde de inyección. Use las fórmulas para dimensionar las piezas moldeadas y, después, el espesor de la pared lateral y del fondo de la cavidad, del apoyo del núcleo, de la placa móvil y de la placa de cavidades modular, así como la altura del molde.

(10) Utilice una base de molde estándar. Selecciónela a partir de las dimensiones principales calculadas e intente usar componentes normalizados. (11) Dibuje un croquis de la estructura. Es importante crear un croquis estructural completo y el diagrama del molde. (12) Compruebe las dimensiones del molde y de la máquina: volumen máximo de inyección, presión, fuerza de cierre, dimensiones de montaje, carrera de apertura y mecanismo de expulsión. (13) Revise el diseño estructural. Realice una revisión preliminar, obtenga la aprobación del usuario y confirme o modifique sus requisitos. (14) Cree el plano de montaje. Muestre claramente el encaje, dimensiones, números de pieza, listas, cajetines y requisitos técnicos de cada componente, incluidos construcción, montaje, uso, protección contra óxido, numeración, grabado, sellado con aceite, almacenamiento y requisitos de ensayo o inspección.

(15) Prepare los planos de las piezas del molde. Desmonte conceptualmente el molde y dibuje las piezas en este orden: de dentro hacia fuera, de las más complejas a las más sencillas y de las que conforman el producto a las que sostienen el conjunto. (16) Revise los planos de diseño. El último paso del diseño consiste en volver a examinarlos, esta vez para asegurarse de que las piezas puedan fabricarse.

2.2 Selección del material

2.2.1 Tipos de materiales plásticos utilizados habitualmente en el moldeo por inyección

**1. Polipropileno (PP) **El polipropileno es un material plástico común y muy utilizado en el moldeo por inyección. Es ligero, resistente a ácidos y álcalis y tiene baja densidad. También presenta una excelente resistencia al desgaste y al impacto. Como su temperatura de fusión es relativamente baja, durante el moldeo por inyección se deben controlar la temperatura de fusión y la presión de inyección para evitar problemas.

**2. Poliamida (PA) **La poliamida es un material plástico de alto rendimiento, gran resistencia, elevada tenacidad y alta resistencia al desgaste. Por ello, se utiliza ampliamente en los sectores de automoción, aeroespacial y electrónico, entre otros. Al inyectar poliamida se requiere una temperatura de fusión superior, por lo que es necesario controlar la temperatura y el tiempo de inyección para evitar problemas como la combustión del material.

**3. Poliuretano (PU) **El poliuretano es un excelente material plástico con gran resistencia al desgaste, al aceite y a los rayos UV, entre otras propiedades, por lo que se utiliza ampliamente en la industria, la construcción y otros ámbitos. Al realizar moldeo por inyección con poliuretano, es necesario inyectarlo a una temperatura más alta y controlar la presión y el tiempo de inyección para evitar problemas de separación del material respecto del molde. Además del polipropileno, la poliamida y el poliuretano, existen muchos otros materiales plásticos aptos para el moldeo por inyección, como el polietileno (PE), el policarbonato (PC), etc. Cada material plástico exige precauciones distintas durante el moldeo por inyección y los parámetros deben ajustarse a la situación concreta.

2.2.2 Factores que afectan a la selección de materiales

Propiedades físicas. Las propiedades físicas de un material, como resistencia, dureza, tenacidad y resistencia a la corrosión, determinan su comportamiento durante el uso. Por ejemplo, si una pieza debe soportar calor o impactos, o ser muy resistente, hay que elegir un material con las propiedades físicas adecuadas.

Propiedades químicas. Las propiedades químicas del material, como su facilidad para oxidarse o su resistencia a ácidos y bases, también son importantes, sobre todo si la pieza estará en un entorno donde pueda reaccionar con sustancias químicas.

Coste de producción. El coste de fabricación también es fundamental e incluye tanto el coste de las materias primas como la dificultad de producir la pieza.

Respeto al medio ambiente. Al considerar la sostenibilidad y la protección del planeta, es importante elegir materiales que sean beneficiosos para el medio ambiente.

2.3 Sujeción del molde

El cierre del molde es el primer paso del proceso de moldeo por inyección. La apertura y el cierre del molde de la máquina se realizan mediante el sistema de cierre. Al cerrarlo, este puede aplicar una fuerza fiable para soportar la enorme fuerza de apertura provocada por la inyección y el llenado de plástico fundido a alta presión.

2.4 Moldeo por inyección (inyección/llenado)

El proceso de inyección suele constar de tres pasos: alimentación, plastificación e inyección. A una temperatura determinada, el material plástico totalmente fundido se mezcla mediante el tornillo y se inyecta en la cavidad del molde con alta presión. (Nota: Control de temperatura y control de presión).

2.4.1 Control de la temperatura

1. Temperatura del cilindro Durante el moldeo por inyección deben controlarse, entre otras, las temperaturas del cilindro, de la boquilla y del molde. Las dos primeras afectan principalmente a la plastificación y al flujo, mientras que la última influye sobre todo en el flujo y el enfriamiento. Cada plástico tiene una temperatura de flujo distinta. Incluso un mismo plástico presenta diferentes temperaturas de flujo y descomposición según su origen o grado, debido a diferencias de peso molecular medio y distribución molecular. Los distintos tipos de máquinas también modifican estas temperaturas. El proceso de plastificación cambia de una máquina a otra y, por ello, también lo hace la temperatura del cilindro.

**2. Temperatura de la boquilla **La temperatura de la boquilla suele ser ligeramente inferior a la temperatura máxima del cilindro. Así se evita el “goteo” que puede producirse con una boquilla de paso directo. La temperatura de la boquilla no puede ser demasiado baja, pues el material fundido se solidificaría demasiado pronto y obstruiría la boquilla, o el material solidificado se inyectaría en la cavidad del molde y estropearía el producto.

**3. Temperatura del molde **La temperatura del molde influye mucho en el rendimiento intrínseco y la calidad aparente del producto. Depende de la cristalinidad del plástico, el tamaño y estructura del producto, los requisitos de rendimiento y otras condiciones del proceso (temperatura de fusión, velocidad y presión de inyección, ciclo de moldeo, etc.).

2.4.2 Control de la presión

La presión durante el proceso de moldeo por inyección incluye la presión de plastificación y la presión de inyección, y afecta directamente a la plastificación del plástico y a la calidad del producto.

**1. Presión de plastificación (contrapresión): **En una máquina de inyección de husillo, la presión sobre la masa fundida en la punta del husillo cuando este gira y retrocede se denomina presión de plastificación o contrapresión. Se ajusta mediante la válvula de alivio del sistema hidráulico. Durante la inyección permanece invariable con la velocidad del husillo. Aumentarla eleva la temperatura de la masa, pero reduce la velocidad de plastificación; además, puede uniformar la temperatura, mezclar homogéneamente los colorantes y expulsar el gas. En general debe fijarse lo más baja posible sin perjudicar la calidad. El valor concreto depende del plástico, pero rara vez supera 20kg/cm².

**2. Presión de inyección **En la producción actual, la presión de inyección de casi todas las máquinas de inyección se basa en la presión que ejerce el émbolo o la punta del husillo sobre el plástico (convertida a partir de la presión de la línea de aceite). La función de la presión de inyección en el moldeo por inyección consiste en vencer la resistencia al flujo del plástico desde el cilindro hasta la cavidad, proporcionar a la masa fundida una velocidad de llenado y compactarla.

La presión de inyección se divide en presión de inyección y presión de mantenimiento, normalmente de 1 a 4 etapas de presión de inyección y de 1 a 3 etapas de presión de mantenimiento. Por lo general, la presión de mantenimiento es menor que la presión de inyección y debe ajustarse en función del material plástico real utilizado para lograr el mejor resultado, las propiedades físicas, el aspecto y los requisitos de tamaño.

2.5 Enfriamiento y solidificación

En el moldeo por inyección, la refrigeración es uno de los factores más importantes que determinan la calidad del moldeo y la eficacia de la producción. El principio de la refrigeración en el moldeo por inyección se basa principalmente en el efecto del medio refrigerante sobre las piezas de plástico. El sistema de refrigeración del moldeo por inyección suele utilizar medios fluidos, como agua o aceite. Cuando el medio de refrigeración fluye a través del canal de agua de refrigeración del molde de inyección, se lleva el calor en el molde a través de la transferencia de calor, con el fin de enfriar rápidamente la pieza de plástico. El sistema de refrigeración de moldeo por inyección también puede adoptar diferentes métodos de refrigeración, como el calentamiento horizontal y el calentamiento oblicuo, de acuerdo con la forma y el material específicos del molde, a fin de lograr el mejor efecto de refrigeración.

2.5.1 El proceso de enfriamiento y su importancia

1. Reducir la temperatura de las piezas de plástico Las piezas se fabrican inyectando plástico caliente en un molde. Al entrar desde la máquina, unas zonas se calientan y otras se enfrían, por lo que aparecen puntos calientes a distintas temperaturas. Sin refrigeración, algunas áreas quedan demasiado calientes y otras insuficientemente calientes, lo que causa contracción y alabeo. Enfriar rápidamente el molde lleva los puntos calientes a la temperatura adecuada, uniformiza el enfriamiento y reduce las tensiones internas, lo que ayuda a evitar la deformación.

2. Acelerar el enfriamiento Cuando el plástico fluye de nuevo hacia el molde, el calor se disipa gradualmente en la dirección del flujo. Por ello, la sección delantera no se ajusta al eje longitudinal. La parte posterior se enfría y solidifica poco a poco. El sistema de refrigeración puede distribuir a tiempo la temperatura del molde, uniformizarla y acelerar el enfriamiento. Así el plástico se conforma antes, se acorta el ciclo de apertura y mejora la eficiencia productiva.

3. Evitar la deformación Si una pieza se enfría de forma desigual después del moldeo por inyección, se generan tensiones internas que pueden causar deformación o incluso rotura. La refrigeración uniformiza la temperatura interna y reduce esas tensiones, evitando la deformación y mejorando la estabilidad y fiabilidad del producto.

2.5.2 Efecto de la velocidad de enfriamiento en el producto final

La refrigeración durante la inyección es un método para controlar la precisión dimensional de las piezas moldeadas por inyección. Durante el proceso de moldeo por inyección, el plástico fundido se enfría y solidifica rápidamente después de inyectarse en el molde. El proceso de enfriamiento es muy importante para la estabilidad dimensional de las piezas moldeadas por inyección. Mediante un diseño adecuado del sistema de refrigeración, las piezas pueden contraerse de manera uniforme durante el enfriamiento, lo que garantiza que la precisión dimensional del producto final cumpla los requisitos. La refrigeración del moldeo por inyección influye en gran medida en el rendimiento y la calidad de las piezas moldeadas.

El rendimiento de las piezas moldeadas por inyección suele estar estrechamente relacionado con factores como su estructura de cristalización y la orientación de la cadena molecular, y estos factores están relacionados con la velocidad de enfriamiento de las piezas moldeadas por inyección. Mediante el control de la velocidad de enfriamiento de las piezas moldeadas por inyección, se puede ajustar el grado de cristalización y la orientación de la cadena molecular de las piezas moldeadas por inyección, mejorando así sus propiedades mecánicas, resistencia al calor, resistencia química, etc., y reduciendo la tensión interna de las piezas moldeadas por inyección y mejorando su rendimiento general. calidad.

2.6 Expulsión de piezas moldeadas

El principio de expulsión de la máquina de moldeo por inyección consiste en expulsar los productos moldeados por inyección del molde mediante fuerza mecánica o presión de aire para su posterior procesamiento. Generalmente, se utiliza un mecanismo de expulsión mecánico para accionar la placa de expulsión mediante bolas de acero, muelles o cilindros para expulsar el producto.

2.6.1 Problemas comunes y soluciones

**1. La fuerza de expulsión es demasiado pequeña o demasiado grande **Si la fuerza de expulsión es demasiado pequeña, el producto no saldrá del molde. Si es demasiado grande, el producto puede dañarse o deformarse. En este caso, debe ajustar la fuerza de expulsión, la presión de aire o el mecanismo de expulsión.

**2. Producto adherido al molde **Si el producto se adhiere al molde, puede deberse a que el molde no se ha enfriado lo suficiente o a que el tiempo de expulsión es demasiado corto. Debe aumentar el tiempo de expulsión o mejorar el enfriamiento.

**3. Expulsión incompleta del producto **Si solo se expulsa una parte del producto, debe aumentar la fuerza de expulsión y comprobar si la estructura mecánica o el cilindro de expulsión funcionan con normalidad.

Ⅲ.Aplicación del moldeo por inyección

El moldeo por inyección es un método habitual de transformación de plásticos muy utilizado en diversos campos. Produce productos de plástico inyectando plástico fundido en un molde y enfriándolo y endureciéndolo para darle la forma deseada. El moldeo por inyección tiene las ventajas de una rápida velocidad de moldeo, una alta eficiencia de producción y una alta precisión del producto. Por lo tanto, se utiliza ampliamente en automóviles, electrónica, electrodomésticos, equipos médicos y otros campos.

1. Industria del automóvil El moldeo por inyección se utiliza para fabricar piezas de plástico con formas complejas, como salpicaderos, paneles de puerta y consolas centrales. Cumple los requisitos de calidad, aspecto y rendimiento del sector y reduce los costes de producción, por lo que los fabricantes lo prefieren.

2. Industria electrónica A medida que mejoran los productos electrónicos, aumentan los requisitos de sus carcasas. El moldeo por inyección permite fabricar carcasas finas y de alta precisión para teléfonos móviles y teclados de ordenador. Satisface las exigencias de calidad visual, precisión y eficiencia productiva del sector, y contribuye a la mejora continua de estos productos.

**3. Industria de electrodomésticos **Los electrodomésticos suelen tener que ser duraderos y atractivos, algo que permite el moldeo por inyección. Este proceso puede fabricar electrodomésticos con formas y estructuras complejas, como carcasas de lavadoras y tiradores de frigoríficos. También garantiza su calidad y buen funcionamiento y mejora su competitividad.

**4. Industria de dispositivos médicos **Los dispositivos médicos deben ser realmente seguros y limpios, y el moldeo por inyección puede conseguirlo. El moldeo por inyección puede fabricar productos que cumplan las normas de dispositivos médicos, como jeringas, equipos IV, etc. El moldeo por inyección puede garantizar que los dispositivos médicos tengan buena calidad, funcionen correctamente y protejan la salud de los pacientes.

Ⅳ. Ventajas y desventajas del moldeo por inyección de plástico

4.1 Ventajas

**1. Alta eficiencia de producción **El proceso de moldeo por inyección puede automatizarse en gran medida, lo que reduce la dependencia de la mano de obra y mejora la eficiencia de producción.

**2. Alta precisión y buena repetibilidad **Gracias al control preciso de parámetros como la temperatura, la presión y la velocidad durante el proceso de moldeo por inyección, el producto presenta una gran precisión dimensional y buena repetibilidad, por lo que resulta adecuado para la producción en serie.

**3. Amplia aplicabilidad **El moldeo por inyección permite procesar diversos materiales, como termoplásticos, termoestables, caucho, etc., y satisfacer necesidades de producto variadas.

**4. Ahorro de energía y protección ambiental **Los equipos de moldeo por inyección suelen funcionar con electricidad, por lo que son más eficientes energéticamente y respetuosos con el medio ambiente que las máquinas tradicionales, y los materiales de desecho pueden reciclarse.

**5. Ventaja de costes **El moldeo por inyección es adecuado para la producción en masa y puede reducir el coste de cada producto.

4.2 Inconvenientes

**1. Los moldes son caros **El moldeo por inyección requiere moldes precisos, por lo que hay que invertir más dinero al principio.

**2. Ciclo de procesamiento largo **El moldeo por inyección necesita enfriarse y tomar forma, por lo que requiere mucho tiempo. Esto afecta a la eficiencia y prolonga el proceso.

**3. Requisitos técnicos elevados **El moldeo por inyección requiere operadores cualificados y conocimientos técnicos. También es difícil de mantener y reparar.

4. Limitaciones del ámbito de aplicación El moldeo por inyección no puede fabricar objetos complejos o grandes. Es más adecuado para objetos pequeños.

Conclusión

El mercado mundial del moldeo por inyección de plástico crecerá. Se prevé que pase de 4,56 millones de toneladas en 2023 a 5,95 millones en 2028. El mercado del moldeo por inyección crece principalmente por el aumento de su uso en automoción y embalaje, junto con una mayor demanda de bienes y productos electrónicos. Sin embargo, los elevados costes de entrada y métodos alternativos como la impresión 3D frenan su crecimiento.

Pero el avance hacia la fabricación de vehículos más ligeros y eléctricos y los nuevos usos en sanidad podrían aportar más puntos brillantes al crecimiento del mercado de la inyección de plástico. El moldeo por inyección de plástico ofrece toda una gama de soluciones, desde envases a granel hasta moldes de envases y botellas de paredes finas. Estas soluciones se utilizan ampliamente en diversas industrias de usuarios finales para fines de envasado. Además de ofrecer una solución de envasado versátil, también reduce el consumo de plástico y resulta ideal tanto desde el punto de vista económico como ecológico.

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