El tiempo de llenado de la máquina de moldeo por inyección es uno de los factores más cruciales en el moldeo por inyección. Está relacionado no sólo con la calidad del producto vendido sino también directamente con el número de ventas conseguidas y el coste del producto. En este sentido, la presión de mantenimiento suministrada es una parte muy crucial de la máquina de moldeo por inyección a la hora de evaluar el tiempo que se tarda en llenar el molde, por lo que puede utilizarse para optimizar y mejorar la calidad de los materiales en el molde de inyección para reducir los costes asociados. Este artículo se centrará en la eficiencia del lugar de trabajo de ingeniería y el cálculo del tiempo necesario para llenar el barril de la máquina de moldeo por inyección; el efecto de algunos factores en el tiempo de llenado y las prácticas de los cálculos.

Visión general del proceso de moldeo por inyección

Moldeo por inyección es un proceso en el que se utiliza presión para inyectar plástico fundido en un molde y luego se deja enfriar para que se solidifique y adquiera la forma deseada. El proceso incluye los siguientes pasos:

1. Plastificación: Los termoplásticos se funden en un barril que forma granulados a altas temperaturas.

2. Inyección: A continuación, el plástico fundido se introduce en la cavidad del molde.

3. Embalaje: En segundo lugar, se mantiene la presión tras la inyección para contrarrestar la tendencia del material inyectado a encogerse.

4. Refrigeración: La presión se mantiene mientras el plástico se enfría y solidifica en el molde.

5. Apertura del molde y retirada de la pieza: A continuación, la pieza se retira cuando se abre el molde.

Una parte del proceso de moldeo es el tiempo de llenado o tiempo de inyección, es decir, el tiempo que tarda el plástico fundido en desplazarse desde el tornillo a través del barril hasta la cavidad del molde y se completa.

Importancia del tiempo de relleno

La precisión del tiempo de llenado es crucial para el moldeo por inyección, y se refleja principalmente en los siguientes aspectos:

1. Calidad del producto: La duración utilizada en el proceso de ablución influye considerablemente en la calidad del producto en términos de acabado superficial, tolerancias globales y, sobre todo, en la complejidad de la cavidad del producto. En este caso, el producto será imperfecto: tendrá defectos superficiales si el tiempo de llenado es demasiado largo, dimensiones inestables si es demasiado corto y burbujas rojas o blancas en el interior si es demasiado largo o corto.

2. Eficiencia de la producción: La cantidad de tiempo necesaria en el proceso de producción contribuye a una consideración importante desde la producción inicial hasta la colocación del producto en el mercado. Puede intensificar el pico de trabajo y mejorar la eficacia si se elige el momento adecuado para llenar el equipo.

3. Control de costes: El uso de la opción de aumento del tiempo de llenado para la optimización puede recortar la cantidad de materiales y energía utilizados, así como reducir el coste de producción.

Factores que afectan al tiempo de llenado

El tiempo de llenado del proceso de moldeo por inyección está influido por diversos factores, entre los que destacan principalmente los siguientes aspectos:

1. Propiedades del material: Los plásticos pueden tener diferentes propiedades de fluidez; es decir, algunos pueden fundirse a una temperatura más baja, otros a una temperatura más alta; algunos pueden ser más viscosos que otros, y algunos pueden ser de fluidez más pobre que los otros, lo que en consecuencia hará que el tiempo de llenado varíe de un material a otro. Por ejemplo, las altas viscosidades del material prolongan el tiempo de llenado de un molde.

2. Parámetros de la máquina de moldeo por inyección: El tiempo de llenado depende en gran medida de los parámetros del sistema de moldeo por inyección, como la velocidad del husillo, la presión de inyección o el diámetro del husillo. Aumentar la velocidad y la presión de inyección puede contribuir a minimizar el tiempo de llenado.

3. Diseño de moldes: El diámetro del canal, la distancia del voladizo y el número de compuertas, así como la forma de la cavidad del molde, también afectan al tiempo de llenado. Un ejemplo de diseño especial del molde es que a veces también puede comprometer el tiempo de llenado.

4. Condiciones del proceso: El tiempo de llenado depende de las condiciones de procesamiento, como la temperatura del molde, la temperatura de la masa fundida y el tiempo de enfriamiento. Elegir los parámetros de proceso adecuados le ayudará a reducir el tiempo necesario para llenar el tubo.

Métodos para calcular el tiempo de llenado

1. Método de la fórmula empírica

En la vida real, a menudo utilizamos fórmulas para calcular el tiempo de llenado. Estas fórmulas suelen crearse analizando muchos datos y haciendo algunas cuentas. He aquí una fórmula habitual:

t_f=𝑉/𝑄

donde:

• t_fes el tiempo de llenado;
• 𝑉 es el volumen de la cavidad del molde;
• 𝑄 es el caudal de inyección.

El caudal de inyección 𝑄 puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

𝑄=𝐴⋅𝑣

donde:

• 𝐴 es la sección transversal del diámetro del tornillo;
• 𝑣 es la velocidad del tornillo.

2. Método del modelo reológico

El método del modelo reológico se basa en las propiedades reológicas del material plástico. Calcula el comportamiento de flujo del material en el molde para determinar el tiempo de llenado. Los modelos reológicos comunes incluyen el modelo de fluido newtoniano y el modelo de fluido no newtoniano.

Modelo de fluido newtoniano

Para los fluidos newtonianos, el comportamiento del flujo satisface la siguiente fórmula:

𝜏=𝜂⋅𝛾˙

donde:

• τ es el esfuerzo cortante;
• η es la viscosidad dinámica;
• γ˙ es la velocidad de cizallamiento.

En el modelo de fluido newtoniano, el tiempo de llenado puede calcularse mediante la siguiente fórmula:

𝑡_𝑓=𝑉/(𝐴⋅𝑣)

Modelo de fluido no newtoniano

En el caso de los fluidos no newtonianos, el comportamiento del flujo es más complejo y suele describirse mediante el modelo de fluido de ley de potencia. El comportamiento del flujo del modelo de fluido de ley de potencia se describe mediante la siguiente ecuación:

𝜏=𝑘⋅𝛾˙^𝑛

donde:

• 𝑘 es el índice de consistencia del flujo;
• 𝑛 es el índice de comportamiento del flujo.

En el modelo de fluido no newtoniano, el cálculo del tiempo de llenado debe tener en cuenta las características de flujo no lineal del material, lo que suele hacerse mediante simulación numérica.

3. Método de simulación numérica

La mejor forma de averiguar cuánto se tarda en llenar un molde es utilizar las matemáticas. Para ello puede utilizar programas informáticos especiales como Moldflow, Moldex3D y otros. Estos programas utilizan las matemáticas para calcular cómo fluye el plástico en el molde.

Así se hace:

1. Modelado: Algunos tienen la capacidad de utilizar un modelo 3D del molde con todas las piezas, como las cavidades, las compuertas y los canales.

2. Ajuste de los parámetros del material: Hay que introducir valores que indiquen al programa cómo se mueve el plástico y cómo está de caliente.

3. Ajuste de los parámetros del proceso: Hay que introducir los datos que indican al programa cómo debe funcionar la máquina, por ejemplo, la fuerza con la que se debe empujar el plástico y la temperatura a la que se debe cocer el molde.

4. Ejecución de la simulación: Esto significa que es un requisito previo ejecutar el programa informático para visualizar lo que ocurre cuando se introduce el plástico en el molde.

5. 5. Análisis de los resultados: Tienes que evaluar las respuestas que te da el programa en cuanto al tiempo necesario para llenar el molde y lo alta que es la temperatura.

La simulación numérica es mejor que el método analítico porque es precisa para formas complejas y materiales con propiedades complicadas, pero necesita un software especial y más potencia de cálculo.

4. Método de verificación experimental

Al calcular el tiempo de llenado con el método de verificación experimental, me gustaría mencionar que se trata de un método de estimación del tiempo de llenado. Para el proceso práctico de fabricación de gustos, el tiempo de llenado se incrementa en un pequeño paso durante un número adecuado de veces hasta alcanzar el nivel óptimo.

Los pasos del método de verificación experimental son los siguientes:Los pasos del método de verificación experimental son los siguientes:

1. Ajuste preliminar de parámetros: En primer lugar, evalúe los parámetros de diseño, por ejemplo la presión o la velocidad de inyección, basándose en modelos teóricos o simulaciones computacionales.

2. Producción de ensayos: Se realiza un ensayo y se registran el tiempo que tarda en llenarse el molde y la calidad de las piezas, con el fin de estudiar el grado de precisión de los resultados obtenidos a partir del modelo integral para la predicción del llenado del molde y la calidad de las piezas.

3. Ajustar y optimizar: Evaluar los resultados de los ensayos, formular un modelo para modificar con precisión los parámetros del proceso u optimizar el tiempo de llenado.

4. Determinar los parámetros: Una vez realizadas varias pruebas y ajustes, establezca el tiempo de llenado ideal.

El punto fuerte del método de verificación experimental es que es sencillo y reproducible pero, sin embargo, es costoso y lleva mucho tiempo realizar el experimento.

Aplicación práctica Análisis de casos

Para comprender mejor los métodos de cálculo del tiempo de llenado, analizaremos un caso práctico.

Antecedentes del caso

Una empresa necesita fabricar un lote de carcasas de plástico. El material es polipropileno (PP). El diseño del molde es el siguiente:

• Volumen de la cavidad: 200 cm³
• Diámetro de la compuerta: 2 mm
• Número de puertas: 1

Moldeo por inyección Los parámetros de la máquina son los siguientes:

• Diámetro del tornillo: 30 mm
• Velocidad de inyección: 100 mm/s

Pasos del cálculo

1. Método de la fórmula empírica:

En primer lugar, calcule el caudal de inyección:

A=π⋅(D/2)²=π⋅(30/2)²=706,86 mm²

𝑄=𝐴⋅𝑣=706,86 mm²⋅100 mm/s=70686 mm³/𝑠=70,686 cm³𝑠

A continuación, calcule el tiempo de llenado:

𝑡_𝑓=𝑉/𝑄=200 cm³/70,686 cm³/𝑠≈2.83s

2. Método del modelo reológico:

Asumiendo que el polipropileno se comporta como un fluido newtoniano a esta temperatura, y su comportamiento de flujo puede simplificarse como:

𝑡_𝑓=𝑉/(𝐴⋅𝑣)=200 cm³/(706,86 mm²⋅100 mm/s)=200 cm³/70,686 cm³/𝑠≈2.83s

3. Método de simulación numérica:

Utilizando el software Moldflow para simular los parámetros del molde y del material, establecer las condiciones del proceso y ejecutar la simulación. El tiempo de llenado fue de unos 2,85 segundos.

4. Método de verificación experimental:

La producción de prueba registró un tiempo de llenado de aproximadamente 2,8 segundos. Tras múltiples ajustes, el tiempo de llenado final determinado fue de 2,8 segundos.

Estrategias para optimizar el tiempo de llenado

Aunque es importante calcular el tiempo de llenado con precisión, también lo es optimizarlo. He aquí algunas estrategias para optimizar el tiempo de llenado:

Optimización de los parámetros de la máquina de moldeo por inyección

1. Velocidad de inyección: La velocidad de inyección que elegiste es buena porque minimizaste el tiempo de llenado y además no estás haciendo que el material se mezcle al pasar por la máquina a alta velocidad.

2. Presión de inyección: Cuando es bajo, indica que se tardará más tiempo en llenar el molde con el líquido, pero cuando es alto, significa que se puede llenar el líquido un poco más rápido, pero si es demasiado alto, entonces se puede acabar agrietando el molde o haciendo flash.

3. Diseño de tornillo: Alteraciones como hacer que el tornillo tenga mayor compresión también pueden ayudar a fundir más el material y mezclarlo mejor para que a medida que se vaya llenando el molde.

Mejorar el diseño de los moldes

1. Diseño de la puerta: Dijeron que si se añaden más compuertas o se mueven las compuertas de un lado a otro, se puede hacer que el plástico fluya mejor y se llene más rápido.

2. Diseño de corredor: Si se estrechan las guías, se acortan y se cambia su forma, el plástico fluirá mejor.

3. Diseño del respiradero: Si pones más agujeros en el molde para que el aire pueda salir mejor, no tendrás burbujas y el plástico se llenará mejor.

Ajuste de los parámetros del proceso

1. Temperatura del molde: Si aumenta la temperatura del molde, se ralentizará la velocidad de enfriamiento del material y se alargará el tiempo de envasado.

2. Temperatura de fusión: Si aumenta la temperatura de fusión, disminuirá la viscosidad del material y hará que fluya mejor cuando llene el molde.

3. Tiempo de inyección: Tienes que asegurarte de no ajustar el tiempo de inyección demasiado largo o demasiado corto, o te saldrán piezas malas.

Uso de tecnología avanzada

1. Simulación numérica: La investigación sobre la tecnología de simulación numérica puede ayudarnos a descubrir el problema de llenado con antelación y ajustar los parámetros del proceso y el diseño del molde.

2. Control inteligente: Podemos utilizar un control inteligente para optimizar la máquina de moldeo por inyección, como el uso de un sistema de control de presión para controlar la presión en el sistema de inyección, y ajustar el proceso de inyección para mejorar la estabilidad y la precisión del proceso de llenado.

3. Nuevos materiales: El desarrollo de nuevos materiales de alto flujo puede reducir eficazmente el tiempo de llenado y aumentar la eficiencia de la producción.

Aplicación práctica Análisis de casos (continuación)

Para comprender mejor las estrategias de optimización del tiempo de llenado, sigamos analizando el caso práctico anterior.

Optimización de los parámetros de la máquina de moldeo por inyección

Tras realizar algunos experimentos, descubrimos que aumentando la velocidad de inyección a 150 mm/s, podíamos reducir significativamente el tiempo de llenado sin sacrificar la calidad del producto. Estos son los nuevos tiempos de llenado que calculamos:

𝑄=706,86 mm²⋅150 mm/s=106029 mm³/𝑠=106,029 cm³/𝑠

𝑡_𝑓=200 cm³/106,029 cm³/𝑠≈1.89s

Mejorar el diseño de los moldes

La simulación numérica demostró que añadir otra compuerta sería una buena forma de mejorar el flujo de material y reducir el tiempo de llenado. Modificamos el molde para añadir una compuerta más y volvimos a realizar la simulación de llenado. El resultado fue un tiempo de llenado de aproximadamente 1,75 segundos.

Ajuste de los parámetros del proceso

También hicimos un experimento con una temperatura del molde de 80°C y una temperatura de fusión de 220°C. El tiempo total de llenado fue de aproximadamente 1. 70 segundos.

Uso de tecnología avanzada

Utilizamos el sistema de control en tiempo real para optimizar el proceso de inyección ajustando determinados factores para reducir el tiempo de inyección. El tiempo total de llenado optimizado fue de 1,68 segundos.

Conclusión

En este artículo se ofrece un análisis detallado de los distintos métodos que pueden utilizarse para calcular el proceso de llenado de la máquina de moldeo por inyección, a saber: fórmula empírica, ecuación del modelo reológico, simulación numérica y validación experimental, y se explica mediante un ejemplo. Entre ellos se incluyen: Optimización más amplia de los parámetros de la máquina de moldeo por inyección; Mejores diseños de moldes; Ajuste de los parámetros del proceso y utilización de la tecnología; Todas estas medidas pueden contribuir a mejorar la eficacia del llenado hasta el punto de que es probable que garantice la calidad del producto.

Estas consideraciones son muy importantes desde el punto de vista del cálculo y la optimización de la tasa de llenado óptima para el moldeo por inyección. No sólo aumentan la tasa de producción y ahorran costes, sino que también mejoran significativamente la calidad de los productos. Este artículo presenta un análisis técnico y métodos relativos al cálculo del tiempo de llenado en el proceso de moldeo por inyecciónque pueden utilizarse como referencias para ayudar al cálculo y la optimización del tiempo de llenado en el proceso de moldeo por inyección.

El moldeo por inyección sigue ganando impulso con la innovación, y no hay signos previsibles de ralentización. En el futuro, el proceso de cálculo y optimización del tiempo de llenado se desplazará hacia una mayor aplicación de tecnologías inteligentes y digitales. Por ejemplo, las máquinas automatizadas con inteligencia artificial y big data pueden analizar grandes volúmenes de producción para ajustar la configuración del proceso de moldeo por inyección y obtener una mayor eficiencia de llenado y calidad de los productos. Además, la evolución de nuevos materiales mejorará aún más los logros de la tecnología moderna para acortar el tiempo de llenado y reducir el coste de producción en el proceso de moldeo por inyección.

En conclusión, el cálculo y la optimización del tiempo de llenado también es una cuestión difícil, y hay que tener en cuenta muchas cuestiones durante el proceso de llenado, y cada proceso de llenado necesita hacer verificaciones y mejoras. Con nuevas mejoras y perfeccionamientos del técnicas de moldeo por inyección podemos ser capaces de obtener procesos más fiables, eficientes y estables para estas aplicaciones y ofrecer así impactos más positivos en nuestras industrias.