Ciclo de Inyeccion Tecnologia Plasticos
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www.upc.es/ccpEl proceso de inyeccin. A.Gordillo (2005)
El proceso de inyeccinAntonio Gordillo
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www.upc.es/ccpEl proceso de inyeccin. A.Gordillo (2005)
El proceso de inyeccinAntonio Gordillo
BIBLIOGRAFA Donald and Dominick V. Rosato. Injection Molding Handbook. Chapman & Hall. New
York, 1995
Friedrich Johannaber. Injection Molding Machines. A Users Guide. Hanser, Mnich, 1994
Gerd Ptsch, Walter Michaeli. Injection Molding. An Introduction. Hanser, Mnich, 1995
Douglas M. Bryce. Plastics Injection Molding... Manufacturing process fundamentals. SME. Dearborn, 1996
Jos Luis Arazo. Inyeccin de termoplsticos. Plastic Comunication. Barcelona, 1999
http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj (Intelligent Systems Laboratory. Michigan StateUniversity).
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www.upc.es/ccpEl proceso de inyeccin. A.Gordillo (2005)
El proceso de inyeccin consiste en introducir en un molde bajo elevada presin un material plstico en estado fundido. En dicho molde que le dar la forma, se enfriar y posteriormente se extraer la pieza conformada.
El proceso de inyeccin
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Microinyeccin
Inyeccin de piezas de grandes dimensiones
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Tamao
Longitud
Espesor
Complejidad
Parmetros de inyeccin
GEOMETRA
Molde
Mquina de inyeccin (inyectora)
PROCESO
Reologa Curvas pvT Cristalinidad
MATERIAL
HERRAMIENTAS
Relacin proceso -
estructura -propiedades
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Plano de particin
Sistema de atemperacin
Sistema de alimentacin
Cavidad
Sistema de expulsin
Punto de inyeccin o entrada
HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESOH
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
Unidad de cierre Molde
Unidad de inyeccin
Unidad de control
Calentar
Homogeneizar
Inyectar
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CLCULO DE LA FUERZA DE CIERRE
El plstico se inyecta dentro del molde a alta presin (que puede ser incluso superior a los 2.000 bar). El molde debe realizar una fuerza opuesta a la presin de inyeccin para mantener el molde cerrado y obtener as piezas de buena calidad. La unidad de cierre proporciona la fuerza de cierre.Las mquinas de inyeccin se clasifican por su fuerza de cierre
Direccin de cierre
rea proyectada
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Clculo de la Fuerza de cierre
- Coeficiente corrector KM en funcin 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 podr estimarse como el producto de la presin media en el molde -obtenida en el grfico-, por el rea proyectada y por el coeficiente corrector KM. Adems, como mnimo sumar un 10% a un 15% de margen de seguridad.
Una forma de evaluarla es:- Calcular el recorrido de flujo (LF)- Calculo de la relacin de flujo: relacin entre la longitud de flujo y el espesor medio de las paredes a inyectar.
Clculo de la presin media en el molde utilizando el siguiente diagrama
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Clculo de la Fuerza de cierre
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Seleccin de la mquina
1. Fuerza de cierre necesaria2. Dimensiones fsicas del molde (distancia entre columnas)3. Recorrido del plato mvil (para poder extraer la pieza)4. Volumen de material a inyectar5. Tiempo de residencia del plstico en el interior del husillo6. Precio
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
a) Cierre del molde
b) Inyeccin y c) Mantenimiento
d) Plastificacin y e) Refrigeracin
f) Apertura del molde y expulsin de la pieza
Calentar
Homogeneizar
Contrapresin
Husillo Punto de inyeccin
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Previene el reflujo de material durante las etapas de inyeccin y de mantenimiento.
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
e) Refrigeracin
b) Inyeccin
c) Mantenimiento
d) Plastificacin
f) Apertura y expulsin
InicioFinal
a) Cierre
Tiempo
El tiempo de refrigeracin es el que ocupa la mayor parte del ciclo de inyeccin
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Modelo de viscosidad
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Factores que afectan a la inyeccin
1. Temperatura de inyeccin2. Velocidad de giro del husillo3. Contrapresin4. Temperatura de molde (tiempo de ciclo)5. Presin de inyeccin6. Presin de mantenimiento
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Una de las misiones de la unidad de inyeccin es la plastificacin del material.Por tanto ha de calentar el material para fundirlo y homogeneizarlo. Si es demasiado baja el plstico ser demasiado viscoso y si es muy alta se puede degradar y aumenta el tiempo de ciclo. Materiales ms viscosos requerirn de una temperatura de transformacin mayor pues costar ms de plastificarlos
La temperatura del plstico es diferente a la temperatura que marca la sonda de temperatura. Lo ideal es medir la temperatura del plstico fundido a la salida de la unidad de inyeccin con un pirmetro. 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 inyeccin ms baja proporciona:
Ahorro de energa
Menor tiempo de ciclo
Tiempo de residencia.
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La plastificacin no debe prolongar el ciclo: la velocidad de giro ideal es aquella que produce la plastificacin en el ltimo punto posible sin necesidad de alargar el tiempo de ciclo.
Una velocidad de giro excesiva empeora la calidad de la plastificacin:
generando la presencia de infundidos
mala homogeneidad del material
puede provocar excesiva cizalla y degradar parte del material
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Un aumento de la contrapresin implica:
-Un incremento del tiempo de plastificacin y del tiempo bajo cizalla
-Un incremento de la temperatura del plstico
-Un aumento de la compresin del material y, por tanto, de la cantidad de material a inyectar
Una contrapresin baja implica:
-Poca homogenizacin del material y piezas inconsistentes
Utilizar una contrapresin ms alta si se utiliza un porcentaje elevado de la capacidad de inyeccin de la mquina o en el caso de ciclos cortos.
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El suministrador de la granza sugiere una temperatura de molde ptima.
La temperatura media de la cavidad ser mayor que la temperatura del refrigerante durante la produccin, en general 10 a 20C. Si supera los 40C puede ser necesaria la utilizacin de placas aislantes en el molde para ahorrar energa 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
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Una temperatura de molde ms fra da lugar a una velocidad de enfriamiento mayor y, por tanto, un mayor porcentaje de capa fra.
Una diferencia de temperaturas entre caras opuestas superior a 10-15 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 xidos o incrustaciones disminuyendo la prdida de carga y la capacidad de atemperacin del molde.
Una temperatura de molde ms baja disminuye el tiempo de ciclo
Una temperatura de molde mayor aumenta el brillo y el acabado superficial
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
Evolucin de la temperatura durante el ciclo de inyeccinT
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Interior de la cavidadEntrada
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
Evolucin de la presin durante el ciclo de inyeccin
Refrigeracin
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Tiempo de molde cerrado
Tiempo de ciclo
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GEOMETRA MATERIAL
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1 Cierre del molde y llenado de la colada
Interior de la cavidadEntrada
2 Llenado
2 3
3 Mantenimiento de la presin.Solidificacin de la entrada
4 Expulsin
4 5
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
Factores que afectan a la presin de llenado
Viscosidad del material: Geometra del molde y de la pieza Tipo de material: fluidez, cargas, etc... Temperatura de inyeccin Temperatura del molde Geometra de la colada. Colada caliente/fra Geometra del punto de inyeccin Geometra de la pieza: espesor, longitud. Complejidad
Velocidad de inyeccin. Perfil de velocidades.
Poliamida sin carga inyectada a 290C
Poliamida sin carga inyectada a 270C
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Poliamida con carga de vidrio inyectada a 290C
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
Factores que afectan a la presin de llenado
Poliamida sin carga inyectada a 290C
Poliamida sin carga inyectada a 270C
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Poliamida con carga de vidrio inyectada a 290C
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La fase de llenado se ha de considerar claramente como no isoterma. Existe una capa fra cerca de la pared del molde que se va desarrollando en funcin del tiempo. As, la seccin 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
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Capa solidificada
Pared molde
Pared molde
Estirado y orientado
del material
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
Flujo Fuente
El flujo que existe durante el moldeo por inyeccin es complicado porque el plstico se enfra y solidifica durante el proceso de llenado. El perfil de llenado no es una tpica parbola porque el polmero cercano de la pared fra del molde solidifica formando una piel entre el molde y el ncleo.
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Frente de avance del
fluido
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
Capa Fra y Estructura Piel-Ncleo
Otro aspecto a considerar es el efecto de la superficie de enfriamiento sobre la microestructura. La capa cercana a la pared del molde se enfra rpidamente (capa fra). Este rpido enfriamiento de la piel inducir caractersticas amorfas, mientras que el ncleo, que se enfra mucho ms lentamente dando lugar a un ncleo ms cristalino. Este enfriamiento anisotrpico puede presentar un problema cuando se desean propiedades isotrpicas.
Estructura piel-ncleo
Flujo en el ncleo
Piel fra
Entrada
Tesis doctoral de Hans Ziudema. Univ. Tech. Eindhoven. 2000
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
PROCESO
Efecto del flujo sobre la orientacin de las fibras
El gran impacto del flujo fuente en la inyeccin est en la forma en que se induce la orientacin de las fibras en la pared.
Hay dos consideraciones bsicas para la orientacin inducida por el flujo:El flujo de cizalla que alinea las fibras en direccin del flujo.El flujo estira y alinea las fibra en direccin del estiramiento
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
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= FSTensin de cizalla
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y =. Velocidad de
deformacin
=.Viscosidad
Newtoniano
Pseudoplstico
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=.Viscosidad
Newtoniano
Pseudoplstico
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HERRAMIENTAS
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Material amorfo
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Material semicristalino
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Enfriamiento rpidoEnfriamiento lento
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HERRAMIENTAS
GEOMETRA MATERIAL
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Enfriamiento rpidoEnfriamiento lento
Rechupes
Vacuolas
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HERRAMIENTASGEOMETRA
MATERIAL PROCESO
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1-2 Mantenimiento
TEXPULSIN
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2-4 Refrigeracin
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0-1 Inyeccin
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4-5 Enfriamiento fuera del molde
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HERRAMIENTASGEOMETRA
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Tipo de material v
TTEXPTAMB
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Amorfo Semicristalino Con carga mineral
Amorfo
Semicristalino
Cargas y refuerzos
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HERRAMIENTASGEOMETRA
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1-2 Mantenimiento
2-4 Refrigeracin
0-1 Inyeccin
4-5 Enfriamiento fuera del molde
TAMBIENTE
Tipo de material Amorfo
Semicristalino
Cargas y refuerzos
Proceso Presin
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HERRAMIENTASGEOMETRA
MATERIAL PROCESO
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Tipo de material Amorfo
Semicristalino
Cargas y refuerzos
Proceso Presin Temperaturas de inyeccin y del molde
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Enfriamiento rpidoEnfriamiento lento
Geometra de la pieza Espesor, complejidad
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HERRAMIENTASGEOMETRA
MATERIAL PROCESO
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Tipo de material Amorfo
Semicristalino
Cargas y refuerzos
Proceso Presin Temperaturas de inyeccin y del molde
Geometra de la pieza Espesor, complejidad
Longitud de flujo
Estructura piel-ncleo
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HERRAMIENTASGEOMETRA
MATERIAL PROCESO
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Presin
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Degradacin trmica
Piezas faltadas
Rebabas
Problemas de fusin y plastificacin
Ventana de proceso