Cuestiones esenciales de diseño para el moldeo por inyección
Ángulos de inclinación, radios, grosor de las paredes y otros factores de diseño que mejoran la factibilidad de las piezas
Las piezas pueden seguir diferentes recorridos antes de llegar al moldeo por inyección. En algunos casos, se crea primero el prototipo mediante impresión 3D, en que tienen escasa importancia las cuestiones de moldeabilidad. En otros casos, se sigue un proceso más tradicional de mecanizado, que permite realizar iteraciones con resinas de ingeniería similares a las utilizadas en el moldeo. Y, en muchos casos, se pasa directamente al moldeo por inyección.
La experiencia nos ha enseñado que, antes de iniciar la producción, es necesario prestar atención a ciertos elementos importantes del diseño. Estos elementos pueden mejorar la moldeabilidad de las piezas y, en última instancia, reducir la probabilidad de contratiempos en la producción, defectos estéticos y otros problemas.
Ángulos de inclinación y radios
Para diseñar correctamente una pieza destinada a ser inyectada, es fundamental la aplicación de ángulos de inclinación y radios. El ángulo de inclinación ayuda a sacar la pieza del molde reduciendo el rozamiento de la superficie de la pieza, ya que el material se contrae sobre el núcleo del molde. Un ángulo de inclinación insuficiente provoca una presión importante en el sistema de expulsión, pudiendo llegar a dañar las piezas e, incluso, el molde.
Como norma general, se aconseja prever un ángulo de inclinación de 1 grado por cada 25 mm de profundidad de la cavidad, aunque puede ser insuficiente en algunos casos dependiendo del material seleccionado. Protolabs usa el fresado CNC para crear la mayor parte de las formas del molde. Con nuestro proceso de fabricación logramos un grosor de pared y un ángulo de inclinación que dependen de la fresadora radial que vayamos a usar para cada forma. De ahí la extraordinaria utilidad de nuestro análisis de las posibilidades de fabricación (DFM, por sus siglas en inglés), ya que nuestro software examina cada forma de la pieza por separado y la compara con nuestro juego de herramientas. El análisis del diseño destaca la geometría de la pieza donde puede ser necesario un mayor ángulo de inclinación o grosor.
Por otra parte, la aplicación de radios a una pieza no es necesaria en el moldeo por inyección, aunque sí recomendable por varias razones, destacando el hecho de que la eliminación de esquinas rectas mejora el flujo del material y la resistencia de la pieza.
Como si de un río se tratase, la resina que accede a la cavidad del molde fluye mucho mejor por esquinas redondeadas. Los ríos no presentan esquinas de 90 grados, ya que el flujo del agua crea ondulaciones cóncavas y convexas buscando el camino más fácil hacia su destino final. Del mismo modo, la resina plástica busca la ruta que ofrezca menor resistencia para reducir la tensión sobre el material y el molde. Al igual que el ángulo de inclinación, los radios ayudan a expulsar la pieza del molde, ya que las esquinas redondeadas reducen la posibilidad de que la pieza se pegue al molde, lo que produciría su alabeo o, incluso, su rotura.
Grosor de pared
El control del grosor de las paredes durante el diseño de una pieza ayuda a dominar la estética, el peso y la resistencia de la misma. Las piezas demasiado gruesas sufren antiestéticos hundimientos, alabeos y vacíos internos (bolsas de aire). Para evitarlo, ofrecemos normas de diseño para el grosor de las paredes adecuadas para cada tipo de material. Recuerde, no obstante, que se trata de recomendaciones generales, ya que no todas las piezas tendrán los grosores máximos y mínimos indicados en la tabla.
Recomendación de grosor
Ahuecados y nervaduras
Además de utilizar el grosor de pared adecuado, deben tenerse en cuenta otros factores para garantizar el diseño correcto las piezas. Es una equivocación pensar que cuanto más gruesa sea una pieza, más fuerte será. Una pieza diseñada correctamente para soportar esfuerzos debe incluir nervaduras y refuerzos de apoyo, que aumentarán su resistencia y ayudarán a eliminar defectos estéticos como alabeo, hundimiento y vacíos.
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Comencemos por ahuecar su pieza gruesa, lo que conservará la altura y diámetro totales de su pieza sin sacrificar necesariamente su comportamiento. Es muy probable que mejore el comportamiento de la pieza y, además, su aspecto estético.
A continuación, estudiaremos el diseño de las nervaduras de apoyo. Lo ideal al diseñar nervaduras es utilizar una proporción de grosor nervadura / pared del 40 al 60 por ciento del grosor de las superficies adyacentes. El cuerpo principal de la pieza ha de diseñarse lo suficientemente grueso para que las nervaduras adyacentes extrudidas de él tengan aproximadamente la mitad de su grosor. Esto ayuda a evitar secciones gruesas que puedan enfriar a diferente velocidad que las secciones finas. También ayuda a reducir el hundimiento y tensiones que pueden crear alabeo en su pieza.
Los chaflanes y las escuadras de refuerzo también son elementos de diseño que refuerzan y mejoran estéticamente su pieza. Como ya hemos visto, los materiales plásticos prefieren transiciones suaves entre las diferentes geometrías, por lo que un pequeño chaflán favorecerá el flujo del material entre distintos niveles. Las escuadras de refuerzo ayudan a dar soporte a paredes y formas, reduciendo a la vez tensiones de moldeo.
Núcleo-cavidad
Se suele hacer referencia al núcleo y a la cavidad como "lados A y B" o "mitades superior e inferior" del molde. Un método núcleo-cavidad durante el diseño de la pieza puede ahorrar tiempo y dinero en la fabricación, mejorando además la estética general de la pieza.
Imaginemos que usted va a diseñar una caja sencilla. Al aplicar un ángulo de inclinación a las superficies exterior e interior de la misma mitad del molde, se crea una nervadura muy profunda que es difícil de fabricar y aumenta el coste de creación del molde. También aumenta la probabilidad de dañar el molde por la dificultad de la expulsión y de tiros cortos por la falta de ventilación del molde en la nervadura profunda.
Todos estos problemas pueden resolverse en gran medida con un método núcleo-cavidad. Esta técnica de diseño exige practicar un ángulo de inclinación a las paredes exterior e interior de modo que queden paralelas entre sí. Este método mantiene un grosor de pared consistente, conserva la integridad de la pieza, mejora su resistencia y moldeabilidad, y reduce el coste total de fabricación.
Contrasalidas
El moldeo por inyección rápida exige que el diseño de su pieza sea lo más sencillo posible, ¿verdad? Esta es otra creencia equivocada, ya que podemos ofrecer soporte a diseños de piezas complejos que necesiten contrasalidas, orificios de paso y otras formas.
Las contrasalidas externas son la opción más sencilla y rentable cuando podemos utilizar acciones laterales controladas por pivotes. Estas acciones laterales se desplazan a la vez que el molde durante su apertura y cierre, ya que la corredera se desliza por un pivote acodado. Durante la apertura, la corredera se retrae por completo para que la pieza pueda ser expulsada fácilmente sin dañar el molde, y se cierra de nuevo hasta alcanzar la posición correcta para crear la pieza siguiente.
En aquellos casos en que es imposible utilizar acciones laterales, podemos usar inserciones que se extraen manualmente. Son componentes del molde que tienen un tamaño superior a un cubo de media pulgada (1,27 cm) y que el operario coloca en la prensa antes de cerrarla. Una vez moldeada la pieza, esta es expulsada junto con la inserción. A continuación, el operario separa la inserción de la pieza manualmente y la vuelve a colocar en el molde para la pieza siguiente
Inyección y expulsión
Son necesarios pivotes inyectores y eyectores para que la resina plástica acceda estratégicamente al molde y las piezas de plástico puedan ser expulsadas eficazmente del mismo. Sabemos por experiencia que existen varias vías de inyección o expulsión para su pieza, por lo que es necesario estudiar su ubicación antes de proceder a crear el molde.
Los canales de borde son los más utilizados porque ofrecen al técnico de moldeo las mejores posibilidades de procesamiento y admiten un incremento de tamaño si el proceso lo requiere. El canal de borde se va estrechando desde el canal de colada, de modo que su punto más pequeño está en la superficie de la pieza. Esto permite un punto de congelación entre la pieza y el canal de colada, que disipa el calor de la superficie de la pieza. Es recomendable que el calor se disipe desde esta superficie para que el riesgo de hundimiento de la pieza sea mínimo. Tras el moldeo, el canal de borde se retira manualmente dejando un vestigio no superior a 0,13 mm.
Se usan canales secundarios generalmente incorporando un canal de túnel dentro del lateral de la pieza o dentro de un pivote eyector (canal guía). Ambos tipos de canales suelen reducir el tamaño del vestigio dejado en el exterior de la pieza. Los canales de túnel siguen penetrando en la pieza desde el exterior, pero están en la mitad inferior de la superficie de la pieza, por lo que suelen dejar menor vestigio de canal. Los canales guía no dejan vestigios visibles en el exterior de la pieza porque esta se llena a través de uno de los pivotes eyectores próximos al perímetro de la misma. Se corre el riesgo de un ensombrecimiento estético en el lado contrario de la pieza debido al calor y al grosor de la misma. Así pues, hay que extremar las precauciones al usar esta técnica en piezas que necesiten texturas o pulido de gran calidad estética.
Los canales de calefacción ofrecen buenos resultados ya que dejan en la pieza residuos mínimos de los sistemas de bebedero y de canal de colada. Un canal de calefacción es ideal para piezas que necesiten un llenado equilibrado desde el centro hasta los bordes exteriores. Esto minimiza cualquier posible movimiento del molde, ya que los canales de borde pueden crear una presión desequilibrada en el mismo. Con frecuencia, los canales de calefacción son los más atractivos estéticamente (diámetro aproximado: 1,3 mm) y muchas veces pueden disimularse en un hoyuelo o alrededor de un logotipo o texto.
Los canales de colada directa son los menos estéticos y se usan con materiales concretos que tienen un alto contenido de vidrio o en aquellos casos en la mitad de la pieza exige un mecanizado secundario. Estos canales de colada directa tienen un diámetro grande que es difícil de eliminar manualmente y muchas veces necesitan un accesorio que se retira mediante fresado.
Ayuda técnica
Un buen conocimiento de las técnicas que mejoran la moldeabilidad de las piezas facilita en gran medida el paso al moldeo por inyección a pequeña escala y, finalmente, a gran escala. Cargue su modelo CAD 3D en nuestro sitio web y, en unas horas, recibirá un presupuesto interactivo con un análisis de factibilidad gratuito. Como ya hemos visto antes, el análisis de factibilidad destacará cualquier posible problema de moldeabilidad, sugiriendo incluso posibles soluciones. Recomendamos completar esta información sobre el diseño con una consulta a nuestros ingenieros de Atención al Cliente, que cuentan con la experiencia necesaria para proporcionarle el asesoramiento necesario antes de pasar a la fase de producción. Puede ponerse en contacto con ellos en el +34 932 711 332 o a través de la dirección de correo electrónico [email protected].
No olvide leer otros valiosos consejos en la sección nociones básicas sobre el moldeo de nuestro sitio web, así como descargar el volumen 1 y el volumen 2 de nuestros libros blancos sobre el moldeo por inyección.