Diseño de moldes de pared delgada

DISEÑO DE MOLDES DE
PARED DELGADA.
Erick Rafael Paredes Sanabria
5TO CUATRIMESTRE.
MECANICA DE MATERIALES
Asesor de Tesina: Juan Manuel Hernández Calderón.

1
Contenido
Resumen. ................................................................................................................................. 2
ABSTRACT.............................................................................................................................. 3
Filosofía: ................................................................................................................................. 4
Objetivos:................................................................................................................................. 5
Introducción:........................................................................................................................... 6
Hipótesis General:.................................................................................................................... 7
Capítulo 1. Estado del Arte........................................................................................................ 8
Introducción:............................................................................................................................. 8
Historia de la inyección de plástico. ........................................................................................ 8
Historia del plástico. .............................................................................................................. 9
Tipos de manufactura del plástico. ......................................................................................... 9
Tipos de Plásticos. ................................................................................................................. 9
polietileno de alta densidad................................................................................................ 9
Polietileno de baja densidad..............................................................................................10
Polipropileno....................................................................................................................10
Tipos de moldes de inyección................................................................................................10
Generalidades de las maquinas por moldeo de inyección. .....................................................12
1.6.2 El proceso de inyección.............................................................................................12
Partes de unainyectora. .......................................................................................................13
Normatividad para lainyección por plástico...........................................................................19
Capitulo2. Planteamiento del problema....................................................................................20
Introducción Capitulo 2.........................................................................................................20
Objetivo general...................................................................................................................20
Objetivo particular................................................................................................................20
2.1 problema concreto..........................................................................................................22
Capitulo 3. Experimentación....................................................................................................26
Capitulo 4 Resultados y Análisis...............................................................................................44
Referencias..............................................................................................................................50

2
Resumen.
A lo largo de la carrera se han estudiado diferentes materias que han dejado importantes
conceptos para la ingeniería, conceptos que serán de gran utilidad cuando terminemos la
carrera, y que al momento de emprender nuestro oficio este nos ayudara a poder mejorar
como personas, que agreguen valor a la sociedad, en esta ocasión se realizo la tesina para
abordar los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera, en materias como estática y
dinámica, resistencia de materiales, mecánica de materiales, principios de termodinámica,
termodinámica avanzada, transferencia de calor, mecánica de fluidos, mecanismos, y equipos
neumáticos e hidráulicos que son las materias que tienen su auge en esta tesina y que cada
una aporta un tema de importancia dentro de toda la investigación, poniendo cada una su
granito de arena para que esta tesina pudiera ser concluida.
A lo largo del parcial se realizo una extensa investigación la cual aplicaba diversos temas de
las asignaturas ya mencionadas, dicha tesina carga con el nombre de diseño de moldes de
pared delgada, el cual serviría para la asignatura de mecánica de materiales, donde aplicamos
todos los conocimientos adquiridos desde primer cuatrimestre.
Dicha tesina comienza desde la investigación de moldes ya existentes donde me logre
percatar que esos moldes contaban con diversos errores y que esos errores los hacen menos
eficientes, después fui diseñando poco a poco un molde que mejorara las capacidades que
tienen los moldes convencionales que se utilizan en la industria, además de que simule ese
molde, para que en algún momento que quiera llevarlo a cabo sepa que ese molde esta bien
diseñado y bien estructurado , para que su funcionamiento sea el adecuado, este molde cuenta
con diversas mejoras que le darán una vida más larga y podría hasta ser un avance en la
industria.

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ABSTRACT.
Throughoutthe race differentsubjectshave beenstudiedthathave leftimportantconceptsfor
engineering,conceptsthatwill be veryusefulwhenwe finishthe race,andthatwhenundertaking
our trade thiswill helpustoimprove aspeople,whoaddvalue tosociety,thistime the thesiswas
heldtoaddressthe knowledge acquiredthroughoutthe race,insubjectssuchasstaticand
dynamic,resistance of materials,materialsmechanics,principlesof thermodynamics,advanced
thermodynamics,heattransfer,Mechanicsof fluids,mechanisms,andpneumaticandhydraulic
equipmentthatare the subjectsthathave theirpeakinthisdissertationandthateachone
contributesatopicof importance withinthe whole investigation,puttingeachone'sgrainof sand
so that thisthesiscouldbe concluded.
Throughoutthe part, an extensive researchwascarriedoutwhichappliedvarioussubjectsof the
subjects,thisthesisloadwiththe name of thinwall molddesign,whichwouldbe useful forthe
materialsmechanicscourse,where we appliedall the knowledge acquiredfromthe firstquarter.
Thisthesisstartsfrom the researchof existingmoldswhere Irealize thatthese moldshadseveral
errorsand that these errorsmake themlessefficient,thenIgraduallydesignedamoldthat
improvedthe capabilitiesof conventional moldsthatare usedinthe industry,inadditionto
simulate thatmold,sothat at some time youwantto carry itout know that thismold iswell
designedandwell structured,sothatitsoperationisappropriate,thismoldhasvarious
improvementsthatwill give alongerlifeandcouldevenbe anadvance inthe industry.

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Filosofía:
“Creo en la innovación como un principio transformador para la vida humana, siendo
la industria de la inyección de plásticos, una de las industrias que mas aportan
avances a la sociedad, teniendo la visión de mejorar la calidad de los productos
desde que son fabricados”.

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Objetivos:
 Diseñar un molde de inyección de plásticos capaz de superar en calidad a los moldes
comunes, que son utilizados diariamente, teniendo en cuenta parámetros, y normas
que se utilizan para la elaboración de estos mismos.
 Tomar la base de un molde de inyección de tapaderas de garrafón, para mejorarlo en
cuanto a diseño, y lograr que el molde tenga una vida mas larga sin importar el uso
que se le dé.
 Aumentar la capacidad de inyección del molde, retirando errores de este, como lo son
pequeñas rebabas que quedan de la inyección del plástico.

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Introducción:
En la presente tesina, se investigarán los diferentes tipos de moldes que se ocupan en la
industria de inyección de garrafones, mejorando la eficiencia de estos, cada capitulo se
presentaran diferentes partes de la investigación que se llevó a cabo, y los experimentos que
se realizaron para que esta tesina fuera exitosa.
Con la asesoría del doctor Juan Calderón se fue desarrollando esta tesina a lo largo del
cuatrimestre, tomando en cuenta los conocimientos de materias como resistencia de
materiales, transferencia de calor, equipos neumáticos e hidráulicos, mecánica de fluidos,
mecánica de materiales, entre otros, los cuales aportaran gran conocimiento para llevar a cabo
esta investigación, que buscara mejorar los moldes que se realizan para la inyección de
tapaderas de plástico que son utilizadas día a día en la sociedad.

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Hipótesis General:
Hoy en día las grandes empresas que producen sus propias tapaderas, como lo son bonafont,
Ciel, y electropura, tienen una alta demanda en sus productos, lo que hace que estas marcas
realicen una gran cantidad de tapaderas en un cierto lapso, pero no lo producen de calidad,
debido a la alta demanda que existe en el mercado.

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Capítulo 1. Estado del Arte.
Introducción:
Diariamente las empresas que se dedican a la venta de garrafones de agua, como lo son
electropura, bonafont, Ciel, entre otras, aumentan la demanda de producción de tapaderas de
plástico, que cada vez hacen que empresas que se dediquen a inyectar miles de millares al
día, teniendo maquinas inyectoras de plástico trabajando las 24 horas del día, por lo que a lo
largo de este capítulo se analizaran las diferentes normas que rigen la elaboración de moldes
de inyección de plástico, así como lo es los diferentes tipos de moldes que se utilizan en las
empresas para realizar las inyecciones, las especificaciones con las que debe de contar, y
sobre todo los diferentes moldes que utilizan las empresas que se dedican a producir
tapaderas, con las medidas y especificaciones que debe de tener el producto que están a punto
de vender, tomando en cuenta los materiales que se ocuparan.
Historia de la inyección de plástico.
os hermanos John e Isaiah Hyatt desarrollaron en 1868 un material plástico que
superaba al de Parkes, llamado celuloide. En 1872 patentaron la primera máquina de
moldeo por inyección de plástico en la historia, con un proceso muy simple en
comparación con las máquinas actuales. Durante algunas décadas la industria de inyección
de plástico no avanzó mucho, pero con la demanda de productos en serie de bajo costo y gran
volumen que se derivó de la Segunda Guerra Mundial, los productos de plástico moldeado
se hicieron muy populares.
La primera máquina de inyección de plástico con husillo fue creada por James Watson
Hendry en 1946, la cual permitía tener mayor control de la velocidad y calidad del producto
terminado, además de mezclar materiales de color o reciclados con los materiales vírgenes.
Hendry perfeccionó su proceso de moldeo, que sigue siendo la base de los equipos en la
actualidad, al integrar sistemas que permitieron producir piezas huecas y complejos, que
ofrecían mayores posibilidades de diseño, reducción de tiempos, costo, peso y residuos.
Según el registro en 1872 John Hyatt patento una máquina de inyección; medio siglo después
la compañía Cellon-Werkw de origen alemán, se le atribuye ser pionera de la máquina de
inyección de plástico moderna; sin embargo, Mentmore Manufacturing compañía alemana,
en los años treinta, utilizo máquinas de moldeo por inyección, produciendo de manera masiva
la pluma fuente.
Las primeras máquinas, funcionaban con aire comprimido, el sistema de apertura del molde
y la extracción de la pieza eran realizados manualmente, los controles eran válvulas
manuales, sin pantallas digitales y no tenían ningún sistema de seguridad.
L

9
En 1932 apareció la primera máquina para inyección de plástico operada con sistemas
eléctricos, pero Estados Unidos en 1951 desarrollo la primera máquina con un tornillo
(husillo), ese cambio ha sido el más importante en la historia de las máquinas inyectoras. A
partir de los años ochenta, las mejoras han sido eficientes en diseño, el flujo del polímero,
adaptando un sistema software CAD, inyección asistida por computadora, mejor control de
calentamiento y eficacia en el control de calidad del producto. Tkno, es fábrica líder en
plástico, donde adaptamos cada diseño que requiere, gracias a que contamos con la
maquinaria de inyección de plástico adecuada.[7],[3]
Historia del plástico.
el primer plástico tuvo sus inicios en Estados Unidos, en 1860, cuando se ofreció un gran
premio para quien pudiera sustituir el marfil para fabricar bolas de billar. El vencedor fue
John Hyatt, quien inventó el celuloide, que a su vez dio origen a la industria cinematográf ica.
Para 1907, Leo Baekeland inventa la baquelita, que fue considerada como el primer plástico
termoestable. Era aislante, resistente al calor moderado, a ácidos y al agua. Su fama creció
rápidamente y ya para 1930 los científicos estaban creando los polímeros modernos que ahora
dominan la industria.[5]
Tipos de manufactura del plástico.
Fabricación de plásticos: el proceso de extrusión
Los plásticos son el resultado de una reacción química de derivados del petróleo, y son
moldeados a través del calor o la presión.
La técnica de la extrusión sólo se utiliza con materiales termoplásticos, que son a su vez los
más usados para la soldadura, y el proceso a través del que se realiza es el siguiente: la materia
prima se coloca en una tolva en forma de granulado, donde un cilindro con rosca de tornillo
la transporta a lo largo del tubo. El material poco a poco va fundiéndose y, por tanto,
ocupando menos espacio- y va saliendo por un extremo, donde se enfría y se recoge.
Moldeo con inyección a presión
El plástico se calienta hasta su punto de fusión y se inyecta en moldes, donde adquiere la
forma del objeto.
Extrusión combinada con soplado
El plástico se funde y se procesa a través de una boquilla. Posteriormente, tras realizar varias
operaciones auxiliares, se obtienen los productos de material plástico. [1]
Tipos de Plásticos.
polietileno de alta densidad.
Es fabricado a partir del Etileno (Que deriva del etano, que provine del gas natural).
Es muy versátil, rígido y está presente en una diversidad de envases. Se lo puede
transformar por diversos métodos: Inyección, Soplado, Extrusión, Rotomoldeo,
Termoformado. [2]

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Polietileno de baja densidad.
Como el PEAD, es muy versátil y se procesa de diversas formas: • Inyección •
Extrusión • Soplado • Rotomoldeo. Por su transparencia, flexibilidad, y economía
está presente en una diversidad de envases, sólo o en conjunto con otros materiales y
en variadas aplicaciones.[2]
Polipropileno.
Se obtiene por polimerización del propileno. En ciertos casos con el agregado de
etileno se obtienen PP copolímeros. Es rígido, de alta cristalinidad y elevado punto
de fusión, excelente resistencia química y el de más baja densidad. Con la adición de
distintas cargas se transforma en un polímero de ingeniería. Procesos: • Inyección •
Extrusión • Soplado • Termoformado.[2]
Tipos de moldes de inyección.
La inyección de plástico es un sistema eficaz para la fábrica de pequeñas y grandes piezas
de plástico con una excelente calidad y acabado. Para ello es imprescindible que el molde
tenga las mejores cualidades, una elaboración precisa y una máxima durabilidad. Dentro de
los pasos en la fabricación de los moldes, el más importante es el de la pieza plástica ya que
ha de tener un correcto y eficaz diseño.
El objetivo de un molde de inyección de plástico es la distribución de plástico fundido, para
coger la forma correcta, enfriado y posteriormente expulsar la parte moldeada. Los canales
de distribución o coladas deben de ser equilibrados, de forma que el recorrido del material
sea el mismo para las distintas cavidades, de ese modo obtendremos un llenado equilibrado
de todas las cavidades y una presurización equilibrada de las mismas.
Para el correcto diseño de un molde de inyección es importante tener claro los siguientes
pasos:
Diseñar correctamente el plano de la pieza a inyectar, marcar las líneas de partición, zona
de entrada de inyección, posición de los expulsores y cualquier detalle del molde que pueda
facilitar su correcta fabricación.
Según las especificaciones del plástico a utilizar en el molde, hay que tener en cuenta la
contracción, características de flujo y abrasión, estructura molecular, comportamiento
térmico, viscosidad…
Para fabricar un molde y una pieza de inyección de precisión, los principales puntos a tener
en cuenta son la exactitud dimensional con las tolerancias exigidas, el material a utilizar en
el proceso de moldeado y el acabado final de la pieza.
Los plásticos con baja contracción no presentan problema a la hora de calcular su
dimensión final y las dimensiones del molde pueden ser fácilmente calculadas para dar la
exactitud final de la dimensión del producto. Los plásticos con alta contracción se deben
tomar con más consideración y estudiar más puntos críticos ya que es más complicado a la
hora de calcular su reacción.

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Para la fabricación de moldes para la inyección de plásticos es obligado la utilización de
aceros especiales, debido a las cargas a las que son sometidas.
Existe una gran variedad de materiales para la fabricación de moldes para la inyección de
plásticos Algunos de los aceros utilizados en los moldes para inyección son:
A2: Acero endurecido a 58-60 Rockwell C, resiste abrasión-
D2: Acero con más contenido de cromo, más resistente a la abrasión y más difícil de
mecanizar que A2, más frágil, mejor para piezas pequeñas.
D7: Acero de muy buena resistencia a la abrasión, pero más difícil de mecanizar que A2 y
D2.
Stavax y Orvar: Muy recomendable para moldes pulido espejo por contenido en cromo y baja
porosidad.
Placas base: 1730
Placas porta molde: 2311, 2738, P 20.
Los costes para la fabricación de los moldes suelen ser altos, ya que los tiempos empleados
en la mecanización y ajuste de estos suele ser considerable. Además la exactitud de
dimensiones y la calidad superficial suele ser extremadamente laboriosa conseguirla.
El acabado final de la figura a inyectar en muchas ocasiones es un aspecto muy importante a
la hora de decidir el acabado del molde. Este factor es importante para el correcto
comportamiento del plástico y supone un costo adicional siendo uno de los mayores costes
finales en la construcción de los moldes.
Los diferentes acabados que se suelen utilizar en los moldes de inyección son:
Acabado de mecanizado: Se divide en dos fases, el desbaste que elimina la gran parte de
acero y el mecanizado de acabado que elimina el material restante con pequeñas pasadas
generando las superficies finales de acabado.
Electroerosión: En este caso se fabrica un electrodo, normalmente de cobre o grafito, que va
eliminando material de la cavidad del molde. Los electrodos generan descargas eléctricas que
van eliminando el acero del molde dejando la superficie final con un número de VDI
diferente.
Refinado o pulido: Para este acabado se emplean diversas herramientas que hacen que la
superficie de la figura del molde quede refinada con rayas muy finas o bien pulido como si
fuera un espejo.[8]

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Generalidades de las maquinas por moldeo de inyección.
 La unidad de inyección o plastificación. La unidad de inyección plastifica e inyecta
el polímero fundido.
 La unidad de cierre. Soporta el molde, lo abre y lo cierra además de contener el
sistema de expulsión de la pieza.
 La unidad de control. Es donde se establecen, monitorean y controlan todos los
parámetros del proceso: tiempos, temperaturas, presiones y velocidades. En algunas
máquinas se pueden obtener estadísticas de los parámetros de moldeo si así se desea.
Básicamente todas las máquinas de inyección están formadas por los mismos elementos. Las
diferencias entre una máquina y otra radican en su tamaño, la unidad de cierre y el diseño de
la unidad de plastificación. En menor medida, también se diferencian en las variantes del
diseño de sus elementos de montaje y los sistemas de accionamiento. A continuación, se
explicarán a detalle los elementos constitutivos de cada subsistema que componen a una
máquina de inyección de plásticos, así como de una breve descripción del proceso de moldeo
por inyección para poder comprender mejor el funcionamiento de las máquinas.[6]
1.6.2 El proceso de inyección.
El proceso de obtención de una pieza de plástico por inyección sigue un orden de
operaciones que se repite para cada una de las piezas. Este orden, conocido como ciclo de
inyección, se puede dividir en las siguientes seis etapas:
1-Se cierra el molde vacío, mientras se tiene lista la cantidad de material fundido para
inyectar dentro del barril. El molde se cierra en tres pasos: primero con alta velocidad y
baja presión, luego se disminuye la velocidad y se mantiene la baja presión hasta que las
dos partes del molde hacen contacto, finalmente se aplica la presión necesaria para alcanzar
la fuerza de cierre requerida.
2-El tornillo inyecta el material, actuando como pistón, sin girar, forzando el material a
pasar a través de la boquilla hacia las cavidades del molde con una determinada presión de
inyección.
3-Al terminar de inyectar el material, se mantiene el tornillo adelante aplicando una presión
de sostenimiento antes de que se solidifique, con el fin de contrarrestar la contracción de la
pieza durante el enfriamiento. La presión de sostenimiento, usualmente, es menor que la de
inyección y se mantiene hasta que la pieza comienza a solidificarse.
4-El tornillo gira haciendo circular los gránulos de plástico desde la tolva y
plastificándolos. El material fundido es suministrado hacia la parte delantera del tornillo,
donde se desarrolla una presión contra la boquilla cerrada, obligando al tornillo a retroceder
hasta que se acumula el material requerido para la inyección.
5-El material dentro del molde se continúa enfriando en donde el calor es disipado por el
fluido refrigerante. Una vez terminado el tiempo de enfriamiento, la parte móvil del molde
se abre y la pieza es extraída.

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6-El molde cierra y se reinicia el ciclo.
Partes de una inyectora.
Unidad de plastificación; La unidad de inyección realiza las funciones de cargar y plastificar
el material sólido mediante el giro del tornillo, mover el tornillo axialmente para inyectar el
material plastificado hacia las cavidades del molde y mantenerlo bajo presión hasta que sea
expulsado. El tornillo tiene una acción reciprocante además de girar para fundir el plástico,
se mueve de manera axial para actuar como pistón durante el proceso de inyección, La unidad
de inyección consta de un barril (o cañón) de acero capaz de soportar altas presiones, este
cilindro va cubierto por bandas calefactores para calentar y ayudar a fundir el material
mientras avanza por el tornillo. Consta además de una unidad hidráulica que es la que
transmite el movimiento lineal al husillo en el proceso de inyección. Algunas máquinas
tienen 2 unidades hidráulicas, una para la inyección y otra para el cierre.
Tolva de alimentación; Las partículas sólidas de la resina en forma de gránulos se depositan
en la tolva de alimentación de la máquina, esta tolva normalmente está conectada a algún
equipo periférico o auxiliar que proporciona las condiciones especificadas por el fabricante
de la resina para obtener los óptimos resultados de procesamiento. Estas condiciones
normalmente son las de porcentaje máximo permitido de humedad. Dependiendo del material
a inyectar, si es higroscópico o no, será necesario secarlo antes de introducirlo al cañón o
barril de inyección a través de una tolva secadora especial. También encontramos que
algunos manufactureros emplean sistemas de alimentación continua de resina de manera
centralizada para toda la planta o particular en cada máquina. Estos equipos periféricos se
estudiarán con más profundidad en capítulos siguientes. Como ya habíamos mencionado, los
gránulos de plástico se vierten en la tolva de alimentación y esta a su vez lo alimenta al husillo
dentro del barril. Aunque los gránulos pueden introducirse directamente al husillo,
usualmente el material se alimenta por gravedad dentro de la zona de alimentación del barril.
Estas tolvas son en realidad contenedores de forma cónica truncada, aunque esta geometría
depende de cada fabricante de máquina. Pueden clasificarse en tolvas cortas y tolvas largas.
Las tolvas cortas son típicamente utilizadas cuando se seca la resina de manera independiente
en un mezanine o en una máquina de secado fuera de la máquina de inyección, esto con la
finalidad de que no se acumule mucho material en la tolva y que alcance a absorber humedad
del ambiente. Las tolvas largas normalmente requieren algún tipo de refuerzo en la garganta
de esta para poder montarla directamente en la garganta de la máquina. Este tipo de tolva es
también ampliamente utilizada, sin embargo, presentan mucha más dificultad para moverlas
fuera de la garganta de la máquina cuando se necesita inspeccionar la entrada del material al
cañón. Algunas máquinas ya presentan un equipo auxiliar neumático para mover fácilmente
este tipo de tolvas. Algunas también presentan la opción de un dispositivo magnético en la
base, su propósito es únicamente tratar de eliminar cualquier objeto metálico que pudiese
caer dentro de la tolva de alimentación.
La garganta de alimentación de la tolva se enfría con agua para evitar que el plástico
granulado se funda (aglomerándose) en la garganta de alimentación.

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Husillos; El calentamiento del tornillo se hace por zonas y el número de zonas dependerá del
tamaño del cañón, normalmente se dividen 3. Dentro del barril se encuentra un tornillo de
material muy duro, el cual generalmente está pulido y cromado para facilitar el movimiento
del material sobre su superficie. El tornillo se encarga de recibir el plástico, fundirlo,
mezclarlo y alimentarlo en la parte delantera hasta que se junta la cantidad suficiente para
luego inyectarlo hacia el molde. Los husillos, o tornillos reciprocantes por lo general se
dividen en 3 zonas y tienen relaciones de longitud/diámetro (L/D) de 20:1. Esto es debido a
que husillos con relaciones más pequeñas no proporcionan un fundido homogéneo, y con
husillo con relaciones L/D mayores a 24 se tiene una degradación no deseada en muchos
plásticos de ingeniería debido a que el material tendrá un tiempo de residencia excesivamente
largo.
Las principales funciones de este tipo de unidades de inyección son:
Moverse para acercar o alejar la boquilla de la unidad de inyección del bebedero del molde.
Generar la presión requerida entre la boquilla de la unidad de inyección y el bebedero del
molde, Girar el tornillo durante la etapa de alimentación, Mover el tornillo de manera axial
durante el proceso de inyección, Mantener la presión generada durante la inyección.
Una gran parte de la energía necesaria para la plastificación se debe al calor de fricción,
suministrando al material por el motor del tornillo a través del giro de este. Por lo tanto,
durante la etapa de alimentación se consume una gran cantidad de energía.
Solamente cuando se tienen máquinas de muy altas producciones se tienen husillos de
relaciones entre 22:1 y 26:1. Estos husillos a menudo están equipados con secciones de
mezcla, o con una combinación de secciones de cizalla y mezcla, y eventualmente con una
eficiente zona de alimentación.
En general podemos caracterizar los husillos en base a dos parámetros: la relación longitud
diámetro (L/D) y la relación de compresión. La principal ventaja de que la relación L/D sea
grande, es que, al proveer de un mayor recorrido entre la tolva y el molde, hace que el tiempo
de residencia sea mayor, y por lo tanto permitirá que una mayor plastificación con menores
temperaturas, lo que ayuda a disminuir el tiempo de ciclo, y por lo tanto permitirá el aumento
de la productividad.
Sin embargo, esta misma ventaja es su principal punto débil, ya que, al tener un tiempo de
permanencia largo, algunos polímeros tienden a degradarse, lo que ocasiona una pérdida en
las propiedades mecánicas de estos. Es en base a esto que se recomiendan, para plásticos
técnicos y para PVC, relaciones L/D de bajo valor, a fin de reducir el tiempo de permanencia.
Por el contrario, se tiene que tener que aumentarse la temperatura, el enfriamiento tarda más
y en consecuencia aumentará el tiempo de ciclo, bajando la productividad.
Por otro lado, la relación de compresión, que se denomina la relación entre las alturas medias
del filete medidas en la zona de alimentación y dosificación, permite expresar la compresión
mecánica sufrida por el material. En general, para los polímeros amorfos se usan husillos de

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baja relación de compresión, mientras que para los semicristalinos se utilizan husillos de
compresión elevada.
Usualmente se utilizan 4 tipos de aceros para fabricar los husillos de las máquinas de
inyección de termoplásticos:
Nitralloy 135. Es un acero grado herramienta que una vez mecanizado se le realiza un
nitrurado por 72 horas. Es una excelente opción de bajo costo cuando el desgaste por abrasión
pasa a segundo término.
AISI 4140. Un acero para herramientas con excelente resistencia mecánica cuando se le
aplica un tratamiento térmico o un recubrimiento superficial.
AISI D2. Un acero con altos contenidos de carbono y cromo, excelente resistencia al
desgaste, pero bajo desempeño en la transmisión de torque.
CPM-9V. Excelente acero para aplicaciones de alto desgaste, como materiales cargados con
fibra de vidrio, buen desempeño contra el desgaste. Usualmente se utilizan tres tipos de
tratamiento superficial a los husillos para alargar su vida útil o mejorar su funcionamiento.
Nitrurado: Incrementa su dureza superficial y la vida del husillo, es el tratamiento de más
bajo costo, utilizado principalmente para husillos de material 135M y 4140.
Cromado: Incrementa la dureza superficial y reduce la fricción del material fundido y los
filetes. También es utilizado para prevenir la corrosión del acero debido a las reacciones
químicas del polímero en el cañón. Ideal para la inyección de PVC. Carburado: Este
tratamiento incrementa la dureza superficial y aumenta la vida útil. Utilizado en acero 9V.
Ahora bien, en lo que refiere a la geometría del husillo, las tres zonas en un husillo estándar
no están diseñadas para proporcionar un mezclado totalmente eficiente, por lo que se debe
tener esto en consideración al momento de utilizar master Bach u otros aditivos. Aparte de
los husillos convencionales, existen otros más especializados, entre los que se pueden contar:
Husillos de doble filete.
Husillos para PVC rígido.
Husillos para desgasificación.
Husillos para materiales termoestables.
Husillos para elastómeros.
Es importante seleccionar bien el husillo, no solo en lo referente a la geometría, sino también
en la resistencia al desgaste. Esta consideración cobra especial relevancia con la utilización
de algunas cargas como la fibra corta de vidrio y la microesfera de vidrio. En este aspecto,
las partes que más desgaste sufren son el anillo de retención, la boquilla, las uniones entre la
camisa, la parte delantera de la camisa y la boquilla, el mismo husillo y la camisa. Cuando
se repara un husillo debe tomarse en cuenta la conveniencia de cambiarlo, pues los husillos

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viejos pueden presentar cavidades superficiales donde el plástico puede degradarse y
ocasionar posteriormente problemas de corrosión.
Válvulas antirretorno o puntas de husillo (válvula check). La función de esta válvula es
esencialmente dejar pasar el material libremente desde el husillo a la cámara de fundido
durante el proceso de dosificación y evitar que el material fundido regrese hacia los filetes
del husillo durante el proceso de inyección. Van montadas en el extremo izquierdo del
husillo. El correcto funcionamiento de esta válvula es esencial para tener un proceso estable,
ya que si tenemos fugas de material de la cámara de dosificación hacia los filetes del husillo
tendremos una variación considerable en el volumen inyectado al molde, esto por supuesto
que tendrá severas repercusiones en el peso y calidad de la pieza moldeada. Es importante
establecer revisiones periódicas a estas válvulas, así como hacer una adecuada selección de
estas; Estas variaciones de volumen de dosificación se conocen como variaciones del
colchón, pudiendo provocar burbujas en la pieza inyectada o hasta el llenado incompleto de
material en el molde.
Las válvulas antirretornos pueden ser fabricadas en distintos materiales; cada aplicación
deberá ser evaluada para poder seleccionar la válvula adecuada y así evitar desgaste abrasivo
y corrosión excesiva en este importante componente de la máquina. Generalmente podemos
encontrarlas en los siguientes materiales:
H13 Nitrurado. Es un acero grado herramienta con buena resistencia mecánica. Es totalmente
endurecida con un nitrurado al vacío de 72 horas. Es un material para aplicaciones generales
como el estireno, polipropileno y polietileno.
CPM-9V. Acero grado herramienta, alta resistencia a la abrasión debido a su alto contenido
de carburo de vanadio. Excelente para aplicaciones abrasivas como los termoplásticos
cargados con fibra de vidrio.
CPM-420V. Acero grado herramienta, ideal para aplicaciones corrosivas, como el PVC.
También tiene significativa resistencia al desgaste.
440C. Acero grado herramienta inoxidable, excelente para aplicaciones corrosivas.
También existen diferentes tipos de geometrías de válvulas, cada una tiene diferentes
aplicaciones y características que el ingeniero de procesos deberá seleccionar para llevar a
cabo una adecuada inyección.
Barril de inyección; El barril es un cilindro hueco de acero aleado capaz de soportar grandes
presiones y temperaturas internas provocadas por la fricción de los gránulos y el husillo. Los
barriles de moldeo por inyección son relativamente cortos (comparados con los barriles de
extrusión), la relación longitud / diámetro (L/D) es de 20:1, solamente en máquinas de altas
producciones vienen en una relación de hasta 26:1. La entrada de alimentación al barril, o
garganta, está cortada a través del barril y conecta con el anillo de enfriamiento de la tolva
de alimentación.

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El extremo de descarga del barril se cierra directamente a una tapa final o adaptador a la
boquilla; la cavidad en el extremo del barril centra la tapa terminal. Como el barril ejerce una
presión excesiva de 130 a 200 MPa en el extremo de descarga del barril se localizan mangas
de acero endurecido que se montan en el barril a través de un ajuste por interferencia térmica.
Existen una gran cantidad de materiales para la fabricación de los barriles de inyección, sin
embargo, dentro de los más comunes tenemos los siguientes:
Acero AISI-D2. Acero de alto contenido de carbono y cromo, térmicamente tratable, ofrece
alta resistencia a la abrasión y buena resistencia a la corrosión. Su dureza típica es de 58-60
HRc.
Acero AISI-M2. Acero de alta velocidad al tungsteno–molibdeno, también usado en la
manufactura de cortadores, rimas y machuelos. Ofrece excelente resistencia al desgaste y
buena dureza.
Acero CPM-10V. Acero grado herramienta, ofrece excepcional resistencia al desgaste.
Acero CPM-420V. Acero grado herramienta con alto contenido de vanadio, diseñado para
aplicaciones de desgaste abrasivo donde también sea requerida la resistencia a la abrasión.
Hestelloy y Duranical. Mayormente usados para husillos, este acero especial tiene excelente
resistencia química. Este material es usado con fluoro carbonos y otros materiales altamente
corrosivos.
PC 100. Es un barril bimetálico de hierro aleado con níquel-boro con muy alta dureza. Tiene
excelente resistencia al desgaste y un bajo coeficiente de fricción. Posee rangos de dureza de
58-65 HRc es recomendado para usarse en materiales moderadamente abrasivos.
P-500.Es un barril bimetálico con una aleación de cobalto-níquel y altos contenidos de cromo
y boro. Ofrece excelente resistencia a la corrosión y moderada resistencia al desgaste. Tiene
un rango de dureza de 50-55HRc, es recomendado para ser usado en atmósferas severamente
corrosivas, es ideal para flúor polímeros y resinas cloro polivinílicas.
PC-800. Es un barril bimetálico con altos contenidos de carburo de tungsteno y una matriz
de aleaciones de cromo-boro-níquel. Más del 80% de la aleación es ocupada por el carburo
de tungsteno y el cromo-boro. Tiene durezas de hasta 70 HRc, es el mejor para aplicaciones
de desgaste y ataques corrosivos.
Sobre del barril de inyección van montadas las bandas calefactoras, estas tienen como
función principal mantener la temperatura del fundido, es decir, compensan las pérdidas de
calor, ya que del 80-90% del calor necesario para fundir los gránulos es proporcionado por
la fricción del husillo, los gránulos y el barril.
Boquilla y punta de inyección; La boquilla es la punta de la unidad de plastificación y provee
una conexión a prueba de derrames del barril al molde de inyección con una pérdida mínima
de presión. La punta alinea la boquilla y el anillo de retención. Existen dos radios estándar:
12.7mm (0.5 in) y 19.1mm (0.75 in) y la abertura de la punta debe de ser 0.79mm (1/32 in)

18
menor que el barreno del anillo de retención. Las boquillas o tubos de salida también son lo
suficientemente largas para tener bandas de calentamiento y requieren sus propias zonas de
calentamiento.
En general hay tres tipos de boquillas:
Boquilla de canales abiertos. Este es el tipo más común de diseño, ya que no se coloca
ninguna válvula mecánica entre el barril y el molde. Esto permite la boquilla más corta y no
se interrumpe el flujo del polímero fundido.
Boquillas con interrupción interna. Estas se mantienen cerradas mediante un resorte que
puede ser interno o externo. Se abren por la presión de la inyección del plástico.
Boquillas con interrupción externa. Se operan por medios externos, ya sean pistones
hidráulicos o neumáticos. Con ambos sistemas de interrupción las boquillas son más largas
que las boquillas de canal abierto eliminan los derrames y permiten la plastificación cuando
la boquilla no está en contacto con el anillo de retención.
Unidad de cierre; La unidad de cierre tiene las siguientes funciones:
Soporta el molde, Lo mantiene cerrado durante la inyección, Lo abre y lo cierra tan
rápidamente como es posible, Produce la expulsión de la pieza, Brinda protección al cerrado
del molde, Existen cuatro tipos de medios de sujeción, los cuales son:
I. Hidráulicos.
Un medio de sujeción hidráulico convencional tiene un gran cilindro en el centro de la
plancha movible sin que aporte ninguna ventaja mecánica. Así, el fluido hidráulico y la
presión abren y cierran el medio de sujeción.
II. Articulados accionados hidráulicamente (rodillera).
En las pinzas hidráulicas (rodilleras), la fuerza de la pinza se controla mediante la presión en
el cilindro principal. Por lo tanto, es posible variar la fuerza de la rodillera durante el ciclo de
moldeo. Comúnmente durante el llenado del molde y el empaque se utiliza una fuerza mayor
de la rodillera, en tanto que durante el enfriamiento la fuerza se reduce.
III. Articulados accionados eléctricamente
Las articulaciones en la unidad de sujeción se extienden y retraen mediante un servomotor,
y se utilizan engranes reductores de la transmisión para obtener las fuerzas requeridas. El
cierre es mucho más estable pues no tiene un cierre hidráulico que genere calor, además, los
servomotores proveen un movimiento extremadamente exacto de los componentes de la
máquina. También es mucho más limpia en su operación que los otros tipos de máquina de
moldeo. Todas las máquinas eléctricas son la máquina de elección para la mayor parte de
productos médicos.

19
IV. Articulados hidromecánicamente.
En las unidades hidromecánicas de sujeción las articulaciones están combinadas con
cilindros hidráulicos. La articulación se utiliza para abrir y cerrar la rodillera, pero el pistón
hidráulico es el responsable de la presión de cierre. Como esto requiere pequeños cilindros
hidráulicos, el movimiento de cierre es más rápido y las unidades de sujeción son más
pequeñas que las unidades hidráulicas. Sin embargo, la sujeción hidráulica proporciona un
mejor control de la fuerza de cierre.
Sistema de expulsión; Al final del ciclo el molde se abre y las piezas enfriadas se expulsan
del molde, esto requiere de un sistema de expulsión. Cuando el molde se abre, normalmente
la pieza plástica se queda en el lado del corazón del molde, por lo que la mayoría de los
diseñadores de moldes colocan el corazón del lado móvil del molde.
Normatividad para la inyección por plástico.
La Asociación de la Industria Plástica de Estados Unidos (Plastics Industry Trade Asociación
- PLASTICS) anunció que su Comité de normas de seguridad de maquinaria publicó un
nuevo estándar voluntario que establece los requisitos para la fabricación y uso de máquinas
de moldeo por inyección, que son las máquinas más utilizadas en la fabricación de productos
plásticos.
Después de tres años de una completa revisión por parte de los miembros del comité de
normas de seguridad de maquinaria de la asociación, la junta de revisión de las normas del
American National Standards Institute (ANSI) aprobó el 6 de enero de 2017 el recién
revisado estándar nacional americano — ANSI/PLASTICS B151.1-2017 – que son los
requisitos de seguridad para máquinas de moldeo por inyección. Dos de los cambios más
significativos en este nuevo estándar se refieren al dispositivo de seguridad mecánico
(también conocido como " jam bar " o "drop bar") que se es opcional para las máquinas
horizontales si se construyen con el estándar 2017; así como la combinación de dos
estándares anteriormente separados en un estándar único más fácil de usar para los dos tipos
de máquinas. Tener una norma en lugar de dos simplifica en última instancia la fabricació n
de estas máquinas en Estados Unidos. El nuevo estándar también se ajusta bien a la normativa
europea y a los proyectos de normas ISO sobre este tema.
"Como la organización acreditada por ANSI para el desarrollo de normas para la industria
plástica de Estados Unidos, Plastics es responsable de garantizar que toda la maquinaria
plásticos está construida según normas que protegen a los trabajadores al tiempo que logran
eficiencia en la producción", dijo William R. Carteaux, presidente y CEO de PLASTICS.
"En esta medida, el nuevo estándar B151.1 es un gran éxito. Esta norma hará que para los
fabricantes sea más fácil mantener seguros a los trabajadores de la industria, producir
artículos de mayor calidad y competir en el mercado global. “El esfuerzo de revisar el
estándar fue liderado por subcomité de moldeo por inyección, perteneciente al comité de
normas de seguridad de maquinaria, que está presidido por Jim Pilavdzic, gerente de
seguridad de producto, en Husky, y donde ocupa la vicepresidencia Larry Keller, Ingeniero
en jefe en Milacron.[4]

20
Capitulo2. Planteamiento del problema.
Introducción Capitulo 2.
A lo largo de este capitulo se analizaran los datos en los que me basare para poder realizar
toda mi investigación y experimentación, dando las explicaciones de cada uno de los
problemas que se presentan hoy en día en la inyección de plásticos, que cada día que va
avanzando la producción y la demanda de los productos que se realizan mediante este
proceso, estos se ven afectados por las fallas que ocurren al momento de que se inyectan y
los moldes no fueron diseñados a forma de que esto quedara solucionado, esta y más causas
similares serán analizadas a lo largo de la tesina, que ayudaran a que mas adelante se puedan
dar mas opciones de mejora para los moldes, y hasta el diseño del producto.
Objetivo general.
Realizar el rediseño de un molde de inyección, para reducir los daños ocasionados por las
temperaturas a las que es sometido, y la presión que se le ejerce, aparte de reducir el margen
de error en la producción de tapaderas de plástico, teniendo en cuenta la competencia que
surge día a día, y que cada vez salen diferentes productores del mismo producto, pero que no
toman en cuenta estos aspectos, así que será por la parte que intentare mejorar los moldes.
Objetivo particular.
Mejorar un molde de inyección de plástico que sea capaz de hacer más eficiente la inyección
de las tapaderas de garrafón, disminuyendo el margen de falla dentro de la producción, y así
poder ser mas eficiente que los moldes convencionales.
oy en día la industria de inyección de plásticos es una gran novedad, que va
avanzando conforme a la demanda de nuevos productos que van saliendo, lo
más relevante en la industria de la inyección de plástico, es la cantidad de
tapaderas de garrafón que se producen día a día, anteriormente se había
explicado que los moldes utilizados son demasiado grandes, y que su costeo es
bastante alto, alcanzando precios que no están al alcance de cualquier persona, sin dejar de
lado el costo que las maquinas llegan a tener, costos que van desde 100,000 USD, hasta
1,000,000 USD aprox, que son precios que solo industrias grandes pueden pagar.
Industrias grandes como lo son bonafont, Ciel, e-pura, fabrican sus propias tapaderas para
sus garrafones, teniendo que realizar una producción bastante grande, lo que hace que gran
parte de su producción baje en calidad, por lo que a lo largo de la tesina me centrare en
analizar la problemática con los moldes, debido a que muchos moldes tienen un margen de
H

21
error bastante grande, por lo que lo rediseñare e intentare bajar ese margen de error, tomando
en cuenta el esfuerzo máximo que el material puede aguantar, debido a que la maquina para
poder realizar correctamente la inyección debe de estar perfectamente sellada la unión entre
ambos moldes(Macho y Hembra), por lo que al ejercérsele presión de mas al molde, este
podría flexionarse, y hasta quebrarlo si la fuerza que se le aplica es demasiada.
Figura 1 moldes de inyección colocados.
Como se puede apreciar en la figura 1, los moldes de inyección se colocan paralelos, para
que después la inyectora los junte mediante una prensa hidráulica, que realiza presión en
ambos moldes, para que estos no se separen y causen un accidente, o hasta la falla de la
máquina.
Figura 2 Fallas en inyección de plástico.
En la figura 2.2, se logra observar los errores que pueden suceder por fallas en la inyección
del plástico, o porque se logró desacomodar el molde, o hasta por retirar la pieza sin cuidado.

22
2.1 problema concreto.
Concluyendo lo mencionado en el subíndice anterior, el problema que se aborda
principalmente es las fallas que tienen los moldes desde que son fabricados, los cuales
comienzan cuando el diseñador o toma en cuenta los esfuerzos máximos que el molde puede
soportar.
Dejando de lado el como a lo largo del tiempo los moldes se debilitaran debido a la
compactación que resisten cada vez que el plástico se va a inyectar, haciendo que estos
moldes sufran deformaciones tanto por calor como por flexión.
Figura 3 molde de inyección fotografiado por cámara térmica.
En la figura mostrada se logra percatar que la parte del molde que mas se calienta es por la
parte en la que pasa el plástico derretido, que a su vez calienta todo el molde, obviamente
en la parte que menos se ve transferido el calor es en las orillas que son en las que se
sostiene el molde, pero también cabe recalcar que debido a la presión que se le ejerce al
molde, este podría flexionarse, y deformar la figura que se está inyectando.

23
Figura 4 tabla de temperaturas del plástico.
En la figura 4 se muestran las temperaturas por las que pasa el plástico durante la
inyección, mismas temperaturas que son transmitidas al molde mediante un proceso de
conducción, y convección, que a la larga ayudan a que el molde pierda sus propiedades y
este sea mas propenso a deformarse, que es lo que se esta abordando como tema concreto
para la realización de esta tesina.
Propuestas de mejora.
 Realizar dentro del diseño que al momento de que compacte la inyectora, esta realice
una cizalla en la parte que se termine de formar la figura, esto para que se reduzcan
las rebabas que quedan del producto, y que afectan debido a que esto para el
consumidor es bastante grave, debido a que como también los niños interactúan con
las tapaderas de garrafón, estos podrían cortarse con una rebaba.
 Realizar ventilas dentro del molde, esto para que el plástico al ser inyectado, se enfrié
un poco mas rápido, y pueda ser más fácil y más ágil sacarlo de la inyectora, esto
ayudando a que también el molde no se caliente tanto, y así corra menos riesgo de
deformarse por el calor.
 Diseñar los moldes macho y hembra de tal manera que al compactarse amortigüen el
impacto que se lleva acabo con la compresión que realiza la inyectora, esto para evitar
que ambos moldes se flexionen, y deformen la figura que se desea inyectar, esta

24
amortiguación se analizara por medio de la ecuación: 𝑀(𝑋̈) + 𝐵(𝑋) + 𝐾( 𝑋) = 𝐹̇ ,
esta ecuación es utilizada para analizar sistemas amortiguados, misma que servirá
para analizar la inyectora, con los moldes, y si es necesario colocar un amortiguador,
se colocara, si no es posible este solo se retirara de la ecuación, analizando solamente
la masa y el resorte que se colocaran para que esta disminuya la fuerza de impacto.
 Seleccionar un material más resistente al calor, y mas resistente a la compresión que
realizaría la inyectora, a continuación, explicare el material que propongo utilizar, y
porque me gustaría utilizarlo.
 Aleación de acero al hierro, este material demás de ser resistente; resiste
demasiada exposición al calor, es un poco mas costoso que el acero 1020,
pero este material que también es utilizado en los motores de combustión
interna, podría ser una gran opción para realizar el molde, por obvias
razones seria mas pesado que el molde convencional, pero dependiendo
de la maquina este se podría realizar, me gustaría ocupar este material ya
que debido a sus propiedades tendría una vida mas larga que un molde con
el otro material, ayudando a que el gasto se vea reducido para la compra
de más moldes.
 Diseñar el molde de tal modo que este pueda producir distintos tipos de tapaderas, ya
que los moldes convencionales están diseñados para un solo tipo de tapaderas, por lo
que al ser un molde grande, se buscara que este molde tenga capacidad de inyectar
100 tapaderas, donde se busca que el 60% del molde sea utilizado para tapaderas de
49mm(bonafont), el 20% del molde seria utilizado para tapadera de 52mm(Ciel), y el
20% que resta del molde seria de tapaderas de 57mm(electro pura), que son las tres
marcas que más se distribuyen al público, de las cuales las tapaderas de Ciel son las
más defectuosas.
 Mejorar la calidad del material que se va a inyectar, se escogerá un material mas
flexible y resistente que el plástico ya utilizado en las tapaderas convencionales,
escogiendo un plástico mas flexible y mas resistente que el ya utilizado, ya que el
plástico que se utiliza para fabricar las tapaderas de Ciel hace que, al aplicarles una
presión mas grande, esta tapadera se desfunda, haciendo que se pierda más
producción, aun después de la fabricación.
 Rediseñar las tapaderas, de tal manera que estas puedan tener un amortiguamiento
que al aplicárseles presión de mas estas no se desfunden como las tapaderas de Ciel,
esta forma podría darse como un amortiguador pequeño, que colisione con la boquilla
del garrafón, y evite que la parte superior de la tapadera se rompa; este diseño
mejoraría bastante la calidad de las tapaderas de Ciel, aparte de que se les haría un
refuerzo en la parte exterior superior para evitar que se obtenga la misma falla.

25
Hipótesis general.
Los moldes diseñados actualmente para la inyección de plástico fallan por una u otra razón,
teniendo esto como un gran problema para quien usa el molde, debido a que estos son
bastantemente costosos, y si el diseñador no hizo un buen trabajo, este va a terminar siendo
un gasto que no valió la pena, debido a que el molde en si no cumplió su función debido al
mal diseño, la mayoría de los moldes al ser de acero, como se les aplica temperaturas altas,
estos tienden a calentarse de mas y al no tener una ventilación, estos se flexionan debido a la
presión con la que estos compactan para inyectar, donde la temperatura cumple un gran papel
haciendo que el material se caliente y se haga mas plástico, perdiendo su rigidez.
Además, los moldes actuales no cuentan con ventilaciones, lo que hace que el calor no se
disipe, y haga que estos moldes se calientes aún más fácil y se cumpla más rápidamente el
problema ya antes mencionado, por lo que mi molde será con más ventilaciones.
Hipótesis particular.
Los moldes aparte de estar mal diseñados para disipar el calor, tienen otro gran problema, el
cual es que al no tener un buen diseño interno, no logran hacer que las tapas se hagan bien,
que a la larga termina siendo un gran problema puesto que el material se desperdicia, y las
tapaderas que se inyectan, terminan saliendo defectuosas o con rebabas, cosa que es mala
debido a que al menos 10% de la producción es defectuosa, y a la larga esto es muy malo
debido a que seria una gran cantidad de material desperdiciado, entre plástico y pigmento
que se va quedando.

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Capitulo 3. Experimentación.
Introducción:
A lo largo de este capitulo se realizará la parte mas importante de esta tesina, pues después
de toda la investigación, viene la experimentación, y pues es la parte mas importante de la
tesina, pues es donde se comprueban todas mis hipótesis, y se muestra el como es que llegue
a ese resultado, mostrando mis modelos, y estudios que se le aplican al molde, aparte de las
propiedades que este tendrá, teniendo como conclusión la formación de la tesina en sí.
Figura 5 molde en vista isométrica.
En la figura mostrada se logra apreciar el molde, con capacidad de inyección de 225 tapaderas
de 49mm, el cual duplica la cantidad de inyección de los moldes convencionales, aumentando
la producción, además de que al ser un material mas resistente al calor, tratándose de acero
aleado con hierro, este material puede resistir temperaturas mucho mas altas que el acero
normal, pudiendo soportar hasta 3000° Celsius, debido a que este material es el mismo que
se utiliza en los motores de combustión interna, cabe destacar que el uso de este material no
necesitaría el uso de ventilas, debido a que estaría muy por debajo de la temperatura máxima
que este pudiera soportar.

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Figura 6 vista frontal de la figura a inyectar
En la figura mostrada se logra apreciar la forma que estaría inyectando, dando la forma de la
tapadera, donde también se logra apreciar el orificio por el que sería inyectado el material.
Figura 7 vista lateral seccionada del molde
En la figura se logra mostrar el cómo llegaría el plástico mediante el barreno, hasta donde
seria la tapadera dejando que el plástico se distribuya libremente, además de que se logra
apreciar la barrera del molde que realizaría el proceso de cizalla.

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Figura 8 Ensamble de ambos moldes
Como se puede mostrar en la figura 7, ambos moldes se verían así ya ensamblados, donde
quedarían perfectamente acoplados eliminando perdidas de material.
Figura 9 Vista seccionada del ensamble.
En la figura presente se puede apreciar la forma en que sería acoplados los moldes, formando
completamente la tapadera lista para inyectarse, aparte de mostrar la sección por la que
entraría la inyectora, y los canales por los que se distribuiría el plástico.

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Figura 10 segunda vista seccionada del molde.
En la figura presente se logra apreciar completamente los canales por los que se distribuiría
el plástico, llegando hasta donde seria la figura de la tapadera.

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Figura 11 Vista isométrica del mayado con acercamiento a las cavidades.
En la figura mostrada se puede apreciar el mayado con el que se realizó la experimentación
del molde, donde fue un gran problema realizar el mallado, debido a que debió ser bastante
fino para que este pudiera pasar por todas las cavidades, cabe destacar que fue muy difícil
realizar el mayado, puesto que el mayado al ser muy fino tardaba mucho y la memoria de
SolidWorks se llenaba, pero al final el mallado perfecto fue de 10mm, el cual después de 3
horas de espera logro terminarse.

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Figura 12 Vista isométrica trasera del molde.
En la figura presente se logra apreciar el como es el mallado por los barrenos que se realizaron
para que el molde sea colocado, y por el barreno que entraría la inyectora de plástico, para
que este se distribuya por los canales y así fabricar las tapaderas de plástico.

32
Figura 13 Vista trasera del mallado.
En la figura presente se logra ver la parte trasera del molde, por donde entraría la inyectora,
que es una parte fundamental al momento de la transferencia de calor, debido a que esta
entrada debe ser realizada a la medida de la inyectora, debido a que si no se comprime bien
este tendría una gran fuga que terminaría atascando la inyectora.

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Figura 14 Vista semi lateral del modelo.
En la figura presente se muestra un costado, y la parte trasera del molde, donde las flechas
señalan los sitios donde se aplicaría la carga para comprimir los moldes, cabe destacar que
este molde es para una inyectora de 1.5 ton, pero el molde se capacitara para poder usarse
en una de 2.5ton

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Figura 15 Vista trasera superior del molde.
En la figura presente se logra revisar el molde, donde cabe destacar que el mallado fue más
difícil de realizar en esta zona, debido a las curvas que lleva cada barreno, ya sea los de
apoyo, o por el que entrara la inyectora.

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Figura 16 Vista semi lateral del molde.
En la figura se logra apreciar la zona de apoyo del molde, que sería donde compactarían
ambos moldes, donde se aplicarían ambas cargas, tanto la del molde macho, como la del
molde hembra, lo que haría que el plástico no se desborde.

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Figura 17 Simulación de transferencia de calor por convección.
El primer estudio que se realizo fue el de transferencia de calor por convección, debido a que
son 2 solidos en contacto, se logra apreciar que el material que se utilizo fue la mejor elección,
pues no se muestra afectado en ninguna zona, donde cabe destacar que este material es el
utilizado en los bloques para automóviles, y que resiste temperaturas de hasta 3000°C, por lo
que se podría decir que el molde esta sobrado.

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Figura 18 Vista frontal de la simulación.
En la figura mostrada se logra apreciar un poco sobre las cavidades, y como ninguna resulto
dañada por el estudio térmico.

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Figura 19 Vista con zoom del estudio térmico.
En la figura mostrada se logra apreciar mas de cerca cada una de las cavidades, y como es
que ninguna resulto dañada por el estudio.

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Figura 20 Vista trasera del molde simulado.
En la figura mostrada se logra apreciar el molde simulado, donde se reviso la parte por la que
entraría la inyectora, que tampoco resulto afectada por el estudio.

40
Figura 21 Vista con zoom a entrada de inyectora.
En la figura mostrada se puede apreciar la entrada de la inyectora mas de cerca, y como es
que esta no se calienta tanto, dejando que incluso el molde enfrié más rápido el plástico.

41
Figura 22 Análisis de pandeo.
En la figura presente se logra revisar el estudio de pandeo que se realizo al molde, aplicando
una fuerza de 2.5 ton en total por cada orificio, donde me di cuenta que al quedar la mayoría
del peso del molde en los barrenos inferiores, estos reciben aun mas peso en ellos, lo que
hace que se dañen mas fácil.

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Figura 23 Vista isométrica del molde simulado.
En la figura presente se logra apreciar el molde un poco más, de cómo fue dañado por las
cargas que se le aplicaron, recordemos que la fuerza que aplica la inyectora es 1.5 ton en total
por los 4 apoyos, y en este caso la fuerza fue de 2.5 ton por cada barreno, para que fuera mas
evidente que el material es mas resistente que el usado normalmente.

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Figura 24 Vista superior lateral del molde analizado.
En la figura mostrada se muestra el molde, donde se logran apreciar los 4 barrenos, y como
se deformo cada uno.

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Capitulo 4 Resultados y Análisis.
Introducción:
En este capitulo se revisarán los resultados obtenidos de las simulaciones, así como la
revisión de conceptos, y la metodología que se utilizo para llevar a cabo esta tesina, así como
la realización de la conclusión, donde se dirán los resultados obtenidos por medio de
investigaciones, simulaciones, y diseños que se llevaron a cabo para llegar al diseño final del
molde que podría o no llevarse a cabo mas adelante, pero que por el momento ya se sabe que
este funcionaria a la perfección.

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Resultados.
Al comenzar a realizar esta tesina, comencé con varias problemáticas que suceden con los
moldes de inyección utilizados comúnmente, donde muchos moldes son mal diseñados desde
que el diseñador no toma en cuenta el esfuerzo máximo que el molde puede recibir, debido
a que todo material tiene un esfuerzo máximo antes de hacer un proceso de cizalla, que es
algo que todos los diseñadores no toman en cuenta, así que este fue el primer problema, que
se necesitaba un material que pudiera recibir un esfuerzo máximo muy alto, para que el molde
tuviera una vida más larga.
La segunda problemática que me plantee fue que los moldes tenían muy pocas cavidades
para inyectar las tapaderas de plástico, teniendo otro problema que solucionar, ya que los
moldes desperdician mucho espacio que podría llevar más cavidades para más tapaderas,
donde el molde en la categoría del que diseñe cuenta máximo con 196 cavidades para inyectar
tapaderas, donde yo tenia que corregir ese problema.
La tercera problemática que se presento fue que los moldes convencionales se desbordan en
algunas cavidades, dejando grandes perdidas de material, aparte del mal diseño de las
tapaderas que inyectan, que al ser de materiales muy rígidos se rompen, así que se busco
rediseñar toda la parte interna del molde para que este inyectara material de calidad.
El molde que diseñe tiene varios cambios en cuestión a todos los moldes convencionales,
comenzando por la solución al primer problema, donde cambie el material para que su
esfuerzo máximo fuera por encima de los 30,000N, y mejorando el diseño por todas partes,
busque que el molde fuera muy similar a los convencionales, pero con muchas mejoras mas
para que este tuviera una vida mas larga, el material que elegí fue A286 acero aleado a base
de hierro, el cual es utilizado en los bloques de los motores de combustión interna, donde el
material se expone a temperaturas de 3000°C, por lo que al escoger este material hice una
gran elección debido a que el plástico solamente se inyecta máximo a 300°C, 10 veces menos
que la temperatura a la que esta expuesto en un motor.
A lo largo de las simulaciones el molde dio problemas mediante el mallado, debido a que el
mallado que proponía SolidWorks al principio, era bastante grueso, y no lograba cubrir todas
las cavidades y los barrenos completamente, por lo que decidí realizar un cambio haciendo
mucho mas pequeño el mallado, haciéndolo de 10mm, lo que funciono, pero también al ser
muy fino tardo demasiado al momento de realizarse, quitando un poco de tiempo para realizar

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el resto de detalles en el otro estudio, pero finalmente el mallado resulto correcto para realizar
ambas soluciones,
Para la segunda problemática de que los moldes tienen muy pocas cavidades, teniendo como
máximo las 196 cavidades, donde al saber que el material que escogí es mucho más resistente
que los que se usan más comúnmente quite espacios que sobraban en los moldes que revise,
por lo que decidí quitar esos espacios y aumentar mas cavidades en el molde, llegando a
aumentar el numero de cavidades hasta 225 cavidades, mejorando la producción de quien
podría adquirir este molde, haciendo que sea más eficiente que los moldes convencionales.
Por ultimo se busco mejorar el material de las tapaderas, debido a que el material que se
usaba para las tapaderas comúnmente no era ni resistente ni flexible, lo que hacia que las
tapas se rompieran, así que decidí que cuando se inyectaran las tapaderas fuera con
polietileno de alta densidad, que es un material bastante flexible y resistente.
Regresando al tema de el molde diseñado por mí, el molde tiene dimensiones de 1.5M de
alto por 1M de largo, por 50CM de ancho, con 225 cavidades de tapaderas de 49MM, para
que se pudiera conectar a el canal principal donde se distribuía el plástico, tenia un barreno
de 200 mm de largo que lo conecta con el canal principal que distribuye el plástico desde
donde se inyecta, para que después el molde pueda realizar el resto de la acción.
Durante la simulación de transferencia de calor, el molde se mostro bastante bien, puesto que
no se mostro falla alguna en el diseño, pues como se mostro en la figura 17, el molde no tiene
error alguno en el diseño, y la elección del material fue correcta, pues al ser un material que
resiste temperaturas de hasta 3000°C, queda mas que bien ya que el plástico se inyecta a
300°C, se puede decir que el molde esta sobrado, donde el molde ayudaría a que al no
calentarse completamente, el plástico se solidificaría más rápidamente agilizando aún más el
proceso.
Durante el estudio de pandeo, hubo aun mas problemas que con el estudio de transferencia
de calor, pues al momento de que ejecutaba el estudio como el mallado ya era bastante pesado
para la memoria del programa, el estudio era mas pesado todavía, donde la ejecución del
estudio duro 8h, pero dejo resultados satisfactorios al saber que el molde esta capacitado para
inyectoras de plástico de más de 2.5 ton.

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Análisis de resultados.
Los resultados obtenidos fueron los esperados puesto que a lo largo que me planteaba
problemas, el molde cumplió todas mis expectativas, al lograr los objetivos que tenía
planteados, ayudándome a que conforme avanzaba la investigación, logre descubrir que los
moldes convencionales tenían mas carencias, y carencias que fui eliminando con el diseño
de mi molde.
Gracias a los aprendizajes de materias anteriores como dibujo y diseño asistido por
computadora, mecánica de materiales, resistencia de materiales, transferencia de calor, y
otras materias mas fue posible realizar esta tesina, dejando los resultados esperados y
pudiendo ver que todo lo aprendido a lo largo de los cuatrimestres pasados.
Glosario.
Esfuerzo Máximo: Indicación del esfuerzo máximo que se puede desarrollar en un material
sin causar una deformación plástica. Es el esfuerzo en el que un material exhibe una
deformación permanente especificada y es una aproximación práctica de límite elástico. El
límite elástico convencional está determinado a partir de un diagrama carga-deformación. Se
trata del esfuerzo que corresponde a la intersección de la curva de carga-deformación y un
paralelo de línea a la parte de la línea recta del diagrama por una deformación especificada.
El desplazamiento de los metales suele especificarse como un 0,2%; es decir, la intersección
de la línea de desplazamiento y el eje de esfuerzo 0 está en la deformación 0,2%.
Normalmente, la deformación de los plásticos es el 2%.[10]
Carga axial: Una fuerza axial es una fuerza que actúa directamente sobre el centro axial de
un objeto en la dirección del eje longitudinal. Estas fuerzas pueden ser de compresión o de
tensión, dependiendo de la dirección de la fuerza. Cuando una fuerza axial actúa a lo largo
del eje longitudinal y este eje pasa por el centro geométrico del objeto, será además una
fuerza concéntrica; en caso contrario será una fuerza excéntrica. Las fuerzas perpendiculares
al eje longitudinal del objeto se denominan normalmente como fuerzas verticales.[11]
Transferencia de calor por convección: En este sistema de transferencia de calor interviene
un fluido (gas o líquido) en movimiento que transporta la energía térmica entre dos zonas,
La transmisión de calor por convección puede ser:

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Forzada: a través de un ventilador (aire) o bomba (agua) se mueve el fluido a través de una
zona caliente y éste transporta el calor hacía la zona fría.
Natural: el propio fluido extrae calor de la zona caliente y cambia su densidad haciendo que
se desplace hacía la zona más fría donde cede su calor.[12]
Deformación: La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al
diseñar o analizar una estructura; controlar las deformaciones para que la estructura cumpla
con el propósito para el cual se diseñó tiene la misma o mayor importancia.
El análisis de las deformaciones se relaciona con los cambios en la forma de la estructura que
generan las cargas aplicadas. [13]
Diagrama esfuerzo deformación: Límite de proporcionalidad σp: Se observa que va desde el
origen O hasta el punto llamado límite de proporcionalidad, es un segmento de recta
rectilíneo, de donde se deduce la tan conocida relación de proporcionalidad entre la tensión
y la deformación enunciada en el año 1678 por Robert Hooke =E*ε
Límite de elasticidad o limite elástico: Es la tensión más allá del cual el material no recupera
totalmente su forma original al ser descargado, sino que queda con una deformación residual
llamada de formación permanente.
Punto de fluencia σf: Es aquel donde en el aparece un considerable alargamiento o fluencia
del material sin el correspondiente aumento de carga que, incluso, puede disminuir mientras
dura la fluencia. Sin embargo, el fenómeno de la fluencia es característico del acero al
carbono, mientras que hay otros tipos de aceros, aleaciones y otros metales y materiales
diversos, en los que no manifiesta.
Esfuerzo máximo σmax: Es la máxima ordenada en la curva esfuerzo‐ deformación.
Esfuerzo de Rotura σu: Verdadero esfuerzo generado en un material durante la rotura
Figura 25 Diagrama esfuerzo deformación [13].

49
Conclusión.
La tesina llevada a cabo sirvió para muchos propósitos, propósitos que no teníamos
contemplados cumplir aun, pero que finalmente con esfuerzo y determinación logramos
realizar, esta tesina sirve como base para poder trabajar como base para proyectos mas
grandes, que sean capaces de explorar nuestra mente haciéndonos que trabajemos al máximo.
La elaboración de la tesina paso a paso, con los resúmenes diarios que se tenían que entregar,
trabajando arduamente hasta cumplir el objetivo final que era poner nuestros conocimientos
en práctica, sirvió para finalmente poder realizar un proyecto grande como se debe.
Los conocimientos utilizados fueron de gran ayuda para que la tesina fuera llevada a cabo
correctamente, aplicando los conocimientos de las materias que ya se han mencionado a un
caso en particular, el cual es un molde de inyección de tapas de garrafón, un producto que
consumimos cotidianamente y que debe de ser casi perfecto, fue un gran problema rediseñar
el molde, pero finalmente este quedo 100% cumplido, concluyendo que a lo largo de la
carrera los conocimientos adquiridos fueron correctamente tomados y en esta ocasión
aplicados a un caso en particular.

50
Bibliografía.
Referencias
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https://www.tkno.mx/historia-de-la-maquina-de-moldeo-por-inyeccion-de-plastico/
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i.html
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[8]Vicedormarti.(01de 04 de 2019). vicedomarti,com.Obtenidode vicedomarti.com:
https://www.vicedomarti.com/informacion/tipos-de-moldes-en-inyeccion-de-plasticos-
id1610
[10]Instron.(24/04/2019). instron.com, obtenidode instron.com:
https://www.instron.com.ar/es-ar/our-company/library/glossary/y/yield-strength
[11]curiosoando(24/04/2019). curiosoando.com, obtenidode curiosoando.com:
https://curiosoando.com/que-es-una-fuerza-axial
[12]CarlosPizarro.(27/06/2013).nerguiza.com, obtenidode nergiza.com:
https://nergiza.com/radiacion-conduccion-y-conveccion-tres-formas-de-transferencia-de-
calor

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[13]Uknown.(25/05/2013). materialesdeingenieria2013.blogspot.com, obtenidode
materialesdeingeniera.blogspot.com:
http://materialesdeingenieria2013.blogspot.com/2013/05/diagrama-de-esfuerzo-
deformacion.html

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