Variables inyección

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Variables en el
Proceso de
Inyección
MC2521-Técnicas de Procesamiento de Polímeros II Prof. Jeanette González/2011

Variables
Existen cinco variables fundamentales en el proceso de moldeo por
inyección, de las cuales dependen tanto la calidad del artículo
moldeado como la eficiencia con la producción del mismo.
Estas variables son:
 TEMPERATURAS
 PRESIONES
 TIEMPOS
 RECORRIDOS
 VELOCIDADES

Variables
La mayoría de las dificultades que se presentan durante el ciclo de
moldeo se corrigen ajustando estos cinco parámetros, para así lograr
un ciclo eficiente, el cual se define como: “el ciclo que permite
obtener una pieza con la calidad deseada, en el menor tiempo
posible, con el menor desgaste del equipo y el menor consumo
de energía”.

Variables
TEMPERATURAS
Las temperaturas a controlar en el proceso son las siguientes:
Temperaturas del Cilindro:
El cilindro de inyección está dividido en cuatro zonas de calentamiento:
alimentación, plastificación, dosificación y boquilla. Cada una de
ellas se controla de manera independiente.

Variables
Rangos típicos de temperaturas de procesamiento para algunos termoplásticos
Material Rango de Temperaturas de
Procesamiento [°C]
ABS 180-245
SAN 180-280
POM (acetal) 185-225
PMMA 185-250
PA 6 230-280
PA 66 270-285
PC 280-310
PEBD 140-160
PELBD 180-260
PEAD 200-260
PP 200-300
PS 180-260
PVC rígido 160-180

Variables
Temperatura del Molde
La temperatura del molde depende del tipo de material y de la
geometría de la pieza (espesor, etc.)
Es la variable que determina la velocidad de producción.
Generalmente, los moldes se enfrían haciendo circular agua a 15 °C
con un caudal variable ente 0,5 y 3 litros por minuto, y la eficiencia de
la disipación aumenta significativamente con la turbulencia del flujo.

Variables
Rangos de temperatura del molde óptimos para algunos termoplásticos
Material Rango de Temperatura del
Molde [°C]
ABS 40-90
SAN 40-90
POM (acetal) 65-125
PMMA 80-105
PA 6 20-100
PA 66 20-100
PC 80-110
PEBD 10-95
PELBD 10-95
PEAD 10-95
PP 15-65
PS 10-40
PVC rígido 10-65

Variables
Otras: Temperatura del Aceite del Sistema Hidráulico
La temperatura del aceite hidráulico debe controlarse en el rango que permita
un valor de viscosidad dinámica del fluido, que garantice a su vez la
transmisión de presión y caudal requeridos por el sistema hidráulico de la
máquina de inyección.
La temperatura de operación está ubicada generalmente en un rango entre
30 y 40°C, dependiendo de las características del aceite hidráulico que
recomiende el fabricante del equipo.

Variables
PRESIONES
Las presiones a considerar en el proceso son las siguientes:
Presión Hidráulica de Inyección:
Esta presión es la ejercida por el cilindro hidráulico. Es la presión que se lee
en el manómetro durante la fase de inyección.
Presión de Inyección:
Esta presión es la que ejerce el tornillo sobre el material previamente
plastificado generando el llenado de la cavidad, o cavidades, del molde.
La presión se origina por el accionamiento del cilindro hidráulico de inyección
y su magnitud resulta proporcional al valor de la presión hidráulica en el
cilindro, según la siguiente ecuación:
Ph ´
dh
d
Pi
=
Pi= presión de inyección
Ph= presión en el cilindro hidráulico
dh= diámetro del pistón hidráulico
d= diámetro del tornillo

Variables
El valor experimental de Pi resulta levemente inferior al calculado, debido a
que en la ecuación anterior no se toma en cuenta la fuerza de la fricción en
el cilindro hidráulico.
Pi = f(propiedades de flujo del material, características geométricas de la
pieza, distribución y tipo de canales de alimentación, ubicación y geometría
de la entrada de la cavidad).

Variables
El valor experimental de Pi resulta levemente inferior al calculado, debido a
que en la ecuación anterior no se toma en cuenta la fuerza de la fricción en
el cilindro hidráulico.
Pi = f(propiedades de flujo del material, características geométricas de la
pieza, distribución y tipo de canales de alimentación, ubicación y geometría
de la entrada de la cavidad).
Presión de la Cavidad:
Es la presión que tiene el material en la cavidad(es) del molde, desde que
se inyecta hasta que se solidifica la pieza(s).
Presión Posterior, de compactación, Remanente o Sostenida:
Es la presión ejercida por el tornillo durante la fase de compactación del
material en la cavidad. También es generada por el cilindro hidráulico.

Variables
Contrapresión:
Es la presión ejercida sobre el tornillo y que evita su libre retroceso
durante la etapa de plastificación.
Favorece el aporte de calor por efecto mecánico y a la compactación
desgasificación y mezclado del material durante la plastificación.
Presión Residual:
Presión que tiene la pieza al momento de abrir el molde para la extracción.

Variables
La distribución de presión en el polímero fundido
El polímero fluye
desde las áreas de
alta presión a las de
baja presión a través
de la longitud de flujo
hasta que alcanza la
presión atmosférica.

Variables
Otras
Presión de apoyo en la boquilla: fuerza que ejerce la unidad de inyección con
el objeto de asegurar el acople perfecto de la boquilla en el bebedero y evitar
derrames del material.
Presión de cierre del Molde: es la necesaria para generar la fuerza que
mantendrá al molde cerrado durante la etapa de inyección.
Presión de Apertura del Molde: es la necesaria para generar la fuerza que
requiere la unidad para vencer la fuerza de cierre, vencer la fuerza inicial y las
fuerzas de roce durante la apertura del molde. Esta presión es ajustable en
función del tamaño, tipo de molde y geometría de la pieza.
Presión de Expulsión: es la requerida por el cilindro expulsor para generar la
fuerza que permita extraer la pieza(s) del molde.

Variables
Presión de Seguridad del Molde: es una baja presión que se ejerce durante
la fase de seguridad de cierre, con el objeto de evitar la compresión de piezas,
coladas o cualquier otro objeto que impida el cierre efectivo de molde.
Presión de Ajuste: baja presión con la que opera la máquina durante la fase
de ajuste y montaje del molde con el objeto de impedir movimientos bruscos y
choques que ocasiones accidentes.

Variables
TIEMPOS
Tiempo de Inyección (ti): tiempo que tarda el material fundido en llenar las
cavidades.
Tiempo de Presión Posterior, de compactación o del Pistón en
Posición Avanzada (tppa): tiempo en el cual la presión posterior es
activada. Debe coincidir lo más aproximado posible con la fase de
compactación del material en la cavidad. Su finalización debe ser al cerrarse
la entrada a la cavidad.
Tiempo de Enfriamiento (te): este tiempo comienza exactamente después
del tiempo de presión posterior y es el que permite la transferencia de calor
de la(s) pieza(s) al molde necesaria para la remoción de ésta(s) sin
distorsiones ni cambios dimensionales significativos.

Variables
Tiempo de Plastificación (tp): es el tiempo que tarda la cantidad de
material requerida en plastificar.
Tp= f(rpm; perfil de temperaturas; tipo de material; valor de la contrapresión).
No influye de manera directa en el ciclo porque se efectúa durante el
enfriamiento.
Si tp > te  ciclo restringido
Tiempo de Apertura del Molde (ta): es el tiempo que tarda el plato móvil en
realizar la apertura del molde. No se controla de forma directa ya que depende de
la relación entre el recorrido de apertura y la velocidad resultante con la que se
desplaza el plato móvil. Este tiempo forma parte importante del tiempo de ciclo.
Tiempo de Expulsión (tex): es el tiempo durante el cual actúan los expulsores
neumáticos y/o hidráulicos.

Variables
Tiempo de Pausa (tpa): tiempo opcional que se emplea para mantener el
molde abierto por instantes adicionales con el objeto de verificar la correcta
expulsión de la(s) pieza(s) y la disposición del molde.
Tiempo de Cierre del Molde (tcr): depende de la relación entre los
parámetros de velocidad y recorrido de cierre del molde.
Tiempo de Seguridad del Molde (ts): es el tiempo que se fija y en el cual
debe transcurrir la fase de seguridad de cierre. El tiempo empleado por el
equipo debe ser menor al fijado, de lo contrario se activará la señal de alarma.
.

Variables
Tiempo de Ciclo (tc): resulta de la sumatoria de los tiempos que conforman
un ciclo de inyección, es decir, todos los citados anteriormente y que no se
encuentran solapados dentro de los otros tiempos:
tc= tcr + ti + tppa + te + ta + tex + tpa
tcr= incluye el tiempo de seguridad del molde.
te= incluye el tiempo de plastificación.

Variables
Dependencia de la masa del “disparo” con respecto al tiempo de presión sostenida

Variables
Tiempo de enfriamiento
Una de las ecuaciones usadas para estimar el tiempo de enfriamiento es la siguiente:
é
h Ti Tm
2 p
pa
ê ê ê
2 4
ë
=
te
Donde:
te = tiempo de enfriamiento , s
h = máximo espesor de la cavidad, cm
a= difusividad térmica, cm2/s
Ti = temperatura de inyección, °C
Tm = temperatura del molde, °C
Te = temperatura expulsión, °C
ù
ú ú ú
û
ö
÷ ÷ ÷
ø
æ
ç ç ç
è
-
Te -
Tm
X. Xu and D. Kazmer, Inter,. Polymer Processing XIV (1999), 103-108

Variables
Esta ecuación se desarrollo tomando en cuenta las siguientes suposiciones:
1. El material está completamente solidificado y rígido por debajo de Te
2. La geometría del molde no ejerce mayor influencia sobre la temperatura a la cual éste
se “congelará”
3. El llenado es aproximadamente isotérmico
4. Se conoce la temperatura a la cual entra el material a la cavidad
5. La superficie de la cavidad permanece aproximadamente igual a la temperatura del
agua de enfriamiento y es razonablemente uniforme
6. La transferencia de calor hacia la superficie del molde se supone infinita y se
considera que la contracción de la píeza es baja
7. El material exhibe propiedades térmicas constantes
Utilizando estas suposiciones, la ecuación anterior predice el tiempo de enfriamiento
de manera tal que la pieza moldeada se expulsará cuando la temperatura mas interna
de su sección mas gruesa haya alcanzado la temperatura de distorsión del polímero.

Variables
Tiempos de ciclo en vacío para condiciones de procesamiento comunes
Fuerza de Cierre
[kN]
Tiempos de Ciclo en vacio para el
procesamiento de
Termoplásticos [s] Termoestables y
Elastómeros [s]
250 0,8-1,8 -
500 0,9-1,5 Mayor a 3
1000 1,1-2 Mayor a 6
2000 1,7-4 Mayor a 12
5000 2-7 Mayor a 25
10000 5,5-10 -
> 30000 15-25 -

Variables
RECORRIDOS
Recorrido de dosificación: se refiere al valor ajustable correspondiente
al desplazamiento de plastificación del tornillo, con él se fija la cantidad
de material a plastificar la cual debe ser ligeramente mayor a la cantidad
requerida para inyectar (10 a 15% más) con el objeto de garantizar una
transmisión efectiva de la presión posterior.
Recorrido de avance o retroceso de la unidad de inyección.
Recorrido de apertura y cierre del molde.
Recorrido de seguridad del molde.
Recorrido de los expulsores.

Variables
VELOCIDADES
Velocidad de Inyección: este valor es fijado hidráulicamente y consiste en la
velocidad de desplazamiento del tornillo durante la inyección.
Vi= f(presión y caudal disponible en el sistema hidráulico, características
reológicas del material, temperaturas, geometría de las piezas y de los canales
de alimentación).
Velocidad de Rotación del Tornillo: se refiere al número de revoluciones por
unidad de tiempo con que gira el tornillo durante la plastificación.
De ésta depende la calidad y la velocidad de plastificación del material. Su valor
debe ser ajustado en función de las características térmicas y reológicas de
cada material.

Variables
Otras
Velocidad de apertura del molde.
Velocidad de cierre del molde.
Velocidad de expulsión.

Variables
Factores que influyen sobre la presión de inyección
Espesor de pared
Área transversal de la pieza
Tamaño de la entrada
Localización de la entrada
Longitud de flujo
Tiempo de llenado
Temperatura del fundido
Temperatura del molde
Velocidad de inyección
Índice de fluidez

Variables

Variables
El espesor de pared afecta significativamente la presión de inyección: a
medida que las dimensiones son menores, el flujo es más restrictivo y se
requieren mayores presiones de inyección.

Variables
La selección del material lleva a diferentes requerimientos en la presión de
inyección. La viscosidad en el fundido es la propiedad de flujo que afecta
mayormente la presión de inyección.

Variables
Si la presión de inyección requerida
es muy alta:
Aumente la
temperatura
del fundido
Aumente la
temperatura
del molde
Modifique el
diseño de la
entrada y los
canales del
molde
Modifique el
espesor de la
pieza
Presión de
inyección
requerida
es reducida

Variables
Consideraciones acerca del tiempo de llenado o de inyección
En cuanto al tiempo de llenado, a menores tiempos de llenado la velocidad
de flujo volumétrico es mayor lo que trae como consecuencia altos
requerimientos de presión.
Sin embargo, altas velocidades de inyección también generan calentamiento
viscoso, lo cual aumenta la temperatura del fundido. Este efecto combinado
de alta temperatura y altas velocidades de deformación (altas velocidades de
flujo) reduce la viscosidad del fundido y, por consiguiente, la presión
requerida disminuye.
En otras palabras, el tiempo de llenado determina el enfriamiento en el
molde, debido a que largos tiempos de llenado producen mayor solidificación
(espesor de capa sólida) lo que crea un flujo más restrictivo necesitándose
mayores presiones.

Variables
Basándose en las contradicciones entre el tiempo de llenado y la presión de
inyección, el óptimo tiempo de llenado es el punto en la curva donde se
necesita una menor presión de inyección.

Variables
El uso de múltiples entradas
reduce la longitud del flujo por lo
que la presión de inyección
requerida para llenar el molde es
menor.
Múltiples entradas a la cavidad
causan visibles líneas de soldadura
y se requiere de complejos
sistemas de alimentación.

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