Apuntes Ing. Industrial

Componentes de la máquina de inyección

Las máquinas de moldeo por inyección tienen 3 componentes principales:

Unidad de inyección o plastificación

La unidad de inyección plastifica e inyecta el polímero fundido.

Unidad de cierre

Soporta el molde, lo abre y lo cierra además de contener el sistema de expulsión de la pieza.

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.

Unidad de inyección

Es la parte plastificante del proceso, la cual se encarga de fundir el polímero en una masa homogénea y uniforme. Consta principalmente de tobera, tornillo de empuje, válvula de retención, bandas de calefactoras y cilindro hidráulico.

Durante la fase de plastificación el extremo de salida y el tornillo acumulan una reserva o carga de material fundido al frente, el tornillo se mueve hacia atrás en contra del frente de presión mientras gira, con lo cual empuja el material hacia la parte frontal y a su vez ayuda a fundirlo con el rozamiento que genera. Cuando se completa la etapa de plastificación, se abre la válvula de retención de flujo, el tornillo detiene su giro y se le aplica presión que lo convierte en un embolo o pistón que impulsa el material fundido acumulado, a través de la boquilla hacia el molde, que se encuentra montado en la placa porta moldes.

Válvulas de no retorno

Las válvulas de no retorno de tipo anillo son las más utilizadas, y están constituidas por un anillo que debe deslizarse sobre el cilindro con muy poca holgura sobre éste, como se muestra en la figura. Mientras el tornillo gira la válvula se encuentra abierta y el material que está siendo plastificado fluye a través del espacio entre el extremo del tornillo y el anillo. Cuando el tornillo realiza su movimiento hacia adelante para inyectar el material en el molde, la válvula se cierra, de modo que el tornillo queda apoyado sobre el asiento del anillo, lo que impide el retroceso de material.

Este tipo de válvulas sufre un gran desgaste por lo que deben reemplazarse con frecuencia y aumentan las pérdidas de presión en la cámara de plastificación. Además pueden crear zonas donde el material pudiera quedar estancado, por lo que en el caso de emplear materiales muy sensibles térmicamente se suele evitar el empleo de estos mecanismos, para no provocar la degradación del material. Hay otros tipos de mecanismos de no retorno que se utilizan frecuentemente, como las válvulas de asiento de bola, aunque aparecen continuamente en el mercado nuevos tipos de sistemas de no-retorno.

La tobera

La tobera es la pieza situada en el extremo del cilindro de inyección y que da salida al material fundido hacia los canales del molde. El diseño de la tobera depende mucho del tipo de polímero con que se trabaje y del diseño del molde, y el diámetro del taladro suele oscilar entre 3 y 8 mm dependiendo del peso de la pieza inyectada. La tobera debe poder intercambiarse con facilidad, para poder emplear la más adecuada dependiendo del tipo de polímero y de las piezas moldeadas. Debe, además, mantener correctamente la temperatura del polímero, evitar el goteo de material que impediría un buen asiento entre tobera y bebedero (la zona del molde sobre la que se apoya la tobera se conoce como bebedero), y por supuesto debe tener un diseño tal que evite caídas de presión innecesarias. Puede considerarse dos tipos de toberas, dependiendo de la forma como hacen su asiento en el molde. Estos dos tipos son la tobera redonda y la plana. Como se puede apreciar en la figura el diámetro del taladro de la tobera siempre debe ser 1 o 2 mm menor que el del bebedero (casos a y b) para evitar retenciones del material. Si se usa una tobera redonda la curvatura de la punta debe ser menor que la del asiento sobre el molde, como se aprecia en la figura (caso b), pues en caso contrario se produciría la salida del polímero fundido y no sería posible conseguir un buen asiento entre tobera y bebedero (caso c).

Tipos de toberas

La tobera normal o cónica es económica y fácil de fabricar, sin embargo la conicidad de su taladro provoca pérdidas de presión innecesarias en el polímero fundido. No se aconseja el uso de esta tobera cuando se producen grandes pérdidas de presión en el molde, pues para mantener la presión suficiente para llenar las cavidades sería necesario un orificio de salida de la tobera excesivamente grande.

La tobera de flujo libre que mantiene el diámetro del taladro principal de la tobera relativamente grande y muy corto el recorrido del pequeño orificio final. De este modo disminuye la resistencia ofrecida al paso del material. El diseño de esta tobera permite la colocación de bandas de calefacción a lo largo de la misma para mantener la temperatura del polímero, así como la prolongación (toberas prolongadas) de la misma dentro del propio molde para así poder disminuir la longitud del bebedero y mantener el diámetro de entrada de éste en un valor pequeño.

Un problema típico que suele presentarse en materiales que tienen viscosidad muy baja del fundido, como es el caso de las poliamidas, es que entre ciclo y ciclo salga material goteando por la tobera, el cual podría ensuciar la superficie exterior de la tobera, impidiendo así un buen asiento sobre el molde. Este problema se evita empleando toberas de conicidad invertida, como es el caso de la “tobera italiana”.

El problema del goteo de material también se puede evitar mediante el uso de los diferentes tipos de toberas con válvula, como por ejemplo es el caso de la tobera con válvula deslizante. Cuando esta tobera apoya sobre el molde, la pieza que lleva el orificio que permite la salida del material se desliza hacia atrás, y sus taladros laterales se ponen en comunicación con el polímero fundido que llena el cuerpo principal de la tobera, con lo que el material puede salir y ser inyectado.

Cuando el cilindro de inyección se retira y la tobera deja de apoyar en el molde, la propia presión del polímero fundido obliga al elemento móvil a deslizarse hacia adelante con lo que los taladros laterales dejan de estar en comunicación con el cuerpo principal de la tobera.

La unidad de cierre

Es la encargada de sostener el molde y generar la fuerza de cierre mientras se inyecta el polímero, además permite la expulsión de la pieza. El cierre del molde se realiza por medio de una prensa controlada por sistemas hidráulicos o mecánicos. La fuerza de cierre requerida depende de la máxima área proyectada de la pieza a inyectar, y la presión de moldeo. Esta fuerza contrarresta la resistencia que genera el material fundido cuando se inyecta.

Los sistemas de cierre constan generalmente de dos platos o placas fijas unidas por unas robustas columnas de alineación, generalmente cuatro. Entre los dos platos fijos hay uno móvil que desliza por las columnas de alineación. A un lado de un plato fijo va situada la unidad de inyección y al otro lado del otro plato fijo va situada la unidad de cierre, que desplaza al plato móvil. El molde se coloca entre el plato móvil y el plato fijo situado al lado de la unidad de inyección.

La acción de cierre requiere la máxima eficacia y la máxima rapidez. Conviene que se haga lo más rápidamente posible (50 m/min) hasta un instante antes de que se toquen las dos mitades del molde, y que después el movimiento sea más lento aplicando la máxima fuerza de cierre (5-10000 T).

De este modo se evitan golpes innecesarios sobre los moldes.

Sistemas mecánicos

Estos sistemas emplean una acción mecánica para el cierre del molde y se encuentran en las pequeñas máquinas experimentales de laboratorio. El sistema, en su forma más sencilla, puede consistir en una palanca, piñón o manubrio. Las ventajas de los sistemas totalmente mecánicos están en su sencillez y bajo coste, si bien consiguen

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