En el moldeo por inyección intervienen varios factores clave como la temperatura, el tiempo, la presión, la velocidad y la posición. La temperatura, el tiempo y la posición son relativamente sencillos, pero la velocidad de inyección y la presión de inyección son más complejos. La velocidad de inyección, en particular, es un aspecto del proceso de moldeo difícil de controlar, ya que carece de datos de referencia estandarizados como otros parámetros del proceso.
Hoy nos centraremos en comprender la velocidad de inyección, la presión de inyección y su interrelación.
¿Qué es la velocidad de inyección?
Normalmente, la velocidad de inyección establecida se refiere a la velocidad de avance del husillo. Sin embargo, lo crucial es la velocidad de flujo de la masa fundida dentro de la cavidad del molde, que depende de la sección transversal en la dirección de flujo.
La estrecha relación entre la velocidad de inyección y la calidad del producto hace que sea un parámetro crítico en el moldeo por inyección. Fijando las velocidades de llenado cerca de la compuerta, en el cuerpo principal y en el extremo de flujo, y ajustando las posiciones de inyección correspondientes, se pueden fabricar productos con buen aspecto y mínima tensión interna.
Concepto de velocidad de inyección multietapa
El control de la velocidad de inyección consiste en dividir la carrera de inyección del tornillo en varias etapas, cada una de las cuales utiliza una velocidad de inyección adecuada.
Pasos para ajustar la velocidad de inyección en varias etapas (ejemplo con tres etapas)
Primer paso: Comience ajustando V1, V2 y V3 a la misma velocidad y, a continuación, aumente gradualmente la velocidad de inyección en incrementos de 5% aproximadamente, observando el aspecto. Identifique aproximadamente las velocidades que producen buenas apariencias cerca de la compuerta, en el cuerpo principal y en el extremo de flujo. Los datos de ensayo existentes también pueden utilizarse para determinar las velocidades adecuadas para cada etapa.
Segundo paso: Basándose en una estimación inicial de las carreras de los tornillos (S1, S2, S3), introduzca la velocidad V1 que dé un buen aspecto alrededor de la compuerta para S1; para S2, introduzca la velocidad V2 que dé un buen aspecto en el cuerpo principal; para S3, introduzca la velocidad V3 para obtener un buen aspecto cerca del extremo del flujo, y realice una inyección de prueba.
Tercer paso: Mueva "S1" hacia delante y hacia atrás para encontrar la mejor posición para una buena apariencia cerca de la compuerta y el cuerpo principal; después, ajuste "S2" para encontrar la mejor posición para el cuerpo principal y el extremo de caudal. Los ajustes de la posición de conmutación (S3) también pueden ayudar a superar defectos de moldeo por inyección como el destello y el mal aspecto en el extremo del flujo.
Principios del ajuste de la velocidad de inyección
1. La velocidad superficial del fluido debe ser constante.
2. Utilice la inyección rápida para evitar que la masa fundida se congele durante la inyección.
3. Los ajustes de la velocidad de inyección deben tener en cuenta el llenado rápido en las zonas críticas (como los corredores) mientras se ralentiza en la entrada.
4. Asegúrese de que la cavidad del molde está llena y deténgase inmediatamente para evitar el sobrellenado, la formación de rebabas y la tensión residual.
5. La segmentación de la velocidad debe tener en cuenta la geometría del molde, otras restricciones de flujo y los factores de inestabilidad.
El ajuste adecuado de la velocidad requiere una comprensión clara de los procesos de moldeo por inyección y de los materiales; de lo contrario, la calidad del producto será difícil de controlar. Dado que la velocidad de flujo de la masa fundida es difícil de medir directamente, puede calcularse indirectamente midiendo la velocidad de avance del husillo o la presión de la cavidad (asegurándose de que la válvula de retención no tiene fugas).
La influencia de la geometría del molde en los ajustes de la velocidad de inyección
- Las secciones de paredes finas requieren altas velocidades de inyección.
- Las piezas de paredes gruesas necesitan una curva de velocidad lenta-rápida-lenta para evitar defectos.
- Para garantizar los estándares de calidad del producto, el ajuste de la velocidad de inyección debe mantener constante la velocidad de flujo del frente de la masa fundida. La velocidad de flujo de la masa fundida es crucial, ya que afecta a la alineación molecular y al estado de la superficie de las piezas.
- Cuando el frente de fusión alcanza un área transversal, debería ralentizarse.
- Para moldes con difusión radial, asegúrese de que se produce un aumento equilibrado del flujo de masa fundida.
- Las vías de flujo largas deben llenarse rápidamente para reducir el enfriamiento del frente de fusión.
- Ajustar la velocidad de inyección puede ayudar a eliminar los defectos causados por un flujo lento en la compuerta. Cuando la masa fundida atraviesa la boquilla y el canal para llegar a la compuerta, es posible que la superficie del frente de la masa fundida ya se haya enfriado y solidificado, o que la masa fundida se estanque debido a un estrechamiento repentino del canal hasta que se genere la presión suficiente para empujar la masa fundida a través de la compuerta, provocando un pico de presión en la compuerta.
- Una presión elevada puede dañar el material y provocar defectos superficiales como líneas de flujo y quemaduras en la compuerta. Este problema puede solucionarse reduciendo la velocidad justo antes de la compuerta para evitar un cizallamiento excesivo en la misma y, a continuación, volviendo a aumentar la velocidad de inyección al valor original. Dado que controlar con precisión la velocidad de inyección en la compuerta es muy difícil, ralentizar en la sección final del canal es una estrategia mejor.
Mejorar los defectos de los productos mediante la velocidad de inyección
Flash
Controlar la velocidad al final de la inyección puede evitar o reducir defectos como el flash, el chamuscado y el aire atrapado. Disminuir la velocidad al final del llenado puede evitar el llenado excesivo de la cavidad, evitando el chisporroteo y reduciendo la tensión residual. El aire atrapado causado por una mala ventilación al final del recorrido del flujo del molde o por problemas de llenado también puede solucionarse reduciendo la velocidad de ventilación, especialmente al final de la inyección.
Tiros cortos
Las velocidades demasiado lentas en la compuerta o el bloqueo localizado del flujo provocan disparos cortos debido a la solidificación de la masa fundida. Aumentar la velocidad de inyección justo después de pasar la compuerta o donde hay un bloqueo localizado del flujo puede solucionar este problema. Defectos como marcas de flujo, marcas de quemaduras en la compuerta y delaminación en materiales sensibles al calor se deben a un cizallamiento excesivo al pasar por la compuerta.
Marca de separación
La suavidad de las piezas depende de la velocidad de inyección; los materiales rellenos de fibras de vidrio son especialmente sensibles, sobre todo el nailon. La ondulación está causada por la inestabilidad del flujo debida a las variaciones de viscosidad. El tipo de defecto, ya sea ondulación o neblina irregular, depende del nivel de inestabilidad del flujo.
Marca de chorro
Para evitar la formación de chorros, el ajuste de la velocidad de inyección debe garantizar un llenado rápido de la zona de rodadura y, a continuación, un paso lento a través de la compuerta. Identificar este punto de transición de la velocidad es fundamental. Si es demasiado pronto, el tiempo de llenado aumentará excesivamente; si es demasiado tarde, una inercia de flujo excesiva puede provocar el jetting. Cuanto menor sea la viscosidad de la masa fundida y mayor sea la temperatura del barril, más pronunciada será la tendencia al jetting. La inyección a alta velocidad y alta presión es necesaria en compuertas pequeñas, por lo que es un factor importante que provoca defectos de flujo.
Marca del fregadero
La marca de hundimiento puede mejorarse mediante una transferencia de presión más eficaz y una caída de presión menor. La baja temperatura del molde y la lenta velocidad de avance del husillo acortan enormemente la longitud de flujo, lo que debe compensarse con una alta velocidad de inyección. El flujo a alta velocidad reduce la pérdida de calor y, debido al elevado calor de cizallamiento por fricción, provoca un aumento de la temperatura de la masa fundida, lo que ralentiza la velocidad de engrosamiento de las capas exteriores de la pieza.
Presión del sistema de inyección y presión de inyección
La presión de inyección la proporciona el sistema hidráulico de la máquina de moldeo por inyección. La presión del sistema actúa o se transfiere al cilindro hidráulico de inyección, y desde allí, a través del tornillo, se transmite a la masa fundida de inyección. A continuación, la masa fundida pasa de la boquilla al canal principal del molde y se inyecta en la cavidad del molde.
Funciones de la presión de la máquina de inyección y de la presión del sistema
Presión de la máquina de inyección: Durante la inyección, el plástico debe someterse a una elevada presión de inyección para superar la resistencia al flujo y llenar la cavidad del molde. El nivel de presión de inyección afecta no sólo a la calidad y precisión dimensional de los productos moldeados, sino también al rendimiento del plástico fundido y a la estabilidad del proceso de inyección.
Presión del sistema: La magnitud de la presión del sistema afecta directamente a la precisión, la estabilidad y el consumo de energía del proceso de moldeo por inyección.
Diferencias entre la presión de la máquina de inyección y la presión del sistema
Diferentes funciones
La presión de inyección actúa principalmente sobre la masa fundida inyectada en el molde para vencer la viscosidad y la resistencia al flujo del plástico. La presión del sistema actúa sobre el cilindro de inyección, transformándose en presión de inyección, proporcionando la energía cinética instantánea para impulsar el aceite hidráulico.
Diferentes métodos de ajuste:
La presión de inyección se ajusta mediante un sistema de control PID, mientras que la presión del sistema se ajusta principalmente mediante el circuito de control del sistema hidráulico y su unidad de sobrealimentación.
Diferentes tiempos de respuesta:
La presión de inyección se ajusta rápidamente, con tiempos de respuesta en milisegundos, lo que permite al sistema de control responder con prontitud a los valores de presión actuales. Los ajustes de la presión del sistema son más lentos, ya que requieren tiempo para presurizar el sistema hidráulico hasta alcanzar la alta presión deseada.
Fórmula de cálculo de la presión de inyección
- La fórmula de cálculo de la presión de inyección de una máquina de moldeo por inyección es P = K × Q / S
- P: Presión de inyección, en MPa
- K: Coeficiente de presión de inyección, varía con los distintos plásticos
- P: Caudal instantáneo del material de inyección, en g/s
- S: Área proyectada de la pieza, en centímetros cuadrados.
- Determinación del coeficiente de presión de inyección K a. Propiedades del material: Los distintos materiales tienen características distintas de flujo de fusión, por lo que requieren valores K diferentes para la presión de inyección. En la producción, el valor K apropiado debe elegirse en función de las características del material. b. Proceso y equipo de inyección: El valor K también varía con los distintos procesos y equipos de inyección. Por lo tanto, en la producción, el valor K apropiado debe seleccionarse en función del rendimiento de la máquina de inyección y de los requisitos del proceso de inyección.
Cálculo de la presión de inyección (Pi) y de la presión del sistema (presión de la bomba)
Fórmula de la presión de inyección Pi (KG/CM2): Pi = P * A / Ao
Pi: Presión de inyección
P: Presión de la bomba
A: Área efectiva del cilindro de inyección
Ao: Área de la sección transversal del tornillo
A = π * D^2 / 4; D: Diámetro; π Pi = 3,14159
Ejemplo 1: Conocida la presión de la bomba, ¿calcular la presión de inyección?
Presión de la bomba = 75 KG/CM2, área efectiva del cilindro de inyección = 150 CM2, área transversal del tornillo = 15,9 CM2 (Diámetro 45mm).
Fórmula: 2πR2 = 3,1415 * (45mm / 2)^2 = 1589,5 mm2 Pi = 75 * 150 / 15,9 = 707 KG/CM2
Ejemplo 2: Presión de inyección conocida, ¿calcular la presión de la bomba?
Presión de inyección requerida = 900 KG/CM2, área efectiva del cilindro de inyección = 150 CM2, área transversal del tornillo = 15,9 CM2 (Diámetro 45)
Presión de bombeo P = Pi * Ao / A = 900 * 15,9 / 150 = 95,4 KG/CM2
Relación entre la presión de inyección y la velocidad
La relación entre la presión de inyección y la velocidad es interactiva e influye directamente en el moldeo por inyección. Generalmente, a la misma velocidad de inyección, una mayor presión de inyección mejora la capacidad de flujo del plástico, aumentando la precisión dimensional y la suavidad de la superficie del producto. Sin embargo, una presión de inyección excesiva puede provocar una fuerza de moldeo excesiva. Esto creará huecos y aumentará la carga sobre la máquina de inyección, desestabilizando el proceso de inyección. Por lo tanto, en la práctica, la presión y la velocidad de inyección deben ajustarse en función de los requisitos específicos de producción y las características del material para lograr unos resultados de moldeo óptimos.
Conclusión
Los conocimientos sobre la velocidad y la presión de inyección tratados en este artículo quizá sólo arañen la superficie. Por ejemplo, a la vez que aprenden sobre estos factores, los profesionales del moldeo por inyección también deberían entender los gráficos de curvas de inyección.
Soy Lee Young. Comparto conocimientos de Internet y de libros sobre moldeo por inyección y moldes, combinados con experiencia práctica en moldeo por inyección. Si encuentra interesante mi contenido o tiene alguna pregunta, no dude en ponerse en contacto conmigo en [email protected] para seguir discutiendo.
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