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Ciclo de moldeo por inyección y técnicas de reducción del tiempo de ciclo

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Si ha leído mi artículo anterior sobre el moldeo por inyección, es probable que tenga una comprensión básica del proceso de moldeo por inyección. Sin embargo, el ciclo de moldeo por inyección es un aspecto crítico de todo el proceso de moldeo por inyección, y merece una mayor exploración.

A continuación, hablaremos de los aspectos avanzados del ciclo de moldeo por inyección. Para quienes trabajan en la industria del molde, dominar estos conocimientos es esencial. Los diseñadores de productos necesitan comprender los pasos básicos del ciclo de moldeo por inyección.

Preparativos antes del ciclo de moldeo por inyección

1. Inspección del material

Examinando el envase, la forma, el tamaño y el color del materiales de moldeo por inyección, puede asegurarse de que coinciden con el tipo y el modelo requeridos para el pedido, evitando así el uso de materiales incorrectos. Compruebe si el embalaje presenta daños o signos de contaminación, especialmente en el caso de materiales transparentes.

2. Coloración y mezcla de materiales plásticos

Los materiales plásticos suelen presentarse en colores naturales, blancos, blanquecinos, amarillos claros o transparentes. Para cumplir los requisitos de color del producto, es necesario añadir masterbatch o polvo de color antes de su uso. Normalmente, el color del producto se ajusta durante la fase inicial de producción de prueba, en la que se establece la proporción entre el polvo de color y el masterbatch y se crean muestras de límite de color. Durante la producción en masa, siga al pie de la letra la hoja de requisitos del material y las instrucciones de trabajo para la mezcla.

Punto clave para la mezcla

Antes de mezclar, limpie las paredes interiores de la mezcladora. Las mezcladoras utilizadas para materiales coloreados deben limpiarse con limpiador de moldes o queroseno. Utilice las bolsas originales de envasado de los materiales siempre que sea posible, o asegúrese de que las bolsas sustitutas estén limpias y libres de polvo.

3. Secado del material

El exceso de humedad en los materiales puede causar problemas como marcas de separación, burbujas y marcas de hundimiento en la superficie del producto, lo que puede provocar su degradación y afectar a su aspecto y calidad. Por ello, es necesario secar los materiales plásticos antes de moldearlos.

Los distintos tipos de materiales plásticos tienen diferentes niveles de absorción de humedad, por lo que se clasifican como absorbentes de humedad (por ejemplo, ABS, PA, PC, PMMA) o no absorbentes de humedad (por ejemplo, PE, PP, PS, PVC, POM). La eficacia del secado depende de tres factores: la temperatura de secado, el tiempo y el grosor del material. Los materiales pueden reabsorber la humedad después del secado, por lo que si no se utilizan durante mucho tiempo, deben secarse de nuevo en las mismas condiciones.

4. Limpieza del equipo

Diferentes moldes, productos o pedidos pueden utilizar distintos tipos de materiales plásticos o colores. Estos distintos materiales y colores no pueden mezclarse completamente cuando se plastifican a través del barril de la máquina de moldeo por inyección, lo que provoca posibles problemas de calidad, como roturas fáciles, falta de elasticidad, desviaciones significativas del color o la presencia de puntos negros. La producción de moldes también podría volverse inestable, y algunos procesos resultarían inviables (por ejemplo, el atasco de las boquillas).

Por lo tanto, al cambiar de molde, es crucial limpiar a fondo la máquina de cualquier material residual de moldes o productos anteriores.

5. Preparación del molde

Limpieza de moho

Before injection molding, clean the mold’s surface, cavities, gaps around inserts, nozzles, and runners of any rust preventive oil to prevent it from sticking to the product or clogging the mold’s vents, affecting molding stability.

En el caso de productos con acabado de espejo, conchas electroformadas o moldes con estrictos requisitos de aspecto tras el procesado, evite utilizar bastoncillos de algodón, trapos o guantes viejos para limpiarlos, a fin de evitar arañazos en la superficie del molde. En general, enjuague con limpiador de moldes y seque con una pistola de aire.

Durante el proceso de limpieza, tenga cuidado de no tocar la superficie del molde con la pistola de aire u otros objetos. Cuando desmonte el molde para limpiarlo, coloque los insertos desmontados y las cajas del molde en cajas de plástico especializadas y, si es necesario, envuélvalos en espuma o tela suave para guardarlos. Las personas no profesionales no deben realizar el desmontaje y la limpieza del molde. Es mejor limpiar el molde antes de montarlo en la máquina para facilitar la limpieza, garantizar la calidad y ahorrar tiempo durante los cambios de molde.

Conexión de agua

Por el aspecto y la productividad del producto, conecte el molde al agua, a los controladores de temperatura del molde y a los enfriadores para mantener una temperatura ideal y relativamente estable con una influencia externa mínima. Tras conectar el agua y poner en marcha el controlador de temperatura del molde, generalmente se tarda entre 15 y 30 minutos en alcanzar la temperatura deseada.

Conexión de la fuente de alimentación del canal caliente:

Para los moldes que utilizan canales calientes, conecte la fuente de alimentación del canal caliente después de montar el molde y precaliéntelo durante 15 a 30 minutos. Comience el moldeo por inyección de prueba sólo después de que el valor de la pantalla de la caja de control del canal caliente alcance el valor establecido.

Pasos del ciclo de moldeo por inyección

1. Sujeción

La sujeción en el moldeo por inyección se refiere a asegurar y mantener cerrado el molde antes de las etapas de inyección y enfriamiento. Implica aplicar una cantidad específica de fuerza al molde para contrarrestar la alta presión creada por el material plástico fundido durante la inyección.

A esta cantidad específica de fuerza la llamamos fuerza de sujeción.

Seguro que mucha gente ha oído hablar de máquinas de moldeo por inyección con tonelajes como 1000 toneladas o 500 toneladas. Sin embargo, es importante tener en cuenta que estos tonelajes se refieren a la fuerza de cierre máxima ejercida por la máquina, no a su peso. En el futuro, compartiré una introducción detallada a la fuerza de cierre y su importancia en el proceso de moldeo por inyección.

En un sentido general, la unidad de cierre desempeña un papel vital en la fijación segura del núcleo y la cavidad de un molde. Esta unidad consta de varios componentes esenciales, como la platina fija, la platina móvil, las barras de unión, el mecanismo de palanca (en los sistemas de sujeción de palanca) o los cilindros hidráulicos (en los sistemas de sujeción hidráulica). Cada elemento colabora armoniosamente para proporcionar la fuerza necesaria para sujetar y sellar firmemente el molde.

2. Inyección

Como ya se ha mencionado, antes del ciclo de moldeo por inyección, el material plástico se somete a un proceso de calentamiento conocido como plastificación, que lo transforma en un estado fundido. Durante el paso de inyección, el tornillo o émbolo de la máquina de moldeo por inyección se mueve hacia delante, impulsando el material plástico fundido a través de la boquilla y hacia el interior de la cavidad del molde.

Al orquestar este movimiento regulado, se garantiza un flujo preciso y uniforme del plástico fundido hacia el interior del molde. Al ejercer presión, el tornillo o émbolo empuja el plástico fundido a través de la boquilla y hacia el interior de la cavidad del molde, llenándola con la forma y el patrón deseados.

Este paso crucial requiere un cuidadoso control de la velocidad, la presión y el tiempo de inyección para conseguir una calidad óptima de la pieza. El material plástico fundido adopta la forma y las dimensiones de la cavidad del molde a medida que fluye hacia su interior. Mantener un equilibrio adecuado entre la velocidad de inyección, la presión y el tiempo de enfriamiento es importante para conseguir piezas moldeadas de alta calidad y sin defectos.

La fase de inyección también suele denominarse proceso de llenado.

3. Vivienda o refrigeración

Durante la etapa de cocción o enfriamiento, el molde se mantiene cerrado para mantener la presión sobre el plástico en solidificación. Esto ayuda a evitar cualquier encogimiento o alabeo si la pieza se extrae prematuramente del molde. La duración del tiempo de enfriamiento puede fluctuar en función de varios factores, como el material empleado, la geometría de la pieza y otras consideraciones adicionales.

Una refrigeración adecuada es crucial para conseguir piezas moldeadas de alta calidad. Permite que el plástico se solidifique completamente, garantizando la uniformidad y la resistencia en toda la pieza. El proceso de refrigeración puede mejorarse mediante diversos métodos, como el uso de canales de refrigeración o la aplicación de técnicas de refrigeración externa como la refrigeración por aire o por agua.

4. Apertura del molde

En este paso, la unidad de cierre de la máquina de moldeo por inyección libera la fuerza de cierre para separar el núcleo y la cavidad.

El proceso de apertura del molde comienza con el movimiento de la platina móvil, que está conectada al lado móvil del molde. El mecanismo de sujeción, como los cilindros hidráulicos o los mecanismos de palanca, se acciona para retraer la platina móvil y separarla de la platina fija. Esta acción crea un hueco entre las mitades del molde, permitiendo la extracción de la pieza moldeada.

5. Expulsión

La expulsión se refiere al proceso de retirar la pieza moldeada de la cavidad del molde una vez que se ha liberado durante la fase de apertura del molde. He aquí una mención especial: Con la popularidad de la automatización, la mayoría de las empresas chinas de moldeo por inyección están utilizando robots automáticos para obtener las piezas moldeadas.

El proceso de expulsión suele implicar el uso de un sistema eyector consistente en clavijas o placas eyectoras colocadas estratégicamente dentro del molde. Las clavijas o placas eyectoras se accionan para empujar con fuerza las piezas fuera de la cavidad del molde. El diseño del molde incluye características como orificios para las clavijas eyectoras o placas eyectoras para facilitar el proceso de expulsión.

Una vez abierto el molde, se acopla el sistema eyector y las clavijas o placas eyectoras se extienden por las cavidades del molde. Las clavijas o placas entran en contacto con la pieza moldeada, aplicando la fuerza suficiente para empujarla fuera de la cavidad del molde. A continuación, la pieza expulsada se guía y se recoge para su posterior procesamiento o inspección.

La expulsión debe controlarse cuidadosamente para garantizar que la pieza se expulsa de forma segura y eficaz sin causar daños ni deformaciones. La fuerza y la velocidad de eyección se determinan en función de las características específicas de la pieza, como su tamaño, forma y propiedades del material. Una eyección adecuada puede ayudar a evitar que la pieza se pegue, se deforme o sufra otros defectos.

En algunos casos, pueden incorporarse al diseño del molde mecanismos auxiliares de expulsión adicionales, como chorros de aire, placas extractoras o sistemas robotizados, para facilitar el proceso de expulsión, especialmente en el caso de piezas complejas o delicadas.

6. Cierre del molde

Durante esta fase, la unidad de cierre de la máquina de moldeo por inyección ejerce la fuerza necesaria para volver a unir el núcleo y la cavidad del molde. Este paso garantiza la correcta alineación y cierre del molde, preparando el escenario para el siguiente ciclo del proceso de moldeo por inyección.

Factores que afectan a la duración del ciclo de moldeo por inyección

In the injection molding industry, for any project, injection molding factories must quote the machining parts before manufacturing the mold or upon receiving an existing mold from a client. This requires the factory to accurately estimate the product’s cycle time for the project.

Incluso con el análisis de flujo, los tiempos de ciclo siguen siendo estimaciones. Aunque el análisis de flujo puede predecir los tiempos de llenado y enfriamiento con bastante exactitud, no puede prever las condiciones del molde, la máquina y, a menudo, la actuación del operario. Tampoco puede predecir las condiciones del proceso en una máquina determinada, especialmente las más antiguas. De ahí que estimar con precisión el tiempo de ciclo sea crucial a la hora de presupuestar piezas de moldeo por inyección.

Para proyectos con una producción anual baja, subestimar la duración del ciclo no causará pérdidas significativas. Sin embargo, para proyectos con una producción anual muy alta, la precisión de las estimaciones del tiempo de ciclo se vuelve crucial. En la industria del moldeo por inyección, el mantra de una fábrica rentable bien podría ser "ciclo, tiempo, ciclo, tiempo, ciclo, tiempo".

Factores que afectan a la duración del ciclo

El tiempo de ciclo total de un molde es el tiempo combinado de los 11 pasos siguientes. Cuando se intenta reducir el tiempo de ciclo, es necesario optimizar estos pasos individualmente y considerar su interacción.

  1. Tiempo de cierre y bloqueo del molde.
  2. Tiempo de llenado.
  3. Packing and holding time.
  4. Tiempo de retardo del tornillo.
  5. Tiempo de plastificación del tornillo.
  6. Tiempo de retracción del tornillo tras la rotación.
  7. Tiempo de enfriamiento.
  8. Retraso de enfriamiento o tiempo de inactividad antes de la apertura del molde.
  9. Tiempo de apertura del molde.
  10. Tiempo de expulsión de la pieza (y de captura por el robot).
  11. Tiempo de retorno del mecanismo de eyección (y del robot).

Técnicas de reducción del tiempo de ciclo del moldeo por inyección

Para las fábricas de moldeo por inyección, acortar el ciclo de inyección es una forma indirecta de aumentar los beneficios. Para las que se encargan de la producción de productos, reducir el ciclo de inyección puede acelerar la eficacia a la hora de sacar los productos al mercado. Sin embargo, esto implica garantizar la calidad del producto. Así pues, encontrar un punto de equilibrio en el que el ciclo de inyección se acorte sin comprometer la calidad del producto es la dirección hacia la que todo profesional del moldeo por inyección debe esforzarse.

Optimización del diseño de moldes

Un molde bien diseñado puede contribuir a reducir los tiempos de ciclo. Esto incluye consideraciones como la colocación adecuada de la compuerta, el diseño optimizado del canal de colada y de refrigeración, y mecanismos eficientes de expulsión de la pieza. El software de análisis del flujo del molde puede utilizarse para identificar posibles mejoras en el diseño y optimizar la geometría del molde.

Optimización del tiempo de sujeción y apertura

El ciclo de moldeo por inyección comienza y termina con la sujeción. El cierre suele producirse en cuatro fases: cierre rápido, cierre lento, protección a baja presión y cierre a alta presión. La apertura suele producirse en tres fases: apertura lenta-rápida-lenta. Optimizar la velocidad y la posición del cierre y la apertura puede reducir su tiempo. Las nuevas máquinas de moldeo por inyección incorporan un sistema hidráulico de sujeción regenerativo (sujeción diferencial) para aumentar la velocidad.

Optimización del tiempo de inyección

La inyección comienza tras el bloqueo de alta presión y puede emplear la inyección multietapa. Las altas velocidades de inyección son utilizables durante la fase de inyección siempre que no causen defectos como burbujas o quemaduras.

Optimización del tiempo de espera

Holding starts after injection, usually at a lower pressure than injection pressure. Its primary function is to compensate for encogimiento, filling in any depressions as the molten material cools and contracts, ensuring the finished product is full (without dents) when ejected. Once the runner solidifies, holding pressure becomes ineffective and can end. Holding pressure can vary across multiple stages (generally decreasing gradually), divided by time. The overall holding time can be determined by weighing the product or ensuring it has no dents. Start with a short holding time and increase slightly with each injection until the product weight no longer increases or the level of dents is acceptable.

Optimización del tiempo de enfriamiento

El "tiempo de enfriamiento" establecido en una máquina de moldeo por inyección es el periodo que transcurre desde el final de la presión de mantenimiento hasta el inicio de la apertura del molde. El objetivo del "tiempo de enfriamiento" es seguir enfriando y fraguando el producto para que no se deforme al expulsarlo. Empiece con un tiempo de enfriamiento más largo y redúzcalo gradualmente con cada inyección hasta que el producto deje de deformarse al ser expulsado, entonces no será necesario reducir más el tiempo de mantenimiento.

Optimización del tiempo de carga

La carga comienza al inicio del "tiempo de enfriamiento". Si el tiempo de carga es superior al "tiempo de enfriamiento", indica una capacidad de plastificación insuficiente, lo que afecta al ciclo de producción. Aumentar la capacidad de plastificación puede acortar el tiempo del ciclo, lo que puede conseguirse mediante: A. Los tornillos de barrera pueden aumentar la capacidad de plastificación. B. Los tornillos de gran diámetro pueden aumentar la capacidad de plastificación. C. Aumentar la profundidad del canal del tornillo puede aumentar la capacidad de plastificación. D. Aumentar la velocidad del tornillo puede aumentar la capacidad de plastificación (no para plásticos sensibles al cizallamiento como PVC, PET). E. Reducir la contrapresión puede aumentar la velocidad de plastificación. F. El uso de boquillas hidráulicas de cierre permite plastificar durante la sujeción y la apertura. G. Utilizar equipos que puedan plastificar durante todo el ciclo, excepto durante la inyección y la sujeción.

Optimización de la temperatura del barril

Utilizar la temperatura más baja del barril que siga garantizando un llenado suave de la inyección puede acortar el "tiempo de enfriamiento".

Optimización de la fuerza de sujeción

Utilice la menor fuerza de cierre posible que no produzca rebabas, acortando el tiempo necesario para el cierre a alta presión y prolongando la vida útil del molde, los tirantes, los codos y la platina de la máquina de moldeo por inyección.

Optimización de la eficiencia de la refrigeración

Optimizar el diseño del canal de agua del molde puede mejorar la eficacia del intercambio de calor y la uniformidad del enfriamiento del producto, acortando el tiempo de enfriamiento. El uso de refrigeración por agua helada puede acortar el "tiempo de enfriamiento" si cumple los requisitos de calidad del producto.

Optimización del tiempo de eyección

En las máquinas de moldeo por inyección pequeñas con poca fuerza de eyección, la eyección neumática puede ser más rápida que la hidráulica. El control independiente hidráulico, neumático o eléctrico puede lograr la apertura y la expulsión simultáneas del molde. Para las eyecciones múltiples, utilizar la eyección por vibración de la máquina de inyección significa que los pasadores eyectores no tienen que retraerse completamente cada vez, lo que acorta el tiempo de las eyecciones múltiples.

FirstMold quiere reiterar a todos sus colegas: La reducción del ciclo de moldeo por inyección debe optimizarse garantizando al mismo tiempo que la calidad, las dimensiones, el aspecto, la funcionalidad y los materiales del producto no se vean afectados. De lo contrario, cualquier esfuerzo de optimización carecerá de sentido.

Parámetros clave en el ciclo de moldeo por inyección

ParámetroParámetroParámetroParámetro
Presión de inyecciónVelocidad de inyecciónPresión de mantenimientoTemperatura del molde
Velocidad de rotación del tornilloContrapresiónTemperatura de fusiónVentilación de moho
Fuerza de sujeciónContenido de humedad del materialTamaño del disparoTornillo Posición posterior
Presión de la cavidadTemperatura del agua de refrigeraciónTasa de inyecciónMecanismo de expulsión de piezas
Sistema de corredoresRelación L/D del tornilloTamaño del bebederoDiseño de la línea de refrigeración

La terminología profesional de esta tabla es bastante importante, y algunos términos incluso requieren que los diseñadores de productos del comprador los dominen. Seleccionaremos algunos términos clave para presentarlos con detalle en el futuro.

Conclusión

Comprender y calcular el ciclo de producción del moldeo por inyección beneficia a las fábricas de moldeo por inyección a la hora de gestionar todos los aspectos de la producción de los productos de los clientes de forma conforme. Soy Lee Young, y recomiendo encarecidamente este artículo a los compañeros del sector o a los recién llegados al moldeo por inyección. Si tiene alguna pregunta, no dude en compartirla en la sección de comentarios de este artículo.

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