Variables inyección

Universidad Simón BolívarUniversidad Simón BolívarDepartamento de MecánicaDepartamento de Mecánica

Sección PolímerosSección Polímeros

MC2521-Técnicas de Procesamiento de Polímeros II Prof. Jeanette González/2011

Variables en el Proceso de Inyección




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




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:

dhdhP

iP

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:

Donde:te = tiempo de enfriamiento , sh = máximo espesor de la cavidad, cm= difusividad térmica, cm2/sTi = temperatura de inyección, °CTm = temperatura del molde, °CTe = temperatura expulsión, °C

X. Xu and D. Kazmer, Inter,. Polymer Processing XIV (1999), 103-108

mTeTmTiTh

et 42

2




Variables

Esta ecuación se desarrollo tomando en cuenta las siguientes suposiciones:

1. El material está completamente solidificado y rígido por debajo de Te2. La geometría del molde no ejerce mayor influencia sobre la temperatura a la cual éste

se “congelará”3. El llenado es aproximadamente isotérmico4. 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 uniforme6. La transferencia de calor hacia la superficie del molde se supone infinita y se

considera que la contracción de la píeza es baja7. 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




Variables

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

Si la presión de inyección requerida es muy alta:




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




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




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.

Variables inyección

Documents

Transcript of Variables inyección