El proceso de moldeo por inyección se refiere al método de producir productos semiacabados de formas específicas mediante operaciones como presurizar, inyectar, enfriar y expulsar materias primas fundidas. Este proceso es la fuente de producción de los productos de las empresas de envasado de cosméticos. La calidad de estos productos semiacabados determina la estabilidad de los procesos posteriores y la calidad del producto final, lo que lo convierte en un procedimiento clave para maximizar los beneficios empresariales.
A lo largo de los años, los profesionales del moldeo por inyección han superado numerosos desafíos, particularmente al abordar defectos comunes en productos con paredes delgadas o gruesas-como contracción, líneas de soldadura, marcas de flujo, burbujas de aire, puntos brillantes y deformaciones. En resumen, el proceso de moldeo por inyección se centra principalmente en resolver los dos aspectos siguientes:
I. Flujo del proceso
El flujo del proceso incluye cuatro etapas: llenado, empaque, enfriamiento (plastificación) y expulsión. Estas etapas determinan directamente la calidad de moldeo del producto y forman un proceso completo y continuo.
(1) Etapa de llenado
El llenado es el primer paso en todo el ciclo de moldeo por inyección. Comienza cuando se cierra el molde y comienza la inyección, y finaliza cuando se llena aproximadamente el 95% de la cavidad del molde. En teoría, un tiempo de llenado más corto conduce a una mayor eficiencia de moldeo. Sin embargo, en la práctica, el tiempo de moldeo o la velocidad de inyección están limitados por muchas condiciones, lo que es particularmente evidente en productos de paredes gruesas-.
Llenado de alta-velocidad:Durante el llenado a alta-velocidad, la velocidad de corte es alta. Debido a los efectos de adelgazamiento por cizallamiento-, la viscosidad del plástico disminuye, lo que reduce la resistencia general al flujo. El calentamiento viscoso local también adelgaza la capa solidificada. Por lo tanto, durante la etapa de control de flujo, el método de llenado a menudo depende del volumen a llenar. En esta etapa, el efecto de adelgazamiento por cizallamiento de la masa fundida suele ser significativo, mientras que el efecto de enfriamiento de las paredes delgadas es menos perceptible. Por lo tanto, domina el efecto de la velocidad, lo que hace que este método sea adecuado para productos de paredes delgadas-.
Llenado de baja-velocidad:En el llenado a baja velocidad-controlado por conducción de calor-, la velocidad de corte es menor, la viscosidad local es mayor y la resistencia al flujo es mayor. Dado que la tasa de reposición del plástico caliente es más lenta, el flujo es más gradual, lo que hace que el efecto de conducción de calor sea más pronunciado. El calor es rápidamente disipado por las frías paredes del molde. Junto con un calentamiento viscoso mínimo, la capa solidificada se vuelve más espesa, lo que aumenta aún más la resistencia al flujo en áreas de paredes más delgadas. Por lo tanto, este método de llenado es adecuado para productos-de paredes gruesas y también se puede utilizar cuando la temperatura del molde es relativamente alta.
(2) Etapa de embalaje
La función de la etapa de empaquetamiento es aplicar presión continuamente para compactar la masa fundida y aumentar la densidad del plástico, compensando el comportamiento de contracción del plástico.
Durante el envasado, dado que la cavidad del molde ya está llena de plástico, la contrapresión de la masa fundida es alta. Durante la compactación del empaque, el tornillo de la máquina de inyección solo puede avanzar lentamente en pequeños incrementos y el caudal de plástico también es relativamente lento. Este flujo se conoce como flujo de empaquetamiento. Durante la etapa de empaque, a medida que el plástico se enfría y solidifica más rápido contra las paredes del molde, la viscosidad de la masa fundida aumenta rápidamente, lo que resulta en una resistencia significativa dentro de la cavidad del molde. En las últimas etapas del embalaje, la densidad del material continúa aumentando y la pieza de plástico va tomando forma gradualmente. El estado de embalaje debe mantenerse hasta que la compuerta se solidifique y selle. En este punto, la presión de la cavidad alcanza su valor más alto durante la etapa de empaquetamiento.
Durante el embalaje, debido a la presión relativamente alta, el plástico presenta características compresibles. En zonas de mayor presión, el plástico es más compacto y denso; en zonas de menor presión, el plástico está más suelto y menos denso. Por lo tanto, la distribución de la densidad varía con la ubicación y el tiempo. Durante el envasado, la velocidad del flujo del plástico es extremadamente baja y el flujo ya no juega un papel dominante; La presión es el principal factor que influye en el proceso de embalaje. Dado que la cavidad del molde ya se llena de plástico durante el envasado, la masa fundida que se solidifica gradualmente actúa como medio para la transmisión de presión. La presión en la cavidad del molde se transmite a través del plástico a la superficie de la pared del molde, lo que puede ayudar a mejorar el brillo de la superficie del producto.
(3) Etapa de enfriamiento (plastificación)
En los moldes de moldeo por inyección, el diseño del sistema de refrigeración es crucial. Esto se debe a que el producto plástico moldeado debe tener sus moléculas de plástico cristalizadas y solidificadas hasta una cierta rigidez para evitar la deformación causada por fuerzas externas durante la expulsión. Dado que el tiempo de enfriamiento representa del 70% al 80% de todo el ciclo de moldeo, un sistema de enfriamiento bien-diseñado puede acortar significativamente el tiempo de moldeo y mejorar la productividad del moldeo por inyección.
En el molde, el calor del plástico en la cavidad se transfiere mediante conducción de calor a través del marco del molde hasta los canales de agua de refrigeración y luego se elimina por convección de calor a través del fluido de refrigeración. Una pequeña cantidad de calor que no es arrastrada por el agua de refrigeración continúa conduciéndose dentro del molde y eventualmente se disipa en el aire al entrar en contacto con el ambiente externo.
El ciclo de moldeo por inyección incluye el tiempo de cierre del molde, el tiempo de llenado, el tiempo de empaque, el tiempo de enfriamiento (por debajo de la temperatura de fusión) y el tiempo de expulsión. Entre ellos, el tiempo de enfriamiento ocupa la mayor proporción, entre el 70% y el 80%. Por lo tanto, el tiempo de enfriamiento afecta directamente la duración del ciclo de moldeo del producto plástico y el resultado de producción.
Los factores que afectan la velocidad de enfriamiento del producto incluyen:
El diseño del producto plástico.
El espesor de la pared del producto plástico; Las paredes más gruesas dan como resultado tiempos de enfriamiento más prolongados.
Factores que afectan el enfriamiento del molde:
Material del molde:Incluyendo el material del núcleo del molde, la cavidad y la base del molde, lo que influye en gran medida en la velocidad de enfriamiento. Cuanto mayor sea la conductividad térmica del material del molde, más eficaz será para transferir calor del plástico por unidad de tiempo, lo que dará como resultado tiempos de enfriamiento más cortos.
Configuración del canal de agua de refrigeración:Cuanto más cerca estén los canales de enfriamiento de la cavidad, mayor será su diámetro y cuanto mayor sea su número, mejor será el efecto de enfriamiento y menor será el tiempo de enfriamiento.
Caudal de refrigerante:Un caudal de refrigerante más alto (generalmente lo ideal es lograr un flujo turbulento) mejora la eliminación de calor mediante convección de calor.
Propiedades del refrigerante:La viscosidad y la conductividad térmica del refrigerante también afectan la eficiencia de transferencia de calor del molde. Una menor viscosidad del refrigerante, una mayor conductividad térmica y una temperatura más baja dan como resultado un mejor rendimiento de enfriamiento.
El enfriamiento del molde puede utilizar componentes impresos-de metal-tridimensionales para crear estructuras complejas de canales de enfriamiento tridimensionales-para lograr mejores efectos de enfriamiento.
(4) Etapa de expulsión
La expulsión es el paso final en un ciclo de moldeo por inyección. Aunque el producto se ha solidificado y formado, la expulsión todavía afecta significativamente la calidad del producto. Los métodos de expulsión inadecuados pueden causar defectos como la deformación del producto debido a una fuerza desigual durante la expulsión.
Los principales métodos de expulsión son dos: expulsión del pasador expulsor y expulsión de la placa extractora. Al diseñar el molde, se debe seleccionar el método de expulsión adecuado en función de las características estructurales del producto para garantizar la calidad del producto.
Para los moldes que utilizan expulsión de pasadores eyectores, los pasadores deben disponerse lo más uniformemente posible y colocarse donde la resistencia a la expulsión sea mayor y donde la pieza de plástico tenga la máxima resistencia y rigidez para evitar deformaciones o daños.
Las placas extractoras se utilizan generalmente para contenedores de cavidades profundas-, paredes delgadas-y productos transparentes donde no se permiten marcas de pin eyector. Este método presenta una fuerza de expulsión grande y uniforme, un movimiento suave y sin marcas visibles significativas.
II. Parámetros del proceso
Los cinco elementos clave del moldeo por inyección son: presión, tiempo, velocidad, temperatura y tamaño del disparo.
(1) Presión de inyección
La presión de inyección es la presión del cilindro hidráulico transmitida a través del tornillo de la máquina de inyección al plástico fundido. Impulsado por esta presión, el plástico fundido ingresa al molde a través de la boquilla de la máquina de inyección, pasa a través del bebedero y los canales y ingresa a la cavidad del molde. Este proceso es la etapa de llenado por inyección. Existe presión para superar la resistencia durante el flujo de fusión, asegurando que el proceso de llenado se desarrolle sin problemas.
Durante la inyección, la presión es más alta en la boquilla de la máquina de inyección y más baja en el frente del material fundido. La presión disminuye gradualmente a lo largo del camino desde el frente de fusión hasta la boquilla.
Muchos factores influyen en la presión de llenado de la masa fundida:
A. Factores materiales, como el tipo y la viscosidad del plástico.
B. Factores estructurales, como sistemas de canales fríos/calientes, su número y ubicación, la forma de la cavidad del molde y el espesor de la pared del producto.
C. Elementos de los parámetros del proceso.
Esto refleja que la presión de inyección no debería desempeñar un papel dominante en el moldeo por inyección de productos de paredes delgadas-pero es crucial en el moldeo por inyección de productos de paredes gruesas-. También puede desempeñar un papel decisivo en la resolución de defectos del producto como contracción, líneas de soldadura y burbujas de aire. El ajuste razonable de la presión depende de la coordinación de la velocidad y el tiempo de llenado. Durante la inyección, el ajuste de la presión de empaquetadura también es muy crítico. Cerca del final de la inyección, la boquilla de la máquina continúa alimentando material a la cavidad para llenar el volumen que queda por la contracción del producto. Si no se aplica presión de empaque después de llenar la cavidad, el producto se encogerá aproximadamente un 25 %, especialmente en áreas de paredes gruesas-, donde una contracción excesiva puede formar marcas de hundimiento. La presión de empaquetadura generalmente es aproximadamente el 85% de la presión máxima de llenado, aunque esto debe determinarse en función de las condiciones reales.
(2) Tiempo de inyección
El tiempo de inyección al que se hace referencia aquí es el tiempo necesario para que el plástico fundido llene la cavidad, para que el fundido se plastifique y para que se enfríe. No incluye tiempos auxiliares como apertura y cierre de molde. El hecho de que este tiempo se establezca de manera razonable afecta en gran medida la calidad del producto. Aunque el tiempo de inyección no constituye la mayor proporción del ciclo de moldeo, ajustar el tiempo de inyección juega un papel importante en el control de la presión en la entrada, el canal y la cavidad. Un tiempo de inyección razonable facilita un llenado ideal de la masa fundida y es decisivo para mejorar la calidad de la superficie del producto y reducir las tolerancias dimensionales. El tiempo de inyección es mucho más corto que el tiempo de enfriamiento, aproximadamente 1/10 del tiempo de enfriamiento. La proporción aumenta con paredes de producto más gruesas. Este patrón puede servir como base para estimar el tiempo total de moldeo de una pieza de plástico.
(3) Velocidad de inyección
La estrecha relación entre la velocidad de inyección y la calidad del producto lo convierte en un parámetro clave en el moldeo por inyección. Al determinar los puntos inicial, medio y final de los segmentos de velocidad de llenado y lograr transiciones suaves entre los puntos de ajuste, se puede garantizar una velocidad estable de la superficie fundida. Esto produce la orientación molecular deseada y minimiza el estrés interno. Por lo tanto, al configurar los parámetros de velocidad durante la depuración del proceso del producto, se recomienda el siguiente enfoque:
La velocidad superficial del fluido debe ser constante.
Se debe utilizar una inyección rápida para evitar la cristalización en estado fundido.
Los ajustes de velocidad de inyección deben considerar áreas críticas (p. ej., corredores), disminuyendo la velocidad en la puerta mientras se llena rápidamente en otros lugares.
La velocidad de inyección debe detenerse inmediatamente después de llenar la cavidad para evitar el exceso de -empaquetamiento, rebabas y tensión residual.
Según la estructura del producto, combinada con el grado real de cristalización, ajuste los parámetros de velocidad de inyección alta y baja para áreas de paredes delgadas/gruesas y donde cambia la dirección del flujo de fusión.
Es muy importante una estrecha coordinación con otros elementos de las condiciones de moldeo.
(4) Temperatura de inyección
La temperatura de inyección es un factor importante que afecta la presión y la velocidad de inyección. Los cilindros de las máquinas de inyección generalmente tienen de 5 a 6 zonas de calentamiento. Cada materia prima tiene su temperatura de procesamiento adecuada. Además de los parámetros de temperatura aprendidos gracias a la experiencia práctica, los ajustes también pueden basarse en datos proporcionados por los proveedores de materias primas en combinación con las condiciones reales de la máquina.
La temperatura de inyección debe controlarse dentro de un rango específico. Si la temperatura es demasiado baja, la masa fundida se plastifica mal, lo que afecta a la calidad de la pieza moldeada y aumenta la dificultad del proceso. Si la temperatura es demasiado alta, la materia prima es propensa a descomponerse. En el moldeo por inyección real, la temperatura de la masa fundida suele ser más alta que la temperatura del cilindro. La diferencia depende de la velocidad de inyección y de las propiedades del material. Esto es causado por el alto calor generado por el cizallamiento cuando la masa fundida pasa a través de la boquilla de inyección.
(5) Tamaño del disparo
En el moldeo por inyección, un tamaño de disparo razonable rige la configuración de otros elementos de parámetros del proceso. Durante la depuración del proceso del producto, el cojín de fusión (tamaño de disparo restante) debe configurarse de manera que, una vez completado el llenado del producto, la posición del tornillo deje un cojín de aproximadamente 15-20 mm. Si está demasiado cerca de cero, la punta del anillo de retención del tornillo se desgastará demasiado rápido y no se puede garantizar la estabilidad dimensional del producto. Si el cojín es demasiado grande, un exceso de material fundido residual que permanezca en el cañón durante demasiado tiempo puede provocar cambios de color en el siguiente disparo y aumentar la probabilidad de generación de gas debido a la descomposición del material fundido debido a un tiempo de residencia prolongado.
Durante la plastificación, la contrapresión afecta directamente el tamaño del disparo. La contrapresión se refiere a la presión que se debe superar cuando el tornillo se retrae durante la preparación de la masa fundida. El uso de alta contrapresión es beneficioso para la dispersión del color y la fusión del plástico, ya que aumenta la densidad de la masa fundida en el barril. Sin embargo, también prolonga el tiempo de retracción del tornillo (si supera el tiempo de enfriamiento aumenta el ciclo de inyección del producto). Si se aumenta la velocidad de rotación del tornillo, el tornillo puede atrapar aire de los espacios entre los gránulos de plástico comprimidos en la masa fundida dentro del barril, que luego se inyecta en la cavidad del molde. Para productos más gruesos, esto aumenta correspondientemente la probabilidad de que se formen burbujas de aire dentro de las paredes y aumenta la carga de potencia de la máquina de inyección. Por lo tanto, al plastificar materiales comunes, la contrapresión debe ser menor, generalmente sin exceder el 20% de la presión de inyección, siendo ideal una ligera baba de fusión en la boquilla.
En resumen, para mejorar la tecnología de moldeo por inyección, primero se deben comprender los principios y el proceso del moldeo por inyección. En segundo lugar, se deben coordinar hábilmente los cinco elementos clave-presión, tiempo, velocidad, temperatura y tamaño del disparo-durante la depuración del proceso. Sólo entonces estos elementos podrán complementarse entre sí dentro del proceso, dando lugar a los parámetros de proceso óptimos para el producto.