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TEMA 11: MOLDEO POR INYECCIN

1. IntroduccinUna de las tcnicas de procesado de plsticos que ms se utiliza es el moldeo por inyeccin, siendo uno de los procesos ms comunes para la obtencin de productos plsticos. Hoy en da cada casa, cada vehculo, cada oficina, cada fbrica, etc. contiene una gran cantidad de diferentes artculos que han sido fabricados por moldeo por inyeccin. Entre ellos se pueden citar: telfonos, vasijas, etc. y formas muy complejas como la que se muestra en la figura 1.1, que corresponde a una clavija de conexin de un telfono.El moldeo por inyeccin requiere temperaturas y presiones ms elevadas que cualquier otra tcnica de transformacin, pero proporciona piezas y objetos de bastante precisin (siempre y cuando la resina utilizada no tenga una retraccin excesiva), con superficies limpias y lisas, adems de proporcionar un magnfico aprovechamiento del material, con un ritmo de produccin elevado. Sin embargo, a veces, las piezas deben ser refinadas o acabadas posteriormente, para eliminar rebabas.Figura 1. Clavija de conexin de un telfono

El fundamento del moldeo por inyeccin es inyectar un polmero fundido en un molde cerrado y fro, donde solidifica para dar el producto. La pieza moldeada se recupera al abrir el molde para sacarla. Una mquina de moldeo por inyeccin tiene dos secciones principales (figuras 2a y 2b): La unidad o grupo de inyeccin La unidad de cierre, o prensa, que aloja al moldeEl ciclo de produccin consta de ocho fases:1) Cierre del molde2) Avance del grupo de inyeccin3) Inyeccin del material en el molde, cerrado y fro4) Mantenimiento de la presin5) Refrigeracin y solidificacin del objeto (comienza al terminar la inyeccin y dura hasta que empieza la apertura del molde)6) Retroceso del grupo de inyeccin7) Plastificacin del material para el ciclo siguiente8) Apertura del molde y expulsin de la pieza

En ciertas ocasiones, cuando el tiempo de enfriamiento es suficientemente largo, puede disponerse una unidad de inyeccin que se acopla a varias unidades de moldeo, con lo que aumenta la productividad de la mquina.Los elementos esenciales de una unidad de inyeccin son: la tolva de alimentacin, el sistema de dosificacin, plastificacin e inyeccin y la unidad de moldeo-desmoldeo. La tolva de alimentacin se conecta mediante un conducto al cilindro donde tiene lugar la plastificacin. Para evitar atascos por reblandecimiento prematuro del material, debe ir refrigerado. A veces se aprovecha este conducto y la propia tolva para completar el secado de la resina que se est utilizando. El sistema de dosificacin, plastificacin e inyeccin admite la cantidad necesaria de resina, la reblandece o funde y la inyecta en el molde a travs de una boquilla que, al adaptarse a presin al bebedero del molde, abre una vlvula de descarga dispuesta en su extremo. Al desacoplar la boquilla, la vlvula se cierra automticamente.Figura 2a. Partes fundamentales de una mquina inyectoraEn la actualidad casi todas las mquinas de inyeccin disponen de un pistn de dosificacin-plastificacin en forma de husillo que, al girar cierto nmero de vueltas, realiza la carga del material, siendo obligado por ste a retroceder hasta una posicin tope, previamente regulada, quedando el cilindro completamente lleno de material. La plastificacin mediante husillo proporciona una fusin regular y homognea, con poco riesgo de degradacin trmica, y posibilita un llenado del molde a presiones ms bajas,combinando el movimiento giratorio con su desplazamiento longitudinal. El extremo libre del husillo dispone de un anillo que acta como vlvula de retencin, impidiendo el retroceso del material a su travs durante la inyeccin. El trabajo que realiza el husillo es el siguiente: Cuando termina la inyeccin anterior se queda en la posicin ms adelantada. Al empezar a girar, toma el material fro de la tolva y lo transporta hacia la parte delantera, al tiempo que lo calienta. Una vez que llega a la parte anterior, estando la vlvula de descarga cerrada, el husillo ejerce grandes esfuerzos de cortadura sobre el material, como ocurre en las extrusoras, a la vez que retrocede y, cuando tiene acumulada suficiente cantidad para llenar el molde, deja de girar, quedando en espera. Al acoplarse la boquilla al bebedero, se abre la vlvula de descarga y el husillo acta ahora como mbolo, comprimindole y hacindole fluir a travs de la tobera, hasta llenar el molde, transmitiendo al interior de ste toda la presin.La cmara del cilindro de plastificacin-inyeccin va provista de un sistema de calentamiento mediante resistencias individuales que permiten una regulacin de la temperatura de la pared por zonas y mantiene la resina plastificada entre inyeccin e inyeccin.Las unidades de moldeo constan de las dos partes del molde sujetas mediante piezas portamoldes y ciertos mecanismos (generalmente hidrulicos) que tienen por misin su abertura y cierre. Estos mecanismos tienen que ser suficientemente robustos para resistir la presin del material en la etapa final de la inyeccin, que puede superar los 50 MPa y llegar a los 200 MPa.Las primeras mquinas de moldeo por inyeccin para la fabricacin de plsticos se basaban en las mquinas empleadas para la fabricacin de metales por fundicin a presin. A partir de la dcada de los 50 se desarrollaron mquinas especialmente diseadas para la fabricacin de polmeros, coincidiendo con una mayor demanda de este tipo de productos.Las principales ventajas del moldeo por inyeccin son: El grado de automatizacin alcanzado con estas mquinas La posibilidad para fabricar productos plsticos con tolerancias muy pequeas Versatilidad para el moldeo de una amplia gama de productos, tanto en formas como en materiales plsticos distintos

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Figura 2b. Mquina de moldeo por inyeccin2. Tipos de mquinas de inyeccinExisten bsicamente dos tipos de mquinas de moldeo por inyeccin: la mquina de mbolo (o pistn) y la mquina de tornillo recproco.2.1. Mquina de mbolo (o pistn)

Como su propio nombre indica, la mquina de mbolo se sirve de un mbolo para forzar el paso del polmero fundido al interior del molde. Un sistema de pre-plastificacin previa, basado en un tornillo extrusor, puede emplearse para mejorar la mezcla y preparacin del polmero fundido. La mquina de mbolo fue la primera en ser desarrollada y la tendencia es a que este tipo de mquinas sean sustituidas por la mquina de tornillo recproco, pero todava existen algunas en la actualidad. Los ltimos avances en la mquina estn encaminados hacia sistemas de control mediante programas informticos para intentar controlar las principales variables que intervienen en el proceso: presin, temperatura y tiempos de inyeccin.Su funcionamiento es el siguiente: Una cantidad predeterminada del material a moldear cae del dispositivo de almacenamiento en la camisa. A continuacin, el mbolo transporta el material a lo largo de la camisa donde es calentado por conduccin por medio de los calentadores externos. El material plastificado bajo presin es forzado a pasar a travs de la lanza hacia la cavidad del molde. Para dividir la masa de material en la camisa y mejorar la transferencia de calor, se ajusta un torpedo en la camisa en la forma que se muestra en la figura 3.

Figura 3. Mquina de inyeccin de tipo mbolo

Este tipo de mquina tiene las siguientes desventajas: Hay una deficiente mezcla y homogeneizacin del polmero fundido. Es difcil medir con exactitud la cantidad de material en cada ciclo de moldeo.Puesto que, la dosificacin se realiza en volumen, cualquier variacin de la densidad del material alterara el peso de cada embolada. Puesto que el mbolo comprime al material y este se presenta en una variedad de formas, variando desde grnulos slidos a un fundido viscoso, la presin en laboquilla puede variar de forma considerable de un ciclo a otro. La presencia de un torpedo causa una significante cada de presin. Las propiedades de flujo del polmero fundido dependen de la presin y como esta es errtica, se incrementa la variabilidad de llenado del molde.Alguna de las desventajas de la mquina de mbolo se pueden eliminar usando un sistema de pre-plastificado. Este tipo de mquinas posee dos camisas, como puede apreciarse en la figura 4. El material se alimenta en la primera donde un extrusor con tornillo plastifica al material y luego lo alimenta a la segunda camisa a travs de una vlvula de no retorno. A continuacin, un mbolo en la segunda camisa fuerza al fundido a pasar a travs de la boquilla hacia el molde. En este sistema hay una homogeneizacin mucho mejor debido a que el fundido tiene que pasar a travs de las pequeas abertura que conectan las dos camisas. As mismo, la cantidad de material puede medirse con ms exactitud ya que el material alimentado a la segunda camisa puede controlarse mediante una llave lmite sobre el mbolo. Otra ventaja es que ya no es necesario un torpedo en el cilindro de inyeccin. Esta mquina, hoy en da, se utiliza raramente debido a que es considerablemente ms complicada y cara de lo necesario. Un rea de aplicacin donde an se usa es para la obtencin de grandes piezas (moldes grandes) debido al gran volumen de material que es necesario plastificar antes de la inyeccin.

Figura 4. Mquina de inyeccin de tipo mbolo con sistema de pre-plastificado2.2. Mquina de tornillo recproco

En este tipo de mquina (figura 5) se utiliza un tornillo de extrusin tanto para fundir y manejar el polmero fundido, como para inyectarlo en el interior del molde. El tornillo tiene un movimiento de vaivn, como si fuera un pistn, dentro de la camisa durante la parte de inyeccin del ciclo de produccin. Se utiliza para procesar tanto termoplsticos como termoestables.Durante la fase de plastificacin, el extremo de salida est sellado por una vlvula, y el tornillo acumula una reserva, o carga de material fundido frente a l, al moverse hacia atrs en contra del frente de presin. Cuando se completa esta etapa, abre la vlvula de sellado, el tornillo detiene su giro y se le aplica presin que lo convierte en un empujador mecnico o pistn que impulsa el material fundido acumulado, a travs de la boquilla que conecta con el molde, que se encuentra en la unidad de cierre. Esta es la etapa de inyeccin del proceso.

Figura 5. Mquina de inyeccin de tipo tornillo recprocoLa secuencia de operacin o ciclo de moldeo de una mquina de este tipo sera la siguiente(figura 6):(a) El molde se cierra, y el tornillo (sin girar) se mueve hacia delante a lo largo del cilindro actuando como un mbolo o pistn e inyecta el polmero fundido en el molde. La vlvula se ha abierto y el tornillo fuerza el paso del material fundido por la boquilla hacia el molde. El tornillo permanece adelantado, manteniendo la presin, hasta que el polmero fundido que ha estado entrando en el molde. Esta etapa se denomina de retencin, donde se mantiene la presin mientras el material se enfra para evitar la contraccin. En un determinado momento (idealmente cuando el material del orificio para inyeccin se ha solidificado) puede eliminarse la presin y el tornillo comienza nuevamente a girar, con la vlvula cerrada, cogiendo nuevo material de la tolva de alimentacin, que se calienta a lo largo de la mquina hasta fundir cuando alcanza la parte de adelante del tornillo. Como consecuencia de este nuevo volumen de material que estamos llevando hacia adelante se originan unas fuerzas de presin (el polmero fundido no puede salir) contrarias al sentido de avance del tornillo cuando ste estaba funcionando como mbolo. El resultado de estas fuerzas de presin es el empuje del tornillo hacia atrs hasta que se alcanza un lmite.(b) Cuando que se alcanza el volumen necesario de polmero fundido para llenar el molde y todas las cavidades de entrada, el tornillo deja de girar. Durante el perodo de retroceso del tornillo el polmero que estaba en el molde ha tenido tiempo de solidificar convenientemente, por lo que el molde se abre y el plstico solidificado expulsado.(c) El molde se cierra nuevamente y el tornillo hace de mbolo volviendo a inyectar el polmero fundido en el molde.(d) El tornillo permanece adelantado, manteniendo la presin hasta que material del orificio para inyeccin se ha solidificado y el tornillo comienza a girar y a retroceder, volviendo a repetirse el ciclo.

Figura 6. Ciclo tpico de una mquina de tornillo recprocoSi se representa el ciclo en un diagrama circular (figura 7) se ve que una gran parte del tiempo del ciclo total se debe al enfriamiento, en que se incluye el tiempo de retencin. Como consecuencia, la rapidez de enfriamiento es un aspecto importante en la economa del moldeo por inyeccin.

Figura 7. Ciclo de operacin para producir piezas moldeadas por inyeccinLos tornillos son parecidos a los utilizados en la extrusin, con relaciones

L variandoDentre 15 y 25, relaciones de compresin

2,5 4,01

y presiones de inyeccin de hasta 200MPa. La profundidad del canal del tornillo disminuye desde el extremo de alimentacinhacia el extremo de salida para favorecer la compresin del material que contiene. La camisa tiene calentadores de cincho que lo rodean. El calentamiento se debe en parte a los calentadores de la camisa y en parte a la disipacin viscosa que ocurre conforme el polmero fundido se bombea a lo largo del tornillo. Una diferencia importante es la presencia de una vlvula de retencin (figura 8), de un solo sentido de paso, colocada en la cabeza del tornillo, que es necesaria para evitar que haya prdidas de material por las juntas de los hilos del tornillo cuando ste acta como mbolo. La vlvula est cerrada mientras se inyecta material para evitar el flujo de retroceso del mismo despus de pasar el hilo del tornillo, y est abierta cuando gira el tornillo para permitir la acumulacin de la nueva carga. En la figura 8 se muestran estas posiciones de la vlvula:

Figura 8. Vlvula tpica de retencinCuando el material es transportado hacia delante por la rotacin del tornillo la vlvula se abre como se muestra en la figura 8.b. Se presenta una excepcin cuando se esta trabajandocon materiales sensibles al calor, como por ejemplo el PVC. En tales casos no existe vlvula, debido a que dara lugar a zonas donde el material quedara obstruido y podra degradarse.La parte cilndrica o camisa es muy parecida a la parte cilndrica de la mquina de extrusin, con unas bandas elctricas que calientan el material y que se controlan usando termopares. El desarrollo ms reciente es la introduccin de camisas con cmara de desaireacin, lo que permite el moldeo de los materiales sin un secado previo.El canal salida o boquilla, que est atornillada al final de la camisa, conecta las dos mitades de la mquina para dejar pasar el material fundido desde la etapa de plastificacin hacia el molde. Por tanto, su funcin principal es la de conducir el polmero fundido desde la camisa hasta el interior del molde. Durante esta operacin el polmero fundido se calienta por friccin y conduccin (existe una banda de calentamiento exterior) antes de entrar en los canales del molde que se encuentran a temperatura ambiente. Para evitar una solidificacin del fundido que queda en la boquilla, por transferencia de calor hacia el material del molde, una vez llenado el molde, se retira la boquilla cuando el tornillo comienza su movimiento hacia atrs. Existen dos tipos principales de canal de salida o boquilla (figura 9):(a) Boquilla abierta (figura 9.a), que es simple y se usa siempre que sea posible, ya que las posibles cadas de presin se ven minimizadas y no se presentan zonas donde el fundido pueda estancarse y descomponerse. Sin embargo, los materiales fundidos de baja viscosidad, como el nylon, presentan fugas en este tipo de boquilla, lo que provoca contaminacin y crea desperdicios, particularmente si el conjunto camisa- boquilla se retrae desde el molde en cada ciclo.(b) Boquilla con cierre, de la cual existen dos tipos principales. La figura 9.b muestra una boquilla de cierre, que se cierra mediante medios mecnicos externos simples. La placa A-A se desliza en la direccin que indica la flecha. Por su parte, la figura9.b muestra una boquilla de cierre donde una vlvula de aguja sobre la que acta un muelle evita que existan fugas o escapes de material. La vlvula se abre cuando la presin del fundido excede de un determinado valor o alternativamente cuando la boquilla es presionada contra el molde. La mayora de las boquillas de cierre tienen la desventaja de que pueden restringir el flujo de material causando estancamiento del mismo. Por esta razn, este tipo de boquillas no deben usarse con materiales sensibles al calor, como es el caso del PVC.

Figura 9. Tipos de boquilla: (a) abierta, (b) de interrupcin mecnica simple, (c) vlvula de aguaPor lo comn, las boquillas se calientan por medio de una banda calefactora, pero tambin se genera el calentamiento viscoso, ya que en este punto el canal se estrecha y, por lo tanto, la velocidad de corte es ms alta. Disminuye entonces la viscosidad, lo que a su vez, facilita la inyeccin. Por lo comn, se evita que el polmero solidifique en la boquilla despus de la inyeccin y retencin, y sta ser la situacin que se creara por el contacto con el molde fro. Con frecuencia, la boquilla no se mantiene en contacto, o se puede aislar trmicamente. El polmero que solidific en la boquilla tiene que volverse a fundir en la siguiente inyeccin, lo cual genera inconsistencias de temperatura y, por tanto, irregularidades del flujo en el material fundido conforme avanza hacia el molde. Esto, a su vez, provoca defectos del producto.Unidad de cierre. Apriete del molde: Es necesario mantener las dos partes del molde firmemente unidas y ajustadas durante la inyeccin por la alta presin que se produce en este proceso. Por ello, es necesario disponer de un sistema de apriete. Experimentalmente se ha comprobado que la presin de cierre del molde, entorno al rea del molde que va a sufrir la alta presin, est entorno a los 10-50 MPa, pero puede exceder de 140 MPa y muy bien pueden ser necesarios 200 MPa para evitar fugas en las superficies de acoplamiento del molde. La fuerza necesaria de cierre para una pieza moldeada determinada puede encontrarse a partir de su rea proyectada. En el ejemplo de la figura 10, en la que se representa una tina de bao con un hoyo en el fondo, corno una maceta, se puede ver que el rea proyectada incluye las paredes laterales angulosas o radiales, pero excluye las aberturas:rea proyectada = (a b) - (c d)

Figura 10. rea proyectada de una tina de bao moldeadaLa presin de inyeccin que se aplica sobre el rea proyectada proporciona la fuerza de inyeccin y, por lo tanto, la fuerza de cierre que se requiere para resistirla. Una manera de evaluar los tamaos de mquina es de acuerdo a la fuerza de cierre disponible; cuanto mayor sea la fuerza disponible, ms grande es la mquina. Los dos sistemas de cierre ms utilizados son:(a) Sistema mecnico que amplifica la fuerza (palanca) (figura 11.a), se utiliza sobre todo cuando se buscan presiones de cierre relativamente bajas (fuerzas de apriete relativamente pequeas) y se prefieren para mquinas de alta velocidad.(b) Sistema hidrulico (Figura 11.b), se utiliza cuando estn en juego presiones de cierre ms altas. Requiere menos mantenimiento que el otro sistema. Lquido hidrulico a presin se introduce por detrs de un pistn conectado a un plato de presin mvil de la mquina. La fuerza de apriete puede ajustarse de tal manera que no se produzcan fugas del polmero fundido del molde.Las dos principales ventajas del sistema mecnico son: que es ms econmica la operacin del pequeo cilindro hidrulico y que no es necesario mantener la presin hidrulica durante el ciclo de moldeo, ya que el dispositivo mecnico se autosujeta. Tiene las desventajas de que no existe indicacin del valor de la fuerza de apriete y que las partes mviles adicionales aumentan los costes de mantenimiento. Las ventajas y limitaciones de cada uno de los dos sistemas de cierre se dan en la tabla 1.

Figura 11. Sistemas de cierre: (a) tipo hidrulico, (b) tipo mecnicoTabla 1. Ventajas y limitaciones de cada uno de los dos sistemas de cierrePresin de inyeccin: La presin alta que se necesita para inyectar se debe a la alta viscosidad de los polmeros fundidos y se aplica por medio de un tomillo mediante un sistema hidrulico, que para esa funcin no gira. La presin de lnea del sistema es del orden de 7-14 MPa. El dimetro del cilindro hidrulico es de 10 a 15 veces el del tornillo, el cual eleva la presin hasta alcanzar la que se necesita para inyectar el material fundido viscoso.3. Diseo del molde

El molde (figura 12) consta de dos partes o placas que componen la forma que se quiere moldear y se sujeta a las placas de cierre, de la manera ms simple, en dos mitades. La parte de la izquierda es fija y la de la derecha es mvil. La exactitud del mecanizado es fundamental para prevenir la formacin de una fina capa de plstico (flash) en las juntas que separan ambas partes del molde. Los tamaos de los moldes van desde los 5 mm de dimetro de los marcos portabolas del cojinete hasta los 4 m de los cascos de los barcos. Independientemente del tamao de la pieza a fabricar, las partes del molde son las mismas para todas ellas:3.1. Placas de apoyo

Permiten integrar dentro de la estructura de la mquina el molde.3.2. Canales de enfriamiento

Los moldes se suministran con canales de enfriamiento a travs de los cuales pasa el agua. La temperatura del agua vara para los diversos productos. El agua muy fra da los tiempos de circulacin ms cortos, pero algunas veces se requieren temperaturas ms altas del molde, especialmente con polmeros cristalinos, con el fin de lograr las propiedades ptimas del producto terminado. Estn calculados para controlar la temperatura del molde con gran precisin en el rango comprendido entre los 20 y los 100 C. Las condiciones tpicas de trabajo vienen dadas en la tabla 2.

Tabla 2. Condiciones del moldeo por inyeccin de termoplsticos3.3. Pernos de expulsinSirven para separar la parte fija de la parte mvil permitiendo que quede liberada la pieza moldeada. Se accionan mecnicamente por medio de un tornillo de resalto. Cuando se llena el molde se debe extraer el aire que se halla en l. Por lo comn, esto pasa de manera espontnea gracias al espacio libre de los pernos expulsores, pero algunas veces se abren pequeos orificios de ventilacin, de unos 0,025 mm de dimetro, suficiente para que salga el aire y no permita la entrada de material fundido. Si la ventilacin es inadecuada, puede haber fallos en el proceso o en el producto. El caso ms crtico es que quede atrapada una burbuja de aire, lo que provocara un hoyo en la pieza moldeada. Un fallo ms comn es que el material se queme, debido a un escape rpido del aire. El aire puede escapar tan rpido que la temperatura se eleve lo suficiente como para degradar localmente el polmero y provocar quemaduras sobre la pieza moldeada.3.4. Pernos guaAseguran una perfecta alineacin de la cavidad del molde con el resto de la estructura. Es decir, aseguran la exactitud del molde.3.5. Anillo de localizacinAsegura la correcta alineacin con el canal de salida (boquilla) de la mquina de inyeccin. El plstico fundido sigue el siguiente camino desde la mquina basta la cavidad de impresin de la pieza requerida:Boquilla Cavidad de entrada al molde (sprue bush) Canales Cavidad de entrada a la zona de impresin Zona de impresin (molde)3.6. Bebedero (sprue bush)

Es el canal que une la cavidad del molde con la boquilla de la mquina y por el cual el material entra al molde. Este canal est en la parte fija del molde, y sin embargo, el plstico que solidifica en su interior ha de salir cuando se desmoldea. Para que esto se lleve a cabo perfectamente esta cavidad incorpora una clavija de sujeccin en su parte final que corta el plstico para que deslice ms fcilmente. Debido al desgaste al que est sometido este canal, se hacen reemplazables y de fcil colocacin.

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Figura 12. Detalles del molde de inyeccin de dos placas: (a) molde cerrado, (b) molde abierto3.7. Orificio para la inyeccin del material o compuerta (gate)

Es un orificio estrecho por el cual el plstico fundido entra en la cavidad del molde (figura13) y que permite una fcil separacin de la zona de impresin y los canales de colada. Como suele ser lo que primero enfra, acta como una vlvula que evita que el material del interior de la zona de impresin sea succionado hacia afuera durante el movimiento de retorno del tornillo en la mquina.

Figura 13. Orificio para la inyeccin del material convencionalEl estrechamiento en la compuerta tiene tres funciones:1) Permite solidificacin rpida del polmero cuando concluye la inyeccin. Esto asla la cavidad y permite la extraccin de la espiga o vena (material slido que se forma en el bebedero).2) La seccin slida, estrecha y delgada permite separar fcilmente la espiga de la pieza moldeada despus de sacarla del molde, eliminando en la mayora de los casos la necesidad de desbastar en el acabado.3) Incrementa la velocidad de corte conforme fluye el material fundido y, en consecuencia, disminuye la viscosidad para llenar mejor y ms rpido moldes con formas complejas.Se usan varios tipos de diseo de compuertas con fines diferentes. En la figura 14 se ilustran algunos de uso comn. A continuacin se describen algunas de las caractersticas de las diversas compuertas:(a) Compuertas de canal de alimentacin: Son las ms simples. La alimentacin desde el canal a una sola cavidad es directa.(b) Compuertas de aguja: Estas se llenan desde los bebederos. Por lo comn se usan en moldes de tres placas. La pequea cicatriz que dejan es fcil de borrar en el acabado. La seccin estrecha da una velocidad de corte muy alta, baja viscosidad y permite que se llenen fcilmente las secciones delgadas del molde.

Figura 14. Tipos de orificios de entrada o compuertas a la zona de impresin(c) Compuertas laterales: Es el tipo comn de compuerta que se usa para moldes de multiimpresin. Alimentan por las partes laterales del molde. Los moldes de impresin mltiple deben utilizar bebederos balanceados para tener distribucin uniforme a travs del sistema. Los bebederos no balanceados pueden dar lugar a piezas moldeadas de calidad desigual debido a que la presin y, en consecuencia, el flujo, no son iguales en sitios cercanos al canal de alimentacin y en los que se hallan alejados (figura 15).

Figura 15. Bebederos: (a) balanceados, (b) no balanceados(d) Compuertas anulares: Estas se usan en moldes de impresin mltiple para fabricar piezas moldeadas huecas porque conducen el flujo alrededor de un ncleo central.(e) Diafragma: Es similar a la compuerta anular pero se surte directamente desde el canal de alimentacin para elaborar impresiones simples.(f) Compuertas de abanico: Las compuertas de abanico hacen que se disperse el material fundido a manera de un abanico para cubrir bien reas grandes.(g) Compuertas de pelcula: Tambin se conocen como compuertas de borde o de flash, dan una distribucin uniforme del espesor en piezas moldeadas planas delgadas. Se usan mucho ms para productos transparentes como las lentes de policarbonato que se utilizan en dispositivos de medicin, en donde un flujo uniforme evita la formacin de ondulaciones.(h) Compuertas de lengeta: La lengeta elimina los chorros en grandes reas planas por rompimiento del flujo y que lo vuelven turbulento conforme entra en la cavidad. La formacin de chorros provoca lneas de flujo de mal aspecto, especialmente en materiales transparentes.La compuerta debe posicionarse de tal modo que se genere un flujo de fundido uniforme en la impresin, lo que causa un llenado del molde tambin uniforme de forma que los frentes de fundido que avanzan alcanzan los extremos de la impresin al mismo tiempo. Un ejemplo de posicin correcta e incorrecta de la compuerta se muestra en la figura 16. La compuerta correcta para este producto en forma de copa es la compuerta de espiga, con la que la seccin cilndrica se rellena de una manera balanceada sin dar lugar a la formacin de una lnea de soldadura. La compuerta lateral es incorrecta ya que se forma una lnea desoldadura, que puede ser fuente de un mal funcionamiento desde el punto de vista mecnico y adems es un defecto visual.

Figura 16. (a) Compuerta correcta, (b) incorrecta (lateral) para un producto en forma de copa3.8. Canales de colada o alimentacin (runners)

Son los canales que conectan el bebedero (sprue bush) con la entrada de la cavidad (gate) al objeto de transferir el plstico fundido a las cavidades del molde. Usados en los moldes con varias zonas de impresin para conectar el primer canal de entrada al molde (sprue bush) con las diferentes zonas de impresin. Su geometra ideal responde a formas con grandes secciones transversales (para que fluya bien el polmero fundido), pero con pequeas reas superficiales (para reducir las posibilidades de un enfriamiento prematuro). El tamao de los canales depende del material que se est moldeando. Adems deben de ser lo ms cortos que sea posible, con el fin de reducir prdidas de presin innecesarias. En la figura 17 se puede ver la situacin de los canales de colada.

Figura 17. Situacin de los canales de colada y bebedero4. Otros tipos de moldes

4.1. Molde de tres placas

Este tipo de molde se usa cuando se desea tener un sistema de canales de colada en un plano diferente del plano de unin de las placas del molde. Este podra ser el caso de un molde con varias cavidades, en el cual es deseable tener una alimentacin central para cada una de ellas (figura 18). En este tipo de molde la separacin de la compuerta se realiza de forma automtica y el sistema de canales y bebederos son expulsados separadamente.

Figura 18. Molde de tres placas: (a) molde cerrado, (b) abierto4.2. Moldes con canales de colada calentados

El bebedero y los canales de colada forman parte del molde, pero no del producto final. Desafortunadamente, no es econmicamente viable descartarlos de tal modo que se pueda reciclarlos previa molienda. Esto es caro y puede introducir contaminacin en el material,por lo cual cualquier sistema que evite su acumulacin es atractivo. Con tal fin se ha desarrollado un sistema, que es una extensin lgica del molde de tres placas. Se sitan en el molde, convenientemente, zonas de calentamiento y aislamiento para mantener al plstico en los canales de colada a la temperatura de inyeccin. Durante cada ciclo se extrae la pieza, pero el fundido en los canales de colada se retiene y se inyecta en la cavidad durante la siguiente de entrada de material. Un diseo tpico de este tipo de molde puede verse en la figura 19. Este sistema slo trabaja mientras que el material en los canales de colada permanece fundido, ya que si solidifica debe ser desmantelado para eliminar los canales de colada.

Figura 19. Diseo tpico de un molde con canales de colada calentadoVentajas adicionales de este tipo de moldes son las siguientes:1) Eliminacin de recortes (trimming).2) Posibilidad de ciclos de moldeo ms rpidos ya que el sistema de canales de colada no solidifica.Tambin tiene desventajas:1) Molde ms complejo que el convencional y, por tanto, ms caro.2) Muchas zonas donde el material puede quedar atrapado, esto da lugar a problemas durante cambios de color o de tipo de material debido a la dificultad de eliminar todo el material anterior.4.3. Molde con canales de colada enfriados (figura 20)Es similar al molde con canales de colada calentados, pero en este caso en lugar de tener zonas calentadas, se usan canales de colada de mayor dimetro (13-25 mm). Esto hace quese forme una pelcula de material solidificado en la superficie interior del canal de colada, la cual asla al material del ncleo central del canal de colada que permanece fundido. ste se retiene y se inyecta en la cavidad durante la siguiente de entrada de material. Si un retraso indebido causa la solidificacin total del material en el canal de colada, ste puede ser extrado y cuando se vuelva a reestablecer el ciclo de moldeo se vuelve a forma la pelcula aislante. La principal desventaja de este tipo de sistema es que no es apropiado para polmeros o pigmentos que tengan una baja estabilidad trmica o una viscosidad elevada, pues una parte del material puede permanecer en un estado semi-fundido en el canal de colada durante largos perodos de tiempo.Un desarrollo reciente del principio de canal de colada aislado es el sistema de distribucin de tubos. Este supera la posibilidad de solidificacin del material insertando tubos calentados en los canales de colada. Sin embargo, este sistema todava cuenta con una gruesa capa de polmero en la pared del canal de colada que hace de aislamiento y, por tanto, no es adecuado para materiales sensibles al calor.Ambos sistemas cuentan con un cartucho calentador en la zona del orificio por donde se inyecta el material (gate) para prevenir su solidificacin prematura.

Figura 20. Diseo tpico de canales de colada aislados y distribuidos5. Control de presin, temperatura y tiempo

La calidad de los productos obtenidos en el moldeo por inyeccin incluye propiedades mecnicas, calidad de la superficie, dimensiones y densidad. Para obtener una calidad aceptable y reproducible, es esencial mantener el proceso de moldeo bajo un control preciso y as las mquinas modernas estn controladas por medio de microprocesadores. Las entradas al sistema de control son: Temperaturas en la camisa, boquilla y molde medidas mediante termopares. Presin del lquido hidrulico que acta sobre el brazo del mbolo (figura 21). Presin del polmero en el molde (figura 21). Posicin y velocidad del brazo del mbolo mediante un sensor tipo potencimetro(figura 21).

Figura 21. Control multiparamtrico en el moldeo por inyeccinLos datos anteriores deben ser usados para optimizar el ciclo y obtener la calidad requerida en el tiempo de ciclo ms corto posible. Durante el proceso productivo los parmetros ptimos determinados deben de repetirse de ciclo en ciclo de la forma ms precisa que sea posible.Se ha encontrado conveniente controlar las acciones dominantes en la inyeccin, llenado del molde y compactacin (empaquetamiento), de dos maneras alternativas:

A: (1) y (2.a) B: (1) y (2.b) Alternativa A: Moviendo el brazo hacia delante a una secuencia de velocidades, altas al principio y bajas al final cuando la etapa de llenado del molde est prxima al final (1) y cambiando al control de la presin del brazo para la etapa de compactacin (2.a) (figura 22).Una vez que el molde esta lleno, el brazo detiene su movimiento y es de menor importancia para el control del empaquetamiento. Otra razn para controlar la velocidad durante el llenado del molde se basa en que la velocidad influye sobre el acabado superficial, la contraccin y la anisotropa.En la etapa (1) los datos son suministrados por el sensor de posicin del brazo y el parmetro corrector es la presin hidrulica del brazo. Para la etapa (2) los datos son suministrados por el sensor de presin del brazo y el parmetro corrector es el mismo.Figura 22. Presin que acta sobre el brazo en funcin del tiempo durante el llenado del molde y la compactacin: secuencia de control (1) y (2.a)La presin de compactacin constante (figura 22) se aplica durante un determinado tiempo y luego su valor se disminuye hasta el valor de la presin de mantenimiento hasta que la compuerta solidifica.Despus del tiempo de permanencia a la presin de mantenimiento, el tornillo gira en sentido contrario.Durante esta fase, y con el fin de lograr una viscosidad consistente del fundido, la presin de retroceso se mantiene en un valor bajo y constante. Cuando el tornillo gira a una velocidad fija, la presin de retroceso afecta al par torsor y, por tanto, al trabajo realizado y a la temperatura del fundido, que aumenta si lo hace la presin de retroceso. Alternativa (B): La presin sobre el brazo gobierna la presin en la cavidad, pero est claro que debido al estrechamiento del tornillo en la camisa, etc., la medida de la presin en la cavidad debera de ser un parmetro del control ms directo. Esto proporciona un modo alternativo a (2.a). El brazo se mueve hacia delante a una velocidad controlada (1) hasta que se completa el llenado del molde y entonces para la compactacin: Moviendo el brazo hacia delante a una secuencia de velocidades, altas al principio y bajas al final cuando la etapa de llenado del molde est prxima al final (1) (figura 22). El microprocesador cambia al sensor de la presin en la cavidad (2.b) (figura 23).El control se logra comparando la presin en la cavidad con la del punto de consigna. Si existe diferencia el controlador aumentar o disminuir la presin (ver figura 23) en el ciclo siguiente. El parmetro corrector es la presin hidrulica en el brazo.

Figura 23. Posicin del brazo y presin en el molde en funcin del tiempo durante el llenado del molde y la compactacin: secuencia de control (1) y (2.b)Un control aparte se ejerce sobre el volumen de fundido que permanece en el frente del tornillo despus de la inyeccin (ver figura 21), el cual afecta a la presin transmitida desde el sistema (brazo hidrulico y brazo) a la cavidad durante la compactacin. Dicho volumen lo mide el sensor de posicin del brazo y si, por ejemplo, es bajo el tornillo, se retira ms adelantado durante la fase de rotacin del ciclo siguiente.La temperatura del molde controla el grado de tensiones residuales en la pieza y en los polmeros cristalinos el grado de cristalinidad. Ambos parmetros afectan a las propiedades mecnicas y, en particular, a la resistencia. Temperaturas tpicas en el molde se dan en la tabla 3. La temperatura ptima en el molde es un compromiso entre la exigencia de bajar el tiempo total del ciclo, que implica bajar la temperatura del molde y la exigencia de mejorar las propiedades mecnicas, que implica aumentar la temperatura del molde.Tabla 3. El lquido en la camisa es empujado a travs de la boquilla (TB es la temperatura de la camisa) hacia el molde, que se mantiene a la temperatura TmoldeSegn se desprende de la tabla 3, la temperatura en el molde para el nylon 6.6 est entre 60 y 90 C, que se sitan en la regin y por encima de la temperatura de transicin vtrea (50C). La relajacin de tensiones a dichas temperaturas (entre 60 y 90 C) progresa ms rpidamente que a temperaturas ms bajas, por ejemplo, de 20 a 30 C.Las macromolculas durante su paso en estado fundido por el tornillo y la boquilla se encuentran sometidas a importantes tensiones de corte y elongacionales, por lo que debe permitirse la relajacin de tensiones a un nivel aceptable en el interior del molde.La temperatura del molde se controla pasando fluidos de temperatura controlada a travs de agujeros interconectados existentes en el molde. Es funcin del fluido termosttico eliminar calor tan rpido como sea posible del molde y transferirlo al sistema de enfriamiento. Los requerimientos son: Lograr una distribucin de la temperatura lo ms uniforme que sea posible para llegar a la uniformidad en el producto moldeado. Eliminar el calor de la cavidad del molde de modo uniforme, con el fin de evitar alabeos. Eliminar el calor rpidamente de modo que se puedan conseguir ciclos de menor duracin.6. Variantes del proceso de moldeo por inyeccin6.1. Moldeo tipo sandwichUno de los mtodos para mejorar la rigidez estructural de los componentes plsticos es producir, paneles tipo sandwich. Existen dos posibilidades, bien utilizando un sistema con un solo polmero para producir una espuma estructural, o bien combinando dos sistemas de polmeros para formar una capa superficial y un ncleo (sandwich).Las espumas estructurales se producen mediante dispersin de un gas inerte directamente a travs del polmero fundido antes de pasarlo al molde. Esto se consigue aadiendo un agente qumico espumante que libere el gas cuando ste se caliente, o inyectndole gas directamente (usualmente nitrgeno). Cuando la mezcla comprimida de gas-polmero se inyecta rpidamente en el molde, el gas se expande y fuerza al material a ir hacia todas las partes de molde.En ambos casos el polmero fundido va a enfriar contra las paredes del molde antes de que el gas se disperse totalmente con lo que el producto resultante del moldeo va a tener una capa superficial densa y un corazn poroso. Las ventajas de este mtodo son:1) Para un determinado peso los paneles sndwich son ms rgidos que los slidos.2) Casi estn completamente libres de efectos de orientacin y la contraccin es uniforme.3) Se pueden realizar secciones de espesor elevado sin que aparezcan depresiones superficiales.Las espumas estructurales pueden fabricarse, con buenos resultados, usando las mquinas de inyeccin normales (figura 24.a). Sin embargo, las limitaciones de la cantidad de alimentacin en cada ciclo, la velocidad de inyeccin y el rea de las placas impuestas por las mquinas convencionales impiden realizar la posibilidad que tienen las espumas estructurales de producir piezas de gran tamao. Por ello, se han desarrollado mquinas especiales para la fabricacin de piezas de mas de 50 Kg (figura 25.b).

Figura 24. Mquinas de inyeccin para la fabricacin de espumas estructuralesLas secciones de las paredes en el moldeo de espumas estructurales tienen mayor espesor que el caso normal. Esto, unido a que la conductividad trmica de la espuma es ms baja, hace que el tiempo del ciclo de moldeo sea mayor. En contraste, las presiones de inyeccin son menores. Esto significa que las fuerzas de apriete son ms pequeas y los moldes sern ms baratos debido a que para su fabricacin se pueden usar materiales de menor resistencia.Los paneles tipo sandwich formados por dos sistemas de polmeros distintos (o dos formas distintas del mismo polmero) slo pueden ser producidos usando maquinaria muy especializada (figura 25).Como la parte importante del sandwich es la piel exterior, para sta se usa un material de altas caractersticas (caro) y para el ncleo central uno de bajo coste o reciclado.En primer lugar, se inyecta el volumen de polmero que se necesita para formar las capas superficiales (piel), quedando parcialmente lleno el molde. El polmero que constituye el ncleo es inyectado a continuacin y fluye en rgimen laminar por el interior del molde, hasta que se llena la cavidad como muestra la figura 25.c.Finalmente, la vlvula de la boquilla gira de tal modo que se inyecta de nuevo el material que constituye la capa superficial, para limpiar la cavidad de entrada al molde de material del ncleo y quedar as el molde preparado para la siguiente pieza.

Figura 25. Etapas de proceso de moldeo por inyeccin de una estructura tipo sandwichPara conseguir un ptimo rendimiento con un coste relativamente pequeo, el material que constituye la capa superficial es normalmente un polmero de alta calidad, mientras que el polmero que constituye el ncleo es normalmente un plstico barato (que puede estar espumado o no). Sin embargo, para algunas aplicaciones, el material del ncleo resulta crtico. Esto se presenta en piezas para ordenadores, equipos electrnicos y algunas partes de los automviles. En estas aplicaciones hay una demanda creciente de tapas y cajas que contengan un relleno conductivo, que es caro, para satisfacer los requerimientos de proteccin de interferencia electromagnticas (EMI).6.2. Moldeado por inyeccin con gas (RIM)

Los materiales huecos pueden ofrecer ventajas similares a los de los paneles tipo sandwich en el sentido de que se mejora la rigidez estructural y se reduce peso. Sin embargo, hasta hace poco tiempo la produccin de materiales huecos slo era posible utilizando diseos muy complicados en los moldes y utilizando en el ncleo materiales fusibles o renovables. El moldeado por inyeccin con gas (figura 26) ofrece una alternativa.Moldear por inyeccin qumica y su modificacin que usa refuerzo (RRIM, Reinforced Reaction Injection Moulding), difieren del moldeo compacto por inyeccin comn en que se usan resinas lquidas reactivas en vez de un polmero fundido. No hay extrusor, sino un sistema de almacenamiento y suministro de las resinas reactivas. Por lo comn, hay dos componentes que reaccionan qumicamente en forma espontnea cuando se mezclan. stos se dosifican y se mezclan justo antes de inyectarlos en el molde (figura 26).Por lo comn, el sistema qumico es de poliuretano, aunque actualmente se investigan algunos otros. Los poliuretanos y sistemas relacionados, como las poliureas, dan buenos resultados cuando se usan en el proceso y se adaptan muy bien entre ellos, por lo que se pueden hacer variaciones para lograr objetivos diferentes.El procedimiento del moldeo por inyeccin con reaccin se efecta a temperaturas bajas y las presiones de inyeccin son bajas debido a que los reactantes tienen una viscosidad baja. Nominalmente se requiere mantener calientes, a 60 900 C, los sistemas de almacenamiento y circulacin. La circulacin es continua y con ello se mantienen homogneos los componentes. Cuando se requiere una carga, se abre una vlvula de pistn que admite cantidades precisas de los dos componentes.

Figura 26. Moldeo por inyeccin con reaccin qumicaHay dos posibilidades para mezclar; en los sistemas de baja presin (se usan, por ejemplo, para elaborar suelas de zapato) un tornillo de alta velocidad (15.000 rpm) mezcla las corrientes antes de la inyeccin. En los sistemas de alta presin todo el sistema de circulacin est a alta presin y la mezcla se produce debido al choque de las dos corrientes.En los dos sistemas se usa un poco de espuma de expansin. Algunos productos son espumas flexibles, pero otros se expanden muy poco, un 110%, lo cual permite que la expansin llene el molde. Se trabaja con poca fuerza de apriete del molde y se puede hacer moldes baratos, con materiales diferentes del acero. As, en la obtencin de partes para carrocera de automvil en moldeo reforzado por inyeccin con reaccin se produjeron partes planas de gran tamao que pesaban 5 Kg y se necesitaba una fuerza de apriete de 50 toneladas. En la tabla 4 hay una comparacin de esta fuerza con otras que se requieren en otros procesos.

Tabla 4. Comparacin entre las fuerzas de apriete de diferentes procesosEn general, la baja temperatura de trabajo y la ausencia del costoso extrusor, que se acopla con la prensa de bajo peso que se requiere, significa que la planta de moldeo por inyeccin con reaccin cuesta menos que las plantas de moldeo compacto por inyeccin, el moldeo por espuma estructural y el moldeo por emparedado (sandwich).Con los sistemas de alta presin, que se crearon en aos recientes para producir partes de automvil, el inters inicial se hallaba en las partes que absorben los choques en las defensas, pero recientemente se volvieron importantes los paneles de la carrocera y las molduras de cartulas de instrumentos internos. Al principio hubo dos desventajas: las molduras eran muy diferentes en su expansin trmica de las partes de acero a las cuales se adheran y no podan tolerar, sin colgarse, las temperaturas a las que se horneaba la pintura. El refuerzo con fibras de vidrio cortas (2 mm) proporcion una mejora til en ambas propiedades y el proceso de moldeo por inyeccin con reaccin y refuerzo gan importancia en el campo de los paneles de carrocera.En la figura 27 puede verse la fabricacin por moldeo con inyeccin de gas de una manilla de un automvil.Figura 27. Moldeo con inyeccin de gas de una manilla de automvilEl proceso comienza con la inyeccin del volumen deseado de polmero en el interior del molde. A continuacin, una cantidad predeterminada de gas se inyecta y a medida que la parte exterior del producto se enfra por contacto con las paredes del molde, el gas fluye a travs de la regin central (menos viscosa). Cuando el producto ha enfriado totalmente en el molde, se abre est y el gas que ha quedado retenido en el ncleo de la pieza se abre camino quedando hecho un producto hueco.6.3. SCORIM: Shear Controlled Orientation in Injection Moulding

El proceso de moldeo por inyeccin convencional puede dar lugar a la formacin de lneas de soldadura donde convergen los dos frentes de avance del polmero fundido. Estas reas son especialmente frgiles y han de evitarse en la medida de lo posible.Una solucin que ha sido desarrollada en los ltimos aos es el proceso SCORIM (figura28). Este proceso lleva consigo el uso de pulsos de presin a travs de numerosas cavidades de entrada que hacen que se mantenga en circulacin el polmero fundido una vez que el molde est lleno. Esto se consigue con el uso de pistones hidrulicos al comienzo de cada canal de salida de la mquina, los cuales son accionados alternativamente para conseguir mover el polmero fundido dentro del molde. Despus de transcurrido un tiempo predeterminado, los dos pistones se usan para proporcionar presin adicional de empuje.Este proceso proporciona las siguientes ventajas:1) Se eliminan las lneas de soldadura y, por tanto, las discontinuidades mecnicas.2) Reduce la posibilidad de la presencia de depresiones superficiales debidas a un enfriamiento diferencial.3) Se produce una orientacin de la estructura molecular o para productos reforzados con fibras un alineamiento de las fibras, con lo que se mejoran las propiedades mecnicas.El principal inconveniente de esta tcnica es el incremento de coste de la mquina de inyeccin y el aumento de la complejidad del sistema de control del proceso. Sin embargo, lo anterior puede ser compensado por una mayor calidad de los productos obtenidos, en particular para los de gran volumen y/o de alta calidad (altas prestaciones). Esta tecnologa est disponible bajo licencia de la empresa Cinpres Ltd.

Figura 28. Representacin esquemtica del proceso SCORIM

7. Clculos de llenado en el moldeo por inyeccin7.1. Presiones de llenado

Se trata de calcular la mnima presin a la entrada (gate) para llenar una determinada cavidad, lo que es equivalente a la cada de presin desde la entrada hasta el punto ms alejado del molde. En el siguiente anlisis se considera que el material no se enfra durante el llenado y que es un fluido newtoniano (aunque tambin pueden desarrollarse expresiones para fluidos no newtonianos). En el caso de cavidad rectangular de profundidad h:

Figura 29. Clculo de la presin de llenado para cavidad rectangular Para cavidad circular:sta es una situacin de flujo desde el centro de radio nominal R1 hasta la pared exterior de radio R2. Para un elemento situado en el radio r, como se muestra en la figura 30, el flujo puede considerarse como el correspondiente al paso a travs de un canal rectangular con las siguientes dimensiones:Anchura T = 2r Altura h Longitud L = drFigura 30. Clculo de la presin de llenado para cavidad circularLa cada de presin a travs del elemento anterior viene dada por:12 QdrdP = a2rh 3Y la cada total desde R1 hasta R2:R 2P = 1

12 a Qdr2rh 3

= 12 a Q R 2 dr2h 3 1 rE integrando:Pmin

= P =

6Qh 3

R Ln R 1 Aunque, en general, la presin mnima requerida para llenar el molde puede calcularse, tal presin nunca es suficiente para producir piezas de buena calidad. Por tanto, se requiere una presin adicional para la compactacin del material en el molde y para compensar la contraccin que ocurre durante el enfriamiento. As, cuando el polmero se contrae, la denominada presin de sostenimiento hold-on fuerza la entrada de ms material en el molde. Son tpicas presiones de hasta el doble de la mnima calculada.7.2. Fuerzas de aprietePara prevenir la abertura del molde durante la inyeccin y mantenerlo cerrado debe aplicarse la suficiente fuerza de apriete, la cual puede calcularse si se conoce la distribucin de presin dentro de la cavidad. As, se previene el escape del molde de una pelcula de plstico a travs de la superficie de unin de las placas del molde.La experiencia prctica sugiere que la presin de apriete sobre el rea proyectada del molde debe estar comprendida entre 10 y 50 MN/m2, dependiendo de factores tales como forma, espesor y tipo de material. La fuerza de apriete puede estimarse como sigue: Para cavidad rectangular:La fuerza requerida para apretar el elemento del molde de longitud dx es el producto de la presin por el rea del elemento:F = P A = P TdxY la fuerza total:LF = 0 Px TdxPara una presin a la entrada PG y asumiendo una distribucin de presin lineal:P = P

x P Por tanto,L x

L P

P F = T0 Px L P dx = T PGL

= TLPG 2 2 En otras palabras: Fuerza de apriete = Presin media rea proyectadaPara la mnima presin en el orificio de inyeccin del material (gate): PG = Pmin y, por tanto, P = Pmin, y la fuerza de apriete es: Para cavidad circular:

F = TL

Pmin2La fuerza en la corona circular sombreada viene dada por: dF = Pr2rdr, e integrando a todo el disco:RF = 20

Pr rdrPara poder realizar la integral es necesario conocer Pr en funcin de r. Estudios experimentales han sugerido una relacin emprica de la forma:=

r P r P 0 1

R Donde:P0 Presin en el orificio de inyeccin del material en el molde.m Constante cuyo valor, usualmente, est comprendido entre 0,3 y 0,75.Se puede mostrar que m = 1 n donde n es el ndice de la ley potencial. Sustituyendo se obtiene:RF = 2

P0 1

r R

rdr0 E integrando:

F = R 2 P m0 m + 2Esta simple expresin puede usarse para formas ms complejas pero cuya rea proyectada puede ser aproximada por un crculo.Para un determinado material la relacin

mm + 2

puede estimarse a partir de lascurvas de flujo del material, siendo dependiente de la temperatura y, en menormedida, de la presin.7.3. Tiempos de llenado del moldeEl tiempo de llenado del molde puede calcularse mediante:t f =

Volumen totalCaudal volumtrico Para un molde con cavidad rectangular:t f Para un molde con cavidad circular:

= TLhQh(R 2 R 2 )t f =Q7.4. Tiempo de enfriamiento

En la figura 31 puede verse la variacin de presin y temperatura durante un ciclo del proceso de moldeo por inyeccin. El tiempo de duracin de un ciclo, que suele estar comprendido entre 10 y 30 segundos, es igual a:tciclo = tcierre-llenado + tenfriamiento + teyeccinComo de desprende de la figura 31, el tiempo de enfriamiento es el que domina el tiempo del ciclo, en general ms de los 2/3.El tiempo de cierrellenado (inyeccin) se determina mediante la expresin:t inyeccin =

2Vs PjpDonde:

jPj Presin recomendada de inyeccin (N/m2)pj Potencia de inyeccin (W) Vs Volumen requerido (m3)Figura 31. Variacin de presin y temperatura durante un ciclo del proceso de moldeo por inyeccinEl tiempo de enfriamiento mnimo viene dado por la expresin:h 2 4 T

T t enfriamiento mnimo

= 2

Ln

MTE

W TW

Donde:h La mitad mxima del espesor (m) Difusividad trmica (m/s)TW Temperatura de la pared del molde TM Temperatura del plstico fundido TE Temperatura de deyeccinEn la tabla 5 se dan datos para el proceso de moldeo por inyeccin de diversos polmeros.

Tabla 5. Datos para el proceso de moldeo por inyeccin de diversos polmeros8. Algunos aspectos de la calidad del producto

8.1. Fundamentos de la respuesta del materialPuede considerarse al procedimiento de moldeo por inyeccin como una triloga cuyos componentes son:1) La unidad de inyeccin2) El molde3) El polmeroSe trata de estudiar el comportamiento del material durante su tratamiento y sus efectos sobre la calidad del producto. Los principales parmetros de control del proceso son: La temperatura del material fundido La temperatura del molde La presin de inyeccin y la presin de retencin La velocidad de inyeccin La distribucin del tiempo para las diversas partes del ciclo del procesoSe evitan algunas dificultades mediante un buen diseo del producto y del molde en primer lugar, y conviene entonces considerar algunos de estos aspectos antes de pasar a estudiar los efectos de los factores de control del proceso.8.2. Aspectos de diseo

Entre los problemas de calidad que pueden reducirse con frecuencia por medio del diseo se pueden enumerar los siguientes:1) Lneas de soldadura: stas se forman donde se encuentran los flujos de polmeros y algunas veces pueden evitarse; por ejemplo, la pieza moldeada con forma de tina de bao de la figura 12 tiene lneas de soldadura, mientras que la del molde de tres placas de la figura 18 no las presenta. Si son inevitables las soldaduras, por lo comn se pueden mover a una posicin en donde sean poco importantes gracias al control de la posicin de la compuerta.Una vez que el diseo reduce el problema, puede aplicarse el control del proceso para disminuir el efecto. Esto significa asegurar temperaturas y presin adecuadas para una buena soldadura. Una soldadura es siempre una trampa potencial de aire, debido a la convergencia de los frentes de fusin, de modo que en este punto puede requerirse sacar el aire.2) Marcas de hundimientos y huecos: Estos defectos de moldeo se producen cuando la seccin del producto es demasiado gruesa. La parte gruesa retiene calor y se hunde por las fuerzas de contraccin, especialmente durante la cristalizacin en la

que hay un gran cambio de densidad. Si se endurece la capa exterior y, entonces, resiste un posterior hundimiento, se forman huecos internos cuando se excede la resistencia a la traccin del material fundido en proceso de solidificacin. Este es principalmente un problema de diseo, por lo que se evitan tanto como sea posible las secciones gruesas, pero puede ayudar un control cuidadoso de la presin de retencin.Cuando se requieren secciones gruesas en una pieza moldeada, por ejemplo, para darle rigidez, es mejor usar un procedimiento modificado como el del moldeo en ncleo de espuma, que evita el problema de hundimiento y de formacin de huecos a la vez. Como una opcin, se puede usar un patrn de costillas de seccin delgada (figura 32).Figura 32. El uso de costillas en vez de una seccin slida3) Concentraciones de esfuerzos en esquinas que conducen a la falla del producto en servicio: La consecuencia de las concentraciones de esfuerzos en piezas moldeadas con esquinas agudas puede ser por lo comn, la fractura, especialmente si el producto soporta carga. Algunas veces es la distorsin presente cuando se usan polmeros reforzados con fibra. En la figura 33 se ilustra lo anterior y se muestran algunas caractersticas de diseo que pueden ayudar.

Figura 33. Caractersticas de diseo para evitar los efectos de las esquinas agudas4) Diseo del molde por computadora: Un avance importante de los ltimos aos es el uso de los mtodos de diseo por computadora, iniciado por la compaa Moldflow. El banco de datos del sistema contiene datos reolgicos, de temperatura y de presin de varios polmeros. Con la computadora se puede simular un diseo del molde que se proponga y analizar el flujo de material fundido en l. Pueden probarse diversos tamaos y posiciones de bebederos y compuertas hasta encontrar los ptimos. La tcnica es muy valiosa para los complejos moldes de cavidades mltiples, donde el patrn de flujo puede ser difcil si no imposible de predecir. Tradicionalmente, se elaboraban esas herramientas con canales subdimensionados que luego se ajustaban en la planta mediante mtodos de prueba y error, lo cual es un procedimiento laborioso y caro. El programa de Moldflow permite la simulacin de pruebas y la fabricacin directa de un molde perfecto.5) Seleccin del polmero: El tema de la seleccin del polmero correcto para un uso determinado es complejo. Realmente no es posible obtener una gua completa y en gran parte depende de la experiencia individual y, por lo comn, se encuentra que varios polmeros trabajan igualmente bien. En esos casos, la decisin final depende del costo y de las preferencias del productor. Sin embargo, una vez ms, el surgimiento de los ordenadores hizo posible un diseo por computadora para este problema. Se usan bancos de datos que contienen las propiedades generales, mecnicas, elctricas, etc. de muchos polmeros. De stas se escogen las que igualen los requerimientos de diseo del producto, y se seleccionan los materiales adecuados mediante el ordenador. Un ejemplo es el sistema EPOS, producido conjuntamente por ICIplc y LNP Plastics Ltd.8.3. Efectos de la presin y del calor debido a esfuerzos de corteEn los bebederos estrechos de un molde de inyeccin, la velocidad de corte es de unos 103 s-1 y en el estrechamiento de la compuerta es del orden de 105 s-1. El sistema total, desde luego, funciona slo debido a que el polmero se comporta pseudoplsticamente.Otro efecto de los esfuerzos de corte es la generacin de calor, que es un aspecto importante del calentamiento del polmero conforme avanza en el barril o camisa. As, durante la inyeccin, la temperatura se eleva en proporcin a la cada de presin que hay conforme el material fundido se mueve a travs de los canales: la temperatura aumenta aproximadamente 1 C por 1 MPa de cada de presin. Adems, conforme se presuriza el material fundido, se produce un efecto de la presin sobre la viscosidad. El efecto consiste en incrementar la viscosidad, y este efecto se considera equivalente al incremento en la viscosidad que se observa al enfriarse, o sea, puede considerarse a la presin como una temperatura negativa equivalente. La magnitud es de nuevo del orden de -1 C por MPa de incremento de presin.As, para modificaciones en las condiciones del flujo de corte, los efectos del calentamiento debido al esfuerzo cortante y de la presin son opuestos y se cancelan aproximadamente uno a otro. Como regla, puede decirse que se obtiene un mayor error si se toma en cuenta slo uno u otro que si se ignoran ambos.8.4. OrientacinUno de los aspectos ms importantes en el moldeo por inyeccin es la orientacin del polmero al entrar en la cavidad del molde y despus, cuando solidifica. En los productos obtenidos por extrusin, por lo comn se desea esta orientacin que intensifica las propiedades, pero en el moldeo por inyeccin es un problema. Entonces, lo normal es minimizar la orientacin, pero esto tiene que balancearse contra el factor econmico de utilizar ciclos rpidos de moldeo, lo cual a su vez representa un enfriamiento rpido de las piezas moldeadas y la consiguiente congelacin de las distribuciones orientadas.Las molculas de polmeros en su forma normal, en estado relajado, existen como cadenas enmaraadas; cuando se aplica presin al polmero fundido las cadenas tienden a desenredarse y a orientarse paralelamente a la direccin de flujo, lo cual permite a las molculas deslizarse ms fcilmente unas sobre otras. Esta accin de corte de una capa de polmero fundido sobre otra capa es lo que causa la orientacin (figura 34).

Figura 34. Orientacin de cadenas durante el flujo de polmerosAl cesar el esfuerzo y si se mantiene el polmero fundido por un tiempo suficientemente largo, las molculas tienden a recobrar su forma original enrollada, debido a movimientos trmicos (movimiento browniano). A este proceso se le llama relajacin. Sin embargo, en procesos tales como el moldeo por inyeccin, las molculas no tienen el tiempo suficiente para regresar completamente a su forma original, es decir, no tienen oportunidad de relajarse de forma total. A la orientacin residual que permanece en la pieza se le conoce como tensiones o deformaciones congeladas.Si la orientacin es marcada, en especial con polmeros cristalinos, estas tensiones podran provocar la distorsin de las piezas moldeadas, ya sea con lentitud si los esfuerzos se alivian espontneamente, o con rapidez si el material se somete a temperaturas de servicio elevadas.Al encontrarse las molculas del polmero ms alineadas en una direccin que en la otra, las propiedades en la pieza son diferentes en las dos direcciones (figura 35), es decir, el producto presentar propiedades anisotrpicas. El material ser ms fuerte (presentar mayor resistencia) en la direccin de flujo, debido a que las fuerzas de enlace carbono- carbono son mucho ms fuertes que las fuerzas de atraccin entre cadenas vecinas.

Figura 35. Anisotropa provocada por la orientacin de cadenas durante el flujo de polmerosEl molde produce un gran efecto en la orientacin. Cuando el polmero fundido es forzado a entrar en l y hace contacto con las paredes, se solidifica. A pesar de la orientacin causada por el flujo a travs de la entrada, la turbulencia es suficiente para que la primera capa de polmero solidifique sin orientar. Por lo tanto, la superficie del polmero inmediatamente adyacente a la superficie del molde tendr un bajo grado de orientacin, pero aquellas capas cercanas a la superficie estarn bastante orientadas, debido al rpido enfriamiento que sufren. Por otro lado, las regiones del centro que tendrn ms tiempo para que ocurra la relajacin (permanecen ms tiempo calientes) se encontrarn menos orientadas. Esto conducir a que se forme un gradiente de orientacin a travs del espesor del artculo moldeado, con bajos niveles de orientacin en el centro y niveles mayores a ambos lados del centro (figura 36). Este gradiente de orientacin variar con las condiciones de procesado y el tipo de material.

Figura 36. Gradiente de orientacin en una pieza moldeadaCules son los patrones de orientacin que se encuentran normalmente? Un ejemplo simple sera una pieza moldeada rectangular con compuerta terminal. En la figura 37 se muestra el patrn de orientacin.1) Cuando el material fundido entra al molde hay poca orientacin. Conforme el material se pone en contacto con la pared del molde, se genera una capa de baja orientacin.2) La mayor parte del flujo es laminar y altamente orientado. As, dentro de la capa delgada, aparece una capa de alta orientacin.3) El centro puede estar menos orientado debido a que permanece caliente, aislado por las capas externas que son muy grandes para reconocerse.Figura 37. Patrn de orientacin de una pieza moldeadaEn la figura 38 se puede ver otro patrn de orientacin, quiz en una pieza moldeada de gran tamao. En la compuerta estrecha puede producirse patrones de alta orientacin bajo condiciones de alto esfuerzo, y puede iniciarse la cristalizacin gracias al esfuerzo; sta puede dar lugar a ncleos que controlarn el patrn de cristalizacin en la pieza moldeada conforme se enfra. Adems, el flujo divergente puede generar esfuerzos tangenciales de traccin que deforman o agrietan la pieza moldeada.

Figura 38. Efectos de la orientacin en el frente de fusinEn cuanto a la medida de la orientacin, el estudio de la misma se hace mediante birrefringencia, en piezas moldeadas de plstico transparente, y consiste en colocar piezas entre dos filtros polarizados en medio de una fuente de luz blanca; cuando uno de los filtros se rota, aparece una serie de franjas o bandas de colores. Al examinar el artculo moldeado con luz polarizada, se encuentra que la orilla se ve negra, indicando que no existe orientacin en esa posicin, y movindose a lo largo de una lnea, hacia la entrada, se ve una franja amarilla, a continuacin una roja y despus una verde. Este grupo de tres franjas se conoce como Primer orden, el grupo siguiente como Segundo orden y as de modo sucesivo. Usualmente se cuenta el nmero total de rdenes y ste se utiliza para indicar el grado de orientacin total. La posicin de mxima orientacin se muestra en general como una franja casi circular, la cual normalmente est localizada entre el centro del artculo moldeado y la entrada. Despus de alcanzar la posicin de mxima orientacin, la secuencia de colores aparece en sentido inverso a medida que disminuye la orientacin.De acuerdo con lo expuesto hasta ahora, la orientacin es el resultado neto del alineamiento de las molculas en una direccin (por efecto de los esfuerzos de corte) y la relajacin de ese alineamiento. Por lo tanto, cualquier cosa que se haga para propiciar una mayor relajacin dar como resultado una reduccin en la orientacin. Es importante considerar las siguientes condiciones de operacin como factores que influyen en la orientacin: Altas temperaturas del molde y del material disminuyen la orientacin, pues a mayores temperaturas mayor es la oportunidad para que ocurra la relajacin de las cadenas orientadas. Adems, despus de sacar la pieza del molde puede ocurrir una cantidad apreciable de relajacin. Por ejemplo, si se colocan piezas moldeadas de secciones gruesas en agua caliente, se permitir la relajacin y disminuir la orientacin. La presin aumenta la orientacin. Altas presiones dan lugar a altos esfuerzos y velocidades de corte, lo cual provoca una mayor orientacin. El tiempo de compactacin tiene un efecto importante en la orientacin, debido a que mientras la entrada no se cierre, la presin del pistn provoca que el flujo contine; es decir, se generan ms esfuerzos de corte y mayor orientacin, principalmente en el rea de entrada. De manera usual, sta es el rea ms orientada de la pieza, donde existe la mayor cantidad de orientacin residual (esfuerzos congelados). El espesor de la pieza tambin influye en la orientacin. Debido a la baja conductividad trmica de los plsticos, las paredes gruesas actuarn como aislantes de la zona central, la cual se mantendr ms tiempo caliente. Esto promover la relajacin en esta zona, disminuyendo la orientacin. Las velocidades de flujo (velocidad de inyeccin) son crticas. A mayor velocidad, ms rpido se llenar la cavidad y cerrar la entrada. Una vez que el flujo se detiene, empieza la relajacin, es decir, disminuye la orientacin.La tabla 6 y la figura 39 resumen grficamente la influencia de las variables del molde y del proceso de inyeccin sobre la orientacin.

Tabla 6. Efecto del molde y de las variables de procesado sobre la orientacin y la anisotropa

Figura 39. Efecto de las variables de inyeccin sobre la orientacinGeneralmente, la orientacin puede mejorar algunas propiedades en la direccin de flujo, pero a costa de reducir esta misma propiedad en direccin transversal, lo cual no es lo ms conveniente. Lo que se requiere es una pieza que tenga buenas propiedades en todas direcciones.En general, puede observarse que al aumentar la orientacin, aumenta la resistencia de tensin, la elongacin y la resistencia al impacto en la direccin de flujo. En la tabla 7 se puede observar el efecto que tiene la orientacin sobre algunas propiedades.

Tabla 7. Efecto de la orientacin sobre algunas propiedades8.5. ContraccinOtro aspecto de gran inters para el fabricante de moldes es el de la contraccin. Esta es la diferencia de tamao entre el molde y la pieza moldeada fra. La causa principal es el cambio en densidad que se produce cuando solidifica el polmero (contraccin trmica). Los polmeros cristalinos, por ejemplo, el acetal, el nylon, el polietileno de alta densidad, el polietilentereftalato y el polipropileno causan los problemas ms serios con contracciones desde el 1 hasta el 4%. Los polmeros amorfos, por ejemplo, el poliestireno, el acrlico y el policarbonato son ms tratables, con contracciones de slo 0,3 al 0,7% (tabla 8).

Tabla 8. Algunos valores aproximados de la contraccinUno de los efectos inmediatos de la orientacin es que tambin contribuye, de manera importante, a la contraccin tanto en materiales amorfos como cristalinos. Normalmente, durante la inyeccin de una pieza, ocurre orientacin como ya se ha expuesto anteriormente, alinendose las cadenas del polmero en la direccin del flujo; cuando el flujo cesa, estas cadenas tendern a regresar a su forma ovillada normal. Al hacerlo, la pieza moldeada se reducir en longitud en esa misma direccin, mientras que la contraccin en direccin perpendicular a la lnea de flujo ser mucho menor. Esta contraccin diferencial es una de las caudas del alabeamiento o distorsin (figura 40). El moldeador debe tener presente que una cierta contraccin en la pieza es inevitable, pero puede prevenir, al menos en parte, la contraccin excesiva, controlando las condiciones de operacin. Si las condiciones de procesado permiten grandes tiempo de relajacin, esto dar lugar a mayor contraccin principalmente en la direccin de flujo.

Figura 40. Contraccin diferencial como causa de alabamiento de una pieza moldeada circularEn cuanto a la contraccin trmica, en general, al aumentar la temperatura, se incrementa la movilidad de las cadenas y el volumen libre que existe entre ellas. Un polmero cristalino experimenta un aumento considerable en volumen especfico cuando funde su estructura cristalina, ya que los cristales ocupan menor volumen. Este cambio en volumen no es experimentado por los polmeros amorfos, por lo tanto, se contraen menos cuando pasan del estado fundido al slido. En este caso, cuanto ms alta es la temperatura del fundido y del molde, ms grande ser la contraccin trmica que sufrir el material al enfriarse, ya que el enfriamiento es ms lento y permite ms movimiento molecular y de los segmentos de las cadenas, lo cual aumenta la probabilidad de que las molculas se ordenen y solidifiquen en un estado cristalino, con lo que se tendr, un mayor grado de cristalinidad. Es decir, en materiales cristalinos la contraccin aumenta cuando se incrementa la cristalinidad, ya que la cristalizacin del fundido propicia una reduccin del volumen de la pieza debido a un incremento de la densidad.A continuacin se expone el efecto que tienen algunas de las variables de proceso sobre lacontraccin de piezas moldeadas por inyeccin:1) Efecto de la presin: Durante el moldeo por inyeccin, la presin que se transmite a la cavidad influye directamente en la contraccin que ocurre en la pieza moldeada. Cuando el molde se llena, la presin dentro del molde aumenta rpidamente, comprimiendo el material. Durante el enfriamiento de la pieza, su volumen disminuye y la presin de inyeccin empaqueta ms material, compensando la reduccin en volumen. Cuanto ms gruesa sea la capa de material solidificado, menor ser la contraccin. A mayor presin, menor contraccin. Se puede decir que la variable ms importante que afecta a las dimensiones de una pieza moldeada es la presin en el molde. Cuanto ms largo sea el tiempo en que acta la pospresin, mientras no se cierre la entrada, ms material puede ser empaquetado en la cavidad y, por lo tanto, la pieza se contraer menos.2) Efecto de la temperatura: A mayor temperatura del fundido, mayor ser la contraccin que ocurrir en la pieza moldeada al enfriarse. Sin embargo, tambin el aumento de la temperatura da lugar a una disminucin de la viscosidad, lo cual permite que la transmisin de presin a la cavidad sea mayor, permitiendo un mayor empaquetamiento de material; entonces, la presin ms alta sobrepasa el efecto del aumento de temperatura, disminuyendo la contraccin.3) Espesor de la pieza: Un mayor espesor de la pieza moldeada da lugar a que el material en el interior de sta se enfre ms lentamente y origina ms movimiento molecular y de los segmentos de las cadenas; aumenta la probabilidad de que las molculas se ordenen y solidifiquen en un estado cristalino; se tendr entonces un mayor grado de cristalinidad y, por lo tanto, mayor contraccin.4) Tamao de la entrada: Es necesario determinar cuidadosamente el tamao de la entrada para asegurarse de que sta no va a solidificar de manera prematura. Es decir, el material en la zona de entrada debe permanecer fluido el tiempo suficiente para que se transmita la presin de inyeccin adecuadamente, en caso contrario se dar lugar a altas contracciones. El efecto de algunas variables de inyeccin sobre la contraccin pueden apreciarse, de forma resumida, en la tabla 9 y en la figura 41.

Tabla 9. Condiciones que afectan a la contraccin

Figura 41. Efecto de las variables de inyeccin sobre la contraccinPor tanto, para obtener los mejores resultados se usa una combinacin de factores de diseo y de control del proceso. Entre los factores de diseo se incluyen la seleccin de un polmero de baja contraccin en caso de que sea importante la precisin dimensional. Son tiles los polmeros con relleno, especialmente los que contienen vidrio. Algunas veces estono es posible, por ejemplo, para engranajes, los cuales requieren la resistencia que tienen los polmeros cristalinos a la friccin y al desgaste. No obstante, se requieren dimensiones precisas y es necesario desviarse ligeramente de las dimensiones del molde. Para que esto sea efectivo, la contraccin debe ser completamente predecible, y esto requiere del diseo simtrico del producto y de un diseo de molde que asegure un flujo uniforme y simtrico. Por lo comn, esto significa maximizar el rea de la compuerta y colocar cuidadosamente las compuertas.Los factores de control del proceso incluyen la reduccin de la temperatura del molde y el uso de un programa ptimo de inyeccin, as como de velocidades y presiones adecuadas de retencin. Lo mejor es usar la presin mxima para obtener un llenado rpido y mantener alguna presin de retencin hasta que el material solidifique en la compuerta; esto tambin evita algunas otras fallas. En la figura 42 se resumen estos factores.

Figura 42. Efectos de las condiciones de tratamiento sobre la contraccin8.6. Alabeamiento

El alabeamiento o distorsin de una pieza ocurre sobre todo por una contraccin no uniforme. Esto altera no slo las dimensiones, sino tambin el contorno y ngulos de la pieza moldeada. Existen diversos factores que pueden ocasionar el alabeamiento: Contraccin diferencial: Como ya se ha mencionado, las diferencias en contraccin que ocurren, por efecto de la orientacin, en una pieza moldeada, pueden provocar el alabeamiento o distorsin de sta, sobre todo si la geometra de la pieza no provee suficiente rigidez. Al reducir la orientacin de la pieza se reducir la contraccin diferencial y por lo tanto el alabeamiento. Diseo de la pieza: En cuanto al diseo de la pieza, se puede sealar que, si se tienen espesores no uniformes, stos tendrn distinta rapidez de enfriamiento y, por lo tanto, diferentes densidades y orientacin. Por consiguiente, pueden crearsegrandes tensiones internas cuando la pieza se enfra, lo cual dar lugar al alabeamiento de la pieza. Diseo del molde: Por otra parte, uno de los mayores problemas en cuanto al diseo del molde es la localizacin adecuada de la entrada, ya que una entrada mal situada puede provocar una orientacin indeseable. Adems, el enfriamiento no uniforme da lugar a diferencias en la orientacin y en la densidad de la pieza, lo cual tambin es causa de alabeamiento en la pieza. En el ejemplo esquematizado en la figura 40 se observa que una sola entrada (O) provoca una contraccin diferencial (ya que la pieza se contrae ms en la direccin de flujo, OA-OB, que en la direccin perpendicular a sta, PC-PD), causando el alabeamiento. Por lo tanto, la solucin a este caso es colocar otras entradas (P, Q, R), permitiendo tener una contraccin ms uniforme en la pieza y evitar as el alabeamiento. La mejor manera de evitar el alabeamiento o distorsin por problemas de diseo del molde o de la pieza es redisear stos. Condiciones de moldeo: En general, cualquier condicin que tienda a reducir la orientacin har que disminuya el alabeamiento. Por ejemplo, un tiempo ms largo de enfriamiento disminuir el alabeamiento, ya que cuanto ms rgida est la pieza cuando se extrae del molde, menor posibilidad tendr de que los esfuerzos se traduzcan en deformaciones. Mientras, temperaturas no uniformes en el molde darn lugar a diferencias en densidad en las distintas partes de la pieza, lo cual provocar una contraccin no homognea y, por lo tanto, suscitar el alabeamiento de la pieza moldeada. Materiales: Los materiales cristalinos presentan mayor contraccin que los materiales amorfos. Sin embargo, una mayor cristalinidad da lugar a piezas con una mayor rigidez, lo cual permite menor alabeamiento. Por otra parte, una distribucin estrecha de pesos moleculares producir un menor alabeamiento.Aunque no existe una solucin nica al problema del alabeamiento, se sabe que cualquier condicin que tienda a reducir la orientacin permitir reducir tambin este problema. La tabla 10 muestra algunos factores que influyen en el alabeamiento:

Tabla 10. Factores que influyen en el alabeamiento8.7. Perfil de inyeccinPara todas las operaciones de moldeo, la optimizacin del ciclo de inyeccin compensa el esfuerzo que se hace para mejorar. Como mnimo, la optimizacin asegura el uso eficaz del material y genera pocos desperdicios; por lo comn, sta es la diferencia entre una pieza bien hecha y una defectuosa.A continuacin, el procedimiento de inyeccin se divide en dos secciones, a saber, llenar y empacar o retener. Llenar depende de la velocidad. Idealmente, llenar debera ser rpido, para permitir que la vlvula de no retroceso funcione rpida y positivamente. Una mquina moderna que se puede programar permite variar la velocidad, por ejemplo:1) Llenar rpido el sistema del canal de alimentacin y bebedero2) Retardar para evitar que haya chorros a travs de la compuerta3) Una vez que se empieza a llenar la cavidad principal, incrementar de nuevo la velocidad hasta que est llena4) Disponer de posteriores variaciones de la velocidad para equilibrar los ncleos u otros estrechamientos en el molde.Esta parte del programa relaciona velocidad con distancia. En este punto, se empieza a empacar. El programa cambia a presin contra tiempo. Se usa la presin correcta para llenar uniformemente el molde, pero evitar empacar de ms, que generara piezas moldeadas con esfuerzos residuales y sobrepeso. La presin con que se empaca puede variar a travs del ciclo para evitar la fuga de material antes de que solidifique la superficie de la pieza moldeada, luego se incrementa para comprimir y eliminar los huecos y se bajapara evitar los esfuerzos hasta que el material solidifique en la compuerta.Para un nuevo producto, puede emplearse este programa recurriendo a la experiencia y a varias corridas de prueba. Para una moderna mquina que se controla con microprocesador, la informacin del programa puede entonces almacenarse en disco o cintas, y est disponible para usarse en corridas posteriores.9. Moldeo de termoestables por inyeccinLos polmeros termoestables o termofijos se transformaron tradicionalmente mediante moldeo de compresin, pero recientemente se ha desarrollado el moldeo por inyeccin para estos materiales. Entre ellos se incluyen las resinas fenol-formaldehdo y urea-formaldehdo y tambin los compuestos que se basan en polisteres insaturados, especialmente el compuesto para moldeo en pasta.Para las resinas termoestables, las condiciones de moldeo por inyeccin son ms o menos lo contrario de las correspondientes a los termoplsticos. El tornillo funciona a temperaturas mucho ms bajas para evitar el curado prematuro de la resma reactiva. El molde est muy caliente para curar rpidamente la resma termoestable. Las temperaturas normales del barril son de 75 a 80 C para los productos fenlicos y alrededor de 100 C para la melamina.La relacin de compresin del tornillo es baja, 1 1,1, para evitar el sobrecalentamiento local debido a las fuerzas de corte. El compuesto para moldeo en pasta puede trabajarse de forma adecuada con un tornillo que se enfre con agua y sin compresin. No es necesario enfriar el molde antes de expulsar la pieza moldeada. Un ejemplo es la pieza moldeada en compuesto para moldeo en pasta de los reflectores de faros delanteros de los vehculos.La demanda creciente exige dos condiciones principales en un reflector:1) Que soporte altas temperaturas sin sufrir distorsin (hasta 200 C en algunos casos)2) Que tenga capacidad para la produccin en masa de reflectores con curvas mltiples complejas en tres dimensiones.El segundo de estos requerimientos provoca que se tengan que seleccionar piezas moldeadas en lugar de las troqueladas de acero. La necesidad de soportar la temperatura conduce a un termoestable. Hay que sealar, sin embargo, el mtodo competitivo en el que se usan moldeo de emparedado y termoplsticos.El material seleccionado es el compuesto para moldeo en pasta el cual es una resina insaturada de polister, de consistencia, de jarabe mezclado con fibra de vidrio corta y rellena con dolomita. Como su nombre lo dice, es pastosa cuando se mezcla. Se carga a presin en una mquina de moldeo por inyeccin cuyo tornillo se enfra y se inyecta en un molde a 180 C.10. Problemas en el moldeo por inyeccinEn la tabla 11 se dan algunos de los problemas que pueden aparecer en el moldeo por inyeccin, mencionando las causas y las posibles soluciones.

Tabla 11. Problemas del moldeo por inyeccin11. Trminos usualmente empleados en moldeo por inyeccin Acumulador (Accumulator): Dispositivo para el almacenamiento de fluido hidrulico bajo presin. rea proyectada (Projected area): Superficie de la pieza proyectada sobre el plano perpendicular al eje de la unidad de cierre. Banda calefactora (Heater band): Resistencia elctrica que rodea el barril o la boquilla para su calentamiento. Barril o cilindro (Barrel or cylinder): Parte cilndrica de la unidad de inyeccin, dentro del cual se encuentra el tornillo. Bebedero (Sprue bush): Canal interior que conduce el material dentro del molde hacia la cavidad o el sistema de canales. Es la parte que conecta la boquilla con el molde. Boquilla (Nozzle): Constriccin en el frente del barril, la cual tiene el efecto de reducir el dimetro del barril al del bebedero, con lo que puede formarse un sello efectivo y permitir el paso del material hacia los canales del molde. Existen diferentes diseos tales como: boquilla extendida o de flujo libre, cnica, de conicidad invertida, de cierre con aguja, etc. Canal de alimentacin o de colada (Runner): Canal(es) en el molde que conecta(n) el bebedero a la entrada de la cavidad. Capacidad de inyeccin (Shot capacity): Cantidad de material que puede ser inyectada durante un ciclo de inyeccin. Capacidad de plastificacin (Plasticizing capacity): Cantidad de material que puede ser plastificada mediante calentamiento en el barril en un tiempo dado. Cavidad (Cavity): Espacio libre en el molde donde el plstico toma la forma final. Ciclo de inyeccin (Molding cycle): Secuencia completa de operaciones necesarias para producir una pieza o una serie de piezas. Columnas gua (Tie bars): Barras de acero en series de dos, tres o cuatro, que conectan la platina fija de la mquina al mecanismo de cierre y sobre la cual se desliza la platina mvil. Compuesto (Compound): Mezcla de polmero y aditivos, los cuales han sido fundidos y luego granulados o preparados para su alimentacin a la mquina inyectora. Concentrado (Masterbatch): Mezcla concentrada de pigmentos y/o rellenos y/u otros aditivos en un polmero base, el cual puede diluirse para dar la concentracin deseada del aditivo en el producto final. Contraccin o encogimiento (Shrinkage): Reduccin en dimensiones que experimenta una pieza despus del moldeo. Se expresa como un porcentaje o como una relacin de dimensiones (mm/mm, in/in). Entrada o compuerta (Gate): Restriccin entre el canal de alimentacin y la cavidad del molde. Existen diferentes tipos de entradas, tales como capilar, submarina, de anillo, radial, de membrana, mltiples, de abanico, de lengeta, etc. Espacio entre platinas: Distancia entre las platinas portamoldes, fija y mvil, de la mquina. Espiga o vena (Sprue): Material slido que se forma en el bebedero. Eyector (Eyector pin): Vstago de acero que se mueve hacia delante al abrir el molde, empujando la pieza para eyectarla del molde. Fuerza de cierre (Clamping force): Fuerza ejercida en el mecanismo de cierre de la mquina, la cual mantiene el molde cerrado durante la inyeccin. ndice de fluidez (MFI, Melt flow index or Melt flow rate): Es una medida de las caractersticas de flujo de un polmero fundido bajo condiciones especficas. El ndice de fluidez tiene una relacin inversa con el peso molecular. Normalmente se especifica en gramos/10 min. Insercin (Insert): Pieza de material, tal como un tornillo o vstago, colocado en el molde antes de que se realice la inyeccin y alrededor del cual el plstico es moldeado, de tal manera que la insercin forme parte integral de la pieza (por ejemplo, un destornillador). Molde (Mold or mould): Espacio libre o cavidades en las que el material fundido es forzado a tomar la forma del producto deseado. Generalmente, este trmino se refiere a todo el conjunto de partes asociadas con la cavidad en la que se forma la pieza. Moldeo por inyeccin rea