3-Análisis Del Proceso de Inyección
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www.upc.edu/ccp1
Anlisis del proceso de inyeccin
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www.upc.edu/ccp2
Donald and Dominick V. Rosato. Injection Molding Handbook. Chapman & Hall. New York, 1995
Gerd Ptsch, Walter Michaeli. Injection Molding. An Introduction. Hanser, Mnich, 1995
Douglas M. Bryce. Plastics Injection Molding... Manufacturingprocess fundamentals. SME. Dearborn, 1996
Jos Luis Arazo. Inyeccin de termoplsticos. PlasticComunication. Barcelona, 1999
http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj (Intelligent Systems Laboratory. Michigan State University).
Bibliografa
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www.upc.edu/ccp3
Unidad de cierre Molde
Unidad de inyeccin
Unidad de control
Calentar
Homogeneizar
Inyectar
La mquina de inyeccin: la inyectora
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www.upc.edu/ccp4
Plano de particin
Sistema de atemperacin
Sistema de alimentacin
Cavidad
Sistema de expulsin
Punto de inyeccin o entrada
El molde
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www.upc.edu/ccp5
a) Cierre del molde
b) Inyeccin y c) Mantenimiento
d) Plastificacin y e) Refrigeracin
f) Apertura del molde y expulsin de la pieza
Calentar
Homogeneizar
Contrapresin
Husillo Punto de inyeccin
El ciclo de inyeccin
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www.upc.edu/ccp6
El ciclo de inyeccin
[www.dmeuniversity.com]
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www.upc.edu/ccp7
e) Refrigeracin
b) Inyeccin
c) Mantenimiento
d) Plastificacin
f) Apertura y expulsin
InicioFinal
a) Cierre
Tiempo
El tiempo de refrigeracin es el que ocupa la mayor parte del ciclo de inyeccin
El ciclo de inyeccin
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www.upc.edu/ccp8
Una de las misiones de la unidad de inyeccin es la plastificacin del material (calentar el material para fundirlo y homogeneizarlo). Si la temperatura de inyeccin es demasiado baja el plstico ser demasiado viscoso y si es muy alta se puede degradar y aumenta el tiempo de ciclo. Materiales ms viscosos requerirn de una temperatura de transformacin mayor pues costar ms de plastificarlos
La temperatura del plstico puede ser diferente a la temperatura que marca la sonda de temperatura. Lo ideal es medir la temperatura del plstico fundido a la salida de la unidad de inyeccin con un pirmetro. Asegurarse que los sensores midan correctamente (cuidado con las acumulaciones de aire, suciedad o quemados entre las sondas y el cilindro).
Temperatura de inyeccin
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www.upc.edu/ccp9
Una temperatura de inyeccin ms baja proporciona:
Ahorro de energa
Menor tiempo de ciclo
Tiempo de residencia.
Temperatura de inyeccin
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www.upc.edu/ccp10
Temperatura de inyeccin
Contraccin diferencial
Longitud de flujo
Presin de llenado
Temperatura de inyeccin
Temperatura de inyeccin
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Temperatura de inyeccin
80-90C50-80C220-270CABS
Temperatura de secado
Temperaturadel molde
Temperatura de inyeccinMaterial
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www.upc.edu/ccp12
La plastificacin no debe prolongar el ciclo: la velocidad de giro ideal es aquella que produce la plastificacin en el ltimo punto posible sin necesidad de alargar el tiempo de ciclo.
Una velocidad de giro excesiva empeora la calidad de la plastificacin:
generando la presencia de infundidos
mala homogeneidad del material
puede provocar excesiva cizalla y degradar parte del material
Velocidad de giro del husillo
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www.upc.edu/ccp13
10 20 40 60 80 100 200 [mm]Dimetro del husillo
2000
1000800
600
400
200
10080
60
40
20
[min-1]N
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s
Velocidad de giro del husillo
Se recomienda:
- Altas velocidades para piezas de paredes finas
- Velocidades medias para plsticos tcnicos
- Bajas velocidades para termoestables y elastmeros
Blends de poliesteres lineales
(PET, PBT, PC) con elastmeros
V=0.2 m/s
0.3
0.4
0.6
0.8
1.0
1.41.6
1.2
PVC-H
Lnea de mxima velocidadposible en cada mquina
AMORFOS
SEMICRISTALINOS
Materiales sensibles a la degradacin
Piezas de paredes finas
PP, PE (PS)
ABS, SAN, PC, PMMA, CA
PA, POM,
V
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[
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s
]
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Un aumento de la contrapresin implica:
-Un incremento del tiempo de plastificacin y del tiempo bajo cizalla
-Un incremento de la temperatura del plstico
-Un aumento de la compresin del material y, por tanto, de la cantidad de material a inyectar
Una contrapresin baja implica:
-Poca homogenizacin del material y piezas inconsistentes
Utilizar una contrapresin ms alta si se utiliza un porcentaje elevado de la capacidad de inyeccin de la mquina o en el caso de ciclos cortos.
Contrapresin
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www.upc.edu/ccp15
El suministrador de la granza sugiere una temperatura de molde ptima.
La temperatura media de la cavidad sermayor que la temperatura del refrigerante durante la produccin, en general 10 a 20C. Si supera los 40Cpuede ser necesaria la utilizacin de placas aislantes en el molde para ahorrar energa y estabilizar el proceso. Curvas de temperatura-tiempo en diferentes lugares del molde:
a) superficie de la cavidad
b) Pared del canal del refrigerante
c) Temperatura del refrigerante
Temperatura del molde
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Una temperatura de molde ms fra da lugar a una velocidad de enfriamiento mayor y, por tanto, un mayor porcentaje de capa fra.
Una diferencia de temperaturas entre caras opuestas superior a 10-15 para obtener buenas tolerancias.
Una capa de aire puede impedir una buena transferencia de calor. Cuidado con las separaciones entre insertos y placas de los moldes.
Un largo tiempo de uso del molde puede dar lugar a que los canales se ensucien por xidos o incrustaciones disminuyendo la prdida de carga y la capacidad de atemperacin del molde.
Una temperatura de molde ms baja disminuye el tiempo de ciclo
Una temperatura de molde mayor aumenta el brillo y el acabado superficial
Temperatura del molde
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Para una buena transferencia de calor el lquido de refrigeracin ha de estar en flujo turbulento (Re=.v.d/>10000).
Un Re superior no incrementa la eficacia pero s la prdida de carga.
Calor evacuado
Cada de presin
Tiempo de ciclo
Caudal refrigerante
Temperatura del molde
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www.upc.edu/ccp18
1708526096144000.250NYLON
11641243131017410.264PBT
9379260112012520.246PC/ABS
11882302120012980.190PC
8257238104013140.264ABS
Te [C]Tw [C]Tm [C][kg/m3]Cp [J/kg K]K [W/m K]Material
[http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj ]
Tiempo de ciclo
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www.upc.edu/ccp19
Tiempo de ciclo
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www.upc.edu/ccp20
Tiempo de ciclo
[http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj ]
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www.upc.edu/ccp21
Temperatura del molde baja
Temperatura del molde alta
D.M. Bryce
Influencia de las variaciones de temperatura
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www.upc.edu/ccp22
?
?
a)b)c)d)
Influencia de las variaciones de temperatura
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www.upc.edu/ccp23
T
v
Enfriamiento rpidoEnfriamiento lento
Influencia de las variaciones de temperatura
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www.upc.edu/ccp24
Curvas pvT
[Tesis doctoral de Hans Ziudema. Univ. Tech. Eindhoven. 2000]
Influencia de las variaciones de temperatura
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www.upc.edu/ccp25
Influencia de las variaciones de temperatura
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www.upc.edu/ccp26
Influencia de las variaciones de temperatura
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www.upc.edu/ccp27
Viscosidad del material: Geometra del molde y de la pieza Tipo de material: fluidez, cargas, etc... Temperatura de inyeccin Temperatura del molde Geometra de la colada. Colada caliente/fra Geometra del punto de inyeccin Geometra de la pieza: espesor, longitud. Complejidad
Velocidad de inyeccin. Perfil de velocidades.
Poliamida sin carga inyectada a 290C
Poliamida sin carga inyectada a 270C
P
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(
M
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)
Tiempo (s)0 5 10 15
10
30
50
70
Poliamida con carga de vidrio inyectada a 290C
http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj
La presinFactores que afectan a la presin necesaria para llenar el molde
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La presin
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Refrigeracin
L
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Tiempo (s)0 5 15 33 35
50
25
0
C
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Tiempo de molde cerrado
Tiempo de ciclo
La presin
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C
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Tiempo (s)0 5 15 33 35
200
100
0
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Refrigeracin
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Interior de la cavidadEntrada
La presin
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Tiempo (s)0 5 15 33 35
T
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C
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1
1 Cierre del molde y llenado de la colada
Interior de la cavidadEntrada
2 Llenado
2 3
3 Mantenimiento de la presin.Solidificacin de la entrada
4 Expulsin
4 5
La presin
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www.upc.edu/ccp32
La presin
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www.upc.edu/ccp33
La presin
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www.upc.edu/ccp34
a) Geometra de la pieza a inyectar
Piny
Espesor
Tipo de entrada
La presinFactores que afectan a las curvas de presin
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www.upc.edu/ccp35
a) Geometra de la pieza a inyectar
La presinFactores que afectan a las curvas de presin
b) Temperatura del fluido hidrulico
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a) Geometra de la pieza a inyectar
La presinFactores que afectan a las curvas de presin
b) Temperatura del fluido hidrulicoc) Temperatura de inyeccin
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a) Geometra de la pieza a inyectar
La presinFactores que afectan a las curvas de presin
b) Temperatura del fluido hidrulicoc) Temperatura de inyeccind) Temperatura del molde
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Perfil de velocidadesa) Geometra de la pieza a inyectar
La presinFactores que afectan a las curvas de presin
b) Temperatura del fluido hidrulicoc) Temperatura de inyeccind) Temperatura del moldee) Velocidad de inyeccin
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www.upc.edu/ccp39
a) Geometra de la pieza a inyectar
La presinFactores que afectan a las curvas de presin
b) Temperatura del fluido hidrulicoc) Temperatura de inyeccind) Temperatura del moldee) Velocidad de inyeccinf) Presin de mantenimiento y tiempo de aplicacin
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www.upc.edu/ccp40
a) Geometra de la pieza a inyectar
La presinFactores que afectan a las curvas de presin
b) Temperatura del fluido hidrulicoc) Temperatura de inyeccind) Temperatura del moldee) Velocidad de inyeccinf) Presin de mantenimiento y tiempo de aplicacing) Causas de pulsacin
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www.upc.edu/ccp41
Cambio a presin de mantenimiento
- Tiempo
- Posicin
- Presin hidrulica
- Presin en cavidad
La presin
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www.upc.edu/ccp42
Capa solidificada
Pared molde
Pared molde
Estirado y orientado
del material
El flujo que existe durante el moldeo por inyeccin es complicado porque el plstico se enfra y solidifica durante el proceso de llenado.
El perfil de llenado no es una tpica parbola porque el polmero cercano de la pared fra del molde solidifica formando una piel entre el molde y el ncleo.
P
Frente de avance del
fluido
El flujo fuente
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www.upc.edu/ccp43
Otro aspecto a considerar es el efecto de la superficie de enfriamiento sobre la microestructura. La capa cercana a la pared del molde se enfra rpidamente (capa fra). Este rpido enfriamiento de la piel inducircaractersticas amorfas, mientras que el ncleo, que se enfra mucho ms lentamente dando lugar a un ncleo ms cristalino. Este enfriamiento anisotrpico puede presentar un problema cuando se desean propiedades anisotrpicas.
Estructura piel-ncleo
Flujo en el ncleo
Piel fra
Entrada
Capa fra y estructura Piel-ncleo
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www.upc.edu/ccp44
Capa fra y estructura Piel-ncleo
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www.upc.edu/ccp45
Capa fra y estructura Piel-ncleo
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www.upc.edu/ccp46
Capa fra y estructura Piel-ncleo
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www.upc.edu/ccp47
Capa fra y estructura Piel-ncleo
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www.upc.edu/ccp48
El gran impacto del flujo fuente en la inyeccin est en la forma en que se induce la orientacin de las fibras en la pared.
Hay dos consideraciones bsicas para la orientacin inducida por el flujo:El flujo de cizalla que alinea las fibras en direccin del flujo.El flujo estira y alinea las fibra en direccin del estiramiento
[http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj]
Capa fra y estructura Piel-ncleo
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www.upc.edu/ccp49
Mtodo de inyeccin
1. Establecimiento preliminar de temperatura de inyeccin y del molde (y colada caliente) Secado del material.
2. Verificacin de la seleccin de la temperatura de inyeccin, de la velocidad de giro y de la contrapresin
3. Establecimiento de la dosificacin, seleccin de la velocidad de inyeccin y de la forma de cambio. Optimizacin de la velocidad/perfil de inyeccion. Presin de inyeccin
4. Establecimiento de la presin de inyeccin. Optimizacin del perfil de presin de mantenimiento. Optimizacin del tiempo de mantenimiento
5. Optimizacin del resto de parmetros para optimizar el tiempo de ciclo
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www.upc.edu/ccp50
Mtodo de inyeccin
1. Establecimiento inicial de temperaturas de inyeccin y del molde. Seleccin en un principio de las ms bajas recomendadas por el suministrador de materia prima.Asegurarse que el material plstico se est secando en las condiciones adecuadas.Una vez alcanzadas las temperaturas, seleccionar la velocidad de giro y la contrapresin en funcin del tipo de material, del tiempo de ciclo previsto y de la mquina inyectora.Purgar el material y observar la purga. Si se dispone de pirmetro, comprobar la temperatura real del polmero. Si se observa infundidos, material muy viscoso, humedad Actuar en consecuencia.
2. Establecer una cota determinada de cambio de primera presin a presin de mantenimiento (si el cambio se realiza por posicin). Clculo aproximado del volumen de la pieza. Regulacin inicial de la dosificacin de la inyectora. Control en mando semi-automtico. Primer llenado parcial del molde. Nueva regulacin de la dosificacin en funcin del resultado anterior. Repetir ltima operacin, hasta conseguir el llenado aproximado al 95% del volumen de la pieza (si es factible). Optimizar la velocidad de inyeccin
3. Una vez las piezas llenas aproximadamente el 95%, y ya con el control en automtico, aplicar progresivamente presin de postpresin (con un tiempo de mantenimiento excesivo) hasta conseguir la calidad requerida.Optimizar el tiempo de mantenimiento.
4. Optimizar el resto de parmetros de mquina para reducir en todo lo posible el tiempo de ciclo sin perjudicar la calidad de la pieza.