Consideraciones sobre el diseño de moldes y piezas de plástico, Parte 1

miguel paloián

Los plásticos moldeados por inyección han revolucionado el diseño, la innovación y la fabricación en el siglo XX. Antes de 1950, la mayoría de los productos se fabricaban en acero estampado, aluminio fundido a presión, zinc y madera. Los productos de plástico se limitaban principalmente a los compuestos fenólicos, poliestireno y otros termoestables. Sin embargo, la floreciente economía posterior a la Segunda Guerra Mundial generó un renacimiento de la investigación y el desarrollo de nuevos materiales plásticos e innovaciones de procesamiento, lo que llevó a los cientos de miles de plásticos que tenemos hoy. A lo largo de los últimos 70 años, el moldeo por inyección ha madurado y se ha vuelto más sofisticado, versátil y complicado, lo que le ha permitido dominar la fabricación de la mayoría de los productos producidos en masa en la actualidad. Desafortunadamente, la mayoría de los diseñadores de productos no tienen experiencia en el diseño de piezas moldeadas por inyección debido a la larga curva de aprendizaje necesaria para desarrollar hábilmente una pieza que se pueda moldear por inyección fácilmente y que cumpla con cientos de otros requisitos. El conocimiento más fundamental que necesita cualquier diseñador que se enfrente al diseño de una pieza moldeada por inyección es comprender los conceptos básicos del diseño de moldes (también conocido como herramienta). El resto de este artículo discutirá las interrelaciones entre el diseño de herramientas de moldeo por inyección y el diseño de piezas.

Aunque el moldeo por inyección es una de las opciones de fabricación más rentables, tiene un inconveniente. Requiere una inversión de capital significativa y un plazo de entrega relativamente largo para mecanizar las herramientas. Una vez que se han maquinado los moldes, las alteraciones del diseño pueden ser muy costosas o, a veces, imposibles sin reemplazar completamente el molde. Esta es la razón por la cual el diseño debe ser casi perfecto antes de que los archivos CAD se liberen para el mecanizado. Una comprensión integral de los principios básicos del diseño de herramientas es, por lo tanto, muy beneficiosa para evitar problemas costosos y retrasos en los proyectos. Examinemos ahora los fundamentos de un molde de inyección.

La razón para comenzar con el propio molde de inyección es que puede afectar el diseño de la pieza. La resina plástica fundida se inyecta en el molde desde el lado derecho (placa fija) en el molde cerrado donde se mantiene bajo presión hasta que se haya enfriado hasta un estado sólido. Después del enfriamiento, el molde se abre a medida que la placa izquierda retrocede. Durante este ciclo de apertura, la placa ciega golpea un poste estacionario que mueve los pasadores ciegos y expulsa la pieza. Los pines de extracción siempre dejan una impresión no deseada en la pieza (generalmente circular), por lo que generalmente se ubican en la parte posterior no estética o en el interior de la pieza. Además, los plásticos siempre se contraen durante el ciclo de enfriamiento. Se encogen lejos de la cavidad o de las superficies exteriores y alrededor del núcleo o dentro de la pieza. Esto requiere fuerza para expulsar la pieza del núcleo, que es entregada por los pasadores de expulsión. ¿Por qué es importante que los diseñadores entiendan esto? Porque requiere pensar dónde y cómo se cerrará la pieza. La puerta se define como el punto de entrada en un molde. Hay muchos tipos diferentes de puertas, pero todas dejan alguna marca residual en la superficie de una pieza. Dado que la superficie cosmética exterior suele estar orientada hacia la platina fija donde se inyecta la resina, los diseñadores deben decidir dónde y cómo abordar este problema. Examinemos algunos ejemplos.

El ejemplo anterior muestra una ubicación de compuerta ubicada en el centro para un flujo de material uniforme y oculta por una cubierta de batería extraíble. Este es un método para ubicar entradas en superficies cosméticas que resuelve dos problemas: optimizar el flujo de material y proporcionar una ubicación de entrada que no afecte negativamente la apariencia de la pieza.

Las compuertas de borde, como se muestra arriba, son otro medio de proporcionar un punto de entrada para que la resina plástica fluya hacia la cavidad del molde de manera convencional. Esta opción es adecuada si el grosor de la pared permite un flujo fácil en toda la pieza sin marcas de flujo indeseables, deformaciones, separaciones o encogimientos indeseables. También se debe considerar la superficie irregular en el área de la puerta, que generalmente se elimina con tijeras. A veces, las superficies a lo largo del borde de la pieza deben encajar con precisión en una pieza coincidente. En tales casos, el área de la puerta debe mecanizarse posteriormente para que encaje correctamente.

Las puertas a menudo se ubican en elementos abiertos, como ventanas o vacíos, donde se insertan otras partes. Si los bordes de la pieza son críticos para acoplarse a otra pieza o son estéticamente importantes, el diseñador debe especificar que la compuerta vestigial se mecanice según sus especificaciones. De lo contrario, el material restante podría interferir con las piezas acopladas o resultar estéticamente inaceptable.

Los restos de la puerta a menudo están cubiertos por otra parte, como se muestra arriba, o por etiquetas. Si se aplica una etiqueta, debe asegurarse de que la puerta quede debajo de la superficie de la pieza para que la etiqueta se pueda aplicar fácilmente.

Si no hay buenas opciones para ubicar una puerta en la superficie cosmética exterior, se puede considerar la eyección inversa; debería ser la última opción, pero puede ser la única. En la eyección inversa, el molde se orienta de manera que el lado de la cavidad de la pieza (superficie exterior) se coloca sobre el plato móvil y el núcleo se monta en el plato fijo. El material se inyecta directamente en el lado del núcleo (pared interior) de la pieza. Los pasadores eyectores también se encuentran en esta mitad del molde. La pieza se expulsa mediante la fijación de barras a cada lado de la placa móvil. A medida que la placa móvil se retrae, la barra se acopla con la placa de extracción, moviendo los pasadores de expulsión hacia adelante y expulsando la pieza. La imagen de la Figura 7 ilustra este método.

Algunos diseñadores de piezas de plástico especifican la ubicación específica de la puerta y el diseño de la puerta en función del análisis de flujo del molde. Dado que los diseñadores no son responsables de moldear las piezas, en mi opinión, estos detalles deben ser abordados por los moldeadores y los fabricantes de herramientas. Sin embargo, los diseñadores deben conocer el tipo de puerta y su ubicación general en función de las razones citadas anteriormente. Los detalles específicos deben finalizarse mutuamente entre los moldeadores y los diseñadores de piezas.

Así concluye esta primera entrega de una serie de varias partes dedicada al diseño de piezas para moldeo por inyección.

Sobre el Autor

Michael Paloian es presidente de Integrated Design Systems Inc. (IDS), con sede en Oyster Bay, Nueva York. Tiene una licenciatura en ingeniería de plásticos de UMass Lowell y una maestría en diseño industrial de la Escuela de Diseño de Rhode Island. Paloian tiene un conocimiento profundo del diseño de piezas en numerosos procesos y materiales, incluidos plásticos, metales y compuestos. Paloian posee más de 40 patentes y fue presidente de SPE RMD y PD3. Habla con frecuencia en conferencias de SPE, SPI, ARM, MD&M e IDSA. También ha escrito cientos de artículos relacionados con el diseño para muchas publicaciones. Puede comunicarse con él por teléfono al 516/482-2181 o por correo electrónico, [email protected].

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