Fabricación Mecánica · Técnico en Conformado por Moldeo de Metales y Polímeros

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Conformado por Moldeo de Metales y Polímeros

FP, Fabricación Mecánica

Procesos de moldeo por inyección de metales y polímeros. Fuente: Wikipedia (CC BY-SA 4.0).

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Fundamentos, historia y principios del moldeo por inyección

Proceso: Inyección de material fundido/ahulado en molde frío mediante una compuerta.
Estado físico: El material se solidifica y cristaliza dentro de la cavidad.
Ventajas: Versatilidad, rapidez, bajo costo, alta producción y geometrías complejas.
Materiales avanzados: Uso de polímeros reforzados (fibra de vidrio/carbono) para mayor rigidez.
Impacto ambiental: Bajo impacto directo, pero riesgo por plásticos no reciclables.
Patente 1872: John Hyatt (primera máquina de inyección).
Patente 1928: Cellon-Werkw (máquina moderna con nitrocelulosa).
Máquinas años 30: Funcionaban con aire comprimido (31 kg/cm²) y eran totalmente manuales.
Factor de contracción: Ajuste necesario en las medidas de la cavidad para compensar el enfriamiento.
Condición de estabilidad: Los polímeros mantienen la forma por debajo de su Tg (temperatura de transición vítrea).
Polímeros amorfos: Mantienen la forma por falta de movimientos de rotación/relajación en pseudo equilibrio.
Polímeros semicristalinos: Los cristales aportan estabilidad dimensional y reducen la entropía.

Unidad de inyección, unidad de cierre y ciclo de moldeo

Función de la unidad de inyección: fundir, mezclar e inyectar polímero
Condiciones termodinámicas: temperatura de procesamiento, capacidad calorífica (Cp) y calor latente de fusión
Mecanismo de fusión: combinación de calentamiento y fricción (esfuerzos cortantes)
Relación viscosidad: disminuye con el aumento de temperatura y velocidad de corte
Excepción de compatibilidad de máquinas: el PVC requiere condiciones específicas
Mecanismo de dosificación: el husillo retrocede y actúa como un pistón para acumular material
Relación de comportamiento: se rigen por las variables P-V-T (Presión, Volumen, Temperatura)
Fuerza de cierre (F): se calcula como F = Pm × Ap (Presión media × Área proyectada)
Unidad de medida de fuerza de cierre: toneladas (t)
Material de los moldes: aceros especiales de alta resistencia
Ciclo de moldeo: 6 pasos (Carga, Inyección, Mantenimiento de presión, Eliminación de presión, Enfriamiento/Expulsión y Cierre)
Fase más costosa del ciclo: tiempo de enfriamiento

Relaciones de Presión-Volumen-Temperatura (PvT) y Contracción en Polímeros

Relaciones PvT: fundamentales para la eficiencia en el proceso de inyección.
Comportamiento de enfriamiento: varía significativamente entre polímeros amorfos y semicristalinos.
Diseño de equipo: debe considerar las relaciones PvT del polímero con sus aditivos.
α: Coeficiente de expansión térmica (α = (1)/(V)((partial V)/(partial T))_P).
β: Compresibilidad isotérmica (β = -(1)/(V)((partial V)/(partial P))_T).
Ecuación empírica: β(P,T)={(P+B)[(1)/(0.0894)-ln(1+(P)/(B))]]^{-1}.
Compresibilidad en P=0: β(0,T)=0.0895/B(T).
Ecuaciones de referencia: Flory (Flory-Orwoll-Vrij), Simha-Somcynsky y Sánchez-Lacombe.
Contracción: causada por el cambio de densidad (isótropo o anisótropo).
Fórmula contracción volumétrica: C_v = 1 - V_mp}{V_c.
Fórmula contracción lineal: C_L = 1 - L_mp}{L_c.
Relación de contracción: C_v ≈ 3 × C_L.

Propiedades físicas, coloración y parámetros de proceso en la inyección de polímeros

Contracción: El grado de cristalinidad afecta directamente la densidad final de la pieza.
Colada fría: Remanente solidificado en canales que requiere corte.
Colada caliente: Mantiene polímero fundido; ahorra material pero aumenta la historia térmica.
Masterbatch: Concentrado de color preferido por limpieza y rapidez de cambio.
Poliolefinas: Prohibido el uso de colorantes por riesgo de migración.
Defectos de color: Líneas de color, puntos negros, ráfagas y piel de naranja.
Teoría del color: Pigmentos son sustractivos y la luz es aditiva; el color varía según la iluminación.
Parámetros críticos: Necesidad de conocer Tg, Tm, índice de fluidez y temperatura de degradación.
Fuerza de cierre: Rango de 10 a 4.400 toneladas; determina presión y capacidad de inyección.
Mezcla de compuestos: Requiere el uso de un cañón más largo.

Dimensionamiento y Reología del Flujo de Polímeros en el Moldeo

Dimensiones de la máquina: dependen de la cantidad de polímero y criterios como capacidad de cierre, presión de inyección y velocidad de inyección.
Naturaleza del polímero: cadenas largas que generan viscosidad alta y orientación molecular.
Efecto de orientación: debe minimizarse para evitar deformaciones por estrés; la orientación aumenta en las capas lejanas a la pared.
Perfil de flujo: sigue un perfil parabólico y tiende a flujo tapón en zonas de contacto con paredes frías.
Ecuación de Hagen y Poiseuille: relaciona viscosidad (η) con radio (r), caída de presión (Δ P), longitud (L) y flujo volumétrico (Q).
Diseño de canales: la velocidad de corte y la viscosidad son funciones del radio del canal.
Comportamiento real: los polímeros son fluidos no newtonianos (viscoelásticos) y requieren correcciones y curvas de viscosidad.
Ecuación de Arrhenius: modela la viscosidad (η) en función de la temperatura (T), la energía de activación (E) y una constante del polímero (K).

Ventilación, técnicas de inyección y procesos de moldeo

Reducción de gránulos por: fricción, compresión y arrastre
Estado del polímero: gomoso o fusión (según sea amorfo o semicristalino)
Función de la ventilación: Igualar la presión interna con la atmosférica
Error de espumantes: Añadirlos en la tolva (deben ir después de la ventilación)
Inyección sándwich: Unión de dos polímeros o colores mediante dos unidades o una compuesta
Moldeo con reacción química: Uso de componentes líquidos (ej. poliuretano, poliurea) a bajas temperaturas
Inyección de hule/termoestables: Baja temperatura en el cañón para evitar reacción prematura
Polímeros semiconductores: No requieren cuarto limpio
Nanopartículas: El estrés es función directa del área de unión partícula-polímero
Entradas: Mejoran el flujo y la separación de remanentes
Moldflow: Software para simulación de flujo de polímeros
Moldeo Universal (MU): Optimización mediante parámetros universales

Bibliografía y recursos externos sobre moldeo por inyección

Bibliografía técnica sobre fundamentos de moldeo por inyección
Estudios sobre termodinámica estadística y cristalización de polímeros
Obras específicas sobre canales calientes y resolución de problemas
Guías de usuario para máquinas de moldeo y procesamiento de PVC
Recursos sobre plásticos de alto rendimiento e ingeniería de polímeros
Enlaces a resúmenes técnicos, videos y casos prácticos
Herramientas digitales para estimación de costes y descripción de ciclos

Vista previa de las fichas (6 de 35)

01
En el moldeo por inyección, ¿por qué orificio se introduce el material fundido?
Compuerta
02
En el moldeo por inyección, ¿qué factor se agrega a las medidas de la cavidad para compensar el enfriamiento?
Factor de contracción
03
En polímeros semicristalinos, ¿qué estructura proporciona estabilidad dimensional a la molécula?
Cristales
04
En polímeros amorfos, ¿en qué estado termodinámico se encuentran por debajo de su Tg sin esfuerzos externos?
Pseudo equilibrio
05
¿Qué compañía alemana fue pionera en la máquina de inyección moderna con una patente en 1928?
Cellon-Werkw
06
En el estudio del proceso de fusión de un polímero, ¿cuál es la tercera condición termodinámica a considerar si el polímero es semicristalino?
El calor latente de fusión.

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