3-Análisis Del Proceso de Inyección

www.upc.edu/ccp1

Anlisis del proceso de inyeccin

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

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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Plano de particin

Sistema de atemperacin

Sistema de alimentacin

Cavidad

Sistema de expulsin

Punto de inyeccin o entrada

El molde

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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.dmeuniversity.com]

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


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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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Una temperatura de inyeccin ms baja proporciona:

Ahorro de energa

Menor tiempo de ciclo

Tiempo de residencia.


www.upc.edu/ccp10


Contraccin diferencial

Longitud de flujo

Presin de llenado



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80-90C50-80C220-270CABS

Temperatura de secado

Temperaturadel molde

Temperatura de inyeccinMaterial

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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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10 20 40 60 80 100 200 [mm]Dimetro del husillo

2000

1000800

600

400

200

10080

60

40

20

[min-1]N

m

e

r

o

m

x

i

m

o

d

e

r

e

v

o

l

u

c

i

o

n

e

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

e

l

o

c

i

d

a

d

t

a

n

g

e

n

c

i

a

l

[

m

/

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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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


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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


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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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Tiempo de ciclo

www.upc.edu/ccp20

Tiempo de ciclo

[http://islnotes.cps.msu.edu/trp/inj ]

www.upc.edu/ccp21

Temperatura del molde baja

Temperatura del molde alta

D.M. Bryce

Influencia de las variaciones de temperatura

www.upc.edu/ccp22

?

?

a)b)c)d)


www.upc.edu/ccp23

T

v

Enfriamiento rpidoEnfriamiento lento


www.upc.edu/ccp24

Curvas pvT

[Tesis doctoral de Hans Ziudema. Univ. Tech. Eindhoven. 2000]


www.upc.edu/ccp25


www.upc.edu/ccp26


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

r

e

s

i

n

d

e

l

l

e

n

a

d

o

(

M

P

a

)

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

www.upc.edu/ccp28

La presin

www.upc.edu/ccp29

Refrigeracin

L

l

e

n

a

d

o

M

a

n

t

e

n

i

m

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n

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o

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n

l

a

c

a

v

i

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a

d

(

M

P

a

)

Tiempo (s)0 5 15 33 35

50

25

0

C

i

e

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r

e

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e

l

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o

l

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y

l

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c

o

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d

a

Tiempo de molde cerrado

Tiempo de ciclo

La presin

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T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

(

C

)

Tiempo (s)0 5 15 33 35

200

100

0

C

i

e

r

r

e

d

e

l

m

o

l

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l

l

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n

Interior de la cavidadEntrada

La presin

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P

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(

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Tiempo (s)0 5 15 33 35

T

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e

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t

u

a

(

C

)

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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La presin

www.upc.edu/ccp33

La presin

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

www.upc.edu/ccp35



b) Temperatura del fluido hidrulico

www.upc.edu/ccp36



b) Temperatura del fluido hidrulicoc) Temperatura de inyeccin

www.upc.edu/ccp37



b) Temperatura del fluido hidrulicoc) Temperatura de inyeccind) Temperatura del molde

www.upc.edu/ccp38

Perfil de velocidadesa) Geometra de la pieza a inyectar


b) Temperatura del fluido hidrulicoc) Temperatura de inyeccind) Temperatura del moldee) Velocidad de inyeccin

www.upc.edu/ccp39



b) Temperatura del fluido hidrulicoc) Temperatura de inyeccind) Temperatura del moldee) Velocidad de inyeccinf) Presin de mantenimiento y tiempo de aplicacin

www.upc.edu/ccp40



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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Cambio a presin de mantenimiento

- Tiempo

- Posicin

- Presin hidrulica

- Presin en cavidad

La presin

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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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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/ccp45


www.upc.edu/ccp46


www.upc.edu/ccp47


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]


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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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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.

3-Análisis Del Proceso de Inyección

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