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May 06, 2024

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

Michael Paloian 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, fundición a presión

Michael Paloian

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, zinc y madera. Los productos plásticos se limitaban principalmente a 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 y de innovaciones en el procesamiento, lo que dio lugar 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 permite 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 pueda moldearse por inyección fácilmente y al mismo tiempo cumplir 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 conocidos como herramientas). 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 importante inversión de capital y un tiempo de entrega relativamente largo para mecanizar las herramientas. Una vez mecanizados los moldes, las modificaciones del diseño pueden resultar muy costosas o, en ocasiones, imposibles sin reemplazar completamente el molde. Esta es la razón por la que el diseño debe ser casi perfecto antes de que los archivos CAD se envíen para el mecanizado. Por lo tanto, una comprensión integral de los principios básicos del diseño de herramientas es muy beneficiosa para evitar problemas costosos y retrasos en el proyecto. Examinemos ahora los fundamentos de un molde de inyección.

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

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

Las puertas de borde, como se muestra arriba, son otro medio para 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 espesor de la pared permite un flujo fácil a lo largo de la pieza sin marcas de flujo indeseables, deformaciones, separaciones o contracciones indeseables. También hay que tener en cuenta la superficie irregular en la zona de la cancela, que normalmente 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 se debe mecanizar posteriormente para que encaje correctamente.

Las puertas suelen estar ubicadas en elementos abiertos, como ventanas o huecos donde se insertan otras partes. Si los bordes de la pieza son críticos para acoplarse a otra pieza o son cosméticamente importantes, el diseñador debe especificar que el vestigio de la puerta se mecanice según sus especificaciones. De lo contrario, el material restante podría interferir con las piezas acopladas o ser estéticamente inaceptable.

Los restos de la puerta suelen estar cubiertos por otra pieza, 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 expulsión inversa; debería ser la última opción, pero puede ser la única. En la expulsión inversa, el molde se orienta de manera que el lado de la cavidad de la pieza (superficie exterior) se coloque sobre la placa móvil y el núcleo se monte en la placa fija. 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 colocando barras a cada lado de la platina móvil. A medida que la placa móvil se retrae, la barra se acopla con la placa troqueladora, moviendo los pasadores expulsores 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 compuerta y el diseño de la compuerta basándose en el análisis de flujo del molde. Dado que los diseñadores no son responsables de moldear las piezas, en mi opinión estos detalles deberían ser abordados por los moldeadores y fabricantes de herramientas. Sin embargo, los diseñadores deben conocer el tipo de puerta y su ubicación general según las razones citadas anteriormente. Los detalles específicos deben ser ultimados mutuamente entre los moldeadores y los diseñadores de piezas.

Con esto 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 plástica de la 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. Con frecuencia habla en conferencias SPE, SPI, ARM, MD&M e IDSA. También ha escrito cientos de artículos relacionados con el diseño para numerosas publicaciones. Se le puede contactar por teléfono al 516/482-2181 o por correo electrónico, [email protected].

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