El equipamiento básico paramoldeo por inyecciónEs una máquina de moldeo por inyección y un molde de inyección. La Figura 1-2 muestra el proceso de moldeo por inyección de una máquina de moldeo por inyección de tipo tornillo.
Principio de moldeo por inyección
△Flujo del proceso de moldeo por inyección
El principio es que se agrega plástico granular o en polvo al cilindro de la máquina de moldeo por inyección, se calienta y se funde, y luego la alta presión y la alta velocidad del tornillo de la máquina de moldeo por inyección empuja el plástico fundido a través de la boquilla en el extremo frontal del cilindro y lo inyecta rápidamente en la cavidad cerrada del molde [Fig. 1-2(a)]. La masa fundida que llena la cavidad se enfría y solidifica bajo presión para mantener la forma dada por la cavidad [Fig. 1-2(b)]. Luego se abre el molde y se saca el producto [Fig. 1-2(c)].Durante el proceso de moldeo por inyección, el plástico sufre una serie de cambios, que incluyen ablandamiento, fusión, fluidez, forma y solidificación.
(Figura 1-2 Principio de moldeo por inyección de la máquina de inyección de tipo tornillo)
Ablandamiento y Fusión:
La Figura 1-4 muestra la estructura del cilindro y el tornillo de una máquina de moldeo por inyección. Debido a que se instala un calentador circular en el exterior del barril, el plástico se derrite a medida que avanza bajo la rotación del tornillo y finalmente se inyecta en el molde a través de la boquilla.
(L1-Sección de alimentación; l2-Sección de compresión; l3-Sección de medición; h1/h2-Relación de compresión; D-Diámetro del tornillo)
El plástico sufre los siguientes cambios durante el proceso de llenado del molde:
Antes de que el tornillo gire (L2), la temperatura y presión de la varilla del tornillo son relativamente bajas debido a la reducción en el volumen de fusión causada por el material que ingresa a la cavidad del molde (L1). Después de que el tornillo gira (L3), la temperatura del plástico ha alcanzado la temperatura de fusión y se ha fundido. Para garantizar la calidad del producto, el plástico debe estar completamente derretido antes de-volverlo a fundir. En este momento, si el plástico ya ha entrado en la etapa de compresión con un cierto grado de fusión, su efecto desgasificante se verá muy afectado.
Incluso si la cantidad (L3) sigue siendo el mismo, debido a las diferentes profundidades de ranura del tornillo h₀, el plástico experimentará diferentes grados de acción de corte durante el proceso de rotación del tornillo, por lo que el grado de plastificación variará.
En resumen, bajo el mismo ciclo de moldeo, el grado y la calidad de la fusión del plástico se verán afectados por el contenido de gas del tornillo y la calidad de la fusión:
① La longitud efectiva del tornillo es directamente proporcional (aumenta): L/D=22-25.
② La relación de compresión del tornillo: h₁/h₂=2.0-3.0 (generalmente 2,5).
③ La parte de compresión del tornillo es relativamente proporcional: L₁/L₂=40%-60%.
Dado que el valor es demasiado grande, el tiempo de residencia del material también aumentará y la rotación del tornillo enviará continuamente el plástico fundido hacia adelante. En este momento, el plástico continuará fluyendo en la cavidad del molde bajo presión y luego en un ciclo de moldeo (sin intervención externa antes de que el tornillo comience a avanzar). Después de que el tornillo gira, avanzará bajo la acción de una fuerza mecánica, compactando gradualmente el plástico e inyectándolo en la cavidad del molde. En el instante anterior, su masa fundida será sometida a una compresión rápida (llamada compresión instantánea), que puede causar fácilmente cristalización y provocar defectos. El uso de una inyección lenta puede evitar la cristalización (cristalización completa, volviéndola completamente amorfa debido al enfriamiento rápido).
Fluir:
Cuando la masa fundida se inyecta en la cavidad del molde a alta presión y alta velocidad, ocurrirán dos fenómenos durante el proceso de inyección. Una es que el plástico en contacto con la pared del molde en estado fundido se solidificará y formará una capa delgada debido al rápido enfriamiento causado por el contacto con la superficie de la cavidad del molde. Esta fina capa se denomina capa congelada (o llamada capa congelada instantánea), que hará que la temperatura del propio plástico fundido disminuya (principalmente por la influencia de la pérdida de calor latente de cristalización). Por ejemplo, en el polietileno, el calor latente de cristalización liberado durante el proceso de enfriamiento de la masa fundida a través de la pared del molde puede alcanzar los 50 grados o más. Por lo tanto, después de que la masa fundida llene toda la cavidad del molde y vuelva a un estado urgente, la temperatura disminuirá. La segunda es que una porción mayor del plástico fundido continuará manteniendo su dirección de flujo y sufrirá un flujo inverso.
Como se puede ver en la Figura 1-5, cuando la masa fundida está en contacto con la pared de la cavidad del molde, producirá una capa congelada y se generará un caudal más rápido en la parte central alejada de la cavidad. El plástico fluirá en capas en la zona entre la capa congelada y la pared de la cavidad. Después de que el plástico pasa en tal estado y se enfría y se le da forma de producto, las capas seguirán existiendo en el producto moldeado en una dirección paralela y en una dirección vertical, lo que da como resultado diferencias en la resistencia y tenacidad del producto, que existirán durante las etapas de liberación y conformación del producto moldeado.
1 - Máquina de moldeo por inyección; 2 - Molde de inyección de resina (en realidad compuesto por corredor principal y puerta);
3 - Moho (dentro de la cavidad); 4 - La parte con un caudal más rápido en el centro;
5 - La pieza con un caudal muy lento a lo largo de la pared de la cavidad; 6 - Moléculas de resina que están orientadas y estiradas;
7 - Moléculas de resina que se entrelazan entre sí.
Dar forma y curar:
Cuando se inyecta plástico fundido, ingresa al molde a través de una boquilla, toma forma y luego se enfría y solidifica para convertirse en el producto terminado. Sin embargo, el tiempo real que tarda el plástico fundido en llenar el molde es de varios segundos, lo que hace muy difícil observar el proceso de llenado.
El ingeniero estadounidense Stevenson utilizó una simulación por computadora para representar el proceso de llenado de una puerta de automóvil de polipropileno que se estaba moldeando usando un molde de canal caliente con dos compuertas, y calculó el tiempo de inyección (es decir, el tiempo de llenado), la línea de soldadura y la fuerza de sujeción requerida. La Figura 1-6 ilustra el modelo obtenido de su simulación. El estado de flujo y llenado de la masa fundida en la Figura 1-6 no es significativamente diferente de lo que se imaginó y puede reflejar con precisión el proceso de llenado real de la puerta de un automóvil.
Existen muchos métodos para simular el flujo de los procesos de moldeo por inyección (como el método FAN, el sistema de simulación CAIM y el sistema de simulación Moldflow). Estos métodos de simulación se utilizan actualmente para predecir el proceso de llenado de plástico fundido en un molde, con el objetivo de lograr un diseño más racional del molde y la selección de la ubicación o el tipo de puerta.
Una vez que se le da forma al plástico fundido, entra en el proceso de solidificación. El principal fenómeno que ocurre durante la solidificación es la contracción, que ocurre simultáneamente debido al enfriamiento y la cristalización. La Figura 1-7 muestra la contracción de tres tipos de polietileno con diferentes cristalinidades a medida que disminuye la temperatura.
(a-PE con una densidad relativa de 0,9645; b-PE con una densidad relativa de 0,95; c-PE con una densidad relativa de 0,918; d-Curvas de velocidad de enfriamiento: C1, C2, C3-los tres tienen la misma velocidad de enfriamiento).