El moldeo por inyección de núcleo fusible , también conocido como moldeo por inyección de núcleo perdido , es un proceso de moldeo por inyección de plástico especializado que se utiliza para moldear cavidades internas o socavados que no son posibles de moldear con núcleos demolibles . Estrictamente hablando, el término "moldeo por inyección de núcleo fusible" se refiere al uso de una aleación fusible como material del núcleo; cuando el material del núcleo está hecho de un plástico soluble, el proceso se conoce como moldeo por inyección de núcleo soluble . Este proceso se utiliza a menudo para piezas de automóviles , como colectores de admisión y carcasas de frenos.sin embargo, también se utiliza para piezas aeroespaciales , piezas de fontanería , ruedas de bicicleta y calzado . [1] [2]
Los materiales de moldeo más comunes son el nailon 6 relleno de vidrio y el nailon 66 . Otros materiales incluyen nailon sin relleno, sulfuro de polifenileno , poliariletercetona con relleno de vidrio (PAEK), polipropileno (PP) con relleno de vidrio , uretano termoplástico rígido y poliuretano termoplástico elastomérico . [3] [4]
Historia
La primera patente para este tipo de proceso de moldeo se obtuvo en 1968, sin embargo, rara vez se utilizó hasta la década de 1980. Fue entonces cuando la industria automotriz se interesó por desarrollar colectores de admisión. [5] [6]
Proceso
El proceso consta de tres pasos principales: fundir o moldear un núcleo, insertar el núcleo en el molde y disparar el molde, y finalmente retirar la moldura y fundir el núcleo.
Centro
Primero, se moldea un núcleo o se moldea a presión en la forma de la cavidad especificada para el componente moldeado. Puede estar hecho de un metal de bajo punto de fusión , como una aleación de estaño - bismuto , o un polímero , como un acrilato soluble . El polímero tiene aproximadamente la misma temperatura de fusión que la aleación, 275 ° F (135 ° C), sin embargo, las proporciones de la aleación se pueden modificar para alterar el punto de fusión. Otra ventaja de usar un núcleo de metal es que se pueden fundir múltiples núcleos más pequeños con tapones y orificios acoplados para que puedan ensamblarse en un núcleo grande final. [7] [8]
Una clave en la fundición de núcleos de metal es asegurarse de que no contengan porosidad, ya que inducirá fallas en la pieza moldeada. Para minimizar la porosidad, el metal puede fundirse por gravedad o la cavidad de moldeo puede presurizarse. Otro sistema balancea lentamente las matrices de fundición a medida que la cavidad de moldeo se llena para "sacudir" las burbujas de aire. [9]
Los núcleos de metal pueden estar hechos de varias aleaciones de bajo punto de fusión, siendo la más común una mezcla de 58% de bismuto y 42% de estaño, que se utiliza para moldear nailon 66. Una de las principales razones por las que se utiliza es porque se expande a medida que se enfría, lo que empaca bien el molde. Otras aleaciones incluyen aleaciones de estaño-plomo-plata y aleaciones de estaño-plomo-antimonio. Entre estos tres grupos de aleaciones se puede lograr un punto de fusión entre 98 y 800 ° F (37–425 ° C). [3]
Los núcleos de polímero no son tan comunes como los núcleos de metal y generalmente solo se usan para molduras que requieren detalles simples de la superficie interna. Por lo general, tienen secciones transversales huecas de 0,125 a 0,25 pulgadas (3,2 a 6,4 mm) de espesor que se moldean en dos mitades y se sueldan por ultrasonidos . Su mayor ventaja es que se pueden moldear en máquinas de moldeo por inyección tradicionales que la empresa ya tiene en lugar de invertir en nuevos equipos de fundición a presión y aprender a usarlos. Debido a esto, los materiales de núcleo de polímero son más accidentales para pequeñas series de producción que no pueden justificar el gasto adicional de los núcleos de metal. Desafortunadamente, no es tan reciclable como las aleaciones metálicas utilizadas en los núcleos, porque se debe agregar un 10% de material nuevo con el material reciclado. [10] [11]
Moldura
En el segundo paso, el núcleo se inserta en el molde. Para moldes simples, esto es tan simple como insertar el núcleo y cerrar las matrices. Sin embargo, las herramientas más complejas requieren varios pasos del robot programado. Por ejemplo, algunas herramientas complejas pueden tener múltiples tirones laterales convencionales que se acoplan con el núcleo para agregar rigidez al núcleo y reducir la masa del núcleo. Una vez que se carga el núcleo y se cierra la prensa, se dispara el plástico. [8]
Derretimiento
En el paso final, el componente moldeado y el núcleo se desmoldan y el núcleo se funde del moldeado. Esto se hace en un baño caliente , mediante calentamiento por inducción o mediante una combinación de ambos. Los baños calientes generalmente usan una tina llena de glicol o Lutron , que es un líquido a base de fenol . La temperatura del baño es ligeramente superior a la del punto de fusión de la aleación del núcleo, pero no tan alta como para dañar la moldura. En aplicaciones comerciales típicas, las piezas se sumergen en el baño caliente a través de un transportador aéreo. La ventaja de usar un baño caliente es que es más simple que el calentamiento por inducción y ayuda a curar las molduras termoendurecibles. La desventaja es que es antieconómicamente lento en un ciclo de tiempo de 60 a 90 minutos y plantea problemas de limpieza ambiental. Por lo general, la solución de baño caliente debe limpiarse o reemplazarse cada año o cada medio año cuando se usa en combinación con el calentamiento por inducción. [10]
Para las molduras termoplásticas, se requiere el calentamiento por inducción del metal del núcleo, de lo contrario, el calor prolongado de un baño caliente puede deformarlo. El calentamiento por inducción reduce el tiempo de fusión de uno a tres minutos. La desventaja es que el calentamiento por inducción no elimina todo el material del núcleo, por lo que debe rematarse en un baño caliente o cepillarse. Otra desventaja es que las bobinas de inducción deben fabricarse a medida para cada moldura porque las bobinas deben estar a 1 a 4 pulgadas (25 a 102 mm) de la pieza. Finalmente, los sistemas de calentamiento por inducción no se pueden usar con molduras que tienen insertos de latón o acero porque el proceso de calentamiento por inducción puede destruir u oxidar el inserto. [12]
Para piezas complejas, puede ser difícil hacer que todo el líquido del núcleo se drene en cualquiera de los procesos de fusión. Para superar esto, las piezas se pueden girar durante hasta una hora. El metal líquido del núcleo se acumula en el fondo del baño calentado y se puede utilizar para un nuevo núcleo. [12]
Equipo
Las máquinas de moldeo por inyección horizontales tradicionales se han utilizado desde mediados de la década de 1980, sin embargo, la carga y descarga de núcleos de 100 a 200 lb (45 a 91 kg) es difícil, por lo que se requieren dos robots . Además, el tiempo de ciclo es bastante largo, aproximadamente 28 segundos. Estos problemas se superan utilizando máquinas de moldeo por inyección de acción rotativa o de lanzadera. Estos tipos de máquinas solo requieren un robot para cargar y descargar núcleos y tienen un tiempo de ciclo un 30% más corto. Sin embargo, este tipo de máquinas cuestan aproximadamente un 35% más que las horizontales, requieren más espacio y requieren dos moldes inferiores (porque uno está en la máquina durante el ciclo y el otro se está descargando y cargando con un nuevo núcleo), lo que agrega aproximadamente el 40% del costo de las herramientas. Para piezas pequeñas, todavía se utilizan máquinas de moldeo por inyección horizontales, porque el núcleo no pesa lo suficiente como para justificar el uso de una máquina rotativa. [13]
Para los colectores de cuatro cilindros se requiere una prensa de 500 toneladas; para un colector de seis a ocho cilindros, se requiere una prensa de 600 a 800 toneladas. [13]
Ventajas y desventajas
La mayor ventaja de este proceso es su capacidad para producir moldes de inyección de una sola pieza con geometrías interiores muy complejas sin operaciones secundarias. Los objetos de formas similares suelen estar hechos de fundiciones de aluminio, que pueden pesar entre un 45% y un 75% más que una moldura similar. Las herramientas también duran más que las herramientas de fundición de metal debido a la falta de corrosión química y desgaste. Otras ventajas incluyen: [4]
- Muy buena calidad superficial sin áreas débiles debido a juntas o soldaduras
- Alta precisión dimensional e integridad estructural
- No requiere mucha mano de obra debido a las pocas operaciones secundarias necesarias
- Poco desperdicio
- Se pueden incorporar insertos
Dos de las principales desventajas de este proceso son el alto costo y el largo tiempo de desarrollo. Una pieza de automóvil puede tardar cuatro años en desarrollarse; dos años en la etapa de prototipo y dos años para llegar a la producción. No todos los productos toman tanto tiempo, por ejemplo, una válvula de dos vías producida por Johnson Controls solo tomó 18 meses. El costo inicial puede ser de hasta US $ 8 millones para producir un colector de motor de cuatro cilindros. Sin embargo, el análisis de flujo por computadora ha ayudado a reducir el tiempo de entrega y los costos. [1] [14]
Una de las dificultades que resultan de estos largos tiempos de desarrollo y altos costos es hacer que los núcleos precisos se repitan. Esto es extremadamente importante porque el núcleo es una parte integral del molde, por lo que esencialmente cada disparo es en una nueva cavidad del molde. Otra dificultad es evitar que el núcleo se derrita cuando el plástico se inyecta en el molde, porque el plástico tiene aproximadamente el doble de temperatura de fusión que el material del núcleo. Una tercera dificultad es la baja resistencia del núcleo. Los núcleos de plástico huecos pueden colapsar si se aplica demasiada presión en el plástico inyectado. Los núcleos de metal (con bajas temperaturas de fusión) son sólidos, por lo que no pueden colapsar, pero son solo un 10% más fuertes que los núcleos de acero, por lo que pueden distorsionarse. Esto es especialmente un problema cuando se moldean colectores, porque la ondulación del núcleo puede ser perjudicial para el flujo de aire dentro de los canales. [7]
Otra desventaja es la necesidad de un gran espacio para albergar las máquinas de moldeo por inyección, las máquinas de fundición, el equipo de fusión y los robots. [4]
Debido a estas desventajas, algunas molduras que se fabricarían mediante este proceso se fabrican en su lugar moldeando por inyección dos o más piezas en una máquina de moldeo por inyección tradicional y luego soldandolas juntas. Este proceso es menos costoso y requiere mucho menos capital, sin embargo, imparte más restricciones de diseño. Debido a las limitaciones de diseño, a veces las piezas se fabrican con ambos procesos para obtener las ventajas de ambos. [15]
Solicitud
La aplicación del proceso de núcleo fusible no se limita solo a la inyección de termoplásticos , sino con las correspondientes aleaciones de núcleo también a materiales de moldeo de plástico termoendurecibles ( duroplast ). El proceso de núcleo fusible encuentra aplicación, por ejemplo, en colectores de admisión de motores de turismos moldeados por inyección. Modificando el equipo se pueden fabricar pequeñas piezas moldeadas como válvulas o carcasas de bombas , ya que la fabricación de los núcleos fusibles y las piezas inyectadas se puede realizar en una máquina de moldeo por inyección.
Referencias
- ↑ a b Schut , 1991 , p. 1.
- ^ Osswald, Turng y Gramann 2007 , p. 385.
- ↑ a b Schut , 1991 , p. 7.
- ↑ a b c Osswald, Turng y Gramann 2007 , p. 388.
- ^ Erhard , 2006 , p. 283.
- ^ GB 1250476 , Stevens, ES, "Artículos huecos de moldeo", publicado el 20 de octubre de 1971.
- ↑ a b Schut , 1991 , p. 5.
- ↑ a b Schut , 1991 , p. 6.
- ^ Schut 1991 , p. 8.
- ↑ a b Schut , 1991 , p. 10.
- ^ Schut 1991 , p. 9.
- ↑ a b Schut , 1991 , p. 11.
- ↑ a b Schut , 1991 , p. 4.
- ^ Schut 1991 , p. 2.
- ^ Ogando, Joseph (septiembre de 1997), Moldeo de núcleo perdido: no lo cuente todavía , consultado el 12 de agosto de 2009[ enlace muerto permanente ] .
Bibliografía
- Erhard, G. (2006), Diseñar con plásticos , Hanser Verlag, ISBN 978-1-56990-386-5.
- Osswald, Tim ; Turng, Lih-Sheng; Gramann, Paul J. (2007), Manual de moldeo por inyección (2a ed.), Hanser Verlag, ISBN 978-1-56990-420-6.
- Schut, Jan H. (1 de diciembre de 1991), "Primer plano de 'núcleo perdido': un rompecabezas con muchas piezas" , Plastics Technology .
enlaces externos
- Materiales de moldeo para moldeo por inyección de núcleo fusible