4 mejores prácticas para optimizar las tolerancias de moldeo por inyección

El moldeo por inyección es un método de fabricación versátil ideal para la producción en masa. El proceso consiste en inyectar termoplásticos o termoestables fundidos en moldes de metal duradero, expulsar la pieza una vez que se haya enfriado y luego repetir ese proceso. Esto permite a los fabricantes producir de forma rápida y económica grandes volúmenes de componentes idénticos que cumplen de forma fiable los estrictos requisitos mecánicos.

Si bien factores como la contracción del material, que se produce de forma natural a medida que se fragua el plástico, se pueden predecir con bastante facilidad, se esperan ligeras variaciones entre las piezas. Sin embargo, es fundamental que los equipos de productos establezcan un rango preciso de variación aceptable que permita que la pieza funcione según lo previsto. Estos rangos aceptables de desviación, o "tolerancias", se vuelven especialmente importantes para piezas más grandes, así como también para aquellas ensambladas a partir de múltiples componentes. Si la variación entre los componentes no se mantiene dentro de los límites aceptables para las tolerancias de moldeo por inyección estándar, es posible que no encajen del todo y que las piezas no funcionen como se espera.

Los moldes de inyección generalmente se mecanizan con CNC con tolerancias de +/- 0,005 pulgadas, a menos que se requieran tolerancias más restrictivas. En general, el moldeo por inyección de "tolerancia estrecha" se refiere a +/-0,002 pulgadas de variación, y "muy ajustado" a +/-0,001 pulgadas. Las tolerancias normales para el moldeo por inyección tienden a ser menos costosas de fabricar que las piezas con tolerancias estrictas, por lo que determinar la tolerancia óptima para una pieza en particular es vital para producir piezas de alta calidad a un precio asequible.

Aquí hay algunas pautas de tolerancia de moldeo por inyección que los diseñadores e ingenieros pueden seguir para optimizar las tolerancias de las piezas:

1. Diseñe piezas para la fabricación

Anticipar los problemas de tolerancia al principio de la fase de diseño es clave para evitar rediseños costosos y lentos durante las etapas posteriores de la producción. Para minimizar el potencial de deformaciones y desalineaciones de las piezas, los diseñadores deben asegurarse de que se adhieren a las mejores prácticas de diseño para la fabricación (DFM). Los principios de DFM implican el diseño de piezas teniendo en cuenta el método específico de fabricación. El método de fabricación, y sus restricciones únicas, deben informar factores como el grosor de la pared, los ángulos de inclinación y las características de diseño, como las protuberancias.

Mantener espesores de pared uniformes en toda una pieza es clave para evitar índices de contracción desiguales, lo que puede provocar deformidades que inhiban la capacidad de la pieza para mantener tolerancias estrictas. En muchos casos, las características de diseño, como las nervaduras de soporte, son más eficientes y efectivas para brindar resistencia que aumentar el grosor de la pared.

Los ángulos de desmoldeo, la ligera conicidad aplicada a las superficies de las piezas alineadas con la dirección de extracción, son esenciales para garantizar que el componente se expulse fácilmente del molde sin deformarse ni sufrir rasguños. Los ángulos apropiados varían naturalmente según el diseño de la pieza y el acabado superficial deseado, pero 1,5 a 2 grados de inclinación generalmente es un mínimo seguro para la mayoría de las piezas moldeadas por inyección.

Los salientes son características de piezas elevadas que se utilizan comúnmente para unir varios componentes de plástico durante el ensamblaje. Si los salientes se diseñan demasiado gruesos, pueden causar marcas de hundimiento en las superficies de las piezas. Además, si las protuberancias no están unidas a las paredes laterales de una pieza (normalmente a través de nervaduras de soporte), se vuelven propensas a distorsionarse o deformarse, lo que puede impedir significativamente la capacidad de los componentes para unirse.

2. Seleccione el material ideal para la aplicación

La tolerancia de las piezas moldeadas por inyección también puede verse significativamente afectada por el material, razón por la cual la selección del material es tan importante como el diseño de la pieza. El moldeo por inyección es compatible con una amplia gama de resinas plásticas, cuyas características mecánicas pueden reforzarse o modificarse con aditivos, rellenos y estabilizadores. La flexibilidad de elección de materiales que ofrece el moldeo por inyección es muy beneficiosa para los equipos de productos, ya que les permite refinar y mejorar el material y las cualidades de rendimiento que buscan para una aplicación específica.

Es importante tener en cuenta que las diferentes resinas tienen diferentes tasas de contracción, lo que debe tenerse en cuenta tanto en la selección del material como en el diseño de las herramientas de moldeo. Si los ensamblajes de piezas incluyen componentes hechos de más de un material, se deben tener en cuenta las diferentes tasas de contracción para garantizar que las piezas individuales encajen como se esperaba. Tener una comprensión clara de las diversas propiedades de resinas particulares es clave para garantizar tolerancias constantes en el moldeo por inyección de plástico.

3. Tenga en cuenta las consideraciones de herramientas

Debido a que las herramientas de moldeo suelen estar diseñadas para ser ligeramente más grandes (para tener en cuenta la contracción del material), es importante determinar primero qué material(es) se utilizará. Las herramientas bien diseñadas juegan un papel integral para garantizar que las piezas se enfríen correctamente y cumplan con los estrictos estándares de tolerancia del moldeo por inyección.

Las herramientas de molde deben proporcionar un calentamiento y enfriamiento constantes y repetibles entre disparos; de lo contrario, será difícil mantener tolerancias estrictas, lo que es especialmente importante tener en cuenta a medida que las piezas (y las herramientas) aumentan en complejidad. Un enfriamiento deficiente o inconsistente puede conducir a desviaciones significativas de los requisitos de tolerancia. Al monitorear la presión de inyección, la viscosidad de la resina y el tiempo de llenado, los ingenieros pueden rastrear y ajustar las variables de producción para garantizar la presión, el calentamiento y el enfriamiento adecuados durante el proceso de inyección.

Determinar una ubicación ideal para la entrada (la abertura a través de la cual fluye la resina hacia el molde) ayuda aún más a evitar rellenos desiguales y minimizar la contracción y deformación inadecuadas. Las piezas moldeadas por inyección complejas pueden requerir más de una compuerta para garantizar distribuciones uniformes de llenado y un enfriamiento adecuado. Asimismo, la ubicación de los pasadores eyectores puede afectar la consistencia de las dimensiones, ya que algunos materiales pueden no ser completamente rígidos cuando se retiran del molde (a menudo para minimizar el tiempo del ciclo). Es vital colocar los pasadores de manera que minimicen la deformación y el daño al acabado de la superficie.

Si bien las tolerancias de las herramientas en sí suelen estar muy estrictamente controladas (y los moldes mecanizados por CNC permiten cierto grado de refinamiento si no están produciendo componentes dentro de una tolerancia aceptable), esta es otra consideración importante que los equipos de productos deben verificar dos veces.

4. Implementar controles de proceso repetibles

Los procesos de fabricación involucran una cantidad significativa de variables que pueden afectar la viabilidad y la calidad de una pieza, y los controles de proceso son un medio para calibrar estas variables a fin de minimizar la desviación.

Los sensores de presión y temperatura integrados en las herramientas del molde a menudo desempeñan un papel clave en el desarrollo de controles de proceso sólidos, ya que brindan información en tiempo real sobre estos parámetros, lo que permite a los equipos realizar ajustes rápidos si se detecta una variación inaceptable. Una vez que esas variables se controlen de manera repetible, las herramientas del molde podrán crear piezas con tolerancias precisas y variaciones mínimas.

Las resinas plásticas generalmente tienen coeficientes de expansión térmica más altos, lo que significa que son más propensas a cambiar de tamaño a medida que cambian las temperaturas. Como tal, las piezas con tolerancias más estrictas a menudo deben medirse a temperaturas constantes para garantizar la consistencia dimensional y el rendimiento.

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Si bien cierto grado de variación es inevitable en la fabricación, garantizar que estas desviaciones se mantengan dentro de rangos aceptables es crucial para producir piezas de alto rendimiento y dimensionalmente consistentes. Los procesos confiables y repetibles, las herramientas de moldeo de alta calidad y la optimización de los diseños de las piezas para la fabricación son claves para garantizar la precisión y la calidad uniforme de pieza a pieza.

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