Inyeccion Plastica 12q56

INYECCIÓN PLÁSTICA por

Ricardo Roberto Lembo

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CONTENIDO Nota Preliminar CAPITULO I: Nociones Introductorias

Materias plásticas. Generalidades. Termoplásticos. Ensayos a la llama. Propiedades. Teñido. Presecado. Concepto de carga térmica. CAPITULO II: La técnica de inyección

Generalidades. Presión de inyección y fuerza de cierre. Máquinas inyectoras. Jeringa inyectora. Colocación de moldes. El ciclo de inyección. Efectos del espesor de pared de la pieza inyectada. Obturación de la colada en la apertura del molde. Esponjado. Procesamiento de las coladas. Precauciones. Observaciones. CAPITULO III: Cavidades de moldes

Generalidades. Técnicas para la construcción de cavidades. Mecanizado. Acuñado. Electroerosión. Electrodeposición. Fundición de “kirksite”. Fundición al vacío. Resinas epoxy. Cavidades de dos mitades. CAPITULO IV: Mecanismos de moldes y refrigeración

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Generalidades. Sistemas de expulsión. Expulsión por expulsores. Expulsión por placa.Moldes con movimientos múltiples. Moldes con corredera. Movimientos en etapas. Moldes para piezas roscadas. Robadores. Coladas. Colada directa. Colada anular. Colada por rebaba. Colada standard. Colada sumergida. Colada pin-point (punta de alfiler). Colada caliente. Velocidad de llenado. Refrigeración. Refrigeración de las cavidades. Refrigeración de los machos. Enfriadores. Dimensiones típicas. Portamoldes universal para expulsión por placa.

NOTA PRELIMINAR La mayor parte de las personas que habiendo oído hablar de la técnica de inyección y que tienen o han tenido algún proyecto industrial vinculado con dicha tecnología han llegado a creer que, indefectiblemente, se necesita mucho capital para acceder a la misma o bien que se trata de una disciplina muy difícil de aprender. Ciertamente, la experiencia de un matricero profesional vale mucho. A veces tanto que sus honorarios pueden llegar a desanimar a no pocos clientes. Algunas personas habrán querido dedicarse a esta rama de la actividad industrial, pero quizás después de no haber encontrado dónde aprender de manera sistemática y organizada, han desistido. La experiencia del autor prueba que la realidad puede ser diferente: muchas cosas se pueden lograr con pocas herramientas y, eventualmente, aquello que deba ser realizado por terceros no siempre resulta inaccesible. Si uno aprende a diseñar un molde de inyección, el costo total que resulte de encargar aunque sea la mayor parte de las piezas a un taller de mecanizado, normalmente será inferior al que tendría la construcción del molde completo por un matricero profesional. Cuando uno sabe lo que se necesita hacer, se da cuenta que puede hacer mucho, aun con escasos medios o herramientas.

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El propósito de este trabajo es ayudar al lector a que, si tiene alguna desconfianza acerca de la posibilidad de los logros que se sugieren, el aprendizaje que obtenga le permita iniciarse en esta industria con optimismo y con la ventaja de que no necesitará descubrir trabajosamente los secretos por sí mismo. La lectura de esta modesta obra no le llevará los veinte años que el autor invirtió en aprender lo suficiente como para poder escribirla.

Ricardo Roberto Lembo

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CAPÍTULO I: NOCIONES INTRODUCTORIAS

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Materias plásticas. Generalidades MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM En la actualidad existe una enorme variedad de materiales plásticos, entendiendo por tales todos aquellos que, sin ser metales, son susceptibles de ser moldeados para la conformación de diversos tipos de piezas. Puede decirse que prácticamente para cualquier aplicación hoy existe algún material plástico adecuado. Cada vez con más frecuencia se reemplazan los antiguos materiales como la madera, el papel y, en muchos casos, hasta algunos metales, debido a que el empleo de los nuevos materiales reduce los costos de manera importante y además permite una amplia libertad en cuanto al diseño, factores ambos de gran importancia en un mercado competitivo. Si bien existen varias maneras de clasificar las materias plásticas, vamos a agruparlas según tres tipos principales, a saber: 1. Materiales termoestables Son aquellos plásticos que una vez moldeados ( usualmente en moldes de acero, mediante presión y calor) no pueden volver a ablandarse por ulterior calentamiento. La aplicación de calor excesivo sólo conduce a la eventual carbonización de la pieza. Ejemplos: bakelita (utilizada por la industria eléctrica en la fabricación de cajas para interruptores, enchufes, etc.), urea, melamina (empleadas en vajilla, ceniceros). 2. Resinas plásticas Son materiales que se presentan en la forma de dos o más componentes generalmente líquidos que, luego de ser mezclados, reaccionan químicamente entre sí dando origen a un material sólido. El producto final no puede ser ablandado mediante el calor. La diferencia principal frente a los materiales termoestables es que normalmente no se necesitan moldes de acero, puesto que no hace falta presión y, según el tipo de resina, puede tampoco requerirse calor, es decir que la reacción química puede realizarse a temperatura ambiente y en moldes abiertos. Se prestan especialmente para ser trabajadas mediante la técnica de colada, la cual veremos más adelante cuando estudiemos uno de los numerosos métodos de construcción de cavidades de moldes. Ejemplos: resinas poliéster (empleadas en náutica y automovilismo para la construcción de cascos y partes de carrocería mediante la impregnación de fibra de vidrio, piezas ornamentales coladas en moldes de caucho de silicona), resinas epoxy ( si bien son más costosas, tienen las mismas aplicaciones que

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las poliéster con la ventaja de no presentar contracción ni deformación alguna al endurecer. Por este motivo y también gracias a su menor fragilidad resultan aptas para la construcción de matrices y moldes). 3. Materiales termoplásticos Son los más abundantes y es a su empleo a lo que apunta el objetivo de este trabajo. Pueden moldearse con facilidad, usualmente en moldes cerrados y resistentes mediante las técnicas de inyección y de soplado, o bien se pueden conformar piezas sobre moldes abiertos y de una sola cara empleando la técnica de termoformado. La principal característica materiales es que la aplicación de calor los ablanda.

de

estos

Actualmente casi cualquier objeto de plástico que observemos está realizado con algún material termoplástico. Ejemplos: polietileno (envases, tapas, etc.), alto impacto (gabinetes, envases descartables, juguetes, etc.), polipropileno (enchufes, autopartes, etc.). A continuación vamos a centrarnos en este tipo de materiales. TERMOPLASTICOS Los termoplásticos presentan diferentes propiedades según su naturaleza química. Hay termoplásticos blandos, rígidos, flexibles, similares a la goma, opacos, brillantes, translúcidos, transparentes como el vidrio, resistentes a los ácidos o a otros productos químicos, etc. Todos ellos poseen un comportamiento determinado frente al calor: el aumento de la temperatura hace que se ablanden en forma progresiva. Si se expone un trozo de material termoplástico a una temperatura creciente, pronto se comprueba que no existe una temperatura definida a la cual el material se “funda”, pasando al estado líquido. Hay en cambio un intervalo de temperatura dentro del cual el material se vuelve más o menos “pastoso”. Dentro de dicho intervalo diremos que el material se encuentra plastificado. Si la temperatura aumenta por encima del intervalo de plastificación, el material se descompone en subproductos no utilizables. Le proponemos el siguiente experimento. Tome un tubo vacío de tinta de cualquier bolígrafo descartable (el tubo es de polietileno) y, haciéndolo girar lentamente sobre su eje, acérquelo al calor de una llama pero sin que el fuego alcance a tocar directamente al material. Va a observar que el tubo comienza

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a volverse transparente y a ablandarse. Podrá tocar el tubo con los dedos tan cerca como desee de la zona transparente y caliente sin quemarse. Esto se debe a que, aunque la zona transparente y blanda debe estar probablemente a 110/120 grados centígrados, las regiones vecinas se conservan frías: los termoplásticos son muy malos conductores del calor. La misma experiencia no podría hacerse con un trozo de metal (buen conductor). Si prosigue calentando podrá ver que el material se ablanda todavía más hasta que, finalmente y quizás acercando más la llama, llega a inflamarse produciendo una pequeña llama de color azul y enseguida comienza a gotear. El material alcanzó la temperatura de descomposición (sobrepasó el intervalo de plastificación). Durante el experimento su olfato le habrá permitido reconocer un olor similar al de la parafina. Repita el experimento tratando de estirar el tubo. Verá que esto es más fácil a medida que la temperatura asciende (mientras se mantenga dentro del intervalo de plastificación) debido al ablandamiento progresivo del material. Habrá notado que el material plastificado no llega nunca a ser un líquido flúido. No es una excepción el material que gotea en la descomposición, puesto que dejó de ser polietileno. Sólo es un subproducto inutilizable como termoplástico. El material solamente es susceptible de ser elaborado para darle forma cuando su temperatura está dentro del intervalo de plastificación. Será necesario emplear métodos de moldeo que tengan en cuenta la alta viscosidad que poseen los termoplásticos en ese intervalo. La mayoría de los termoplásticos presenta un intervalo de temperaturas de plastificación bastante amplio, razón por la cual la temperatura no es un factor demasiado crítico, aun cuando se la mide y controla a fin de optimizar resultados. La temperatura de moldeo o elaboración puede ser elegida dentro del intervalo de plastificación teniendo en cuenta consideraciones que veremos más adelante. Existen algunas excepciones en cuanto a la amplitud del intervalo de plastificación, por ejemplo la que corresponde al material denominado policloruro de vinilo, más conocido por la sigla PVC. El riesgo del trabajo con PVC radica en que si se excede el límite superior del intervalo de plastificación y sobreviene la descomposición química, habrá un desprendimiento de gas cloro como subproducto, altamente oxidante y tóxico. Por ello es conveniente que, además de disponer de un buen control de la temperatura, el herramental que se emplee se encuentre cromado para prevenir la oxidación y el lugar de trabajo esté suficientemente aireado. Una eventual falla (humana o del

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equipo) que determinara la descomposición del PVC podría causar la oxidación y engrane de las partes no cromadas de la máquina utilizada. Por los riesgos anteriores no todos los talleres se dedican a la elaboración de piezas de PVC. Ensayos a la llama A veces se necesita averiguar de qué material termoplástico está confeccionada una pieza. Con frecuencia el observador experimentado puede reconocer un material con sólo examinar el aspecto de la pieza (brillo, dureza, etc.), pero cuando no se tiene experiencia conviene aplicar un método muy sencillo que consiste en estudiar el comportamiento del material cuando se lo expone a una llama en o directo. Cuando en el experimento anteriormente propuesto con el tubo de polietileno usted llegó a quemar el material, realizó un ensayo a la llama. Toda vez que al quemar un material se encienda con llama azul, gotee y, al apagarse la llama los vapores huelan a parafina, el material en cuestión será polietileno. Le proponemos que ahora ensaye el propio cuerpo de plástico del bolígrafo (sea transparente u opaco). Terminará por arder con llama de color amarillo-anaranjado y con desprendimiento de hollín. Los vapores emanados tendrán el olor del gas estireno. Así habrá reconocido al termoplástico denominado poliestireno, que es un material rígido, barato y relativamente frágil (se lo usa en los cuerpos de bolígrafos descartables por su bajo costo, no importando su fragilidad dado que no se necesita que el producto dure mucho tiempo). Le recomendamos que consiga algunas piezas de diferentes materiales (asegúrese de saber de qué material está hecha cada una) y las ensaye a la llama. Observe bien lo que ocurre en cada ensayo: si el material se inflama o no, el color de la llama si la hay, si gotea o no, si desprende hollín o no y el olor de los vapores al apagarse la llama. Tome notas de lo observado para cada material y practique. No se preocupe demasiado si tiene dudas. Esto es normal al principio. La experiencia solamente la obtendrá con el tiempo, pero si practica, la obtendrá. Propiedades Además del comportamiento característico de cada termoplástico frente a la llama y que posibilita su identificación, todo termoplástico reúne generalmente propiedades diferentes a temperatura ambiente, como ser su apariencia y su resistencia mecánica. Dada la gran cantidad de materiales existentes es imposible hacer una reseña completa sin desvirtuar el propósito de este trabajo. Sin embargo, a manera de ejemplos, vamos a consignar algunos de los materiales más utilizados. Por su apariencia, los termoplásticos se pueden

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clasificar en: opacos, translúcidos y transparentes. A menudo un material normalmente transparente puede presentarse como opaco mediante la incorporación de pigmentos que lo tiñen. Ejemplos: poliestireno, SAN, policarbonato. Lo mismo ocurre con materiales normalmente translúcidos (la luz puede atravesarlos pero no son transparentes como un cristal) que, por teñido, pueden presentarse como opacos. densidad), polipropileno.

Ejemplos:

opacos se presentan en variedad de colores.

Los

polietileno materiales

Ejemplos:

alto

(alta

y

baja

normalmente impacto,

ABS.

Por sus características mecánicas se puede clasificar los termoplásticos según su dureza o bien según su aptitud para los esfuerzos. Según su dureza los termoplásticos pueden ser: rígidos, semirrígidos o blandos. Ejemplos: alto impacto, poliestireno, policarbonato. polietileno alta densidad, polipropileno.

Rígidos: SAN, ABS, Semirrígidos:

Blandos: polietileno baja densidad, PVC, Santoprene (marca registrada de Monsanto). Según su aptitud para los esfuerzos los termoplásticos pueden ser frágiles, tenaces o flexibles. Ejemplos: Frágiles: poliestireno. Tenaces: ABS, policarbonato. Flexibles: polietileno (alta y baja densidad), PVC. Existen otras propiedades de los termoplásticos que se refieren a aplicaciones específicas, como ser su resistencia al calor y al desgaste o

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abrasión. Termoplásticos resistentes al calor (hasta cierta temperatura, denominada temperatura máxima de servicio) son, por ejemplo, el policarbonato (resiste sin deformarse hasta unos 150 °C) y el polipropileno (mucho más económico aunque algo menos resistente). El primero se emplea frecuentemente en recipientes térmicos que además deban ser irrompibles, en tanto que el segundo ha desplazado a la bakelita (un termoestable frágil) en la fabricación de enchufes y tomacorrientes. Entre los termoplásticos resistentes al desgaste puede citarse la poliamida (más conocida por la marca comercial Nylon), que se emplea para la fabricación de engranajes y acepta el agregado de fibra corta de vidrio, lo que da a las piezas mayor tenacidad, y las resinas acetálicas, que además de utilizarse en engranajes se aplican en la fabricación de material eléctrico de alta resistencia mecánica, autopartes y electrodomésticos. Teñido Los materiales termoplásticos normalmente se presentan en la forma de granulado o perla en bolsas de 25 kilos. Hay materiales que, por ser ampliamente utilizados, pueden conseguirse en cualquier coloración que se desee. En otros casos, o bien cuando se necesita un color diferente del natural, propio del material, debe procederse al teñido del mismo. Para ello existen varios procedimientos posibles: el teñido con pigmentos, ya sea en polvo, en solución o en la forma de master-batch, y el teñido mediante la técnica denominada extrusión. Seguidamente vamos a comentar cada uno de dichos procedimientos. 1. Teñido con pigmentos en polvo El granulado de material puede teñirse agregándole aproximadamente tres a cinco gramos de pigmento de color para plásticos por cada kilogramo de material. Al comprar el pigmento debe aclararse qué material se va a teñir. Esto se debe a que el tono del pigmento puede modificarse según la temperatura de plastificación a la que se lleve posteriormente el material, la cual generalmente es diferente para diferentes termoplásticos. Si bien existen máquinas mezcladoras, puede lograrse un teñido adecuado agitando el material junto con el pigmento en una bolsa bien cerrada (el pigmento es un polvo sumamente fino y de fácil dispersión. Si una pequeña cantidad de él escapara, mancharía la piel y las ropas). Tres o cuatro minutos de agitación suelen ser suficientes para que el pigmento quede bastante bien adherido a la superficie

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de cada gránulo de material. Si bien el pigmento no penetra en el volumen interior del granulado, el proceso de elaboración posterior conduce a un cierto grado de homogeneización del color resultante, especialmente cuando el material plastificado puede ser amasado por la propia máquina, como es el caso de las extrusoras o de las inyectoras de tornillo, las cuales poseen un tornillo sinfín que sirve a tal efecto. En máquinas inyectoras a pistón, más antiguas que las de tornillo, no existe un amasado previo y la coloración de las piezas inyectadas no resulta tan homogénea. 2. Pigmentos en solución Debido a que el pigmento aplicado en la forma que hemos descripto implica un manipuleo no muy limpio, se desarrolló la técnica de emplear pigmentos en solución líquida. Ésta se agrega directamente al material natural que se encuentra en el depósito de carga (tolva) de la inyectora, a través de una tubería flexible que es alimentada por un sistema de bombeo auxiliar. Es un método de teñido limpio y que da buenos resultados, pero su empleo no se encuentra todavía muy difundido entre nosotros. En cambio, mucho más común es el método que sigue. 3. Teñido con master-batch Con la misma finalidad de lograr un procedimiento limpio de teñido, se desarrolló la técnica de master-batch. Se trata del empleo de un granulado termoplástico que ha sido teñido en la fábrica de colorantes con una gran proporción de pigmento. Su manipuleo resulta entonces completamente limpio y el resultado de agregar un puñado de master-batch a una bolsa de veinticinco kilos de material es equivalente al de la técnica de usar pigmentos en polvo. 4. Extrudado La otra forma de lograr un buen teñido es hacer que el material pase junto con el pigmento a través de una máquina denominada extrusora, como ya hemos mencionado. La máquina produce varios filamentos en forma continua y de unos 3 ó 4 mm de diámetro. Dichos filamentos, una vez enfriados, son cortados automáticamente en la forma de pequeños cilindros que constituyen un granulado perfectamente teñido. Muchos talleres de inyección que sólo disponen de inyectoras a pistón (recuerde que no producen un teñido muy homogéneo) llevan a extrudar materiales a fin de darles la coloración que se necesita, particularmente cuando las exigencias de calidad en el aspecto de las piezas así lo requiere. Si se dispone de inyectoras a tornillo no es necesaria la extrusión previa puesto que tales máquinas proporcionan una coloración uniforme en el mismo momento de la inyección.

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Presecado La mayor parte de los materiales rígidos como el poliestireno, alto impacto, SAN, ABS, policarbonato o la poliamida (por citar algunos de los más utilizados) tienen tendencia a absorber humedad del medio ambiente (se dice que son materiales higroscópicos). Aun cuando la cantidad de agua que pueden absorber es muy pequeña, si no se la elimina antes de proceder a inyectar el material aparecerán manchas, vetas o, en general, un aspecto nacarado o estriado en la superficie de las piezas inyectadas. Asimismo, la resistencia mecánica de las mismas se verá disminuida. Por estas razones se hace necesario presecar estos materiales. Antes de comentar en qué consiste el proceso de presecado, señalaremos que, en el caso de que el material deba ser teñido con pigmentos en polvo, conviene teñir primero y presecar después, debido a que el pigmento también puede haber absorbido humedad. Existen secadores comerciales (funcionan con un calefactor eléctrico y un potente ventilador y hacen que circule aire caliente a través del granulado a presecar), suelen ser costosos y tener un alto consumo de energía. Si bien son imprescindibles cuando los volúmenes de producción son grandes, se los puede obviar cuando la producción es pequeña (pocos kilos de material por hora), como suele suceder cuando uno empieza a desarrollar esta industria. Existe una forma casera de presecar materiales. Es suficiente con colocar una capa de material (natural o teñido) de no más de 2 centímetros de espesor en una bandeja metálica o enlozada y calentarlo en el horno de una cocina doméstica por espacio de dos horas, como mínimo (los proveedores de materiales suelen aconsejar los tiempos de presecado más convenientes). El horno debe ajustarse en la posición de mínimo y, eventualmente, debe entreabrirse la puerta si la temperatura llega a hacerse excesiva. Conviene hacer un ensayo para saber si la temperatura es correcta, dejando el horno encendido una media hora, antes de colocar el material, y probar luego con un pequeño puñado de granulado. Si la temperatura es excesiva los gránulos se soldarán entre sí y habrá que entreabrir un poco más la puerta del horno. En el caso contrario, el granulado permanecerá sin soldar, siendo la temperatura probablemente algo baja y será necesario cerrar un poco más la puerta. Una vez determinado el ajuste del horno como para lograr que el granulado no se suelde y a la temperatura más alta en la que esto se pueda lograr, se realizará el presecado de la cantidad total de material que quepa en la bandeja, revolviendo cada quince o veinte minutos para que el material se airee y se uniformice mejor la temperatura.

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Concepto de carga térmica Hemos señalado anteriormente la propiedad de que con el aumento de la temperatura los materiales termoplásticos sufren un ablandamiento progresivo o, lo que es lo mismo, una disminución de su viscosidad. Ahora vamos a profundizar un poco más esta noción dado que será de fundamental importancia cuando se trate de comprender la técnica de inyección, la cual veremos en el próximo capítulo. Debido a que los termoplásticos son malos conductores del calor se necesita cierto tiempo de calentamiento para que una dada cantidad de material adquiera una determinada temperatura. Asimismo, una vez alcanzada dicha temperatura, se observa que la viscosidad del material disminuye progresivamente tanto más cuanto mayor es su tiempo de permanencia en ella. Es posible inclusive que ocurra la descomposición química del termoplástico si ese tiempo es excesivo (varios minutos), aún cuando la temperatura se hubiese encontrado dentro del intervalo de plastificación. Este comportamiento muestra que son dos los factores que determinan la viscosidad de un material plastificado: la temperatura y el tiempo de calentamiento. Ambos factores establecen lo que se denomina carga térmica del material, la cual es una medida de la cantidad de calor que le ha sido entregada. El resultado neto es que la viscosidad, propiedad fundamental a la hora de inyectar el material, disminuye cuando aumenta la carga térmica y viceversa. Hallándose ésta determinada por la temperatura y el tiempo, es fácil ver que una misma viscosidad podrá obtenerse variando adecuadamente esos dos factores, esto es, disminuyendo (o aumentando) la temperatura y aumentando (o disminuyendo) consecuentemente el tiempo. Esto es lo que se hace en la técnica de inyección: se trata de disminuir todo lo posible el tiempo (para que, al mejorar el ritmo de producción, disminuyan los costos) compensándolo con aumentos de la temperatura. Estos ajustes están limitados, no obstante, por el hecho de que el tiempo no puede llegar a ser tan pequeño como para que el material no alcance a adquirir una temperatura más o menos homogénea (esta limitación se reduce en las inyectoras a tornillo, ya que el amasado del material homogeneiza más rápidamente la temperatura). Estos conceptos se irán aclarando a medida que estudiemos la técnica de inyección.

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PRINCIPALES PROPIEDADES DE LOS TERMOPLÁSTICOS MÁS IMPORTANTES 16 Rígido Semirrígido duro

PROPIEDADES

Semirrígido blando Blando

MECÁNICAS

Frágil Tenaz Transparente

ASPECTO

Opaco Brillante

COLOR DE LA LLAMA EXPOSICIÓN A LA

Azul Amarillo/Anaranjad o Verde Burbujas

ARDE

Goteo Chisporroteo

CON

Luminosidad

LLAMA

Hollín

AL APAGARSE LA LLAMA LOS VAPORES HUELEN A POLICARBONATO

130

260

POLIPROPILENO

150

230

POLIESTIRENO

70

200

ALTO IMPACTO

80

210

SAN

80

220

ABS

80

200

POLIETILENO ALTA DENSIDAD POLIETILENO BAJA DENSIDAD POLIAMIDA

120

160

70

120

80

250

PVC

60

120

TEMPERATURA MÁXIMA DE SERVICIO (°C)

f

e f n e o n l o l

e s t i r e n o

e s e t s i t r i e r n e o n o

e s t i r e n o

p a r a f i n a

p a r a f i n a

c u e r n o q u e m a d o

TEMPERATURA MEDIA DE PLASTIFICACIÓN (°C)

á c i d o c l o r h í d r i c o

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CAPÍTULO II:

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LA TÉCNICA DE INYECCIÓN

Generalidades Antes de examinar detalladamente los distintos aspectos de la técnica de inyección, creemos importante dar una visión de conjunto que luego iremos profundizando a fin de lograr un conocimiento lo más integrado posible. Si recordamos que los termoplásticos disminuyen su viscosidad a medida que aumenta su carga térmica pero sin “licuarse” completamente (a lo sumo alcanzarán una fluidez que podrá ser situada, a fines comparativos, entre la de una pasta dental y la de la miel) puede entenderse fácilmente que, para fabricar piezas a partir de tales materiales sean necesarios moldes cerrados (que, obviamente, puedan abrirse a voluntad a fin de desmoldear las piezas) y máquinas capaces de introducir en ellos el material a presión. Los moldes deben tener la robustez suficiente como para soportar, sin deformarse, dicha presión, la cual llamaremos en adelante “presión de inyección”. El ingreso del material ocurre asimismo en forma muy rápida (a lo sumo escasos segundos) lo que evita el enfriamiento prematuro del mismo sin que se hubiera llenado completamente el molde. Generalmente se mantiene frío a este último mediante la circulación de agua a través de canales practicados en sus paredes. A medida que el material inyectado rápidamente y a presión dentro del molde se va enfriando, sufre simultáneamente una contracción. Ésta depende del material y oscila alrededor de un 1% de un material a otro. Esto significa que la cavidad del

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molde debe ser ese porcentaje más grande que la pieza que se desea fabricar. Aunque es difícil pronosticar exactamente la contracción de una dada pieza, baste saber que materiales como el alto impacto, SAN, ABS, policarbonato contraen algo menos que el polietileno (aproximadamente un 1 %) y éste a su vez menos que el polipropileno. Uno de los materiales que más contraen es el Santoprene, con una contracción porcentual del orden del 2 %. Si bien estas contracciones son pequeñas, para piezas de precisión es conveniente hacer ensayos previos a la construcción del molde, es decir, inyectar en un molde sencillo que produzca una pieza similar en dimensiones y que permita obtener, por medición de la cavidad y de la pieza resultante, un valor de contracción más realista. En menor medida la contracción de un material depende de la forma de la pieza, de la dirección en que fluyó el material para llenar el molde, de la temperatura y de la presión de inyección. Por estos motivos ningún proveedor de materiales termoplásticos se arriesga a dar un valor de contracción “exacto”, dado que depende de tantos factores. Más adelante veremos cómo la contracción trae aparejados otros efectos (los denominados rechupes) que es importante aprender a corregir. Las máquinas inyectoras permiten instalar los moldes de modo que estos se abren y cierran accionados por movimientos de la propia máquina. Cuando el material inyectado se ha enfriado lo suficiente, la máquina abre el molde y se extrae o es expulsada la pieza mediante algún tipo de mecanismo de expulsión que posee el molde (como veremos en el último capítulo) en la mayoría de los casos. La pieza expulsada se denomina colada. A continuación la máquina cierra el molde y el ciclo se repite. Se sobreentiende que cuanto más rápida sea la inyección y más rápido el enfriamiento de la colada, más elevado será el volumen de producción por hora y, por lo tanto, menor el costo. Presión de inyección y fuerza de cierre Para ejemplificar algunos conceptos consideremos un molde sencillo (ver Figura II-1), con el cual se fabrica una pieza de forma cuadrada de 60 milímetros por lado y 2 milímetros de espesor. El molde consiste en dos placas metálicas que pueden separarse o aproximarse mediante la guía de un par de columnas, como se muestra en corte en la figura. En el centro de la placa de la derecha se encuentra instalada, en forma ajustada, una pieza

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torneada que denominaremos boquilla del molde. Será a través de tal boquilla que la máquina inyectará el material. Las máquinas inyectoras poseen dos placas robustas, capaces de movimiento, entre las cuales se instalan los moldes a inyectar. La Figura II-2 muestra colocado el molde del ejemplo. La Figura II-3 representa en corte al molde completamente lleno de material, mientras está actuando la presión de inyección, la cual se transmite a las paredes del molde en tanto que la masa termoplástica se encuentre en estado plastificado. Vamos a calcular las fuerzas que se establecen, para lo cual aceptaremos que bastará con multiplicar la presión por la superficie que estemos considerando. Si suponemos una presión de inyección de 50 kilos por centímetro cuadrado, la fuerza total ejercida por el material inyectado sobre el fondo de la cavidad será de 50 x 36 kilos = 1.800 kilos. Las dos placas de la inyectora, que en adelante llamaremos platos, deben mantener el molde cerrado para evitar que el material fluya al exterior (se formarían las denominadas rebabas, que luego habría que recortar). Para ello, en este ejemplo, deben cerrarse con una fuerza superior a los 1.800 kilos que calculamos. Esta es la que se denomina fuerza de cierre de la máquina inyectora. En general, si llamamos superficie de cierre a la zona de separación de las dos mitades de un molde (la cual con frecuencia será simplemente un plano de cierre), siempre existirá una superficie efectiva de la colada que será la que habrá que tener en cuenta. Tal superficie efectiva es la proyección de la colada en el plano de cierre (véase la Figura II-4). Volvamos ahora al ejemplo de la pieza cuadrada de 6 cm por lado y 0,2 cm de espesor. La fuerza que se desarrolla sobre las paredes laterales del molde (ver Figura II-5 a) puede calcularse de la misma manera que se calculó la que actuaba sobre el fondo. Sobre cada uno de los cuatro lados del cuadrado actúa una fuerza, suponiendo la misma presión de inyección que antes, de 50 x 6 x 0,2 kilos = 60 kilos, la cual deberá ser absorbida por cada una de las cuatro paredes laterales del molde. Si éstas fueran muy delgadas como para poder soportar tal esfuerzo, podrían llegar a doblarse (ver Figura II-5 b). El concepto importante que debe extraerse de lo anterior es que la fuerza necesaria de cierre, para un dado valor de presión de inyección, será tanto más grande cuanto mayor sea la superficie de la colada proyectada en el plano de cierre.

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Se deduce de lo explicado anteriormente que si la inyectora no puede proporcionar suficiente fuerza de cierre, será necesario disminuir la presión de inyección. En este caso también es probable que deba aumentarse la carga térmica a fin de que el material se vuelva menos viscoso y fluya más fácilmente dentro del molde. Máquinas inyectoras Desde los primeros tiempos de la inyección plástica hasta hoy se han desarrollado diversos tipos de máquinas inyectoras. Todas ellas poseen dos partes principales: el mecanismo de cierre y el cabezal inyector, como se ha esquematizado en la Figura II-6. Existen los más variados mecanismos de cierre, desde los más simples de las máquinas antiguas hasta los más elaborados y complejos de las modernas. Aunque todavía se emplean máquinas con mecanismos de cierre manual (a palanca), se ha universalizado el accionamiento hidráulico, habiéndose utilizado también mecanismos neumáticos en máquinas pequeñas. El mecanismo de cierre actúa sobre el llamado plato móvil, proporcionando también el movimiento de apertura y cierre del molde. El otro plato, denominado plato del lado boquilla, sirve para sostener la mitad fija del molde y también soporta el esfuerzo de cierre. El cabezal inyector consta de un cilindro de acero u horno, calentado mediante resistencias eléctricas, en el cual el material termoplástico se plastifica. El ingreso del material al horno se realiza a través de una tolva de carga y su cantidad se regula mediante algún tipo de mecanismo dosificador que todas las inyectoras poseen. Las primeras inyectoras que se construyeron eran máquinas denominadas a pistón, en las cuales un émbolo móvil dentro del horno se ocupaba de realizar el trabajo de inyectar la masa plastificada en el interior de los moldes. Las inyectoras a pistón presentan algunas limitaciones en cuanto al volumen de la masa a inyectar y con respecto al grado de homogeneización de la misma. El diámetro del horno no puede ser demasiado grande (cosa en la que podría pensarse, equivocadamente, si se deeara inyectar masas mayores), puesto que la mala conductividad térmica de los termoplásticos haría que estos se “quemaran” en la parte que estuviera en o con la pared interior del horno, en tanto que las porciones más centrales del material podrían no haber alcanzado la temperatura de plastificación suficiente. Pese a que se ensayaron diversas soluciones para lograr una masa plastificada con temperatura lo más uniforme

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posible, de las cuales la más común ha sido la de intercalar, cerca del extremo frontal del horno, una pieza de acero que obliga al material a fluir a través de canales más o menos estrechos (pieza que por su forma ahusada se denomina torpedo), como muestra la Figura II-7, la única solución efectiva ha sido la introducción de un tornillo en reemplazo del antiguo pistón. Se trata de un sinfín de paso y diámetro cuidadosamente calculados capaz de funcionar también como pistón. La rotación del tornillo sirve para amasar interiormente el material (homogeneizando además de la temperatura también el color) y, al mismo tiempo, cargar el horno. La inyección se realiza gracias a que el cabezal desplaza luego el tornillo (habiéndose detenido su rotación) según su eje, como si fuera un pistón tradicional. Este tipo de máquinas se conocen como inyectoras de tornillo directo. Antecesoras de estas máquinas fueron las inyectoras con preplastificación a tornillo, en las que el material termoplástico era amasado por un tornillo instalado en un horno adosado al horno principal de la máquina, dentro del cual se movía un pistón clásico. Fueron las primeras máquinas que resolvieron el problema de la plastificación uniforme y condujeron en forma natural al desarrollo de las máquinas de tornillo directo, mecánicamente más simples e igualmente eficientes. Tanto en las inyectoras a pistón como en las de tornillo se necesita aislar térmicamente el horno del resto del cabezal inyector, incluyendo la tolva, de lo contrario se produciría un calentamiento inconveniente de dichas partes. Esto se logra, en ambos tipos de máquinas, mediante la circulación de agua de refrigeración, la cual es provista por una bomba auxiliar. Usualmente la misma bomba se emplea para proporcionar la refrigeración por agua que también requieren los moldes. Toda inyectora posee asimismo ajustes que permiten variar independientemente la fuerza de cierre y la presión de inyección, así como dispositivos de medición y control de temperaturas y tiempos. La medición y el control de temperatura se realiza mediante los denominados pirómetros, los cuales miden la temperatura a través de termocuplas, elementos conductores formados por dos metales diferentes en o que, ubicados en el horno, producen una tensión eléctrica muy pequeña pero proporcional a la temperatura. La pequeña señal de la termocupla es amplificada electrónicamente y el pirómetro se ocupa de regular la alimentación de las resistencias de calefacción de modo que la temperatura se mantenga suficientemente constante. El control del tiempo se realiza mediante temporizadores o “timers”. Suelen utilizarse varios de ellos, de manera que cada uno controle la duración de alguna de las distintas etapas del ciclo de inyección (el cual veremos más

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adelante), como es de norma en las inyectoras automáticas. Al finalizar cada uno de los tiempos previamente seleccionados por el operador, cada temporizador habilita (abriendo o cerrando un circuito eléctrico) la siguiente operación de la máquina. Por ejemplo, al finalizar el tiempo de enfriamiento de la colada, el timer correspondiente “ordena” a la máquina que se abra el molde a fin de expulsar la pieza. Jeringa inyectora Hemos querido dedicar esta parte a aquel lector que necesita hacer un prototipo o una pequeña cantidad de piezas las cuales poder ofrecer a su clientela potencial y no dispone de una inyectora propia. Quizás tampoco le convenga inicialmente invertir dinero en una máquina o tiempo en construirla, o aún siquiera encargarle el trabajo de inyección a un taller de terceros, pues todavía no sabe si va a vender o no su artículo. Vamos a describir una herramienta, que hemos denominado “jeringa inyectora”, de muy bajo costo y que permite solucionar el problema *. La Figura II-8 muestra en corte la herramienta y en perspectiva las distintas piezas que la componen. El horno se tornea a partir de una barra redonda de hierro (acero SAE 1010) de ¾ “ de diámetro. El agujero pasante conviene hacerlo directamente con una mecha de 8 milímetros, para que quede un diámetro ligeramente mayor y pueda deslizarse con facilidad el pistón, hecho con una varilla de acero plata de 8 mm de diámetro. Dado que el pistón será movido manualmente es útil clavarlo a un mango de madera. Debe tornearse también un pico, preferentemente con ------------------------------------------------------------------------------------------- * La jeringa inyectora es una herramienta poco conocida. Fue desarrollada y utilizada con éxito por el autor para la fabricación de repuestos de instrumentos, que no existían en el país, mientras se desempeñaba como físico en la Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad de Buenos Aires. Esta es la primera vez que se publica su descripción. acero plata, de modo que calce fácilmente en el extremo

frontal del horno. La cara del pico que luego se apoyará en los moldes es conveniente que tenga forma aproximadamente esférica. Es importante templar, tanto el pistón como el pico, lo que puede hacerse mediante un pequeño soplete de gas de garrafa. La pieza a templar debe ser calentada hasta que alcance un color rojo-anaranjado, pudiéndose observar en ese momento la formación de pequeñas escamas o manchas superficiales, indicadoras de que se ha llegado a una adecuada temperatura para el temple. Seguidamente debe sumergirse la pieza en aceite de máquina. Si el procedimiento ha sido correcto, una lima no debiera dejar marca alguna sobre la superficie de la pieza. Es conveniente pulir la misma mediante tela esmeril humedecida con kerosene. Los moldes serán instalados entre dos trozos de planchuela de hierro, de

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aproximadamente 3/8” de espesor, mediante cuatro tornillos de longitud adecuada. Un resalto en el extremo frontal del horno permite que la planchuela correspondiente al plato del lado boquilla lo retenga en posición. Una vez colocado el molde entre las dos planchuelas, se carga el material a inyectar por el extremo abierto del horno, dejando un espacio libre como para que el pistón pueda ingresar 1 ó 2 centímetros. Seguidamente se calienta el horno, en posición horizontal, encima de la hornalla de una cocina doméstica por espacio de unos tres minutos, al cabo de los cuales se trasladará el conjunto hasta una mesa firme donde se realizará, a mano y en posición vertical, la inyección. La fuerza que se aplique, normalmente de 10 ó 20 kilos, producirá una presión de inyección de 20 ó 40 kilos por centímetro cuadrado (téngase en cuenta que la superficie del pistón es del orden de medio centímetro cuadrado). Dado que es difícil ejercer a mano fuerzas mayores, no es conveniente hacer más grande el diámetro del pistón, puesto que se reduciría la presión de inyección. Si se desea inyectar masas mayores es preferible aumentar la longitud del horno, teniendo en cuenta que cada 10 centímetros de longitud se podrán inyectar alrededor de 5 centímetros cúbicos de material, o bien es posible optar por la técnica de coladas sucesivas, la cual requiere el empleo de moldes hechos de metal. En efecto, esta técnica exige no sólo calentar el horno sino también los moldes, ya que el llenado de los mismos se consigue mediante sucesivas emboladas, cargando nuevamente el horno luego de cada una de ellas, hasta lograr el llenado completo. Como el material se mantiene plastificado todo el tiempo que dura el procedimiento (que puede ser de varios minutos), puede ocurrir una pequeña descomposición química que altere el color o la resistencia mecánica de la pieza inyectada, debido al alto valor de carga térmica implicado. No obstante esta posible desventaja, el método debe ser valorado en función de que no existen otras alternativas de bajo costo para poder fabricar pequeñas series o prototipos. Se entenderá mejor el potencial de esta herramienta cuando veamos algunas técnicas caseras para la construcción de moldes. Baste decir aquí que, como el objetivo no es la velocidad de producción, los moldes pueden construirse armando entre sí distintas partes mediante tornillos, como si el molde fuera una caja cerrada del tipo rompecabezas. La pieza se desmoldeará finalmente por desarme del molde. inyección

Capacidad de

La capacidad de inyección de una máquina es la cantidad de material que puede inyectar por ciclo. Se la expresa en gramos, a pesar de que generalmente es más fácil imaginar o tener en cuenta el volumen de una pieza que su peso.

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Sin embargo, dado que los pesos específicos de la mayoría de los termoplásticos oscilan alrededor de 1 gramo por centímetro cúbico, el valor de capacidad de inyección de una máquina en gramos prácticamente coincide con el del volumen de material que puede inyectar. Se construyen máquinas de muy diversos “gramajes”, como suele decirse en la jerga. Hay máquinas desde 5 gramos de capacidad hasta varios kilogramos. Cada una tiene diferentes requerimientos en cuanto a consumo energético. Vamos a comparar, a manera de ejemplo, una máquina de 6 gramos de capacidad con otra de 60 gramos, a fin de entender más claramente la razón de que se construyan máquinas con distintas capacidades, en lugar de que existan solamente uno o dos modelos o capacidades “standard”. Una máquina de 6 gramos puede tener un consumo del orden de los 300 Watt (tres lámparas incandescentes de 100 Watt), pero sólo servirá para inyectar coladas hasta de unos 6 centímetros cúbicos. Por otra parte, una máquina de 60 gramos, empleará una potencia de calefacción del orden de 2.000 Watt y contará con un motor trifásico de 5 ½ HP (aproximadamente unos 4.000 Watt), lo que dará un consumo eléctrico de 6.000 Watt (sesenta lámparas incandescentes). Este consumo, veinte veces mayor, permitirá inyectar coladas diez veces más grandes. Por esta razón se fabrican máquinas de capacidades tan diversas, puesto que carece de sentido el empleo de una máquina grande si se sabe que la mayor parte de los moldes que se van a utilizar son pequeños. Si ya se dispone de una máquina, la idea es aprovechar lo más posible su capacidad, construyendo los moldes para piezas pequeñas con varias cavidades, de modo que en cada colada se produzcan tantas piezas como sea posible. Debe evaluarse también el grado de dificultad que pueda implicar la construcción de este tipo de moldes, llamados de bocas múltiples, los cuales veremos más adelante. Todas estas consideraciones deben ser tenidas en cuenta a la hora de comprar una máquina. Como criterio final es conveniente comenzar por decidir el peso más común que tendrán las coladas a realizar y, consecuentemente, elegir la máquina que se compre (o construya) con una capacidad un 30 % mayor.

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Colocación de moldes Para entender cómo se coloca correctamente un molde en una inyectora es necesario profundizar un poco más en el conocimiento de la misma. Independientemente de cuál sea el tipo de mecanismo de cierre, en toda inyectora puede ser desplazado, a fin de poder acomodar moldes de diferentes espesores. Esto se ilustra en la Figura II-9, donde se ha representado un mecanismo de cierre cualquiera visto desde arriba. Las tuercas señaladas con los números 1 y 2 sirven para fijar la posición del cierre. El movimiento de apertura y cierre de los moldes se representa mediante dos posiciones extremas del plato móvil: el trazo en línea llena señala la posición que corresponde al molde abierto, en tanto que la línea interrumpida la correspondiente al molde cerrado. Puede observarse una varilla roscada, denominada barra expulsora, la cual se ha representado atravesando el plato móvil por un orificio central que éste posee, en la posición de molde abierto. Consideraremos su función en el Capítulo IV, cuando veamos mecanismos de expulsión. El plato del lado boquilla también puede ser desplazado, aunque en menor medida que el móvil. La Figura II-10 ilustra la posibilidad de ajuste de la posición del plato del lado boquilla mediante las tuercas señaladas con los números 3 y 4. Ambos platos de una inyectora poseen varios orificios que posibilitan instalar firmemente cada una de las mitades de los moldes. Para ello se emplean básicamente dos métodos diferentes y que consisten ya sea en atornillar trozos de varilla roscada al molde (que luego pasarán a través de los orificios de cada plato permitiendo la fijación del molde mediante tuercas), como se muestra en la Figura II-11 a, o bien utilizando “chaponetes” (Figura II-11 b), los cuales aprovechan un resalto que suelen tener los moldes. La Figura II-12 muestra diversos tipos de tales chaponetes. Consideremos ahora la colocación de un molde hallándose frío el horno de la máquina. Aflojando las tuercas 1, 2, 3 y 4 será necesario desplazar los platos de modo que pueda visualizarse el pico del horno y que el plato móvil, en la posición de molde cerrado, se encuentre en una posición tal que quede holgura suficiente como para poder ubicar el molde entre ambos platos, según puede verse en la Figura II-13, que es una vista desde arriba. A continuación se buscará que el pico de la máquina se apoye de manera que quede centrado en la boquilla del molde. Recuerde que la boquilla (Figura II-1) presenta un asiento cóncavo para el

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pico (de forma esférica) lo que facilita dicho centrado. Con frecuencia se utilizan también los denominados aros centradores, pero su empleo no es imprescindible. Son discos perforados en el centro según el diámetro de la boquilla del molde y cuyo diámetro exterior encaja en el orificio central del plato del lado boquilla, es decir que permiten centrar la boquilla con respecto al plato. Se los puede utilizar cuando el pico del horno también está centrado respecto de aquél. Entretanto se van apretando en forma pareja las tuercas 1, con la finalidad de ir desplazando el mecanismo de cierre y el plato móvil hasta que finalmente éste se apoye en el molde. En este punto conviene entreabrir ligeramente el cierre y apretar un poco más las tuercas 1. En esta etapa no se busca desarrollar un esfuerzo grande, sino sólo evitar que el molde se caiga o se descentre. Una vez realizado este ajuste, se moverá el plato del lado boquilla hasta que se apoye en el molde, verificando que las superficies se hayan aproximado paralelamente entre sí. En caso contrario, se deberán reajustar las tuercas 1 a fin de lograr paralelismo. Se procederá entonces a la fijación de cada mitad del molde a su plato correspondiente. Seguidamente deberá empezarse a calentar el horno, habiendo aflojado previamente las tuercas 1 y 3. Esto último es necesario porque la temperatura dilata el horno, lo cual puede hacer que el pico de la máquina se incruste en la boquilla del molde, pudiéndose producir deformaciones permanentes y hasta roturas. Si, por ejemplo, las tuercas 1 están apoyadas en el cierre, el conjunto boquilla + molde no podrá retroceder ante el empuje del pico. Lo mismo puede decirse si las tuercas 3 se encuentran deteniendo el movimiento libre del plato del lado boquilla. Esta precaución es sumamente importante para preservar la vida tanto de los moldes como del pico de la máquina y, lamentablemente, no siempre se la tiene en cuenta. Lo que esencialmente se consigue al realizar correctamente la colocación del molde es que haya un o hermético entre la boquilla y el pico, a fin de que el material que se inyecte no escape al exterior, pero sin que para ello se esté desarrollando más que un pequeño esfuerzo entre dichas partes, incapaz de producir daños. El esfuerzo mucho mayor que corresponde al cierre será soportado por las tuercas 4, que sostendrán en posición al plato del lado boquilla mientras las tuercas 1 impiden que el cierre retroceda. Para finalizar la colocación del molde, una vez que se ha alcanzado aproximadamente la temperatura a la cual se va a trabajar, debe procederse de la siguiente manera:

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1. Ajustar las tuercas 3 y luego las 4. 2. Ajustar las tuercas 2 ligeramente y entreabrir el

cierre. paso de ser necesario adecuada. 3.

3. Ajustar las tuercas 1 y cerrar. Abrir y repetir este hasta lograr una fuerza de cierre que se estime 4. Con el molde cerrado, ajustar las tuercas 2 y 5. Con el molde abierto, ajustar las tuercas 1 y 4.

6. Abrir completamente el cierre y luego cerrar lentamente, verificando que ambas mitades del molde se encuentren perfectamente alineadas. Ahora que el molde ha sido correctamente colocado, en forma paulatina se irá estableciendo un régimen de trabajo de la máquina, como veremos en el apartado siguiente. Señalemos antes que, al finalizarse toda la producción y con el objeto de dejar la máquina habilitada para que se pueda colocar otro molde, deberán aflojarse las tuercas 2 y 3, con el molde cerrado, es decir, antes de retirar las dos mitades del molde de los platos. Esto se debe a que, aunque imperceptiblemente, las columnas de la máquina se estiran cuando actúa el esfuerzo de cierre en presencia del molde. Dado que las tuercas 2 y 3 fueron apretadas con el molde cerrado, los tramos de columnas entre dichas tuercas y las 3 y 4 se encontraban levemente estirados. Si se quitara el molde antes de aflojar las tuercas, se suprimiría el esfuerzo de cierre, se acortarían las columnas y, por lo tanto, las tuercas se apretarían espontáneamente de manera excesiva. Olvidar este detalle puede significar a veces un esfuerzo tan grande para aflojar tardíamente las tuercas que éstas pueden resultar lastimadas (lo cual a veces puede verse en máquinas que han sido mal utilizadas), a menos que vuelva a colocarse el mismo molde entre los platos. El ciclo de inyección Durante todo el tiempo en el que el horno estuvo calentándose el material en su interior (sea el mismo que se va a inyectar u otro diferente) acumuló excesiva carga térmica y, probablemente, se encuentre parcialmente descompuesto. Será necesario “purgar” la máquina, efectuando para ello varias coladas con el molde abierto hasta estar seguros de que el horno comienza a plastificar material nuevo. La

purga

de

una

máquina

puede

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demorar cuando se trata de cambiar materiales o colores diferentes, especialmente si se está utilizando una inyectora a pistón. Cuando se esté inyectando policarbonato o PVC, será conveniente purgar estos materiales (con polipropileno o polietileno baja densidad) antes de apagar la inyectora al finalizar cada jornada de trabajo. Si no se hiciera tal purga, el enfriamiento lento del horno, que siempre tiende a que el material en su interior se descomponga parcialmente, podría determinar algún deterioro en el caso de que hubiese policarbonato o PVC, cosa que no ocurrirá con el polipropileno o el polietileno. Se utilizan estos materiales debido a que sus temperaturas medias de plastificación son similares a las de aquellos (el polipropileno y el policarbonato se plastifican alrededor de los 230 y 260 °C, respectivamente, en tanto que el polietileno baja densidad y el PVC lo hacen a 160 y 130 °C), pudiéndose plastificar, gracias a las amplitudes de sus intervalos de plastificación, a las temperaturas a las cuales se venía trabajando con el policarbonato o con el PVC. Suponiendo que ya se ha purgado la máquina, vamos a estudiar cómo se establece el ciclo de trabajo tomando como ejemplo una inyectora a pistón. Aprendiendo a trabajar con este tipo de máquina, el manejo de una inyectora a tornillo resulta mucho más simple, dado que no existen las dificultades inherentes a la insuficiente homogeneidad de la masa plastificada y que es necesario aprender a controlar. El establecimiento de un régimen o ciclo repetitivo de trabajo se logra a través de pequeños ajustes en las siguientes cuatro variables: - Temperatura del horno. etapas del ciclo.

- Duración de las distintas - Presión de inyección. - Fuerza de cierre.

Es importante saber que las únicas variables cuya modificación se traduce en un cambio inmediato son la presión de inyección y la fuerza de cierre. Por el contrario, cambios en la temperatura o en los tiempos, que se relacionan con la carga térmica que se está aportando al material, sólo se manifiestan con retraso, a veces en la cuarta o quinta colada después de haberlos efectuado, debido a la “inercia térmica” propia de los materiales termoplásticos. La fuerza de cierre y la presión de inyección con las que se inicie el trabajo pueden no ser las adecuadas, lo que podrá verificarse haciendo algunas

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coladas de prueba. Es conveniente en esta etapa aprovechar para regular la cantidad (dosis) de granulado que el dosificador de la máquina entrega al horno en cada ciclo. Vamos a detenernos en este punto un momento, considerando para ello la Figura II-14. El material introducido por el dosificador desde la tolva no se plastifica inmediatamente, sino que es trasladado progresivamente por el pistón, en cada ciclo de inyección, hacia la zona caliente del horno. Allí ocurre la verdadera plastificación del material. El granulado todavía no plastificado forma, por delante del pistón, lo que se denomina “colchón”. Es fácil entender que si el dosificador se ajusta de modo que ingrese más material que el que se inyecta por ciclo, poco a poco irá aumentando el colchón, observándose que el pistón se detiene al finalizar cada inyección, en una posición más atrasada. Un colchón demasiado grande tiene por efecto disminuir la presión de inyección efectiva en el pico de la máquina, la cual es la que nos interesa para lograr el llenado del molde. En el caso contrario, si la dosis es menor que la cantidad de material inyectado en cada ciclo, el colchón irá disminuyendo progresivamente y el pistón se adelantará cada vez más hasta que, finalmente, llegará a ingresar completamente en el horno. A partir de ese momento se obtendrán coladas incompletas. Por las razones mencionadas, por lo tanto, conviene tomarse el trabajo de ajustar el dosificador de modo que se observen posiciones del pistón al cabo de cada colada lo más repetitivas que sea posible durante, por lo menos, tres o cuatro ciclos. Una vez ajustado el dosificador el objetivo es llegar a realizar cada colada en el menor tiempo posible, modificando para ello las cuatro variables mencionadas pero tratando de mejorar la calidad de las coladas. El procedimiento comienza por llegar a obtener algunas coladas correctas aunque sin preocuparse demasiado por el factor tiempo. A partir de aquí se irán optimizando las distintas variables. Al principio del trabajo, cuando casi nada en la máquina ni en el molde ha entrado en régimen, es posible que sólo se obtengan unas pocas coladas correctas (quizás las suficientes para poder ajustar el dosificador) pero en forma poco repetitiva. A manera de ejemplos vamos a comentar qué modificaciones de las variables conviene hacer frente a distintos casos que pueden presentarse. Si ocurre que: a) El molde no se llena por completo: - Aumente la presión de inyección. En la

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colada siguiente se verificará necesario aumentar la fuerza de cierre.

(o no) el llenado. Puede ser - Aumente la temperatura. - Aumente la duración del

ciclo (“filtra”): cierre. inyección. temperatura. pero la pieza se tuerce al expulsarla: temperatura.

b) El molde produce rebabas - Aumente la fuerza de - Disminuya la presión de - Disminuya la c) El molde se llena bien, - Disminuya la - Aumente el

tiempo de apertura del molde.

En cualquiera de los casos anteriores, es posible que la modificación de una sola de las variables sugeridas sea suficiente para corregir los defectos. Nunca modifique más que una variable por vez, de lo contrario los resultados serían confusos, dado que no se podría distinguir el efecto de los diferentes cambios. Trate asimismo de trabajar con valores de presión no muy altos, siempre que sea posible, a fin de que tanto la máquina como los moldes no se vean expuestos a esfuerzos innecesarios. Una vez que se logren coladas correctas en forma repetitiva, se disminuirán los tiempos del ciclo. Tales disminuciones deberán compensarse con aumentos de la temperatura, de manera de no salirse de un régimen de trabajo repetitivo y tendiente a un ciclo de duración mínima a fin de reducir los costos de producción. Tiempos razonables van desde los pocos segundos hasta el orden del minuto por ciclo, lo cual en la mayoría de los casos está condicionado por el espesor de pared de la pieza inyectada. Asigne una ficha técnica a cada molde y anote en ella todos los datos relevantes (temperatura, presión de inyección y tiempos), a fin de abreviar los ajustes cada vez que deba volver a colocar el mismo molde en la máquina. Efectos del espesor de pared en la pieza inyectada Se recordará que los termoplásticos sufren una contracción al enfriarse dentro de un molde. La mala conductividad térmica hace que la

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superficie exterior de la colada, en o con la pared interior del molde frío, se endurezca más rápidamente que el volumen interior, el cual puede permanecer plastificado durante mayor tiempo. Para que el enfriamiento sea lo más uniforme posible, de modo que no aparezcan tensiones excesivas, se trata de diseñar las piezas de inyección de manera que posean igual espesor de pared en sus distintas partes. Vamos a explicar los defectos que ocurren cuando esto no es posible y la manera de corregirlos, valiéndonos de la Figura II-15. La Figura II-15 a muestra el instante en que la cavidad de un molde se acaba de llenar por completo y el material está todavía plastificado. La Figura II-15 b indica cómo el enfriamiento avanza desde la superficie exterior de la colada hacia adentro. Cuando la contracción empieza a ser importante suelen aparecer dos efectos que hemos representado en las Figuras II-15 c y II-15 d. Se trata de los comúnmente denominados “rechupes”. La Figura II-15 c muestra de qué manera la contracción del material provoca una separación de las partes más gruesas de la colada respecto de las paredes del molde. Se origina así un rechupe superficial que da a las piezas un aspecto hundido en las partes de mayor grosor. En la misma figura se muestra también que el material se ha solidificado en el tramo de menor diámetro del buje de colada. Si esto último todavía no hubiese ocurrido, es decir, si todavía existiese una vena interior plastificada, probablemente se habría podido compensar el rechupe superficial manteniendo un poco más de tiempo la presión de inyección. Se estaría aportando material adicional por la vena central plastificada hasta que la pared sólida de las partes gruesas adquiriera suficiente robustez como para no hundirse. Finalmente la vena llegará a solidificarse, no siendo ya posible el ingreso de más material, pero es muy probable que sólo se forme un rechupe interior o de volumen, como se ha representado en la Figura II-15 d. La misma figura muestra la previsible solución para evitar los rechupes superficiales: agrandar el buje de colada (por razones de brevedad se acostumbra decir agrandar la colada, a secas, sin que se piense que pueda haber confusión con la colada completa, que es la que forma el buje de colada y la pieza útil). Como hemos explicado anteriormente, la compensación de rechupes superficiales implica mantener la presión de inyección un cierto lapso después de haberse llenado el molde. Se llama a este tiempo extra de mantenimiento de la presión, tiempo de retención, en tanto que la presión propiamente dicha recibe el nombre de sobrepresión de llenado, para resaltar cuál es su finalidad. La Figura II-15 d indica asimismo la formación de rechupes interiores en el buje de colada. Cuando sólo allí ocurran rechupes, se podrá considerar a la pieza como perfectamente inyectada. Aunque

a

primera

vista

podría

parecer

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conveniente agrandar mucho los bujes de colada, de modo de poder mantener por más tiempo una efectiva sobrepresión de llenado, existe sin embargo un límite práctico. Debe notarse que, a medida que se aumenta el diámetro de la colada, más tiempo se va necesitando para que ésta se enfríe lo suficiente como para poder abrir el molde y expulsar la colada completa. Esto retrasaría indebidamente el ciclo de inyección, ya que sólo se necesita mantener la vena plastificada en el buje de colada durante el tiempo de retención. A modo de ejemplo, si el espesor de pared típico de la pieza es de 2 ó 3 milímetros, suele ser suficiente un buje de colada que tenga un diámetro de 6 ó 7 mm en su base, teniendo la boquilla del molde un orificio de entrada de unos 3 mm. Obturación de la colada en la apertura del molde Vamos a considerar ahora que el molde fue abierto prematuramente y que el buje de colada se cortó al ras de la boquilla, como ilustra la Figura II16. Esto puede suceder si el buje se encontraba todavía plastificado parcialmente, o bien si hubo algún defecto de alineación entre el pico de la inyectora y la boquilla del molde (es muy probable que se haya producido una deformación permanente, en este caso) por haber sido colocado incorrectamente este último, como se muestra en la Figura II-17. El trabajo no podrá continuarse hasta que no se haya logrado destapar la boquilla. En general no llega a ser necesario retirar (bajar) la correspondiente mitad del molde del plato. A veces, inyectar un poco de material con el molde abierto permite resolver el problema. Si este método fracasa existe otra alternativa, consistente en calentar al rojo un tornillo para madera e inmediatamente introducirlo en el buje de colada. Luego de esperar un poco como para que el material se enfríe, bastará con tirar hacia fuera mediante una pinza para que la boquilla se destape. Si se necesita hacer palanca apoyándose en algún punto del molde, será importante intercalar un trozo de madera o aluminio para no dañar su superficie. Al reiniciar el trabajo recuerde que el material del horno puede hallarse en parte descompuesto, según el tiempo que haya insumido solucionar el problema anterior. Si la interrupción fue de varios minutos será conveniente purgar un poco la máquina. Esponjado Pueden lograrse piezas con aspecto similar a la madera mediante el agregado de un compuesto químico, denominado azodicarbonamida (más conocido por la sigla de ADC), al granulado de algunos termoplásticos como el alto impacto. La ADC se obtiene en los

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comercios que se dedican a aditivos y pigmentos para plásticos. Se trata de un polvo amarillento que, al ser calentado más allá de los 190 °C, se descompone produciendo la liberación de nitrógeno gaseoso, el cual es completamente inofensivo (de hecho, forma una parte importante del aire que respiramos). Debe mezclarse un pequeño porcentaje de ADC, típicamente un 1% en peso, con el granulado del termoplástico que se elija como material base, siguiendo la técnica correspondiente al teñido con pigmentos en polvo descripta en el Capítulo I. Debido a que la ADC es un polvo higroscópico es importante realizar un presecado correcto, preferentemente antes y después de haberla incorporado al granulado. Cuando el material ingresa al horno de la inyectora, comienza a descomponerse la ADC y el nitrógeno liberado da lugar a la formación de burbujas gaseosas que serán inyectadas en el molde. En las partes de gran espesor de las piezas inyectadas, de más de 4 ó 5 milímetros, se forma un núcleo poroso que queda cubierto por una capa superficial, en ambas caras, de aspecto estriado o con vetas en la dirección en la que haya fluido el material (ver la Figura II - 18). Las burbujas del núcleo poroso aumentan de tamaño cuanto mayor sea el espesor, el cual puede llegar a ser de varios centímetros (mediante esta técnica se fabrican zuecos para calzado, molduras y otras piezas símil madera de grosor importante y de colores que pueden simular perfectamente el cedro, pino, etc., según los pigmentos que se empleen). Asimismo, el reemplazo de parte del material base efectuado por el nitrógeno, determina un menor peso específico de la pieza. Si se emplea alto impacto, con un peso específico de 1,1 gramos por centímetro cúbico, el de la pieza esponjada con ADC puede resultar de 0,7 o aún 0,5 gramos por centímetro cúbico, lo que evidentemente significa una importante economía en materia prima. Es importante realizar el ciclo de llenado del molde con la presión de inyección más baja posible, menor que 20 kilos por centímetro cuadrado, puesto que en caso contrario las burbujas podrían hacerse tan pequeñas que los efectos deseados no llegaran a aparecer. Por este mismo motivo, las piezas no pueden tener pequeños espesores (inferiores a 2 ó 3 mm), ya que el llenado requeriría valores de presión más elevados. También es importante asignar un mayor tiempo de enfriamiento de las coladas, dado que el material no suficientemente frío y, por lo tanto, sólo parcialmente endurecido podría determinar el "hinchamiento" de las piezas si fuesen retiradas prematuramente, debido a la presión que ejerce el nitrógeno acumulado en el interior. Este efecto se utiliza también como método para compensar rechupes en piezas de pared gruesa, especialmente cuando se inyecta polipropileno. En estos casos, puede no desearse que el aspecto superficial sea estriado, para lo cual es suficiente con inyectar empleando valores de presión más altos o normales. Sigue siendo válida, no obstante, la necesidad de mayores tiempos de enfriamiento.

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Las mejores inyectoras para la elaboración de piezas esponjadas son las antiguas máquinas a pistón, puesto que al carecer de tornillo que normalmente se destina a uniformizar los colores, permiten producir un veteado más ajustado al aspecto superficial que se pretenda obtener. El pico de la máquina debe poseer una válvula que se cierra automáticamente cuando se produce la expulsión de la colada del molde. Esto es necesario debido a que, aún cuando no se aplique presión con el pistón mientras el molde esté abierto, la misma presión del nitrógeno dentro del horno hace que cierta cantidad de material continúe fluyendo a través de la boquilla de manera espontánea, dificultando esto o aún imposibilitando la continuación del trabajo. El funcionamiento de la válvula de cierre se consigue gracias a que se permite que el plato del lado boquilla se separe ligeramente del pico durante la apertura (ver Figura II - 19). Procesamiento de las coladas Como hemos mencionado en el apartado anterior a veces se emplea la palabra colada para designar tanto al buje de colada propiamente dicho como a la colada completa. Cuando estamos pensando en el buje de colada, pero hablamos de la “colada”, a secas, nos estamos refiriendo a la manera en la que el molde es alimentado. Existen, en este sentido, diversos tipos de colada. En particular, la que por su sencillez hemos estado considerando hasta ahora, se denomina colada directa, y debe ser separada de la pieza útil mediante alicates. Más adelante (Capítulo IV) veremos que hay coladas donde la separación de las piezas se hace a mano, o bien que el propio molde la efectúa en el momento de la apertura. A medida que progresa el trabajo de inyección, el material de las coladas se va acumulando y es necesario encontrarle una aplicación. Se lo puede reutilizar hasta cierto punto, dado que, al haber sufrido ya por lo menos un proceso de plastificación, exponerlo a un segundo calentamiento disminuirá en alguna medida su calidad. Se distingue entre materiales nuevos o vírgenes (los cuales son provistos en bolsas cerradas por grandes plantas petroquímicas a los distribuidores de materias primas) y los recuperados o la molienda. La molienda es el resultado de reducir las coladas y las piezas defectuosas a pequeños trozos, aproximadamente del tamaño de los granulados vírgenes, mediante una máquina auxiliar que se denomina molino para plásticos. Es conveniente no utilizar exclusivamente molienda en la inyección, sino

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mezclarla con material virgen para que la merma en calidad no sea demasiado importante. Es frecuente emplear un 20 % de molienda y un 80 % de material virgen, aunque esta proporción no debe tomarse como regla general sino que se adecuará la que corresponda en cada caso particular (a veces la proporción la indica el cliente). Accidentalmente la molienda puede contaminarse con otros materiales, como ser termoplásticos diferentes, partículas metálicas, virutas, polvo, etc. Se puede obtener una mejor calidad en cuanto a limpieza si se la recupera previamente haciéndola pasar por una extrusora (recuerde el apartado sobre teñido de materiales del Capítulo I), máquina que posee un sistema especial de filtrado de las impurezas. Precauciones Mencionamos en forma breve con anterioridad que tanto los moldes como las inyectoras utilizan agua de refrigeración para su normal funcionamiento. En el caso particular de las inyectoras, hemos sobreentendido que la refrigeración está funcionando desde el momento en que se enciende el horno. Deseamos señalar ahora que, cuando se finaliza el trabajo diario, es importante dejar que el agua siga circulando durante cierto tiempo (veinte minutos o media hora) después de que se ha apagado el horno. Si se anulara la refrigeración al mismo tiempo que el horno fuese apagado, como éste se encuentra sumamente caliente, el calor se propagaría hacia la zona de la tolva y podría llegar a plastificarse parte del material. Esto dificultaría el inicio del trabajo al día siguiente. Otra precaución que conviene tener en cuenta es la de no poner en marcha el cabezal de inyección, al iniciar la jornada, hasta que el horno no haya alcanzado la temperatura de plastificación elegida, para no forzar las partes mecánicas del cabezal. El motivo de tal cuidado es que el material frío y solidificado en el horno, inicialmente a temperatura ambiente, se comporta como un bloque macizo que podría causar roturas en algunas partes que no hubiesen sido fabricadas con el margen de robustez suficiente para soportar los esfuerzos que estarían implicados. Observaciones Un conocimiento adecuado de la técnica de inyección exige no solamente conocer los distintos aspectos tratados en este capítulo, sino también el hallarse familiarizado con los diferentes tipos de moldes y sus maneras de trabajar. Vamos a ver que existen unos pocos e ingeniosos mecanismos para los más diversos moldes. Su finalidad principal es garantizar el desmoldeo de las piezas y como se podrá ver en los próximos capítulos constituyen la parte más importante en lo que respecta a matricería de inyección. La forma y calidad de las piezas, así como el volumen de producción, no sólo sugieren el

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método que se elegirá para la construcción de las cavidades. Particularmente, la forma también determinará qué tipo de mecanismo será más conveniente utilizar.

CAPÍTULO III: CAVIDADES DE MOLDES

Generalidades

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Se llama cavidad o boca de un molde al espacio físico en donde el material inyectado conformará la pieza. Para producir varias piezas en cada ciclo de inyección se emplean moldes de varias bocas (o moldes de bocas múltiples, como hemos mencionado en el capítulo anterior, en el apartado referido a capacidad de inyección). El número conveniente de bocas lo determina la situación de compromiso que existe entre el costo de fabricación por pieza (menor a medida que aumenta el número de bocas) y el costo del molde (más elevado cuanto mayor es el número de bocas), aunque con frecuencia ocurre que la parte más importante del costo del molde está representada por los mecanismos que éste incluye (tema que desarrollaremos en el Capítulo IV) y no tanto por el costo de cada boca por sí misma. Generalmente una boca está constituída por dos partes principales, denominadas macho y hembra, como se indica en la Figura III-1. En este capítulo vamos a ocuparnos de las distintas técnicas que existen para construir cavidades hembra, dando por sobreentendido que la mayor parte de las mismas pueden aplicarse a la construcción de machos. Técnicas para la construcción de cavidades Vamos a explicar siete técnicas diferentes para construir cavidades de moldes, a saber: mecanizado, acuñado, electroerosión, electrodeposición, fundición de “kirksite”, fundición al vacío y resinas epoxy. Las dos últimas técnicas pueden implementarse perfectamente en forma casera, en tanto que para las cinco primeras se necesita algún tipo de máquina especial, exceptuando algunos casos particulares de cavidades mecanizadas que también pueden ejecutarse con herramientas caseras manuales. 1. Mecanizado Una cavidad mecanizada es aquélla que se construye gracias al empleo de máquinas herramienta tales como el torno, la fresadora, el pantógrafo y el cepillo o limadora. El torno permite obtener formas con simetría de revolución (cilindros, conos).

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La fresadora elabora formas prismáticas por rotación de una herramienta de corte (fresa). El pantógrafo permite lograr formas arbitrarias a partir de un modelo o patrón de referencia. El cepillo posibilita, gracias a un movimiento rectilíneo de vaivén de una herramienta que arranca viruta en un solo sentido, hacer placas prismáticas. Existen máquinas de mecanizado universal, controladas mediante programas de computación, que permiten generar cualquier tipo de formas a partir de planos, pero en nuestro país la mayor parte de los talleres de mecanizado utilizan máquinas tradicionales como las mencionadas previamente. La Figura III-2 representa algunas piezas cuyas cavidades hembra pueden construirse con el torno (Figura III-2 a), la fresadora (Figura III-2 b) o ambas máquinas (Figura III-2 c). No siendo nuestro objetivo enseñar el manejo de tales máquinas, vamos a ejemplificar la construcción de la cavidad hembra que corresponde a la pieza de la Figura III-2 b, la cual puede construirse a lima si se dispone de una agujereadora de banco. Para ejecutar este trabajo se necesita calar dos placas metálicas planas (puede utilizarse planchuela de acero SAE 1010, comúnmente llamada planchuela de hierro, o bien de acero SAE 1045, que es de mayor dureza, en los espesores adecuados, como ilustra la Figura III-3 a). No es imprescindible rectificar las caras de cada placa. Recuerde que estamos suponiendo que la única máquina de que se dispone es una agujereadora de banco y también que se trata de no pagar la mano de obra a terceros. La fuerza de cierre de la inyectora se ocupará de “planchar” cualquier pequeña curvatura que pudiera existir por no haber rectificado las placas. Debe trazarse cada contorno de la cavidad y luego perforar orificios tan próximos entre sí como sea posible, a fin de poder luego retirar la parte central con ayuda de un cortafrío. Luego se deberá limar y pulir con tela esmeril y lija al agua humedecida en kerosene, cuidando no redondear los filos. Conviene terminar primero la placa grande (Figura III-3 b) para utilizarla como centrado exacto de la abertura de la otra esto último después de haberse asegurado

que tenga el contorno más referencia a fin de obtener un placa. Es importante realizar que ambas placas no puedan

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desplazarse entre sí, lo cual se logra mediante un par de “espinas”, como se muestra en la Figura III-3 c. Dos tornillos Allen de diámetro ø ¼” W ó ø 5/16” W garantizarán el armado del conjunto con suficiente solidez. Es conveniente utilizar acero plata para las espinas (de diámetro similar al de los tornillos), puesto que se consigue en medidas coincidentes con las de las mechas standard. Recomendamos no emplear mechas de acero al carbono, sino de acero rápido, refrigerándolas permanentemente mediante líquido refrigerante o, en su defecto, con kerosene. Los agujeros para las espinas hay que hacerlos de modo que entren bien ajustadas. Aún así, para evitar el riesgo de que puedan salirse, es útil recalcar tanto la entrada como la salida de cada orificio mediante una bolilla grande de acero, como se ve en la Figura III-3 d. Es más seguro que se obtenga una alineación perfecta de los agujeros para las espinas si las placas se perforan juntas, para lo cual es útil primero colocar los tornillos. Realizado el agujero para una de las espinas, insértela en él antes de perforar el orificio para la otra. La técnica de mecanizado de cavidades por apilamiento de placas caladas, si bien es laboriosa, es una de las más útiles para reemplazar costos de matricería mediante el ingenio y el trabajo personal. 2. Acuñado Es una de las técnicas que se emplean cuando resulta difícil el mecanizado de la cavidad debido a la forma de la pieza. Consideremos como ejemplo la que corresponde a la Figura III-4. La cara superior dificulta el mecanizado de lo que sería el fondo de la cavidad. Asimismo, las aristas impiden el uso de la fresadora, puesto que esta máquina sólo puede labrar cavidades con esquinas redondeadas (debido al radio propio de la fresa). La Figura III-5 ilustra el denominado cuño, herramienta que debe fabricarse con un acero indeformable (Especial K ó Amutit) y templarse. Uno de los extremos del cuño tendrá la forma de la pieza a inyectar y dimensiones iguales a las de la cavidad que se quiere construir (tenga en cuenta que la pieza inyectada resultará un poco menor que la cavidad, debido a la contracción del termoplástico). El otro extremo del cuño, llamado cola, permitirá sujetarlo en una prensa especial que poseen los talleres de acuñado. Dicha prensa se empleará para enterrar en frío (acuñar) la herramienta en un pequeño bloque de acero blando (SAE 1002 ó 1003) y así confeccionar la cavidad. La Figura III-6 esquematiza el procedimiento.

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El grado de pulido del cuño es copiado exactamente por la cavidad. Por este motivo es importante no sólo pulirlo antes del temple sino también después, dado que el cuño templado se ve opaco. De su terminación dependerá el acabado superficial que tengan finalmente las piezas inyectadas. Generalmente el material para las cavidades lo provee el propio taller de acuñado, quien también aconseja acerca de las dimensiones que tenga que tener la cola del cuño. Es conveniente no templar personalmente el cuño, sino enviarlo a un laboratorio de temple donde se le dará el grado de dureza que haya sugerido el taller de acuñado, aprovechando que tales laboratorios garantizan normalmente un buen trabajo. Es frecuente que puedan obtenerse varias cavidades a partir de un único cuño. A posteriori deberán ser torneadas exteriormente según la forma indicada en la Figura III-7, de modo que se las pueda instalar ajustadamente en sendos alojamientos practicados en una placa de acero (ver Figura III-8). Una alternativa más sencilla en cuanto al torneado de las cavidades y al mecanizado de los alojamientos en la placa es la representada en la Figura III-9, ya que sólo se necesita definir un diámetro. La placa se denomina portacavidades y cada boca recibe el nombre de postizo. El conjunto, una vez armado, debe rectificarse en ambas caras. Dado que el acero utilizado en los postizos es relativamente blando, debe tenerse el cuidado de evitar golpes. No obstante, si algún postizo sufriera algún daño, se lo podrá reemplazar con facilidad siempre que el cuño haya sido conservado en buen estado para poder generar el repuesto. Si fuera importante asegurarse de que los postizos no puedan girar en sus alojamientos, se los deberá espinar contra la placa, como muestra la Figura III-10 a, o bien se los podrá recalcar contra una pequeña entalladura limada en el borde del alojamiento (Figura III-10 b). Por ningún motivo intente efectuar un acuñado personalmente si no tiene experiencia previa. La rotura de un cuño puede ser peligrosa dado que pueden salir disparados fragmentos de acero en cualquier dirección.

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3. Electroerosión Si bien es un procedimiento algo más costoso que el anterior también se aplica para realizar cavidades de difícil mecanizado. La técnica se basa en preparar una herramienta de cobre (electrolítico y no fundición) o grafito, con la forma de la pieza cuya cavidad se desea hacer. Dicha herramienta, denominada electrodo, es capaz de labrar una cavidad de la misma forma en un bloque de acero cuando se hace saltar una chispa eléctrica entre ambos materiales. Las máquinas electroerosionadoras se ocupan de controlar la chispa y también van regulando la penetración del electrodo en el acero. Cada chispa, de una longitud de 1 ó 2 décimas de milímetro, erosiona el acero sin que el electrodo se desgaste apreciablemente (a menos que la chispa sea muy intensa), originándose en el proceso una escoria o “barro” que es eliminado mediante la circulación de un líquido aislante (llamado dieléctrico) que sirve a la vez como refrigerante. Según la intensidad de la chispa, la superficie interior de la cavidad queda más o menos áspera, lo que con frecuencia se aprovecha para que las piezas inyectadas presenten una textura similar a la de una lija fina. Cuando se desea que las piezas tengan brillo, es menester pulir el interior de la cavidad, comenzando con carborundum y aceite, para luego continuar con tela esmeril y finalizando con pastas de pulir, pero nunca en seco. Los talleres de electroerosión asesoran sobre cómo dimensionar los electrodos (generalmente deberán ser 1 ó 2 décimas de milímetro más pequeños que la cavidad). Un solo electrodo de cobre puede servir para erosionar varias cavidades si se lo utiliza con chispa pequeña, pero el trabajo se hace más lento y costoso. Hay talleres económicos que trabajan con varios electrodos, utilizando uno de ellos como electrodo de desbaste con una chispa intensa para acelerar el trabajo. Los otros electrodos se llaman de terminación y se los emplea con chispa pequeña. La decisión de uno u otro de los métodos depende de cuán difícil sea la ejecución de los electrodos. La electroerosión permite elaborar cavidades hembra (y también machos) sumamente complejas, puesto que no se necesita que los electrodos estén construídos en una sola pieza. En efecto, las electroerosionadoras pueden ubicar en forma sucesiva varios electrodos independientes en diferentes posiciones sobre un mismo bloque de acero. Véase la Figura III-11, en la cual varios electrodos simples permiten elaborar una cavidad relativamente compleja. En la misma figura puede notarse que un electrodo se construyó soldando entre sí dos partes de

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cobre mediante estaño. Otra ventaja muy importante de esta técnica es que el acero que se utilice no necesita ser blando, como en el caso del acuñado, pudiendo inclusive hallarse templado antes de ser electroerosionado. Esta posibilidad obviamente prolonga enormemente la vida útil de las cavidades. Asimismo, las cavidades también pueden ser labradas directamente en una placa, para obtener varias bocas sin necesidad de emplear el método de postizos independientes. Esto simplifica la construcción del molde y ulteriormente mejorará la refrigeración que más adelante veremos que se necesita implementar. 4. Electrodeposición Se trata de una técnica que puede utilizarse cuando se dispone de un original de la pieza a inyectar. Consiste en depositar electroquímicamente níquel metálico sobre el original hasta que se forme una película de 1 ó 2 décimas de milímetro de espesor. A continuación se deposita encima una capa más gruesa de cobre, a manera de refuerzo. Todo el proceso se realiza en el taller de electrodeposición dentro de un baño térmico a una temperatura de alrededor de 60 ó 70 °C, por lo que debe tenerse en cuenta si el material del original puede soportarlo. Al finalizar el proceso se despega la cavidad electrodepositada, la cual consistirá en una carcasa metálica con un “interior” de níquel sumamente duro. Para montar esta cavidad en el molde de inyección es necesario darle respaldo, usualmente con plomo o, preferentemente con masilla epoxy, debiendo para ello confeccionarse previamente un alojamiento de acero en el que pueda ser contenida la cavidad y con la menor luz que sea posible. La masilla se utilizará para rellenar los espacios de aire que hubiere, no debiendo quedar ningún sector sin respaldo, sea del propio acero del alojamiento o bien de la masilla epoxy, a fin de que la cavidad pueda soportar sin deformarse los esfuerzos que estarán involucrados en el trabajo de inyección posterior. La técnica es sumamente fiel en el sentido de que la superficie de níquel copia exactamente todos los detalles de la textura del original, los cuales serán transmitidos luego a las piezas inyectadas. Tiene el inconveniente, sin embargo, de que estas últimas resultarán aproximadamente un 1 % más pequeñas (dependiendo del material que se inyecte) que la pieza original, dado que al tener la cavidad sus mismas dimensiones no quedará compensada la contracción por enfriamiento.

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Este método se aplica frecuentemente para construir moldes para la inyección de ópticas para automotores. También es posible con esta técnica la elaboración de electrodos para electroerosión, partiendo de piezas originales. Se utilizan para ello materiales denominados cauchos de silicona, cuyas propiedades y modo de empleo veremos exhaustivamente en el apartado 6. Por el momento es suficiente con saber que se trata de materiales sintéticos que pueden utilizarse en forma casera y sirven para obtener moldes a partir de un modelo dado. En el caso que nos ocupa, el empleo de un caucho de silicona resistente al calor (hay cauchos que resisten la temperatura del plomo fundido, y aquí sólo necesitamos que soporte la del baño térmico del taller de electrodeposición), según las técnicas que se explicarán en el mencionado apartado, permitirá obtener una cavidad hembra de caucho correspondiente a la pieza original. Luego se podrá electrodepositar cobre en su interior para construir un electrodo de la misma forma y tamaño que la pieza original. Finalmente se utilizará dicho electrodo para electroerosionar en acero la cavidad de inyección. 5. Fundición de “kirksite” Se suele construir cavidades para piezas de inyección medianas o grandes (por ejemplo, calzado plástico, autopartes) en una aleación de cinc llamada “kirksite”, relativamente dura y de punto de fusión no demasiado alto. El taller de fundición cuela el metal fundido en moldes que confecciona a partir de modelos de la cavidad (y no de la pieza) que se le llevan hechos con caucho de silicona respaldados con yeso (véase el apartado 6). La cavidad fundida presenta una superficie áspera y normalmente sufre una contracción del orden del 1 %. En el caso de ser muy grande es posible que se produzcan pequeñas torceduras. Por estos motivos se necesitará luego ajustar la cavidad, mediante azul de Prusia, lo que representa un trabajo manual muy laborioso y que exige mucha destreza. No obstante estas dificultades, el método se utiliza extensamente para piezas cuyos moldes deben resultar económicos y no se necesita que duren muchos años. 6. Fundición al vacío Cuando se trata de construir cavidades pequeñas, este método (así como el que veremos en el apartado siguiente) puede aplicarse en forma totalmente casera y además permite obtener cavidades de mucho más alta calidad que las del método anterior puesto que, si bien la superficie de una cavidad fundida al vacío resulta opaca, no aparecen los poros ni las sopladuras típicas de la fundición común. Por este motivo el pulido que pudiera desearse resulta muy sencillo de realizar. Detalles muy pequeños

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del original, que no podrían reproducirse con el método anterior, quedan definidos con gran exactitud. Un metal muy adecuado para esta técnica es el cinc (o sus aleaciones de bajo punto de fusión). Posee una dureza superior a la del aluminio y se lo puede fundir fácilmente mediante un soplete de gas de garrafa (como crisol puede utilizarse una simple lata de conservas). El cinc puede conseguirse en algunos corralones de materiales de demolición y en comercios de compra y venta de metales. No debe confundírselo con la chapa de cinc, que en realidad es chapa de hierro cincada. Seguidamente describiremos con detalle la técnica, sabiendo que será de gran utilidad para todo aquél que se esté iniciando en la tecnología de la inyección plástica. Supongamos que se dispone de un original de la pieza que se desea inyectar, confeccionado en cualquier material, o bien que se lo ha modelado con plastilina, cera, madera, yeso, cartón, etc. en forma manual. Vamos a moldear encima de tal original o modelo una cavidad de caucho de silicona, material cuyas propiedades explicaremos a continuación. Existen numerosos tipos de cauchos de silicona. Se trata de materiales sintéticos que se presentan en la forma de dos componentes líquidos: el caucho base y el catalizador. Cuando ambos componentes se mezclan en determinada proporción (con frecuencia una parte de catalizador cada diez partes de caucho base, en peso), la cual es indicada con exactitud por el proveedor, se produce una reacción química de vulcanizado a temperatura ambiente. No existe evaporación de solventes (no ocurre un “secado” del caucho) y, al final del proceso se obtiene un producto blando, similar a la goma, y no pegajoso al tacto. Por estas propiedades los cauchos de silicona se revelan como materiales aptos para generar moldes auxiliares en matricería: su blandura facilita el desmoldeo de los originales. Pero las ventajas principales que poseen son las de copiar absolutamente todos los detalles de textura superficial de los modelos (hasta una huella digital impresa en plastilina) y de no presentar contracción ni deformación alguna al vulcanizar a temperatura ambiente. Con respecto a la última propiedad mencionada, debe hacerse la salvedad siguiente. La duración del proceso de vulcanizado puede ser reducida por aplicación de calor moderado (no más de 50 °C). Si se supera tal temperatura límite pueden ocurrir deformaciones en el caucho. La superficie de los modelos sobre los cuales se vaya a aplicar un caucho de silicona no debe ser porosa, de lo contrario quedaría adherido al modelo y el trabajo se arruinaría. Modelos de madera, yeso o cartón,

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por ejemplo, deben ser previamente barnizados con algún tapaporos o sellador. Para ello puede emplearse gomalaca en escamas, disueltas en aproximadamente igual cantidad en volumen de alcohol común de uso medicinal, en Baño de María. La gomalaca disuelta en alcohol forma un barniz de secado ultrarrápido (por evaporación del alcohol), por lo que pueden aplicarse varias manos en corto tiempo. Durante las primeras manos el modelo poroso absorberá el barniz, quedando opaca su superficie. Cuando se haya logrado tapar los poros, en cambio, la superficie se verá brillante. En modelos de plastilina, aunque no se trate de un material poroso, es aconsejable “barnizar” con una mano muy delgada de vaselina sólida. Si se ha utilizado masilla plástica o resina poliéster en el modelo, es conveniente esperar varios días antes de aplicar el caucho, puesto que tales materiales desprenden, antes de curar completamente, vapores de estireno que pueden inhibir el vulcanizado. Cuando se prepara un caucho de silicona debe cuidarse muy bien que la mezcla de los dos componentes sea absolutamente homogénea, a fin de garantizar un vulcanizado uniforme. Hay dos tipos fundamentales de cauchos de silicona para matricería: los cauchos para pintar y los que son para colar. Los cauchos para pintar se aplican a pincel sobre el modelo, y tienen la particularidad de que, si la capa es delgada (del orden del milímetro o menos), no se escurren hacia abajo en paredes verticales, propiedad que se denomina tixotropía. Debe aplicarse una segunda mano a fin de aumentar el grosor de pared, una vez que haya vulcanizado la primera. Para comprobar esto último es suficiente con tocar el caucho con la yema de un dedo: un caucho completamente vulcanizado no se sentirá pegajoso al tacto. En cambio al principio, inmediatamente después de haberlo aplicado, el caucho dejará el dedo mojado. Más tarde ya no mojará pero, al separar el dedo luego del o, se levantará un pequeño cono que enseguida será reabsorbido. Después no llegará a formarse el cono, pero se imprimirá una huella digital que luego desaparecerá espontáneamente (ver Figura III-12). El proceso de vulcanizado completo puede tardar desde unas pocas horas hasta varios días, dependiendo de la cantidad de catalizador utilizado y de la temperatura ambiente. Esto es válido para todos los cauchos de silicona. Si ocurriera un vulcanizado muy lento, a veces la tixotropía del caucho para pintar no es suficiente para impedir el escurrimiento. Esto obliga a “levantar” el caucho con el pincel en forma periódica, cosa que será posible mientras se encuentre en estado pastoso. Esta operación suele resultar bastante fatigosa puesto que se necesita vigilar constantemente la evolución del proceso de vulcanizado. Si bien se

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lo puede acelerar con calor, recuerde que no deben excederse los 50 °C, a riesgo de que el caucho se distorsione. Lo más seguro es calentar empleando un secador de cabello. De esta manera, un caucho que esté tardando cinco o diez horas en vulcanizar, podrá hacerlo completamente en menos de un par de horas. Para evitar las molestias anteriores se emplean los cauchos de colada, que simplemente se vierten encima del modelo hasta cubrirlo sobrepasando en 2 ó 3 milímetros su punto más alto. Alrededor del modelo deberá construirse un encofrado, el cual puede hacerse con una tira de cartón de manera de formar un anillo o zuncho. Para simplificar la tarea de eliminar los poros del cartón, a fin de que el caucho no se adhiera, en vez de barnizarlo conviene pegarle una cinta adhesiva plástica o de celofán en su superficie interior. La Figura III-13 a representa un modelo que, para simplificar, supondremos que posee su cara inferior plana, de modo que la cavidad de inyección completa sólo requerirá la elaboración de una mitad (la otra será simplemente una placa plana). La superficie de cierre del molde será, por lo tanto, un plano. Más adelante veremos cómo trabajar con piezas que requieren cavidades de dos mitades y no sean separables por una superficie plana. La Figura III-13 b muestra cómo aplicar un caucho para pintar, en tanto que la Figura III-13 c, el modo de trabajar con un caucho para colar. Los cauchos son materiales relativamente caros y el costo de apenas 10 centímetros cúbicos puede comparase con el de un litro de gaseosa. Por este motivo los distribuidores de cauchos de silicona (quienes generalmente también son proveedores de resinas plásticas) los venden fraccionados en cantidades pequeñas. Si bien se economiza caucho cuando se emplea la variedad para pintar, la mayor facilidad de aplicación de los cauchos para colar compensa con creces el costo más alto resultante de tener que utilizar mayor cantidad. Por otra parte, existe una ventaja adicional al emplear cauchos para colar, vinculada con el paso que sigue. La superficie libre de un caucho colado es perfectamente plana, excepto por el menisco que se forma en el borde que estuvo en o con el zuncho de cartón. Una vez separado el caucho del modelo, bastará con recortar el menisco con un par de tijeras para que se pueda apoyar el caucho sin que se deforme en la mesa de trabajo, con la cara correspondiente a la cavidad hacia arriba (véase la Figura III-14), constituyéndose así y después de haber agregado un nuevo zuncho, en un

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molde adecuado para describiremos enseguida.

poder

colar

a

continuación

yeso,

como

Por el contrario, un caucho para pintar no ofrece una superficie plana que permita apoyarlo. Debe proporcionársele ese apoyo colando, por encima de la superficie y sin haber retirado en ningún momento el modelo, un respaldo o contramolde de yeso (ver la Figura III-15). Al día siguiente se podrá desmoldear el modelo y el caucho será sostenido por el contramolde a fin de que se obtenga el mismo tipo de receptáculo que el que proviene de un caucho para colar. Veamos ahora la manera más segura de preparar yeso para colar (el yeso tipo Paris es adecuado y tiene la ventaja de que se lo consigue fraccionado en cualquier ferretería), como se ilustra en la Figura III-16. Lo más importante, a fin de que no se formen grumos, es siempre echar el yeso al agua y nunca al revés. Para reducir la formación de burbujas sólo debe revolverse levemente y al final, inmediatamente antes de colar. Todo lo realizado hasta este momento será utilizable también en la técnica que corresponde al apartado 7, es decir que, tanto las cavidades que se elaboren en fundición al vacío como las que se construyan en resina epoxy tienen en común la confección previa de moldes auxiliares de caucho. Las dos técnicas sólo se diferencian de aquí en adelante. En el apartado 7 daremos por sobreentendido que se sabe cómo construir el caucho de silicona. A continuación describiremos el procedimiento para realizar la cavidad en fundición al vacío. Una vez confeccionado el caucho, se lo debe rodear con una nueva tira de cartón forrada con cinta adhesiva. Dicha tira debe estar en o con el caucho pero no en forma apretada para no distorsionarlo. El borde superior debe sobrepasar la altura del caucho en unos 10 milímetros, como muestra la Figura III-17. Seguidamente colaremos una cantidad de yeso aproximadamente hasta la mitad del borde de cartón (véase la Figura III-18 a). Es conveniente sumergir enseguida un pequeño pincel y deslizarlo sobre el fondo de la cavidad de caucho, a fin de que se libere cualquier burbuja de aire que pudiera haber. Pocos minutos después el yeso comenzará a endurecer lo suficiente como para que se pueda apoyar sobre su superficie y sin que se hunda un trozo de alambre, de unos 2 milímetros de diámetro, doblado según la forma general del yeso (ver la Figura III18 b). Inmediatamente volveremos a colar yeso hasta alcanzar ahora el borde del cartón. La finalidad del alambre incluído es la de reforzar

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mecánicamente el yeso, de manera análoga al hormigón armado. Al día siguiente se desmoldeará el yeso, aunque todavía esté húmedo. Convendrá repetir una o dos veces más la colada de yeso, con el objeto de tener varias réplicas que sirvan como repuestos en el caso de rotura. Sobre una de tales réplicas realizaremos la fundición al vacío, para lo cual el yeso deberá encontrarse ya totalmente seco. Cuando el yeso conserva humedad se siente frío al tacto. En cambio, una vez seco, a la vez que adquiere un color blanco puro, alcanza la temperatura ambiente. En la fundición común, denominada por gravedad, cuando se vierte (cuela) metal fundido sobre un molde de yeso, tierra o arena, materiales porosos que encierran aire, el calor del metal produce una rápida expansión de aquél. Este aumento casi explosivo del volumen del aire interno del material del molde se manifiesta en la formación de burbujas que normalmente ascienden, atravesando el metal mientras éste se encuentra en estado líquido. Toda burbuja que no haya desaparecido antes del enfriamiento del metal producirá una sopladura en la fundición. Este tipo de defectos aumentaría si el molde estuviera húmedo, ya que habría que añadir al aire expandido el vapor de agua que se formara. Quien haya fundido plomo alguna vez en un molde de tierra o yeso, habrá observado que el metal recién colado parece hervir, lo cual es una manifestación de lo expuesto. En la fundición al vacío se extraen los gases que formarían sopladuras y la superficie del metal líquido se conserva tranquila como lo estaría si fuese mercurio a la temperatura ambiente. Asimismo, la aspiración de dichos gases (que se realizará a través de la porosidad del yeso) fuerza al metal a introducirse en todos los intersticios del molde. Por estas razones es que la técnica permite obtener piezas de fundición de la más alta calidad. Para realizar la fundición al vacío se necesita implementar la llamada caja de fundición. Si la réplica de yeso es pequeña, puede utilizarse para ello una lata vacía de conservas (Figura III-19 a), la cual debe recortarse de modo que su altura total supere aproximadamente en 10 milímetros al punto más alto de la réplica. En el fondo de la lata se practica un orificio con un punto, desde adentro hacia fuera, y se lo agranda hasta que pueda pasar por él un pequeño trozo de tubo de cobre o latón de aproximadamente 8 milímetros de diámetro, pestañado en un extremo a fin de que no pueda salirse (Figura III-19 b). A continuación se suelda el tubo con estaño, asegurándose que la unión sea hermética.

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Seguidamente, debe confeccionarse con alambre una forma espiralada lo más plana posible, como se muestra en la Figura III-20, la cual se introduce en la lata de modo que quede centrada y apoyada en el fondo. Luego se coloca la réplica de yeso encima del alambre y, finalmente y para inmovilizar el conjunto formando una cavidad que pueda recibir al metal fundido sin escapes, se prepara un poco de yeso que se emplea para masillar el espacio que haya quedado entre la pared lateral de la lata y la réplica, como ilustra la Figura III-21. Es posible que al día siguiente se observen grietas en el yeso húmedo. Obtúrelas con un poco más de yeso. Una vez que el yeso esté seco podrá aspirar aire a través del tubo, aunque con cierto esfuerzo. Si le resulta muy fácil puede ser señal de que existe alguna grieta no tapada. En cambio, si le es casi imposible la aspiración, puede ser que todo el yeso esté todavía húmedo (el agua bloquea la porosidad) o bien que el yeso fresco que se aplicó para inmovilizar la réplica se haya escurrido hacia abajo hasta tapar el tubo. La cámara de aire que forma el alambre en espiral, debe quedar libre, a fin de que la réplica presente la mayor superficie posible de aspiración por parte del sistema de vacío que a continuación describimos. La Figura III-22 representa esquemáticamente el sistema de vacío. El compresor de ¼ HP conectado al revés funciona como una bomba de vacío eficaz para el uso que se le va a dar. Cambie el filtro de estopa que usualmente poseen estas máquinas en el cabezal por un pico para manguera de gas de los que se consiguen en las casas de rios. Para conectar el pico y los distintos tubos del sistema, si son de un diámetro de unos 8 milímetros, utilice mangueras plásticas de PVC de diámetro interior ø 6 mm y pared gruesa. Las mangueras se conectan fácilmente si se calientan previamente con agua hirviendo. Aplique grasa o vaselina sólida en cada conexión, a fin de mejorar la hermeticidad del sistema. La damajuana con agua actúa como “trampa” en el caso de rotura del yeso de la caja de fundición. Si tal accidente ocurriese y no estuviera dicha trampa, el metal fundido podría recorrer varios metros de manguera, la cual quedaría inutilizable, pudiendo eventualmente introducirse en el cabezal del compresor. La damajuana queda asimismo autoprotegida, gracias a que el agua en su interior enfriaría al metal que se estaría precipitando. No obstante, si todo el yeso está bien seco y no hay fisuras, no existe peligro de rotura.

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En el momento de realizar la fundición hay que verificar el correcto funcionamiento del sistema de vacío y de la caja de fundición. Poniendo en marcha el compresor, debe escucharse un ligero siseo al acercar el oído a la caja de fundición. También tiene que sentirse un efecto de succión si se tapa la caja con la palma de la mano. Observe asimismo nuevamente que no haya grietas en el yeso. Mantenga el compresor funcionando mientras funde el metal en una lata o crisol mediante un soplete de gas de garrafa. Emplee pinzas y, de ser posible, guantes. No trabaje con las piernas o pies descubiertos. Las precauciones nunca sobran. Una vez que el metal se haya fundido, manténgalo unos segundos más en el calor del soplete, a fin de que su temperatura sea un poco más alta que la del punto de fusión y se disponga del tiempo necesario para efectuar la colada sin que el metal se enfríe prematuramente. Luego vierta el metal suavemente y desde cerca. Observe que no se agite ni burbujee. Complete el resto de la colada y no apague el compresor hasta que el metal se haya solidificado completamente. La colada se contraerá superficialmente al enfriar, pero no agregue más metal. Esta deformación se corregirá en el momento de instalar la cavidad fundida en la placa portacavidades del molde de inyección, mediante masilla epoxy. Es frecuente que la cavidad fundida no se desmoldee fácilmente del yeso. En tal caso, rompa o desmenuce el yeso con una herramienta de madera o aluminio y lave bajo agua con un cepillo pequeño. La instalación de la cavidad en una placa portacavidades de espesor suficiente requiere ejecutar un calado de la misma de forma y tamaño tales que pueda ser colocada en su interior la cavidad fundida con la menor holgura posible. Los intersticios se rellenan luego con masilla epoxy mediante espátula, al tiempo que se corregirá cualquier defecto en el paralelismo de las caras de la fundición (ver Figura III-23). 7. Resinas epoxy Como hemos mencionado en el Capítulo I las resinas epoxy son materiales muy útiles en matricería, especialmente cuando se trata de construir cavidades con técnicas que pueden estar al alcance de todos. Una vez coladas solidifican sin contracción perceptible ni distorsión alguna, reproduciendo con absoluta fidelidad cualquier detalle del molde. Si bien son relativamente frágiles, su resistencia mecánica puede

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mejorarse mediante el agregado de cargas, generalmente limaduras o polvos metálicos (hierro o aluminio). El aluminio en polvo (llamado aluminio atomizado) aumenta sustancialmente además la conductividad térmica, siendo ésta una propiedad muy importante, según veremos en el Capítulo IV. Las resinas epoxy cargadas resultan mecanizables sin dificultad. Es decir, se las puede cortar, limar, perforar y roscar (si bien las roscas de filetes delgados no son aconsejables por ser poco resistentes). En cambio, cavidades hechas con resinas sin carga se astillan si se las intenta mecanizar. De las diversas resinas epoxy existentes nos interesa en especial, por su facilidad de manipuleo, la denominada 1040 AV, donde las letras significan “alta viscosidad”. Es un líquido muy espeso, cristalino e incoloro. La resina epoxy debe ser mezclada con un segundo componente, el “endurecedor”, en una proporción que puede variar dentro de ciertos márgenes a fin de que ocurra la reacción química que conduce al endurecimiento final a temperatura ambiente. El endurecedor correspondiente a la resina 1040 AV es el denominado “P”, líquido espeso, cristalino y de color acaramelado. Los proveedores de resinas venden ambos componentes y asesoran sobre su modo de empleo. Pueden mezclarse desde una parte y media hasta dos partes de resina 1040 AV por cada parte de endurecedor P (en volumen). Cuanto mayor sea la cantidad de resina el producto final será más duro, y viceversa. Situarse en el promedio, es decir, una parte y tres cuartos de resina por cada parte de endurecedor, da buenos resultados. Una cavidad construída con resina epoxy 1040 AV no debe calentarse más allá de los 50 °C, de lo contrario puede romperse fácilmente. Si el molde de inyección está adecuadamente refrigerado, la temperatura más alta del material plastificado no alcanzará a dañar la cavidad, puesto que sólo un espesor superficial de la misma se habrá expuesto y en forma transitoria, una vez por ciclo, permaneciendo el volumen más importante a menor temperatura. La palma de la mano es un sensible instrumento para detectar 50 °C: si se la puede mantener apoyada sobre un objeto, éste se encuentra a una temperatura inferior. Existen resinas que poseen más alta resistencia térmica, pero son de tratamiento más complejo. No basta con mezclarlas para que endurezcan a temperatura ambiente, sino que necesitan un proceso de “curado” a temperaturas variadas y durante tiempos especificados, para lo cual se requieren estufas de laboratorio especiales que son costosas.

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Si bien una resina epoxy cargada se comporta mejor cuanto más cantidad de carga se le haya incorporado, existe el límite práctico de que la mezcla sea todavía manejable, es decir, que no resulte tan espesa como para que luego no se la pueda revolver ni colar. Una buena proporción es la de partes iguales en volumen. Así, la mezcla cargada estaría formada por: Endurecedor P

1 parte

Resina 1040 AV

1 ¾ partes

Carga

2 ¾ partes

Desde que se incorpora el endurecedor a la resina se dispone de una media hora para trabajar, lapso en el que la mezcla se conserva líquida. Luego empezará a hacerse más notorio el endurecimiento y dos o tres horas después habrá solidificado. No conviene desmoldear la colada hasta el día siguiente, en el que el endurecimiento adquirido ya será importante. No obstante, el endurecimiento final se alcanzará aproximadamente una semana después. Vamos a describir ahora el procedimiento para colar una cavidad. Partiremos de suponer que se tiene un caucho de silicona, construído según hemos visto en el apartado 6. Cuando se buscaba construir una cavidad fundida al vacío, colábamos yeso en el caucho. En el caso presente colaremos otro material, apto para recibir una colada de resina epoxy en el sentido de que ésta no pueda quedar pegada. Un material barato y muy adecuado es el de las velas comunes de iluminación, las cuales se funden fácilmente en Baño de María. Como hacíamos en el apartado 6, rodearemos el caucho con un zuncho de cartón. Seguidamente, calentaremos el conjunto a unos 60 °C (con un secador de cabello o en el horno de una cocina) y con un pincel pequeño pintaremos la cavidad de caucho con una mano delgada de vela derretida. La finalidad de haber precalentado el caucho es la de impedir que la capa de vela se solidifique inmediatamente. A continuación agregaremos talco industrial al resto de la vela que está en Baño de María, aproximadamente en igual cantidad. Luego de revolver la mezcla, la colaremos en el molde hasta alcanzar el borde del cartón. El talco reduce la contracción de la vela al enfriar y le confiere

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mayor resistencia a la rotura. Sólo desmoldearemos la réplica cuando se haya enfriado por completo. Si la mano de vela inicial fue bien aplicada, la superficie de la réplica no debiera presentar burbujas. Acto seguido construiremos una placa portacavidades similar a la del apartado 6, pero con un calado más pequeño que posibilite que la misma pueda ser apoyada sobre la réplica de modo de constituir un receptáculo sin fugas (ver Figura III-24) para la posterior colada de resina. Antes de colar la resina hay que desengrasar la placa con solvente, a fin de mejorar la adhesión de aquélla. Ahora mezclaremos la cantidad necesaria de resina y endurecedor pintando la superficie de la réplica en el fondo del receptáculo formado con la placa. Examinando que no haya burbujas, agregaremos la carga de aluminio a la mezcla de resina, revolviendo bien y colando hasta apenas sobrepasar la cara superior de la placa (Figura III-25). Al día siguiente, para desmoldear emplearemos agua caliente para derretir la vela o un Baño de María para calentar la placa, dejando en este último caso la réplica de vela hacia arriba, sin que la toque el agua (Figura III-26). Finalmente deberá aplanarse mediante lima o lija la superficie libre de la colada de resina. La cavidad así producida se hallará firmemente adherida por su perímetro a la placa, lo que facilitará posteriormente su refrigeración. Corresponde agregar una recomendación final, relacionada con la relativa fragilidad de las resinas epoxy. Detalles delicados de la cavidad, como ser salientes delgadas, no es conveniente que estén hechos con la misma resina. Recuerde que los materiales de inyección se contraen al enfriar, por lo cual podrían llegar a ejercer un importante esfuerzo de tracción sobre dichas salientes durante la expulsión de las piezas inyectadas. Asimismo, es probable que se produjera un calentamiento excesivo, dado que sería difícil la refrigeración. Cualesquiera de ambos efectos podría ocasionar roturas. Para evitar este riesgo, es conveniente reemplazar las salientes por postizos metálicos (ver Figura III-27). Cavidades de dos mitades Consideremos como ejemplo la Figura III-28, en la cual la pieza a realizar por inyección es una cuchara común. Hemos elegido un diseño conocido por todos y tal que se necesitan dos medias cavidades para generarlo, no separables por una superficie plana, como lo han sido los casos considerados hasta ahora. La superficie de separación (o cierre)

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resulta curva (se trata de una superficie alabeada). Lo primero que debe hacerse es reconocer por cuál lugar de la pieza pasa la superficie de cierre de las dos medias cavidades. Esto es sencillo si imaginamos a la pieza iluminada por un haz de luz de rayos paralelos: la cara en sombras estará separada de la cara iluminada por una línea que llamaremos línea de cierre. En muchas piezas de inyección suele verse tal línea, que a veces es llamada costura, siendo tanto más imperceptible cuanto más alta haya sido la calidad del molde empleado. Se necesita que cada cara de la pieza pueda extraerse fácilmente de la media cavidad respectiva, es decir, que no haya ningún tipo de “enganche” o traba. Cuando esto último se cumple, diremos que la pieza tiene salida adecuada. El procedimiento de construcción de las dos medias cavidades se inicia haciendo un respaldo para la pieza original con plastilina, arcilla o yeso que alcance la línea de cierre, como se ve en la Figura III-29. La Figura III-30 muestra en corte la pieza original “empotrada” en su respaldo. Si el respaldo fue confeccionado con yeso o arcilla, se lo deberá barnizar a fin de eliminar su porosidad. Convendrá lubricarlo finalmente con vaselina sólida, como así también si fuera de plastilina. A continuación se colará un caucho de silicona, habiendo previamente armado un zuncho de cartón que evite el derrame (ver Figura III-31) y, luego de vulcanizado, deberá respaldárselo con un contramolde de yeso (Figura III-32). También puede colarse el caucho haciendo una recámara de aire con yeso, por encima del original. Para ello debe primero cubrirse el modelo con uno o dos recortes de masa de harina (son ideales las tapas para empanadas o tartas, por su espesor uniforme), según se ve en la Figura III-33, hasta formar un espesor de 3 ó 4 milímetros. Lubrique con vaselina sólida la superficie de la masa y realice encima un contramolde de yeso. Al día siguiente, ya fraguado este último, retire la masa y perfore el yeso para construir una ventana de aproximadamente 3 centímetros por lado (véase la Figura III-34). Si la pieza original es de longitud varias veces mayor que esta abertura, es conveniente abrir una segunda en un punto alejado. Al mismo tiempo practique dos agujeros poco profundos y con cierta conicidad en esquinas opuestas del yeso (tendrán como finalidad garantizar el centrado). Seguidamente, barnice el yeso hasta estar seguro de haber

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eliminado su porosidad. Arme el conjunto y finalmente cuele el caucho (Figura III-35) sobre el punto más bajo, a fin de que el aire pueda ser desalojado lentamente por la abertura más alta. Obviamente, puede simplificarse el procedimiento si se aplica un caucho para pintar. Recuerde, no obstante, los riesgos de un vulcanizado difícil de prever y que puede resultar muy largo. El paso siguiente es elaborar el caucho correspondiente a la segunda media cavidad del molde. Para ello habrá que invertir el conjunto, retirando el primero de los respaldos que se hicieron (Figura III-36). Para que no se adhiera el caucho nuevo sobre el anterior es fundamental envaselinarlo cuidadosamente. Por precaución extienda la vaselina también sobre el borde de yeso. A partir de aquí el procedimiento se repite en la misma forma que condujo a elaborar el primer caucho. Una vez obtenidos los dos cauchos y sus respectivos contramoldes (Figura III-37), se estará en condiciones de elegir entre las técnicas de los apartados 6 y 7 para construir las medias cavidades de inyección finales.

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CAPÍTULO IV: MECANISMOS DE MOLDES Y REFRIGERACIÓN

Generalidades La contracción de los termoplásticos generalmente obliga a que los moldes de inyección posean diversos mecanismos o sistemas que faciliten y garanticen la expulsión de las piezas inyectadas en el momento de la apertura. La forma de una pieza dada permite saber, antes de diseñar y construir el molde, en cuál mitad del mismo tenderá a quedar atrapada. Normalmente esta mitad será la que posea los machos del molde y convendrá que sea la que se instale en el plato móvil de la inyectora. Los

sistemas

de

expulsión

junto

con

otras

características

que

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deben reunir los moldes, como ser una adecuada refrigeración y conveniente de la alimentación de cada una de las bocas, hacen que los inyección sean algo más complejo que lo que podría pensarse a considerar solamente las cavidades. Sin embargo, veremos que son conceptos que deben tenerse en cuenta a la hora de diseñar un molde.

un diseño moldes de partir de pocos los

Los moldes de inyección se construyen utilizando placas de acero de caras paralelas, las cuales se confeccionan por medio del cepillo y eventualmente rectificadora a partir de materiales semiterminados (planchuela o chapa). Se utilizan diversos aceros, según el tipo de requerimiento de cada placa. Así, por ejemplo, las placas denominadas portamolde (ver Figura IV-1) suelen hacerse con acero SAE 1010 (el que incorrectamente es llamado “hierro”). Existen en los moldes otras placas, algunas de las cuales pueden ser móviles, pudiendo estar sometidas a distintos esfuerzos. Cuando se necesita mayor dureza, mejor que el SAE 1010 será el SAE 1045. En casos donde se requiera gran dureza superficial podrá acudirse al SAE 4140, acero de aleación que puede ser endurecido sin que se distorsione mediante el proceso llamado nitruración. En este caso es importante, antes de mecanizar el acero y posteriormente nitrurarlo, someterlo previamente al tratamiento denominado bonificación. El acero bonificado puede mecanizarse perfectamente y la nitruración posterior dará resultados óptimos. Comúnmente los proveedores de aceros especiales realizan el bonificado a pedido. Las placas dotadas de movimiento deben guiarse mediante columnas. Es frecuente confeccionarlas a partir de acero plata y luego templarlas. Si el molde es de alta producción, suelen instalarse asimismo bujes templados (Figura IV-2). En ocasiones, las placas móviles de un molde deben detenerse en determinadas posiciones durante la apertura, para lo cual se emplean topes que pueden hacerse mediante tornillos. Otras veces, una placa en movimiento debe arrastrar a otra inicialmente detenida. Para ello se emplean los denominados tiradores (ver Figura IV-3). Las placas que deben permanecer unidas entre sí se empalman mediante tornillos de fijación tipo Allen (Figura IV-4). Si además debe garantizarse un centrado seguro será necesario espinar las partes (Figura IV-5). Las columnas, los topes, los tornillos de fijación, los tiradores y las espinas se instalan de a dos, tres o hasta cuatro, de modo de mantener simetría. Esto se muestra en la Figura IV-6, que es una vista frontal de placas genéricas circulares y rectangulares. A fin de simplificar las figuras que siguen sólo representaremos uno de tales elementos, dando por sobreentendido que su número y ubicación ofrece

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simetría. Por simplicidad también omitiremos, por el momento, la refrigeración (sobre la cual nos extenderemos más adelante). Hacia el final del capítulo volveremos a considerar las distintas partes y piezas mencionadas en este apartado con el objeto de fijar ideas acerca de los espesores, diámetros y dimensiones típicas que conviene adoptar. Sistemas de expulsión Si bien por sencillez hemos representado una sola boca de los distintos moldes considerados en las figuras que siguen, debe entenderse que los sistemas de expulsión son aplicables tanto a moldes de una boca como a moldes de bocas múltiples. 1. Expulsión por medio de expulsores Supongamos que se desea construir el molde para inyectar una caja. El interior de la misma será generado por un macho sobre el cual, por contracción, la pieza quedará firmemente atrapada. La Figura IV-7 muestra en corte el molde de inyección, que suele denominarse molde de caja. En efecto, el espacio que queda entre las dos placas prismáticas o paralelas determina una caja en la cual puede desplazarse un par de placas pequeñas atornilladas entre sí. Estas últimas sirven para sostener unos vástagos, comúnmente de acero plata templado, de los que hay dos tipos diferentes, según su finalidad: los expulsores y los retractores. Los expulsores empujan la pieza retirándola del macho en el momento de la apertura, gracias a que el plato móvil de la máquina lleva la caja del molde a encontrarse con la barra expulsora (ver Figura II-9 y Figura IV-8), la cual penetra a través de un orificio de la placa portamolde. La barra expulsora de la inyectora es la que, en definitiva, pone en movimiento a los expulsores. Los retractores, también de acero plata templado, acompañan el movimiento de los expulsores pero actúan en el momento del cierre del molde. En efecto, cuando el molde se cierra, el extremo libre de cada retractor se apoya en un determinado lugar de la placa del lado boquilla, posibilitando que el par de placas pequeñas de la caja regrese a su posición inicial. Si el movimiento de cierre se efectúa muy rápidamente, en los puntos de impacto de los retractores se pueden utilizar postizos templados que se alojen en dichos lugares, para evitar daños en la placa del lado boquilla (ver Figura IV-9). Es conveniente descargar ligeramente los agujeros por los cuales deslizan los pernos delgados, como se ha representado para el caso de los expulsores y

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los retractores en las Figuras IV-7 y IV-8, a fin de reducir el esfuerzo de fricción en los mismos. 2. Expulsión por placa Cuando la pieza a inyectar tiene simetría cilíndrica, como es el caso ilustrado en la Figura IV-10, en la cual se representa en corte el molde de un vaso, este sistema de expulsión resulta muy adecuado. Al no existir expulsores no quedan marcas en la pieza. La expulsión se realiza gracias al movimiento de una placa que se adapta al contorno circular del macho, la cual es empujada durante la apertura del molde de la misma manera que en la expulsión por expulsores. Otra manera de realizar la expulsión por placa es mediante un par de “cadenas” instaladas en ambos lados de la placa y el lado boquilla del molde, como se ve en la Figura IV-11. En este caso no se necesita que el molde posea caja, de modo que la ejecución de esta variante resulta más simple. En los dos sistemas de expulsión que hemos considerado, existen partes de los mecanismos (los expulsores en uno de los casos y la placa expulsora en el otro) que están en o con el material de inyección en estado plastificado y que luego, durante la apertura, deberán moverse. Tal movimiento exige cierta holgura o “luz” para que las piezas no estén “clavadas”. Sin embargo, dicha luz no conviene que exceda las 4/100 de milímetro, pues en caso contrario el material plastificado podría llegar a filtrarse. Una filtración pequeña (manifestada como una rebaba alrededor de los expulsores o en la línea que separa el macho de la placa expulsora) podrá no tener importancia. Si fuese grande, en cambio, podrían dejar de funcionar los sistemas de expulsión. Moldes con movimientos múltiples Vamos a considerar ahora piezas cuyo diseño exige un molde de más de dos partes. Tomemos como ejemplo la pieza de la Figura IV-12. Para generarla, además de un macho que pueda retirarse según el sentido de la flecha, se necesitan dos medias cavidades separables por la línea interrumpida. Debemos aprovechar el movimiento unidireccional de apertura de la inyectora para producir dos movmientos perpendiculares entre sí. Vamos a describir una forma sencilla de lograrlo. Consideremos la Figura IV-13, en la que se ilustra un sencillo mecanismo de eslabones articulados. Si los puntos A y B se separan, entonces el punto D asciende en tanto que C no se desplaza. La Figura IV-14 muestra superpuestos los dibujos de la anterior, habiéndose representado con línea llena la posición inicial de los eslabones y con trazo interrumpido, la final. La Figura IV-15 muestra esquemáticamente el molde abierto y cerrado,

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pudiéndose observar una correspondencia entre las posiciones de las distintas partes del mismo y las de las articulaciones del mecanismo. Esto es, las medias cavidades se separan como lo hacen los puntos A y B, la placa expulsora permanece en su posición inicial, en correspondencia con el punto C (o C’), en tanto que el macho asciende como lo hace el punto D. Este último ha sido vinculado con el M en la cabeza del macho, lo cual se representa en la Figura IV15 mediante una línea quebrada de trazo interrumpido. En la práctica esta vinculación se realiza mediante un eslabón que, gracias a una ranura que posee, evita la interferencia con C, como se muestra en la Figura IV-16, que es una vista en perspectiva del mecanismo completo. Debe instalarse un mecanismo en cada lado del molde para que los esfuerzos se mantengan equilibrados. Moldes con correderas La Figura IV-17 representa una pieza que requiere un molde con tres partes móviles pero que puede construirse más sencillamente que el anterior. Dos chapas ranuradas (correderas) fijadas con tornillos y espinadas en el lado boquilla del molde se emplean para desplazar machos transversales durante la apertura. Movimientos en etapas Veamos las piezas representadas en la Figura IV-18, en las que debe emplearse un macho con un resalto para generar un detalle de traba. Si el material a inyectar no es rígido o frágil, podrá expulsarse la pieza de la Figura IV18 a mediante una simple placa expulsora, dado que se expandirá para que se retire el macho e inmediatamente recuperará su forma, por elasticidad. La expansión necesaria para la expulsión ocurre porque la pieza, prácticamente desde el inicio de la apertura del molde, ya no se encuentra aprisionada en la cavidad hembra. El caso de la Figura IV-18 b, aún cuando se inyecte el mismo material, es diferente. Para que la expansión de la pieza pueda efectuarse sin deformación o rotura de la forma de la traba cuando el macho se retira, es necesario desalojarla previamente de la media cavidad del plato móvil. No será posible, por lo tanto, utilizar la propia placa como expulsora. Veremos que deberá emplearse un buje expulsor. Vamos a ilustrar con la Figura IV-19 las distintas etapas o secuencia de movimientos que necesita cumplir la expulsión. La Figura IV-19 a muestra el comienzo de la apertura, habiéndose separado un poco el plato móvil. Algo después se requiere que la pieza junto con el macho sobresalga por encima del plano de cierre (Figura IV-19 b). De

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esta manera, la pieza ya estará en condiciones de abrirse elásticamente sin que la traba interior se dañe al retirarse el macho en la etapa final (Figura IV-19 c). La Figura IV-20 muestra en corte el molde que puede generar la secuencia de movimientos descripta. Se trata de un molde de caja en el que el mecanismo resulta mucho más complejo que la propia cavidad. Convendrá por ello, para aprovechar el trabajo, hacer varias bocas y es así como lo sugiere la figura, en la cual la línea interrumpida inferior representa el eje de simetría del molde. Se ha omitido la boquilla y la forma de alimentar la boca representada, dado que todavía no hemos estudiado los distintos tipos de coladas que se emplean en los moldes de bocas múltiples. A fin de fijar ideas, vamos a repasar cómo trabaja el molde. La situación de la Figura IV-19 a se verifica al principio de la apertura. Luego, cuando la barra expulsora de la inyectora ingresa en la caja, empuja el par de placas portabujes expulsores. Los bujes impulsan la pieza hacia fuera de la media cavidad móvil y es la propia pieza inyectada la que arrastra solidariamente al macho. Cuando la pieza ha logrado salir completamente de la media cavidad, actúa el tope que traba el avance del macho. Este último queda así inmovilizado en relación al lado móvil del molde (Figura IV-19 b). En cambio, continúa moviéndose el buje, actuado por la barra expulsora y produciéndose finalmente la expulsión (Figura IV-19 c). Moldes para piezas roscadas Las piezas con roscas macho generalmente pueden inyectarse en moldes de tres movimientos. Las que poseen roscas hembra, en cambio, deben inyectarse empleando machos roscados con una leve conicidad y cuyos filetes deben hallarse muy bien pulidos. Es conveniente dar a estos últimos una forma redondeada más bien que angulosa, a fin de disminuir el riesgo de fractura. Un ángulo vivo puede iniciar una fisura que, en caso de extenderse, podría ocasionarla. Se llama a esto efecto de entalladura. Según la flexibilidad del material inyectado y la profundidad de los filetes se podrá utilizar o no la expulsión por placa. Si el material es muy rígido o bien los filetes son profundos, deberá desenroscarse el macho para conseguir la expulsión. Esto puede lograrse con un molde que resulta económico haciendo que el macho junto con la pieza puedan ser retirados a mano cuando el molde se abra. De tal tipo de machos postizos conviene tener varios juegos, para poder colocar uno en el molde y realizar otro ciclo de máquina, en tanto se desenrosca aparte la pieza inyectada anteriormente.

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Obviamente, este método demanda mucho trabajo manual y no es rcomendable para altas producciones. En este último caso, los machos deben desenroscarse automáticamente, girando en el mismo molde gracias a un mecanismo de engranajes instalado en la caja y accionado por un motor eléctrico a través de un reductor de sinfín y corona. El montaje debe ser sumamente robusto y de suficiente precisión, para soportar los esfuerzos de inyección y evitar atascamientos por filtración del material inyectado. Se trata de moldes cuyo elevado costo sólo puede amortizarse en volúmenes grandes de producción. Robadores Para asegurar la expulsión de la colada (refiriéndonos sólo al buje de colada) durante la apertura de los moldes se utilizan los denominados robadores. La Figura IV-21 muestra un robador de bola, así como distintas formas de instalarlo. El material inyectado queda trabado en la cabeza del robador, el cual tira de la colada (de aquí el otro nombre con el que se los conoce: tiracoladas) destapando así la boquilla. En el caso de las dos primeras figuras la colada debe ser desprendida del robador en forma manual, en tanto que en la tercera se puede aprovechar la expulsión por placa. La Figura IV-22 ilustra el denominado robador de pico de pato, en el cual una entalladura sirve para que la colada quede trabada. Es accionado por la barra expulsora de la inyectora y puede funcionar a resorte. La última figura lo muestra instalado en un molde de expulsión por placa. Esta última funciona un instante después de haber actuado el robador (es decir, primero se mueve hacia fuera el robador, descargando la colada, y luego la placa es impulsada por un manguito de acero que también sirve para contener el resorte). La Figura IV-23 representa un robador trampa. La colada queda atrapada por una entalladura o trampa que se ejecuta en la placa mediante una fresa, la cual puede hacerse a lima con un trozo de varilla de acero plata a la que luego se da temple. Una agujereadora de banco permite hacer rápidamente el trabajo. La expulsión de la colada se hace mediante un expulsor. Este tipo de robador tiene como ventaja que la parte de la colada que queda en la trampa se enfría rápidamente por hallarse el material en o directo con la placa del molde, generalmente refrigerada, lo que posibilita una apertura más rápida. Coladas Existen varios tipos de coladas, entendiendo por tales las diferentes maneras en que el material de inyección se hace llegar hasta las cavidades del molde.

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El material no ingresa al molde a través de un simple orificio que podría practicarse en las placas, dado que al hallarse el molde refrigerado por agua, sería posible que ocurriera un enfriamiento prematuro. Se utiliza en cambio la boquilla, pieza postiza de la que anteriormente hemos hablado y que se instala ajustadamente. El uso de la boquilla aprovecha el hecho de que entre dos metales puestos simplemente en o no existe una buena conducción térmica. Por esta razón, la boquilla no alcanzará a ser refrigerada con la misma eficiencia por el agua que circula por el molde, manteniéndose así a una temperatura más alta. Puede decirse que, aunque de manera imperfecta, la boquilla “aísla” térmicamente al material respecto de la refrigeración que tiene el resto del molde. La boquilla posee un orificio cónico (realizado mediante una herramienta denominada calisuar) que debe estar tanto más pulido cuanto más rígido sea el material a inyectar. Materiales como poliestireno, SAN, ABS, alto impacto, policarbonato (rígidos) podrían trabarse en cualquier marca que existiese (tales marcas suelen consistir en anillos dejados por la rotación del calisuar). Una boquilla bien mecanizada y pulida debe verse interiormente sin marcas y como un espejo. Las exigencias de pulido disminuyen cuando se trata de inyectar materiales blandos, como ser polietileno, polipropileno, Santoprene. A continuación describiremos los diversos tipos de coladas que se emplean habitualmente. 1. Colada directa Es la que hemos estado considerando hasta ahora, en razón de su simplicidad. La colada debe ser separada de la pieza mediante alicates. Pueden producirse rechupes superficiales o de volumen, como muestra la Figura IV-24.

2. Colada anular Es muy conveniente para piezas que poseen un orificio cuyo eje es paralelo al eje del molde y en las que se desea disimular el corte de la colada. El material fluye a través de un espacio de 0,1 ó 0,2 milímetros entre el extremo del macho y la boquilla (véase la Figura IV-25). 3. Colada por rebaba Es útil cuando se trata de inyectar piezas en forma de láminas y donde se desea que el material fluya sin demasiada turbulencia dentro del molde. La Figura

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IV-26 muestra este tipo de colada, en la cual primero se llena rápidamente un canal paralelo a la cavidad y que luego aporta material a la misma en la forma de una lámina fina que luego deberá recortarse. 4. Colada standard Es probablemente la más conocida en moldes de bocas múltiples. A partir de la boquilla se abren varios canales que se dirigen a cada una de las bocas (Figura IV-27 a) o bien se ramifican antes de alcanzarlas (Figura IV-27 b). Cada canal debe aproximarse tanto como sea posible a la cavidad respectiva (hasta una distancia del orden del milímetro). Allí se realiza, a lima, una entalladura o bebedero en forma cónica, siendo la parte más angosta la que queda hacia el lado de la cavidad. Esto facilitará la separación de la colada de las piezas, lo que se hará a mano o con alicates. 5. Colada sumergida (subterránea o submarina) Es aplicable en piezas que pueden ser alimentadas sobre la pared lateral. Se diferencia de la anterior fundamentalmente en los bebederos, los cuales se practican vinculando el canal y la cavidad respectiva mediante un pequeño orificio (del orden de 1mm de diámetro) en la placa. Dicho orificio debe ser conificado, como muestra la Figura IV-29, para facilitar la salida. Esta colada tiene como principal ventaja la de separarse automáticamente durante la apertura del molde. Asimismo el punto de alimentación es mucho menos notorio que en la colada standard. Esta colada aprovecha la flexibilidad del material inyectado, la cual permite que las distintas ramas de alimentación se doblen ligeramente para salir de los bebederos (Figura IV-30). Los distribuidores de materiales termoplásticos proveen catálogos donde se especifican los valores máximos del ángulo que puede llegar a formar la dirección del eje del bebedero con la perpendicular al plano de cierre según el material a inyectar. Obviamente, cuanto más flexible sea este último será posible un ángulo mayor. 6. Colada pin- point (punta de alfiler) Se trata también de una colada de corte automático en el momento de la apertura y se la emplea cuando se prefiere alimentar cada cavidad en el centro y no en la periferia. Su realización es un poco más compleja, puesto que implica una placa móvil extra en el lado boquilla. La Figura IV-31 muestra en corte un molde de este tipo, donde se ha representado sólo uno de los elementos tales como topes, tiradores y columnas. La Figura IV-32 es un esquema del molde totalmente abierto. La apertura del molde comienza con la separación de las placas 4 y 5, produciéndose el corte del bebedero entre las piezas y la colada. Las placas 1 y 3

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siguen separándose (están solidariamente unidas entre sí) hasta que un tirador I fijado a la placa 5 arrastra a la placa 4. Ésta se mueve hasta donde se lo permite el tope II, produciéndose la expulsión de la pieza. A continuación, el movimiento de apertura de las placas 1 y 3 sigue arrastrando a la placa 4, la cual tira de la 5. Comienzan a separarse entonces las placas 5 y 6, dejando al descubierto la colada. La placa 5, en su movimiento tira de la placa 6, gracias al tirador III. La placa 6 se separa entonces de la 2 hasta la posición que permite el tope IV, produciéndose la expulsión de la colada al retirarse el robador. Debe regularse la carrera de apertura de la máquina para que no se sobrepase este punto, de lo contrario podrían romperse los tiradores o los topes. Cabe señalar que la alimentación central en cada boca, con un bebedero casi puntual de diámetro ø 0,5 a 1 mm, produce una homogeneización extra del material inyectado, el cual llena la cavidad progresiva y uniformemente, especialmente cuando ésta presenta cierta simetría. La alimentación periférica o lateral (como es el caso de la colada standard o la sumergida), dado que el material debe rodear los machos hasta que se encuentren los dos frentes en que necesariamente se divide la masa inyectada, puede dar origen en ese lugar a una línea o costura de flujo. Este defecto podrá disimularse aumentando ligeramente la temperatura de plastificación, pero deberá tenerse en cuenta que el ciclo será algo más lento, dado que hará falta un mayor tiempo de enfriamiento para poder abrir el molde. 7. Colada caliente Durante el trabajo de un molde de inyección se van acumulando las coladas anteriormente descriptas en volúmenes crecientes que periódicamente deberán molerse. La mano de obra necesaria para ello puede llegar a hacerse importante si se trata de producciones grandes. Por otra parte, exceptuando el caso de que se le asigne otro destino, si la molienda es mezclada con material virgen a fin de aprovecharla completamente, puede producirse una disminución en la calidad de las piezas inyectadas (ver Capítulo II). A lo largo de todo el proceso de producción existirá, por lo tanto, una pérdida de eficiencia. Una producción alta, sin embargo, puede llegar a justificar la construcción de un molde más costoso, siempre y cuando resulte por ello un mayor beneficio en la producción. Este es el caso de la colada caliente: el material que normalmente constituiría la colada (buje y canales de alimentación) se mantiene permanentemente plastificado por medio de una calefacción adecuada en la región del molde donde se desarrolla la misma. De esta manera, cada ciclo de máquina sólo produce piezas útiles y ninguna colada que deba reciclarse. La implementación de la colada caliente es sumamente delicada, puesto que deben equilibrarse muy bien las temperaturas de trabajo en diferentes partes del molde, puesto que se requiere que el material se

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enfríe en las cavidades y se encuentre plastificado a partir de los bebederos y en los canales, lo cual establece una zona de transición muy definida y pequeña. Los proveedores de elementos de calefacción para la industria plástica suelen vender todos los rios para la construcción de coladas calientes (boquillas mecanizadas con metales de conductividades térmicas diferentes, resistencias, pirómetros y termocuplas adicionales, etc.), de modo que aconsejamos acudir a ellos toda vez que no se trate de experimentar. Velocidad de llenado Cuando estudiamos el tema de evitar la formación de hundimientos superficiales o vacuolas interiores (a los que hemos llamado “rechupes”) en las piezas inyectadas analizamos la importancia de mantener una efectiva presión de inyección durante un cierto lapso luego de haberse llenado el molde por completo. Tal concepto se basaba, como hemos visto, en lograr que fluyera la cantidad de material adicional necesaria para compensar la contracción durante el enfriamiento de la pieza inyectada. Para ello, el único recurso posible era el mantenimiento de la presión de inyección, toda vez que estuviéramos considerando un molde cuyo diseño no pudiera modificarse (en cuanto a espesores de pared y demás características geométricas de la pieza a inyectar). Sin embargo, el hecho de mantener la presión de inyección por sí mismo puede no ser suficiente. Se necesita, como hemos remarcado en el comienzo de este apartado, que dicha presión sea verdaderamente efectiva, es decir que su aplicación conduzca al ingreso de material adicional. En el ejemplo que discutimos en el Capítulo II (ver la Figura II–15) tal condición podía cumplirse mediante un pequeño aumento en la sección de la boquilla del molde, tal que hiciera posible mantener plastificada una vena central por la que el material pudiera continuar fluyendo hasta que se lograra el endurecimiento de la pieza dentro de la cavidad correspondiente. Ahora vamos a extender estas nociones al caso de moldes de varias bocas, donde la alimentación de cada una de ellas no puede hacerse más que a través de múltiples canales o ramas. Sobre la base de las consideraciones que hemos venido haciendo nos será sencillo entender los defectos que podrían ocurrir, y al mismo tiempo distintas maneras de aprender a corregirlos. Consideremos para ello un molde con colada standard que tuviera, a modo de ejemplo, diez bocas dispuestas en doble hilera y alimentadas a partir de una boquilla central, como puede verse en la Figura IV–33. La Figura IV–33 (a) muestra la manera en que el material plastificado va ingresando al molde, a través de los canales de alimentación, habiéndose llenado

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parcialmente las dos bocas más próximas a la boquilla. A medida que el material continúa avanzando comenzarán a llenarse las cuatro bocas siguientes (ver la Figura IV–33 (b)) hasta que, finalmente, el molde se habrá llenado completamente (Figura IV–33 (c)). Debe entenderse que a lo largo de todo el proceso descrito el material de inyección habrá permanecido durante diferentes intervalos de tiempo dentro de los distintos pares de bocas. Así, el material que llenó las dos primeras cavidades habrá permanecido más tiempo en las mismas que el que llenó las siguientes cuatro, y más aún que el que permaneció en las cavidades más alejadas de la boquilla. Lo que acabamos de decir signfica que el material de las distintas piezas inyectadas habrá estado enfriándose durante diferentes tiempos, según cuáles sean las cavidades que consideremos. Es muy probable que el material que llenó las dos primeras bocas, y en especial el de los correspondientes bebederos, haya llegado a enfriarse de modo que ya no sea posible el aporte de nuevo material para compensar eventuales rechupes. En cambio, las cuatro bocas que se llenen en último término seguramente podrán aceptar material adicional, mientras sus bebederos puedan conservarlo en estado plastificado. El resultado será que probablemente se obtengan piezas no uniformes. En cada colada se producirían dos piezas con rechupes pronunciados (correspondientes a las dos cavidades más próximas a la boquilla), cuatro piezas con rechupes leves (las de las cuatro bocas siguientes) y sólo cuatro piezas correctamente inyectadas (las más alejadas de la boquilla). Otra forma de comprender lo que acabamos de describir es analizando el proceso desde el punto de vista de cómo debió actuar la presión de inyección, es decir observando que el llenado completo de algunas de las cavidades del molde no se habría realizado con un valor de presión adecuado. En efecto, las dos primeras cavidades debieron llenarse mientras el material se encontraba avanzando casi libremente por los canales de alimentación, razón por la cual habría ingresado a esas cavidades con muy poca presión. Algo similar habría ocurrido al llenarse las siguientes cuatro cavidades: en la medida que el resto del molde estuviera parcialmente vacío la presión desarrollada no habría sido la suficiente para compensar rechupes mediante el aporte “forzado” de material adicional. Si bien en muchas ocasiones, especialmente cuando se trata de inyectar piezas con pocas exigencias, podrán no tenerse en cuenta los defectos que

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acabamos de describir, es importante conocer el principio sobre el que deberán basarse todos los diseños que se propongan con el fin de darles solución en otros casos. Tal principio establece que las distintas cavidades de un molde de bocas múltiples deben llenarse en forma simultánea. Para lograr ese objetivo existen diversas soluciones, siendo una de las más simples la representada en la parte final de este trabajo, en la Figura IV–43. La Figura IV–34 muestra otros diseños posibles, en los que las líneas y las circunferencias representan los canales de alimentación y las cavidades, respectivamente. La posición de la boquilla corresponde al centro de cada uno de los esquemas. En el caso de que se disponga de un molde con una colada similar a la ilustrada en la Figura IV–33, una solución fácil de implementar es agrandar los bebederos, tanto más cuanto más próximos se encuentren a la boquilla del molde (a fin de que los bebederos tengan mayor posibilidad de conservar plastificado el material por más tiempo). Con frecuencia se recibe la propuesta de construir un único molde para inyectar simultáneamente dos piezas de forma y volumen diferente. En general, no será aconsejable enfocar el trabajo de esta manera, debido al riesgo de que la pieza de menor tamaño pueda presentar rechupes importantes, en especial si posee gran espesor de pared. Siempre deberá preferirse la construcción de dos moldes independientes, uno para cada tipo de pieza, puesto que la seguridad en la producción compensará fácilmente el mayor costo inicial del herramental. Refrigeración En varias ocasiones anteriores hemos mencionado que la mayoría de los moldes de inyección deben contar con una refrigeración por agua. A veces pueden exceptuarse algunos moldes destinados a inyectar materiales que requieren una alta temperatura de plastificación, como ser la poliamida, el policarbonato o el polipropileno. No obstante, aún en estos casos es conveniente prever la posibilidad de que puedan ser refrigerados, lo que significa que exista espacio físico en las paredes del molde como para practicar los conductos necesarios para el transporte de agua. La refrigeración tiene un efecto muy importante no sólo porque permite aumentar significativamente el ritmo de producción, con lo cual disminuyen los costos, sino que también influye en la calidad de las piezas, especialmente en lo que respecta al control de los rechupes. En efecto, el enfriamiento más rápido de las piezas, que progresa desde la superficie hacia el volumen interior mientras se

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mantiene la sobrepresión de llenado, posibilita que los rechupes se formen en la colada, es decir, sin afectar a las piezas útiles. Una buena refrigeración permite que todo ello ocurra en lapsos breves. Refrigeración de las cavidades Cuando las cavidades están realizadas directamente en una placa pueden perforarse conductos a través de la misma para que exista una refrigeración adecuada, como muestra la Figura IV-35. Si es necesario puede incluirse una refrigeración entre placas, la cual se ejecuta mecanizando canales en una de ellas, de modo de construir un circuito. Para evitar fugas de agua debe colocarse alrededor de dicho circuito una junta selladora elástica, la cual puede hacerse con un anillo de goma (son conocidas las marcas “O”-Ring y Parker), según se ha representado en la Figura IV-36. Es conveniente que los picos de conexión de las mangueras sean de ¼” GAS y que las perforaciones tengan un diámetro de 6 a 8 mm. También da un resultado satisfactorio la refrigeración por medio de serpentinas de cobre soldadas con estaño directamente a la placa, como muestra la Figura IV-37, o bien el “encamisado” de la misma (Figura IV-38). Cuando las cavidades son postizas, no existe un adecuado o térmico entre cada una de ellas y la placa, de modo que deberá modificarse un poco la manera de refrigerarlas (ver Figura IV-39). Como se deduce de la figura, el agua rodea en forma directa cada postizo, desarrollándose una refrigeración muy efectiva. Las juntas selladoras deben calzar con el grado de ajuste que indican sus fabricantes, a partir de las medidas del alojamiento y sabiendo que su uso será estático (el conjunto sólo se arma una vez sin que luego haya movimientos). Refrigeración de los machos Siendo parte de cada boca, los machos también deben hallarse refrigerados interiormente. La Figura IV-40 muestra en corte un macho refrigerado mediante una lengüeta con forma de hélice que divide en dos cámaras una perforación interna. El agua circula por dentro del macho y además lo hace girando, con lo cual se promedian mejor las temperaturas de entrada y salida. La Figura IV-41 muestra una manera de trabar las lengüetas de modo de impedir que se giren, lo que podría ocasionar que el agua no llegara a circular por el macho. A medida que un macho tenga menor diámetro será más difícil de refrigerar, pero siempre será preferible que tenga alguna refrigeración, por pequeña que sea, a que no posea ninguna. Un macho que trabaje a una temperatura inconvenientemente alta, dejará rechupes en la superficie interior de la pieza (la que estuvo en o con él).

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Enfriadores Cuando las exigencias de refrigeración son altas se emplea agua previamente refrigerada. En instalaciones grandes se utilizan las denominadas torres de enfriamiento, las cuales son estructuras de varios metros de altura. El agua es bombeada hacia la parte superior de la torre, desde donde se dispersa hacia abajo en forma de lluvia. Un ventilador potente produce una evaporación parcial de cada gota, lo que determina un enfriamiento del agua líquida que se recoge en la base de la torre. También se emplean refrigeradores basados en compresores de freón, de funcionamiento similar al de las heladeras de uso común. Suele utilizarse agua desmineralizada en circuito cerrado para prevenir la formación de incrustaciones (sarro), especialmente si el agua disponible en la zona tuviera alto contenido de salitre. Dimensiones típicas En este apartado vamos a referirnos a la robustez que es necesario dar a las distintas partes que integran un molde de inyección. Vamos a considerar para ello, a manera de ejemplo, un molde de expulsión por placa, que hemos representado en corte en la Figura IV-42. La figura está realizada en escala 1:1 y se indican en la misma los distintos aceros que pueden utilizarse. La Figura IV-43 representa otras vistas y detalles del mismo molde. Portamoldes universal para expulsión por placa Con frecuencia, quien se especializa en la producción de pequeñas series de piezas se enfrenta con la dificultad de cómo construir moldes que resulten económicos desde el punto de vista del cliente. Resulta obvio que en la medida que sea posible reducir la cantidad de horas de trabajo necesarias, el costo final del molde será más fácilmente amortizado, y sobre esta base podrá entonces llevarse a cabo una gran cantidad de trabajos que de otra manera no habrían sido encargados. Debe tenerse en cuenta que hay muchos clientes que pueden consumir algunos cientos, o a lo sumo miles de piezas, y para quienes el desarrollo de un molde de inyección convencional no justifica los altos honorarios del matricero. Para poder atender esa clientela será importante entonces disponer de algunos recursos que, siendo fáciles de implementar, permitirán llegar a ella con presupuestos accesibles y que reportarán importantes beneficios. Vamos a describir en este apartado un portamoldes standard que resulta muy útil toda vez que se trate de inyectar piezas que permitan la expulsión por placa y cuyas dimensiones se mantengan dentro de determinadas cotas. Su característica principal es que resulta un portamoldes intercambiable, es decir, su

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empleo permitirá la fabricación de diverso tipo de piezas como las que se ilustran en la Figura IV-44. Para fijar ideas, supongamos que se trata de inyectar dos piezas de diferente forma pero de tamaño similar, como las que se han representado en la Figura IV-45, donde pueden verse los moldes correspondientes. Las partes rayadas representan la cavidad hembra, el macho y la placa expulsora de cada uno de los moldes. Las Figuras IV-45 (a) y (b) muestran uno de los moldes en las posiciones cerrado y parcialmente abierto, en tanto que las Figuras IV-45 (c) y (d) representan el segundo molde cerrado y abierto completamente. En cada una de las figuras anteriores pueden observarse asimismo cinco partes que son comunes a ambos moldes: el cilindro portamachos, el buje portaplaca expulsora, las dos placas portamolde y la boquilla. Lo único que se necesitará para que cada molde pueda trabajar en forma correcta es el agregado de un par de cadenas laterales que vinculen el buje portaplaca expulsora con la placa portamolde del lado boquilla y que ayuden a efectuar el movimiento necesario para la expulsión. La Figura IV-46 muestra en perspectiva el portamoldes universal, pudiéndose apreciar dichas cadenas laterales y otros detalles de ejecución. Es conveniente que los eslabones de las cadenas sean fácilmente desarmables, a fin de que se pueda regular la longitud de las mismas de acuerdo con lo que sea necesario a fin de facilitar el desmolde de las piezas inyectadas (la situación representada en la Figura IV-45 (b) requerirá cadenas un poco más largas que las que se necesiten en el caso (d)). La Figura IV-47 representa el portamolde una vez armado con las partes de uno de los moldes de la Figura IV-45. Puede observarse asimismo que los eslabones se instalan mediante remaches que puedan fácilmente removerse, y que se traban mediante arandelas de goma u “O-Rings” para evitar que se salgan espontáneamente durante el trabajo. La regla general que resulta del empleo de este portamoldes es que para cada tipo de pieza a inyectar sólo será necesario construir el macho, la hembra y la placa expulsora, debiendo fijarse esta última mediante tornillos al buje portaplaca. Esta gran simplificación es la que permitirá en adelante la realización económica de muchos moldes (ver la Figura IV-48). Ocasionalmente podrá ser necesario tornear una nueva boquilla. El mismo portamoldes permitirá también la inyección de piezas en moldes de una sola boca con colada pin-point central, como se ha representado en la Figura IV-49, en donde no se han dibujado las cadenas por razones de claridad. En este caso será necesario modificar el cilindro portamacho de modo que permita

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la instalación de una boquilla que pueda trabajar asociada con un pico robador en el horno de la inyectora.