Los moldes de inyección apilados son un nuevo tipo de molde de inyección que es muy eficiente, rápido y ahorra energía-y se están promocionando y utilizando gradualmente en mi país. A diferencia de los moldes convencionales, las cavidades de los moldes de inyección apilados se distribuyen en dos o más capas, dispuestas de manera superpuesta, combinando esencialmente múltiples conjuntos de moldes.
Normalmente, cuando las máquinas de moldeo por inyección se utilizan con moldes convencionales, su volumen de inyección y carrera de apertura del molde solo se utilizan entre el 20 % y el 40 % de su capacidad nominal, sin poder utilizar plenamente el rendimiento de la máquina. En comparación con los moldes convencionales, los moldes de inyección apilados solo aumentan la fuerza de sujeción entre un 5% y un 10%, pero pueden aumentar la producción entre un 90% y un 95%, lo que mejora significativamente la utilización y la productividad del equipo y, al mismo tiempo, reduce los costos.
Los moldes de inyección apilados son más adecuados para moldear piezas grandes y planas, piezas de carcasa con cavidades-poco profundas, piezas pequeñas,-con varias cavidades y paredes delgadas-y piezas que requieren producción en masa.
I. Consideraciones de diseño para moldes de inyección apilados
Los moldes de inyección apilados, como nuevo tipo de tecnología de moldes, han experimentado un desarrollo continuo, especialmente con la integración de la tecnología de canal caliente, lo que los convierte en una tecnología-de vanguardia en el desarrollo de moldes de plástico en la actualidad. Las teorías tradicionales de diseño de moldes ya no son aplicables al diseño de moldes de inyección apilados. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar una teoría de diseño de moldes completamente nueva para guiar el diseño de moldes de inyección apilados. A continuación se explicarán los puntos clave de diseño de los moldes de inyección apilados.
1. Volumen máximo de inyección de la máquina de moldeo por inyección
Los moldes de inyección apilados pueden utilizar canales fríos o canales calientes. Cuando se utiliza un canal frío, se debe considerar la cantidad de plástico utilizado para la solidificación en el sistema de compuerta. Cuando se utiliza un canal caliente, que logra una producción de solidificación sin retorno, el material en la placa del canal caliente y la boquilla principal central no afecta el volumen de inyección requerido del molde y puede ignorarse. Por lo tanto, el volumen máximo de inyección de la máquina de moldeo por inyección debe determinarse caso-por-caso.
2. Presión de inyección de la máquina de moldeo por inyección
La verificación de la presión de inyección comprueba principalmente si la presión de inyección puede cumplir con los requisitos de moldeo. Para los moldes de inyección apilados, que en su mayoría moldean piezas de plástico-de paredes delgadas con grandes áreas proyectadas y trayectorias de flujo largas, se requiere mayor presión y velocidad de inyección durante el proceso de llenado. Los moldes de canal caliente, debido a su tecnología de canal caliente, pueden transmitir mejor la presión de inyección en comparación con los moldes de canal frío, por lo que requieren una presión de inyección más baja. Sin embargo, debido a la mayor trayectoria de flujo y al área proyectada, requieren una presión de inyección más alta que los moldes de canal frío de una sola-capa. Al verificar la presión de inyección, la presión de inyección de la pieza de plástico debe determinarse en función del proceso de moldeo por inyección de varios plásticos y el análisis de flujo de simulación por computadora, y luego compararse con la presión de inyección nominal de la máquina de moldeo por inyección.
3. Fuerza máxima de sujeción de la máquina de moldeo por inyección
Las cavidades de un molde de inyección apilado están dispuestas "espalda-con-espalda", lo que en teoría permite lograr cualquier número de pilas en la misma máquina de moldeo por inyección sin aumentar la fuerza de sujeción. Sin embargo, debido a que la boquilla principal central y el colector de un molde de inyección apilado aumentan el canal de flujo, el área proyectada de la pieza de plástico más el sistema de compuerta en la superficie de separación es mayor. Además, el corredor extendido debido al apilamiento da como resultado una mayor pérdida de presión que un molde de una sola-capa convencional, lo que lleva a un aumento correspondiente en la presión de inyección y la presión de la cavidad. Por tanto, aumenta la fuerza de sujeción. Al verificar la fuerza de sujeción, aumentarla en un 10%-15% en comparación con el mismo molde monocapa es relativamente seguro.
4. Carrera de apertura de la máquina de moldeo por inyección
Los moldes de inyección apilados se separan y expulsan la pieza de plástico en dos niveles. Al verificar la carrera de apertura, para las máquinas de moldeo por inyección que utilizan un mecanismo de sujeción hidráulico-mecánico, no es necesario considerar el espesor del molde. Sin embargo, cuando el molde de inyección apilado tiene un mecanismo de extracción del núcleo-de separación lateral-, se debe considerar la influencia de la distancia de extracción del núcleo-.
Si se utiliza un mecanismo de apertura de molde sincrónico, como un dispositivo de apertura de molde de engranaje y cremallera o manivela-biela con la misma relación de transmisión, la carrera de cada capa en un molde de inyección apilado no está limitada por la altura del producto. Su carrera de apertura del molde es N veces la carrera de apertura máxima de la capa en el molde de múltiples capas (N es el número de capas en el molde de inyección apiladas).
5. Longitud de la boquilla principal
La boquilla principal central no debe ser ni demasiado larga ni demasiado corta. Esto garantiza que cuando se cierre el molde, la boquilla principal central no exceda la distancia máxima que la boquilla de la máquina de moldeo por inyección puede retraerse o avanzar sobre la base de la máquina. Dado que la boquilla principal central se mueve junto con la parte media del molde durante la separación, se debe asegurar que la boquilla principal central permanezca en la sección fija del molde después de la apertura del molde para evitar que el desbordamiento del cabezal de la boquilla principal central gotee sobre la pared de la cavidad fija del molde.
6. Sistema de compuerta
Los moldes de inyección apilados pueden utilizar un sistema de entrada de canal convencional (es decir, un sistema de entrada de canal frío) o un sistema de entrada de canal caliente. Los sistemas de compuerta de canal caliente pueden transferir eficazmente la presión de inyección, mejorando la calidad del moldeo de piezas de plástico y facilitando la producción automatizada. Sin embargo, tienen ciertos requisitos en cuanto al tipo de plástico utilizado y los sistemas de canal caliente son caros. Cuando se utilizan sistemas de canal frío, la calidad del moldeo de las piezas de plástico es ligeramente menor, pero el procesamiento del molde es más fácil, lo que resulta en menores costos. Por tanto, la elección del sistema de compuerta depende de las circunstancias específicas.
7. Sistema de control de temperatura del molde
La temperatura del molde es uno de los factores importantes que afectan la calidad del moldeo de piezas de plástico. En el diseño de moldes de inyección apilados, es esencial garantizar un control constante de la temperatura en cada cavidad. Para moldes de inyección de canal caliente apilados, para reducir la pérdida de calor debido a la conducción de calor, se debe minimizar el área de contacto entre el molde y la placa de canal caliente y se deben instalar almohadillas de aislamiento térmico adecuadas.
8. Mecanismo de apertura del molde
Para garantizar una contracción uniforme de las piezas de plástico, el tiempo de residencia (tiempo de enfriamiento) de las piezas de plástico en cada cavidad debe ser igual. Por lo tanto, los moldes de inyección apilados deben garantizar que las superficies de separación de cada cavidad se abran simultáneamente. Los mecanismos de transmisión de engranajes y cremalleras y los mecanismos de enlace mecánico se utilizan comúnmente como mecanismos de apertura en moldes de inyección apilados. El primero ofrece mejores prestaciones técnicas y es más económico, pero el segundo aporta mayor flexibilidad. La apertura del molde asistida hidráulicamente- facilita el control del tiempo de apertura, pero la estructura es más grande.
9. Mecanismo de desmoldeo
Según el requisito de igual tiempo de enfriamiento, los moldes de inyección apilados deben expulsar las piezas de plástico en cada cavidad simultáneamente. Esto se puede lograr mediante mecanismos de desmoldeo con resorte o aire-a alta presión.
II. Desarrollo y aplicación de moldes de inyección apilados en el país y en el extranjero
Ya en diciembre de 1940 KNOWLESER obtuvo una patente para moldes apilados. Los moldes de inyección apilados actuales no solo son más baratos que los moldes tradicionales de una sola-capa, sino que también aumentan la flexibilidad de su aplicación. Después de décadas de investigación y desarrollo, los moldes de inyección apilados han evolucionado a través de cambios estructurales, incluidos los moldes de inyección de doble-capa de canal frío, los moldes de inyección de doble-capa de canal caliente, los moldes de inyección apilados de 3-capas o de 4 capas, los moldes de inyección apilados de canal caliente con puerta en ángulo recto y los moldes de inyección apilados rotativos.
1. Tendencias de desarrollo de moldes de inyección apilados en el extranjero
La tecnología de moldes de inyección apilados comenzó antes y está relativamente madura en el extranjero. Entre las empresas-conocidas de moldes de inyección apilados se incluyen Tradesco, Ferromatik Milacron, Foboha y Engel. Debido al rápido desarrollo de la tecnología de canal caliente en el extranjero, la tecnología de moldes de inyección apilados con canal caliente se utiliza ampliamente en el extranjero. Además, los países desarrollados están a la vanguardia de las nuevas tecnologías de moldes de inyección apilados, y la tecnología de moldes de inyección apilados rotativos recientemente desarrollada ha ampliado las capacidades de aplicación de los moldes de inyección apilados.
En los años 1960 y 1970, algunas empresas extranjeras comenzaron a desarrollar moldes de inyección apilados. La empresa suiza Schottli fue la primera en desarrollar moldes de inyección apilados para aplicaciones industriales.
En 1980, Johnson T. de Alemania diseñó un molde de inyección de doble capa-con canal frío. Este molde constaba de una sección de molde móvil, una sección de molde fija y una sección intermedia. La sección intermedia era esencialmente una continuación del carril principal, con carriles secundarios y dos placas de cavidad separadas. Se instalaron mecanismos de expulsión tanto en la sección móvil como en la fija del molde, utilizando métodos mecánicos, hidráulicos o neumáticos para expulsar la pieza de plástico.
En 1989, D. Gener y Wiesbaden-Delkheim diseñaron un molde de inyección de doble capa-con canal caliente. También constaba de una sección de molde móvil, una sección de molde fija y una sección intermedia. La sección intermedia comprendía el canal caliente, boquillas calientes para alimentar el material a las cavidades y dos placas de cavidad para el producto terminado.
En 1991, Rozema H. de Tradesco Die & Mold diseñó un molde de inyección apilado de cuatro-capas. Este molde, basado en el molde de inyección de doble-capa de canal caliente, amplió el canal caliente y añadió una sección intermedia, ampliando el número de capas de moldeo a cuatro, multiplicando así por cuatro la productividad.
En 1992, Hiroo Kasui y Motoo Yamamoto de Japón inventaron un molde de inyección de canal caliente con boquillas calientes distribuidas asimétricamente. Sin embargo, un diseño de corredor razonable puede controlar el flujo de fusión dentro de la cavidad del molde para lograr el equilibrio.
2. Dinámica de desarrollo de los moldes de inyección apilados en China
La tecnología de moldes de inyección apilados se introdujo gradualmente en la industria de moldes de mi país a finales de los años 1980. Por lo tanto, la tecnología de moldes de inyección apilados de mi país comenzó relativamente tarde y la proporción de moldes de inyección apilados con canal caliente utilizados en la producción es pequeña. Existe una cierta brecha en el diseño y la aplicación en comparación con la tecnología avanzada de moldes apilados extranjeros, y en algunas áreas técnicas (como los moldes de inyección apilados rotativos), China todavía es una pizarra en blanco. Por lo tanto, frente a una feroz competencia en el mercado, mi país debe mejorar rápidamente su tecnología de moldes de inyección en pila para tomar la iniciativa en el mercado internacional y garantizar la supervivencia de sus empresas.
En 1990, Li Shuzan de Beijing No. 13 Plastics Factory propuso un diseño estructural para un molde de inyección de doble-cavidad utilizando alimentación de puerta lateral-. Este molde reduce la cantidad de superficies de separación del molde en comparación con la alimentación de puerta puntual-, lo que facilita la apertura secuencial del molde. Sin embargo, no es confiable cuando se moldean cavidades profundas o piezas que requieren una fuerza de desmoldeo significativa.
En 1992, Bu Jianxin de la Escuela de Industria Ligera de Changzhou introdujo un molde de inyección de doble-cavidad que utilizaba alimentación de compuerta-lateral y{3}}puntual. La cavidad superior utiliza alimentación de puerta-lateral y la cavidad inferior utiliza alimentación de puerta-puntual. La separación secuencial se logra mediante ganchos limitadores y placas limitadoras, lo que permite moldear diferentes tipos de piezas plásticas.
En 1995, Yi Qing diseñó un molde de inyección especial de doble-cavidad con un sistema de canal principal de dos-etapas. El corredor principal de la primera-etapa tiene una ranura avellanada en la parte superior. La placa del molde móvil impulsa la placa expulsora del molde fijo para expulsar la pieza de plástico mediante una transmisión por cadena. Sus desventajas incluyen la necesidad de extender la boquilla de la máquina de moldeo por inyección al molde fijo para inyectar el casquillo del corredor principal y un sistema de compuerta voluminoso.
En 1997, Li Shu y Chuan Chengzhi diseñaron un molde de inyección de canal caliente de doble-capa para producir tiras selladoras de puertas y ventanas de automóviles. Este molde pasó por alto el centro y transfirió el plástico fundido desde el borde del molde a la placa del canal. El molde podría moldear dos juegos de piezas de plástico en un ciclo de inyección, cada juego conteniendo cuatro tiras de sellado (delantera, trasera, izquierda y derecha). Las ocho tiras de sellado utilizadas en dos coches se pudieron moldear en una sola operación.
En 1999, Wang Yuexing de Zhejiang Weixing Group diseñó un molde de inyección de alta-eficiencia media-doble-capa. Compartía un par de medios-bloques deslizantes, lo que daba como resultado una estructura de molde simple, costos de fabricación más bajos, el doble de cavidades, ciclos de moldeo por inyección más cortos y una mayor eficiencia de producción.
En 2000, Feng Xiaozhong et al. presentó un molde de inyección de doble capa-de compuerta sumergida para tapas de vidrio para licor. Este molde permite la separación dentro del molde de cada capa de piezas de plástico del material solidificado del canal, y las superficies de separación de cada capa se pueden expulsar simultáneamente. Esto simplifica la estructura del molde, reduce los requisitos de distancia de separación y facilita la producción automatizada. Sin embargo, requiere una alta confiabilidad de las piezas de plástico que quedan en el molde y un casquillo de rodadura principal profundamente empotrado. En 2003, Yan Yalin y Huang Xiaoyan diseñaron un molde de inyección apilado de canal caliente con puerta en ángulo recto-. Este molde cambió la posición de la compuerta, colocándola en el medio en ángulo recto con la dirección de apertura del molde. Si bien requirió una máquina de moldeo por inyección en ángulo recto-, eliminó la necesidad de una extensión de canal caliente, lo que redujo la distancia que recorre el plástico fundido desde la boquilla de inyección hasta el colector y simplificó el diseño estructural.
En 2004, Chen Jianling, Liu Tinghua y otros diseñaron un molde apilado de canal caliente para cajas de embalaje de CD. Al utilizar tirantes de distancia fija-para la apertura secuencial del molde, presenta una estructura compacta, excelente economía, mano de obra reducida, eficiencia significativamente mejorada y calidad del producto garantizada.
En 2007, Shen Honglei y otros diseñaron un molde apilado de canal caliente para soportes de CD. Este molde emplea una estructura de canal caliente de doble-capa, que utiliza engranajes, cremalleras y cilindros hidráulicos para lograr la apertura secuencial del molde y la expulsión de piezas. Las piezas producidas cumplen con los requisitos dimensionales y de apariencia, lo que mejora significativamente la eficiencia de la producción y reduce en gran medida los costos de producción y las tasas de desperdicio.
En 2008, Wang Zhenbao et al. aplicó la tecnología CAE al diseño de moldes de inyección apilados. Utilizando el software de análisis Moldflow, simularon dinámicamente el proceso de moldeo de un molde apilado de paneles de aire acondicionado analizando los procesos de llenado de plástico, mantenimiento de presión y enfriamiento. Analizaron los principales factores que afectan el proceso de moldeo y optimizaron los parámetros del proceso.
III. Conclusión
El uso de moldes de inyección apilados, especialmente moldes de inyección apilados con canal caliente, puede utilizar plenamente las capacidades de las máquinas de moldeo por inyección, ahorrar mano de obra y recursos de equipos y mejorar en gran medida la eficiencia de la producción. Aunque los moldes de inyección apilados tienen mayores costos de diseño y fabricación, las mejoras en las siguientes áreas pueden reducir significativamente los costos de los moldes y ampliar su rango de aplicaciones:
1. Mejorar la teoría del diseño de moldes de inyección apilados y acortar el ciclo de I+D;
2. Extender la vida útil de los componentes principales (como elementos calefactores y elementos de control de temperatura);
3. Hacer que los moldes de inyección apilados sean compatibles con los equipos de moldeo por inyección ordinarios;
4. Utilizar tecnología CAD/CAE/CAM para diseño, análisis y fabricación para optimizar la estructura del molde;
5. Estandarizar y comercializar piezas comunes para moldes de inyección apilados;
6. Mejorar las capacidades de transmisión de presión para hacerlas adecuadas para la producción de piezas de plástico-de paredes gruesas;
7. Optimizar los parámetros del proceso de moldeo por inyección apilado;
8. Lograr la automatización total del moldeo por inyección apilada.
