Diseño del sistema de enfriamiento de moldes de inyección
El sistema de refrigeración garantiza un enfriamiento uniforme y un control eficiente de la temperatura durante el diseño del molde de inyección. Esto no solo afecta la calidad de la pieza moldeada, sino que también influye significativamente en el tiempo de ciclo y la eficiencia de refrigeración. Los deflectores, burbujeadores y pasadores térmicos son estrategias de refrigeración especializadas que se utilizan para optimizar la distribución de la temperatura en los moldes de inyección, especialmente en zonas difíciles a las que los canales perforados convencionales no pueden acceder eficazmente. Mejoran la disipación de calor al aumentar la superficie de contacto del refrigerante o al utilizar la transferencia de calor por cambio de fase. El diseño adecuado de estas características es fundamental para lograr un enfriamiento uniforme de la pieza y minimizar los tiempos de ciclo. A continuación, analicemos sus funciones únicas:
Deflectores
- Un deflector es un canal de enfriamiento perforado perpendicularmente a una línea de enfriamiento principal, con una cuchilla que separa el canal en dos pasajes semicirculares.
- El refrigerante fluye por un lado de la cuchilla desde la línea principal, gira alrededor de la punta hacia el otro lado y luego fluye de regreso a la línea principal.
- Los deflectores aumentan la superficie que el refrigerante puede alcanzar en áreas que normalmente carecerían de enfriamiento.
- La chapa metálica que forma el deflector se puede torcer en forma de hélice para diámetros de 12 a 50 mm para proporcionar una distribución de temperatura más homogénea.
- Los núcleos espirales de vuelo simple o doble son otro desarrollo de los deflectores.
Burbujeadores
- Un burbujeador es similar a un deflector pero reemplaza la cuchilla con un tubo pequeño.
- El refrigerante fluye hacia la parte inferior del tubo y “burbujea” por la parte superior, luego fluye hacia abajo alrededor del exterior del tubo de regreso al canal principal.
- Los burbujeadores proporcionan la refrigeración más eficaz para núcleos delgados.
- Los diámetros interior y exterior del burbujeador deben tener una relación de 0.707 para lograr una resistencia de flujo igual.
- Los burbujeadores también se pueden utilizar para enfriar secciones de moldes planos que no pueden acomodar canales perforados.
Pines térmicos
- Un pasador térmico es una alternativa a los deflectores y burbujeadores que consisten en un cilindro sellado lleno de líquido.
- El fluido se vaporiza a medida que absorbe calor del molde y se condensa a medida que libera el calor al refrigerante de forma continua.
- Los pines térmicos tienen una eficiencia de transferencia de calor casi 10 veces mayor que los insertos de cobre o de aleación de cobre.
- Se deben evitar los espacios de aire entre el pasador térmico y el molde o rellenarlos con un sellador altamente conductor para una conducción óptima del calor.
Diferentes tipos de sistemas de enfriamiento de moldes de inyección
El sistema de enfriamiento adecuado garantiza una distribución uniforme de la temperatura, minimiza la deformación y la contracción y promueve la eficiencia energética y la eficacia del enfriamiento.
Sistemas enfriados por agua
Los sistemas refrigerados por agua son el método de refrigeración más utilizado en el moldeo por inyección debido a su eficiencia y eficacia en la disipación de calor. Estos sistemas hacen circular agua fría por canales dentro del molde, absorbiendo el calor del molde y del plástico fundido. Este método es especialmente eficaz para moldes complejos y materiales sensibles a la temperatura, ya que proporciona un excelente control de la temperatura y capacidad de absorción de calor.
Sistemas enfriados por aire
Los sistemas refrigerados por aire utilizan ventiladores o sopladores para disipar el calor de la superficie del molde mediante convección. Este método es más sencillo y económico de implementar que los sistemas refrigerados por agua. La refrigeración por aire es adecuada para diseños de moldes menos complejos y materiales menos sensibles a las fluctuaciones de temperatura. Sin embargo, es menos eficiente en la absorción de calor y el control de la temperatura que los sistemas refrigerados por agua.
Sistemas refrigerados por aceite
Los sistemas refrigerados por aceite se utilizan en situaciones donde se requiere un enfriamiento muy rápido. Estos sistemas hacen circular aceite, lo que permite disipar el calor con mayor eficiencia que el aire. El enfriamiento por aceite suele ser más costoso que el enfriamiento por agua o aire, pero se prefiere en grandes operaciones de moldeo por inyección o para materiales que requieren una transición muy rápida de altas a bajas temperaturas.
Sistemas de enfriamiento criogénico
Los sistemas de enfriamiento criogénico utilizan sustancias a temperaturas extremadamente bajas, como el nitrógeno líquido, para enfriar rápidamente el molde. Este método avanzado puede reducir significativamente el tiempo de enfriamiento y el consumo de energía, pero suele reservarse para aplicaciones especializadas debido a su complejidad y costos.
Sistemas de enfriamiento de medios mixtos
Para adaptar la gestión térmica, puede encontrar sistemas de refrigeración de medios mixtos que combinan diferentes medios de refrigeración, como aire y agua. Estos sistemas híbridos buscan aprovechar las ventajas de cada medio, como la rápida refrigeración del agua, con la simplicidad de los sistemas de aire, optimizando así la eficiencia para aplicaciones específicas de moldeo por inyección.
El impacto del enfriamiento del molde de inyección en los productos moldeados
La fase de enfriamiento en el proceso de moldeo por inyección desempeña un papel crucial en la calidad, la eficiencia y el éxito general de los productos moldeados. Esta fase influye directamente en diversos aspectos del producto final, como el ciclo de moldeo, la modalidad, la precisión dimensional y las propiedades mecánicas.
Ciclo de moldeo
El tiempo de enfriamiento es una parte importante del ciclo de moldeo por inyección, representando entre el 50 % y el 80 % de la duración total del ciclo. Un enfriamiento eficiente es esencial para reducir la duración del ciclo de moldeo, aumentando así la eficiencia y el rendimiento de la producción. Un sistema de enfriamiento bien diseñado puede acortar significativamente el tiempo de enfriamiento sin comprometer la calidad del producto moldeado, lo que se traduce en una mayor velocidad de producción y menores costos de fabricación.
Modalidad
La modalidad de un producto moldeado se refiere a sus características físicas y estéticas, incluyendo el acabado superficial, la deformación y la presencia de defectos como rebajes o líneas de soldadura. La fase de enfriamiento influye en estas características al afectar la solidificación del material dentro del molde. Un enfriamiento uniforme y controlado puede prevenir defectos y garantizar un acabado superficial de alta calidad. Por el contrario, un enfriamiento desigual puede provocar deformaciones y otros defectos que comprometen la apariencia y la funcionalidad del producto.
Precisión dimensional
La precisión dimensional es fundamental para el rendimiento y el ensamblaje de las piezas moldeadas por inyección. La fase de enfriamiento influye directamente en la contracción y la deformación del material, lo que a su vez afecta la precisión dimensional del producto final. Un enfriamiento adecuado garantiza una contracción uniforme y minimiza la deformación, lo que resulta en piezas que cumplen con las especificaciones dimensionales precisas. Factores como la temperatura del molde, el diseño del canal de enfriamiento y el medio de enfriamiento pueden optimizarse para lograr la precisión dimensional deseada.
Propiedades mecánicas
La fase de enfriamiento también influye en las propiedades mecánicas de los productos moldeados por inyección, como la resistencia, la rigidez y la resistencia al impacto. Un enfriamiento rápido o irregular puede inducir tensiones residuales en el material, lo que podría reducir la resistencia y aumentar la susceptibilidad al agrietamiento o a la falla bajo carga. El enfriamiento controlado puede promover la cristalización uniforme en polímeros semicristalinos y minimizar las tensiones residuales, mejorando así las propiedades mecánicas del producto final.
En conclusión, la fase de enfriamiento en el moldeo por inyección es fundamental para garantizar la eficiencia del ciclo de moldeo, la calidad y la modalidad de los productos moldeados, su precisión dimensional y sus propiedades mecánicas. Un sistema de enfriamiento bien diseñado, adaptado a los requisitos específicos del material y la pieza a moldear, es esencial para producir productos moldeados por inyección de alta calidad que cumplan o superen los estándares de rendimiento y estética.
