| dc.creator | JESUS GUSTAVO SORIA MOTA | |
| dc.date | 2006 | |
| dc.date.accessioned | 2023-07-21T14:43:14Z | |
| dc.date.available | 2023-07-21T14:43:14Z | |
| dc.identifier | http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/458 | |
| dc.identifier.uri | https://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/7724810 | |
| dc.description | El presente caso de estudio pretende visualizar el desarrollo del proceso de Respuesta
Térmica Rápida, hacia sistemas de calentamiento y enfriamiento, que faciliten el cambio
de la temperatura de la superficie del molde y por lo tanto promover cualidades en las
partes moldeadas, buscando esto como una primicia, después, observando el ahorro
energético y la disminución probable de los ciclos de moldeo.
La calidad de la parte moldeada depende grandemente del ajuste de los parámetros del
proceso de moldeo por inyección, que generan el historial termo-mecánico de dicha pieza;
además de esto, verificar la posibilidad de controlar el proceso de enfriamiento en función
al llenado de la pieza, visualizando el comportamiento termo-mecánico, para convertir
esto en una gran ventaja en el proceso, que nos permita controlar en mayor medida la
calidad y características deseadas de la pieza moldeada.
La cantidad de defectos que se pueden manejar y predecir con la utilización de esta
herramienta son por mencionar algunos, esfuerzos residuales, contracciones en secciones
de gran volumen (comparadas con el espesor nominal de la pieza) en la pieza a llenar, en
el caso de los defectos, pero su mayor área de aplicación es la correcta orientación del
material plástico en función al enfriamiento con lo que se pueden logran piezas plásticas
inteligentes, por ejemplo, ensambles de piezas después de un determinado tiempo de post-
proceso.
Los moldes con cavidades de recorrido de flujo grandes y de pared delgada, son los que
en mayor porcentaje presentan un desequilibrio constante e impredecible y mucho menos
detectable de la calidad de los productos que se manufacturan, RTR es una herramienta
que permite establecer un control sobre zonas de riesgo y monitorearlas.
En algunos reportes que se refieren al principio de utilidad de RTR, visualizaron que el
comportamiento del molde a choques térmicos, es una alternativa y suponiendo que | |
| dc.description | existiera un metal que pudieran soportar choques térmicos de
25 a 250°C en dos segundos y después enfriarlo a 50 oc en diez segundos seria muy utilizado en la industria plástica.
La realidad es que no existe este material y de ser así seria muy costoso, y con la
posibilidad de perder sus cualidades en el momento del maquinado y tratamientos
térmicos.
Lo que busca el monitoreo de RTR, es primero identificar las zonas de necesidad y
después con calentamiento abruptos y enfriamientos del mismo tipo en insertos (para
moldes ya construidos) fomentar el fenómeno de flujo térmico. Ahora bien con la
posibilidad de conocer las capacidades de flujo de material en estado fundido a una
determinada temperatura (viscosidad en fundido) sobre secciones conocidas, tenemos la
opción de dosificar el calor necesario en el momento que el material sufra cambios
debidos a suministros distintos o variaciones en el peso molecular.
Otros de los puntos a identificar para entender el proceso de RTR son los principios
termodinámicos que gobiernan el moldeo por inyección. Los termoplásticos son
inyectados en una maquina en la cual los gránulos de plástico son fundidos dentro de un
barril caliente. En este barril, un tornillo transporta el plástico hacia el frente a lo largo del
barril dentro de un espacio, mientras que la pieza inyectada previamente se enfría. Los
gránulos de plástico son llevados desde temperatura ambiente a un estado fundido en unos
cuantos segundos. Después el material fundido es almacenado y desarrolla un historial
térmico hasta que la pieza moldeada anteriormente es enfriada y extraída del molde
Antes de que el material sea inyectado en el molde, este es cerrado con un tonelaje
adecuado para resistir la fuerza ejercida por la presión de inyección. Una vez que la señal
de inyección es dada, el tornillo avanza hacia el frente y empuja al plástico fundido a
través de la boquilla de inyección hacia el sistema de entrada y corredores, dentro de la
cavidad. En este punto, en el plástico fundido y en el molde se observan presiones de hasta
1360 bar (20,000 psi).
El proceso de llenado con frecuencia impone un alto nivel de
esfuerzos mecánicos y térmicos en el fundido. Los principales parámetros que afectan
estos esfuerzos son la geometría de la boquilla de inyección, las entradas y los corredores, | |
| dc.description | el espesor de pared de la pieza moldeada, la velocidad de llenado, la temperatura del
fundido y la temperatura de la pared del molde.
La presión que actúa sobre el fundido para que este sea movido a través del sistema, causa
fricciones internas mientras el material fluye a través de las restricciones y las esquinas,
esta fricción aumenta la temperatura en la masa fundida. Pruebas experimentales han
mostrado que el aumento de la temperatura debido a la fricción es aproximadamente igual
a la energía dada por la perdida de presión cuando el plástico fluye dentro del molde3.
Cuando el plástico fluye dentro de la cavidad, este entra en contacto con las paredes del
molde y empieza a enfriarse inmediatamente. El espesor del material pegado al molde que
se enfría, depende de la velocidad del flujo y de la temperatura en la pared del
herramental. Entre mas rápido fluya el plástico y más caliente este la pared, más delgada
será la capa de material pegado a la pared que solidifique y se generara mas calor por
fricción. Puede haber un incremento en la temperatura del plástico cercano a la pared
estable debido al calentamiento por fricción, entonces, existe un pico de temperatura
adyacente a la pared de plástico solidificada de forma estable que es mayor que la
temperatura base del flujo del plástico fundido.
Otro fenómeno que se presenta durante el proceso de llenado del molde es que las
moléculas del polímero se orienten parcialmente y estén empalmadas en la dirección del
flujo. Las moléculas trataran de recuperarse, por lo que esta orientación puede causar un
gran encogimiento o piezas sin llenar en la dirección del flujo 4.
Los materiales amorfos se contraen ligeramente menos cuando son enfriados rápidamente
que cuando enfrían más lento5. El tiempo y la exposición al calor podrían provocar un
encogimiento adicional. En un cierto tiempo, especialmente a elevadas temperaturas, el
último cambio de tamaño es casi el mismo. El material amorfo se comporta como un bote
lleno de palomitas de maíz, su forma es tal que no están situadas lo suficientemente cerca
una de la otra. Cuando se sacuden violentamente y repentinamente se detiene, el volumen
aparente en el bote es mayor que si la sacudida se hubiera reducido gradualmente, | |
| dc.description | permitiendo a las palomitas situarse mas cerca una de la otra. Los materiales amorfos, no
se sitúan tan cercanamente como una estructura cristalina.
En el caso de plásticos semicristalinos, las cadenas de polímero a menudo están dobladas
sobre si mismas formando capas, lo que permite la formación de cristales. Otras cadenas
moleculares son incorporadas normalmente, de modo que cualquier cristal contiene
fragmentos de diferentes cadenas. El proceso de cristalización tiende a empacar las
cadenas de moléculas una al lado de la otra, formando una estructura mas compacta a
través de la dirección del flujo. Esto normalmente da como resultado un mayor
encogimiento en la dirección transversal que en la dirección del flujo6.
Una vez que el molde es completamente llenado con plástico inicia la fase de
sostenimiento del ciclo. La presión es mantenida sobre el plástico en la cavidad hasta que
la entrada solidifica o hasta que la presión es liberada del material que aun esta en el barril.
Durante esta fase, una pequeña cantidad de material deberá fluir dentro del molde hasta
que el material dentro del molde enfrié y se contraiga. Este tiempo de sostenimiento y la
presión de sostenimiento tiene un efecto significativo en la contracción dentro del molde.
Después de la fase de sostenimiento, el plástico continúa enfriando hasta que alcanza una
temperatura en la cual es lo suficientemente rígido para ser extraído del molde y que
permanezca adecuadamente estable. Un tiempo de enfriamiento muy corto da como
resultado una pieza con contracción o alabeamiento excesivo; por otro lado un tiempo de
enfriamiento muy largo da como resultado esfuerzos congelados (y posibles fracturas), así
como un tiempo de ciclo económicamente poco rentable.
La temperatura del material no es uniforme cuando es extraída del molde debido a que el
plástico es un mal conductor de calor; la temperatura del núcleo de la pieza es mayor que
la temperatura de la superficie cuando la pieza es extraída del molde. El centro de la pieza
tarda más en enfriar y por lo tanto se contrae más que la superficie. Es por eso que siempre
hay esfuerzos residuales provocados por ese enfriamiento diferencial, entre mayor sea el
espesor de pared de la pieza, mayor será el diferencial de enfriamiento y los esfuerzos | |
| dc.description | residuales. Para espesores de pared muy delgados, la temperatura del núcleo puede ser tan
alta que aunque la pieza parezca que esta correcta cuando es extraída del molde, la
temperatura del núcleo puede reblandecer la superficie y causar defectos. Por esta razón
algunas veces es apropiado colocar piezas de espesor de pared delgado dentro de un fluido
de enfriamiento para mantener la superficie rígida hasta que el núcleo sea completamente
enfriado.
Debe ser evidente entonces, que el molde tiene varias funciones. Proporciona la forma
correcta a la pieza moldeada y la fuerza necesaria para soportar las presiones de inyección.
El molde después remueve el calor de la pieza moldeada de forma eficiente y uniforme,
por lo tanto, funciona como un intercambiador de calor.
El encogimiento de la pieza moldeada después de que es extraída del molde es más
complicado que una simple contracción térmica, una contracción térmica no considera las
condiciones del material fundido, como se hace en las condiciones del proceso, además la
mayoría de los materiales no tienen la longitud de cadena que tienen los plásticos. Esta
estructura favorece una relajación de esfuerzos adicional y cristalización a una temperatura
a la cual la pieza es normalmente utilizada.
Respuesta Térmica Rápida, busca promover la más eficiente interacción termodinámica
del material y el molde en la fase de llenado y enfriamiento. Como se menciono en los
párrafos anteriores, con la herramienta de RTR se busca minimizar los efectos de los
cambios de temperatura en el proceso para evitar los defectos, esto a través de cambios
abruptos de temperatura ya sea en toda la cavidad o en una sección de esta, con lo que se
podría tener un mayor control de la calidad de las piezas.
Además de asegurar la calidad de las piezas moldeadas ciclo tras ciclo, en el proceso de
RTR se pretende también, reducir los tiempos de ciclo, de tal forma que se tenga un
proceso mas eficiente y con una mayor productividad, lo que nos lleva a una posible
reducción del costo de producción. | |
| dc.format | application/pdf | |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | |
| dc.rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 | |
| dc.subject | info:eu-repo/classification/Procesos de Transformación de Plásticos/Procesos de Transformación de Plásticos | |
| dc.subject | info:eu-repo/classification/cti/2 | |
| dc.subject | info:eu-repo/classification/cti/23 | |
| dc.subject | info:eu-repo/classification/cti/23 | |
| dc.title | Proceso de respuesta térmica rápida en el proceso de moldeo por inyección | |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/other | |
| dc.type | info:mx-repo/semantics/academicSpecialization | |
