Guía para la Precisión y la Eficiencia de Costos en el Moldeo por Inyección

Imagine este escenario: su pieza perfectamente diseñada falla en la etapa de moldeo por inyección debido a pequeñas desviaciones dimensionales. ¿Cómo se puede evitar este frustrante resultado? La solución reside en comprender y controlar las tolerancias del moldeo por inyección. Esta guía completa explora los aspectos críticos de las tolerancias en el moldeo por inyección de plástico.

En el moldeo por inyección, las tolerancias representan el rango de desviación aceptable para las dimensiones y características de las piezas, generalmente medido en milímetros o pulgadas y expresado como valores positivos/negativos (±). La magnitud de la tolerancia depende del tipo de material y las dimensiones generales de la pieza. Los diseñadores especifican las tolerancias en los archivos CAD para informar a los moldeadores sobre las variaciones permitidas, mientras que los fabricantes utilizan estas especificaciones durante las revisiones de Diseño para la Fabricación (DFM) para guiar las decisiones sobre moldes y procesos.

Las tolerancias más estrictas exigen moldes de mayor calidad y procesos más precisos, lo que inevitablemente aumenta los costos. La calidad del molde impacta significativamente en los resultados, al igual que las tasas de llenado de la cavidad adecuadas y las temperaturas de enfriamiento consistentes. Incluso con equipos de última generación, la variabilidad del proceso sigue siendo inevitable. Los moldeadores experimentados pueden calcular las tasas de contracción para varios plásticos, pero las opciones de diseño determinan en última instancia las tolerancias alcanzables. Los materiales con mayores tasas de contracción presentan mayores desafíos de control de tolerancias.

Muchos componentes moldeados se integran en ensamblajes más grandes. Apilamiento de tolerancias se refiere a cómo todas las piezas ensambladas deben encajar entre sí. Dado que cada componente tiene sus propias tolerancias, los diseñadores deben tener en cuenta las variaciones dimensionales acumulativas.

Considere tres piezas moldeadas unidas con pernos, cada una con orificios dentro de las tolerancias especificadas. Si bien cada orificio podría cumplir con las especificaciones individuales, los tres deben alinearse perfectamente para la inserción del sujetador. La consideración temprana del apilamiento de tolerancias es crucial, y el software de análisis especializado puede simular escenarios de ensamblaje para garantizar un ajuste adecuado.

1. Tolerancias dimensionales: Rigen el tamaño general de la pieza. Las piezas más grandes experimentan una mayor contracción durante el enfriamiento, lo que requiere rangos de tolerancia específicos para el tamaño.
2. Tolerancias de rectitud/planitud: Abordan la deformación en superficies planas grandes. Los elementos de diseño del molde, como la colocación de la compuerta y el enfriamiento uniforme, pueden minimizar la deformación.
3. Tolerancias de diámetro de orificio: Los orificios más grandes requieren rangos de tolerancia más amplios debido al aumento de la contracción.
4. Tolerancias de profundidad de orificio ciego: Estas características requieren elementos de molde en voladizo. Las altas presiones de inyección pueden doblar los pasadores centrales, siendo los orificios más profundos más susceptibles.
5. Tolerancias de concentricidad/ovalidad: Las piezas cilíndricas grandes con paredes delgadas pueden contraerse de manera desigual, comprometiendo la circularidad.

Las tolerancias también se clasifican por nivel de precisión:

• Tolerancias de grado comercial ofrecen menor precisión con costos reducidos de molde y piezas.
• Tolerancias de grado fino (tolerancias de precisión) proporcionan rangos más estrictos pero aumentan los gastos.

Las tolerancias de las piezas dependen de las tolerancias del molde, que deben tener en cuenta las dimensiones de las características y las propiedades del material. Las siguientes tablas presentan las tolerancias típicas para los materiales de moldeo por inyección comunes, según lo definido por la Plastics Industry Association (anteriormente SPI).

Las piezas moldeadas por inyección se contraen durante el enfriamiento, lo que afecta a las dimensiones finales. Los diseñadores compensan escalando los moldes de acuerdo con las tasas de contracción esperadas, determinadas mediante pruebas estandarizadas como ASTM D955. La fórmula de contracción calcula la contracción lineal:

Contracción = 100% × (Lc - Lp) / Lp

Donde Lc representa la longitud de la cavidad y Lp denota la longitud de la pieza enfriada. Este cálculo resulta particularmente importante para materiales con propiedades asimétricas, como las resinas reforzadas con fibra larga.

Para piezas complejas, el software de análisis de flujo del molde simula los patrones de llenado de la resina e identifica los posibles desafíos de llenado. Esta simulación avanzada ayuda a predecir las variaciones de contracción en toda la pieza.

La siguiente tabla presenta los rangos de contracción para los materiales de moldeo comunes:

Adherirse a los principios de DFM optimiza la fabricabilidad y el logro de la tolerancia.

Las dimensiones que cruzan las líneas de partición suelen exhibir una mayor variación que las características ininterrumpidas.

Diferentes materiales se contraen a diferentes velocidades, con posibles variaciones de lote a lote y de proveedor. Los materiales reforzados con fibra larga demuestran diferencias de contracción direccionales.

La presión de inyección, el tiempo de espera, la densidad del material y la temperatura del molde influyen significativamente en la consistencia de la contracción.

Dependiendo de los requisitos de diseño, las especificaciones pueden incluir tolerancias dimensionales, de rectitud/planitud, de diámetro de orificio, de profundidad de orificio ciego y de concentricidad/ovalidad.

Las aplicaciones comerciales suelen utilizar tolerancias de ±0,1 mm, mientras que las aplicaciones de precisión, como los dispositivos médicos, pueden requerir ±0,025 mm.

Las piezas más grandes experimentan una mayor contracción, lo que hace que las tolerancias ajustadas sean más desafiantes. El grosor uniforme de la pared promueve un enfriamiento constante y la estabilidad dimensional.

Los diferentes plásticos y aditivos exhiben características de contracción únicas que deben tenerse en cuenta en el diseño del molde.

Los moldes de acero mecanizados con precisión con sistemas de enfriamiento adecuados proporcionan la estabilidad necesaria para el control de tolerancias ajustadas. Las tolerancias típicas de mecanizado de moldes oscilan entre ±0,127 mm para herramientas estándar y ±0,0254 mm para aplicaciones de alta precisión.