¿Cómo reducir el peso de las piezas en el moldeo por inyección? 11 métodos útiles

El moldeo por inyección es uno de los procesos de fabricación más populares para la producción en masa de piezas de plástico. Sin embargo, uno de los retos habituales es producir piezas más pesadas de lo previsto, lo que aumenta los costes de material y afecta a la funcionalidad. Entonces, ¿cómo podemos reducir el peso de las piezas en el moldeo por inyección?

En esta completa guía, como profesional fabricante de moldeo por inyección de plásticoEn este curso, profundizaremos en las causas fundamentales del peso excesivo de las piezas y en las estrategias prácticas para optimizar el aligeramiento en el moldeo por inyección. Tanto si es diseñador de moldes o ingeniero de procesos como si trabaja en la planta de fabricación, descubrirá montones de consejos para reducir los gramos y los costes de las piezas de plástico.

Por qué es importante el peso de la pieza en el moldeo por inyección

Empecemos repasando por qué el peso de las piezas es tan importante en los componentes moldeados por inyección y en las aplicaciones finales:

Reducción de los costes de materias primas

Las piezas más pesadas consumen más resina plástica por pieza, lo que aumenta directamente sus costes de material. Al optimizar el aligeramiento, se reduce drásticamente el uso de plástico, lo que se traduce en un importante ahorro de costes, especialmente en grandes volúmenes de producción.

Mejores prestaciones mecánicas

Una menor masa se traduce en mejores relaciones resistencia-peso, aceleración, propiedades fluidodinámicas y menor inercia en los sistemas de movimiento. Esto se traduce en productos finales de mayor rendimiento con la misma resina plástica.

Ciclos más rápidos

El exceso de plástico aumenta los tiempos de solidificación, ya que el polímero fundido tarda más en enfriarse completamente en las secciones más gruesas. Las piezas de menor masa se enfrían más rápido, lo que permite tiempos de ciclo más rápidos y un mayor rendimiento de fabricación.

Permite la miniaturización

El ahorro de peso libera espacio de diseño, lo que permite una mayor compactación y restricciones geométricas para la electrónica, los dispositivos portátiles y los componentes, cada vez más reducidos.

Mayor sostenibilidad

La optimización del peso de las piezas permite, en última instancia, reducir considerablemente el consumo total de plástico, lo que se traduce en una mejora de los parámetros de sostenibilidad gracias al ahorro de materias primas.

Causas de las piezas pesadas en el moldeo por inyección

Antes de sumergirnos en las soluciones, es importante señalar las tres causas principales del sobrepeso de los componentes moldeados por inyección:

1. Sobreembalaje

El sobreembalaje se produce cuando se inyecta demasiado plástico fundido en la cavidad del molde, por encima de lo necesario para llenar completamente la geometría de la pieza. Este polímero adicional da lugar a piezas más gruesas y pesadas.

Las causas del sobreembalaje incluyen una presión de inyección excesiva, velocidades de inyección lentas, bajas temperaturas del molde y una ventilación inadecuada para que el aire y los gases salgan de la cavidad.

2. Exceso de espesor de pared

Otra fuente obvia de piezas gruesas es el diseño de secciones más gruesas de lo necesario para el rendimiento mecánico deseado. Las paredes más gruesas añaden factores de seguridad para tener en cuenta las incógnitas sobre el comportamiento del polímero y la variabilidad de la fabricación.

3. Eficiencia de refrigeración deficiente

Un enfriamiento ineficaz provoca mayores tensiones en el molde, lo que produce una contracción y un alabeo excesivos tras el moldeo. Para compensar, los moldes rellenan más material para alcanzar las dimensiones deseadas, lo que da lugar a piezas con sobrepeso una vez que se enfrían.

¿Cómo reducir el peso de las piezas en el moldeo por inyección?

A continuación se presentan mis 11 métodos principales para ayudar a moldear por inyección piezas ligeras con el mismo o mejor rendimiento mecánico.

1. Ajustar la rampa de presión de inyección

Ajuste los perfiles de presión de inyección para llenar por completo las cavidades del molde, pero sin excederse. Trabaje con los técnicos de su máquina para optimizar la velocidad de inyección y los puntos de cambio para gestionar la deposición precisa de material.

Asegúrese de tener en cuenta los cambios de viscosidad del material debidos a los colorantes, las cargas y los niveles de remolido, que afectan a las propiedades de flujo.

2. Aumentar la velocidad de inyección

Las velocidades de inyección más rápidas mejoran el llenado de la cavidad, especialmente en el caso de componentes largos y de paredes finas. Mantenga las presiones de empaquetado del molde para garantizar una fusión y consolidación adecuadas sin sobreempaquetar el molde.

Una vez más, vigile los efectos del calentamiento por fricción sobre la viscosidad y la velocidad de enfriamiento, ya que las velocidades más rápidas aumentarán la temperatura de la masa fundida.

3. Añadir canales de ventilación

Una ventilación adecuada permite que los gases y el aire atrapados evacuen el molde durante el llenado, evitando la acumulación de contrapresión que puede provocar disparos cortos o marcas de quemaduras. Esto minimiza el material de amortiguación adicional que se introduce para compensar.

Los canales de ventilación requieren tiempos de ciclo más largos para tener un impacto útil, por lo que hay que equilibrar los objetivos de rendimiento.

4. Características del diseño acanalado y ondulado

Las nervaduras y los refuerzos se moldean con facilidad y dan rigidez a las piezas con una masa optimizada en comparación con las secciones macizas. Si se diseñan unos parámetros de nervadura adecuados de entre 0,5 y 1 veces el grosor de la pared y una altura de nervadura inferior a 3 veces el grosor, es posible conseguir un ahorro de peso considerable.

Analice el equilibrio entre la resistencia, el comportamiento de llenado y los requisitos de expulsión para su resina y geometría específicas.

5. Especificar resinas de ingeniería de alta fluidez

La especificación de materiales de menor viscosidad, como las polisulfonas (PSU), la polieterimida (PEI) y los polímeros de cristal líquido (LCP), mejora el flujo de la masa fundida para diseños exigentes de paredes finas o largas. Esto minimiza los requisitos de grosor de pared para alcanzar los objetivos mecánicos.

6. Optimizar la disposición de la refrigeración

Reconfigure los circuitos de refrigeración para aumentar la eficiencia, lo que minimiza la tensión de moldeado y la contracción posterior al moldeado que puede provocar una deposición adicional de material. Evalúe resinas de ciclo más rápido si las tasas de eliminación de calor son limitantes.

7. Temperaturas de fusión y moldeo más bajas

Reduzca las temperaturas del barril y del molde (independientemente) para gestionar el llenado y reducir los tiempos de ciclo. Unos niveles demasiado altos provocan una menor viscosidad de la masa fundida y una fusión incompleta que requiere una presión de envasado adicional.

Equilibrar la posible pérdida de estabilidad dimensional y fidelidad de replicación por las bajas temperaturas del molde, que pueden provocar una mayor contracción.

8. Espesores de pared de calibre inferior

Adapte el grosor de las paredes a los requisitos de la aplicación: ni demasiado gruesas ni demasiado finas. El software de simulación de espesores puede ayudar a iterar rápidamente las configuraciones para reducir el peso a cambio de funcionalidad.

Recuerde igualar la calidad de la superficie y los objetivos estéticos en las zonas visibles y compensar las zonas más finas con texturas.

9. Utilizar el moldeo por inyección asistida por gas

Inyectar nitrógeno o dióxido de carbono a presión en la cavidad del molde para formar canales huecos dentro de las piezas tras la deposición inicial de material. La estructura de espuma resultante permite ahorrar peso gracias a núcleos de menor densidad.

10. Adoptar procesos de espumado microcelular

La tecnología microcelular, como la solución MuCell® de Trexel, utiliza gas para crear pequeñas burbujas en el polímero durante el llenado para reducir la densidad hasta 15%. Este enfoque único de aligeramiento no causa pérdida de propiedades mecánicas.

El proceso requiere herramientas y máquinas modificadas para la dosificación del agente espumante, por lo que el coste inicial es mayor.

11. Adoptar las conversiones de metal a plástico

A medida que el rendimiento de los materiales mejora continuamente en rigidez, resistencia al calor y otros parámetros, los termoplásticos moldeados por inyección o los compuestos termoestables pueden sustituir a los metales de mayor densidad. Esta sustitución gradual da lugar a artículos finales más ligeros.

Evaluar cuidadosamente el diseño, el utillaje y las implicaciones del proceso al intentar realizar conversiones sin comprometer la funcionalidad del producto. Tener en cuenta las compensaciones económicas a lo largo de todo el ciclo de vida de la aplicación.

Para llevar: El aligeramiento exige un enfoque holístico

Como ha aprendido aquí, la optimización del peso de las piezas moldeadas por inyección requiere una evaluación cuidadosa en toda la cadena de desarrollo y producción del producto.

Ajustar una palanca de forma aislada suele fracasar por cambios imprevistos o efectos en cadena en otros parámetros. Además, el aligeramiento conlleva un equilibrio entre rendimiento, fabricabilidad y economía.

En su lugar, se hace necesaria una metodología sistemática que tenga en cuenta los principios de diseño, las resinas avanzadas, el perfeccionamiento de los procesos, las innovaciones en las herramientas e incluso los cambios a una fabricación alternativa.

Los fabricantes que puedan navegar con flexibilidad por estas opciones, al tiempo que comprenden los requisitos de las piezas y su ecosistema de fabricación, tendrán más posibilidades de aprovechar el potencial de la ligereza.

Así que empiece a evaluar su propio proceso con un espíritu de experimentación, evaluando metódicamente los efectos de las distintas variables mediante EDO (experimentos diseñados) y simuladores de procesos. Las oportunidades para reducir el peso de los moldes de inyección se esconden en cada esquina.