La Aplicación y el Proceso de la Tecnología de Moldeo por Inyección Asistida por Gas

1. Principios del Moldeo por Inyección Asistida por Gas

Se utiliza gas inerte a alta presión (nitrógeno) que se inyecta en el plástico fundido para crear una sección hueca y empujar el material fundido hacia adelante, facilitando los procesos de inyección, retención de presión y enfriamiento.

Dado que los gases transmiten la presión de manera eficiente, mantienen una presión constante en todo el canal de gas, eliminando el estrés interno, previniendo la deformación del producto y reduciendo significativamente la presión en la cavidad del molde.

Por lo tanto, no se requieren fuerzas de bloqueo de molde elevadas durante el proceso de moldeo, y también se puede reducir el peso del producto y eliminar las marcas de hundimiento.

Moldeo por Inyección Asistida por Gas-1

2. Equipamiento de Inyección Asistida por Gas

El equipamiento de inyección asistida por gas incluye una unidad de control de inyección asistida y un dispositivo generador de gas nitrógeno.

Es un sistema independiente de la máquina de moldeo por inyección, y la única interfaz es la línea de conexión de la señal de inyección.

Después de que la máquina de moldeo por inyección envía una señal de inyección a la unidad de control de inyección asistida, se inicia un proceso de inyección de gas. Se proporciona otra señal de inyección cuando comienza el próximo proceso de inyección, iniciando otro ciclo y repitiendo este proceso.

El gas utilizado en la inyección asistida por gas debe ser un gas inerte, generalmente nitrógeno, con una presión máxima de 35 MPa, o hasta 70 MPa en casos especiales, y una pureza de nitrógeno de ≥98%.

La unidad de control de inyección asistida es responsable de controlar el tiempo y la presión de inyección. Tiene múltiples diseños de circuitos de gas y puede controlar simultáneamente la producción asistida por gas para múltiples máquinas de moldeo por inyección.

La unidad de control también cuenta con funcionalidad de recuperación de gas para minimizar el consumo de gas.

3. Control del Proceso de Inyección Asistida por Gas

(1) Parámetros de Inyección de Gas

La unidad de control de inyección asistida por gas es el dispositivo que controla la magnitud de la presión del gas en diferentes etapas. Solo hay dos valores para los parámetros de inyección asistida por gas: tiempo de inyección de gas (segundos) y presión de inyección de gas (MPa).

El proceso de moldeo por inyección asistida por gas implica inyectar plástico fundido en el molde al mismo tiempo que se inyecta gas a alta presión. Existe una compleja interacción de dos fases entre el material fundido y el gas, lo que hace que el control de los parámetros del proceso sea muy importante.

Los métodos de control para cada parámetro son los siguientes:

(2) Volumen de Inyección

El moldeo por inyección asistida por gas utiliza el llamado método de ‘inyección corta’, que consiste en inyectar una cierta cantidad de material en la cavidad del molde primero (normalmente el 70-95% de una inyección completa) y luego inyectar gas para lograr el llenado completo.

La cantidad de inyección de resina fundida está principalmente relacionada con el tamaño de los canales de gas del molde y la estructura de la cavidad.

Cuanto mayor sea la sección transversal del canal de gas, más fácil será que el gas penetre, lo que resultará en una mayor relación de vacíos y será adecuado para una tasa de ‘inyección corta’ mayor.

En este caso, si se utiliza demasiado material, puede ocurrir acumulación de material fundido, lo que lleva a marcas de hundimiento donde hay exceso de material. Si hay muy poco material, puede provocar la penetración.

Si el canal de gas está completamente alineado con la dirección del flujo del material, es más propicio para la penetración del gas y se maximiza la relación de vacíos del canal de gas.

Por lo tanto, en el diseño del molde, es recomendable alinear los canales de gas con la dirección del flujo del material tanto como sea posible.

(3) Velocidad de Inyección y Presión de Mantenimiento

Siempre que se garantice que el producto no presente defectos, es recomendable utilizar una velocidad de inyección más alta cuando sea posible para asegurarse de que el material fundido llene la cavidad del molde lo más rápido posible.

En este punto, la temperatura del material fundido sigue siendo relativamente alta, lo que es beneficioso para la penetración del gas y el llenado del molde.

El gas mantiene una cierta presión después de empujar el material fundido para llenar la cavidad del molde, lo que equivale a la etapa de presión de mantenimiento en el moldeo por inyección tradicional.

Por lo tanto, los procesos de moldeo por inyección asistida por gas generalmente eliminan la necesidad de que la máquina de inyección aplique presión de mantenimiento adicional. Sin embargo, para algunos productos debido a razones estructurales, todavía es necesario utilizar una cierta cantidad de presión de mantenimiento de inyección para garantizar la calidad del producto.

Sin embargo, se debe evitar una presión de mantenimiento alta, ya que una presión de mantenimiento excesiva puede obstruir la aguja de gas, evitar la recuperación de gas dentro de la cavidad y causar fácilmente explosiones cuando se abre el molde.

Una presión de mantenimiento excesiva también puede obstaculizar la penetración del gas y puede dar lugar a marcas de hundimiento más significativas en el producto.

(4) Presión de Gas y Velocidad de Inyección

La presión de gas está estrechamente relacionada con la fluidez del material. Los materiales con buena fluidez (como el PP) utilizan una presión de inyección de gas más baja.

  • Una presión de gas alta tiende a la penetración pero puede causar explosiones.
  • Una presión de gas baja puede dar lugar a un llenado insuficiente del molde, un llenado incompleto o marcas de hundimiento en la superficie del producto. Una velocidad de inyección alta puede llenar la cavidad del molde a temperaturas más altas del material fundido. Para moldes con trayectorias de flujo largas o canales de gas pequeños, aumentar la velocidad de inyección es ventajoso para un llenado adecuado del material fundido y puede mejorar la calidad de la superficie del producto.

Sin embargo, una velocidad de inyección excesivamente alta puede provocar explosiones, mientras que los productos con canales de gas grandes pueden presentar marcas de flujo en la superficie y marcas de gas.

(5) Tiempo de Retraso

El tiempo de retraso es el intervalo de tiempo desde que la máquina de moldeo por inyección comienza a inyectar resina hasta que la unidad de control asistida por gas comienza a inyectar gas. Puede entenderse como un parámetro que refleja la “sincronización” de la inyección de resina y la inyección de gas.

Un tiempo de retraso corto, es decir, comenzar la inyección de gas cuando la resina todavía está a una temperatura relativamente alta, es claramente ventajoso para la penetración del gas y el llenado del molde.

Sin embargo, si el tiempo de retraso es demasiado corto, el gas tiende a dispersarse, lo que resulta en una forma de cavidad deficiente y un hueco insuficiente.

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4. Moldes con Asistencia de Gas

Los moldes con asistencia de gas no difieren significativamente de los moldes de inyección tradicionales, excepto por la adición de un componente de inyección de aire (llamado aguja de gas) y el diseño de canales de gas.

El término ‘canales de gas’ se puede entender simplemente como las vías por las cuales fluye el gas después de ingresar, algunos de los cuales forman parte del producto y otros son ubicaciones especialmente diseñadas para guiar el flujo de aire.

La aguja de gas es un componente crítico de los moldes con asistencia de gas que afecta directamente a la estabilidad del proceso y la calidad del producto.

La parte central de la aguja de gas consta de numerosas pequeñas brechas. Si estas brechas son demasiado grandes, pueden obstruirse con la resina fundida, lo que resultaría en una reducción del flujo de gas.

5. Proceso de Moldeo por Inyección Asistido por

Gas El proceso de moldeo por inyección asistido por gas consta de cuatro pasos.

Paso 1 Llenado de Resina

Una parte del molde se llena con resina fundida.

Paso 2 Llenado de Gas

Se inyecta gas nitrógeno en la resina fundida caliente según sea necesario. El gas fluye rápidamente en la zona de alta temperatura y baja presión.

La dirección del flujo de gas generalmente sigue el camino de menor resistencia. 

De acuerdo con el diseño, los canales de gas deben colocarse en lugares que faciliten la guía del gas hacia la zona de baja presión.

El gas a presión se utiliza para desplazar el material fundido en secciones transversales gruesas de la pieza de plástico, completando así el llenado del plástico.

Paso 3 Mantenimiento de la Presión de Gas

Debido a la acción conjunta de la resina fundida y el gas, después de que se llena el molde, el gas nitrógeno permanece en los canales de gas de la pieza de plástico. Ejerce suficiente presión para compactar la pieza de plástico.

Posteriormente, a medida que la resina se enfría y contrae, la presión del gas empuja la resina sin curar hacia los huecos creados por la contracción. La presión de mantenimiento se utiliza para eliminar las marcas de hundimiento en la superficie de la pieza de plástico y garantiza que en el próximo ciclo de moldeo, el molde tenga una mejor calidad superficial para producir piezas de plástico de alta calidad.

Paso 4 Desgasificación

Todo el gas necesario durante todo el proceso debe ser eliminado antes de abrir el molde.

La falta de purga del gas a presión de manera oportuna puede hacer que la pieza de plástico se expanda o incluso se rompa.

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