Las piezas de molde no son tan misteriosas una vez que has derribado algunas herramientas para repararlas. El núcleo forma la superficie interior, la cavidad forma el exterior y todo lo demás está ahí para sostener esas dos piezas o mover cosas. Pero los detalles se complican dependiendo de lo que estés moldeando y de cuánto tiempo debe durar la herramienta.
El acero P20 es el que utilizan la mayoría de los talleres nacionales para herramientas de uso general. Cuesta alrededor de $ 5,40 por libra de Castle Metals cuando pedimos 1800 libras en marzo de 2024. Está pre-endurecido a 30 HRC para que pueda mecanizarlo sin tratamiento térmico, lo que ahorra semanas del cronograma. Para una base de molde-de tamaño mediano, tal vez de 18"x24", se necesitan entre 400 y 500 libras de acero solo para los bloques del núcleo y la cavidad.
El H13 cuesta más y las máquinas son más lentas, pero se obtiene una mejor resistencia al desgaste. Solo lo utilizamos cuando el cliente utiliza materiales-rellenos de vidrio o desea un ciclo de vida superior a 200 000. La dureza después del tratamiento térmico es de alrededor de 50 HRC frente a 30 para P20, lo que significa herramientas de carburo y avances más lentos. La electroerosión se vuelve necesaria para cualquier característica fina porque no se puede fresar acero endurecido de manera eficiente.
Los pines eyectores parecen simples hasta que no lo son
Los pasadores eyectores redondos estándar de Progressive Components cuestan entre 8 y 12 dólares cada uno, dependiendo del diámetro. El problema no es el costo, sino lograr que funcionen de manera confiable durante decenas de miles de ciclos sin irritar el orificio.
El año pasado creamos una herramienta para los pasadores expulsores de molduras interiores de automóviles - 32 porque la pieza tenía una geometría compleja. Después de 8.000 ciclos, seis pasadores se atascaban de forma intermitente. Arranqué el molde y encontré irritaciones en los ejes de los pasadores donde pasaban a través de la placa eyectora. El acabado del orificio fue de 32 Ra cuando debería haber sido de 16 Ra o mejor. Eso es responsabilidad nuestra por no detectarlo durante la aceptación del molde.
Se solucionó tirando de todos los pasadores, puliendo los orificios a 12 Ra e instalando pasadores nitrurados. Los pasadores nitrurados cuestan alrededor de 14 dólares cada uno, frente a los 9 dólares de los estándar, pero la dureza de la superficie aumenta a 65 HRC. La herramienta ejecutó otros 40.000 ciclos antes de que viéramos algún problema.
Los expulsores de cuchillas son diferentes - estás utilizando electroerosión por hilo con una forma personalizada en lugar de usar material redondo. Tarda una eternidad y cuesta en consecuencia. Hice un juego para una carcasa de batería que costó $2,100 en tiempo de mecanizado cuando los pines redondos habrían costado tal vez $400 en total. Pero los alfileres redondos no habrían funcionado con las nervaduras profundas de esa parte.
Los canales de refrigeración importan mucho más de lo que la gente piensa
El tiempo del ciclo se controla básicamente por la rapidez con la que se puede enfriar la pieza. Medimos esto en una carcasa de polipropileno de - 8 mm de espesor de pared, temperatura del molde de 180 grados F. Con líneas de enfriamiento de 3/8" de diámetro espaciadas 1,2" de la superficie de la cavidad, el tiempo de enfriamiento fue de 38 segundos. Movió las líneas a un espaciado de 0,7" y lo redujo a 26 segundos.
Esa reducción de 12 segundos no parece mucho hasta que se procesan 500.000 piezas por año. Le ahorra alrededor de 1660 horas de tiempo de impresión al año, lo que a una tarifa de máquina de $65 por hora representa más de $100 000 en costos de fabricación reducidos. Sin embargo, el rediseño de la línea de enfriamiento solo agregó quizás $3,500 al costo de la herramienta.
El enfriamiento conformado utilizando inserciones de moldes impresos en 3D puede reducir otro 20-30 % el tiempo de enfriamiento, pero estás pagando entre 95 y 115 dólares por pulgada cúbica de material impreso. Hicimos un análisis de costos sobre esto para un molde de dispositivo médico: el inserto impreso costaría $18,000 versus $4,000 para el enfriamiento perforado convencional. La recuperación de la inversión fue de 14 meses con su volumen de producción, por lo que la pasaron por alto.
Las unidades de control de temperatura son otra cosa. Los baratos de China cuestan $1800-2500 y tienen una estabilidad de temperatura terrible: medimos una variación de ±8 grados F en una unidad. Las unidades de cuidado térmico cuestan entre 6500 y 9000 dólares, pero mantienen ±1 grado F. Para resinas de ingeniería donde la precisión de la temperatura del molde es importante, vale la pena pagar por eso.
El caudal a través de los canales de refrigeración debe alcanzar un flujo turbulento - número de Reynolds superior a 4000 aproximadamente. Probamos esto con diferentes bombas en una herramienta - a 2 GPM a través de líneas de 3/8", el flujo fue laminar y el enfriamiento fue deficiente. Lo aumentamos a 5 GPM y las temperaturas se igualaron. Pasar a 8 GPM no ayudó mucho más, solo desperdició la capacidad de la bomba.
Tipos de puertas y el desorden que causan
Las puertas de borde dejan una marca visible que necesita ser recortada. Fácil de mecanizar, pero le está pagando a alguien para que recorte las piezas manualmente o instale un dispositivo de recorte. A nadie le importan las piezas industriales, pero esto es inaceptable para los productos de consumo.
Las puertas del submarino se cortan durante la expulsión, por lo que no es necesario recortarlas manualmente. El canal de la puerta hace un túnel debajo de la superficie de la pieza con una inclinación de 5 a 7 grados. Cuando el ángulo de tiro es incorrecto o el diámetro de la compuerta es demasiado grande, la compuerta no se corta limpiamente y se produce material desgarrado en la ubicación de la compuerta.
Si esto hubiera sucedido en una pieza cosmética de la carcasa, la puerta - se especificó con un diámetro de 0,060" pero se mecanizó a 0,072" porque alguien leyó mal el dibujo. Las piezas salieron con cicatrices ásperas en la puerta que no cumplían con las especificaciones de apariencia. Nos tomó un día completo volver a trabajar el área de la puerta y probar las tomas antes de que volviéramos a tener las especificaciones.
Los canales calientes eliminan por completo el desperdicio de canales, pero usted está gastando $18 000-30 000 en un sistema múltiple para una herramienta de 4 cavidades. El mantenimiento es constante: las boquillas se obstruyen, los termopares fallan y las bandas calefactoras se queman. Presupuestamos entre 1.500 y 2.500 dólares al año para reparaciones de canales calientes en herramientas moderadamente complejas.
Algunos materiales no corren en absoluto en canales calientes. Una vez intentamos ejecutar PVC en un canal caliente. - fue una idea terrible. El material se degrada a temperaturas elevadas y se desprende HCl que corroe todo. Terminé volviendo a convertirlo en canal frío a pesar del desperdicio de material.
Las compuertas de válvula le brindan un control preciso de la compuerta, pero cada conjunto de pasador de válvula cuesta $1800-2400. Para una herramienta de 8-cavidades cuesta casi $20,000 solo en herrajes para puertas, además necesita accionamiento hidráulico o neumático. Solo tiene sentido para aplicaciones-de alto nivel donde la estética de la puerta y la consistencia entre disparos son fundamentales.
Las acciones secundarias fallan en patrones predecibles
Los pasadores angulares tiran de las correderas hacia atrás a medida que se abre el molde. El ángulo estándar es de 18 grados desde la vertical - más pronunciado que eso y se obtienen cargas laterales excesivas, menos profundo y el pasador debe ser demasiado largo. Utilizamos un rango de 15 a 20 grados dependiendo de las limitaciones de espacio.
Los pasadores fallan cuando el diámetro cambia -, como al pasar de 0,500" a 0,375" de diámetro. Un radio de transición pronunciado crea concentración de tensión y se produce agrietamiento por fatiga después de 25 000 -40 000 ciclos. Un lote de pasadores angulares falló a 32.000 ciclos en una herramienta de nailon rellena de vidrio. Se cambió el radio de transición de 0,020" a 0,080" y se nitruraron los pines, lo que solucionó el problema.
Las placas de desgaste debajo de las correderas deben reemplazarse cada 60.000 ciclos aproximadamente. El PTFE relleno de bronce- es un material estándar - cuesta entre 45 y 65 dólares por placa, según el tamaño de Misumi. El reemplazo demora quizás 90 minutos si lo ha diseñado para que sea funcional. Algunas herramientas tienen las placas de desgaste enterradas donde se necesitan 4 horas de desmontaje para acceder a ellas. Mal diseño.
Los tiradores hidráulicos del núcleo omiten por completo el pasador angular - el cilindro hidráulico simplemente empuja el núcleo hacia adentro y hacia afuera. Mucha más flexibilidad en la dirección de actuación y puede utilizar núcleos más grandes. El cilindro cuesta entre 1.400 y 2.200 dólares, según el tamaño del diámetro interior y la longitud de la carrera. La mayoría de las máquinas de moldeo tienen un sistema hidráulico auxiliar que puede ejecutar de 2 a 3 núcleos; además, necesita una unidad de alimentación externa.
La ventilación se ignora hasta que tienes marcas de quemaduras
El aire atrapado se comprime durante la inyección y se calienta hasta 700-800 grados F, lo que quema el plástico y deja marcas negras. Los respiraderos estándar tienen una profundidad de 0,0008 a 0,0012" en la línea de separación: lo suficientemente profundos para el aire pero demasiado poco profundos para que el plástico pueda pasar a través de ellos.
En la práctica, los respiraderos se obstruyen con desmoldantes y resina degradada. Los limpias semanalmente con cepillos de latón o chorro de perlas. Se necesitan unos 30 minutos por molde si se puede acceder a los respiraderos, y más si están enterrados en alguna zona de cierre complicada.
Los tapones de ventilación porosos cuestan entre 95 y 140 dólares cada uno, pero funcionan mucho mejor que los respiraderos mecanizados en espacios reducidos. El metal sinterizado es poroso a una escala de 25 a 30 micrones, por lo que el gas se escapa pero el plástico no puede penetrar. Los colocamos en áreas de nervaduras profundas o en geometrías complejas donde la ventilación convencional no funciona.
Algunos constructores están utilizando la ablación láser para la micro-ventilación - quema canales de 0,0003 a 0,0006" de profundidad que son menos propensos a destellar. No lo hemos probado nosotros mismos porque no tenemos equipo láser. Probablemente necesitemos realizar trabajos aeroespaciales o médicos para justificar esa inversión.
Cuando los componentes baratos arruinan tu día
Compré pines de retorno del eyector con descuento una vez para ahorrar $180 en la construcción de una herramienta. Los pines midieron 36 HRC en lugar del mínimo especificado de 48 HRC. Después de 4.200 ciclos, las cabezas de los pasadores se multiplicaron y se atascaron en la placa eyectora. El moho se bloqueó por completo.
Tuve que derribar todo, reemplazar los seis pasadores de retorno con unidades de dureza adecuadas y limpiar los orificios dañados de la placa eyectora. Perdió tres días de producción y quemó $1,800 en mano de obra de reparación de emergencia. Eso es lo que sucede cuando gastas $30 en componentes.
Los pasadores guía y los casquillos controlan la alineación del molde. El espacio libre estándar es de 0,0007-0,0010" de diámetro para un funcionamiento suave y sin desniveles. Especificaciones de DME pasadores guía revestidos de diamante- a $135 cada uno para herramientas que utilizan materiales abrasivos; duran entre 6 y 8 veces más que los pasadores sin revestimiento.
Los casquillos de bebedero de Strack o Hasco cuestan $80-120 cada uno, dependiendo del radio de la punta y el diámetro de la compuerta. El radio donde el bebedero se encuentra con la boquilla es importante: si es demasiado afilado, se concentrará la tensión y eventualmente se agrietará. Usamos un radio mínimo de 0.500" en herramientas de canal frío, más grande para colectores de canal caliente.
La moldura por inserción se complica
Los insertos de metal necesitan una ubicación precisa - incluso una desalineación de 0,015" puede causar problemas dimensionales. Los pasadores de ubicación con resorte- sujetan el inserto contra las superficies de referencia durante el cierre del molde. Los pasadores cuestan entre 25 y 40 dólares cada uno de Misumi o Fibro, un componente bastante estándar.
La retención del inserto depende del enclavamiento mecánico. El moleteado en insertos cilíndricos de latón mejora la fuerza de extracción en un 35-40 % en comparación con los insertos lisos según las pruebas que realizamos en nailon 6/6. El moleteado de diamante funciona mejor que el moleteado recto porque obtienes más superficie.
Hicimos un proyecto de sobremolde en el que la primera inyección de ABS necesitó 5 horas de exposición atmosférica antes de la segunda inyección de TPE. Algo sobre la estabilización de dimensiones antes del sobremoldeo - el ingeniero no lo explicó muy bien, pero eso es lo que recomendó el proveedor de resina. Significaba que necesitábamos inventario de reserva y espacio en estantes, lo que complicaba la programación de la producción.
Los moldes de dos-inyecciones evitan el problema de inventario al realizar ambas inyecciones en un ciclo. El molde gira o indexa entre estaciones. Pero el coste de las herramientas aumenta a 45.000-65.000 dólares, frente a los 12.000-18.000 dólares del moldeo secuencial. Sólo tiene sentido a volúmenes realmente altos.
Por qué las herramientas de aluminio todavía tienen un lugar
El aluminio se procesa 4 veces más rápido que el acero para herramientas. Una cavidad que tarda 28 horas en fresarse en H13 tarda quizás 7 horas en aluminio QC-10. A una tarifa de tienda de $90 por hora, eso es mucho dinero.
La vida útil de la herramienta es el problema - el aluminio es bueno para 8000-12000 ciclos dependiendo de la resina y las condiciones. Está bien para la creación de prototipos o herramientas puente, pero no se pueden ejecutar volúmenes de producción. El aluminio QC-10 cuesta alrededor de $9,50/lb frente a $5,40 del acero P20, por lo que el costo del material es mayor, pero los ahorros en el mecanizado lo compensan con creces.
Algunos constructores utilizan cavidades de aluminio con núcleos de acero e inserciones de puerta. Hicimos esto para una tirada de 35.000 piezas - ahorramos alrededor de $6.500 en costos de herramientas en comparación con toda la construcción-de acero. La cavidad de aluminio se desgastó alrededor de 32.000 ciclos y necesitó un pulido menor, pero logró completar el recorrido.
La kirksita es incluso más barata que el aluminio, pero nunca la he visto utilizada para el moldeo por inyección real. Quizás para aplicaciones de baja-presión, pero no para inyección estándar.
Adición sugerida para el final del artículo
Si estás abasteciendoPiezas de moldeo por inyeccióny desea evitar los dolores de cabeza que hemos cubierto aquí, busque un taller que realmente comprenda los fundamentos de las herramientas. Las cotizaciones baratas no significan nada cuando el molde falla a los 15.000 ciclos porque alguien usó componentes de basura o se saltó la ventilación adecuada.