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Tolerancias de Moldeo por Inyección: La Guía Experta Integral para la Precisión, los Estándares y la Optimización de Costos
Creado 02.09
Moldeo por inyecciónLas tolerancias se refieren a cuánto puede variar el tamaño de una pieza de plástico. En la producción en masa, mantener estas tolerancias bajo control significa que las piezas de diferentes lotes de producción o moldes encajan sin problemas o roturas. Obtener la tolerancia correcta significa equilibrar lo que la pieza necesita hacer con el costo de fabricación.
Comprendiendo los Fundamentos de las Tolerancias en Moldeo por Inyección
Si recién estás comenzando en ingeniería de plásticos, podrías pensar que el tamaño del molde será el mismo que el de la pieza final. Pero el plástico cambia mucho cuando se calienta, se inyecta y se enfría.
Por lo tanto, un molde de inyecciónes esencialmente un medio para controlar cuánto se contrae el material. El tamaño final de una pieza depende de varios factores, incluida la estructura del polímero y la temperatura ambiente. Para manejar esto, necesitamos saber qué factores deciden lo que es posible.
1) Tasas de contracción específicas del material
Cada plástico se encoge de manera diferente al enfriarse desde su estado fundido hasta la temperatura ambiente. La tasa de contracciónle indica en qué porcentaje se contraerá una pieza.
- Polímeros Cristalinos: Materiales como el polipropileno (PP) o el polietileno (PE) tienen una estructura molecular altamente ordenada, lo que genera una contracción mayor y a menudo menos predecible (típicamente del 1.5% al 3.0%).
- Polímeros Amorfos: Materiales como el Policarbonato (PC) o el ABS tienen una disposición molecular aleatoria, lo que resulta en tasas de contracción más bajas y estables (típicamente del 0.4% al 0.7%).
2) Precisión de Herramientas y Mecanizado
La tolerancia de la pieza final nunca puede ser más ajustada que la tolerancia del molde en sí. Los moldes de acero de alta calidad, mecanizados mediante CNC (Control Numérico por Computadora) o EDM (Electroerosión), generalmente se construyen con una tolerancia de ±0.005 mm. Sin embargo, una vez que se introduce la variable de la contracción del plástico, las tolerancias estándar de moldeo por inyección para la pieza final generalmente se amplían significativamente.
Factores Críticos que Influyen en la Capacidad de Tolerancia del Moldeo por Inyección
Si sus objetivos requieren alta precisión, debe comprender que la "estanqueidad" no es una configuración de la máquina; es el resultado de un riguroso control del proceso. Más allá del material y el molde, varios factores operativos determinan la capacidad de tolerancia de su moldeo por inyección.
1) Geometría de la pieza y espesor de la pared
El espesor de pared desigual es el principal enemigo de la estabilidad dimensional. Cuando una sección de una pieza es significativamente más gruesa que otra, se enfría a una velocidad más lenta, lo que provoca tensiones internas y contracción diferencial, comúnmente conocida como "deformación".
2) Velocidad de enfriamiento y tiempo de ciclo
La rapidez y uniformidad con la que se enfría una pieza son muy importantes. Si retira una pieza del molde demasiado pronto, y el centro está mucho más caliente que el exterior, seguirá encogiéndose fuera del molde. Esto puede hacer que el tamaño final de la pieza sea difícil de predecir. Por eso, generalmente nos centramos en buenos diseños de canales de enfriamiento para mantener la temperatura estable.
3) Estado del tornillo y del cilindro
Para trabajos muy precisos, también debemos vigilar el equipo. El desgaste del husillo y el cilindro de moldeo por inyección es importante, aunque no sea obvio. Si el husillo se desgasta, el anillo de retención (un tipo de válvula) podría tener fugas. Esto provoca que la cantidad de plástico inyectado varíe. Cuando esto sucede, el peso de las piezas cambia, al igual que su tamaño.
Estándares de la industria para tolerancias de moldeo por inyección
Para proporcionar un lenguaje común entre diseñadores y fabricantes, varias organizaciones internacionales han establecido estándares de tolerancia para el moldeo por inyección. Si bien estos sirven como excelentes puntos de referencia, deben considerarse como "directrices" en lugar de "leyes", ya que los grados de material específicos pueden comportarse de manera diferente.
1) ISO 20457 (Anteriormente ISO 9988)
La norma ISO para tolerancias de moldeo por inyección (ISO 20457) es el marco global más reconocido. Clasifica las tolerancias basándose en las propiedades del material y la complejidad de la pieza.
Serie 1: Tolerancias generales para dimensiones no críticas.
Serie 2: Tolerancias funcionales para piezas que requieren un mayor grado de precisión.
2) DIN 16742
Esta norma alemana se utiliza con frecuencia en la ingeniería europea. Proporciona un sistema decimal muy detallado para calcular tolerancias basándose en la longitud de la dimensión y el grupo de contracción del material en el molde.
Consulte la tabla resumen a continuación para ver los valores típicos:
Rango de Dimensiones (mm) | Tolerancia Estándar (± mm) | Tolerancia Estricta (± mm) |
0 – 3 mm | 0.10 | 0.05 |
3 – 6 mm | 0.12 | 0.06 |
6 – 30 mm | 0.15 | 0.08 |
30 – 120 mm | 0.25 | 0.12 |
El costo del moldeo por inyección de tolerancias estrictas
Una idea errónea común es que las tolerancias más estrictas siempre dan como resultado una mejor pieza. Pero el moldeo por inyección de tolerancias estrictas, generalmente dentro de ±0.025 mm (±0.001 pulgadas), puede aumentar seriamente sus costos.
Si solicita una tolerancia más estricta de lo que la pieza necesita, esto es lo que realmente está pagando:
- Aumentan los costos de las herramientas: Los moldes deben fabricarse con acero de mejor calidad y necesitan un mantenimiento más frecuente.
- Más desechos: Pequeños cambios en el entorno o en los materiales pueden hacer que las piezas sean rechazadas.
- Producción más lenta: Para mantener el tamaño de las piezas constante, a menudo hay que ralentizar el enfriamiento, por lo que se obtienen menos piezas por hora.
Básicamente, solo solicite tolerancias ajustadas para las dimensiones que son clave para el funcionamiento de la pieza. Para las superficies que son solo estéticas o que no se conectan con otras piezas, las tolerancias de moldeo por inyección normales (±0.1 mm a ±0.2 mm) suelen ser suficientes y le ahorrarán dinero.
Materiales Especializados: Moldeo por Inyección de Caucho y Metal
Si bien los principios siguen siendo similares, los diferentes procesos de moldeo tienen perfiles de tolerancia únicos.
1) Tolerancias de Moldeo por Inyección de Caucho
El caucho es más flexible y cambia más con el calor en comparación con los plásticos duros. En general, el moldeo de caucho tiene tolerancias más amplias. Dado que el caucho se puede apretar durante el montaje, una pieza ligeramente más grande aún puede funcionar bien. Esto es lo que generalmente consideramos al crear sellos.
2) Tolerancias de Moldeo por Inyección de Metal (MIM)
Con moldeo de metal, el polvo metálico se mezcla con plástico. Luego se moldea y se calienta para eliminar el plástico. Dado que la pieza se encoge mucho (hasta un 20%) durante el calentamiento, sus tolerancias son más difíciles de controlar que con el plástico. Por lo general, espere tolerancias de aproximadamente ±0.3% a ±0.5% del tamaño estándar.
El Desmitificador Racional: Por qué la "Deviación Cero" es una Ilusión
Es importante tener en cuenta que en la fabricación de plásticos, no existen las dimensiones "perfectas". Incluso si una pieza mide perfectamente en la fábrica, sus dimensiones cambiarán una vez que llegue al usuario final.
Esto se debe a la higroscopía (absorción de humedad) y a la expansión térmica. Por ejemplo, una pieza de nailon (PA66) aumentará de tamaño a medida que absorbe humedad del aire. Por lo tanto, si su diseño no tiene en cuenta estos cambios ambientales "posteriores al moldeo", incluso las tolerancias de moldeo por inyección de plástico más precisas fallarán en el mundo real. Recomendamos diseñar para el "peor escenario" en cuanto a condiciones ambientales.
Recomendaciones para Lograr Resultados Óptimos
Si se encuentra en la etapa de diseño, tenga en cuenta estas tres cosas para mantenerse dentro del presupuesto y alcanzar sus objetivos:
- Hable con su moldeador desde el principio: Un buen moldeador puede realizar un análisis Moldflow para estimar cuánto se encogerá su pieza y detectar posibles problemas antes de que se realice cualquier mecanizado.
- Utilice tamaños estándar siempre que sea posible: Diseñe sus piezas utilizando tamaños estándar para el moldeo por inyección. Esto reduce los costos de fabricación.
- Elija el material adecuado: Si su pieza necesita ser súper precisa, opte por resinas con carga de vidrio o polímeros amorfos. Se contraen menos y se contraen de manera uniforme.
Conclusión
Lidiar con los pormenores de las tolerancias del moldeo por inyección requiere una combinación de física, conocimientos de ingeniería y sentido práctico de los costos. Si comprende cómo actúan los materiales, cómo funciona el diseño del molde y cuáles son las prácticas estándar, puede decidir el equilibrio adecuado entre la calidad de la pieza y la agilidad en la producción. Claro, aspirar a la exactitud puede parecer difícil, pero vale la pena si se maneja de la manera correcta.
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