Un moldeador puede ajustar la temperatura, la presión, la velocidad de inyección y el tiempo de enfriamiento, y uno con experiencia conseguirá resultados extraordinarios incluso con una pieza complicada. Lo que ningún ajuste del proceso puede lograr es que un saliente grueso se enfríe al mismo ritmo que la pared delgada que lo rodea. Eso es cuestión de geometría, y la geometría se decide mucho antes de llegar a la máquina de moldeo.

Esta guía aborda la prevención de defectos en la fase de diseño: las cinco variables geométricas que causan la mayoría de los problemas de moldeo, la causa de diseño que subyace a cada defecto habitual, las normas relativas a las nervaduras y los salientes, los casos en los que el diseño realmente no puede solucionar el problema, y una lista de comprobación que debe revisarse antes de dar el visto bueno a una pieza para su fabricación de moldes. Para corregir defectos en un molde que ya está en funcionamiento, nuestra guía sobre corrección de defectos de moldeo en la prensa aborda el aspecto de los procesos.

La mayoría de los defectos de moldeo se deben, ante todo, a decisiones de diseño

Las marcas de hundimiento, la deformación, los huecos y las líneas de soldadura suelen describirse como problemas de proceso, ya que es ahí donde se detectan. En la práctica, suelen ser el resultado visible de una decisión geométrica: una pared cuyo espesor cambia bruscamente, un saliente más grueso que la pared sobre la que se asienta, una entrada situada en un punto donde el flujo tiene que pasar de una zona delgada a otra gruesa, o una esquina sin radio. El ajuste del proceso puede reducir la gravedad de estos defectos, pero rara vez los elimina por completo.

Esto es importante desde el punto de vista comercial porque las correcciones de diseño son prácticamente gratuitas antes de la fabricación de las herramientas y resultan muy costosas después. Un cambio en el espesor de la pared en el CAD supone una tarde de trabajo. El mismo cambio, una vez cortado el acero templado, implica soldadura y un nuevo mecanizado.

Las cinco variables de diseño que provocan la mayoría de los defectos

1. Espesor uniforme de la pared

Esta es la regla más importante en el diseño de piezas y la que más a menudo se incumple. Las secciones gruesas se enfrían más lentamente que las delgadas. Como la zona gruesa es la última en enfriarse y contraerse, arrastra material de la superficie, lo que produce una marca de hundimiento, o bien forma un hueco interno si la capa exterior ya se ha solidificado. Cuando las secciones gruesas y delgadas se enfrían a ritmos diferentes en una misma pieza, la contracción diferencial deforma toda la pieza provocando una deformación.

Siempre que sea posible, mantén constante el espesor nominal de la pared en toda la pieza. Cuando un diseño requiera realmente masa en una zona concreta, lo más adecuado suele ser vaciar la sección gruesa en lugar de dejarla maciza, de modo que el espesor de la pared se mantenga uniforme y la resistencia provenga de la geometría en lugar del volumen.

2. Transiciones en las paredes

Cuando es necesario variar el espesor, el cambio debe ser gradual y no brusco. Un escalón en el espesor de la pared provoca un cambio repentino en la velocidad de enfriamiento y una concentración de tensiones en la zona de transición, lo que se manifiesta como un hundimiento en la superficie exterior y como un factor que provoca la deformación de la pieza. Suavizar la transición a lo largo de una cierta distancia, en lugar de crear un escalón, elimina la mayor parte de este efecto.

3. Ubicación de la puerta

La entrada determina la dirección en la que el plástico fluye a través de la cavidad, y la dirección del flujo determina dónde se forman las líneas de soldadura, qué zonas de la pieza se rellenan en último lugar y la eficacia con la que la presión de mantenimiento puede compactar las zonas más gruesas. El flujo debe desplazarse desde las secciones más gruesas hacia las más delgadas, ya que una entrada que alimente primero una zona delgada impide que la zona gruesa reciba la presión de mantenimiento, lo que garantiza la aparición de hundimientos y huecos en dicha zona.

La posición de la entrada también determina dónde aparecen las marcas estéticas. Cada entrada deja un vestigio, por lo que, siempre que sea posible, debe situarse en una superficie no visible. Las líneas de soldadura se forman donde se unen dos frentes de flujo, normalmente detrás de los orificios y alrededor de los insertos, y constituyen tanto una marca estética como un auténtico punto débil. El diseño no puede eliminar las líneas de soldadura en una pieza con orificios, pero el diseño, junto con la ubicación de la entrada de material, determina si estas se sitúan en un lugar sin importancia estructural.

4. Borrador

El ángulo de desmoldeo es la inclinación que se aplica a las paredes en la dirección de apertura del molde, para que la pieza se desprenda sin rozar. Si el ángulo de desmoldeo es insuficiente, la expulsión raspa la superficie, dejando marcas de roce y, en el peor de los casos, somete a la pieza a tensiones o la deforma durante el desmoldeo.

El ángulo de desmoldeo aumenta con la profundidad y con la textura de la superficie. Un elemento profundo requiere un ángulo de desmoldeo mayor que uno poco profundo, y una superficie texturizada necesita un ángulo considerablemente mayor que una lisa, ya que la propia textura actúa como un socavado. Aplicar el ángulo de desmoldeo en una fase avanzada del diseño resulta problemático, ya que modifica las dimensiones de acoplamiento; por lo tanto, es mejor aplicarlo desde el principio.

5. Radios de las curvas

Las esquinas internas pronunciadas plantean tres problemas distintos. Concentran la tensión, lo que provoca que las piezas se agrieten durante su uso. Alteran el flujo, creando una zona que se rellena de forma irregular. Y, en el acero, obligan a utilizar una fresa especial o a recurrir al electroerosionado, lo que aumenta el coste de las herramientas.

Unos radios internos generosos resuelven estos tres problemas a la vez. Un radio de esquina que mantenga el espesor de la pared a lo largo de la esquina más o menos igual al de las paredes adyacentes evita el engrosamiento local que provoca una esquina mal proporcionada.

Defecto por defecto: la causa de diseño y la solución de diseño

La última columna es la que resulta útil en la práctica. Cuando predomina la causa de diseño, ajustar los parámetros del proceso supone una mejora temporal, pero consume tiempo de producción, y el defecto reaparece cuando las condiciones varían. Cuando predomina la causa del proceso, modificar la geometría es una forma costosa de resolver algo que se puede solucionar con un ajuste de la máquina.

Normas de diseño de nervaduras, salientes y refuerzos

Las nervaduras y los salientes son la causa más habitual de las marcas de hundimiento autoinfligidas, ya que ambos añaden masa a una pared que, de otro modo, sería uniforme.

• El grosor de la nervadura debe ser una fracción del de la pared adyacente, en lugar de ser igual a este. Una nervadura con el mismo grosor que la pared da lugar a una unión gruesa y a una marca de hundimiento en la cara opuesta.
• Añade un bisel a las costillas para que se desmoldan fácilmente, teniendo en cuenta que una costilla alta necesita un bisel más pronunciado que una corta.
• Deja un espacio adecuado entre las nervaduras en lugar de colocarlas muy juntas, ya que las nervaduras muy próximas entre sí restringen el flujo y dificultan la refrigeración del acero que se encuentra entre ellas.
• Cuando el objetivo sea la rigidez, es mejor utilizar varias nervaduras menos profundas que una sola profunda, ya que la profundidad dificulta el llenado y la expulsión.
• Perfora los salientes en lugar de dejarlos macizos, de modo que el espesor de la pared del saliente coincida con el espesor nominal de la pared.
• Los salientes altos deben reforzarse con refuerzos laterales, en lugar de aumentar el diámetro del saliente, lo que volvería a introducir una sección gruesa.
• Redondea la base de cada nervadura y saliente, lo que reduce la concentración de tensiones sin crear una unión gruesa si las proporciones son las adecuadas.

Nuestra guía sobre Directrices de diseño de nervaduras y refuerzos trata en detalle las proporciones y el espaciado, incluyendo cómo el diseño de las nervaduras influye en la rigidez que realmente necesita la pieza.

Cuando el diseño no puede solucionarlo

Hay problemas que, sencillamente, no tienen que ver con la geometría, y tratarlos como fallos de diseño es una pérdida de tiempo.

• La deformación y las rayas superficiales provocadas por la humedad en resinas higroscópicas, como el policarbonato y el nailon, son un problema de secado en la prensa, no un problema de diseño.
• Las marcas de quemadura en la última zona que se rellena suelen deberse a un problema de ventilación en el molde o a un problema de velocidad de inyección en la máquina.
• La variación dimensional a lo largo de una serie de producción suele deberse a la variación del proceso o al control de la temperatura de las herramientas, más que a la geometría de la pieza.
• La contaminación y las rayas de color son problemas relacionados con la manipulación de materiales.
• El destello en una herramienta que antes funcionaba correctamente indica un desgaste de la herramienta o un problema con la fuerza de sujeción, no un cambio en el diseño.

También hay una categoría en la que la restricción viene dada por el material, y no por la geometría. Las resinas con alta contracción se deforman con mayor facilidad y mantienen peor las tolerancias, independientemente del cuidado con el que se diseñe la pieza, por lo que el material y la geometría deben decidirse conjuntamente. Nuestro Comparación de materiales para moldeo por inyección explica cómo varía el comportamiento de contracción entre las resinas más comunes y qué implicaciones tiene esto para las expectativas de tolerancia.

Lista de comprobación para la revisión del diseño antes de dar luz verde a la fabricación de utillaje

Haz esto antes de solicitar el presupuesto de la herramienta. Cada elemento resulta económico de diseñar en CAD, pero caro de fabricar en acero.

1. ¿Es constante el espesor nominal de la pared en toda la pieza? ¿Y cada desviación respecto a ese espesor es deliberada y está justificada?
2. ¿Todas las transiciones de grosor son suaves en lugar de escalonadas?
3. ¿Se vacían las secciones gruesas en lugar de dejarlas macizas?
4. ¿El grosor del nervio es proporcional a la pared adyacente en lugar de coincidir con ella?
5. ¿Los casquillos se vacían y se refuerzan con refuerzos en lugar de aumentar su diámetro?
6. ¿Todas las superficies en la dirección de apertura del molde tienen inclinación, con una inclinación adicional en las zonas donde se especifica una textura?
7. ¿Tienen las esquinas internas un radio que mantiene el espesor de la pared más o menos constante a lo largo de la esquina?
8. ¿Se ha acordado la posición de la compuerta? ¿Y el flujo va de las secciones más gruesas hacia las más delgadas?
9. ¿Dónde se formarán las líneas de soldadura? ¿Esa ubicación soporta una carga estructural o responde a un requisito estético?
10. ¿Hay socavados que requieran correderas o elevadores? ¿Se acepta el coste adicional de las herramientas o es posible rediseñar la pieza para eliminarlos?
11. ¿Se ajusta la resina elegida a las tolerancias previstas en el plano, teniendo en cuenta su comportamiento de contracción?
12. ¿Qué superficies son estéticas? ¿Se ha evitado que la línea de separación pase por ellas?

No se garantiza que una pieza que supere las doce pruebas se moldee a la perfección, pero se eliminan los defectos causados por la geometría y el moldeador se enfrenta a problemas que el control de procesos sí puede resolver.

Comprobar el diseño antes de dar luz verde a la fabricación de las herramientas

La revisión del diseño detecta lo que el revisor sabe que debe buscar. La validación física detecta el resto. La fabricación de piezas prototipo antes de dar el visto bueno al utillaje de producción permite detectar problemas de ajuste y funcionamiento cuando los cambios aún resultan económicos; y, en los casos en que la geometría es incierta, un utillaje de bajo volumen permite comprobar el diseño en el proceso real antes de proceder al corte del acero endurecido.

Conviene tener claro qué es lo que demuestra cada método de validación. Los prototipos mecanizados o impresos verifican el ajuste, el montaje y muchos requisitos funcionales, pero no reproducen el comportamiento en cuanto al flujo, el empaquetamiento y la contracción de una pieza moldeada. Cuando la preocupación se centra en el hundimiento, la deformación o la posición de la línea de soldadura, solo una muestra moldeada ofrece una respuesta, y por eso existen los utillajes puente. Nuestro validación del prototipo antes de la fabricación de las herramientas Los servicios cubren ambas rutas.

Elite Mold Tech ofrece asesoramiento sobre el diseño para la fabricación durante la elaboración del presupuesto en su servicios de moldeo por inyección de plástico, señalando los problemas relacionados con el espesor de las paredes, el ángulo de desmoldeo, la proporción de las nervaduras y la posición de la entrada de material mientras aún se están realizando los cambios en el dibujo. Envía un modelo de la pieza a Elite Mold Tech para realizar una revisión del diseño antes de dar el visto bueno a la fabricación de los moldes, en lugar de tener que discutir los defectos tras las primeras piezas probadas.

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