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Boquillas de Cierre para Moldes Multi-Cavidad

Cada vez más, los moldeadores demandan de un mismo molde, producciones de varias decenas de millones de piezas anualmente. Pequeñas piezas plásticas, producidas en esos volúmenes, se encuentran comúnmente en aplicaciones médicas, en empaques y en la industria electrónica de alta precisión. Estas aplicaciones normalmente exigen ciclos muy cortos, bastante menos de 10 segundos y pesos de piezas menores a 1 gramo. Sistemas automatizados, trabajando regímenes de 24/7, demandan moldes de canal caliente multi-cavidad con boquillas de cierre extremadamente confiables.




Ciclos más Cortos
Por ejemplo, para la producción de 400 millones de vástagos para jeringuillas desechables al año, y de un peso de 0.7 grs. / pieza con una eficiencia del 90 %, se requiere de un molde de 128 cavidades y un ciclo de 8 segundos. Esto puede lograrse usando boquillas de cierre cuyos puntos de inyección son imperceptibles y cuyas piezas resultan de un acabado excepcional sin rastros en el punto de inyección, tal y como los requiere la industria medica. El beneficio adicional del sistema de boquillas de cierre, es la posibilidad de reducción del ciclo total de inyección, además del ahorro obtenido al no transformar valiosa resina en coladas para luego ser molidas.

Control de Precisión
La principal ventaja de un canal caliente con boquillas de cierre es la consistencia entre cavidades y la consistencia entre inyecciones. Las boquillas de cierre, ofrecen un mejor control sobre el proceso que las tradicionales boquillas térmicas de punta caliente o abierta. Los cambios en parámetros de procesamiento o fluctuaciones en la viscosidad del material no afectan su desempeño. Disponer, durante el moldeo, de una amplia ventana de procesamiento es de extrema importancia cuando se trata de hacer piezas en un molde automatizado de 128 cavidades para producir micro piezas con un peso menor a 1 gramo. El reto especifico es mantener una distribución uniforme de la masa de material desde la maquina hasta la entrada a las cavidades. En el ejemplo del vástago para jeringuillas, un total de tan solo 90 gramos de material es distribuido a través de los canales de distribución del molde a las 128 cavidades en cada ciclo. Para hacer que esto sea posible, las agujas de cierre de las boquillas, deben abrir y cerrar de forma sincronizada durante el mismo segmento de tiempo en cada ciclo. Para producir piezas con una calidad consistente, la presión posterior o de empaquetamiento y la rata de cizallamiento tienen que estar en balance. También, la masa de material tiene que mantener una temperatura uniforme para cada cavidad. El exacto control de estos parámetros y la reducción en el tiempo de ciclo son funciones claves de un sistema de canal caliente con boquillas de cierre.

Puntos de Inyección sin Vestigio
Utilizando una boquilla de cierre con aguja acabada en punta cilíndrica en vez de punta cónica, se elimina las tensiones mecánicas alrededor del punto de inyección de la cavidad, inclusive después de millones de inyecciones. La expansión térmica extrema y las fuerzas aplicadas sobre una boquilla de cierre por aguja cónica tradicional, puede conducir fácilmente al deterioro del acero alrededor del punto de inyección de la cavidad. Una boquilla con cierre de aguja cilíndrica guía la aguja hacia el centro de la boquilla, con un ajuste con tolerancia en el rango de los micrones. Esto no solamente contribuye a aliviar las tensiones alrededor del área del punto de inyección, sino que permite la transmisión de calor de forma efectiva desde la zona de enfriamiento de la boquilla hasta la superficie cilíndrica de la aguja. Para obtener puntos de inyección limpios e imperceptible sobre las piezas, la temperatura superficial del frente de la aguja de cierre no debe ser superior a la temperatura de la masa del polímero en el momento de la expulsión de la pieza. Esto se aplica incluso a las agujas de menores diámetros como la de apenas 0.5 mm. de diámetro.


Centros de Puntos de Inyección y Espaciado Estrecho de Cavidades
Las micro piezas, requieren de boquillas especiales y muy compactas ya que el espacio disponible en un molde de múltiples cavidades está limitado. En nuestro ejemplo del vástago para jeringuilla, las 128 boquillas de colada caliente (18 mm de paso punta a punta) ordenadas y optimizadas en el uso del espacio disponible, no pueden afectar la rigidez del molde o la eficiencia de su enfriamiento. Esto se convierte en un reto aun mayor, cuando la aplicación requiere de boquillas largas y delgadas. En nuestro proyecto del embolo para jeringuillas, las boquillas deben acomodar una placa expulsora de 178 mm de espesor. Las cavidades deben tener expulsores en ambos lados para garantizar la expulsión de las 128 piezas durante el ciclo. Por lo tanto, las boquillas deben abarcar el espacio relativamente largo de las placas de expulsión, cada una con 128 cortes. La boquilla Rheo-Pro® N04 con una distancia entre centros de 18 mm, hace que esto sea posible. La construcción compacta del cuerpo de la boquilla, puede estar sujeta a presiones de inyección extrema, ejercida por la masa del material a lo largo de millones de ciclos de moldeo. La selección de materiales especiales y el tratamiento de la superficie, hacen más robusta la boquilla y aumenta la longevidad de esta pequeña boquilla de cierre por aguja.



Consistente Viscosidad de la Masa

Las boquillas largas y compactas, también presentan un reto especial para las resistencias, las cuales deben mantener una temperatura precisa y uniforme a lo largo del cuerpo de la boquilla. Cuando se moldean piezas pequeñas, no es raro que el material asentado dentro del canal de la boquilla, equivalga a varias veces el volumen de inyección. Es por ello que la resistencia de la boquilla debe ser controlada con precisión para mantener el balance ideal de la temperatura de la masa y poder llenar las 128 cavidades exactamente de la misma forma.

La Resistencia, de perfil de potencia 230VAC, para boquillas de la serie Rheo-Pro® es ensamblada dentro de una camisa de conducción térmica que crea un circuito de calefacción de respuesta rápida. Una temperatura uniforme es conducida hacia el canal de la colada y hacia la punta de la boquilla por medio de un excelente ajuste entre la resistencia y el cuerpo de la boquilla. Junto con la resistencia, se encuentra un resistente termopar de Fe/CuNi de 1 mm de diámetro, totalmente intercambiable por la parte frontal para fácil mantenimiento.

 

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Ventajas

  Ciclos mas rápidos, mayor productividad  
  Mejores piezas, mejor calidad  
  Mas control sobre el proceso  
  Ideal para la automatización y altos volúmenes de producción  
  Aumento del desempeño y la confiabilidad  
       

 

Es importante evitar el uso de resistencias integradas de forma permanente al cuerpo de la boquilla o con cableado inaccesible. Un factor crítico en el diseño de un sistema de canal caliente es la facilidad con que se pueda acceder a él, en especial en moldes pequeños de múltiples cavidades que son más propensos a que se tapen los puntos de inyección por suciedad o contaminación. El acceso a las boquillas y al cableado por la parte frontal, evita tener que bajar el molde para su limpieza. También permite cambiar fácilmente algún elemento del sistema de canal caliente. En este caso, la placa porta - cavidades puede soltarse y ser llevada al lado opuesto (placa porta machos), utilizando las columnas como guía y soporte, y así obtener total acceso a los componentes, sin necesidad de bajar el molde. Cualquiera comprende lo importante que es contar con esta posibilidad a la hora de estar en producción.


Cilindros Rheo-Pro® VA

Otra importante ventaja de los sistemas de boquillas de cierre Rheo-Pro® es la confiabilidad y el fácil mantenimiento de sus cilindros neumáticos. Separando la placa de amarre del molde, todos los cilindros neumáticos están a la vista y son asequibles. El molde de 128 cavidades para émbolos de jeringuillas desechables de nuestro ejemplo, utiliza un distribuidor (manifold) de 32 cilindros, cada uno responsable de operar 4 juegos de boquillas de aguja. Esta estrecha agrupación de boquillas es posible gracias a la distancia entre centros (paso) de 18 mm que permiten los sistemas Rheo-Pro®. El aire suministrado que hace actuar los cilindros, se suministra por un canal en la placa de amarre. La precisión con que se controla la actuación de los cilindros neumáticos y las válvulas está en el rango de los milisegundos. Esto garantiza un volumen de inyección consistente, hasta para las piezas más pequeñas.

La Importancia del Análisis del Flujo
Dado que los polímeros son sensibles a la exposición a altas temperaturas de procesamiento por periodos largos, es crucial que un detallado análisis de flujo se haga antes de comenzar a maquinar el acero para hacer los canales y bebederos del molde. Sobre todo para moldes de muchas cavidades para piezas pequeñas, donde los ramales se dividen varias veces. Es necesario, un calculo reológico exacto para asegurar un tiempo ideal de residencia del material. La mayoría de las resinas plásticas, no deberían estar expuestas más que algunos minutos dentro de los canales calientes, para preservar sus propiedades. Programas para la simulación del flujo son empleados para modelar un sistema balanceado que optimiza el tiempo de residencia del material, caídas de presión y cizallamiento del material dentro de los canales del distribuidor y las boquillas. La geometría del bebedero o colada, en combinación con el modelo de la cavidad, crea resultados precisos que simulan condiciones reales de procesamiento. El diseño final se obtiene y se valida con este análisis. La importancia de este paso no debe ser subestimada ya que se eliminan los riesgos a costosas equivocaciones durante las primeras etapas del proyecto.



En el ejemplo del embolo para jeringuillas, el peso total de la inyección es de 89.6 gramos (128 x 0.7 grs.) y los bebederos del canal caliente contienen 800 grs. de material. A un ciclo de 8 segundos, tomaría aproximadamente 9 inyecciones para que los 800 grs. iniciales de material salgan, lo que equivale a un tiempo de residencia de solo 72 segundos. Esto significa que con esta disposición del bebedero, podríamos correr polímeros y aditivos sensibles a la temperatura sin riesgo a degradación.

Cuando se moldean micro piezas, pequeñas cantidades de material son desplazadas en cada inyección, generando muy poco calor por cizallamiento. Como este hecho impacta muy poco sobre la viscosidad del material, el bebedero se puede mantener más pequeño para obtener un tiempo de residencia mas corto. Podemos lograr mantener un flujo de material balanceado, reduciendo el diámetro del bebedero cada vez que se deriva dentro del distribuidor. En casos especiales, las paredes del bebedero son tratadas para reducir la adhesión del polímetro.  

Los sistemas de canal caliente de alto rendimiento, debe abordar tanto los fundamentos como los aspectos más avanzados de la reología del plástico. Para la producción de vanguardia de piezas plásticas de calidad superior, tales como el émbolo para jeringuilla, es necesario un diseño fiable de canal caliente que se hace posible sólo a través de un análisis sistemático, con componentes de altísima calidad y una comprensión profunda de los problemas de procesamiento. No hay tal cosa como una solución de anaquel o pre-establecida.

 

 

 

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