Ingeniería de Fabricación. Máster Automoción Clase Teoría 3: Tecnologías avanzadas de Inyección.

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1 1. La inyección convencional. Limitaciones y Retos. 2. Inyección Secuencial. 3. Inyección Compresión. 4. Inyección Multimaterial. 5. Inyección Asistida con Fluido (gas o agua). 6. Inyección sobre Film (IMD, IML). 7. Tecnología híbrida plástico-metal. 8. Espumación en materiales termoplásticos inyectados. 9. Inyección de material en forma de polvo (PIM).

2 Clase Teoría 3: Tecnologías avanzadas de inyección. 1. La inyección Convencional. Limitaciones y Retos. Cualquier tecnología de transformación utilizada en el sector de automoción debe de adaptarse a las características del mismo. Producción MASIVA. Competencia FEROZ tanto en COSTES como en PLAZOS. Sector fuertemente TECNIFICADO, gran penetración de las TI. CALIDAD como elemento diferenciador ROBUSTEZ. La necesidad de REDUCIR COSTES y AUMENTAR CALIDAD obliga a desarrollar nuevos procesos derivados de la inyección convencional. Durante las últimas décadas se han desarrollado multitud de tecnologías derivadas del proceso básico de inyección para mejorar/optimizar determinados aspectos.

3 Clase Teoría 3: Tecnologías avanzadas de inyección. 1. La inyección Convencional. Limitaciones y Retos. Reducir/ Equilibrar Presión de Inyección en el interior del molde: Disminuir Fuerza de Cierre Menor inversión en máquinas. Disminuir Presión de inyección Aumentar vida útil de los moldes Menor inversión en máquina. Mayor vida útil. Reduce la distorsión de las piezas. Posibilita tecnologías de inyección sobre film. Aumentar funcionalidad de los componentes inyectados : Reducir el número de piezas. Eliminar operaciones de ensamblado. Proporcionar acabados clase A a bajo coste. Reducción de peso de los componentes inyectados.

4 Clase Teoría 3: Tecnologías avanzadas de inyección. 1. La inyección Convencional. Limitaciones y Retos.

5 Clase Teoría 3: Tecnologías avanzadas de inyección. 1. La inyección Convencional. Limitaciones y Retos. Alto volumen de piezas a elevada velocidad de producción Coste por unidad de producción bajo Proceso altamente automatizable Gran versatilidad en el diseño de piezas. Distintos tamaños, formas, colores, acabados etc. Elevado precio de los moldes y de las máquinas inyectoras utilizados Elevadas presiones y temperaturas de transformación Complejo comportamiento del material polimérico en los procesos de fusión-enfriamiento

6 2. Inyección Secuencial. La inyección secuencial es una variante del proceso de inyección convencional. Consiste en utilizar varios puntos de inyección para llenar la pieza. Los inyectores se van abriendo y cerrando en secuencia para conseguir un llenado homogéneo y sin líneas de soldadura. Con la inyección secuencial se consigue disminuir la presión de inyección necesaria y, de forma indirecta, tanto la fuerza de cierre de la máquina como la anisotropía final del material. Es una tecnología especialmente adecuada para piezas grandes y con tendencia a alabear.

7 2. Inyección Secuencial.

8 2. Inyección Secuencial.

9 3. Inyección Compresión. La inyección compresión es una variante del proceso de inyección convencional. La inyección se realiza sobre un molde parcialmente abierto y, a continuación, se utiliza la prensa de la máquina inyectora para conformar la pieza cerrando completamente el molde. Ventajas Reducción de la presión de inyección. Reducción de la fuerza de cierre. Reducción significativa de las tensiones residuales que quedan en la pieza. Reducción de los alabeos en la pieza. Inconvenientes Mayor coste de equipamiento. Menor libertad en el diseño de la pieza No aplicable a cualquier geometría.

10 4. Inyección Multimaterial. La inyección multimaterial es una variante del proceso de inyección convencional. Consiste en la inyección de varios materiales de forma secuencial ó simultánea en el mismo ciclo de inyección. Hay tres tipos principales de inyección multimaterial: Co-inyección. Bi-inyección. Sobremoldeo.

11 4. Inyección Multimaterial. Co-inyección: Inyección de dos o más materiales en una única cavidad, por la misma boquilla, en configuración sandwich. Permite utilizar las características óptimas de cada tipo de material, incluso utilizar reciclado para el núcleo.

12 4. Inyección Multimaterial. Sobremoldeo: Inyección de dos o más materiales en una única cavidad, por varias boquillas de inyección. Uno de los materiales se inyecta SOBRE el otro. Normalmente el molde tiene un movimiento de rotación. La configuración típica es un material estructural sobre el que se inyecta un material de aspecto.

13 4. Inyección Multimaterial. Sobremoldeo:

14 4. Inyección Multimaterial. Bi-inyección: Inyección de dos o más materiales en una única cavidad, por varias boquillas de inyección. Normalmente el molde tiene un mecanismo de EXCLUSA. Suele utilizarse para piezas estéticas, más que para piezas estructurales.

15 5. Inyección Asistida con fluido (agua o gas). En la primera etapa se inyecta el material plástico sin completar completamente la cavidad del molde, en una segunda etapa se introduce gas/agua a presión para vaciar parte de la pieza y terminar de conformarla. Ventajas Ahorro de material. Reducción del tiempo de ciclo. Se evitan rechupes. Menor Presión en el interior del molde. Menor fuerza de cierre necesaria. Se consiguen funcionalidades imposibles por otras tecnologías. Inconvenientes Mayor coste de equipamiento. Mayor complejidad de procesado. Aumenta número de rechazos. Difícil control del espesor del vaciado de gas/agua.

16 5. Inyección Asistida con fluido (agua o gas).

17 6. Inyección sobre Film (IMD, IML) La inyección sobre film consiste en introducir un film (generalmente multicapa) en el interior del molde e inyectar material plástico sobre él.

18 6. Inyección sobre Film (IMD, IML)

19 6. Inyección sobre Film (IMD, IML)

20 7. Tecnología híbrida plástico-metal bajo peso perfil metálico abierto perfil metálico cerrado penalización en el comportamiento mecánico Buen comportamiento frente a esfuerzos penalización frente al peso sinergia METAL PLASTICO combinación de metal + plástico Bueno comportamiento mecánico ante esfuerzos menor peso

21 7. Tecnología híbrida plástico-metal

22 7. Tecnología híbrida plástico-metal Plegado Molde Inyección

23 7. Tecnología híbrida plástico-metal

24 8. Espumación en materiales termoplásticos inyectados La espumación durante el proceso de inyección de materiales termoplásticos tiene como objetivo conseguir materiales estructurales aligerados con múltiples micro-agujeros. Reducir peso sin perder propiedades mecánicas. Ventajas Ahorro de material. Reducción del tiempo de ciclo. Se evitan rechupes. Menor Presión en el interior del molde. Menor fuerza de cierre necesaria. Inconvenientes Mayor coste de equipamiento. Mayor complejidad de procesado. Aumenta número de rechazos. Dispar comportamiento de los materiales plásticos en el proceso de espumado.

25 8. Espumación en materiales termoplásticos inyectados Durante el proceso de plastificación se inyecta gas en condiciones supercríticas produciéndose una mezcla monofase plástico-gas.

26 8. Espumación en materiales termoplásticos inyectados Solubilidad C A 0 A 0 B B Presión Un descenso brusco de la presión provoca que el polímero esté sobresaturado de gas y que dicho gas precipite en forma de burbujas. 0 C Temperatura

27 9. Inyección de material en forma de polvo (PIM) La tecnología PIM consiste en inyectar una mezcla de ligante+material en formato de polvo (metálico o cerámico). Mediante inyección conseguimos la forma deseada y, posteriormente, eliminaremos el ligante para conseguir la pieza del material deseado. Ventajas Es más barato que el mecanizado. Se pueden conseguir formas complejas en materiales que no se pueden mecanizar. Mínima pérdida de material. Mejores tolerancias dimensionales que la fundición. Inconvenientes El proceso completo es complejo. El equipamiento necesario es caro. La robustez del proceso no es alta. Se necesita dominar perfectamente la tecnología para conseguir piezas buenas.

28 9. Inyección de material en forma de polvo (PIM) Pieza final Pieza en marrón Pieza en verde

29 9. Inyección de material en forma de polvo (PIM) La pieza en verde se obtiene nada más de inyectar el material en polvo con el ligante. Microestructura de la pieza en verde.

30 9. Inyección de material en forma de polvo (PIM) La operación de eliminación del ligante se denomina debinding. La eliminación del ligante puede ser química o térmica. Eliminando el ligante se obtiene la pieza en marrón Posteriormente se realiza el proceso de sinterizado, en horno de atmósfera controlada a muy alta temperatura. La pieza puede contraer un 20%. Es fundamental hacer bien el sinterizado para que la pieza no se agriete y tenga un buen nivel de compactado.

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