El procesado de
los termoplásticos por inyección tiene sus retos y no está exento de problemas,
debido principalmente a errores de proceso, lo cual hace que productivamente no
se cumplan las especificaciones deseadas y se rechace la pieza inyectada por no
cumplir con su calidad, con las consiguientes pérdidas económicas. En este
sentido es importante conocer los problemas más comunes y la causa que los
provoca, con el objeto de poder evitarlos.
Todo defecto en
las piezas inyectadas, aunque depende de una causa, no siempre puede ser
reconocida o clasificada; y es claro que solo se pueden evitar estos problemas
con su detección sistemática, su diagnóstico y desde luego, su corrección. Hay problemas que se pueden atribuir a las
variables de proceso en cuanto a su producción, pero también los hay de tipo
estructural en cuanto al diseño de las piezas o del molde que se emplea. Básicamente
se manifiestan estos defectos en el producto final: en su superficie, en su
forma o en diferentes propiedades mecánicas.
Hagamos un breve recorrido
a través de los problemas más comunes, con algunos comentarios si tienen que
ver con el proceso o con el molde, y sus posibilidades de arreglo:
1- RECHUPES O “SINK
MARKS”
Son defectos visuales típicos que deforman el
aspecto de la pieza inyectada. Si no se añade material a la cavidad del molde
mientras el plástico se contrae, y si las capas todavía no están
suficientemente fuertes debido a una falta de refrigeración, se forman
hendiduras entre la pared de la cavidad y la superficie de la pieza. Estas
hendiduras son denominadas rechupes, "sink marks", o el efecto
"dog-bone".
Los rechupes también se forman incluso después de que la pieza es extraída del
molde. Si la pieza ha sido inyectada demasiado rápido, el núcleo todavía se
encuentra caliente o en estado líquido, y el calor contenido en este núcleo
debe ser todavía extraído, lo que crea un estado tensional que se traduce en
contracciones en la parte exterior de la pieza.
Para prevenir este
defecto deben seguirse los siguientes puntos que afectan tanto al diseño de la
pieza como al diseño del propio molde: evitar diferencias de espesor de las
paredes, evitar acumulaciones de material, tomar especial atención a la
relación grosor-diseño de los nervios (por ejemplo, radios), asegurar una
adecuada refrigeración del molde, situar el conducto de colada (lo
suficientemente grande en área) en la
pared más gruesa usando el bebedero cuando sea posible.
Si el problema ocurre cuando el molde ya está construido, hay que evaluar a
detalle los siguientes parámetros:
• Reducir temperatura de fusión.
• Reducir temperatura de la pared de la cavidad.
• Aumentar velocidad de avance del tornillo.
• Aumentar presión de contención.
• Aumentar tiempo de presión de contención.
• Aumentar volumen de inyección.
2- REBABA O FLASH
Ocurre cuando la
fusión de polímero se mete en la superficie de separación entre las partes del
molde, aunque también puede ocurrir
alrededor de los pernos de eyección. El defecto es causado generalmente por:
1. Venteos y claros muy grandes en el molde.
2. Presión de
inyección demasiado alta comparadas con la fuerza de sujeción.
3. Temperatura de
fusión demasiado alta.
4. Tamaño excesivo
de la carga.
5. Molde con desgaste excesivo o mal mantenimiento.
3- MARCAS HUNDIDAS Y HUECOS
Son defectos
relacionados generalmente con secciones gruesas de la pieza. Una marca hundida
ocurre cuando la superficie exterior del molde solidifica, pero la contracción
del material interno causa que la costra se deprima por debajo de la superficie
nominal.
Un hueco es causado por el mismo fenómeno básico, sin embargo, el material
retiene su forma, y la contracción se manifiesta como un hueco interno debido
al alto esfuerzo a la tensión en el polímero aún fundido. Estos defectos pueden
tener su origen en un incremento de la presión de compactación que sigue a la
inyección. Una solución ideal tiene que ver con diseñar la pieza para tener
secciones con espesor uniforme y usando secciones más delgadas.
4- LÍNEAS DE SOLDADURA
Ocurren cuando la
fusión del polímero fluye alrededor de un corazón u otros detalles convexos en
la cavidad del molde y se encuentran en la dirección opuesta; los límites así
formados se llaman líneas soldadas y pueden tener propiedades mecánicas que son
inferiores a las del resto de la parte. Las temperaturas altas de fusión, las
presiones altas de inyección, las localizaciones alternas de las puertas en la
pieza y una mejor ventilación son formas de evitar este defecto.
5- ZONA MATE CERCA
DEL PUNTO DE COLADA
Un examen correcto
del proceso de llenado del molde y de los esfuerzos generados puede mostrarnos
el origen del defecto. El flujo laminar
del plástico fundido sólo puede ser mantenido si la fricción estática entre la
superficie del fluido y la pared de la cavidad permanece constantemente, mayor que la fuerza de corte (cizalla)
ejercida entre las capas del fluido.
La solución es
intentar conseguir condiciones más favorables para la creación de una capa
suficientemente fuerte para resistir la fuerza de corte (cizalla) del flujo,
mediante la reducción de la velocidad inicial de inyección. Después puede
subirse la velocidad de inyección con el fin de obtener una velocidad de fusión
uniforme.
6 – ESTRIAS O RÁFAGAS
(QUEMADAS, DE OXIDACIÓN Y VETAS)
Especialmente las
debidas a quemaduras, a la humedad y al aire, son muy similares, haciendo muy
difícil su clasificación, si no imposible. Si el fundido se daña térmicamente
por temperaturas demasiado altas y/o tiempos de residencia demasiado largos, se
originan productos gaseosos de descomposición, que son visibles en la
superficie, por su color parduzco o plateado.
Aunque un experto
puede distinguir entre estrías y ráfagas fácilmente, para el neófito ambas
tienen un aspecto muy similar:
• Aparecen
periódicamente aparece detrás de secciones estrechas (puntos de cizalla) o
cantos vivos del molde.
• Suceden cuando la
temperatura de la masa está cerca del límite superior del proceso, por lo que
su reducción actúa positivamente contra el defecto.
• Disminuyendo la velocidad de avance del husillo se obtiene una reducción del
defecto.
• Suceden con un largo tiempo de permanencia en la unidad de plastificación o
en la parte delantera del husillo (debido, por ejemplo, a interrupciones en el
ciclo de trabajo o a inyecciones de poco volumen).
• Se hacen más
frecuentes con alto contenido de material recuperado o el material ha sido fundido
varias veces anteriormente.
• Tienen que ver
con un inadecuado manejo de la colada caliente del molde o con sus válvulas.
Ráfagas por quemaduras. Son debidas a la degradación térmica
de la masa. El resultado puede ser una disminución de la longitud de la cadena
molecular (decoloración plateada) o un cambio de la macromolécula (decoloración
amarronada). Las posibles causas de la degradación térmica son:
• Tener un presecado a temperatura demasiado alta o durante un tiempo demasiado
largo.
• Una temperatura
de la masa demasiado alta.
• Fuerza de corte
(cizallamiento) demasiado alta en la unidad de plastificación (por ejemplo;
velocidad del husillo demasiado alta) o en el molde (por ejemplo, velocidad de
inyección excesiva).
• Tiempo de
permanencia en la unidad plastificación demasiado largo.
Ráfagas por
humedad. Aparecen en la superficie de la pieza
moldeada en forma de colas de cometa. La superficie que rodea las ráfagas
plateadas es, a menudo, porosa y rugosa. Las ráfagas debidas a humedad en la
superficie del molde, aparecen como zonas largas, deslustradas y laminadas. Entre
los signos de las ráfagas por humedad tenemos:
• El material tiene tendencia a absorber humedad (ejemplo. PA, ABS, CA, PBT.
PC, PMMA, SAN), o bien, tiene alta humedad antes de su procesamiento.
• Cuando al inyectar lentamente “al aire”, el fundido muestra burbujas y/o
desprende vapor, el frente de avance solidificado en un llenado parcial que
forma estructuras tipo cráter.
• Alta humedad en
el ambiente (especialmente en combinación con moldes y materiales fríos).
Ráfagas por aire. En
la mayoría de los casos, las ráfagas de aire aparecen como ráfagas mates,
plateadas o blancas que se hallan cerca de la última zona de llenado, nervios y
variación de grosor de las paredes. Pueden aparecer ráfagas de forma laminar
partiendo de la entrada y también de las depresiones o grabados.
• El defecto
disminuye con una menor descompresión.
• El defecto
disminuye cuando el husillo avanza más lentamente.
• Se distingue al apreciar
burbujas en el material inyectado.
• El frente de
avance en un llenado parcial muestra estructuras tipo cráter.
Ráfagas de
color. Estas son debidas a una distribución desigual de
los componentes o a distintas orientaciones de los pigmentos en el flujo del
fundido. La degradación térmica y las fuertes deformaciones pueden también dar
origen a cambios o diferencias de color.
Cuando se utilizan
materiales reforzados con fibra de vidrio, pueden aparecer superficies mates o
rugosas. Los reflejos metálicos de la fibra de vidrio aparecen sobre toda la
superficie en forma de ráfagas.
7- DIFERENCIAS DE
BRILLO O PULIDO NO UNIFORME
Si atendemos a la
calidad del brillo para evaluar una pieza, podemos encontrarnos con dos
defectos:
1. Toda la pieza sea demasiado brillante, (o demasiado poco brillante).
2. Existan
diferencias de brillo contrastantes en la superficie de la pieza
El brillo de una pieza moldeada tiene que ver con la apariencia de su
superficie, cuando es expuesta a la luz. Las diferencias de brillo aparecen a
menudo por las variaciones de espesor de las paredes en la zona visible de las
piezas.
Si un rayo de luz incide en la
superficie, su dirección cambiará (refracción de la luz): mientras que una
parte de la luz será reflejada por la superficie, la otra parte se reflejará
dentro de la pieza o la penetrará con distintas intensidades. La impresión de
brillo será tanto mejor cuanto menor sea la rugosidad de la superficie.
Las diferencias de brillo son el resultado
de los distintos comportamientos de proyección del plástico sobre las paredes
del molde, a causa de las diferentes condiciones de enfriamiento y diferencias
de contracción. Para ello, debe proyectarse un molde de paredes pulidas al
máximo posible, y no un molde de paredes texturizadas o satinadas.
La deformación de las zonas ya enfriadas (debida, por ejemplo, a distorsión
durante el enfriamiento en el molde) puede ser otra causa de diferencias del
brillo.
8- LINEAS DE FLUJO
O DE SOLDADURA
La línea de
soldadura en las piezas de plástico representa, en la mayor parte de los casos,
un defecto óptico y un debilitamiento mecánico; inclusive puede aparecer una
muesca y/o un cambio de color. Las muescas son particularmente visibles en
piezas negras o transparentes, de superficies lisas o muy pulidas, mientras que
los cambios de color son visibles
principalmente en piezas con pigmentos de efecto metálico.
9- EFECTO DE
GUSANILLO (“JETTING”)
Se refiere a la
formación de un cordón de plástico fundido que entra en la cavidad del molde
desde el conducto de colada, en un movimiento incontrolado. El cordón fundido hace un mínimo contacto con
la pared de la cavidad, extendiéndose en pliegues durante la fase de llenado
que después son rodeados por el plástico fundido que entra a continuación. Este
fenómeno crea una falta de homogeneidad, deformaciones, tensiones locales
internas, etc.
La causa física tiene
que ver con un insuficiente flujo del polímero fundido desarrollado en la
cavidad. El flujo ideal no se consigue necesariamente durante la fase de
llenado del molde sin las medidas correctas, lo cual es particularmente cierto
en puntos donde de repente el canal se ensancha. Las dificultades de mantener
un flujo correcto se agravan con los cambios bruscos del canal de fusión y con
la velocidad del plástico inyectado.
Las medidas para prevenir este
fenómeno dependen de sus causas específicas. Cuando un material fundido de alta
viscosidad entra en el espacio vacío de la cavidad, la fuerza de cohesión de
materia crea una gran resistencia al extenderse: dicha fuerza cohesiva interna puede ser reducida con un
incremento de la temperatura.
También una
reducción del esfuerzo cortante (de cizalladura) sería de gran ayuda, reduciendo
por ejemplo, la velocidad. Otra medida es diseñar la dirección de inyección de
forma que la resistencia del flujo sea generada directamente detrás del
conducto de colada. La velocidad inicial de inyección de la fase de llenado
debe ser lenta hasta que la capa de material fundido ha sido formada Después se
pueden utilizar las ventajas de una alta velocidad de inyección.
10- EFECTO “DIESEL”
11- DELAMINACIÓN
EN CAPAS
Es importante
añadir que el fenómeno de delaminación suele ocurrir después de un cierto
tiempo de utilización de la pieza. Por esta razón, una vez realizada la pieza
debe analizarse microscópicamente su estructura interna.
12- DESLIZAMIENTO
DE CAPAS (“STICK SLIP”)
Estas ranuras en la pieza inyectada también pueden ser producidas por una falta
de presión de inyección, por una baja temperatura del plástico fundido y/o la
temperatura del molde en combinación con las dos causas mencionadas. La
eliminación del defecto se consigue mediante la corrección de estos parámetros
del molde y de la máquina de inyección
13- GRIETAS O
MICROGRIETAS
Grietas de tensiones.
14- LLENADO
INCOMPLETO DE LA PIEZA
Se produce en una
pieza que ha solidificado antes de llenar completamente la cavidad. El defecto
puede corregirse incrementando la temperatura o la presión. El efecto también
pude originarse por el uso de una máquina con capacidad de dosificación insuficiente,
en cuyo caso se necesita una máquina más grande.
Una pieza mal
llenada puede ser consecuencia de diversas causas que deberían ser evaluadas:
• Una cantidad
insuficiente de carga de material en el plastificador es la causa típica de una
pieza mal llenada.
• Ocurre también si
la temperatura de fusión es demasiado baja. Además, una temperatura
insuficiente del molde combinada con una velocidad de inyección excesivamente
lenta, precipita el enfriamiento del flujo, lo cual impide el llenado de la
cavidad.
• Ocurre también si
la presión de inyección es demasiado baja; por esto se debe pensar si se cuenta
con la unidad de inyección adecuada.
• Puede ser ocasionado por las salidas de aire del molde deficientes, que facilitan
la formación de burbujas de aire en los puntos más lejanos. Son, por tanto,
necesarias adecuadas salidas de aire para solucionar este problema.
• Si el conducto de colada o su recorrido son demasiado estrechos, el material
se enfría antes que la cavidad sea llenada. En este caso, un ensanchamiento de
éstos elimina el problema con la reducción del nivel de presión requerido.
• La temperatura de la boquilla es otro factor. Si es demasiado baja resulta un
enfriamiento prematuro con el consiguiente llenado incompleto.
Se puede añadir una pequeña cantidad de agente espumante para prevenir las
contracciones. El tipo y cantidad de agente dependen del tipo de plástico
utilizado, y debe de ser determinado separadamente para cada caso particular.
15- MARCAS DE
EXPULSIÓN
• Desmolde prematuro.
• Fuerzas muy
fuertes de desmolde debidas a un mal ajuste de la máquina.
• Colocación incorrecta o largo inadecuado del expulsor.
• Mal diseño y
dimensionado del molde, de la pieza o del sistema de desmolde.
• Grandes diferencias de temperatura entre el expulsor y la pared del molde.
16- DEFORMACIÓN
POR LA EXPULSIÓN
17- DEFORMACIÓN
POR ALABEO (“WARPAGE”)
Las causas físicas
de las deformaciones pueden clasificarse de la siguiente forma:
• Las fuerzas necesarias para el desmolde no pueden aplicarse sin dañar la
pieza.
• El movimiento de desmolde es obstaculizado en algún punto.
El total de la fuerza de desmolde aplicada es algo crucial y debe, por tanto,
mantenerse baja. Además de otros factores, la contracción de la pieza ejerce un
impacto directo sobre las fuerzas de desmolde.
Cambiando los parámetros de proceso, puede influirse considerablemente sobre
las fuerzas de desmolde y la contracción. Sin embargo, debe tenerse en
consideración que la geometría de la pieza moldeada es un factor muy importante
a la hora de producirse deformaciones debidas a las fuerzas que se producen en
el desmolde.
En general, es
conveniente que se produzca una baja contracción en las piezas de tipo
cilíndrico o en forma de caja, ya que dichas piezas tienden a contraerse contra
su núcleo (aumente la presión de mantenimiento o aumente el tiempo de
enfriamiento). En la proximidad a los
nervios, la contracción actúa de modo que aumenta la fuerza de desmolde por
causa de que los nervios han de ser separados de las paredes del molde
(disminuya la presión de mantenimiento o aumente el tiempo de enfriamiento).
El fluido frío que
sale por la boquilla (también en colada caliente) y que va a parar al interior
del molde, puede originar marcas parecidas a las ráfagas del tipo de cola de
cometa. Estas pueden aparecer cerca de la entrada o bien esparcirse por toda la
pieza.
Cuando se fuerza
el recorrido, el material frio también puede ser la causa de las líneas de
soldadura visibles debido a que obligan la masa a dividirse.
La línea de
soldadura en las piezas de plástico representa, en la mayor parte de los casos,
un defecto óptico y un debilitamiento mecánico Puede aparecer una muesca y/o
cambio de color. Las muescas son particularmente visibles en piezas negras o
transparentes, de superficies lisas o muy pulidas. Los cambios de color son
visibles principalmente en piezas con pigmentos de efecto metálico.
19 – AIRE ATRAPADO,
HUECOS Y BURBUJAS
• Aumentar la
temperatura de fusión.
• Aumentar la
temperatura de la pared de la cavidad.
• Aumentar la
velocidad de avance del tomillo.
• Aumentar la
presión de mantenimiento.
• Aumentar el
tiempo de sostenimiento.
• Revisar la válvula
antiretorno si es necesario.
20- MANCHAS NEGRAS
Hay distintos
factores que pueden ocasionar la formación de manchas: debido a degradación
térmica del material, la suciedad o el desgaste. Algunas debidas al proceso, otras
al material y algunas más debido al equipo. Dentro de las más comunes tenemos:
• Temperatura de fusión demasiado alta
• Tiempo de
residencia en la unidad de plastificado demasiado alto.
• Perfil de
temperatura equivocado.
• Fallos en la
colada caliente
Causas relacionadas con la máquina:
• La unidad de plastificado está sucia.
• El husillo y el
cilindro están gastados.
Causas debidas al polímero o a los pigmentos:
• Impurezas en el granulo.
• Demasiado
material reciclado.
• Tintes /
masterbatches no adecuados.
21- GRÁNULOS DE
MATERIA PRIMA NO FUNDIDA
Aparecen en zonas
débiles de la estructura de la pieza acabada, y son el origen de las grietas.
La siguiente foto muestra los infundidos en una microfotografía, sacada del
fondo de una cubeta.
• Insuficiente presión de retorno.
• Insuficiente
velocidad del tornillo.
• Insuficiente
temperatura del cilindro.
22- COMPACTACIÓN EXCESIVA
Después de la fase
de llenado del molde, estando todavía la mazarota (colada) y la entrada a la cavidad en
estado fundido, se pasa a la presión de mantenimiento, que es más baja que la
de inyección. La función de esta presión
de mantenimiento es la de aportar material por la parte más interna de la
pieza, para suplir con ello la reducción de espesor debida a la contracción por
enfriamiento.
La presión de mantenimiento es efectiva hasta que se colapsa la entrada a la
cavidad por enfriamiento. A partir de este momento no se podrá añadir más
material. El enfriamiento de la entrada de la cavidad es función de:
• La temperatura del material.
• La temperatura
del molde.
• El tiempo de
duración de la presión.
Por un lado si se retira la presión antes de tiempo, la pieza no quedará
compactada y tendrá menos peso del que cabría esperar. Por otro lado si se retira la presión de mantenimiento en el
momento adecuado, la pieza tendrá el peso correcto.
Si se logra mantener la entrada del
material caliente, y la presión durante más tiempo, el material, una vez
enfriado, ejercerá tanta presión perpendicular a las paredes del molde que,
según sea su geometría, si esta presión se efectúa en sentido perpendicular al
eje principal de la máquina podrá llegar a impedir incluso la apertura del
molde, y además, dependiendo de la salida que tenga el molde y el texturizado
de la pared de la figura podrá producir ralladuras inaceptables.
Aún en el supuesto de que la máquina pueda abrir el molde, la pieza resultará
de mayor peso del que estaba calculado con el consiguiente perjuicio económico.
23 - VARIACIONES DIMENSIONALES
Siempre en las mediciones se debe especificar el tiempo de espera después de inyectar la pieza, ya que la dimensión final dependerá de la contracción que alcance el material plástico normalmente a temperatura ambiente. Cada material plástico presenta un porcentaje de contracción, el cual debe considerarse en el diseño de los moldes, para con una apropiada operación obtener las dimensiones finales adecuadas del producto.
Es claro que adicionalmente las condiciones de proceso influyen, así como la geometría de la pieza. Dentro de los que se pueden controlar tenemos: presión y tiempo de mantenimiento, temperatura del molde, temperatura del plástico, velocidad de inyección y la temperatura de desmoldeo.
Es claro que adicionalmente las condiciones de proceso influyen, así como la geometría de la pieza. Dentro de los que se pueden controlar tenemos: presión y tiempo de mantenimiento, temperatura del molde, temperatura del plástico, velocidad de inyección y la temperatura de desmoldeo.
