Moldeo por inyección

Qué ocurre

Una inyectora de cierre vertical inyecta ABS en el molde de una regla de 300 mm de largo, 30 mm de ancho y 2 mm de espesor, a través de un bebedero cónico, un canal de alimentación y una entrada lateral de 1,2 mm de espesor situada en el borde largo de la regla: en su centro, a un tercio de su longitud o en su extremo. Los canales se representan como una red de celdas: cada una deja pasar un flujo reptante según su conductancia —de Hele-Shaw en las celdas planas y de Poiseuille en los canales redondos— con la viscosidad del núcleo caliente, 180 Pa·s a 240 °C. Desde que el fundido toca el acero, cada celda se enfría por conducción a través de su espesor, y la capa que baja de la temperatura de no flujo, 120 °C, es una capa solidificada que estrecha el canal. El husillo avanza a la velocidad ajustada en la medida en que se lo permite su límite de presión; cuando la cavidad está llena, la máquina aplica una presión de mantenimiento durante 4 s y después la pieza se enfría y se expulsa.

A una velocidad del husillo de 30 mm/s y con la entrada a un tercio, ambos frentes avanzan juntos hasta que la rama de 100 mm se llena, a los 1,22 s; después la rama de 200 mm recibe todo el caudal, y la presión al final del llenado es de 79,7 MPa, frente a 39,0 MPa sin capa solidificada. Con la entrada en el centro, las dos mitades se llenan a la vez y la presión llega a 53,7 MPa. En función de la velocidad del husillo, la presión dibuja una U: 67,5 MPa a 25 mm/s, 53,4 MPa a 35 mm/s y 87,8 MPa a 80 mm/s. La entrada se solidifica y se cierra 1,81 s después de que el fundido haya pasado por ella, así que por debajo de 20,3 mm/s la regla no puede llenarse: a 20 mm/s el llenado se detiene en el 95,3 %. Con la entrada en el extremo y un límite de 40 MPa, la entrada se cierra con la regla llena al 90,6 %; con la entrada a un tercio y 30 MPa queda sin llenar un 4,7 %. Un molde a 20 °C cierra la entrada al cabo de 1,50 s, y con la entrada en el extremo y 80 MPa el llenado se detiene en el 98,2 %. Con una presión de mantenimiento de 60 MPa hasta que se cierra la entrada, la regla con la entrada en el centro pesa 18,48 g, y todo el material inyectado, 24,48 g; tras 5 s de enfriamiento su núcleo más caliente está a 76 °C; tras 2 s, a 105 °C, y la pieza está aún demasiado blanda para expulsarla; en frío, la regla mide 297,78 mm.

Modelo: un fundido newtoniano cuyo núcleo se mantiene a la temperatura del fundido; la capa solidificada crece como en un fundido en reposo (conducción exacta en una placa, con los canales redondos tratados como placas del espesor de su diámetro), por lo que el modelo tiende a adelantar la solidificación, y un llenado solo se detiene cuando se cierra un canal por detrás de su frente. El fundido es incompresible mientras fluye; la compactación llena cada celda abierta hasta la densidad ρ(T)·(1 + p/K), K = 1,7 GPa, y la contracción tras el cierre de la entrada se indica como isótropa. RK4 con pasos de 1 ms; el trabajo del husillo es igual a la disipación viscosa más el trabajo de compactación, y las celdas contienen la masa que empujó el husillo.

Qué probar

Observe cómo los dos frentes avanzan desde la entrada y cómo sube la presión a medida que crece la capa solidificada; después lleve la entrada al extremo, baje el límite de presión o frene el husillo hasta que la entrada se solidifique antes de que la regla esté llena.