Guía de diseño para moldeo por inyección: Resistencia estructural

En mi artículo anterior, expliqué por qué es importante evitar los ángulos agudos en el diseño de piezas de plástico: las esquinas afiladas son puntos de concentración de tensiones que comprometen silenciosamente la integridad de la pieza. Hoy quiero profundizar en dos áreas con las que, en mi opinión, los ingenieros suelen tener más dificultades: Cómo desarrollar realmente la resistencia en una pieza de plástico.yCómo evitar que los defectos estéticos arruinen un diseño que, de otro modo, sería sólido..

Si lo dices en serio diseño para la fabricación mediante moldeo por inyecciónparteLa integridad estructural es lo que distingue las piezas que superan con éxito el proceso de producción de aquellas que fallan.

Moldeo por inyección Diseño para la resistencia estructural

Añade nervaduras, no grosor de pared.

El primer instinto cuando una pieza no es lo suficientemente resistente es engrosar la pared. Lo entiendo; parece la solución obvia. Pero en el moldeo por inyección, suele ser la incorrecta.

Paredes más gruesas significan más material, tiempos de ciclo más largos y un riesgo mucho mayor de marcas de hundimiento y huecos. La opción más inteligente es agregar costillasPara duplicar la rigidez de una pieza, aumentar el grosor de la pared requiere aproximadamente un 25 % más de volumen de material. Añadir nervaduras logra el mismo resultado con solo un 7 % más de material. Esa es una diferencia de eficiencia significativa, y es por eso que un diseño adecuado de las nervaduras es una piedra angular de cualquier proyecto serio. Guía de diseño para moldeo por inyección.

Una advertencia importante: las nervaduras no son invisibles a simple vista. Cualquier nervadura que añada provocará cierta contracción superficial en la cara opuesta. Si la apariencia es fundamental, deberá sopesar caso por caso si conviene engrosar la pared o añadir nervaduras.

La dirección de las nervaduras debe coincidir con la dirección de la carga.

Las nervaduras solo refuerzan una parte en una dirección: aquella a la que se oponen. Si la orientación de las nervaduras no coincide con la carga aplicada, su contribución estructural es prácticamente nula.

[Figura 3-47: Diagrama esquemático de la relación entre la dirección del rigidizador y la dirección de la carga]

Para piezas sometidas a cargas multidireccionales o torsionales, conviene considerar diseños de nervaduras en forma de X o radiales. Fíjese en la parte inferior de un taburete de plástico: ese patrón de nervaduras cruzadas no es decorativo, sino que cumple una función estructural fundamental.

Varias costillas pequeñas superan a una costilla grande.

Cuando necesites mayor resistencia, resiste la tentación de hacer una sola costilla más alta o más gruesa. Una costilla demasiado alta puede provocar que la punta se quede corta; una demasiado gruesa puede hacer que se hunda en la superficie de exhibición. En su lugar, divídela en dos o tres costillas más pequeñas. Así conseguirás una mejor distribución de la resistencia, superficies más limpias y menos problemas al moldear.

Los perfiles de sección transversal aportan rigidez sin aumentar el grosor.

Diseñar secciones transversales corrugadas, dentadas o con perfil de arco en una pieza es otra forma eficaz de aumentar su rigidez. La desventaja es que estos perfiles sacrifican superficie plana, por lo que no funcionan en todas partes, pero en paneles estructurales o cerramientos pueden ser muy eficaces.

Añade paredes laterales y optimiza su perfil.

Los paneles de plástico planos son inherentemente débiles. Si el diseño lo permite, añadir paredes laterales perimetrales mejora drásticamente la rigidez.

Mejor aún, las paredes laterales curvas o con perfiles corrugados ofrecen un mejor rendimiento que las paredes verticales simples. He visto diseños de cajas corrugadas que soportan cargas sorprendentemente pesadas precisamente por este principio.

Eliminar las concentraciones de estrés

Las concentraciones de tensión son puntos de fallo silenciosos. Se producen en:

• esquinas internas afiladas
• Cambios abruptos en el espesor de la pared
• Agujeros, ranuras y recortes
• Interfaces de inserción metálica

En particular, bajo cargas de impacto, es donde se inician las grietas. Siga las pautas de radio y transición de pared de secciones anteriores de esta guía de diseño; existen precisamente para esto.

Controles de posición de la compuerta Ubicación de la línea de soldadura

Las líneas de soldadura se forman donde se encuentran dos frentes de flujo: alrededor de orificios, en cambios de espesor, con múltiples puntos de inyección. Son una de las zonas más débiles de cualquier pieza moldeada. La clave está en lo siguiente: se puede controlar la ubicación de las líneas de soldadura mediante el posicionamiento de los puntos de inyección.

En la práctica, siempre solicito a los proveedores de moldes un informe de análisis de Moldflow antes de cortar el acero. Ver la ubicación prevista de las líneas de soldadura permite confirmar que están lejos de las zonas de carga. Si se trata de una producción inicial, también se puede pedir al fabricante que realice una prueba de inyección parcial, llenando el molde deliberadamente por debajo de su capacidad para localizar visualmente dónde se forman las líneas de soldadura antes de definir el diseño final de la compuerta.

Otras consideraciones sobre la resistencia

Algunos factores adicionales que conviene tener en cuenta:

• El refuerzo con fibra de vidrio mejora la resistencia, pero solo en la dirección de la fibra; un mayor contenido de fibra de vidrio puede hacer que las piezas sean más frágiles. Con materiales como el PP reforzado con fibra de vidrio, una pieza podría superar una prueba de rigidez, pero agrietarse al impacto, mientras que una pieza sin refuerzo simplemente se deformaría. "Más resistente" no siempre significa "mejor", dependiendo de los criterios de la prueba.
• Las piezas de plástico resisten mejor las cargas de compresión que las de tracción; diseñe teniendo esto en cuenta.
• Bajo carga de tracción, mantenga las secciones transversales uniformes para distribuir la tensión de manera homogénea.
• Evitar La tensión circunferencial en elementos cilíndricos e insertos es un modo común de fallo por agrietamiento.
• En cargas de impacto, elimine las muescas y los concentradores de tensión de la trayectoria de la carga.

Conclusión

Hemos explorado cómo mejorar la resistencia de las piezas moldeadas por inyección optimizando su diseño. En el próximo artículo, "Siguiente", analizaré un tema igualmente crucial desde un punto de vista práctico: cómo evitar defectos estéticos en el moldeo por inyección.

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