Por Jeremy Williams, Consultor/Entrenador

En la industria del moldeo por inyección, trabajamos con materiales derivados del petróleo y con moldes hechos de acero, de tal manera que nuestra terminología tiende a ser ligeramente confusa.

Tres términos que a menudo se mezclan líneas de soldadura, líneas de unión y línea de flujo. Las líneas de unión y de flujo son en realidad dos tipos diferentes de líneas de soldadura. Revisemos qué causa las imperfecciones de la línea de unión y de flujo, cómo afectan la durabilidad de las piezas y cuál es la diferencia entre ellas.

¿Que causa las Líneas de Unión y las Líneas de Flujo?

Como muchas inconsistencias en las piezas, estas características no deseadas tienen sus raíces en el diseño del producto. Dado que nuestro material se inyecta a través de una compuerta, debe fluir a través de la cavidad y alrededor de varias características, como agujeros o protuberancias (que se muestran en la Imagen 1).

Si una línea de unión está presente en un poste para tornillo, es probable que se agriete cuando se inserte el tornillo en él, lo que provocará inconsistencias o fallas en las piezas.

Para piezas automotrices, esto da como resultado piezas que hacen ruido, se mueven o golpetean.

En el caso de la electrónica, un poste para tornillo que se rompe, podría no permitir la compresión adecuada de un sello contra filtraciones de agua, causando daños al PCB (placa de circuito impreso).

Para piezas de fontanería, si esto ocurre en una ranura para empaque, existe la posibilidad de que se derrame un líquido o que provoque un goteo lento.

En la industria de accesorios de tubería, si no se manejan bien, un accesorio no pasará las pruebas destructivas, lo que generará fallas del producto en el campo.

Imagen 1: Una tubuladura roscada

Imagen 1: Poste para tornillo

Imaginemos esto como el agua que fluye río abajo con una roca que sobresale en el trayecto. Una vez que el agua golpea la roca, el flujo debe dividirse, continuar y converger en el lado opuesto.

En lo que queremos centrarnos es en la convergencia para determinar si es una línea de unión o de flujo.

Línea de Flujo

Una línea de flujo se define como la convergencia de dos frentes de flujo después de que el flujo de plástico se haya dividido por una característica dentro del diseño de la pieza. Visualice esto cuando llegue a la autopista después de un largo día en la oficina: todos vamos en la misma dirección y tenemos que descubrir cómo llegar sin provocar daño. En la imagen 2, podemos ver cómo el frente de flujo se divide debido a que debe rodear el acero rectangular y se fusiona nuevamente en el lado opuesto. Como sigue habiendo más espacio dentro de la cavidad del molde, el frente de flujo continúa hacia adelante, creando un nuevo frente de flujo.

Imagen 2: Material que fluye alrededor y converge después de salir el núcleo rectangular, continúa fluyendo y formando una línea de fusión

Imagen 2: Material fluyendo y convergiendo después de rodear el poste rectangular, continuando su trayecto y formando una línea de flujo.

Esta unión de los flujos de plástico no es tan fuerte como el flujo ininterrumpido. Dado que el frente de flujo puede fusionarse y continuar fluyendo a través de la cavidad, existe una mayor posibilidad de poder presurizar esta área, aumentando así su resistencia.

Línea de Unión

Una línea de unión es cuando dos frentes de flujo se juntan, pero, en lugar de fusionarse, es como si colisionaran y no continúa fluyendo. Esto no es bueno y no terminará bien.

Imagen 3: Material que fluye alrededor del núcleo de pie

Imagen 3: Material fluyendo alrededor de un núcleo en el molde

Una vez que estos dos frentes de flujo se encuentran, no hay más geometría de cavidad a través de la cual fluir, lo que dificulta la presurización de esta área de la pieza, por lo que el resultado es aún más débil que una línea de flujo.

Selección de Material

Ciertos materiales son más indulgentes con la fuerza que otros. Los materiales (HDPE, PP, POM) con estructura aerodinámica (que se muestran en la Imagen 4) generalmente producen mayores resistencias porque las cadenas de polímeros pueden mezclarse más fácilmente. Las estructuras aleatorias que contienen anillos de benceno que se encuentran en otros materiales (PC, PMMA, ABS) reducen la capacidad de las cadenas de polímeros para fusionarse fácilmente. Estos anillos de benceno también aumentan la viscosidad, reducen la tasa de contracción y aumentan la resistencia con la excepción de las líneas de flujo y / o unión

IImagen 4: Superior, estructura racionalizada de HDPE Inferior, PC con estructura aleatoria

Imagen 4: Arriba, HDPE con estructura lineal. Abajo, PC con estructura aleatoria

Los materiales que tienen cargas físicas como vidrio, carbón, escamas de metal, etc. reducen la capacidad de influir positivamente en la resistencia de una línea de flujo o de unión. Esto ocurre por varias razones.

Primero, las temperaturas en las que procesamos la mayoría de los termoplásticos (400 a 600 °F) están drásticamente por debajo del punto de fusión de esos tipos de cargas (el vidrio es de 2552 a 2912 °F) … incluso si se funden. En esta situación, no solo tenemos una característica dentro de la cavidad que impide el flujo de plásticos, sino que tenemos un sólido suspendido en el frente del flujo, lo que causa aún más estragos. Por lo tanto, debemos revisar la orientación de la fibra antes de la función y cómo difiere después de la función (se muestra en la Imagen 5).

Imagen 5: Orientación de fibra antes y después del núcleo

Imagen 5: Orientación de fibras antes y después de rodear un poste de metal en el molde

La clave para comprender los cambios en la fuerza con una parte que se ha visto comprometida es comprender cómo se descomponen las muestras de prueba y cómo se recopilan los datos.

La prueba de impacto Izod, que se muestra a continuación en la Imagen 6, utiliza un péndulo ponderado para golpear una muestra. Las lecturas se proporcionan en la cantidad de energía requerida para romper la muestra, generalmente en lb-pie / in2. Cuanta más energía se requiera para romper la muestra, más fuerte será el material.

Imagen 6: Aparato de prueba de impacto Izod

Imagen 6: Equipo para prueba de impacto Izod

Otra área que debemos revisar son los datos ASTM de las muestras con muescas y sin muescas, que se muestran a continuación en la Imagen 7. Debido a los elementos que crean el polímero, sus disposiciones y enlaces determinan cuánta resistencia se retiene. Una línea de unión es similar a la de una muesca encontrada en la muestra ASTM.

Imagen 7: Muestras de prueba ASTM

Imagen 7: Muestras para prueba ASTM

Aunque una pieza moldeada con una línea de flujo o de unión puede no comportarse exactamente como la muestra de prueba, la hoja de datos nos mostrará cuánta resistencia podría perderse potencialmente.

Como ejemplo, hay ciertos materiales que son tan fuertes que la prueba ASTM no puede romper la muestra sin muescas, pero el valor de la muestra con muescas es tremendamente bajo. Un ejemplo de esto es la PC utilizada en la industria médica (que se muestra a continuación en la Tabla 1).

Gráfico 1: Calibre ™ MEGARAD ™ 2081-15

Tabla 1: Material MEGARAD™ 2081-15

Otros materiales, como el PP que se muestra a continuación en la Tabla 2, son frágiles en el método de prueba ASTM cuando tienen muescas y cuando no tienen muescas.

Gráfico 2: Gapex® HP RPP20EU98HB

Tabla 2: Material Gapex™ HP RPP20EU98HB

Ninguno de estos materiales es malo, pero debemos entender sus limitaciones y cómo acomodar adecuadamente el diseño para lograr el objetivo deseado.

Lo que observamos para obtener indicaciones de fuerza es la caída entre la muestra sin muesca y la muesca. Esto puede ayudarnos a comprender qué tan débil podría ser una línea flujo en comparación con un flujo ininterrumpido de plástico.

Diseño de Molde

Donde una línea de flujo o de unión aparezca dentro de la geometría de la pieza, estará fuertemente influenciada por la ubicación de la compuerta. Mediante el uso de simulaciones de flujo, podemos predecir dónde pueden ocurrir. Sin embargo, las ubicaciones de las compuertas se pueden seleccionar en función de la funcionalidad de la pieza, colocando líneas de flujo o de unión en áreas críticas para una funcionalidad adecuada.

Procesando

Mejorar la resistencia de las líneas de flujo o de unión puede ser tremendamente difícil con el procesamiento ya que hay muchos factores que ya no se pueden cambiar, como la geometría de la pieza, la ubicación de la compuerta, la longitud del flujo y el material. Lo mejor que podemos esperar es presurizar la línea de flujo o unión mediante la combinación de temperatura de masa, temperatura del molde, caudales y presiones de sostenimiento.

Conclusión

La diferencia entre una línea de flujo y una línea de unión es significativa, impactando dramáticamente la integridad estructural de la pieza. Las líneas de flujo y de unión son inherentes al moldeo por inyección de plástico. Eliminarlos a menudo es difícil debido a los requisitos del producto. Sin embargo, con un esfuerzo de colaboración entre el diseñador del producto, el fabricante del molde y el moldeador, el éxito ciertamente se puede obtener.