Tolerancias en piezas de inyección de plástico

Que importante es definir unas correctas tolerancias en piezas de inyección de plástico. En mas de una ocasión se aplican grados de tolerancias nominales muy restrictivas sin tener en cuenta las particulares propiedades de cada termoplástico con su contracción (no es lo mismo una poliamida con fibra de vidrio que un polipropileno). De hecho los requerimientos de precisión son mucho menores que los metales, por citar un ejemplo típico, donde a menudo se trasladan tolerancias que no son aplicables a una pieza de plástico.

Las tolerancias deben aplicarse teniendo en cuenta el proceso de moldeo por inyección con su máquina correspondiente y material, el molde a fabricar por el moldista y la funcionalidad requerida de la pieza en su conjunto o montaje posterior. Hay que evitar en la medida de lo posible «la tolerancia del miedo» con coeficientes de seguridad elevados para cubrirse la espalda, con una precisión exagerada en según que dimensiones. Todo esto se traduce en inversiones elevadas y procesos conflictivos con continuos rechazos, a pesar de que la pieza de plástico pueda ser perfectamente funcional.

Siempre va a ser más barato corregir posibles desviaciones en la fase de diseño, que en el molde, una vez fabricado. Una buena combinación con un diseño efectivo y un proceso optimizado durante la fase de puesta a punto en una producción representativa, son sinónimo de éxito en la ejecución del proyecto.

Tal y como adelantamos en un artículo anterior, «consideraciones de diseño en inyección de plástico» hay que tener presente posibles deformaciones como alabeo, concentraciones de masa, geometrías complejas con movimientos en molde, propiedades anisotrópicas, sobre todo en piezas reforzadas con fibra de vidrio, etc.

Norma DIN16742

la norma DIN 16742 comúnmente empleada en el sector, recoge información a partir de diferentes tablas en base a grupos de tolerancias (TG1, TG2…) , tipos de producciones y materiales clasificados según contracciones ( <0,5%, entre 0,5 y 1%, 1-2%, y por encima del 2%) para extraer recomendaciones en tolerancias nominales en diferentes cotas para analizar factibilidad.

La norma distingue 4 niveles de producciones diferentes:

• Producción normal, aquella producción realizada con tolerancias generales sin una calidad o requerimientos especiales tanto de recursos productivos como humanos.
• Producción técnica, altos requisitos de estabilidad dimensional con proceso monitorizado y personal cualificado, planteándose la posibilidad o no de emplear molido, monitorizando la calidad de su producción.
• Producción de precisión, recursos productivos avanzados en máquinas y de monitorización como sensorización, atemperación… y condiciones de proceso muy estables. Además de personal entrenado y cualificado en los procesos de inyección de plástico con materia prima fiable (solo material virgen) con una adecuada gestión de lotes para una elevada precisión.
• Producción especial de Precisión, básicamente materias primas con mínimas desviaciones, proceso necesario de monitorización de la calidad de las cotas con una revisión 100% y equipos de MMC de las más alta precisión.

Para cualquier proyecto donde se requiera una pieza de inyección de plástico donde podamos colaborar desde nuestra empresa ubicada en Muel, Zaragoza(Aragón), estaremos encantados de ayudarte, contacta con nosotros.

Muchas veces se recibe un plano con unas tolerancias más que exigentes, o un diseño 3D que enciende todas las alarmas, como por ejemplo grandes acumulaciones de masa, necesidad de paralelismo, perpendicularidad o planitud entre otras características con materiales como puede ser una poliamida con alto porcentaje de fibra de vidrio. Es por eso, que vemos necesario tener en cuenta unas consideraciones previas en la fase de diseño para una pieza de inyección de plástico por si fuera de ayuda.

De cualquier modo, en ZATEC asesoramos a cliente colaborando en esa fase de análisis de factibilidad para optimizar ese diseño inicial reduciendo si es posible inversión y costes en la industrialización de un proyecto de moldeo por inyección, según requisitos finales de la aplicación. A continuación marcamos algunos ejemplos:

Espesor

Si bien es cierto que en ocasiones no es posible evitar variaciones de espesor, es muy importante que sea lo más regular posible, sin cambios bruscos. Un espesor irregular con excesos o defectos, puede ocasionar problemas como deformación por las diferencias de contracción o rechupes en la cara opuesta.

Aristas Vivas,

las aristas vivas son concentradores de tensión(kc) que fragilizan la pieza, y aunque realizar radios en según que zonas pueden complicar el molde, se producen mejoras importantes respecto de su fragilidad. Es necesario tener presente esa mayor acumulación de masa en los bordes al redondear, como por ejemplo en piezas tipo caja, con el efecto tonel.

Nervado

Si queremos una pieza rígida, es preferible nervar como refuerzo que incrementar el espesor. Importante como comentábamos, tener en cuenta los cruces de los nervios por la posible acumulación de masa, pudiendo provocar defectos estéticos en la cara opuesta. En aquellas piezas con superficies planas, además del nervado hay que tener en cuenta, obviamente, la refrigeración en el molde con variaciones de temperatura, ubicación de de entrada(s) de inyección y la elección del termoplástico más adecuado según la aplicación final.

Torretas o resaltes

Se deben diseñar par ano provocar grandes acumulaciones de masa, burbujas… importante que la diferencia entre el radio exterior e interior no debe de ser ni demasiado fuerte ni demasiado débil.

Roscados

evitar roscados de paso demasiado finos. En el caso de la rosca hembra, evitar que el filete llegué hasta el fondo de la pieza, evitando cualquier principio de rotura. En el caso de las roscas macho desmoldeadas por corredera, pueden ser interrumpidas a la altura del plano de unión, evitando en la medida de lo posible el problema de desgaste en los asientos. Como hemos comentado anteriormente, evitar ángulos vivos que presentan propiedades mecánicas pobres, por tanto suavizarlos en este tipo de piezas.

Piezas con insertos

El inserto no debe fragilizar el material que lo rodea, por ello se debe verificar el óptimo espesor del material alrededor del citado inserto. La contracción del plástico sobre el metal va a provocar un desbordamiento del inserto. Este desbordamiento será suprimido, practicando un estriado uniforme y cruzado de la pieza insertada. Por experiencia, es necesario calentar el inserto previamente a la inyección.

Con más de 30 años de experiencia en el sector de inyección de plásticos de ingeniería, nuestra empresa ubicada en Zaragoza(España) colabora activamente con cliente desde el diseño inicial. Cualquier duda o proyecto a desarrollar, estaremos encantados de colaborar, no dudes en contactar con nosotros.

Todo el mundo en esta industria conoce la importancia de la contracción en los termoplásticos durante el proceso de inyección y después en su enfriamiento, por eso es tan importante tener en cuenta este concepto en la realización del molde de cara a centrar las tolerancias en aquellas cotas de relevancia durante la fase de puesta a punto. De esta manera, desde Zatec como empresa española con mas de 25 años  de experiencia en moldeo por inyección de piezas técnicas en plásticos de ingeniería, intentaremos recoger  en estas líneas este comportamiento dada la importancia de la contracción en un nuevo proyecto a desarrollar.

No obstante, no es tan sencillo de controlar y aunque existan muy buenos programas como moldflow o moldex3D donde podemos analizar tendencias, lo mejor es basarnos en la experiencia acumulada a lo largo de los años. Esto se debe a que influyen varios factores en este concepto de contracción, como el material a inyectar(importante si tenemos por ejemplo una Poliamida con fibra de vidrio), la geometría de la pieza con un espesor lo mas homogéneo posible dentro de las posibilidades de diseño respecto a la aplicación final. Además, claro está, de las condiciones de nuestro proceso, como la elección correcta de la posición y dimensionado de la entrada o entradas de inyección, temperatura del proceso así como una adecuada refrigeración, etc.

materia prima,

debemos tener en cuenta las diferencias entre los termoplásticos semicristalinos y los amorfos.

Behaviour of Semi-crystalline and amorphous polymer, before transformation, injection process and cooling

Los semicristalinos,

como normal general todas las moléculas tienen una cierta regularidad· estructural  y pueden cristalizar bajo determinadas condiciones, cuentan una contracción mayor que los amorfos. Algunos ejemplos son la PA6, PA66 o POM. Si además estos materiales están reforzados con fibra de vidrio,  su comportamiento anisotropo provoca una diferencia entre la contracción lineal y perpendicular al flujo de inyección. Por lo tanto, podemos tener problemas de planitud,que en muchos casos es una característica clave en las piezas de plástico, y esto es un factor muy importante a tener en cuenta para una contracción adecuada en la concepción del molde. A continuación en la foto de abajo se puede observar varios ejemplos de piezas inyectadas con Poliamida con diferentes porcentajes de fibra de vidrio para el sector automoción, donde la planitud era una parte importante en su homologación dada la aplicación final.

ZATEC-Plastic Parts of PA with glass fiber

Los amorfos,

tienen una agrupación de macromoléculas lineales o ramificadas sin que exista un orden de la disposición de las cadenas, o bien por estructuras fuertemente reticuladas que suelen poseer una disposición irregular. Similar a un plato de espagueti. Como no tienen que volver a un estado ordenado en su enfriamiento una vez son procesados, son mas estables dimensionalmente y tienen una contracción menor que los semicristalinos. Un ejemplo típico de un material amorfo, es el Policarbonato (PC).

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En varias ocasiones nos hemos encontrado situaciones donde un cliente necesita un «plástico ignífugo» o que emplee determinada marca de material por que necesita que su pieza sea «ignífuga»,  pero lo que realmente necesita es un plástico retardante a la llama en un grado concreto que luego comentaremos, y en un determinado espesor.

Battery Case with flame retardant_Zatec

Un ejemplo, en una consulta nos remarcaron que debíamos emplear el material «x» homologado. Pues bien, el problema era que no cumplía con los requisitos usando el citado material «x»  de cliente. ¿Por qué? por que un grado retardante a la llama de V0 en una probeta de ensayo pongamos de 3 mm, no nos vale para un espesor de pieza de apenas 1,5 mm. Por todo ello, vamos a hablar un poco de un aditivo para termoplásticos muy empleado para electricidad o electrónica así como en electrodomésticos, son los llamados retardantes a la llama.

Según la clasificación UL94 (Underwriters Laboratory en EEUU que emiten las conocidas cartas amarillas) y de acuerdo al ensayo donde se quema una muestra en vertical a la llama analizando cuando se extingue, los diferentes grados de retardante a la llama se agrupan generalmente en:

• V2, la combustión de la muestra se detiene en 30 segundos y hay un goteo de partículas ardiendo.
• V1, la combustión de la muestra se detiene en 30 segundos como antes, pero no hay un goteo de partículas ardiendo.
• V0, la combustión se detiene en 10 segundos y como en el caso anterior, no hay un goteo de partículas ardiendo.

Hay otras nomenclaturas como 5VA, 5VB también con la probeta en vertical donde se produce quemadura con o sin orificio, pero no son tan comunes como las anteriores. La clasificación UL94 más baja correspondería a HB, donde la probeta a diferencia de los casos anteriores se coloca en horizontal. Se considera «auto-extinguible» aunque es como si ardiera una madera(entiendan el símil).

Abajo podéis ver un vídeo de youtube(Fuente: Filoalfa 3D) bastante ilustrativo del comportamiento en piezas finales, en este caso de ABS, aunque hay muchos mas materiales a aditivar con retardantes a la llama, como Poliamida(PA), Policarbonato (PC), polipropileno(PP)…

Los agentes anti llama más empleados para conseguir algunos de los grados expuestos anteriormente son trióxido de antimonio, fósforo rojo (común para colores oscuros), halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo, astato)… entro otros. Pero en muchos de estos casos, son elementos que liberan un humo nocivo para los seres humanos durante su combustión, por ello cada vez más se emplean retardantes a la llama libres de halógenos que se obtienen de materias primas de origen biológico, producidas de manera sostenible reduciendo el consumo de  recursos fósiles así como las emisiones de carbono a la atmósfera.

Si necesitas asesoramiento técnico para elegir el plástico de ingeniería más adecuado según su aplicación final, estaremos encantados de ayudarte colaborando conjuntamente desde el diseño inicial, respecto del punto de vista de nuestro proceso de producción: moldeo por inyección de plásticos técnicos.

Inyección de piezas técnicas con poliamida

Probablemente la materia prima mas empleada en  Zatec sea la poliamida. Por ello, en este post vamos a hablar a modo de pequeño resumen de inyección de piezas técnicas con poliamida, con sus aplicaciones y características generales para estos componentes, bien sea PA6, PA66… etc y con diferentes aditivos.

Piezas de Poliamida – ©property of Zatec S.A.

Cuantas veces  habremos recibido un plano y/o 3D para cotizar, pero con el material por definir. No es lo habitual, pero ocurre. Sabiendo la aplicación final y requerimientos de cliente, información que en ocasiones llega en cuenta gotas, podemos proponer un material adecuado. Por ello, queremos destacar las principales características por las que emplear poliamida en nuestro proceso de inyección de plásticos.

Antes de exponer las características generales principales, recordar la anterior entrada donde hablábamos del origen de la poliamida y su procedencia hasta recibir el material en nuestro almacén. Os haré un «breve y alegre» resumen: la PA6 proviene de de la polimerización hidrolítica de la caprolactama y la PA66 por la polimerización de la hexametilendiamina y el acido adípico. En muchos casos se incorporan una serie de añadidos como fibra de vidrio, retardantes a la llama, estabilizados al calor, teflón… y así un largo etc que se traduce en una amplia gama donde elegir. Read more

Como cada año por estas fechas, más o menos, se barrunta en el mercado posibles subidas de precios para todas aquellas materias primas derivadas del petróleo, y  por tanto afecta a la poliamida. Más si cabe, con la subida del precio del Benceno en estas últimas semanas. Esto ocasiona momentos de incertidumbre para muchas empresas que se dedican a la inyección de plásticos (entre otras tantas) como Zatec, y sobre todo cuando el sector destino de las piezas inyectadas es automoción, donde los margenes son cada vez mas y más estrechos.

Además de lo comentado en diferentes medios por la escasez de materias primas y la alta demanda tras el covid, que no acabamos de dejarlo atrás, sumado a una incesante subida de los costes energéticos hace que esta situación sea compleja y dificil de predecir para un consumo determinado por cada material y cliente. De hecho todo esto, no quiere decir que necesariamente se incremente su producción vendiendo casi casi al mejor postor. Dejando a un lado especulaciones y otros datos externos de una economía global, que se nos escapan a la gente de a pie, pero que irremediablemente afectan, si quería aprovechar esta pequeña reflexión en voz alta para explicar de donde viene la granza de plástico que empleamos para moldear la pieza final a suministrar a cliente. Read more