Diseño de moldes ASSCAM

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LA CONSTRUCCIÓN

DE MOLDES

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ÍNDICE

INDICE

MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE MOLDES 3

TECNOLOGÍAS PARA LA FABRICACIÓN DE MOLDES

DE INYECCION 33

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MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE MOLDES

Para la transformación plásticos por el proceso de inyección, son indispensables moldes de gran calidad, con una elaboración muy precisa, y que deben presentar una elevada duración. Estos moldes se fabrican actualmente en acero y metales no férricos como son ciertas aleaciones de aluminio y de cobre. El tipo de molde a elegir para una pieza que se haya de fabricar viene determinado, esencialmente, por consideracio-nes de rentabilidad, que dependen de:

las exigencias impuestas a la pieza fabricada, los costes de fabricación del molde,

del tiempo del ciclo

y del número de piezas a fabricar con el molde.

Estas condiciones no van incondicionalmente unidas con las propiedades térmicas y mecánicas, ni tam-poco con la facilidad de elaboración de los materiales. Así, por ejemplo, los materiales con buenas propie-dades térmicas presentan generalmente propiepropie-dades mecánicas menos buenas. Los tiempos de ciclo cortos significan, con estos materiales, duraciones de vida menos elevadas. Así pues, al elegir los materia-les, deben aceptarse ciertos compromisos.

Si un artículo está sometido a exigencias especiales como, por ejemplo, buen aspecto de la superficie, exactitud de medidas, elevada velocidad de producción, gran número de piezas, etc., los moldes se elabo-ran, casi exclusivamente, por arranque de viruta o prensado en frío, EDM, MAV, etc. Como consecuencia, solamente se emplean, para estos moldes, aceros especiales para herramientas. Sin embargo, si sólo se quiere efectuar algunas inyecciones de ensayo para obtener muestras de un artículo, se elegirán materia-les más económicos y métodos de fabricación más sencillos para el molde; en tal caso, se emplean particularmente resinas de colada y metales colados.

A continuación presentamos los diversos materiales, sus propiedades, su elaboración y su campo de aplicación.

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ACEROS

Las exigencias que debe satisfacer un acero para la construcción de moldes destinados al moldeo por inyección proceden, por una parte, de las condiciones impuestas a la pieza terminada y, por otra, de los esfuerzos a los que se ve sometido el molde. De ello se desprende que los aceros deben poseer las siguientes propiedades:

buenas condiciones para su elaboración (mecanibilidad, facultad de troquelado en frío, templabilidad), resistencia a la compresión, temperatura y abrasión,

aptitud para el pulido,

suficiente resistencia a la tracción y tenacidad, tratamiento térmico sencillo,

deformación reducida,

buena conductibilidad térmica, buena resiliencia

y resistencia a los ataques químicos.

El vaciado del bloque, para obtener el molde, se realiza, en un 90% de los casos, por arranque de viruta. Actualmente pueden mecanizarse con arranque de viruta incluso los aceros con resistencias de hasta 150 kp/mm2_{. Sin embargo, la gama de resistencias más favorable para la mecanización de aceros recocidos}

o bonificados se sitúa mucho más abajo, entre 60 y 80 kp/mm2_.

En la elaboración sin arranque de viruta, o sea, en el troquelado en frío, entra notablemente en considera-ción la magnitud de los contornos a troquelar. Del material se exige entonces que, tras el conformado en frío, pueda conferírsele una dureza inferior y una buena plasticidad mediante un tratamiento térmico (recocido suave, normalizado).

Como apenas se produce un esfuerzo prolongado de los moldes a temperaturas elevadas, puede despre-ciarse, por lo general, para la elección de los aceros, el esfuerzo térmico.

El mejor modo de soportar los esfuerzos de compresión y la abrasión es mediante una elevada dureza. Los mejores resultados de dureza se consiguen con aceros exentos de grietas internas y inclusiones, y que tengan la máxima pureza y uniformidad en su estructura. Por otra parte, los aceros especialmente puros, que carecen prácticamente de inclusiones, se dejan pulir muy bien.

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Sin embargo, el factor decisivo para la elección del acero no es el esfuerzo de compresión – los aceros

templados pueden soportar sin más un esfuerzo puramente de compresión de 250 a 300 kp/mm2 _{– sino el}

esfuerzo de flexión, que deben resistirlo en particular los moldes grandes.

Los esfuerzos flectores pueden ser tales que produzcan la rotura de los elementos del molde construido a base de aceros de temple total. Por ello, se recomienda emplear aceros de cementación con núcleo tenaz y superficie endurecida, resistente a la abrasión. Sin embargo, los aceros de cementación presentan las máximas exigencias en cuanto al tratamiento térmico, y su elaboración exige mucho tiempo.

El temple y revenido de los aceros de temple total son mucho más sencillos, pero su campo de aplicación resulta limitado. Las variaciones en las dimensiones y las deformaciones que pueden producirse como consecuencia de un tratamiento térmico y que exigen, generalmente, un costoso trabajo posterior, quedan eliminadas al emplear aceros recocidos o bonificados. Por esta razón, se recurre preferentemente a los aceros bonificados. (Temple + Revenido tenaz).

Puede actuarse contra la sensibilidad a la entalladura, o en favor de una buena resiliencia, mediante la cementación y temple posterior o bien por nitruración sobre acero bonificado.

La resistencia a los ataques químicos se consigue mediante un revestimiento galvánico protector (cromado, niquelado), o mediante el empleo de aceros inoxidables resistentes a los ácidos. La capa protectora, en los revestimientos galvánicos, alcanza, en el cromado, unos 0,2 mm. Para evitar tensiones internas en la capa protectora, que pueden producir el desconchado de la misma, es indispensable una capa uniforme y no excesivamente gruesa. Además, deben evitarse las esquinas o cantos muy agudos en el molde. La dureza de una capa de cromo debería ser, en lo posible, de 900 -1100 HV.

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TABLA 1. Composición química de los aceros para moldes de inyección

Tipo Designación Material Análisis orientativo

de acero según

DIN 17006 nº %C %Si %Mn %Al %Cr %Mo %Ni %V %W

Aceros de C4W3 1.1803 0,06 0,05 0,25 - - - -cementación C15WS 1.1805 0,15 0,3 0,4 - - - -X6CrMo4 1.2341 0,06 0,1 0,1 - 3,8 0,5 - - -21MnCr5 1.2162 0,20 0,3 1,2 - 1,2 - - - -X19NiCrMo4 1.2764 0,19 0,2 0,4 - 1,3 0,2 4,0 - -15NiCr14 1.2735 0,15 0,3 0,4 - 0,7 - 3,5 - -21CrMnMo5 1.2310 0,21 0,3 1,2 - 1,1-1,4 0,3 - - -Aceros de 33A1CrMo4 1.2852 0,33 0,2 0,7 1,0 1,1 0,2 - - -nitruración 29CrMoV9 1.2307 0,29 0,3 0,5 - 2,5 0,2 - 0,15 -34CrA16 1.2851 0,34 0,3 0,75 1,0 1,5 - -Aceros X45NiCrMo4 1.2767 0,45 0,2 0,4 - 1,3 0,2 4,0 - -templados 90MnV8 1.2842 0,90 0,2 2,0 - - - - 0,10 -X210Cr12 1.2080 2,1 0,3 0,3 - 12,0 - - - -105WCr6 1.2419 1,05 0,2 1,0 - 1,0 - - - 1,2 100MnCrW4 1.2510 1,0 0,35 1,2 - 0,7 - - 0,15 0,7 X100CrMoV51 1.2363 1,0 0,3 0,5 - 5,2 1,0 - 0,2 -X165CrMoV12 1.2601 1,65 0,3 0,3 - 12,0 0,6 - 0,1 0,5 35NiCrMo16 1.2766 0,35 0,2 0,5 - 1,4 0,3 4,0 -

-Aceros boni- 54NiCrMoV6 1.2711 0,55 0,3 0,7 - 0,7 0,3 1,7 0,1 -ficados para 55NiCrMoV6 1.2713 0,55 0,3 0,60 - 0,7 0,30 1,7 0,1 -empleo en el X38CrMo51 1.2343 0,38 1,0 0,40 - 5,3 1,1 - 0,4 -estado de 50CrV4 1.2241 0,50 0,25 1,0 - 1,0 - - 0,1 -suministro 40CrMnMo7 1.2311 0,40 0,30 1,5 - 2,0 - - - -Aceros resis- X40Cr13 1.2083 0,4 0,40 0,3 - 13,0 - - - -tentes a la X36CrMo17 1.2316 0,35 1,0 1,0 - 17,0 1,2 - - -corrosión

Aceros para X54NiCrMoW4 1.2765 0,53 0,30 0,40 - 1,2 0.3 4,0 - -matrices 75CrMoNiW67 1.2762 0,75 0,20 0,25 - 1,5 0,7 0,5 - 0,30

50NiCr11 1.2718 0,50 0,20 0,4 - 0,6 - 2,8 -

-X16SCrMoVl2 1.2601 1,65 0,30 0,3 - 12,0 0,60 - 0,10 0,50

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TABLA 2. Propiedades mecánicas y térmicas de los aceros para moldes de inyección *

Tipo Designación Material Peso Conductibili- Dilatación Calor Módulo de acero según específico dad térmica térmica específico de

DIN 17006 nº elasticidad [g/cm2_] _[cal/gºC] _[10-6_/ºC] _{[cal/cmsºC] [kp/mm}2_] Aceros de C4W3 1.1803 7,85 0,16 10-14 0,115 21000 cementación C15WS 1.1805 7,85 0,16 10-14 0,115 21000 X6CrMo4 1.2341 7,8 0,11 10-14 0,115 21000 21 MnCr5 1.2162 7,8 0,11 10-14 0,155 21000 X19NiCrMo4 1.2764 7,85 0,08 10-12 0,11 21000 15NiCr14 1.2735 7,85 0,08 10-12 0,11 21000 21CrMnMo5 1.2310 Aceros de 33A1CrMo4 1.2852 nitruración 29CrMoV9 1.2307 7,85 0,08 10-12 0,11 21000 34CrA16 1.2851 21000 Aceros X45NiCrMo4 1.2767 7,85 0,08 10-12 0,11 21000 templados 9OMnV8 1.2842 7,85 0,08 10-12 0,11 21000 X210Cr12 1.2080 7,8 10,5-12.5 21000 105WCr6 1.2419 7,8 0,09 10-14 0,113 21000 100MnCrW4 1.2510 7,8 21000 X100CrMoV51 1.2363 X165CrMoV12 1.2601 7,8 21000 35NiCrMo16 1.2766 7,8 11,5-13 0,14 21000

Aceros boni- 54NiCrMoV6 1.2711 12-14 0,13 21000

ficados para 55NiCrMoV6 1.2713 7,8 12-13 21000

empleo en el X38CrMo51 1.2343 7,8 11,5-12 0,12 21000 estado de 50CrV4 1.2241 13-15 21000 suministro 40CrMnMo7 1.2311 7,8 21000 Aceros X40Cr13 1.2083 7,7 0,07 10-12 0,11 21500 resistentes X36CrMo17 1.2316 7,7 0,07 10-11 0,11 21300 a la corro-sión Aceros X54NiCrMoW4 1.2765 11-13 Dara, 75CrMoNiW67 1.2762 matrices 50NiCr11 1.2718 X165CrMoV12 1.2601 7,8 11,5-13 21000 80WCrV8 1.2552

* Los valores que faltan en las tablas 2,3 y 4 no han podido ser determinados incluso tras consulta al fabricante. Sin embargo, hay que admitir que sus variaciones, por lo que respecta a los demás valores dados en estas tablas, son de poca importancia.

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Resistencia Dureza superficial Estado de suministro del núcleo tras el revenido

a 200º C, o resis-[kp/mm2_] _{tencia a la tracción} 45 61 HRC Recocido suave 100 HB 60 61 HRC Recocido suave 100 HB 90-100 61 HRC Recocido suave 120 HB 100-130 60 HRC Recocido suave 210 HB 120-130 56-62 HRC Recocido suave 250 HB 95-125 60 HRC Recocido suave 190 HB 120 61 HRC RecocIdo suave 217 HB 80-100 900 HV Recocido suave 230 HB 80 750 HV Recocído suave 80-100 Recocido suave 225 HB

Temple total 54 HRC Recocid’o suave 250 HB Temple total 62 HRC Recocido suave 220 HB Temple total 62 HRC Recocido suave 250 HB Temple total 62-64 HRC Recocido suave 230 HB Temple total 62 HRC Recocido suave 230 HB

Temple total Recocido suave

Temple total 58-61 HRC RecocIdo suave 250 HB Temple total 175 kp/mm2 _{Recocido suave} _{260 HB} Temple total 90-120 kp/mm2 _{Recocido suave} _{240 HB} Temple total 185 kp/mm2 _{Recocido suave} _{240 HB} Temple total 190 kp/mm2 _{Recocido suave} _{240 HB} Temple total 55 HRC Recocido suave 230 HB Temple total 170 kp/mm2 _{Recocido suave} _{230 HB} Temple total 57 HRC Recocido suave 230 HB Temple total 51 HRC Recocido suave 230 HB Temple total 52-59 HRC Recocido suave 250 HB Temple total 52-57 HRC Recocido suave 205 HB Temple total 58-61 HRC Recocido suave 250 HB Temple total 58-62 HRC Recocido suave 205 HB TABLA 2 Continuación

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Se comprende que un acero no puede presentar todas estas propiedades. Por ello, antes de fabricar un molde, es preciso dilucidar las propiedades indispensables impuestas por su aplicabilidad. Éstas pueden estimarse según los cuatro puntos de vista siguientes:

Tipo de plástico a inyectar

(exigencias relativas a corrosión, abrasión, conductibilidad térmica y viscosidad)

Tipo y magnitud del esfuerzo mecánico previsible

(tamaño de la cavidad, presión de inyección, variaciones de forma en el molde, presión residual necesaria),

Tecnología de construcción del molde

(arranque de viruta, estampado en frío, erosión)

Tratamiento térmico necesario, con sus correspondientes variaciones en las dimensiones.

De acuerdo con estas consideraciones, se procederá a la elección del acero apropiado entre la gama que ofrece todo suministrador.

Los aceros pueden clasificarse en:

Aceros de cementación Aceros de temple total

Aceros bonificados para empleo en el estado de suministro Aceros resistentes a la corrosión

Aceros de nitruración Aceros de segunda fusión.

Los aceros para la fabricación de moldes de inyección se indican en la tabla 1. Las tablas 1 a 3 dan un resumen de las propiedades térmicas y mecánicas, así como la composición de los materiales. El trata-miento térmico de los aceros puede verse en la tabla 4.

12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12

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ACEROS DE CEMENTACIÓN

Los aceros de cementación son los que reúnen las condiciones que más se aproximan a las exigidas a un acero para la construcción de moldes. Con ello no es de extrañar que su porcentaje de aplicación alcance alrededor del 80% del consumo total de acero para moldes. La ventaja particular de estos aceros consiste en que por cementación, o carburación -ya que se forma cementita con el tratamiento térmico-, se origina una superficie dura como el vidrio y, simultáneamente, un núcleo resistente y tenaz. La elevada dureza superficial hace que los moldes sean resistentes a la abrasión, y el núcleo tenaz les hace resistentes a los esfuerzos alternativos y bruscos.

Estas propiedades se obtienen cuando se tratan térmicamente los moldes fabricados con acero de bajo contenido de carbono (aceros con un contenido en C de menos del 0,2 %) en un medio que aporte carbono, sosteniendo una temperatura comprendida entre 840 y 900º C, y enfriando a continuación en aceite o agua. Al efectuar el calentamiento en un medio que desprende carbono, las capas externas del molde se enriquecen en dicho elemento. El contenido de carbono de las zonas externas puede alcanzar, de este modo, hasta un 0,8%.

La profundidad de esta capa enriquecida, que puede alcanzar entre 0,6 y 2 mm según las exigencias, viene determinada por el medio carburante, que puede ser gaseoso, líquido o sólido, así como por el tiempo y la temperatura. El espesor de la capa enriquecida crece con la temperatura y la duración del calentamiento. Sin embargo, las temperaturas excesivamente elevadas y un tiempo de calentamiento excesivo son perju-diciales para el acero, ya que la estructura se hace muy basta y dificulta el posterior tratamiento térmico de bonificación.

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TABLA 3 Posibilidades de aplicación de los aceros para moldes de inyección

Designación Material Aplicación

según nº

DIN 17006

C4W3 1.1803 Moldes pequeños y medianos; para troquelados o estampados profundos C15WS 1.1805 Moldes pequeños y medianos; troquelable en frío

X6CrMo4 1.2341 Moldes pequeños y niedianos; troquelable en frío

21 MnCr5 1.2162 Moldes pequeños y medianos; troquelable en frío. Por mecanizado, moldes de todos los tamaños

X19NiCrMo4 1.2764 Moldes de todos los tamaños, mecanizado

15NiCr14 1.2735 Moldes de todos los tamaños; mecanizado. En determinadas condiciones, troquelable en frío. Fácil pulido

21CrMnMo5 1.2310 Moldes de todos los tamaños; mecanizado. Fácil pulido

33A1CrMo4 1.2852 Vaciados con nervios estrechos, poca deformación, superficie resistente a la abrasión

29CrMoV9 1.2307 Moldes de todos los tamaños, poca deformación, superficie resistente a la abrasión

34CrA16 1.2851 Moldes de todos los tamaños, poca deformación, superficie resistente a la abrasión, gran exactitud de dimensiones

X45NiCrMo4 1.2767 Moldes de todos los tamaños con vaciados profundos, resistente a la compresión

90MnV8 1.2842 Moldes pequeños, fácil pulido; piezas móviles sometidas a altos esfuerzos

X210Cr12 1.2080 Moldes pequeños y piezas móviles

105WCr6 1.2419 Moldes con vaciados planos o poco profundos; elementos de moldeo sometidos a altos esfuerzos

100MnCrW4 1.2510 Moldes con vaciados planos; elementos de moldeo sometidos a altos esfuerzos

X100CrMoV51 1.2363

X16SCrMoV12 1.2601 Moldes pequeños, con vaciados complicados 35NiCrMo16 1.2766 Fáciles elaboración y pulido

54NiCrMoV6 1.2711 Fáciles elaboración y pulido

55NiCrMoV6 1.2713 Moldes grandes, posibilidad de grandes cargas específicas locales, resis-tente a la abrasión

X38CrMo51 1.2343 Gran resistencia a la compresión; resistente a la abrasión: utilizable para troquelado

50CrV4 1.2241 Fáciles elaboración y pulido 40CrMnMo7 1.2311 Moldes medianos, fácil pulido

X40Cr13 1.2083 Resistente a la corrosión y a los ácidos. fácil pulido, no soldable X36CrMo17 1.2316 Resistente a la corrosión, a los ácidos y a la abrasión

X54NiCrMoW4 1.2765 Gran tenacidad, resistencia a la compresión y a la abrasión 75CrMoNiW67 1.2762 Gran tenacidad, resistencia a la compresión y a la abrasión 50NiCr11 1.2718 Gran tenacidad, resistencia a la compresión y a la abrasión X165CrMoVl2 1.2601 Gran tenacidad, resistencia a la compresión y a la abrasión 80WCrV8 1.2552 Gran tenacidad, resistencia a la compresión y a la abrasión

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TABLA 4. Tratamiento térmico de los aceros para moldes de inyección

Tipo Designación Material Confor- Recocido Recocido Recocido Cemen-de acero según nº mación normal2₎ _suave3₎ _{de elimi-} _tación

DIN 17006 en nación de caliente1₎ _tensiones4₎ [ºC] [ºC] [ºC] [ºC] [ºC] Aceros de C4W3 1.1803 1100-850 900-930 650-690 600-650 850-880 cementación C15WS 1.1805 1100-800 900 680-710 600-650 850-880 X6CrMo4 1.2341 1050-850 - 780-820 600-650 870-920 21MnCr5 1.2162 1050-850 850-880 670-710 600-650 870-920 X19NiCrMo4 1.2764 1050-850 - 620-660 600-650 870-920 15NiCr14 1.273,5 1050-850 - 620-650 - 860-890 21CrMnMo5 1.2310 1050-850 820-850 670-710 550-600 840-880 Aceros de 33A1CrMo4 1.2852 1050-850 - 650-700 - -nitruración 29CrMOV9 1.2307 1050-850 - 680-720 - -34CrA16 1.2851 1050-850 - 680-720 - -Aceros X45NiCrMo4 1.2767 1050-850 - 610-650 600-650 -templados 90MnV8 1.2842 1050-850 680-720 - -X210Cr12 1.2080 1050-850 - 800-840 - -105WCr6 1.2419 1050-850 - 710-750 - -10OMnCrW4 1.2510 X100CrMoV51 1.2363 1050-850 - 800-840 - -X165CrMoV12 1.2601 1050-850 - 800-840 - -35NiCrMo16 1.2766 1050-850 - 630-670 - -Aceros 54NiCrMoV6 1.2711 1050-850' - 660-700 - -bonificados para 55NiCrMoV6 1.2713 1050-850 - 660-700 - -empleo X38CrMo51 1.2343 1100-900 - 800-840 - -en el 50CrV4 1.2241 1100-850 - 710-750 - -estado de 40CrMnMo7 1.2311 1050-850 - 710-750 - -suministro Aceros X40Crl3 1.2083 1050-850 - 780-820 - -resistentes X36CrMo17 1.2316 1050-850 - 760-800 - -a l-a corrosión Aceros X54NiCrMoW4 1.2765 1050-850 - 610-650 - -para 75CrMoNiW67 1.2762 1050-850 - 710-750 - -matrices 50NiCr11 1.2718 1050-850 - 610-650 - -X165CrMoV12 1.2601 1050-850 - 800-840 - -80WCrV8 1.2552 1050-850 - 710-750 -

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TABLA 4. Continuación

Recocido Templado Revenido Tiempo

Intermedio5₎

[Cº] [Cº] en [Cº] [min]

- 770-800 Agua 170-270

600-650 870-900 Baño de aceite caliente 170-230 120 200-230º C

620-650 780-830 Baño de aire caliente 170-270 60 220-280º C

650-680 820-850 Baño de aceite caliente 170-270 220-280º C - 900-950 Aceite 580-650 120 - 850-880 Aceite 580-630 60 - 870-900 Aceite 580-650 60 - 840-870 Aceite 170-270 120 - 790-820 Aceite 100-300 120

- 930-980 Baño de aceite caliente 180-400 120 350-450º C

- 800-830 Aceite 150-250 120

- 950-980 Aceite/aire 100-300 120

- 890-1020 Aceite/aire 100-250 120

- 810-850 Aceite/aire 400-500 120

- 840-870 Baño de aceite caliente 400 120 180-220º C - 840-880 Aceite 400-600 120 - 1000-1050 Aceite/aire 600-700 120 - 820-850 Aceite 300-600 120 - 830-900 Aceite/aire 500-600 120 - 1000-1030 Aceite 200-250 120

- 1020-1050 Aceite 180-500 120 1_{) Enfriamiento en arena u horno} 2_{) Enfriamiento al aire}

3_{) Enfriamiento lento en horno,}

- 850-880 Aceite/aire 200-300 60 de cuatro horas de duración

- 870-900 Aceite 100-250 como mínimo.

- 840-870 Aceite 150-300 60 4_{) Enfriamiento lento en horno,}

- 980-1020 Aceite/aire 100-250 120 de 1 h. de duración como mín. - 860/890 Aceite 150-300 120 5_{) Como mínimo 2 horas con en}

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Se distinguen tres tipos de tratamiento térmico

El temple directo, que tiene lugar al final del proceso de carburación, es decir, enfriando

directa-mente + revenido.

El temple simple, que consiste en volver a elevar la temperatura del molde –generalmente la de la

superficie exterior– hasta la de temple, enfriar y revenir hasta una temperatura comprendida entre 180 y 200º C.

El temple doble se caracteriza por un doble calentamiento. Tras la cementación se lleva el molde

a la temperatura de temple del material del núcleo; luego se enfría y, a continuación, se calienta a la temperatura de temple de la capa de cementación. Tras un nuevo enfriamiento, se procede al inmediato revenido del molde.*

La figura 1 muestra diagramas de temple para los tres tipos básicos de tratamiento térmico.

Figura 1. Diagrama de temple para los tres tipos básicos de tratamiento térmico.

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Naturalmente, los tipos básicos de tratamiento térmico citados son susceptibles de modificaciones

(precalentamiento, calentamiento intermedio). En DIN 17210se indican algunas posibilidades. Además de

las buenas propiedades ya citadas, como una superficie resistente a la abrasión y a una prolongada duración con esfuerzos de flexión alternativos, los aceros de cementación presentan una serie de otras buenas condiciones para la construcción de moldes, en comparación con los aceros de alto contenido de carbono y de temple completo. Citaremos aquí solamente la capacidad de troquelado en frío y la posibili-dad de obtener un temple limitado localmente mediante la cobertura de diversas zonas en el proceso de cementación.

Para el troquelado conviene que sea lo más reducida posible la resistencia de los aceros en el momento del suministro, ya que sólo entonces pueden realizarse vaciados para moldeo profundos sin calentamientos intermedios. La presión máxima posible para los troqueles es de 300 kp/mm2_{. Un acero puede troquelarse}

bien cuando su dureza en el estado de suministro es de HB ≈ 250 kp/mm2_.

Aceros de temple total

En los aceros de temple total se produce el aumento de dureza por la formación de martensita debida al rápido enfriamiento posterior al calentamiento. Las características mecánicas que pueden alcanzarse por este procedimiento dependen del medio de enfriamiento y de la velocidad de enfriamiento. Los medios de enfriamiento más empleados son: agua, aceite, aire, baño de sales y gas a presión. El agua proporciona el enfriamiento más rápido, mientras que el aceite y el aire son más suaves. La velocidad de enfriamiento queda, por tanto, determinada, por una parte, por el agente enfriador y, por otra, por la conductibilidad térmica, la cual depende, a su vez, de la relación superficie-volumen del molde y de los elementos de aleación que se encuentran combinados con el acero. Ni, Mn, Cr, Si y otros elementos reducen la veloci-dad crítica de temple y permiten, con ello, el endurecimiento completo de secciones más gruesas.

El proceso de temple comprende: calentamiento, estabilización de la temperatura, enfriamiento con forma-ción de la estructura de temple (martensita) y subsiguiente revenido para mejorar la tenacidad.

Con el revenido solamente disminuye en forma ligera la dureza conseguida, contrariamente a lo que suce-de con el bonificado. Las temperaturas suce-de revenido se sitúan entre 160 y 200º C. Asuce-demás suce-de mejorar la tenacidad, el tratamiento de revenido suaviza las tensiones. Por ello se conoce también este proceso como eliminación de tensiones o normalización. Los moldes fabricados con aceros templados tienen una buena resistencia a la abrasión como consecuencia de su elevada dureza; sin embargo, son más sensi-bles a la formación de grietas y a la deformación en comparación con los moldes de cementación o bonificados, debido a su menor tenacidad. Por esta razón, los aceros templados sólo se utilizan, por lo general, para pequeños moldes o elementos planos de los mismos.

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Aceros bonificados para empleo en el estado de suministro

Si se quieren evitar las variaciones de dimensiones o la deformación producidas durante un tratamiento térmico, y con ello un costoso y prolongado trabajo posterior, deben emplearse, para la fabricación de un molde, aceros bonificados. Los moldes fabricados a partir de estos aceros en su estado de suministro, pueden mecanizarse (arranque de viruta) con relativa facilidad. Evitan al fabricante de moldes las dificulta-des que que lleva consigo un tratamiento térmico.

Su aplicación es especialmente ventajosa para la construcción de moldes de grandes dimensiones, los cuales pueden reaccionar, frente a un tratamiento térmico, con variaciones en las medidas. La desventaja de estos aceros es su reducida resistencia a la abrasión y la deficiente calidad de la superficie de los moldes, que, a menudo, hace necesario un posterior tratamiento superficial (cromado, nitruración).

Los aceros son bonificados en la propia industria metalúrgica. Allí son sometidos a un tratamiento de revenido después del temple. Mediante el revenido de los aceros a temperaturas superiores a 500º C, la martensita se descompone en carburo y cristales mixtos α. A ello va unida una reducción de la dureza y de la resistencia, con simultáneo aumento de la tenacidad de estos aceros. A medida que aumenta la tempe-ratura de revenido, aumenta la tenacidad de los aceros, descendiendo, en cambio, la dureza y la resisten-cia.

Mediante una adecuada elección de la temperatura y de la duración del revenido, que, (entre una y dos horas), pueden ajustarse, según la resistencia, determinados valores de la tenacidad. El límite superior de

la resistencia puede considerarse 125 kp/mm2_{. Los aceros con resistencia más elevada ya no pueden ser}

mecanizados en forma rentable por arranque de viruta.

Aceros resistentes a la corrosión

Al trabajar con algunos polímeros clorados se desprenden, durante la elaboración, productos químicamen-te agresivos, generalmenquímicamen-te ácido clorhídrico o ácido acético. Por lo general, se proquímicamen-tegen entonces los moldes mediante revestimientos galvánicos, como capas de cromo duro o de níquel. Sin embargo, estos revestimientos protectores solamente son de eficacia duradera cuando se consigue un espesor de capa uniforme al hacer la aplicación y se evitan los cantos agudos en el molde. Las desigualdades de espesor y los cantos agudos producen tensiones en la capa protectora que, al ser sometida a esfuerzos, pueden dar lugar al desconchado. El peligro de que el revestimiento no sea uniforme en todas sus partes es especialmente grande en los moldes con contornos complicados (contraperfiles, esquinas, etc.).

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Además de proporcionar una buena resistencia a la corrosión, el cromado de las superficies se caracteriza por la elevada calidad de las mismas (acabado brillante), resistencia a la abrasión y propiedades antiadherencia (que hace que la pieza inyectada no se adhiera). Las capas de cromo aplicadas tienen, con un espesor de unos 0,2 mm, una dureza superficial comprendida entre 900 y 1100 HV.

Si no puede garantizarse la obtención de un recubrimiento de cromo uniforme y subsiste el peligro de que se formen grietas en la capa protectora, lo que puede ocurrir principalmente cuando los moldes están sometidos a un esfuerzo flector, se recurrirá a aceros resistentes a la corrosión (aceros inoxidables), es decir, aceros con bajo contenido en carbono y combinados, como mínimo, con un 12 % de cromo. Sin embargo, en su composición normal, estos aceros sólo pueden emplearse hasta una temperatura de unos 400º C, ya que, por encima de los 400º C, existe el peligro de una corrosión intercristalina.

Para que el acero pueda templarse, debe contener carbono. Sin embargo, el carbono presenta, respecto al cromo, una afinidad mayor que el hierro. Por este motivo, además de los cristales mixtos Fe-Cr, se originan también carburos de cromo en la estructura, los cuales absorben el cromo de las zonas circundantes (límites de grano). Estas partes contienen también menos del 12 % de cromo, con lo que desciende la resistencia a la corrosión.

Solamente puede garantizarse una resistencia completa a la corrosión cuando el cromo se encuentra uniformemente distribuido en el hierro. Ello se consigue calentando el acero a la temperatura de temple, ya que, con el calentamiento, se disuelven los carburos de cromo. El cromo queda retenido entonces en su posición mediante un posterior enfriamiento rápido. Solamente a temperaturas superiores a los 400º C se producen nuevas separaciones de carburo, con el consiguiente descenso ya indicado de la resistencia a la corrosión.

Sin embargo, este peligro no se presenta en el proceso de inyección de termoplásticos, puesto que no se alcanzan temperaturas tan elevadas (T<400ºC) ya que, entonces, existiría el peligro de descomposición del plástico inyectado.

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Aceros de nitruración

Fundamentalmente pueden nitrurarse todos los aceros cuyos elementos de aleación formen nitruros. Es-tos elemenEs-tos de aleación son: cromo, aluminio, molibdeno y vanadio. Si los aceros que contienen esEs-tos elementos se introducen en un baño salino a base de cianato-cianuro, en corriente de amoníaco o en el seno de una descarga de efluvios de elevada intensidad, a temperaturas situadas entre 500 y 580º C, o bien entre 350 y 580º C para la nitruración iónica, se produce una difusión de nitrógeno en la superficie del molde y los aditivos de aleación forman nitruros, que confieren a la capa nitrurada una dureza de 700 a 1300 HV, según tipo de acero y procedimiento (corriente de amoníaco, baño salino, nitruración iónica). No obstante, la dureza máxima no se alcanza precisamente ya en la superficie del molde, sino que está situada algunas centésimas de milímetro más abajo. Por ello, es necesario efectuar un trabajo posterior de pulido tras el tratamiento de nitruración, detalle que debe tenerse en cuenta en la fabricación de moldes. En la nitruración iónica, pueden conservarse completamente blandas algunas superficies parciales. Contrariamente a los moldes nitrurados por el método convencional, en los moldes sometidos a nitruración iónica no es preciso efectuar ningún trabajo posterior y por lo tanto, los moldes deben fabricarse con medidas exactas. El espesor de la capa de nitruración depende esencialmente de la duración de esta operación. De todos modos, la relación entre la capa de nitruración y el tiempo no es lineal. La profundidad de nitruración de 0,3 mm, suficiente para moldes de inyección en general, se alcanza con una duración de la nitruración de unas 30 horas (0,7 mm de profundidad de nitruración exigen un tiempo de unas 100 horas). Los aceros de nitruración se suministran recocidos. Por ello, pueden mecanizarse por arranque de virutas sin dificultad. Su especial ventaja consiste en que, tras el tratamiento térmico, se obtienen moldes sin tensiones, de gran tenacidad, con elevada dureza superficial y resistencia a la corrosión mejorada. Normal-mente, no cabe esperar una deformación de los moldes durante la nitruración.

Aceros de segunda fusión

La calidad de una pieza inyectada depende fuertemente de la calidad superficial del molde. Ello es espe-cialmente válido para piezas obtenidas a base de plásicos transparentes, como vidrios para gafas, lentes, etc.

La calidad de la superficie de un molde es tanto más elevada cuanto mejor pueda pulirse el acero emplea-do. La capacidad de pulido de los aceros viene influida por el grado de pureza, el cual, a su vez, depende del porcentaje de inclusiones no metálicas que se encuentran en el acero, como óxidos, sulfuros y silicatos. Estas inclusiones, que no pueden evitarse en un acero de primera fusión, pueden eliminarse con los aceros de segunda fusión obtenidos en hornos de inducción a alto vacío o en hornos al arco eléctrico. Los aceros fundidos al vacío tienen el grado de pureza máximo entre los que se encuentran actualmente en el comercio. En consecuencia, pueden pulirse muy bien y convendría emplearlos siempre que se trate de fabricar piezas transparentes con elevadas propiedades ópticas.

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MATERIALES DE COLADA

La fabricación de moldes con perfiles forjados o laminados es relativamente cara por la mano de obra necesaria para su mecanización y por las máquinas que se requieren, en parte especiales. Se originan además pérdidas muy elevadas en virtud de la mecanización, las cuales, según el tipo de los moldes, pueden alcanzar entre el 30 y el 50 % . Los costes de los materiales y de su elaboración pueden reducirse, en la construcción de moldes, mediante el empleo de materiales colados.

Sin embargo, el tiempo empleado puede ser considerable en los moldes colados, ya que primeramente hay que confeccionar modelos y moldes de colada. Desde un punto de vista económico, hay que tener en cuenta, además, que la exactitud de dimensiones y la calidad superficial son inferiores, y la duración de vida más baja, respecto a los moldes fabricados por mecanización partiendo de materiales forjados o laminados.

El hecho de que, a pesar de ello, se impongan los materiales colados para la construcción de moldes debe atribuirse, en primer lugar, al procedimiento de fabricación. Junto a los tiempos de fabricación más cortos para la obtención del vaciado, debe hacerse especial referencia al hecho de que, al colar el molde, se puede fabricar simultáneamente el dispositivo de enfriamiento introduciendo serpentines tubulares. De otro modo, se presentan muchas veces grandes dificultades al confeccionar los conductos de los circuitos de refrigeración, principalmente en los moldes de grandes dimensiones, ya que los taladros pueden desviar-se.

Favorecen también a los materiales colados sus propiedades térmicas, en parte mejores, y su mayor resistencia a la corrosión. Esto último es particularmente válido para los metales no férricos. El límite de aplicabilidad, como ya se ha indicado, viene determinado por la insuficiente exactitud de medidas y la menor calidad de superficie, así como por las propiedades mecánicas, que se sitúan considerablemente más abajo en comparación con el acero laminado o forjado.

Los materiales colados que comúnmente se emplean en la actualidad para la construcción de moldes pueden subdividirse en tres grupos:

Fundición de acero. Metales no férricos. Materiales no metálicos.

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Fundición de acero

El acero fundido, o moldeado, se emplea principalmente para la fabricación de grandes moldes. Para la obtención de moldes colados impecables, debe aplicarse la siguiente regla fundamental: procurar que

sean pequeñas las diferencias de espesor en las paredes y evitar las variaciones de sección muy bruscas.

Las propiedades mecánicas, que dependen del contenido de carbono (el contenido de carbono oscila entre 0,1 y 0,4 %), son más bajas en relación con el acero laminado o forjado pero, básicamente, son suficientes para cumplir las exigencias formuladas.

Para conseguir la necesaria tenacidad a la entalladura (resiliencia) y la ausencia de tensiones, las piezas deben ser recocidas cuidadosamente a temperaturas situadas por encima de la de transformación. La duración del recocido es aquí, como mínimo, de dos horas.

La calidad de las superficies de los moldes colados no es, en general, tan buena como la de los moldes de acero forjado o laminado. La pieza colada adquiere, en muchos casos, una superficie mate. Sin embargo, este efecto no es necesariamente una desventaja, sino que muchas veces incluso se desea, por ejemplo, para artículos domésticos y de embalaje . Si no se desea un efecto superficial mate, deben elegirse aceros de fácil soldadura, a fin de poder eliminar las zonas porosas y los rechupes.

Las piezas de acero fundido se obtienen corrientemente por colado en moldes de arena. Junto a este procedimiento, se emplea también actualmente el llamado proceso Shaw (desarrollado en Inglaterra). En el proceso Shaw el molde de colada, constituido por una mezcla de material inorgánico resistente al fuego y silicato de etilo con un aglomerante especial, forma, durante la cochura, finas grietas de tensión, que se cierran al efectuar la colada. Gracias a las grietas formadas durante la cochura, pueden escapar el aire y los vapores formados eventualmente durante la colada. Los moldes fabricados según el proceso Shaw presentan superficies de buena calidad y tienen buena estabilidad dimensional.

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TABLA 5. Aleaciones de fundición de acero para moldes de inyección

Denominación Análisis orientativo Peso Resis- Soldadura

según específico tencia

DIN 17006 %C %Cr %Mo %V %Si %Mn en estado

recocido [g/cm2_] _[kp/mm2_]

GS 45 0,26 - - - 7,6 55-65 Buena

GS25CrMo4 0,25 1,0 0,2 - 0,4 0,65 7,6 60-75 Suficiente

G-XlOOCr5 1,0 5,5 - - - - 7,6 85-100 Necesidad de

dis-posiciones espe-ciales

G-X156CrMoVl2 1,6 12,0 0,6 0,1 - - 7,6 90-105 Necesidad de dis-posiciones espe-ciales

G-X250CrV22 2,5 22,0 - 0,25 - - 7,6 100-120 Necesidad de dis-posiciones espe-ciales

La ventaja decisiva de los moldes colados reside en su fabricación, ya que puede prescindirse notablemen-te de los trabajos de mecanización, los cuales denotablemen-terminan corriennotablemen-temennotablemen-te el precio y el tiempo de fabrica-ción en la construcfabrica-ción de moldes. La tabla 5 muestra las principales aleaciones de acero fundido y sus propiedades.

Metales no férricos

Los principales metales no férricos empleados en la fabricación de moldes son: cobre y sus aleaciones, Zinc y sus aleaciones, aluminio y sus aleaciones, aleaciones de estaño-bismuto.

Cobre y sus aleaciones

La importancia del cobre y sus aleaciones como materiales para la fabricación de moldes se basa en la elevada conductibilidad térmica y flexibilidad del material, que permite equilibrar rápidamente y sin peligros las tensiones debidas a un calentamiento no uniforme. Las propiedades mecánicas del cobre son modera-das. Si bien pueden mejorarse por laminado o conformación en frío, en general no cumplen con las exigen-cias que deben satisfacer los materiales para la fabricación de moldes.

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Sin embargo, el comportamiento es distinto con las aleaciones de cobre. Las más conocidas para cons-trucción de moldes son:

Aleaciones de cobre-berilio-cobalto. Aleaciones de cobre-Zinc (latón).

Aleaciones de cobre-estaño (bronce, latón rojo).

Aleaciones de cobre-berilio-cobalto

Según su composición, estas aleaciones alcanzan una resistencia de 80 a 150 kp/mm2_{. Son}

suficiente-mente resistentes a la corrosión y, en caso necesario, pueden ser también cromadas o niqueladas.

Las aleaciones de cobre-berilio-cobalto se emplean principalmente para la fabricación de elementos inte-riores y boquillas, siempre que existan particulares exigencias referentes a la conductibilidad térmica. Este caso se presenta particularmente en los moldes de canal caliente, en los que debe evitarse la solidificación del bebedero para poder trabajar de un modo rentable, es decir, con rapidez y sin grandes rechazos de piezas. Los moldes de aleaciones de cobre-berilio-cobalto pueden ser colados, alcanzándose una buena reproducción de los contornos al efectuar la solidificación bajo presión.

Aleaciones de cobre-cinc (latón)

El latón es poco apropiado para la fabricación de moldes debido a su baja resistencia a la abrasión. En la Inyección de plásticos, generalmente sólo se emplea para la fabricación de las boquillas de que disponen los moldes de canal caliente.

Aleaciones de cobre-estaño (bronce, latón rojo)

Debido a los valores reducidos de resistencia a la tracción (entre 50 y 60 kp/mm2_{), el campo de aplicación}

del bronce es muy limitado en la construcción de moldes. El bronce se emplea principalmente para la fabricación de moldes para soplado de cuerpos huecos y para moldeo al vacío. Como en el caso de todas las aleaciones de cobre, se aprovecha aquí su buena conductibilidad térmica y la facilidad de colado. En la tabla 6 se Indican las aleaciones usuales de cobre.

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MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE MOLDES TABLA 6. Aleaciones de cobr e par a moldes de in yección

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Cinc y sus aleaciones

Debido a sus reducidas características mecánicas, el Zinc y sus aleaciones se emplean solamente para la fabricación de moldes destinados a inyecciones de prueba, o a la producción de series reducidas. Sin embargo, se utilizan con mayor frecuencia para la fabricación de moldes para soplado o para moldeo al vacío, ya que éstos no están sometidos a tan elevados esfuerzos mecánicos.

Los moldes de Zinc y de sus aleaciones se obtienen generalmente por colada, resultando particularmente ventajosa su baja temperatura de aplicación (punto de fusión, aprox. 390º C; temperatura de colada, 410 a 450º C). Esta temperatura permite emplear, además de los modelos de acero, también los de madera, yeso o incluso de plástico, siendo estos últimos de fabricación sencilla y rápida. Por otra parte, los moldes pueden fabricarse también por colada sobre arena. Los moldes colados sobre arena tienen, por lo general, una exactitud de medidas inferior a la de los obtenidos por colada sobre un modelo. Además, es preciso efectuar un trabajo posterior más importante. Tras la colada se mecanizan los planos de partición del molde, confeccionándose los cantos prensores eventualmente necesarios (sólo en moldes para soplado de cuerpos huecos, se confeccionan en acero templado). Después de ello, los elementos interiores del molde se fijan a un bastidor de acero o a un armazón de soporte.

Los moldes de Zinc y sus aleaciones pueden fabricarse también por troquelado en caliente y pueden emplearse hasta temperaturas de alrededor de 100º C. En la tabla 7 se indican las propiedades de las aleaciones de Zinc más adecuadas para la construcción de moldes.

Tabla nº 7 . Aleaciones finas de zinc para moldes de inyección

Denominación Peso Punto de Contracción Dilatación Resistencia

Alarga-específico fusión térmica a la tracción miento

[g/cm2_] _{[º C]} _[%] _[10-6_{/º C]} _[kp/mm2_] _[%] medido sobre 50 mm Zamak 6,7 390 1,1 27 22-24 1-2 Kirks1te A 6,7 380 0,7-1,2 27 26,6 3 KAYEM 6,7 380 1,1 28 23,6 1,25

KAYEM 2 6,6 358 1,1 - 14,9 Muy bajo

Tabla nº 7 (Continuación)

Dureza Resistencia Resistencia

Brinell a la compresión al cizallamiento

(resiliencia) [kp/mm2_] _[kp/mm2_] _[kp/mm2_] 100 60-70 30 100 42-52,7 24,6 109 79,3 -145-150 68,5

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Aluminio y sus aleaciones

Las ventajas particulares del aluminio son su reducido peso específico, su elevada conductibilidad térmica, su buena estabilidad química y su fácil mecanización. La aplicación queda limitada en virtud de su reduci-da resistencia. El aluminio puro tiene una resistencia a la tracción de 7 a 9 kp/mm2_{en estado recocido.}

Mediante una importante conformación en frío puede aumentarse la resistencia a la tracción hasta 13 a 18 kp/mm2_.

Sin embargo, estos valores de resistencia del aluminio no son, por lo general, suficientes para los moldes de inyección. Son más favorables las aleaciones de aluminio templadas por precipitación, que se desa-rrollaron como aleaciones maleables y de fundición; éstas alcanzan resistencias de hasta 50 kp/mm2_{. Las}

resistencias máximas se consiguen con las aleaciones endurecibles AlCuNi, AlCuMg y AlMgSi, cuya temperatura permanente de trabajo se sitúa por debajo de los 120º C. En la construcción de moldes con aleaciones de aluminio hay que tener en cuenta el pequeño módulo de elasticidad en comparación con el acero, la elevada dilatación térmica y la alta sensiblidad a la entalladura. Deben evitarse los cantos agu-dos. Las superficies de las zonas sometidas a mayores esfuerzos deben pulirse cuidadosamente. Debido a las bajas características mecánicas, los moldes de aluminio o sus aleaciones se emplean raras veces en inyección, excepto para la fabricación de moldes de inyección prototipo, pero son empleados muy frecuentemente para la obtención por soplado de cuerpos huecos, el moldeo al vacío y la elaboración de espuma estructural.

Aleaciones de estaño-bismuto

Las aleaciones de estaño-bismuto se encuentran en el mercado bajo el nombre de aleaciones Cerro. Son cuerpos pesados, relativamente blandos, que poseen un bajo punto de fusión y son apropiados para fundición normal a presión por gravedad y al vacío. Además, pueden también aplicarse, mediante una pistola, para proyección metálica.

El punto de fusión de las aleaciones estaño-bismuto oscila entre 138 y 170º C. Al solidificarse, no se produce contracción alguna; por ello, tales materiales consiguen reproducciones muy exactas en cuanto a dimensiones, las cuales pueden obtenerse fácilmente y fundirse de nuevo más tarde. Debido a sus bajas propiedades mecánicas, los moldes fabricados con aleaciones Cerro solamente son apropiados para in-yecciones de ensayo (moldes prototipo).

Las propiedades físicas de algunas aleaciones Cerro se indican en la tabla 8.

TABLA 8. Aleaciones Cerro para moldes de inyección

Denominación Peso es- Punto Calor es- Dilatación Conductibili- Dureza (marca pecífico de fusión, pecífico térmica dad térmica Brinell

registrada) intervalo

de fusión

[g/cm2_] _[ºC] _[kcal/kg] _[10-6_{/º C]} _{[cal/cm sºC]} _[kp/mm2_]

Cerrotru 8,64 138 0,45 15 0,05 22

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Tabla 8 Continuación

Resistencia Alargamiento Carga Análisis

a la rotura con carga permanente orientativo

lenta máxima

[kp/mm2_] _[%] _[kp/cm2_] _{% Bi} _{% Sn}

5,6 200 35 58 42

5,6 200 35 40 60

Materiales no metálicos-resinas colables

Para inyecciones de prueba destinadas a obtener muestras de artículos que deben ser fabricados por inyección, se emplean ocasionalmente moldes obtenidos con resinas colables macizas. Estos moldes pueden obtenerse en forma particularmente económica y no exigen conocimientos excesivos por parte del constructor.

Por lo general, el material básico es la resina epoxídica. El endurecimiento puede tener lugar en frío o en caliente; para el endurecimiento a temperaturas elevadas, se agregan a la resina anhídridos de ácido, y para el endurecimiento a temperatura ambiente, aminas o amidas. Para mejorar la conductibilidad térmica y la resistencia a la compresión, así como para disminuir la contracción, se mezclan a la resina, entre otros, materiales de relleno metálico (polvo metálico).

La contracción, gracias al empleo de estos materiales, alcanza aproximadamente el 1 %. Para la cons-trucción de moldes se emplean casi exclusivamente resinas epoxídicas de viscosidad media y endureci-miento en frío, las cuales, tras la adición del endurecedor, se transforman totalmente por poliadición, pasando del estado líquido al sólido con reticulado tridimensional. Como modelos para la colada pueden emplearse tanto las piezas de acero como las de yeso, madera y plástico. Antes de efectuar la colada, se aplica una capa de cera y una materia desmoldeante sobre los modelos, a fin de conseguir una separación perfecta entre la masa de resina y el modelo.

Tras la colada, la masa de resina se sujeta a un molde metálico patrón en forma de bastidor. Este bastidor metálico tiene la misión de absorber las fuerzas producidas durante la inyección. Además, las zonas sometidas a altos esfuerzos mecánicos pueden reforzarse por inserción de elementos metálicos antes de efectuar la colada de la masa. De ser necesarias uniones roscadas, no hay que filetear las roscas en la masa de resina (por su gran sensibilidad a la entalladura), sino que, antes de la colada, se prepararán elementos metálicos con taladros roscados.

El enfriamiento lento del molde puede preverse igualmente antes de la colada; para ello, se colocan serpentines tubulares prefabricados, los cuales, por otra parte, constituyen un refuerzo de la masa del molde.

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Además de las masas de resina epoxídica, se emplean también en la fabricación de moldes las masas de metacrilato y poliéster. Sin embargo, estas resinas colables solamente son apropiadas para moldes des-tinados a inyecciones de ensayo. Su principal aplicación se encuentra más bien en la construcción de moldes para moldeo al vacío, plantillas, patrones para copiado y similares.

MATERIALES OBTENIDOS GALVÁNICAMENTE

La separación metálica producida galvánicamente proporciona un nuevo medio para ejecutar, con exactitud de medidas, vaciados de formas complicadas. Existe una serie de materiales para el moldeo galvánico.

Los más importantes para la fabricación de moldes son el níquel y las aleaciones de níquel-cobalto, ya que presentan las mejores propiedades de resistencia, poseen la máxima dureza superficial y tienen un com-portamiento óptimo frente a la corrosión y la abrasión. Además, estas propiedades pueden variarse nota-blemente mediante la elección de determinados electrolitos de níquel y las condiciones de segregación.

El cobre y el hierro obtenidos galvánicamente son excesivamente blandos para utilizarlos como materiales para moldes, incluso en su forma galvánicamente más dura. En cambio, el cromo galvánico es tan duro que no es posible efectuar un trabajo posterior, como, por ejemplo, el taladro de orificios para los eyectores; por otro lado, el cromo galvánico presenta fuertes tensiones internas, que pueden conducir fácilmente a la formación de grietas en la capa de cromo. En la tabla 9 se Indican algunos materiales obtenidos galvánicamente y sus propiedades.

TABLA 9. Materiales obtenidos galvánicamente para moldes de inyección

Material Resistencia Límite de

a la tracción alargamiento [kp/mm2_] _[kp/mm2_] Níquel 36-151 23-64 Níquel (blando) 35-39 7-12 Níquel-cobalto 60140 70-145 -Hierro 26-55 -Cobre 7-56 8-11 Cobre (blando) 18-26

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MATERIALES CERÁMICOS

Recientes investigaciones han permitido comprobar que también los materiales de este grupo son apropia-dos para la construcción de moldes. Los ensayos se realizaron con carbón sintético electrografitado. Este material presenta una serie de propiedades que resultan particularmente importantes para la fabricación de moldes.

Carbón sintético

El carbón sintético se caracteriza por una excelente estabilidad con los cambios de temperatura, buen comportamiento deslizante, resistencia química prácticamente universal, buena conductibilidad térmica y reducida densidad. El carbón sintético se fabrica a base de coque de petróleo, coque de brea de alquitrán de hulla, grafito, negro de humo y antracita. Estos productos se trituran, se mezclan con aglomerantes (alquitrán de hulla, brea de alquitrán de hulla o resinas sintéticas) y se elaboran en prensas de extrusión o recalcado, las cuales, con una presión de unas 2 t/cm2_{permiten obtener el material en bruto.}

Las piezas así obtenidas se cuecen luego a 1000º C según un proceso que dura varias semanas, produ-ciéndose, de este modo, la coquización de los aglomerantes. El carbón sintético empleado para la fabrica-ción de moldes se transforma a continuafabrica-ción en electrografito mediante hornos de resistencia eléctrica que operan a unos 2800º C (duración unos 14 días). Como el grafito es poroso, debe ser seguidamente impreg-nado, ya que, de otro modo, el líquido refrigerante podría penetrar en la cavidad del molde. Además, el proceso de impregnación mejora la resistencia y el comportamiento a la abrasión.

Corrientemente, se efectúa la impregnación con brea de alquitrán de hulla, resinas sintéticas y metales. Es conveniente que el electrografito empleado para la fabricación de moldes se impregne con metal para alcanzar una mejor conductibilidad térmica. Para la impregnación metálica se emplean metal blanco, bronce de plomo, antimonio y plata, según las exigencias que tenga que satisfacer el grafito. La impreg-nación se efectúa en un baño metálico a presión, una vez efectuado el vacío para eliminar el aire de los poros .La figura inferior muestra en esquema la fabricación de carbón sintético.

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Los moldes de electrografito se obtienen por mecanizado. Para ello, se emplean las mismas máquinas y herramientas usadas para los metales. Sin embargo, en la mecanización del grafito no se produce viruta como en el caso de los metales, sino que el material arrancado se fragmenta. De todos modos, el polvo de carbón originado puede eliminarse con relativa facilidad mediante un aspirador de polvo, sin poner en peligro los rodamientos de las máquinas de mecanización. En la tabla 10 se resumen las propiedades térmicas y mecánicas de algunos tipos de grafito.

TABLA 10. Tipos de grafito (sin impregnar) para moldes de inyección

Denominación Peso Porosidad Dureza Shore Módulo de Resistencia

específico elasticidad a la flexión

[g/cm3_] _[%] _[kp/cm2_] _{[ kp/cm}2_]

EK 82 1,75 13 40-50 96000 350

EK 85 1,83 11 55-65 90000 320

EK 87 1,80 11 55-65 110000 510

EK 41 1,70 16 45-55 95000 320

Debido a sus propiedades mecánicas, el grafito es solamente apropiado para la fabricación de elementos interiores del molde (cavidades y machos). Su empleo queda limitado por la configuración de las piezas y la forma de construcción del molde. Si la construcción adoptada es la apropiada para el material, los moldes de grafito son adecuados incluso para grandes series.

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MATERIALES PARA ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO Y MONTAJE

(BASTIDORES) EN MOLDES DE INYECCIÓN (ELEMENTOS

NORMALIZADOS PARA MOLDES)

Además de las piezas del molde que entran en contacto con el plástico o materiales de moldeo, para la construcción de un molde se precisa una serie de piezas sometidas también a esfuerzos mayores o menores. Estas son, en particular, los eyectores, columnas y manguitos de guía, placas de fijación, placas intermedias, placas de alojamiento de postizos de figura, expulsores, placas distanciadoras, bri-das de centrado, etc.; estos elementos pueden adquirirse actualmente ya terminados. Con ayuda de los mismos pueden fabricarse moldes completos por el sistema de unidades normalizadas, ya que el realiza-dor solamente debe efectuar su montaje particular.

Gracias a su producción en grandes series, estos elementos de funcionamiento y montaje, los llamados normalizados, tienen un precio relativamente favorable.

Resistencia Resistencia Dilatación Conductibilidad

a la compresión a la tracción térmica térmica

[kp/cm2_] _[kp/cm2_] _[10-6_{/º C]} _{[cal/cm s ºC]}

760 210 2,6 0,30

660 220 2,9 0,35

1150 380 1,6 0,25

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TABLA 11.

Acer

os par

a pie

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ÍNDICE

TECNOLOGÍAS PARA LA FABRICACIÓN DE

MOLDES DE INYECCION (CONSTRUCCIÓN)

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ELABORACIÓN DE LOS MATERIALES PARA MOLDES

En la elaboración de los materiales para moldes se distinguen los siguientes procedimientos:

Mecanización con arranque de viruta. Convencional y MAV Fabricación sin arranque de material. Enclavado

Fabricación por erosión eléctrica - electroerosión. (EDM) Galvanotécnia ---> No Fotograbado

Rapid Tooling, electroforming, rapid prototyping.

MECANIZADO CON

MECANIZADO CON ARRANQ

ARRANQ

ARRANQUE DE

UE DE

UE DE VIR

VIRUT

VIR

UT

UTA

A

Aproximadamente el 90% de todos los moldes pueden obtenerse por mecanización. En esta modalidad de fabricación intervienen principalmente trabajos de torno, fresa y pulido.

Las máquinas, muy frecuentemente máquinas especiales, tienen que dejar el molde perfectamente acaba-do, de modo que sólo sea necesario un pequeño repaso manual. Conviene que este trabajo de repaso posterior quede limitado al pulido necesario para conseguir una buena calidad de superficie. Con las máquinas y herramientas que se encuentran actualmente en el mercado, pueden elaborarse por mecani-zado tanto los aceros de nitruración, de cementación y de temple completo, como los ya bonificados en

estado de suministro con resistencias de hasta 150 kp/mm2_.

Conviene señalar, no obstante, que los aceros se trabajan más rentablemente con resistencias de 60 a 80

kp/mm2_{. Al arrancar material, se originan tensiones, o bien, se liberan tensiones ya presentes em el}

mismo; éstas pueden producir una deformación inmediata o durante un posterior tratamiento térmico. Por ello. es aconsejable efectuar un recocido de eliminación de tensiones en el molde, después de desbasta-do. En el posterior afinado, que generalmente no da lugar a tensiones, puede compensarse todavía una deformación eventualmente producida.

Tras el tratamiento térmico, se esmerilan y pulen los moldes para conseguir un buen acabado de su superficie. La calidad superficial es, en definitiva, un factor decisivo para la calidad de las piezas. Por el contrario, la superficie de los moldes para soplado se trata con chorro fino de arena para conseguir una mejor aireación; simultáneamente se consigue además con ello un efecto de superficie especial en la pieza terminada estructura de piel de naranja).

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Los procesos de fabricación indicados en la tabla 12 pueden servir como orientación respecto al modo de proceder para conseguir buenas superficies.

TABLA 12. Procesos en el tratamiento de esmerilado y pulido

Fase de trabajo Operaciones Abrasivos

1) grano 40-180 Tela de esmeril, fieltro con corindón

Esmerilado fino 2) grano 300-400 Pasta de carborundo aplicada sobre paños de fieltro

3) grano 600-800 Pasta de carborundo con aceite, por ejemplo, aceite rubí o estearina

Pulido previo 4) grano 3-10 υm «Pasta verde de pulir» - mezcla de parafina con óxido de cromo Pulido final 5) grano 0,25-1υm Arcilla de aluminio (óxido de aluminio) disgregada con agua destilada

en la proporción 9:1; carburo de boro y polvo de diamante

Entre las diversas fases de pulido se limpiarán intensamente los moldes con petróleo u otro líquido adecua-do, al objeto de eliminar la totalidad de granos de abrasivo de la etapa precedente, antes de iniciar el trabajo con una muela de grano más fino. Sólamente así puede evitarse un nuevo rascado o una formación de estrías. La dirección de esmerilado, con los diversos abrasivos, debe variar 90º en cada operación, pues de este modo puede verse más fácilmente si el esmerilado precedente ha sido pulido por completo.

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ELABORACIÓN SIN ARRANQUE DE MATERIAL

ESTAMPADO-TROQUE-LADO, EMBUTIDO. (ENCLAVADO)

La elaboración sin arranque de material, en la fabricación de moldes para inyección, se emplea principal-mente cuando hay que obtener cavidades del molde con una superficie de difícil consecución por mecani-zado. El punzón, estampa o troquel se elabora exteriormente según el perfil deseado. Un contorno puede elaborarse en una superficie exterior mucho más rápida, exacta y económicamente que el correspondiente en una cavidad del molde. El punzón templado, que posee el contorno de la pieza a fabricar, se sumerge con presión creciente y a poca velocidad, entre 0,1 y 10 mm/min , en una matriz de acero recocido suave.

Pueden embutirse, estamparse o troquelarse rentablemente los aceros con una resistencia en estado

recocido de hasta 60 kp/mm2_{. Las dimensiones de la matriz dependen del contorno y, por tanto, del}

punzón a emplear. Para garantizar el flujo del material en la matriz al proceder al embutido, conviene que la altura de la misma no sea menor de 1,5 a 2,5 veces el diámetro del punzón. Si el flujo de material no es correcto, se produce un embutido a sacudidas, que da lugar a una superficie escamosa. Las dimensiones de los contornos a embutir están limitadas por la carga máxima a la compresión de los punzones, que es

de unos 300 kp/mm2_{. Cuando los contornos son profundos, el embutido no puede realizarse muchas veces}

en un solo proceso de trabajo; hay que efectuar entonces un recocido intermedio de la matriz pudiendo ser precisosrecisos, en casos extremos, varios recocidos íntermedios.

Son de gran importancia las superficies de la matriz y del punzón. Conviene que las superficies estén pulidas, para no obstaculizar el flujo de material durante el embutido o estampado y evitar la adherencia o la soldadura en frío. Por la misma razón, se procurará que la lubricación sea suficiente. Como lubricante, se ha mostrado muy apropiado el bisulfuro de molibdeno, mientras que los aceites no tienen en general suficiente resistencia a la compresión. El punzón recibe muchas veces un recubrimiento de cobre en forma de solución de sulfato de cobre, para disminuir el rozamiento tras el pulido.

Los elementos de molde obtenidos por troquelado se someten a un recocido de eliminación de tensiones antes de la elaboración mecánica final, para que en el tratamiento térmico definitivo no puedan producirse deformaciones.

Junto a la ventaja ya indicada de que el punzón o troquel puede obtenerse en forma más económica que la correspondiente cavidad, indicaremos también que con ellos pueden fabricarse en poco tiempo varios elementos de moldeo de iguales dimensiones con superficie particularmente buena. La calidad superficial de los elementos de moldeo obtenidos por embutido o troquelado se debe a que no se cortan las fibras del material, contrariamente a lo que ocurre con el mecanizado. La figura 3 muestra la representación esque-mática del proceso de conformado. En la figura 4 se representa un molde para plásticos obtenido por troqueladoembutido.

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Figura 3. Representación esquemática del proceso de troquelado o estampado.

Figura 4. Elmento del molde obtenido por troquelado (izquierda); troquel (derecha).

ELABORACIÓN POR EROSIÓN ELÉCTRICA. ELECTROEROSIÓN

La electroerosión es un proceso de conformación en el que se aprovecha el efecto de desgaste producido por descargas eléctricas breves y consecutivas, con tensiones alternas, entre el electrodo y el molde, dentro de un líquido dieléctrico (agua, o hidrocarburos como petróleo, gasolina, etc.).

Mediante cada una de las breves descargas sucesivas se calienta, a la temperatura de fusión o vaporiza-ción, un volumen limitado de la pieza y del electrodo, que se elimina explosivamente de la zona de trabajo mediante fuerzas mecánicas y eléctricas. Con ello se originan cráteres en ambos electrodos, cuyas di-mensiones dependen de la energía de la chispa, que permiten distinguir entre desbastado (impulsos de gran energía) y afinado. La multiplicidad de cráteres de descarga da a las superficies una estructura con concavidades, cierta aspereza y el aspecto mate característico sin líneas de fabricación orientadas. Las partículas separadas son transportadas por el dieléctrico, hacia fuera de la zona de trabajo, con ayuda de un dispositivo de compresión o aspiración, quedando depositadas en el recipiente del dieléctrico. La pola-ridad entre herramienta y pieza depende de los respectivos materiales y se determina de modo que la pieza sufra el máximo desgaste en volumen.

Como material para electrodos, se emplean: grafito, cobre electrolítico o aleaciones de cobre-tungsteno. La ventaja especial de este proceso estriba en que con él se pueden trabajar todos los materiales conduc-tores, independientemente de su resistencia mecánica. La figura 5muestra el principio de la electroerosión.

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Medio de trabajo: Líquido dieléctrico (petróleo)

Herramienta: Bloque perfilado según la pieza a reproducir con desgaste

Desbastado: < 5 % vol %

Afinado: 50 % vol %

Tensión de trabajo: 40-200 V Intensidad máx. de corriente: 5-10 A/cm2 Frecuencia de Impulso: 0,2-100 kHz Disfancla de trabajo: 0,005-0,5 mm Velocidad de erosión: < 2 mmlmin Rendimiento específico de erosión: Aprox. 8 mm3_{lA. min}

Figura 5. Principio del proceso de le electroerosión

GALVANOTECNIA FOTOGRABADO

Como ya se ha indicado, casi el 90 % de los moldes se fabrican por mecanizado, mediante torno o fresa. Naturalmente, de este modo el perfil positivo puede obtenerse, controlarse en cuanto a dimensiones y pulirse con más facilidad que el perfil negativo. Se alcanza el límite de la fabricación mecánica cuando hay que configurar la matriz de un modelo complicado (adorno de muebles, caña de bolígrafo), en el que sea de gran Importancia la fidelidad al original. En tales casos se emplea el moldeado galvánico, que se caracte-riza por una excelente calidad de superficie y una gran exactitud de reproducción.

Para la conformación por galvanizado se parte de un modelo positivo o negativo del artículo deseado. Sobre dicho modelo se deposita galvánicamente una capa metálica de suficiente espesor. La elección del metal se efectúa según las propiedades mecánicas exigidas de la pieza. Los metales más adecuados para la fabricación de los moldes son el níquel y las aleaciones níquel-cobalto. El níquel se precipita galvánicamente sobre el modelo hasta un espesor de 5 mm. Esta capa de níquel se refuerza por detrás con una capa de cobre, también galvánica, cuyo espesor se sitúa entre 10 y 15 mm.

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Figura 6. Principio de la fabricación galvánica de elementos para moldeo de plásticos.

Tras el galvanizado se separa el modelo de la pieza obtenida, que es de por sí totalmente estable, y puede pasar al siguiente proceso de fabricación. La pieza obtenida por galvanizado se mecaniza generalmente para ser montada como elemento de moldeo en un molde patrón. La figura 6 muestra el principio de la fabricación galvánica de un elemento de moldeo.

Figura 7. Debilidad en los cantos y forma de evitarla: a Debilidad de cantos o rincones, b por vaciado intermedio de las zonas peligrosas, c por incorporación de un anillo, d modificación constructiva aumentando el radio, e prolongando el modelo.

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Material para el moldeo

Mecanizado

Material para el moldeo

Conformación galvánica

Modelo positivo

Conformación con material epoxídico

Modelo positivo

Conformación galvánica

Elemento de molde con el negativo del moldeo

Inyección

Pieza inyectada

Figura 8. Obtención de piezas moldeadas por inyección aplicando la galvanotecnia para la fabricación del molde.