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Diciembre de 2019 Página 2 de 2

Cómo seleccionar el mejor material para molde de inyección

Ing. Andrés Francisco Urbina Ramirez, MSc.

Los desarrollos en aceros para herramienta permiten obtener mejores prestaciones a la hora de fabricar moldes de inyección. Conozca qué debe tener en cuenta para escoger el mejor material.

Todas estas características son ventaja en la medida que el cuello de botella sea la transferencia térmica y cuando no pueda llegarse con agua de refrigeración a ciertas zonas estrechas del molde, difíciles de mecanizar, a las cuales se hace difícil después un tratamiento térmico y pulido posterior. La Figura 1 muestra una comparación de curvas de conductividad térmica de 5 materiales. Allí, es perceptible la diferencia en conductividad de cerca del doble del valor, entre el último descrito y un acero tradicional como el P20. En contraste, al aplicar una aleación de muy alta conductividad basada en cobre-berilio como la Moldmax HH, se alcanzan valores entre 5 y 7 veces mayores que la de los aceros. Esto reduce aún más los tiempos de ciclo en la producción del plástico, pero debido a su pobre maquinabilidad, bajo rendimiento durante la electroerosión y baja dureza superficial alcanzable (hasta 40 HRC), sólo debería utilizarse en condiciones de muy baja capacidad de llegar con circuitos de refrigeración a la superficie del molde. Allí es donde cobra importancia la creación de aleaciones como el Thermodur 2383, que tiene un muy buen compromiso entre propiedades mecánicas y térmicas.

Con la ayuda del software alemán SIGMASOFT Virtual Molding, se realizó un experimento de simulación de un molde de inyección comparando 5 materiales y para encontrar la influencia de su conductividad térmica en la temperatura superficial de la cavidad y por tanto en la velocidad con la que se solidifica una pieza. En la Figura 2, se observa la diferencia entre temperaturas en la superficie del molde (a) y su efecto en el porcentaje de solidificación del plástico tras un tiempo determinado (b). Allí se ve que un acero como el Thermodur 2383 puede generar tiempos de ciclo 25% menores con respecto a un H13 y más de un 50% con respecto a un P20 tradicional. Esto es claramente una ventaja sobresaliente a la hora de escoger el material para una aplicación de inyección.

Cómo seleccionar el mejor material para molde de inyección

Cómo seleccionar el mejor material para molde de inyección

Figura 2. Comparación tras 21 ciclos de inyección de 5 aleaciones temperatura de cavidad (izquierda) y tiempo de solidificación estimado (derecha) para cada una [Cortesía SIGMASOFT Virtual Molding].

Manufacturabilidad del molde - ¿La conductividad lo es todo?

La discusión de la escogencia del material siempre tiene un equipo interdisciplinar en escena que incluye a las áreas de desarrollo de producto plástico, de moldes, taller, producción, calidad y financiero, entre otros. El punto anterior presenta una visión técnico-productiva para cuantificar la reducción en tiempo de ciclo aproximado de una pieza plástica (Fig. 2 - b), sin embargo, desde el punto de vista del diseñador del molde y del taller, se debe tener claro que el concepto de eficiencia no solo está basada en la remoción de calor del acero. Allí también juegan rubros importantes como la resistencia a la corrosión y al desgaste, acabado superficial, facilidad de reparación y/o soldabilidad y maquinabilidad.

De manera adicional a los materiales en este estudio, se presentan 3 nuevos materiales: El aluminio, muy útil para aplicaciones como moldes prototipo y de lotes de producciones bajas. El segundo es el acero PHS NAK55, una aleación desarrollada para reemplazar el P20 por sus aptitudes de maquinabilidad entre 30 % y 40 % superiores, no requiere de alivio de tensiones, remoción fácil de la capa que deja la electroerosión, entre otras. Para cerrar la brecha de aplicaciones, se coloca en la comparación al Mirrax EXR, un acero inoxidable de alta capacidad de pulido presentado por Uddeholm en la feria NPE 2018.  Los criterios de evaluación cualitativa se presentan en la Tabla 1 con Muy Bueno (MB) Bueno (B), Regular (R) y Malo (M).

Cómo seleccionar el mejor material para molde de inyección

Tabla 1. Comparación de diferentes aleaciones de acuerdo a los requerimientos más importantes para fabricación de moldes.

Como resultado se puede ver que hay aleaciones que cumplen muy bien con los criterios térmicos, como lo son el aluminio y un material como el Moldmax, sin embargo pierden la pelea claramente en términos de desgaste y acabado superficial, cuando se comparan con los aceros estudiados aquí. 

Sin embargo, a la hora de encontrar un compromiso que genere excelentes resultados desde el punto de vista de productividad (que es la razón para la que se debe hacer un molde), maquinabilidad y vida útil, nuevos materiales como el Mirrax, el Thermodur o el NAK55 sacan la cara sobre materiales tradicionales.

El ejercicio realizado aquí, de generar la simulación térmica del molde, se convierte en una herramienta que justifica de sobra el tema del mayor costo de las aleaciones especiales sobre los materiales convencionales. Siempre debe verse el valor entregado por un producto, antes que su costo inicial.

Fin.

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