eDesign-Flow permite simular el proceso completo de
llenado de moldes por inyección con materiales termoplásticos poliméricos y
anticiparse a los problemas que se presentan en piezas de plástico mal
inyectadas, por ejemplo detectar la posición de líneas de soldadura no
deseadas (weld-lines), conocer si el llenado del molde es insuficiente (short-shot),
predecir las zonas con aire atrapado (air-trap), evitar endiduras y
depresiones en la superficie de la pieza (sink-marks), evitar
deformaciones excesivas al expulsar la pieza del modelo (warpage), evitar
rebabas (flash), puntos negros y zonas quemadas (burn-marks), etc... Las capacidades del
análisis explícito de Moldex3D/eDesign-Flow le permiten al usuario
conocer al detalle el flujo de materiales plásticos tanto a nivel microscópico
como macroscópico, considerar efectos inerciales y gravitacionales, entender
cómo progresa el avance del frente de flujo en el molde para obtener una pieza
correcta.
Análisis de Llenado realizado con Moldex3D/eDesign-Flow
 Características
del Proceso de Llenado:
En el proceso de moldeo por inyección, el llenado
de la cavidad es el primer paso. Básicamente, es un problema tridimensional
transitorio con un frente de flujo de material polimérico en movimiento. Es un proceso complicado con
acoplamiento fluido-térmico que incluye el flujo de un fluido no-Newtoniano +
transmisión de calor acoplada. En general durante la fase de llenado pueden
aparecer
defectos si el diseño no es bueno, o el material, o las condiciones de contorno
del proceso no son adecuadas.
Diagrama esquemático de la fase de llenado
en el moldeo por inyección
El análisis del llenado de moldes por
inyección se define como el proceso mediante el cual un material polimérico se
inyecta en la cavidad de un molde por presión. Y es esta presión quien
forzará al material a llenar la cavidad del molde. En general, la presión
mayor se localiza en la piquera (Sprue). Según aumenta la distancia a
las puertas, la presión decrece debido a las pérdidas de carga del fluido por
rozamiento con las paredes del molde. Al mismo tiempo, la presión menor aparece
en el avance del frente de flujo (Melt Front). La diferencia de presión
es la primera fuerza propulsora del material termoplástico. Normalmente,
durante el proceso de llenado el material polimérico tiendo a fluir hacia las
cavidades de menor resistencia. Las regiones del molde donde el plástico avanza
más rápido indica que en esa área se ejerce una menor resistencia contra el
flujo de material. De forma similar, un menor avance del frente de flujo
(indicado por una mayor densidad de las líneas equipotenciales) representa un
área con mayor resistencia contra el flujo de material. 
Comportamiento del flujo de material termoplástico
durante el proceso de llenado
Durante el
proceso de llenado, la viscosidad es una importante característica de los
materiales poliméricos. Una elevada viscosidad indica una elevada resistencia
al flujo de material. En efecto, la viscosidad de un polímero se puede ver como
la medida de la resistencia al flujo. Además, existen numerosos factores que
afectan a la viscosidad (básicamente la temperatura local, coefficiente de
transferencia de calor, coeff. de cortadura y espesor) que deberán tenerse en
cuenta para obtener un proceso de llenado de buena calidad. De todos ellos, el
espesor es uno de los factores más críticos. Una pieza de plástico gruesa
tendrá una menor resistencia al flujo, y al mismo tiempo como la conductividad
térmica de los materiales termoplásticos es muy mala, la parte gruesa no
podrá evacuar su calor con facilidad. Además, en la parte gruesa es muy fácil
compensar la pérdida de energía debida a la baja resistencia al flujo. Por
tanto, las partes más gruesas son habitualmente las zonas más calientes del
molde, y por otro lado, las partes más finas de la pieza de plástico tienen
una elevada resistencia al flujo y por tanto el moldeo es más complicado.
Comportamiento del material en función del espesor
de la pieza
Errores de Moldeo
Más Comunes y Soluciones:
Los defectos en las piezas moldeadas se deben a
situaciones complejas. Las principales razones son las siguientes:
 |
Mal funcionamiento de la máquina de
inyección. |
|
Condiciones de moldeo inapropiadas. |
|
Mal
diseño del molde o de la pieza. |
|
Selección
inapropiada del material de moldeo. |
Problemas más comunes que se presentan en piezas de
plástico mal inyectadas
Short
Shot:
Este problema se presenta cuando el plástico no
llena la cavidad del molde completamente y alguna parte de la pieza tiene una
forma incompleta. q
Causas:
|
El volumen inyectado o la presión de
inyección son insuficientes |
|
La velocidad de inyección es tan baja
que el plástico moldeado solidifica antes de llegar al final del molde. |
q
Soluciones:
|
Aplicar una presión de inyección
mayor. |
|
Instalar
dispositivos de vacío o ventilación por aire. |
|
Cambiar
la forma del molde, el espesor de las paredes, número y posición de las puertas de inyección, la longitud de los canales de inyección, etc.. para
mejorar el flujo del plástico. |
Problemas de llenado (short-shot)
Hesitation:
En piezas con múltiples caminos o conductos el
flujo ralentiza su avance en regiones de pequeño espesor. Esto causa que el
frente de moldeo se enfríe en dichas zonas y que en algunos casos hasta se
solidifique antes de completar el proceso de llenado, causando problemas de
falta de llenado (short-shot). Esto suele pasar en piezas que contienen
diafragmas, nervios y articulaciones de pequeño espesor. q
Causas:
|
La variación del espesor de la pared
es muy grande. |
|
La velocidad de llenado es muy lenta. |
|
Compactación pobre. |
|
Tensiones
elevadas y orientación no uniforme de las moléculas del plástico. |
q
Soluciones:
|
Colocar
la posición de los inyectores lejos del área de ralentización. |
|
Incrementar
el espesor de la pared donde ocurre ralentización del flujo. |
|
Reducir
la resistencia al flujo. |
|
Usar
un material menos viscoso. |
|
Inyectar
más rápido. |
|
Incrementar
la temperatura del plástico moldeado. |
Problemas de llenado (Hesitation)
Flash:
Este defecto consiste en pérdidas de material en
la línea de partición del molde o en el punto de instalación de ejector. Es
un fenómeno donde el plástico polimérico se derrama y se producen rebabas. q
Causas:
|
Mala calidad de precisión del molde. |
|
El plástico polimérico tiene una
viscosidad muy baja. |
|
La
presión de inyección es muy elevada, o la fuerza de apriete del molde
muy baja o insuficiente. |
q
Soluciones:
|
Mejorar
la calidad y precisión superficial de las caras del molde, inyectores y
agujeros. |
|
Reducir
la velocidad de inyección. |
|
Aplicar
una presión sobre el molde bien balanceada para conseguir una fuerza de
apriete consistente, o incrementar la fuerza de apriete. |
|
Evitar
excesivas diferencias en espesores de pared siempre es lo más efectivo. |
Errores de moldeo
Burn
Mark:
Este defecto consiste en la aparición de puntos
negros, rayas o manchas de color oscuro en la superficie de la pieza. q
Causas:
|
Degradación del material en el
tornillo o en los canales de alimentación. |
|
El aire atrapado se quema debido a una
rápida compresión adiabática. |
q
Soluciones:
|
Eliminar
el aire atrapado. |
|
Obtimizar
el diseño del sistema de alimentación para evitar tensiones de cortadura
excesivas. |
|
Modificar
el diseño del husillo. |
|
Chequear
la temperatura del plástico moldeado. |
|
Optimizar
la presión, velocidad de rotación del husillo o la velocidad de
inyección. |
Errores de moldeo (Burn Mark)
Sink
Mark:
Este defecto consiste en la aparición de
depresiones en la superficie de la pieza. La visibilidad del defecto es función
del color así como de la textura de la superficie de la pieza. A pesar de que
este defecto no altera la rigidez o funcionalidad de la pieza, se considera un
error severo de falta de calidad del proceso de inyección. q
Causas:
|
Detalles geométricos muy localizados. |
|
Contracción volumétrica elevada. |
|
Compensación de material insuficiente. |
|
Tiempo
de compactación o enfriamiento muy pequeño. |
|
Elevadas
temperaturas del plástico y/o molde. |
q
Soluciones:
|
Optimizar
el perfil de compactación. |
|
Cambiar
la geometría de la pieza. |
|
Reducir
la contracción volumétrica. |
|
Colocar puertas de inyección en las
áreas con problemas. |
|
Optimizar el diseño de los bebederos. |
|
Cambiar de material. |
Errores de moldeo (Sink Mark)
Jetting:
Este defecto consiste en la aparición de
depresiones en la superficie de la pieza. La visibilidad del defecto es función
del color así como de la textura de la superficie de la pieza. A pesar de que
este defecto no altera la rigidez o funcionalidad de la pieza, se considera un
error severo de falta de calidad del proceso de inyección. q
Causas:
|
Excesiva velocidad del husillo hidráulico. |
|
Diseño y posición de la puerta pobre. |
|
Diseño inadecuado del sistema de
inyección en caliente. |
q
Soluciones:
|
Optimizar
la posición y diseño de la puerta de inyección. |
Errores de moldeo (Jetting)
Flow
Mark:
Este es un fenómeno donde el flujo inicial de
plástico solidificado se mezcla con el siguiente flujo y permanece indisoluble.
Sigue diferentes patrones tales como nubes, escalas o anillos concéntricos. q
Causas:
|
La velocidad de inyección es muy
rápida. |
|
Velocidad
del frente de flujo inestable. |
|
La temperatura del molde o de la pieza
de plástico es muy baja. |
q
Soluciones:
|
Optimizar
el perfil del husillo para un avance del frente de flujo constante. |
|
Aumentar
el área de la puerta. |
Errores de moldeo (Flow Mark)
Weld
Line & Meld Line:
Se produce cuando dos o más frentes de flujo se
encuentran durante la fase de llenado del molde. Si los diferentes frentes de
flujo se enfrían antes de encontrarse entonces no se fusionan bien y se crea
una zona débil en la pieza. Puede aparecer una línea, una muesca y/o un cambio
de color. A menudo se produce en la zona más alejada de la puerta de inyección. q
Causas:
|
Baja temperatura del molde causa la
disolución incompleta del pástico. |
|
A menudo se produce alrededor de
obstáculos. |
|
Mezclar espesores gruesos y finos provoca el corte del
flujo. |
q
Soluciones:
|
Alterar
el número y posición de las puertas de inyección. |
|
Cambiar
el espesor de la pieza para evitar que se parta el flujo. |
|
Incrementar
la temperatura del molde y del plástico. Permite que los frentes de flujo
se fusionen mejor. |
|
Aumentar
la velocidad del husillo de inyección. |
|
Optimizar
el diseño de los bebederos. |
La diferencia entre Meld-Line y Weld-Line depende
del ángulo de encuentro de los flujos convergentes.
q > 135º =
Meld-Line,
q < 135º =
Weld-Line
Air
Trap:
El atrapamiento de aire sucede cuando frentes de
flujos convergentes atrapan burbujas de aire. El aire atrapado puede causar
llenado y compactación incompleta, y a menudo manchas en la superficie de la
pieza. El aire atrapado en bolsas se puede comprimir, arder y causar marcas de
quemaduras. q
Causas:
|
Efecto "pista de carreras". |
|
Ralentización
del flujo (Hesitation). |
|
Flujos
no balanceados. |
|
Ventilación inadecuada. |
q
Soluciones:
|
Ventilar
adecuadamente |
|
Evitar
ralentización del flujo (Hesitation) y efectos "pista de
carreras". |
|
Balancer
correctamente el frente de flujo. |
|
Balancear
los bebederos. |
Errores de moldeo (Air Trap)
Warpage:
Este error por deformación exagerada de la pieza
aparece en el momento de su expulsión del molde. q
Causas:
|
Diferencia de temperatura entre la
superficie y núcleo de la pieza. |
|
Diferencias de espesores en la pieza. |
|
Presión de inyección muy baja. |
|
Presión de compactación insuficiente. |
q
Soluciones:
|
Emplear mayor tiempo de enfriamiento. |
|
Bajar
la velocidad de expulsión. |
|
Ajustar
la posición del eyector. |
|
Aumentar
el ángulo de salida. |
|
Examinar
las dimensiones y espesor de la pieza. |
|
Balancear
las líneas de enfriamiento. |
|
Incrementar
la presión de compactación. |
Errores de moldeo (Warpage)
Parámetros
de Análisis de Llenado/Compactación:
Moldex3D/eDesign-Flow permite dar respuesta a los siguientes problemas:
|
Llenado
incompleto (Short-shot) |
|
Líneas
de soldadura (weld line), aire atrapado (air-trap) |
|
Problemas
de flujo |
|
Defectos
de superficie quemada |
|
Balance
de flujo en bebederos |
|
Problemas
de diseño de boquillas |
Parámetros de Análisis de Llenado/Compactación
Resultados
disponibles en Moldex3D/eDesign-Flow:
Moldex3D/eDesign-Flow permite obtener los siguientes resultados:
q
Melt Front Time:
Mide el tiempo y evolución del frente de llenado del molde. Con este
resultado los usuarios de Moldex3D obtienen la siguiente información:
|
Conocer el patrón de llenado del molde. |
|
Detectar problemas potenciales de falta de llenado del molde (Short
Shot). |
|
Conocer cómo contribuye cada puerta a la falta de balanceado o
ver si existen problemas de sobrellenado (Overpacking). |
|
Chequear la influencia de la posición de cada
puerta para balancear el llenado y eliminar líneas de soldadura (Weld
Line). |
|
Identificar la
posición de las líneas de soldadura (Weld Line). |
|
Localizar el aire
atrapado (Air-Trap). |
|
Mediante la
animación dinámica del tiempo de llenado el usuario puede entender mejor lo
que pasa durante el proceso de llenado del molde. Especialmente, es muy
importante asegurarse de que el llenado se realiza de forma completa o no. |
Animación del Tiempo de Llenado con Moldex3D/eDesign-Flow
Estadísticas del Proceso de Llenado con Moldex3D/eDesign-Flow
q
Pressure:
Muestra mediante colores la distribución de presión en la pieza a lo largo del
proceso de llenado de la cavidad del molde. Con este
resultado los usuarios de Moldex3D pueden examinar fácilmente la siguiente
información:
|
Conocer cómo se transmite la presión
en la pieza. |
|
Conocer la pérdida de carga en el
sistema de llenado. |
|
Chequear el balance de llenado. |
|
Evitar el sobrellenado (overpacking)
y la existencia de rebabas (flashing of melt). |
Animación de la distribución de Presiones con Moldex3D/eDesign-Flow
Estadísticas de la distribución de Presión con Moldex3D/eDesign-Flow
q
Temperature:
Muestra mediante colores la distribución de temperatura en la pieza de
plástico en 3D a lo largo del proceso de llenado. Se puede representar la
distribución de temperaturas sobre la animada del modelo, o dar cortes mediante
la función Slicing, o partir el modelo mediante la función Clipping.
Animación de la distribución de Temperatura con Moldex3D/eDesign-Flow
Estadísticas de la distribución de Temperatura con Moldex3D/eDesign-Flow
q
Shear Stress:
During the flows, viscous feature of polymeric fluids will generate the shear stress. In general, the distribution can be used to predict the quality of product if it is not balance. It will further to result in warp and deformation of the finished products. In addition, when the shear stress is very high, it could force the molecular chains of polymers to be highly stretched or oriented, even broken. The recoil of highly stretched molecular chains has been proven to be the main issue in warpage. Shear stress is one of source of the molded-in residual stress in molded parts. If the shear stress is not distributed evenly, it will cause some dimensional problems. If the shear stress is too high, it will result in stress-induced problems in the molded part. Normally, the shear stress should be controlled to be lower than 1 MPa.
q
Shear Rate:
Shear rate is the rate of shear deformation of the material during polymer processing. A higher shear rate of polymer is equivalent to a higher rate of deformation, i.e. the molecular chains were drastically deformed. Therefore, shear rate distribution is related to the variation of velocity gradient and molecular orientation. Normally, high shear rate occurs at gates and thin cavities. If the shear rate is too high, (for example, > 10,000 1/sec), it could deform the molecular chains even to break and then weaken the strength of product.
q
X-Velocity, Y-Velocity, Z-Velocity:
It shows the X-component, Y-component, or Z-component of the flow velocity of plastic melt in the cavity at EOF.
q
Volumetric shrinkage:
Volumetric shrinkage shows the variation percentage of part volume due to the PVT characteristics of polymer materials. In general, positive value represents volume shrinkage while negative value represents volume expansion due to over-pack. Normally, the non-uniform volumetric shrinkage will lead to warpage and distortion of demolded parts. Shrinkage of plastic parts is dependent upon their thermal expansion and compressible properties, i.e., the PVT relation. If the cavity volume at room temperature is Vc and the volume of plastic parts after mold ejection is V, then the volumetric shrinkage of plastic parts is defined as:
The specific volume of plastic parts after mold ejection follows the PVT relationship of the material. PVT relation is a strong function of temperature and pressure. The shrinkage rate is evaluated at room temperature (25oC) and normal atmospheric pressure, based on the PVT characteristics of the material and the temperature/pressure distribution after the packing stage. The shrinkage is zero if the material has been assumed incompressible in analysis. If the density or specific volume of the polymer is the functions of temperature and pressure, then volumetric shrinkage distribution can be predicted. The shrinkage rate would vary with the differential pressure and temperature at different locations inside the cavity where the polymer resides.
q
Cooling Time:
It shows the estimated cooling time required under the given design and process conditions. This is the time estimated from cooling analysis for the computed mold cavity surface temperature and the estimated center temperature of the plastic part to be cooled enough to be ejected. This value can be used as an indicator of hot spot and cycle-time-restriction location.
q
Melting Core:
It demonstrates the Iso-surface of the freeze temperature of plastic melt at EOF. The enclosed region has the iso-surface with the temperature higher than the freeze temperature specified in the process condition.
q
Total Velocity:
It shows the length (norm) of the velocity vector of plastic melt at EOF. It can allow users to realize how plastic melt flow near EOF.
q
Velocity Vector:
It shows the vector plot of the velocity vector at EOF.
| 
