Guía de tecnología de diseño de mecanismos de desenroscado automático de moldes: Estructura del molde, principios de diseño.

Los moldes de desenroscado automático representan un subconjunto sofisticado de herramientas de moldeo por inyección, diseñados específicamente para producir componentes plásticos roscados con roscas internas. En comparación con el desmontaje manual o las operaciones secundarias, los moldes de desenroscado automático permiten la producción eficiente y continua de componentes roscados de precisión. El núcleo de esta tecnología reside en el mecanismo del molde de desenroscado, que convierte el movimiento lineal en un movimiento rotacional controlado con precisión para extraer los núcleos roscados. Este artículo describe varios elementos clave del diseño de moldes de desenroscado, con la esperanza de proporcionar a los equipos de ingeniería una referencia útil para la evaluación y el diseño de dichos moldes.

Los mecanismos de desenroscado automático de moldes suelen constar de una unidad de potencia (como cilindros hidráulicos o motores), un sistema de transmisión (trenes de engranajes, cremalleras) y conjuntos de núcleos roscados giratorios. Al convertir el movimiento lineal o la potencia externa en un movimiento rotacional de alto par, logran la expulsión automática de la rosca. Esto se consigue mediante una secuencia temporizada con precisión:

1. Fase de apertura del molde: Tras la inyección y el enfriamiento, el molde se abre a lo largo de la línea de separación principal. El núcleo roscado permanece unido a la pieza.
2. Activación por desenroscado: Un sistema de accionamiento específico (hidráulico, servoeléctrico o mecánico) hace girar el núcleo roscado. El sentido de giro coincide con el paso de la rosca; normalmente, una vuelta completa por cada paso de rosca.
3. Retracción lineal: A medida que el núcleo gira, se desplaza axialmente alejándose de la pieza, siguiendo la hélice de la rosca. Este movimiento combinado rotatorio-lineal extrae el núcleo limpiamente de la sección roscada.
4. Expulsión: Una vez que el núcleo se ha desacoplado por completo, los pasadores eyectores estándar empujan la pieza fuera de la placa del molde.

Si desea explorar en detalle las aplicaciones prácticas de estas estructuras, consulte nuestraColección de estudios de caso sobre el diseño de moldes de desenroscado.

Al evaluar las distintas opciones de mecanismos de desenroscado de moldes, la elección del tipo de accionamiento es una de las decisiones más importantes en el diseño de dichos mecanismos. Cada enfoque ofrece ventajas distintas según la geometría de la rosca, el volumen de producción y las limitaciones de espacio del molde.

1. Transmisión de cremallera y piñón:

Se acciona directamente mediante la fuerza de apertura de la máquina de moldeo por inyección o mediante cilindros hidráulicos externos. Ofrece una estabilidad estructural excepcional y actualmente es uno de los métodos de desenroscado más utilizados.

2. Transmisión por engranajes del motor:

Funciona completamente con motores hidráulicos externos o servomotores, ofreciendo una potencia robusta y un control preciso de la velocidad y el número de vueltas. Es ideal para roscas largas o moldes complejos de alta cavitación (por ejemplo, de 16 cavidades). Para aplicaciones tan exigentes, el diseño del molde de desenroscado debe priorizar la consistencia del par y el control preciso de la rotación.

3. Accionamiento por husillo:

Se basa completamente en la fuerza de tracción lineal durante la apertura del molde, que se convierte en movimiento rotacional mediante un husillo de avance de paso alto. Esta estructura altamente integrada no requiere fuente de alimentación externa, lo que la convierte en la opción ideal para roscas cortas y moldes compactos.

1. Núcleo roscado retráctil:

El núcleo roscado gira y se retrae simultáneamente, separándose suavemente de la pieza. La pieza de plástico permanece completamente inmóvil durante esta fase de desmoldeo.

2. Núcleo giratorio estacionario:

El núcleo roscado gira sobre su eje sin retraerse, utilizando el paso de la rosca para expulsar la pieza del núcleo. Esta estructura requiere que la dirección de expulsión de la pieza esté perfectamente alineada con la dirección de separación del molde.

Cuando un producto presenta una cavidad roscada cerrada, o si el mecanismo de acción lateral (deslizador) debe pasar a través del puerto roscado, el desenroscado automático debe combinarse con deslizadores laterales en un complejo sistema compuesto de extracción del núcleo.

Secuencia de acciones:El deslizador de acción lateral primero se retrae una corta distancia segura para dejar espacio para el núcleo roscado → El mecanismo de desenroscado automático se activa, girando y separando el núcleo roscado → Finalmente, todo el conjunto del deslizador se extrae por completo para completar la eyección de la compleja cavidad interna.

Principio técnico:Dado que las roscas internas presentan socavados de circunferencia completa, un núcleo colapsable utiliza un diseño mecánico que permite que los segmentos del núcleo se plieguen hacia adentro durante la eyección. Esto reduce el diámetro exterior total, lo que permite extraer el núcleo de la pieza de forma segura sin que gire.

Ventajas y limitaciones:Ofrece tiempos de ciclo extremadamente rápidos; sin embargo, debido a que el mecanismo de plegado requiere espacio físico interno para funcionar, no es adecuado para puertos roscados de pequeño diámetro.

Para diseños específicos, el molde puede expulsar la pieza empujándola con fuerza fuera del núcleo, pero esto requiere cumplir estrictamente las siguientes tres condiciones: 1.

1. Materiales flexibles: como el cloruro de polivinilo (PVC), el polipropileno (PP) y el polietileno (PE).

2. Perfil de la rosca: El perfil de la rosca debe ser redondeado o semicircular, en lugar de rectangular, trapezoidal o triangular puntiagudo.

3. Límite de interferencia:La altura del hilo debe ser relativamente pequeña y debe satisfacer la siguiente fórmula:

(diámetro mayor de la rosca - diámetro menor de la rosca) / diámetro menor de la rosca ≤ A

El tamaño de A depende del tipo de plástico. En general, el PP es del 5%, el PA del 9%, el ABS del 8%, el POM del 5%, el LDPE del 21% y el HDPE del 6%.

El diseño de un mecanismo de desenroscado automático es una tarea de ingeniería de sistemas sumamente rigurosa. Incluso errores de cálculo menores en el diseño del molde pueden provocar el desgaste de la rosca, el atasco del mecanismo o tiempos de ciclo excesivamente largos. Un esquema de diseño de molde de desenroscado exitoso generalmente sigue estos 4 pasos críticos:

Antes de comenzar el diseño del molde, es imprescindible realizar un análisis exhaustivo de la geometría y las propiedades del material de la pieza de plástico.

• Verificar las especificaciones de la rosca: Defina el tipo de rosca, el paso, el número de vueltas y los requisitos de tolerancia.
• Evaluación de la contracción del material: Los plásticos semicristalinos (como el POM y la PA) se adhieren firmemente al núcleo tras el enfriamiento. Una mayor tasa de contracción requiere un par de arranque inicial más elevado durante el desmoldeo.
• Implementar mecanismos antirrotación: Este es el paso que con mayor frecuencia se pasa por alto. Si la pieza tiene una superficie exterior cilíndrica lisa, girará con el núcleo durante el desmoldeo. Se deben diseñar nervaduras antirrotación, superficies planas o ranuras de bloqueo en la pared exterior o en la cara frontal del producto.

Estas consideraciones constituyen la base de cualquier diseño robusto de molde de desenroscado, garantizando que el mecanismo funcione de forma fiable durante millones de ciclos.

Los siguientes cálculos son esenciales para cualquier proyecto de diseño de moldes desenroscables, ya que determinan directamente los parámetros cinemáticos del mecanismo de desenroscado.

Fórmula de cálculo: U=L/P+Us

"U": Número de rotaciones/vueltas del núcleo roscado;

"L": Longitud total de la rosca

"P": Paso de rosca

"Nosotros": Factor de seguridad. Este es el margen adicional que se añade para asegurar que la rosca esté completamente desenroscada, generalmente ajustado entre 0,25 y 1 vuelta.

El diseño de los engranajes se determina principalmente por el número de dientes (Z), el módulo (m) y el ángulo de presión (α). La selección adecuada de la relación de transmisión es fundamental para un diseño experto de moldes de desenroscado, que equilibra la velocidad, el par y las limitaciones de espacio.

Número de dientes (Z):

Para una distancia entre centros determinada, un mayor número de dientes resulta en una transmisión más suave y menor ruido. Sin embargo, un mayor número de dientes implica un módulo más pequeño y un menor grosor de los dientes, lo que disminuye la resistencia a la flexión del engranaje. Por lo tanto, si bien se garantiza una resistencia a la flexión adecuada, se recomienda utilizar más dientes y un módulo más pequeño. Para evitar la socavación (interferencia), el número de dientes generalmente no debe ser inferior a 14, y preferiblemente un número par.

Módulo (m):

El módulo es un parámetro fundamental del engranaje; un módulo mayor produce dientes más gruesos y robustos. Sin embargo, un módulo excesivamente grande puede provocar una transmisión inestable y mayores niveles de ruido. Para los engranajes de desenroscado industrial, el módulo se suele elegir como m≥2.

Ángulo de presión (α):

El ángulo de presión para los engranajes rectos estándar es un valor estandarizado, normalmente de 20°.

Para que dos engranajes engranen correctamente, deben cumplirse las siguientes condiciones: módulos idénticos, ángulos de presión iguales y círculos primitivos tangentes.

Nota: En el diseño real del molde, dejamos intencionalmente una holgura de 0,1 mm para compensar la dilatación térmica.

Fórmula para el cálculo del diámetro del círculo primitivo:d = m/z

Relación de transmisión i = Número de dientes del engranaje conducido / Número de dientes del engranaje motriz

i > 1: Reducción de velocidad, lo que aumenta el par motor.

i < 1: Aumento de la velocidad, lo que disminuye el par motor.

Una transmisión reductora de velocidad proporciona mayor par motor y es más fiable, por lo que debería ser su prioridad. Sin embargo, debido a limitaciones prácticas en el diseño del molde, el espacio, el coste y las especificaciones de la máquina, a menudo se utilizan transmisiones que aumentan la velocidad. En estos casos, es necesario seleccionar cilindros hidráulicos de mayor tamaño o motores de mayor potencia para compensar la pérdida de par. Nota: Para sistemas de desenroscado con servomotor y engranajes, la reducción de velocidad es obligatoria; para otras fuentes de alimentación, depende de la situación específica.

Cuando se utiliza una cremallera para accionar un engranaje, la carrera efectiva (longitud) de la cremallera se calcula de la siguiente manera: Longitud_de_la_cremallera = (d×Π)×U

d: Diámetro del círculo primitivo; U: Número de rotaciones de desenroscado

1. Diseño en cascada centralizado:

Utilice una transmisión en cascada matricial de "Engranaje solar principal → Engranajes intermedios primarios → Engranajes planetarios centrales" para resolver problemas de interferencia espacial en configuraciones de múltiples cavidades.

2. Corrección de rotación mediante rodillos tensores:

Inserte ingeniosamente engranajes intermedios de transición. Su función principal es invertir el sentido de giro, asegurando que todos los engranajes de la cavidad mantengan la misma rotación (por ejemplo, todos a la derecha).

3. Sincronización estricta de parámetros:

Todos los engranajes planetarios deben usar el mismo módulo y número de dientes para garantizar un desmoldeo 100% sincronizado. Si el espacio lo permite, usar un módulo más pequeño hace que la transmisión sea más suave.

4. Margen de holgura térmica:

Es necesario tener en cuenta la dilatación térmica del acero durante la producción a altas temperaturas, aumentando artificialmente la distancia entre centros para reservar un juego de 0,05 mm a 0,15 mm, evitando así que el tren de engranajes se atasque a altas temperaturas.

Los componentes giratorios que funcionan de forma continua a altas temperaturas y presiones deben abordar los problemas de disipación de calor y desgaste.

• El agua de refrigeración debe circular por el interior del núcleo giratorio. Esto requiere el uso de juntas tóricas de alta calidad o uniones rotativas especializadas para crear un sellado dinámico entre los componentes giratorios de alta velocidad y la placa estacionaria del colector de agua, evitando así fugas.
• Idealmente, los engranajes, cojinetes y bujes guía deben utilizar cojinetes impregnados en aceite o bujes de bronce resistentes al desgaste con insertos de grafito. Esto reduce la frecuencia de mantenimiento y evita que el aceite lubricante contamine las piezas moldeadas.

Los moldes de desenroscado automático son fundamentales para el moldeo por inyección de alta eficiencia de componentes plásticos roscados. El éxito en el diseño de moldes de desenroscado depende de un enfoque integral que combine la ingeniería precisa del mecanismo cinemático, la selección de un sistema de accionamiento robusto, materiales y recubrimientos avanzados y un mantenimiento proactivo. Al dominar estos elementos técnicos del diseño de moldes de desenroscado, los fabricantes pueden alcanzar niveles de productividad sin precedentes.

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