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Permiten a los talleres ofrecer moldes de mayor productividad y menores costes junto a una mejor calidad

Los bronces de aluminio y las aleaciones de cobre de alta conductividad térmica en los moldes de inyección de plástico

Ampco Metal07/05/2008
Hasta el momento, los fabricantes de moldes han sido reticentes a emplear aleaciones de cobre de alta conductividad para los moldes, porque el coste de estas aleaciones se supone superior al de los aceros para herramientas convencionales. Una aleación de cobre de alta conductividad, en el contexto de este artículo, es un material con una base de cobre que, mediante una combinación de técnicas de aleación y fabricación, mantiene la alta conductividad térmica del cobre, pero con un grado de dureza que permite que sea usado en la fase de mecanizado en un entorno de producción.

Veamos en primer lugar los beneficios de una aleación de cobre de alta conductividad.

Estás son varias razones por las que se puede decidir emplear aleaciones de cobre en los moldes de inyección de plástico:

  • El tiempo de ciclo puede reducirse hasta en un 20 por ciento (algunos clientes han indicado hasta un 80 por ciento de reducción), lo que significa conseguir un ritmo de enfriamiento más rápido, gracias a la alta conductividad de las aleaciones de cobre.
  • La productividad puede aumentar en, al menos, un 25 por ciento, y algunos usuarios en la industria de la producción de faros de automóviles han indicado hasta un incremento del 500 por ciento, simplemente debido a que la reducción del tiempo de ciclo significa que se pueden fabricar más componentes por turno.
  • Se puede reducir mucho la deformación de las piezas, porque con un enfriamiento mejorado, los componentes moldeados permanecen a elevadas temperaturas durante menos tiempo, con lo que disminuyen el número y la gravedad de los “puntos calientes” en el molde y la calidad de la parte mejora de forma importante.
  • Menos piezas deformadas significa una calidad más constante, inyección tras inyección.
  • Gracias a la mejor transferencia térmica de las aleaciones de cobre de alta conductividad (normalmente 10 veces superior a la del acero), el calor se puede eliminar de las partes sensibles del molde a una velocidad que permite reducir, o eliminar totalmente, la necesidad de complejos canales de refrigeración en la inmediata proximidad del componente moldeado.
  • Como el número de canales de refrigeración necesarios en la herramienta es menor, el coste de mecanizado de los moldes se puede reducir drásticamente: hasta cuatro veces menos que el coste de un molde de acero con una velocidad de refrigeración comparable.

Aplicaciones

A continuación se dan unas cuantas aplicaciones en las que elegir aleaciones de cobre de alta conductividad resulta una buena opción:
  • Moldes para inyección de plástico, ánimas y cavidades, núcleos de aguja y placas de enfriamiento
  • Matrices para la extrusión de formas y perfiles complejos de plástico. En este caso el empleo de aleaciones de cobre de alta conductividad representa una mejora en la productividad gracias a su transferencia térmica y a su estabilidad dimensional.
  • Moldes de soplado para la producción de botellas. Los insertos de aleaciones de cobre de alta conductividad en el molde, sobre todo en la base de la botella y en el cuello, darán como resultado una muy buena productividad y una gran calidad del componente.
  • Boquillas de inyección. Cuando se emplean aleaciones de cobre de alta conductividad, se consigue mantener una temperatura constante que permitirá simplificar el sistema de control general, gracias al reducido tiempo de transferencia de calor y a la reducción de los costes de energía.

Ejemplos de productos específicos

  • Producción de cubos de plástico: Los fabricantes de cubos de plástico emplean moldes que contienen aleaciones de cobre de alta conductividad y, dependiendo del nivel deseado de resultados, algunos emplean aleaciones de cobre berilio para las ánimas y las cavidades. Sin embargo, cuando las aleaciones que contienen berilio no se pueden emplear, el material elegido es una aleación alternativa libre de berilio.
  • Producción de tapones de plástico: Los tapones de plástico de las botellas de agua mineral se producen con un éxito considerable empleando ánimas y cavidades de aleaciones de cobre de alta conductividad. A veces se emplea una aleación CuCoBe al 0,5 por ciento, dependiendo del polímero que se esté moldeando, con un revestimiento de electroless níquel. De nuevo, la reticencia a emplear aleaciones de berilio ha llevado a desarrollar alternativas sin berilio de alta eficacia.
  • Producción relacionada con la industria del automóvil: La industria del automóvil ha introducido los insertos de bronce de aluminio en sus moldes de acero en la producción de parachoques, y algunos emplean ánimas completamente de aleaciones de cobre de alta conductividad para producir sus parachoques. Los salpicaderos de los automóviles también se producen con moldes que contienen insertos de bronce de aluminio, que aumenta en tres la conductividad del calor comparado con el acero.

Conclusión

Para que los fabricantes de moldes de hoy en día puedan competir con las áreas de bajo coste del mundo donde hay un bajo coste de fabricación, es importante considerar el empleo de aleaciones de cobre de alta conductividad en la fabricación de moldes de inyección de plástico. Las aleaciones de cobre de alta conductividad permitirán a los talleres ofrecer moldes de mayor productividad y menores costes junto a una mejor calidad.
Se puede reducir mucho la deformación de las piezas, porque con un enfriamiento mejorado, los componentes moldeados permanecen a elevadas temperaturas durante menos tiempo, con lo que disminuyen el número y la gravedad de los “puntos calientes” en el molde y la calidad de la parte mejora de forma importante
Las ventajas específicas de las aleaciones de cobre de alta conductividad incluyen:

Difusión térmica

Las aleaciones de cobre de alta conductividad absorben la onda de calor en un molde cuando se inyecta la parte plástica. La absorción inicial de la onda de calor es un factor crucial. La eliminación del calor desde la base del molde con el sistema de refrigeración deja tiempo de sobra para hacerlo. Es aquí donde las aleaciones de cobre de alta conductividad muestran su valía, absorbiendo la onda de calor inicial, inyección tras inyección.

Pulimentado

La excelente capacidad de pulimentado de las aleaciones de cobre de alta conductividad ha sido demostrada en la manufactura de envoltorios para lentes de contacto, que requiere un paquete transparente para que la calidad de la lente pueda comprobarse a través del envoltorio. Una calidad de envoltorio semejante se consigue con insertos de aleaciones de cobre de alta conductividad finamente pulimentados. Se ha demostrado que el tiempo de pulimentado de esos insertos es cuatro veces menor que la de los insertos de acero, y el tiempo de ciclo se reduce en un 57 por ciento.

Revestimientos

Para aumentar la resistencia al desgaste, las aleaciones de cobre de alta conductividad se pueden revestir fácilmente con electroless níquel, cromo duro o incluso con recubrimientos PVD (deposición física de vapor) y CVD (deposición química de vapor)

El electroless níquel hace que el revestimiento penetre en todos y cada uno de los huecos con un grosor constante, lo que no ocurre en un proceso galvánico, como el laminado con cromo duro. Se puede conseguir una dureza de entre 60 y 70 HRC.

Para que la pieza plástica se retire con mayor facilidad del molde, el electroless níquel se puede combinar con PTFE (PTFE) o nitrato de boro. Esas partes de molde, así recubiertas, tienen una superficie que, al tacto, parece cubierta de jabón, por lo que las partes moldeadas no se pegan al molde y éste se puede retirar con facilidad.

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