Optimización de la sostenibilidad en el proceso de moldeo por inyección de plástico a través de la implementación de refrigeración avanzada conformal

• ABELARDO TORRES-ALBA ^[1] ; JORGE MANUEL MERCADO-COLMENERO ^[1] ; JOSÉ ANTONIO AMATE-TEVA ^[2] ; CRISTINA MARTÍN-DOÑATE ^[1]
  1. [1] Universidad de Jaén

     Universidad de Jaén

     Jaén, España

     
  2. [2] Fundación Andaltec I+D+I Centro Tecnológico
• Localización: Revista iberoamericana de ingeniería mecánica, ISSN 1137-2729, Vol. 28, Nº 1, 2024, págs. 49-63
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Optimization of sustainability in the process of plastic injection molding through the implementation of advanced conformal cooling
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• Resumen
  • español

    En el proceso de manufactura de una pieza de plástico, mediante moldes de inyección, intervienen diferentes fases que determinan el ciclo de manufactura y, por ende, su tiempo de ciclo asociado. De todas ellas, la fase de refrigeración es actualmente la que presente mayor influencia en el gasto energético, gasto económico e impacto ambiental. Por ello, desde el punto de vista de la sostenibilidad y la eficiencia energética, es la fase con mayor repercusión e importancia. Actualmente, el diseño tradicional de los elementos y sistemas de refrigeración, que intervienen de manera directa en esta fase, están limitados en el intercambio térmico que se lleva a cabo entre el fluido refrigerante y la cavidad del molde de inyección. Esta limitación se encuentra directamente relacionada con el progresivo aumento, en los últimos años, de los requerimientos de diseño de las piezas de plástico que, con mayor frecuencia, incorporan geometrías complejas y núcleos profundos. De forma que, el rendimiento de los sistemas de refrigeración tradicionales disminuye por las propias limitaciones asociadas al proceso de mecanizado tradicional con los que se fabrican sus principales elementos. Como solución a dichas limitaciones y gracias al desarrollo de nuevas tecnologías de fabricación aditivas, se presentan los canales de refrigeración de tipo conformal. En esta línea los canales de refrigeración de tipo conformal aportan una mayor flexibilidad al diseño, consiguiendo una optimización del intercambio térmico y consiguiendo que éste sea más eficiente, homogéneo y uniforme entre el fluido refrigerante y la cavidad del molde de inyección. El presente trabajo de investigación describe la aplicación de un nuevo sistema de refrigeración de tipo conformal para el enfriamiento de una pieza plástica con geometrías complejas, grandes profundidades y altos requerimientos de diseño, donde el uso de la refrigeración tradicional es ineficiente. Los resultados del presente trabajo de investigación mejoran significativamente la uniformidad del mapa de temperaturas en la superficie de la pieza de plástico, reduciendo el tiempo ciclo en más del 36%, respecto al diseño tradicional. Estos resultados se alinean perfectamente con el objetivo de mejora de la sostenibilidad y eficiencia energética del proceso de manufactura.

  • English

    – In the manufacturing process of a plastic part, using injection molds, different phases intervene that determine the manufacturing cycle and, therefore, its associated cycle time. Of all of them, the cooling phase is currently the one that has the greatest influence on energy expenditure, economic expenditure and environmental impact. Therefore, from the point of view of sustainability and energy efficiency, it is the phase with greater impact and importance. Currently, the traditional design of the cooling elements and systems, which are directly involved in this phase, is limited in the thermal exchange that takes place between the cooling fluid and the injection mold cavity. This limitation is directly related to the progressive increase, in recent years, in the design requirements of plastic parts that, more frequently, incorporate complex geometries and deep cores. In this line, the performance of traditional cooling systems decreases due to the limitations associated with the traditional machining process with which their main elements are manufactured. As a solution to these limitations and thanks to the development of new additive manufacturing technologies, conformal cooling channels are presented. In this line, the conformal cooling channels provide greater flexibility to the design, achieving optimization of the thermal exchange and making it more efficient, homogeneous and uniform between the cooling fluid and the cavity of the injection mold. The present research work describes the application of a new conformal type cooling system for the cooling of a plastic part with complex geometries, great depths and high requirements of design, where the use of traditional cooling is inefficient. The results of this research work significantly improve the uniformity of the temperature map on the surface of the plastic part, reducing the cycle time by more than 36%, compared to the traditional design. These results align perfectly to improve the sustainability and energy efficiency of the manufacturing process.