La palabra molde tiene muchas acepciones, por lo que es difícil precisar lo que se entiende por molde si no se detalla para una aplicación concreta. “Un molde es aquella pieza en la cual se hace en hueco la figura que en sólido quiere darse a la materia fundida que en él se vacía, como por ejemplo, cera, yeso, metal, etc” (Rein 1965).
Los distintos componentes de un molde o matriz se fabrican en la misma empresa y/o se subcontrata la fabricación de determinados componentes, en especial, los componentes normalizados o estandarizados, como casquillos, placas portamoldes o portamatrices, punzones, varillas extrusoras, etc (Hasco 2017).
De forma simplicada, en la Figura 1.23, Sandvik presenta todas las fases necesarias para la elaboración de moldes o matrices genéricas, desde la recepción de los materiales, hasta el envío del producto (Sandvik 2002).
Figura 1.23. Fases para la fabricación de moldes o matrices. Fte.: (Sandvik 2002).
Como se aprecia en la Figura 1.23, la fabricación de moldes y matrices, se divide en multitud de fases que deben ser planificadas y ejecutadas en el orden correcto, para la realización de los componentes fabricados. La logística es compleja, pues intervienen diversas máquinas-herramienta y diferentes
54 operarios. Al final todos los componentes (fabricados y normalizados) deben ser ensamblados para obtener el producto definitivo (molde o matriz) con la calidad exigida, en el tiempo y coste requerido.
Existe una clasificación básica entre moldes no permanentes (de arena) y moldes permanentes (metálicos). Y respecto a los moldes metálicos, se diferencian los moldes con entrada del material fundido por gravedad (moldes coquilla), o inyectado a presión (alta o baja en función de la complejidad de la pieza).
En la Figura 1.24 puede observarse la complejidad de un molde metálico para inyección de plásticos, por la cantidad de componentes que deben ser ensamblados y ajustados, para aportar la calidad exigida en las piezas elaboradas. El diseño de este molde se ha realizado con el programa de dibujo 3D de SOLIDWORKS, a partir de su programa estándar que incluye el diseño de moldes y matrices (SOLIDWORKS 2017). Este programa ofrece todas las herramientas de dibujo necesarias para un diseño de moldes y matrices rápido y efectivo, tanto para la obtención de componentes plásticos como metálicos, así como la integración al programa de bases de moldes, de componentes normalizados de los principales proveedores de moldes. Además se complementa con el programa de simulación por elementos finitos, SOLIDWORKS Plastics que permite predecir y evitar defectos de fabricación en las primeras fases del diseño de moldes de inyección y piezas de plástico.
55 El fabricante de elementos normalizados de moldes Hasco explica en un artículo que la principal tendencia del sector es el aumento en la fabricación de moldes complejos y de alta productividad, con elevados requerimientos de fiabilidad para la reducción de los costes de producción y mantenimiento (Gorriti 2017). Cualquier componente de un molde puede influir en estos aspectos, desde el sistema de inyección, la calidad de los aceros, sus recubrimientos, los expulsores, guiado, etc.
Por otra parte, las matrices son los dispositivos adecuados para el trabajo de corte de metales, estampado, embutido o forjado de los mismos. Con el empleo de matrices son varias las operaciones que pueden realizarse: curvado, arrollado o agrafado, estampado de forma, recalcado, roblonado y aplanado, Al igual que un molde, una matriz se compone de multitud de componentes: matriz o base, punzón, macho o estampa, sujetadores y extractores (Valenciano 1966).
Un ejemplo de la sección de una matriz de embutición, con todos los elementos ensamblados que la componen, se muestra en la Figura 1.25, junto a la pieza básica a obtener a partir de una lámina de espesor limitado, considerada como disco de partida.
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Figura 1.25. Ejemplo de matriz de embutición. Fte.: (Valenciano 1966).
En un artículo reciente, Schulz daba algunos detalles en relación al estado de la industria de fabricación de moldes y matrices en 2017 (Schulz 2017). En Europa el sector es optimista por el aumento de las ventas y se incrementa la cooperación entre fabricantes para ser más competitivos. Es imparable la integración de la fabricación aditiva en distintos componentes y la aplicación de las bases de la Industria 4.0 para un mayor conocimiento y control de los procesos.
Los fabricantes de herramientas de corte crean programas específicos de herramientas para moldes y matrices, para todas las operaciones de mecanizado, ya sea en la fase desbaste o en la fase de acabado (Tungaloy 2011). Un ejemplo se muestra en la Figura 1.26, con la serie completa de herramientas de
57 corte TUNGMEISTER de TUNGALOY, para el mecanizado de moldes, con una gran variedad y versatilidad de herramientas de corte para todas las operaciones de fresado que sean requeridas para la fabricación de cualquier componente del molde.
Figura 1.26. Serie de herramientas de corte para moldes. Fte.: (Tungaloy 2011).
Los diseñadores de moldes y matrices pueden lograr mejores trabajos, mejoras en la calidad y un rendimiento del diseño del producto de larga durabilidad con el software de diseño adecuado que permite reducir los costes de desarrollo, fabricación y el tiempo total de salida al mercado del producto.
Gracias al software AutoForm-StampingAdviserplus (AutoForm 2017), un programa específico de simulación por elementos finitos para la ingeniería de fabricación de piezas de chapa metálica a partir de las matrices diseñadas (Figura 1.27). Con este programa, se comprueba la fuerza de compresión a ejercer para obtener la geometría requerida y si pueden existir defectos en la chapa estampada como adelgazamientos excesivos, pliegues indebidos o roturas de la pieza.
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Figura 1.27. Simulación proceso de estampación. Fte.: (AutoForm 2017).
De igual manera existen diferentes programas de simulación del proceso de inyección de plásticos o metales en los moldes correspondientes. Con estos programas se comprueba la presión, velocidad de llenado y temperatura de material que fluye hacia el interior del molde. De esta forma, antes de la producción real de las piezas, es posible detectar defectos de pieza (porosidad, juntas frías, llenados incompletos). Por ejemplo, la compañía ESI Group ofrece un paquete de software completo, con el programa ProCAST&QuitCAST-Salsa 3D, para una simulación avanzada rápida y eficiente con una evaluación completa del proceso de fundición, con la predicción de distorsiones y tensiones residuales y con la simulación para el cálculo y dimensionado del sistema de alimentación (ESI Group 2017).
59 Arrazola [et al.] presentaron un estudio sobre el fresado a alta velocidad de aceros templados de moldes y matrices donde plantearon la tabla mostrada en la Figura 1.29 (Arrazola 1999). En la Figura 1.29 se muestra para distintos procesos de fabricación, los aceros característicos de los distintos tipos de moldes de inyección, matrices de forja, matrices de estampación, con los parámetros de rugosidad y tolerancias más utilizados en cada sector.
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