Función y material del molde del tablero

El papel del Molde del tablero en la producción de interiores de vehículos

Un molde para tablero de automóvil es una herramienta de precisión que se utiliza en moldeo por inyección para producir el panel de instrumentos (tablero) de un vehículo. El molde determina la forma final del tablero, la textura, los puntos de montaje para las rejillas de ventilación y los indicadores, y la ubicación de las costuras de despliegue de las bolsas de aire. Los moldes para salpicaderos se encuentran entre los moldes de inyección más grandes en la fabricación de automóviles y suelen medir entre 1.500 y 2.200 mm de ancho, entre 500 y 800 mm de alto y entre 600 y 1.000 mm de profundidad. El peso del molde oscila entre 8 y 20 toneladas, dependiendo de la complejidad y del número de correderas (núcleos móviles que crean socavaduras). El molde está montado en una máquina de moldeo por inyección con una fuerza de cierre de 1.500 a 3.500 toneladas, capaz de inyectar plástico a presiones de 100 a 180 MPa. Cada molde puede producir entre 200.000 y 1.500.000 tableros a lo largo de su vida útil, según el grado del acero y el programa de mantenimiento.

Materiales plásticos y sus requisitos de procesamiento

El plástico más común para los tableros de los automóviles es el polipropileno (PP) con un 10-20 por ciento de relleno de talco, a menudo mezclado con poliolefina termoplástica (TPO) para mejorar la resistencia al impacto. El relleno de talco aumenta la rigidez (módulo de flexión de 1.200 a 2.500 MPa) pero reduce la resistencia al impacto y aumenta la densidad (de 0,95 a 1,05 g/cm³). Algunos vehículos premium utilizan ABS (acrilonitrilo butadieno estireno) o mezclas de PC/ABS (policarbonato/ABS) para una mayor resistencia al calor (temperatura de deflexión del calor de 100-115 °C frente a 85-95 °C para el PP relleno de talco). La temperatura de fusión de los materiales a base de PP es de 200-240°C; para PC/ABS, es 240-280°C. El molde debe calentarse (mediante aceite o cartuchos eléctricos) a 40-70 °C para PP y a 70-90 °C para PC/ABS para garantizar un flujo y un acabado superficial adecuados. La temperatura más alta del molde para PC/ABS aumenta el tiempo del ciclo entre 20 y 30 segundos (de 45 a 60 segundos a 65 a 90 segundos) porque el molde debe enfriarse por más tiempo antes de la expulsión.

Diseño del sistema de enfriamiento y tiempo de ciclo

Se perforan o vierten canales de enfriamiento en el molde para eliminar el calor del plástico fundido después de la inyección. Para un molde de tablero, el enfriamiento generalmente representa entre el 60 y el 70 por ciento del tiempo total del ciclo. Un sistema de enfriamiento bien diseñado lleva la temperatura del molde a ±5°C en toda la superficie de la cavidad. Las variaciones de temperatura superiores a 10 °C crean una contracción desigual: las áreas que se enfrían más rápido (cerca de las líneas de enfriamiento) se encogen menos que las áreas que se enfrían más lentamente (más alejadas de las líneas de enfriamiento), lo que provoca una deformación de hasta 3 a 5 mm a lo largo de la longitud del tablero. El enfriamiento conformado (canales que siguen el contorno tridimensional del tablero) reduce el tiempo del ciclo entre un 20 y un 40 por ciento en comparación con los canales perforados directamente. Los canales conformados se producen mediante impresión 3D del núcleo del molde (utilizando acero martensítico o polvo de acero para herramientas) o fundiendo inserciones de aleación de cobre. Un molde de tablero con enfriamiento conformado puede alcanzar tiempos de ciclo de 35 a 45 segundos para PP, en comparación con 50 a 70 segundos con enfriamiento tradicional. El fluido refrigerante suele ser agua a una temperatura de 15 a 30 °C, que circula a una velocidad de 20 a 40 litros por minuto por circuito. Para una producción de gran volumen (más de 500.000 piezas por año), a veces se utiliza agua fría (5-10°C), pero la condensación en la superficie del molde se convierte en un problema en ambientes húmedos, lo que requiere aire deshumidificado alrededor del molde.

Criterios de selección para moldes para salpicaderos de automóviles

La elección del acero para el molde depende del número previsto de unidades del tablero. Para tiradas de producción inferiores a 100.000 unidades (prototipos o modelos de bajo volumen), el acero P20 (DIN 1.2738) preendurecido a 38-42 HRC es adecuado. P20 se puede mecanizar en su estado endurecido, lo que significa que no se requiere tratamiento térmico posterior al mecanizado, lo que reduce el tiempo de entrega y el costo. Un molde para tablero P20 cuesta aproximadamente entre 150.000 y 150.000 y 300.000, según la complejidad. Para tiradas de producción de 100.000 a 500.000 unidades (modelos de volumen medio), se utiliza H13 o DIN 1.2343 (X40CrMoV5-1) endurecido a 48-52 HRC. Estos aceros al cromo para trabajo en caliente resisten el desgaste de los plásticos rellenos de vidrio o minerales. El costo de un molde para tablero H13 es de 300.000 a 300.000 a 600.000. Para una producción de gran volumen que supera las 500.000 unidades, a menudo para plataformas globales compartidas entre varios modelos de vehículos, el molde se fabrica a partir de H11 o DIN 1.2343 con una superficie nitrurada o recubierta de PVD (nitruro de titanio o nitruro de cromo, de 2 a 5 micrones de espesor). El revestimiento reduce el desgaste en la zona de la puerta y en las correderas móviles. Un molde de gran volumen puede costar entre 800.000 y 800.000 y 1,5 millones y debe renovarse (repulido de las superficies de cierre, sustitución de las placas de desgaste) cada 300.000-500.000 ciclos.

El número de cavidades del molde determina la producción por ciclo de la máquina. Los moldes para tableros casi siempre son de una sola cavidad porque el tablero es una pieza grande y asimétrica. Los moldes de dos cavidades (para producir dos tableros simultáneamente) requerirían una máquina de inyección con el doble de fuerza de cierre (3.000-7.000 toneladas) y una platina mucho más grande, que muy pocas fábricas tienen. Sin embargo, algunos moldes incorporan múltiples "puertas" (puntos de inyección) en la misma cavidad. Un molde de tablero generalmente tiene de 6 a 12 compuertas de válvula (boquillas de canal caliente) dispuestas a lo largo del tablero. Las puertas se abren secuencialmente: la primera puerta en el otro extremo se abre, luego la siguiente puerta ligeramente aguas abajo, y así sucesivamente. Este llenado secuencial evita líneas de soldadura (marcas visibles donde se unen dos frentes de fusión) en áreas visibles del tablero. Cada compuerta requiere su propio actuador hidráulico o neumático y controlador de temperatura, lo que agrega entre 5000 y 5000 a 10 000 por compuerta al costo del molde.