Ondulaciones, nervaduras y refuerzos

Al aplicar ondulaciones, nervaduras o refuerzos a la geometría funcional de una pieza, se puede mejorar su comportamiento estructural

Ondulaciones, nervios y refuerzos

Función

Si se requiere mejorar la capacidad de carga o la rigidez de una pieza plástica, es necesario aumentar sus propiedades seccionales o cambiar el material. En ocasiones puede bastar con modificar el grado del material, por ejemplo, utilizando un mayor contenido de fibra de vidrio. Si esto no es suficiente o no es deseable por otros motivos, aumentar las propiedades seccionales suele ser la solución adecuada.

En muchos casos, la manera más sencilla de mejorar las propiedades seccionales es aumentar el espesor de pared de la pieza. Sin embargo, como se menciona aquí, esto tiene sus limitaciones. Se puede obtener refuerzo adicional agregando ondulaciones o colocando nervios perpendiculares a la pared de la pieza. Poner ondulaciones generalmente tiene menor impacto en el peso de la pieza y en el tiempo de enfriamiento, pero agregar nervios tiene un mayor potencial para incrementar la rigidez. Además, los nervios permiten que la superficie de contacto o de ensamblaje de una pieza sea lisa, lo cual puede ser beneficioso por motivos estéticos o funcionales.

Ondulaciones

Incorporar ondulaciones en el diseño puede aumentar la rigidez de superficies planas en la dirección de las ondulaciones (ver Figura 1). Son muy eficientes y no añaden grandes cantidades de material adicional ni incrementan significativamente el tiempo de enfriamiento. La rigidez extra es resultado de aumentar la distancia promedio del material respecto al eje neutro de la pieza, es decir, incrementando el segundo momento de inercia.

Dimensionamiento de nervios

Al agregar nervios, se deben seguir las siguientes pautas de dimensionamiento (ver Figura 2):

El espesor del nervio debe ser aproximadamente del 50 al 60% del espesor general de pared de la pieza. Superar este valor puede ocasionar marcas de hundimiento en la superficie opuesta a los nervios. MorAdemás, puede influir negativamente en el flujo del material durante la inyección, lo que posiblemente resulte en líneas de soldadura y vacíos.
La altura del nervio no debe superar tres veces el espesor general de pared, ya que los nervios profundos son difíciles de llenar y pueden atascarse en el molde durante la expulsión.
En los laterales de los nervios, se debe aplicar un ángulo de desmoldeo de 1 - 1,5 grados. Esto significa que los nervios están ligeramente inclinados, siendo un poco más delgados hacia la parte superior. Esto facilita la expulsión de la pieza del molde. En nervios bajos y casos excepcionales, se puede aceptar un ángulo de desmoldeo menor o incluso nulo. Sin embargo, se debe tener en cuenta que esto puede provocar defectos superficiales como marcas de desmoldeo o problemas para expulsar la pieza tras el moldeo.
En la base del nervio, donde se cruza con la pared nominal, se debe incluir un radio del 25 - 50% del espesor general de pared. Se recomienda un radio mínimo de 0,4 mm. Esto eliminará posibles concentraciones de tensiones y mejorará las características de flujo y enfriamiento alrededor del nervio. Si se supera el valor del 50%, se desarrolla una masa de material, incrementando el riesgo de tensiones residuales, vacíos o marcas de hundimiento.
La distancia entre dos nervios paralelos debe ser al menos el doble del espesor general de pared. Esto evita que el molde desarrolle una aleta caliente que sea frágil y tenga problemas de enfriamiento.

Ubicación de los nervios

Al ubicar nervios, deben seguirse las siguientes recomendaciones de posicionamiento (ver Figura 3):

Los nervios se diseñan preferentemente en paralelo al flujo de masa fundida, ya que el flujo transversal puede dar lugar a ramificaciones donde se atrapa aire o se presenta el fenómeno de hesitation. El hesitation puede incrementar tensiones internas y la aparición de short shots.
Los nervios paralelos deben estar separados por una distancia mínima de dos veces el espesor nominal de la pared; esto ayuda a evitar problemas de enfriamiento y el uso de aletas finas en la construcción del molde.
Los nervios deben orientarse a lo largo del eje de flexión para proporcionar la máxima rigidez. Considere el ejemplo de la Figura 3, donde una placa larga y delgada está simplemente apoyada en los extremos. Si se añaden nervios en la dirección longitudinal, la placa se refuerza considerablemente. Sin embargo, si los nervios se agregan en la dirección transversal, la mejora es mínima.

Comparación de perfiles

Al añadir nervaduras a un perfil o sección cajón, su posicionamiento y orientación tienen un gran impacto en la rigidez adicional conseguida. Esto se visualiza en la Figura 4.

Rigidez torsional y resistencia

Para lograr el máximo desempeño y funcionalidad, las líneas neutras de las nervaduras y la pared del perfil deben converger en el mismo punto. Sin embargo, dependiendo de las dimensiones específicas y el material seleccionado, pueden presentarse marcas de hundimiento. Esto puede evitarse, pero dará como resultado una geometría menos resistente:

- Si las nervaduras diagonales se separan ligeramente, la rigidez se reduce en un 35%.
- Si se añade una nervadura vertical corta al diseño, la rigidez torsional se reduce un 5% adicional (ver Figura 5).

Refuerzos

Los refuerzos pueden emplearse para reforzar esquinas, paredes laterales y bosses. Pueden considerarse como un subconjunto de las nervaduras, lo que significa que las recomendaciones para la dimensionamiento y el posicionamiento de nervaduras también aplican a los refuerzos (ver Figuras 6 y 7).