Inyección (página 2)

Si pudiésemos ver un diagrama de temperaturas seria (salvando las distancias) algo como lo que se ve en la figura donde la parte roja es la más caliente y la verde la más fría.

Para evitar esto y poder obtener una temperatura uniforme se incorporo el tornillo que tiene una geometría especial, su núcleo es de mayor diámetro en la zona de plastificación que en la zona de alimentación, manteniendo el diámetro exterior en una misma medida,  esto tiene la siguiente finalidad y porque; en la zona de alimentación el material ingresa al horno[2] en forma de pellets o granos, a medida que es transportado por el giro del tornillo hacia la zona del pico la porción de material que este en contacto con el cilindro recibe temperatura y comienza a plastificarse, el giro y la traslación harán que el material se transporte en un régimen turbulento, o sea que el material se mezclara tal como lo haría una cocinera al revolver su cacerola.

En la medida que la masa se plastifica necesita menos volumen para el mismo peso, ya que si bien hay una dilatación por aumento de temperatura, también hay una disminución significativa por eliminarse el espacio hueco entre los granos al transformarse en una masa medianamente homogénea; nuestro material se encuentra ahora en la zona de compresión donde algunos granos remanentes aun "nadan" en un fluido que está comenzando a homogeneizarse, es el momento crítico donde el "amasado" y calentamiento deben definir un fluido que tenga características estables, y que pueda pasar sin dificultades a través del pico de inyección. A esta altura el material entra en la zona de plastificación donde la capa cada vez más delgada y el contacto con la pared caliente del cilindro, esta es la zona donde se transforma en un fluido no compresible y homogéneo.

A medida que gira el tornillo, el material plástico es trasportado hacia adelante, pasando por cada una de las tres zonas en las que se divide la geometría del mismo al mismo tiempo se acumula en la zona delantera del horno, empujando el tornillo hacia atrás, esto hará que las zonas de compresión, alimentación y plastificación tengan una variación en la temperatura a medida que transcurra la carga del material, así como también el amasado del material que ingresa en un primer momento tendrá un "amasado" mayor que el que ingresa al final de la misma.[3]

  b.1) Relación de compresión del tornillo extrusor.

La geometría ideal para plastificar[4] los distintos materiales no será la misma, ya que por su viscosidad, "dureza", fluencia, grado de cristalinidad. Si bien existen los tornillos específicos para uso general (o sea que abarca un rango de materiales muy amplio) si buscamos la mejor performance para nuestro proceso deberíamos consultar con nuestro(s) proveedor(es) de materias primas cual es la geometría y relación de compresión que mejor se adapta al material que estamos procesando.

Si nuestra producción es muy específica y con  productos que se repiten y básicamente están produciendo todos los días del mes todos los meses del año; lo ideal sería contactar al fabricante de maquinaria para que estudie cual es la mejor geometría para su(s) producto(s).[5]

F: Altura del filete         

P: Paso

R: Diámetro de raíz                              

W: Ángulo del filete

La relación de compresión de un tornillo será equivalente a la relación entre la altura del filete en la zona de alimentación y la altura del filete en la zona de plastificación. O sea:

Rc. = 1 : Fa / Fp.

Donde:

Fa: Altura del filete en la zona de alimentación

Fp: Altura del filete en la zona de

O sea que si tomásemos hipotéticamente:

 Fa: 11,7 mm. y  Fp: 5,3 mm.

Tendríamos al reemplazar los valores en la formula:

Rc. = 1 : Fa / Fp. => Rc. =1 : 11,7 / 5,3 => Rc. = 1 : 2,2

Relaciones de compresión típicas para los siguientes materiales.

·         ABS                                                    1:2   a 1:3

·         Acetato                                                1:3,5

·         Polietileno Bd.                                      1:3

·         Polietileno Ad.                                      1:4

·         Polipropileno                                        1:4

·         Poliestireno                                          1:3.6

·         Poliamida                                             1:2,2

·         Policarbonato                                       1:2,3

·         PVC                                                    1:2

Esta no es una lista exhaustiva, y solo se debería tomar como una  referencia, ya que si queremos hilar lo suficientemente fino como para que la relación de compresión revista importancia deberemos tomar el recaudo de consultar con el proveedor de matrerías primas cual es la geometría más adecuada.

 b.2) Válvula de la punta del tornillo.

Como vemos en el grafico en la punta del tornillo tenemos una válvula y una puntera que permitirán el paso del material en un solo sentido, generalmente el asiento de estas válvulas es cónico,  y el sello se produce sobre un aro postizo que está colocado en la punta del tornillo.

Esta es la zona más comprometida del tornillo ya que como vemos en la figura en la zona de la válvula el diámetro se reduce considerablemente, por lo cual tiene menor resistencia mecánica a la torsión, o  a la tracción, siendo la zona del tornillo donde se produce la rotura en los casos de arranque en frio[6]. Siendo que el torque de los motores de carga ya sean eléctricos o hidráulicos es muy alto, y que la masa de plástico esta adherida a las paredes del horno deberá tenerse mucho cuidado el asegurarse que las temperaturas seteadas sean las correctas, y que permitan al tornillo girar libremente. Si bien las maquinas actuales en su mayoría tienen dispositivos que impiden el giro del tornillo si la temperatura de la zona de plastificación del horno no llegó a los valores prefijados; es importante antes de poner en marcha el tornillo en un arranque semanal, verificar que estas temperaturas no hayan sido modificadas por error, aun más peligroso es cuando realizamos una detención por reparaciones ya sea en maquina o molde, ya que muchas veces para evitar la degradación del material se bajan las temperaturas del horno si la parada que se realizara ha de ser corta.[7]

c). Moldes, temperaturas, flujo de material, "congelamiento", Tensiones

Al cerrarse el molde el tornillo es impulsado hacia adelante por un pistón hidráulico o por un motor eléctrico, entonces la válvula es impulsada hacia atrás por el material produciéndose el sello del retorno del material hacia el tornillo; a partir de ese instante el tornillo funciona como un verdadero pistón empujando hacia adelante el material plastificado durante la operación de carga; el material atraviesa el pico y la boquilla de inyección llenando la cavidad del molde y compactándose y solidificándose a medida que se enfría.[8]

Es importante que tanto el diseño como la construcción del molde estén hechos prestando mucha atención al flujo laminar del material, ya que en la cavidad este es beneficioso, y cada arista, perno o freno abrupto del flujo que tienda a generar turbulencias, solo genera congelamiento de tensiones y problemas de llenado de las cavidades.

Otra variable a tener muy en cuenta será la temperatura del molde, ya que un molde muy caliente si bien puede facilitar el llenado, puede provocar deformaciones en la pieza terminada, o hacer necesarios tiempos de enfriamiento más largos.

Por otro lado un molde excesivamente frio, traerá aparejado, dificultades de llenado, tensiones internas "transpiración"[9] de las placas, etc.

Si bien se puede hacer en forma empírica, el cálculo de la cantidad de agua de refrigeración, su temperatura, la ubicación de los canales varios programas como el solid Works, o el mechanical desktop (por solo nombrar un par) nos proveen de simuladores sencillos en los que partiendo de un valor base se puede buscar la mejor ecuación para obtener una adecuada refrigeración del molde que nos permita optimizar los ciclos y la mejor calidad de producto.

En el esquema veremos cómo se podría distribuir el gradiente de temperaturas en un molde [10] donde la distribución de temperaturas de la pieza nos muestra que la mayor temperatura se encuentra en el centro alrededor del punto de entrada del material que como vemos en este grafico también es el punto más alejado de los canales de refrigeración.

En la distribución de colores podemos tomar las siguientes referencias:

La distribución de los canales y hasta su interconexión puede variar significativamente la distribución de las temperaturas modificando así las condiciones de llenado.

Si bien los límites de la temperatura de molde estarán dados por aquella temperatura máxima que produzca piezas deformes por ablandamiento y por la temperatura mínima que genere piezas defectuosas y que la temperatura optima del molde durante un proceso determinado si bien puede aproximarse mediante el cálculo o la simulación, el rendimiento optimo puede obtenerse a través del ajuste manual.

No siempre la temperatura más baja será la más económica, ya que en algunos casos a partir de determinado valor, la temperatura del molde puede ser tan baja que dificulten el correcto llenado de la cavidad y que para lograrlo tengamos que recurrir a mayor presión y/o tiempo de inyección ya que el polímero al avanzar frente a paredes muy frías es frenado en su trayectoria llenando por sucesivas capas produciendo en estos casos aspectos desagradables, líneas de unión y resintiendo las propiedades mecánicas. Las temperaturas de molde que más favorecen el llenado, ayudan a minimizar las líneas de unión

En el grafico[11] vemos un esquema que representa la fluencia típica de un polímero dentro de un canal o una cavidad. Notamos en la primera (color naranja) una sola curva fluencia, en el segundo, (color bordo) 3 curvas, las dos más pequeñas son las que están en contacto con las paredes del mismo, esto sucede porque al enfriarse se genera una capa que tiene una distinta viscosidad y circula a una menor velocidad sobre la cual se depositará una nueva capa para cubrir todo el frente de avance. En la 3ª figura (color verde) notamos que las curvas que están rozando las paredes del canal son de mayor tamaño, esto sucede porque al enfriarse la capa de polímero va restringiendo el pasaje.

La uniformidad de la temperatura en la cavidad es muy importante para evitar el albeo y otras deformaciones, a mayor temperatura del molde mayor contracción. Por lo cual es fundamental el diseño de la pieza y su refrigeración.

A continuación a modo de referencia veremos una tabla de las temperaturas de cavidad aconsejadas para los distintos tipos de materiales.

·         Acetato de celulosa                              40º C – 60º C.-

·         Acrílicos                                              50º C – 90º C.-

·         Poliamidas                                           80º C – 120ºC.-

·         Policarbonatos                                       80º C – 110º C.-

·         Polietileno B.D.                                        5º C – 50º C.-

·         Polietileno A.D.                                        5º C – 60º C.-

·         Polipropileno                                        10º C – 60º C.-

·         Poliestireno                                          20º C – 50º C.-

·         ABS                                                    50º C – 80º C.-

·         Acetatos                                               70º C – 100º C

d) Contracción, rechupes, alabeos y deformaciones.

Uno de las principales problemáticas que enfrentamos los moldeadores de plásticos por inyección, suele ser que todas las piezas inyectadas están destinadas a interactuar con otras; uno de los errores más frecuentes es calcular el factor de contracción de las piezas plásticas como si se tratase de piezas metálicas, que independientemente de las condiciones externas luego de su fundición al enfriarse desde una temperatura determinada a otra, reducirá sus dimensiones en X mm. Por grado centígrado que baje.

En el proceso de inyección de plásticos la contracción puede depender de varios factores en particular, pero por lo general la contracción depende de una combinación de varios factores entre los que podemos tomar, la temperatura del molde, la velocidad de inyección, tiempo de inyección, cantidad de carga, perfil de presiones de inyección, temperatura del material, tiempo de enfriado, etc.

Volveremos a tomar el tema de la temperatura del molde, decíamos en el párrafo anterior,  que a mayor temperatura de molde tendremos contracciones mayores, esto es cierto siempre y cuando este aumento de temperatura en el molde no vaya acompañado de una variación en otros parámetros del proceso. ¿Cómo es esto?; si a un aumento de temperatura de molde lo acompañado de un tiempo de inyección mayor y una velocidad de llenado menores probable que no solo no tengamos una mayor contracción sino que tengamos una mayor estabilidad dimensional.

Es probable que si aumentamos el tiempo de inyección, bajamos la velocidad de llenado debamos aumentar la presión de inyección, lo que seguramente no podrá ser mantenido durante todo el tiempo de pistón avanzado. Para evitar las deformaciones por sobrepresión, agarres, rebabas; para evitar este tipo de inconvenientes, será necesario modificar el perfil de presiones y velocidades de llenado.

La ecuación ideal de llenado seria un 90% del material ingresando con la mayor velocidad y presión, reduciendo luego la presión para terminar de compactar la pieza, y lograr un buen sellado del canal de colada. Como notamos en la tabla sin modificar el ciclo final la compactación del material puede variar con solo cambiar el parámetro del tiempo de inyección.[12]

Como podemos ver con el aumento del tiempo de pistón adelantado mejora la compactación del producto que se ve reflejado en el aumento de peso de las piezas a medida que aumentamos el tiempo de pistón adelante hasta el punto donde se mantiene estable a medida que aumentamos el tiempo; como vemos entre los 4 y los 8 segundos el peso de la pieza terminada sufre una variación, luego de lo cual el peso se mantienen estable hasta los 11 segundos con lo cual determinaremos que para esa temperatura de molde, ese material, y en esa máquina el tiempo de inyección deberá ser de 8 segundos; seguidamente luego de determinar el mejor tiempo de inyección determinaremos el tiempo de enfriado que estará limitado por lo menos por dos variables, el tiempo de carga y amasado del material y los aspectos físicos, estéticos y dimensionales del producto que nos encontramos fabricando[13] y como en el caso anterior arrancaremos de un valor excesivamente alto para luego comenzar a bajar de manera progresiva.

Ahora bien, generalmente está perfectamente calculado por el fabricante del molde, pero a título informativo, y recordando siempre que una sola variable puede modificar un proceso pero no definirlo, ya que todas en conjunto son las que influyen en el mismo.

Esta lista se da a título orientativo, ya que como hemos visto las variaciones en los parámetros pueden modificar sensiblemente las condiciones del producto final.

d.1)  Alabeo y estabilidad dimensional

Otro de los problemas típicos que se le presentan al "inyector" es el albeo[14] o distorsión dimensional.

A continuación enumeramos algunos de los factores que  tienen influencia sobre esta deformación.

1.      Características del material y elementos agregados al material

2.      Diseño del producto; diseño y mecanizado del herramental.

3.      Precisión de la maquina a utilizar

4.      Parámetros de proceso

5.      Operaciones post moldeo

6.      Manipulación y almacenamiento.

1.- Veamos en qué forma inciden las características del material en la estabilidad dimensional.

Es importante tener en cuenta que es más acentuada la tendencia al alabeo o deformación en los materiales cristalinos como poliamidas o acetales  que en los amorfos como acrílicos, estirenicos o policarbonatos.

Esto tiene su explicación justamente en esta estructura cristalina; ya que el enfriamiento se produce de manera despareja comenzando por alguna o varias cadenas de cristales, actuando como catalizadores alrededor de los cuales el producto se enfría, esto también ocurre con la  contracción.

En la figura anterior vemos en forma esquemática, la forma en que comenzaría a enfriar y solidificar un polímero como la poliamida siendo las estrellas los primeros cristales en solidificar, para pasar luego a las zonas en color amarillas, y así seguirá la onda a las naranja, para luego completar el enfriado total; si proyectamos la onda de enfriado encontraremos que ambas se unen en determinado punto, en esa zona puede generarse una concentración de tensiones ya que al enfriar en forma despareja se producen líneas de unión.

Una de las formas de minimizar estos defectos es modificar la presión y velocidad de inyección para obtener un flujo laminar, llenando a la mayor velocidad posible sin provocar turbulencias puesto que el régimen turbulento hace que mayor cantidad de material se ponga en contacto con las paredes del molde que al estar mucho más frio que la masa del material; compactando luego a baja velocidad, para luego hacer descender la presión en forma paulatina.

Por otro lado podemos bajar la velocidad de enfriamiento o sea: aumentar la temperatura del molde y aumentar por ende el tiempo de enfriado en el molde. Debemos recordar que es muy importante la uniformidad en la temperatura del molde.

Elementos agregados al material

Existen aditivos o pigmentos[15] que agregados en una determinada proporción a algunos materiales moderadamente cristalinos, pueden actuar como nucleantes siendo causa de contracciones y deformaciones. Por analogía inversa  el agregado de cargas como las fibras de vidrio, carbono aramidas, o carbonato de calcio reducirán las contracciones y deformación[16].

La contracción en las piezas inyectadas se verifica en dos sentidos: en dirección del flujo, y transversalmente a este; la mayoría de los polímeros contraerán en el sentido del flujo, cuando se les agrega, fibras de vidrio, carbono u otros aditivos de este tipo, estos se orientaran en el sentido del flujo reduciendo considerablemente la contracción y deformaciones en esta sección de la pieza, con lo cual el mayor nivel de deformación puede verificarse en el sentido transversal.

2.- Influencia del diseño y mecanizado del herramental.

El tema del diseño de herramental es tan extenso y  complejo como el tema de inyección y más aun ya que como ha dicho en alguna oportunidad hace ya muchos años, un jefe de mantenimiento[17] con una gran capacidad de análisis, al poner en marcha una máquina inyectora "ultra rápida" que no estaba preparada bajo ningún punto de vista para el trabajo en semiautomático, ninguna maquina será más rápida que otra si tengo que abrir la puerta y retirar la pieza con la mano. (Se había colocado un molde de dos cavidades con colada por placa intermedia, donde las piezas quedaban sobre los machos y se debía retirar la colada con una pinza de puntas)

Sin embargo, independientemente de esta anécdota, es muy importante en la fase de diseño proyectar la ubicación de las entradas de material, las salidas de gases, los canales de refrigeración si la pieza deberá llevar "costillas", nervaduras, o pilares, la longitud y diámetro del canal de colada. Colada convencional o canales calefaccionados, evaluar mediante la simulación la ubicación y dimensiones de cada una de estas variables.

Hay un viejo axioma que dice que es preferible perder una semana en el diseño y no un segundo en la producción, ya que ese segundo deberá ser multiplicado por la cantidad de golpes que dará ese molde en su ciclo productivo. Otro tanto se aplicara al mecanizado y construcción del molde, los radios, ángulos de mecanizado, pulido, ajuste del cierre, etc. Ajuste del centrado de las cavidades. Muchas veces se confunde MATRICERO, con un buen maquinista o ajustador de banco, pero no basta ser un habilidoso, y tener una gran experiencia en el mecanizado y el ajuste para ser MATRICERO, para esto es necesario conocer cómo funciona la herramienta que se está fabricando.

3.- Precisión de la máquina a utilizar

Una de las variables a tener en cuenta es que la máquina que estamos utilizando sea lo suficientemente precisa para repetir la puesta a punto de una manera tal que se pueda tener piezas de características que sean aceptables dentro de las pautas de calidad fijadas.

Siendo que el peso de la pieza es una variable representativa de otros defectos, la tomaremos como parámetro. Luego de esto tomaremos un lote de 30 muestras, para que nuestra maquina sea considerada apta para fabricar nuestro producto todas las muestras deberán dar un valor menor al 75% de la tolerancia fijada; cuanto más cercano al valor nominal nos dé el promedio de valores de nuestra muestra, más precisa será considerada nuestra máquina.

4.- Parámetros del proceso

A continuación observaremos la influencia de los diferentes parámetros del proceso.

Velocidad de inyección.

La velocidad de inyección determina la orientación molecular dentro de la cavidad, una variación de la misma, produce cambios en la orientación molecular y en los esfuerzos de corte entre las cadenas, tanto la orientación, como los esfuerzos de corte, con una alta velocidad de inyección se producen altos esfuerzos de corte y una marcada orientación molecular. Si observamos lo que ocurre al ingresar el material plástico en la cavidad del molde, al estar las paredes mucho más frías que la masa del mismo, una capa se solidifica, formando una cubierta aislante del resto del material que sigue su curso por el centro de la cavidad todo esto hace que existan zonas de distinta temperatura a través de las piezas inyectadas, inclusive se produce un segundo fenómeno "colateral" que es la necesidad de aumentar la presión de inyección, ya que el material se va solidificando a medida que inyecta y ofrece mayor resistencia al flujo de material. Este aumento de presión muchas veces produce tensiones, rebabas o brillos en la zona cercana al punto de inyección.

Aumentando la velocidad de inyección obtendremos una velocidad de llenado mayor lo cual contribuirá a reducir al mínimo las diferencias de temperatura y una contracción más uniforme y menor distorsión.

Muchas veces no es posible inyectar con las mayores velocidades de inyección debido a problemas con las salidas de gases del molde, cuando esto ocurre, será necesario revisar el sistema de ventilación de nuestro herramental. Algunas veces los venteos laterales no resuelven el problema, siendo necesario recurrir a soluciones de diseño como los tacos de sinterizado o venteos a través de expulsores.

Presión de inyección, presión posterior

Observaremos que el primer tramo del recorrido del pistón la presión es cero o muy cercano a cero, que es cuando se están llenando los canales de colada, bebederos, etc. Luego, a medida que va llenándose la cavidad se notara un aumento de la presión cuyo incremento dependerá de la geometría de la pieza, y del tipo de materia prima; una vez que se termina de llenar la cavidad la presión alcanza su punto máximo en el periodo de compresión y finalmente el periodo de mantenimiento en el que la presión va disminuyendo en forma progresiva.

Una vez que el plástico llenó la cavidad, comienza a enfriarse, por lo tanto a contraerse, generándose presión interna al reducir su volumen a mayor velocidad la zona exterior (fría) que la interna (aun en estado de fluido); y siendo que la entrada de material no está totalmente sellada será necesario mantener una presión que evite el retroceso del material fundido, esta presión no necesariamente debe ser tan alta como la de llenado ya que si así fuera generaría tensiones residuales en la zona de la entrada de material.

Temperatura de la masa [18]

La temperatura de la masa de materiales plásticos dependerá del tipo de resina que estamos procesando, esta temperatura de proceso estará definida entre la temperatura de ablandamiento y la temperatura de fusión. Entre estos dos límites el moldeador se puede manejar con seguridad. Con la temperatura de la masa respecto a la deformación y alabeos: si la temperatura es muy baja, puede ocasionar una falta de homogeneidad, esto traerá como resultado una orientación despareja de las cadenas moleculares generando una mayor posibilidad de distorsiones. También puede darse este problema cuando usamos más de un 75% de la capacidad de plastificación de la inyectora.

Temperatura del molde

Este es uno de los parámetros que en general menos se tiene en cuenta, sin embargo gravita en forma significativa en el proceso y especialmente en el tema de las distorsiones dimensionales.

El material plástico sufre contracciones volumétricas dentro de la cavidad del molde debido al enfriamiento de la pieza inyectada; en el caso de los polímeros semicristalinos las contracciones están ligadas al fenómeno de cristalización, que dependerá de la velocidad de enfriamiento. A medida que se enfría el polímero las cadenas macromoleculares se van acercando unas a otras formando los cristales y si la velocidad de enfriamiento es lenta, cosa que ocurre cuando la temperatura del molde es alta, se produce una contracción uniforme y una mayor posibilidad de relajamiento de tensiones, las cuales podrían quedar "congeladas" por un enfriamiento acelerado pudiendo provocar posteriores fallas y "stress cracking". Si bien las piezas moldeadas con un molde con alta temperatura tendrán una mayor contracción inmediata, la contracción postmoldeo es prácticamente nula no obstante el moldeador deberá determinar de manera empírica cual es la mejor ecuación temperatura – tiempo de enfriado.

Ciclo

 Podemos en función de lo visto hasta el momento analizar la influencia del ciclo como la sumatoria de las soluciones de compromiso[19]; si cumplimos a rajatabla con la mejor compactación y dejando enfriar todo el tiempo necesario el producto con un molde caliente para obtener una pieza libre de tensiones, perfectamente conformada y libre de distorsiones dimensionales, sacrificaremos tiempo de ciclo, elevando costos de nuestro producto.

e) Elección de una inyectora según los productos a fabricar

Una de las situaciones que se repiten en toda empresa dedicada al moldeo de piezas plásticas por inyección, es que ya sea por crecimiento, incorporación de nuevos productos renovación por obsolescencia o la causa que sea, es la incorporación de una nueva inyectora. Ante las preguntas del "montón de dólares" ¿Cuál es la máquina inyectora más conveniente? ¿Qué datos necesito corroborar antes de decidir la compra? Etc. Aunque la decisión final en este caso, será tomada por el empresario, muchas veces se requiere la opinión del "experto del taller".

Antes de tomar una decisión como esta debemos plantearnos unos cuantos interrogantes, siendo la respuesta de estos la solución a la decisión más adecuada a tomar.

1.      ¿Qué producto va a fabricarse?

2.      Dimensiones del molde: largo; ancho; altura.

3.      Recorrido de apertura. (es el espacio necesario de separación de la platina móvil para que el articulo sea extraído sin dificultad)

4.      Dimensiones del artículo, numero de cavidades tipo y dimensiones del canal de colada. (para el cálculo de la superficie proyectada y por ende la fuerza de cierre)

5.      Peso de la pieza. y colada. (para constatar la capacidad de inyección)

6.      Ciclo estimado. (para determinar la capacidad de plastificación necesaria).

7.      Tipo de materia prima. (para calcular la fuerza de cierre, determinar la geometría del tornillo, si el material es higroscópico o no).

8.      Tipo de extracción, noyos.

Si tomásemos los datos de un molde de una tulipa para alumbrado público, nuestros datos serian los siguientes.[20]

Largo:                                                  500* mm.

Ancho:                                                 500* mm.

Altura:                                                 700* mm.

Recorrido de apertura:               350** mm.

Recorrido de extracción             50** mm.

Numero de cavidades:               1

Superficie proyectada de la pieza           423 Cm.2

Materia prima:                           Policarbonato

Peso de la pieza:                                  357 grs.

Ciclo:                                                   36 segundos

Diámetro del buje de colada:                  5,2 mm.

*el molde es de sección circular pero está montado en dos placas de 500 mm. X 500 mm.

**el recorrido de extracción y de apertura pueden ser variados de acuerdo al comportamiento de las piezas en el momento de la expulsión.

Procedemos a calcular la fuerza de cierre:

FC = SP x CM[21]

FC = 423 Cm2 x 400 Kg/cm2            FC = 423 Cm2 x 400 Kg/Cm2

FC = 423 x 400 Kg                               FC = 169.200 Kg =~170 Tns.

De este cálculo se desprende que la fuerza de cierre mínima para equilibrar la presión en la cavidad, para tener un margen de seguridad deberíamos utilizar mínimamente una inyectora de 200 Tns. de cierre.

Así continuaremos calculando.

Si el ciclo es de 36 segundos la cantidad de golpes por hora será:

Cantidad de segundos en 1 hora / ciclo de máquina.

3600 / 36 = 100 golpes/hora

Si el peso total de la inyectada es de 357 grs.

El consumo de materia prima por hora será el producto del peso de la inyectada por la cantidad e golpes por hora. O sea:

Cons. Horario = 357 x 100 = 35.700 gr  hora = 35,700 kg hora.

Este dato nos permite definir el equipo auxiliar para el presecado del material sabiendo que el policarbonato es un material higroscópico, necesitará una temperatura y tiempo de presecado determinado podemos decir que necesitamos un secador de proceso continuo con una capacidad equivalente a ~40 Kg/hora. Verificando la capacidad de inyección, y la capacidad de plastificación de la máquina por los datos que están en el manual del fabricante podemos saber si la maquina elegida tiene capacidad para inyectar la pieza en cuestión, y como se trata de policarbonato deberíamos chequear la relación de compresión del tornillo que en este caso será 1:2,5. "

A modo de corolario de lo que hemos estado viendo dejaremos una lista de los defectos que suelen aparecer durante el moldeo por inyección y las causas que a nuestro criterio suelen ser las más comunes.

 Piezas con falta de llenado (cortas), piezas con rechupes.

Podemos dividir las causas en los siguientes grupos.

Problemas de puesta a punto

·       Material insuficiente, falta de carga.

·       Excesivo colchón.

·       Falta presión de inyección.

·       Temperatura de material baja.

·       Falta tiempo de inyección.

·       Baja velocidad de inyección.

·       Temperatura de molde demasiado alta o demasiado baja.

Problemas de materia prima

·       Problemas de fluencia del material o material mal lubricado.

Problemas de máquina

·       Capacidad de plastificación insuficiente para las piezas a fabricar.

·       Desgaste en la válvula del tornillo.

·       Pico de inyección obstruido o con un diámetro demasiado pequeño.

Problemas de molde

·       Diámetros de los canales de colada insuficientes, o con puntos donde se generan turbulencias.

·       Canales de colada mal pulidos.

·       Diámetros de las entradas a las cavidades insuficientes, o no balanceados.

·       Diámetros de la boquilla de inyección insuficientes.

·       Colada caliente mal calculada.

·       Colada caliente mal balanceada.

·       Colada caliente funcionando de manera deficiente.

·       falta de salida de gases.

·       Espesor de la pieza mal calculado o con estrangulamientos.

·       Descentramientos entre macho y hembra.

·       Entrada de material a la cavidad mal ubicada.

Piezas con rebabas.

Podemos dividir las causas en los siguientes grupos.

Problemas de puesta a punto

·         Excesiva presión de inyección.

·         Babeo de material por la boquilla de inyección.

Problemas de materia prima

·         Materia prima con mayor fluencia que aquella para la que se diseño el molde[22]

Problemas de máquina

·         Fuerza de cierre insuficiente

·         Falta de paralelismo en el cierre

Problemas de molde

·         Ajuste de cierre deficiente

·         Piezas atrapadas en los bujes de las columnas

·         Suciedad que impida el correcto cierre del molde

Piezas adheridas al molde.

Problemas de puesta a punto

·         Presión de inyección y/o compactado excesivas.

·         Tiempo de inyección y/o compactado excesivo.

·         Falta de tiempo de enfriado.

·         Expulsión mal regulada.

·         Poco ángulo de salida.

·         Excesiva temperatura de la materia prima

·          Excesiva temperatura del molde.

Problemas de materia prima

·         Materia prima sin lubricación.

Problemas de máquina

·         Fallas en el sistema de expulsión.

Problemas de molde

·         Ángulo de salida insuficiente.

·         Expulsión mal calculada.

·         Molde mal pulido.

·         Cavidades rayadas o con poros.

·         Refrigeración mal calculada o mal conectada.

·         Entrada de material a la cavidad mal ubicada.

·         No se calculo correctamente el "efecto sopapa" de la pieza sobre el molde.

·         No se calculo correctamente la contracción del material.

Deformaciones o alabeos.

Problemas de puesta a punto.

·         Temperatura de molde demasiado alta o demasiado baja.

·         Presión residual demasiado alta.

·         Tiempo de enfriado insuficiente.

·         Tiempo de inyección insuficiente

Problemas de molde.

·         Temperatura de molde no uniforme, refrigeración mal conectada o mal diseñada.

·         Expulsión despareja.

·         Las piezas se adhieren al molde.

·         Espesores de pared mal distribuidos.

Líneas de fluencia marcadas.

Problemas de puesta a punto

·         Temperatura de la materia prima demasiado baja.

·         Temperatura de molde demasiado baja.

·         Velocidad de inyección demasiado baja.

·         Presión de inyección demasiado baja.

·         Contrapresión demasiado baja.

Problemas de molde

·         Salida de aire insuficiente.

·         Entradas de material demasiado pequeñas o mal ubicadas.

Chispeados, imperfecciones, manchas, degradación de color, puntos negros

Problemas de puesta a punto

·         Temperatura de la materia prima demasiado alta o demasiado baja.

·         Velocidad de inyección inadecuada.

·         Falta de presecado en la materia prima.

·         Material contaminado.

Problemas de molde

·         Entradas de material mal dimensionadas y/o mal ubicadas.

·         Salidas de aire insuficientes o mal dimensionadas.

·         Desprendimiento de suciedad de la expulsión del molde.

Problemas de maquina

·         Desgaste en válvula del tornillo.

·         Tornillo o camisa rayados o con excesivo desgaste.

·         Deformación de pico o asiento del buje de colada.

Los conceptos vertidos en este apunte, son el resultado de la instrucción recibida por personas de gran capacidad y conocimientos como el ingeniero Jorge Anchubidart, Los Sres.: Enrique Trobo, Reynaldo Persello, Jorge Capelletti, el ingeniero López Cubelli y muchísima gente más que me fueron formando a lo largo de los años, a quienes además de agradecerles les pido disculpas por lo poco que asimilé de lo mucho que me brindaron.

Debo declarar públicamente que después de terminar de redactarlo me di cuenta de que era totalmente inútil este apunte sin una máquina inyectora al lado y solo sirve acompañado por la experiencia y el conocimiento dado por el estudio sistemático del funcionamiento de cada herramental en cada máquina.

Autor:

Jorge Arbelvide

Buenos Aires, Argentina

[1] Dependiendo del material y el tipo de pieza a fabricar se utilizan coladas calefaccionadas, que pueden variar de acuerdo al diseño del molde, desde un buje que evita la aparición del bebedero, hasta ramales progresivos en los que a medida que el material fluye a través del molde abre y cierra diferentes válvulas permitiendo un llenado progresivo y un flujo laminar con menores tensiones y menores diferencias de temperatura por rozamiento.

[2] Denominaremos horno al conjunto de cilindro y tornillo

[3] La diferencia de amasado será el recorrido equivalente a la cantidad de carga por el Ø del tornillo

[4] Plastificar: Es la denominación del proceso de cambio de estado de solido a fluido viscoso que utilizaremos. Es el proceso por el cual mediante temperatura y presión el material plástico pasa de granos a una melaza espesa con una  consistencia semejante a la de una mayonesa

[5] En algunos casos (cada vez menos)  los fabricantes de maquinas inyectoras no pueden ocuparse de realizar un estudio tan puntual como para ocuparse de determinar un tipo de tornillo especifico para fabricar tapas para botellas, o cajones para pescado, etc. En este caso lo más lógico sería recurrir a un proveedor local de tornillos plastificadores.

[6] Los materiales plásticos al enfriarse vuelven a solidificar. Si se encuentran dentro del horno, formaran una masa solida, que como cualquier fluido se depositara por acción de la gravedad en la parte inferior del mismo. La forma más sencilla de graficar esto sería acostar una botella llena hasta la mitad  o más.

[7] Una de las formas de evitar la degradación es bajar entre 70º y 100 º C las temperaturas del horno cuando se realiza una reparación sencilla.

[8] Para ubicarnos en el tiempo sería bueno tomar en cuenta que lo que hemos leído en las dos últimas páginas ocurre en pocos segundos.

[9] Condensación de humedad atmosférica

[10] Este esquema es muy básico y si bien es copia de la típica distribución de temperaturas en un molde no debería ser tomado como parámetro, solo lo tomaremos como referencia.

[11] Este grafico esquemático no es una representación acabada de la circulación del material plástico dentro de una cavidad o canal, sino que cumple la función de ilustrar.

[12] Esta tabla de referencia se tomaron los valores de referencia el peso de la pieza, variando solamente los parámetros de tiempo de pistón avanzado.

[13] Para cualquier estudio de este tipo se debe tener especial cuidado en dejar pasar un tiempo suficiente para que el proceso se estabilice, ese tiempo variara de acuerdo al tipo de molde, tamaño de las piezas a fabricar, material con que se fabricaran, etc.

[14] El alabeo está presente en toda pieza moldeada por inyección  el desafío del moldeador consistirá en obtener piezas con un nivel de deformación aceptable para la calidad requerida a un ciclo tal que resulte competitivo y ventajoso.

[15] Como ejemplo podemos citar los pigmentos en base ftalocianina que nuclea al material provocando contracciones en las 3 dimensiones provocando distorsiones importantes

[16] Tanto cualquiera de estas fibras o el carbonato de calcio son mejores transmisores de la temperatura que los materiales plásticos por lo tanto cumplen la doble función de proporcionar un refuerzo estructural (caso de las fibras) y de transmitir la temperatura con mayor velocidad a los distintos puntos de la pieza inyectada mejorando así la dispersión de tensiones, y asegurando un enfriado más estable y con menos deformaciones.

[17] Aprovecho esta anécdota para hacer referencia al sr Gerardo Dresher. Quien fue mentor de muchos de los que han formado al personal de mantenimiento de las más importantes industrias plásticas argentinas del siglo 20 y que han participado como servicio técnico de importantes empresas americanas, europeas y japonesas.

[18] Debemos prestar atención al concepto de temperatura de masa, la misma es la temperatura del material en el momento de salir del pico de la maquina o entrar al buje de inyección. Esta temperatura podrá tomarse con sencillez usando un pirómetro infra rojo. Si se desea conocer la temperatura de la masa en alguna zona del tornillo en particular, se deberá contar con un horno especialmente acondicionado para tal fin. Se debe recordar que las termocuplas, verifican la temperatura en la masa metálica de horno a unos 10 mm del pastico o más.  

[19] Jorge B.O. Anchubidart, solía decir que en el proceso de inyección todas las decisiones,  implicaban soluciones de compromiso, entre el menor tiempo y la mejor calidad, entre la pieza mejor compactada, y el mayor ahorro de materia prima; etc. Pero siempre estamos sacrificando o resignando algo en función de otro parámetro.

[20] Recordar que para una misma pieza terminada, puede haber distintos conceptos de molde, dependiendo del concepto de fabricación del molde.

[21] CM: coeficiente de presión en la cavidad, sale del cálculo de de la diferencia de fuerzas ejercidas por el pistón hidráulico sobre el tornillo de inyección, la fuerza resultante en relación a la sección del tornillo determinara la presión del material en el buje de colada. Este coeficiente deberá calcularse para cada relación de pistones para cada máquina en particular.

[22] Es muy común en autopartes, producir con un mismo molde 3 calidades de piezas;  una para la línea de montaje, otra para repuestos originales, y una inferior para el mercado de reposición, esta última se fabrica usando el mismo herramental y un material alternativo o materiales recuperados. Aunque las empresas autopartistas nunca lo hayan hecho ni jamás lo volverán a hacer.