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.