Vulcanización en Prensa de Inyección

 
Estimados visitantes

Este tema fue reformulado recientemente, pero ya está completo. Espero que esta nueva versión sea de plena satisfacción para mis estimados Visitantes.

Agradecimientos

En el tema Vulcanización en Prensa de Inyección se reescribió su contenido. También se enriqueció mucho. En esta reformulación, se utilizan las tecnologías y las correspondientes ilustraciones graciosamente cedidas por la empresa austriaca Maplan GmbH, a la cual yo quiero expresar mi profundo agradecimiento por el permiso regalado. ¡Mis sinceras gracias!

También deseo manifestar mis gracias, de manera muy especial, al Ing. Vasco Ramos, mi amigo y colega, Director de Maplan, GmbH, para Portugal y España, por su acción, que creo que fue decisiva en la obtención de esta permisión y tambien or muy valuable colaboración en el desarrollo de los diverso temas y en la corrección de los textos definitivos. ¡ También mis sinceras gracias!

Observación final

Además de los variados tipos de máquinas de inyección (para diversos tipos de caucho, gomas de silicona liquida y elastómeros termoplásticos), de las unidades de inyección (MAP.fifo), de los bloques de canales fríos (MAP.crb), de los distintos sistemas para control de la operaciones de inyección injecção (MAP.commander generation C6) y de los equipos auxiliares, la empresa Maplan GmbH produce tambien variados tipos de unidades de cierre, sistemas para optimización del proceso de vulcanización y de sistemas para ahorros de energía, sistemas no presentados en mi website. Por este motivo, invito a mis Estimados Visitantes a que revisen las paginas Maplan GmbH en estes enlaces:

 

El Proceso de Inyección de Caucho

El proceso de inyección es uno de los procesos de vulcanización que más se utiliza en la industria del caucho. Básicamente consiste en la inyección de un compuesto de caucho, previamente plastificado y mantenido a una determinada temperatura, en las cavidades de un molde que está también calentado a una determinada temperatura (Figura 8).

Fig. 8 – Molde para proceso de moldeo por inyección (esquemático)

 

La vulcanización en prensa de inyección es un proceso:

  • Descontinuo;
  • Que confiere al artefacto, durante la vulcanización, su forma definitiva;
  • Que utiliza, por lo general, la energía eléctrica para calentamiento de los moldes utilizados;
  • Que se hace bajo presión (por lo general, una presión de origen hidráulica).

 

La calidad de los productos de caucho obtenidos por el proceso de inyección es determinada por cuatro factores principales:

  • Compuesto de caucho;
  • Molde;
  • Prensa de inyección;

 

Estos factores deben estar adecuadamente ajustados entre sí, ya que interactúan entre sí en mayor o menor medida. En lo sucesivo analizaremos estos factores.

 

Compuesto de Caucho

El compuesto de caucho tiene no solamente que dar respuesta a los requisitos definidos en la especificación del producto, pero también necesita poseer características de procesamiento que permitan su inyección en las cavidades del molde y su vulcanización en un período de tiempo relativamente corto.

La característica del caucho que indicia un proceso de inyección más o menos fácil es su viscosidad.

La viscosidad de un compuesto es función de su composición y, fundamentalmente, de la viscosidad del elastómero, del tipo y nivel de dosificación de las cargas, del tipo y nivel de dosificación del plastificante y también del tipo y nivel de dosificación de los auxiliares de proceso que se encuentran en la formulación. La selección adecuada del elastómero es determinante, aunque los demás ingredientes agregados influencien, en mayor o menor grado, la viscosidad del compuesto.

La viscosidad de un compuesto disminuye cuando la temperatura sube, como se puede ver en la Figura 9:

Fig. 9 – Variación de la viscosidad y del porcentaje de reticulación con la temperatura

 

Pero, la elevación de temperatura va a acelerar la reticulación del compuesto y, de este hecho, transcurre un aumento en la viscosidad. Por lo que, del efecto combinado de los dos fenómenos, se presente una curva con la configuración que se puede observar en la Figura 10:

Fig. 10 – Efecto combinado de los dos fenómenos en función de la temperatura

 

Ahora esta es precisamente la configuración de las curvas obtenidas en un viscosímetro Mooney o en un reómetro. Si, por un lado, la viscosidad es importante, para permitir el llenado fácil y rápido de las cavidades del molde, también es necesario que el tiempo transcurrido hasta que la reticulación empiece a tener valores significativos sea suficiente para permitir también el llenado de esas mismas cavidades. Esto quiere decir que hay que ajustar bien los dos parámetros del compuesto, o sea, una baja viscosidad no es condición suficiente, por sí misma, para que se obtenga una inyección fácil, si el grado de reticulación crecer muy rápidamente. Si la viscosidad es alta, esta puede comprometer el proceso de inyección.

Veamos una curva reométrica típica (Figura 11). Ya lo vimos en la página “La Descubierta de la Vulcanización” que los principales parámetros reométricos, obtenidos a una temperatura de X (°C) y las respectivas tolerancias son los siguientes:

Fig. 11 – Curva reométrica típica y parámetros de vulcanización

 

Vimos también que las tolerancias transcurren del hecho de que un mismo compuesto de caucho no presenta siempre los mismos valores para estos parámetros; estes presentaran variaciones, derivadas de variaciones inherentes al proceso de fabrico del compuesto tales como variaciones en la actividad de dosificación de ingredientes, condiciones del equipo, errores de los operadores y condiciones locales. Hemos visto también que el análisis estadístico de estos datos enseña que el binario mínimo Smín, varía entre un valor (Smín)máx y un valor (Smín)mín; el tiempo ts1, varía entre el valor Ts1máx y el valor ts1mín; t90 varía entre un valor t90máx y un valor t90mín y que el binario máximo Smáx varía entre un valor (Smáx)máx y un valor (Smáx)mín.

Nos referimos aun que las tolerancias del fabricante del compuesto pueden no coincidir con las tolerancias requeridas por el utilizador del compuesto, el cual debe definir sus propias tolerancias, adecuadas a su proceso – máquina, molde y toda la historia térmica del compuesto desde su llegada a la fábrica hasta el momento de su utilización. Estas tolerancias pueden ser, eventualmente, más amplias o angostas; pero son las tolerancias que hay que exigir al proveedor del compuesto de caucho.

Es importante considerar los niveles de temperatura y tiempos de residencia del compuesto en todo el sistema, lo que engloba la alimentación, plastificación y, al final, inyección en un determinado molde, mantenido a determinada temperatura.

Los parámetros reométricos tendrán que satisfacer los siguientes requerimientos:

  • Smín – debe permitir las más altas velocidades de inyección;
  • Ts1 – debe permitir tiempos de inyección más amplios;
  • T90 – debe permitir tiempos de vulcanización más cortos;
  • Smáx – debe presentar el valor que corresponda a las propiedades exigidas (el valor Smáx presenta una correlación con el módulo y la dureza del vulcanizado).

 

Los tres primeros parámetros son los que interfieren directamente con el proceso de inyección; el cuarto está relacionado con la calidad técnica de la pieza. Es obvio que algunas de estas variables están en conflicto con los requisitos de calidad y con la misma eficiencia del proceso.

 

Molde

Un molde es siempre un factor determinante en el éxito de un proceso de moldeo. Pero cuando el proceso de moldeo es la inyección, el factor molde tiene aún más importancia, ya que su concepción y construcción influye de manera impactante en el suceso técnico-económico de este tipo de producción.

En la Figura 12 se presenta una vista parcial de un molde de inyección donde se puede observar ya un alto nivel de complejidad:

Fig. 12 – Vista parcial de un molde de inyección

Cortesía de: DF – Elastomer Solutions, Lda (propietaria del molde) y Milon – Industria Metalomecânica e de Moldes, Lda., (fabricante del molde)

 

Forma, Dimensiones y Tolerancias

El principal requisito de un molde es el de permitir moldear las piezas con la forma y dimensiones especificadas y dentro de las tolerancias establecidas. Para que este requisito sea cumplido, las cavidades del molde ser ejecutadas de acuerdo con los diseños del cliente y sus dimensiones deben ser de tal forma que, después de retiradas las piezas del molde y su posterior enfriamiento, estas presentan sus dimensiones dentro de las tolerancias definidas. Mientras se enfrían, las piezas no pueden estar bajo deformaciones o distorsiones, sus efectos por lo general permanecen después de su enfriamiento.

 

Acabado superficial

Otro requisito importante y relacionado con la presentación del producto final, es el acabado superficial del molde que va a permitir definir el tipo de superficie de la pieza vulcanizada (brilloso, mate o texturizada). El material que constituye el molde, el tipo de su acabado superficial, el compuesto de caucho y los agentes desmoldantes (externos o internos) utilizados desempeñan un rol determinante, en la medida de que son, de cierta manera, responsables por el estado de limpieza del molde, después de un número más o menos alto de operaciones de moldeo. Si hay piezas en las cuales los aspectos estéticos no son muy relevantes, otras hay en que esas exigencias tienen un alto grado.

 

Rebabas

Así como el aspecto superficial de la pieza, también las líneas de rebaba, su localización y espesor, llevan a cabo un factor determinante en el aspecto final de las piezas. Hay veces que el cliente define las líneas de rebaba y su espesor máximo. Por lo que estas exigencias se deben considerar en la construcción del molde. Hay que concebir un sistema eficaz de corte de rebabas para que su eliminación sea fácil y completa. Otra manera de contornar el problema de las rebabas es por la utilización de moldes sin rebaba (flashless molds).

 

Extractores

Concepción, siempre que sea posible, de sistemas automáticos para extracción de las piezas vulcanizadas. Los extractores se deben localizar juiciosamente y no deben provocar deformaciones o distorsiones en las piezas vulcanizadas, en el momento de su extracción. Se debe tener especial cuidado en áreas de piezas consideradas críticas. Las piezas se pueden también extraer utilizando sistemas neumáticos (por eyección de aire comprimido) o sistemas con escobas, todo dependiendo del tipo de piezas a desmoldear.

 

Concepción del molde

Selección de la sección más adecuada para los canales de alimentación y su correcto dimensionamiento. Correcto balanceo del sistema de canales de inyección, con el fin de evitar diferencias de presión en las cavidades y así causar distorsiones en las piezas (Figura 13). Optimizar la localización y las dimensiones de los puntos de inyección, por forma a facilitar l llenado de las cavidades y satisfacer requisitos técnicos y estéticos.

Fig. 13 – Balanceo del molde

 

En la Figura 14 se presenta la fotografía de un molde de inyección, en lo cual esta preocupación de balanceo está muy evidente y corresponde, de cierta manera, al diseño presentado en la Figura 13.

Fig. 14 – Molde de inyección

Cortesía de: DF – Elastomer Solutions, Lda (propietaria del molde) y Milon – Industria Metalomecânica e de Moldes, Lda., (fabricante del molde)

 

En la inyección de caucho se pueden utilizar variados tipos de moldes, es decir:

  • Moldes de dos placas;
  • Moldes de dos placas con bloque de canales fríos (BCF);
  • Moldes de tres placas;
  • Moldes de tres placas, con bloque de canales fríos;
  • Molde multiplacas, con o sin bloque de canales fríos;
  • Molde para piezas con insertos metálicos o plásticos;
  • Moldes con sistemas de desgasificación por vacío.

Los moldes son, por lo general, construidos en acero. Existe una gran variedad de tipos de acero y su selección depende de la calidad y cantidad de las piezas a producir. Para elevados volúmenes de producción la selección de un acero de buena calidad es, por regla, una buena inversión.

 

Recomendaciones generales relativas a la concepción del molde y del componente
  • El espesor de las piezas debe ser tan uniforme cuanto sea posible y no debe rebasar, si es posible, 4 mm;
  • El menor espesor de la pieza no debe ser de menos de 0.7 mm;
  • La transición para espesores más elevados se debe hacer de manera progresiva, para minimizar los problemas que transcurren del flujo de material y también de la contracción. Sea como sea, no se recomiendan variaciones de espesor superiores a 4:1;
  • En las zonas más espesas se recomienda la utilización de machos, para reducción de peso del componente y de los ciclos de moldeo;
  • Se debe evitar que ocurran relaciones de largo/espesor, superiores a 150:1 para evitar problemas de flujo;
  • En los casos en los cuales sean inevitables relaciones de largo/espesor (L/T) superiores a 150:1, hay que considerar la utilización de canales de inyección múltiples, para que se logre un llenado adecuado;
  • Evitar zonas muy profundas, pues la remoción de gases siempre es difícil, sobre todo se no se utiliza desgasificación con vacío;
  • Evitar rincones agudos, para evitar concentración de tensiones; utilizar rayos de curvatura de 0.3 a 0.5 mm.
  • Localizar y dimensionar adecuadamente los canales de inyección o alimentación;
  • Concepción balanceada de los canales de inyección, para permitir un llenado uniforme de todas las cavidades del molde;
  • Localizar y dimensionar adecuadamente las salidas de gases;
  • Utilizar los largos de flujo adecuados (L/T < 150);
  • Utilizar acabados de superficie más adecuados;
  • Utilizar, siempre que sea posible, eyectores para piezas y coladas.

 

Geometría y Dimensiones de los Canales de Alimentación

Los canales de alimentación deben poseer una sección transversal circular o trapezoidal, de preferencia la primera. Secciones transversales semicirculares o rectangulares no se recomiendan (Figura 15):

 

Fig. 15 – Geometría y dimensiones de las coladas

 

Punto de inyección

Existen varios tipos de punto de inyección. En la concepción del molde se debe seleccionar el tipo más adecuado a la geometría de la pieza a producir.

 

  • Punto de inyección submarino: es un punto de inyección ubicado bajo la línea de partición del molde (Figura 16):

Fig. 16 – Punto de inyección de tipo submarino

 

  • Punto de inyección tipo punto de alfiler: Paso estrecho entre el canal de inyección y la pieza moldeada. Se aplica para piezas de pequeño espesor (Figura 17):

 

Fig. 17 – Punto de inyección tipo punto de alfiler

 

  • Punto de inyección de abanico: Punto de inyección por lo general ubicado en la pared lateral de las piezas. Se utiliza en moldes con varias cavidades o moldes de dos placas (Figura 18):

Fig. 18 – Punto de inyección tipo abanico

 

  • Punto de inyección tipo pestaña: se utiliza para piezas de gran volumen (Figura 19):

Fig. 19 – Punto de inyección tipo pestaña

 

  • Punto de inyección de tipo inyección directa: se recomienda para moldes de una sola cavidad que requieran llenado simétrico (por lo general piezas de configuración circular) (Figura 20):

 

Fig. 20 – Punto de inyección de tipo inyección directa

 

  • Punto de inyección a la junta: Punto de inyección de aspecto lamelar, cuadrado o rectangular, de pequeño espesor. Normalmente las piezas tienen más de un punto de inyección de este tipo (Figura 21).

 

Fig. 21 – Punto de inyección a la junta

 

  • Punto de inyección de tipo diafragma (exterior): Se utiliza, sobre todo, cuando la concentricidad es muy importante. Usado también en moldes con varias cavidades (Figura 22):

 

Fig.22 – Punto de inyección de tipo diafragma (exterior)

 

  • Punto de inyección de tipo anillo interior: utilizado para piezas de mayores dimensiones, cuando la concentricidad es muy importante. Se usa en moldes con varias cavidades (Figura 23):

 Fig. 23 – Punto de inyección del tipo anillo interior

 

Bloque de canales fríos (BCF) (Cold Runner Blocks – CRB)

Los bloques de canales fríos (abreviado BCF) son dispositivos que se utilizan con los moldes, con la finalidad de obtener ahorros de material, que de otra manera sería mermado como coladas de inyección, promocionando la eliminación de costes de proceso. Otra ventaja de la utilización de BCF es la de permitir reducir el tiempo de los ciclos de vulcanización. Esos ahorros obtenidos son derivados del aumento del número de boquillas de inyección.

Aunque se pueda decir que el BCF constituya un costo suplementar en la operación, en realidad un mismo BCF se puede ocupar para varios moldes. Este hecho permitirá amortizar su coste en variados tipos de producciones. La mayor eficiencia del proceso de inyección y su rentabilidad son ventajas indiscutibles que no pueden pasarse por alto. Además de su coste, los BCF’s necesitan de cuidados de mantenimiento que tiene, naturalmente, sus costes adicionales, con la sustitución de inyectores, boquillas de inyección, empaques, etc.

Vamos a presentar seis tipos de BCF’s fabricados por la empresa austriaca Maplan, GmbH, los cuales poseen particularidades que los hacen recomendados para variados tipos de requisitos en procesos de inyección de caucho.

 

1.     Bloque de canales fríos del tipo MAP.crb Slim

El bloque de canales fríos del tipo MAP.crb Slim (Figura 24) se caracteriza por una concepción muy sencilla y de fácil utilización. Su especial concepción reduce la altura total de bloque de canales fríos, lo que permite obtener una mayor claridad (daylight), lo que posibilita la instalación de moldes más grandes o que tengan sistemas de automación. El alto de este tipo de bloques de canales fríos varía entre 95 y 125 mm, lo que depende del número de bicos de inyección. La altura de los bloques de canales fríos de otros fabricantes es, por regla, superior a 160 mm.

Figura 24 – Bloques de canales fríos del tipo MAP.crb Slim

Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

Este tipo de bloque de canales fríos no tiene dispositivos de calentamiento; utiliza, eso sí, el calor que recibe de las placas de calentamiento de la máquina, con las evidentes ventajas que de eso transcurren.

Su instalación es muy sencilla y rápida. Como presenta muy pocos componentes de desgaste, la necesidad de operaciones de mantenimiento es también más reducida. Su tipo de construcción hace posible también una excelente precisión en el cierre, lo que le confiere las mejores condiciones de operación para la máquina de inyección y para el molde.

En la concepción de este tipo de canales fríos no se utilizan resistencias ni cabos eléctricos. Tan solo se utilizan dos termopares, para controlo de temperaturas.

 

2.  Bloque de canales fríos del tipo MAP.crb solid

El bloque de canales fríos del tipo MAP.crb solid (Figura 25) se caracteriza por una concepción que le confiere una grande robustez y reducida necesidad de mantenimiento. Se recomiendan para operaciones realizadas con altas presiones de inyección (presiones hasta 3500 bar).

Figura 25 – Bloque de canales fríos del tipo MAP.crb solid

Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

En resultado de la concepción simétrica de los canales fríos, se obtiene un mayor equilibro en la distribución del material. Las boquillas de inyección son enfriadas en toda su extensión. El flujo se puede regular manualmente con una válvula de aguja. En los cambios de dirección de las coladas se ocupan deflectores, de manera a evitar aristas vivas. Como las coladas son redondeadas, el flujo de material es muy facilitado.

Este tipo de BCF posibilita un rápido calentamiento, sea en el inicio de la producción, sea después de los cambios de molde. Un mejor desempeño también ocurre cuando existe un mayor número de boquillas de inyección.

Como se pasa con todos los BCF’s MAP.crb, su armado y desarmado es muy fácil, gracias a la utilización del sistema MAP.Easylock.

 

3.  Bloque de canales fríos del tipo MAP.crb solid+

El bloque de canales fríos del tipo MAP.crb solid+ (Figura 26) así como el bloque de canales fríos MAP.crb solid, se caracteriza por una concepción que le confiere gran robustez y reducida necesidad de mantenimiento. Se recomiendan para operaciones realizadas con elevadas presiones de inyección (presiones hasta 3500 bar). Su concepción cerrada permite, cuando el molde esté abierto, rápidos cambios de compuesto de caucho y rápidas operaciones de limpieza.

Figura 26 – Bloque de canales fríos del tipo MAP.crb solid+

Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

En resultado de la concepción simétrica de los canales fríos, se obtiene un mayor equilibrio en la distribución del material. El flujo de caucho se puede regular manualmente en el canal de inyección, con una válvula de aguja; esta operación se hace lateralmente en el bloque y con este instalado.

Posibilitan un rápido calentamiento, sea al inicio de las producciones, sea en los cambios de molde. Este mejor desempeño también ocurre cuando hay un mayor número de boquillas de inyección.

Como ocurre con todos los BCF’s MAP.crb, su armado y desarmado es muy sencillo, en resultado del sistema que se ocupa, el MAP.easylock.

 

4.  Bloques de canales fríos del tipo MAP.crb pinpoint

El concepto del bloque de canales fríos del tipo MAP.crb pinpoint (Figura 27) se basa en el bloque de canales fríos MAP.crb solid. El bloque es de tipo cerrado, con los canales de inyección perforados. En estas condiciones, cambios de compuesto de caucho y operaciones de limpieza se hacen con el molde abierto.

Figura 27 – Bloque de canales fríos del tipo MAP.crb pinpoint

Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

Las boquillas de inyección del bloque, que son de alta precisión, están equipadas con un sistema de válvulas hidráulicas, válvulas que se guían a través de deflectores hasta la extremidad de la punta de las boquillas de los canales fríos.

Otras particularidades de este tipo de BCF:

  • Elevado desempeño en el calentamiento, aunque tenga un elevado número de boquillas de inyección;
  • Excelente control de temperaturas de los bicos de inyección;
  • La placa de calentamiento se puede desconectar, o puede ser removida, lo que permite obtener una mayor claridad;
  • Permite la inyección directa en componentes de metal, materias plásticas o en operaciones de sobre moldeo;
  • Se recomiendan para operaciones realizadas con elevadas presiones de inyección (presiones hasta 3500 bar);
  • Como se pasa con todos los BCF’s MAP.crb, su armado y desarmado es muy fácil, en resultado de la utilización del sistema easylock.

 

5.  Bloques de canales fríos del tipo MAP.crb pinpoint+

La concepción del bloque de canales fríos del tipo MAP.crb pinpoint+ (Figura 28) se basa en el bloque de canales fríos MAP.crb pinpoint.

Una importante diferencia entre estos dos tipos de bloques es una mayor flexibilidad en su capacidad de ajuste. En esta versión, las agujas de las boquillas de la cámara fría se pueden ajustar de manera manual desde el exterior del bloque.

Figura 28 – Bloque de canales fríos del tipo MAP.crb pinpoint+

Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

Este tipo de bloque de canales fríos, en su versión estándar, tiene tres placas de calentamiento. La placa de calentamiento del bloque se puede remover de manera sencilla, por la utilización del sistema MAP.easylock.

 

6.  Bloques de canales fríos del tipo MAP.crb Split

La principal característica del bloque de canales fríos MAP.crb Split (Figura 29) es su concepto dividido. El bloque se compone de una placa superior y una placa inferior, bien atornilladas. Semi canales de inyección son fresados en las dos placas. Este concepto de bloque dividido permite un fácil acceso a los canales de inyección, lo que permite una limpieza completa, en lo particular cuando sea necesario cambiar compuestos de caucho coloridos.

Figura 29 – Bloque de canales fríos del tipo MAP.crb split

Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

El canal frio de este tipo de BCF está equipado con una placa de calentamiento, la cual posee un control de temperatura en tres zonas.

Posibilitan un rápido calentamiento, sea al inicio de las producciones, sea después de cambios de molde.

 

Prensas de Inyección y su Clasificación

Existen variados tipos de prensas de inyección para caucho. Las prensas de inyección se pueden clasificar en verticaleso horizontales, de acuerdo con la dirección en la cual se procesa la inyección de material.

La empresa Maplan, GmbH fabrica actualmente nueve tipos de prensas de inyección (ver aquí). Cada uno de eses tipos se puede fabricar con distintas fuerzas de cierre, volúmenes de inyección y dimensiones de las platinas, lo que le permite ofrecer un amplio abanico de opciones.

Además, las prensas de inyección verticales y horizontales, Maplan, GmbH ofrece tambien prensas de inyección del tipo C-Frame, de igual con distintas características (fuerza de cierre, volumen de inyección y dimensión de platinas).

En la Figura 30 se enseña una prensa de inyección vertical, del tipo Ergo+.

Figuera 30 – Prensa de inyección vertical, del modelo Ergo+

Cortesía de la empresa Maplan, GmbH (Austria)

 

La posición del molde en una máquina de inyección vertical se enseña en la Figura 31.

Fig. 31 – Maquina de inyección vertical: posición del molde

 

Las máquinas de inyección del tipo vertical, Maplan Ergo+, porque satisfacen una gran variedad de requisitos y también por sus características técnicas y ergonómicas, tienen así justificadas la grande preferencia que se les da. Otra razón, que no es menos importante – resulta del hecho de que están equipadas con un servo motor, el cual proporciona importantes ahorros de energía.

Las prensas Ergo+ se presentan disponibles con las siguientes características (Cuadro 2)

Cuadro 2 – Prensas de inyección verticales, del tipo Ergo+
Tipo Fuerza de cierre, kN Volumen de inyección, cm3 Dimensión de las platinas, mm (estándar) Dimensiones de las platinas, mm (máximo)
Ergo+ 90 900 200 – 1000 300 x 400 390 x 500
Ergo+ 160/180 1600/1800 200 – 2600 450 x 510 535 x 560
Ergo+ 250/280 2500/2800 200 – 4000 560 x 650 650 x 650
Ergo+ 250XL/280XL 2500/2800 200 – 4000 560 x 780 670 x 780
Ergo+ 320 3200 200 – 4000 670 x 780 760 x 850
Ergo+ 400/600 4000/4600 1500 – 8500 710 x 800 800 x 900

 

En la Figura 32 se enseña una maquina de inyección horizontal, del tipo Rapid+.

Figura 32 – Prensa de inyección horizontal, del modelo Rapid+

Cortesía de la empresa Maplan, GmbH (Austria)

 

La posición del molde en una máquina de inyección horizontal es la que se puede ver en la Figura 33.

Figura 33 – Máquina de inyección horizontal: posición del molde

 

Las máquinas de inyección del tipo horizontal, Maplan Rapid+, son máquinas muy potentes (2000 a 8000 kN) y también son muy robustas y rápidas. Están proyectadas de igual manera para procesos de moldeo muy automatizados (específicamente en operaciones de desmoldeo y limpieza del molde), hechos que proporcionan importantes reducciones en los costes de mano de obra.

Sus amplios recorridos de cierre permiten la instalación de moldes de dimensiones muy variadas.

Poseen también características muy adecuadas al procesamiento de tipos de elastómeros que presenten algunas dificultades en procesos de inyección.

Las prensas Rapid+ están disponibles con las siguientes características (Cuadro 3):

Cuadro 3 – Prensas de inyección horizontales, del tipo Rapid+
Tipo Fuerza de cierre, kN Volumen de inyección, cm3 Dimensiones de las platinas, mm (estándar)
Rapid+ 200 2000 1000 510 x 510
Rapid+ 300 3000 2600 670 x 670
Rapid+ 400/460 4000/4600 700 – 4000 875 x 875
Rapid+ 650 6500 4000 – 8500 1000 x 1100
Rapid+ 800 8000 4000 – 8500 1000 x 1100

 

En la Figura 34 se enseña una prensa de inyección C-Frame, del tipo Easy+.

Figura 34 – Prensa de inyección C-Frame, del modelo Easy+

Cortesía de la empresa Maplan, GmbH (Austria)

 

Este tipo de máquinas se destina a la producción de artefactos de dimensiones relativamente pequeñas, y de pequeñas series. En lo particular es útil en la vulcanización de cantoneras, en perfiles para la industria automotriz (Figura 35).

Figura 35 – Cantoneras en perfiles para vehículos, moldeados en una máquina de inyección C-Frame. Cortesía de la empresa Maplan, GmbH, (Austria)

 

Para satisfacer los requisitos de determinados tipos de producciones de artefactos, estas máquinas presentan las siguientes variantes opcionales:

  • Versión Top: Inyección en la parte superior, cierre en la parte inferior;
  • Versión Bottom: Inyección en la parte inferior, cierre en la parte superior;
  • Versión Top Top: Inyección y cierre en la parte superior; en la parte inferior existe una mesa fija.

 

Se ofrecen también máquinas para inyección de elastómeros termoplásticos (TPE’s), con volúmenes de inyección de 59 cm3 y 150 cm3.

Todas estas máquinas tienen un comando de operación muy fácil, basado en la unidad de control MAP.commander C600.

Las prensas Easy+ están disponibles con las siguientes características (Cuadro 4):

Cuadro 4 – Prensas de inyección C-Frame, del tipo Easy+
Tipo Fuerza de cierre, kN Volumen de inyección, cm3 Dimensión de las platinas, mm
Easy+ T 30 300 50 – 250 255 x 255
Easy+ T 40 400 50 – 250 255 x 255
Easy+ T 100 1000 50 – 400 500 x 400
Easy+ B 30 300 100 – 200 255 x 255
Easy+ B 40 400 100 – 200 255 x 255
Easy+ TT 20 200 50 – 200 300 x 300
Easy+ TT 30 300 50 – 250 300 x 300

 

Otra clasificación de las prensas de inyección

 

Las máquinas de inyección se pueden también clasificar por la manera como se hace la inyección del caucho en el molde. Así tenemos:

  • Maquinas en las cuales la inyección se hace con un pistón;
  • Maquinas en las cuales la inyección se hace por un husillo con movimiento reciproco;
  • Máquinas en las cuales el sistema de inyección combina la acción de un husillo y la acción de un pistón, con variantes en su disposición geométrica.

 

Las máquinas en las que la inyección se realiza mediante un pistón (Figura 36) fueron las primeras en aparecer (1886), pero quedaron prácticamente obsoletas a partir de mediados de los años 70, cuando se popularizó la construcción de máquinas de inyección con husillo recíproco, inventadas por Hans Beck, en Alemania, en 1943 y por William Willert, en los Estados Unidos de Norteamérica, en 1956. 

Fig. 36 – Máquinas de inyección de tipo pistón (esquemático)

 

Estas máquinas presentaban un grande inconveniente: La cámara plastificaba una cantidad de material que solía ser 3 a 4 veces superior a lo necesario para cada tiro y así el compuesto de caucho se quedaba por varios ciclos consecutivos en la cámara de calentamiento y plastificación, o sea, muy lejos de una situación FIFO (First In First Out).

En las máquinas en las cuales la inyección es hecha por un husillo con movimiento reciproco, el husillo tiene varias misiones: la de calentar y plastificar el compuesto de caucho y después, en su movimiento de traslado, inyectar el compuesto de caucho en el molde (Figura 37).

 

Fig. 37 – Máquina de inyección de tipo husillo con movimiento reciproco

 

El sistema tampoco proporciona una situación FIFO, una vez que entre el diámetro del husillo y el diámetro interior del cilindro existe alguna holgura, la cual permite el retroceso de algún material mientras el husillo avanza, en el paso de inyección. El problema se aminoró con la utilización se una válvula de retención o un anillo de sellado (check-ring).

Más modernamente, muchos modelos de máquinas de inyección combinan la acción de un husillo para dosificar, calentar y plastificar el compuesto de caucho y la acción de un pistón para inyectar, sistema que tiene algunas variantes en su disposición geométrica (Figura 38). Este sistema garantiza, relativamente el material procesado, una situación FILO (First In Last Out).

Fig. 38 – Máquina de inyección de tipo husillo combinado con pistón (esquemático)

 

Unidades de inyección Maplan FIFO

 

Las principales ventajas ofrecidas por las unidades de inyección Maplan MAP.fifo se encuentran en un diseño de grande simplicidad, las cuales proporcionan un desempeño incomparable, una elevada precisión y consecuente economías de material, elevados niveles de productividad y una gran economía de mano de obra.

La unidad de inyección MAP.fifo está disponible en cinco versiones:

  1. fifo (original)
  2. fifo ergo
  3. fifo flex
  4. fifo SILjector
  5. fifo Dual.

Pasamos a describir estos cinco tipos de unidades de inyección, aunque de manera sucinta.

 

1. Unidad de Inyección MAP.fifo (original)

La versión original de inyección de caucho Maplan FIFO (MAP.fifo) ( Figura 39) esta comprobada, desde hace muchos años y aun constituye un componente insuperable en las máquinas de moldeo de caucho por inyección Maplan. Esto es resultado del excelente diseño de su estructura y en el desempeño y precisión del sistema. La unidad de inyección de caucho Maplan FIFO permite una presión de inyección den el molde hasta 2500 bar, lo que se logra por la utilización de boquillas de inyección muy cortas. Por eso, la perdida de presión en la boquilla es muy reducida.

Figura 39 – Unidad de inyección MAP.fifo (original). Cortesía de la empresa Maplan GmbH, (Austria)

 

Las capacidades estándar de las unidades de inyección de caucho Maplan FIFO varían entre los 400 cm3 y los 8600 cm3. Pero, unidades con menores capacidades de inyección (10 cm3 a 200 cm3) o unidades con mayores capacidades de inyección (11,500 cm3 hasta 26,400 cm3), están disponibles si se piden.

 

Características principales de estas unidades de inyección:

  • El primero material plastificado en la cámara de inyección es el primero que es inyectado;
  • Debido al tiempo mínimo de retención en la cámara de inyección y a su boquilla corta, el material se puede procesar a temperaturas un poco más altas;
  • En consecuencia, el tiempo de calentamiento y el tiempo de ciclo se pueden reducir y, por eso, la productividad se puede aumentar.
  • Como la distancia entre la cámara de inyección y el molde es minimizada (los bicos de inyección son muy cortos), la caída de la presión es muy reducida.
  • La limpieza de la unidad de inyección o el cambio del caucho se pueden hacer en periodos de tiempo muy cortos, por el fácil acceso que es permitido por el diseño del sistema.
  • Situaciones similares ocurren siempre que el caucho vulcaniza en la cámara de inyección o en las operaciones de limpieza hechas al final del turno.

 

2. Unidad de inyección MAP.fifo ergo

La unidad de inyección Maplan FIFO ergo (MAP.fifo ergo) (Figura 40) está especialmente adaptada para ser utilizada en la serie de máquinas de inyección Maplan ergo+. Esta unidad combina las ventajas de la unidad Maplan FIFO original con la ventaja de poseeruna mayor accesibilidad a la zona de alimentación, por la rotación del husillo a 90°. Están disponibes para volúmenes de inyección entre los 2500 cm3 y los 6000 cm3.

Figura 40 – Unidades de inyección MAP.fifo original y MAP.fifo ergo – Comparación. Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

3. Unidad de Inyección MAP.fifo flex

El diseño especial de la unidad de inyección MAP.fifo flex (Figura 41), permite trabajar con boquillas de inyección sustituibles, para distintas profundidades de inmersión en el molde.

Figura 41 – Unidad de inyección MAP.fifo flex. Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

4. Unidad de Inyección MAP.fifo SILjector

Las unidades de inyección MAP.fifo SILjector fueran desarrolladas en especial para los procesos de inyección de gomas de silicona liquidas (LSR) (Figura 42).

Figura 42 – Unidad de inyección MAP.fifo SILjector. Cortesía de la empresa Maplan, GmbH (Austria)

 

En este caso, la unidad de inyección está diseñada con una barrera especial de reflujo y un tornillo de dosificación, para lograr alta precisión y reproductibilidad y, al mismo tiempo, tiene un diseño muy compacto, el cual proporciona gran facilidad de mantenimiento.

En las operaciones de limpieza, una persona sola puede desarmar completamente los componentes de la unidad de inyección en pocos minutos.

Las unidades de inyección Maplan.fifo SILjector están disponibles para volúmenes de inyección que pueden variar entre los 100 cm3 y los 400 cm3. Pero, se pueden suministrar unidades de inyección con otras capacidades de inyección, por pedido.

 

5. Unidad de Inyección MAP.fifo dual

Diseñada para la inyección de dos calidades distintas de caucho. Las unidades de inyección doble FIFO (MAP.fifo dual) (Figura 43) permiten un ajuste muy flexible para los distintos tipos de moldes y están disponibles en tamaños que pueden variar entre los 400 cm3 y los 1200 cm3; pero, unidades de inyección con otras capacidades también se pueden suministrar por pedido.

Figura 43 – Unidad de inyección MAP.fifo dual. Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

Órganos Principales de una Máquina de Inyección

 

Una máquina de inyección es constituida por los siguientes órganos principales:

 

Unidad de inyección

  • Sus principales funciones son plastificar y calentar la cantidad dosificada de compuesto que va a ser inyectado;
  • Inyectar en las cavidades del molde la cantidad de compuesto previamente plastificada y calentada, a determinada presión, velocidad y temperatura.

 

Unidad de cierre

  • Su función principal es mantener el molde cerrado mientras se hace la inyección. En este paso, se desarrolla una elevada contrapresión, que tiene a abrir el molde. Esta contrapresión tiene el mismo valor de la inyección multiplicado por el número de cavidades y por el área de proyecto de una cavidad:

C/presión = Presión de inyección x N° de cavidades x área proyectada

 

Molde

  • La principal función del molde es permitir moldear las piezas con la forma y dimensiones correctas. El molde posee un numero de cavidades que es función de la capacidad de inyección y de la dimensión de la platina de la máquina de inyección, de las dimensiones y geometría de las piezas y de cantidad de piezas a producir.

 

Unidad de potencia

  • Su principal función es suministrar la energía necesaria (por lo general, hidráulica) a las unidades de cierre y inyección.

 

Unidad de control

  • Su función es asegurar un control estricto de todos los parámetros previamente establecidos (temperaturas, velocidades, presiones y carreras) y alertar o activar dispositivos de corrección cuando los parámetros establecidos superan los límites establecidos.

 

Control del Proceso

 

Controles principales

En un proceso de inyección las principales variables a controlar son las siguientes:

  • Temperaturas en diversas zonas de la máquina de inyección;
  • Presiones observadas en varios órganos de la máquina de inyección y también en distintas fases del proceso;
  • Cursos que se van a realizar por varias partes móviles del sistema;
  • Velocidades de partes móviles y velocidad de inyección;
  • Tiempos de realización de varios tipos de operaciones inherentes al proceso de inyección.

 

Vamos a describir, con más detalle, todas las variables a controlar:

Temperaturas:

  • Del cilindro o de la cámara de plastificación;
  • Del Husillo o pistón;
  • De la cámara intermedia, cuando exista;
  • De la boquilla de inyección;
  • Del molde (placas: superior, inferior e intermedias);
  • De los bloques de canales fríos, cuando exista.

Presiones:

  • De inyección (la presión de inyección puede variar durante el paso de inyección);
  • De mantenimiento;
  • De cierre;
  • Contrapresión;
  • De los extractores.

Cursos:

  • De apertura del molde
  • De apertura en el paso de desgasificación (desgasificación volumétrica);
  • Volumen de compuesto a inyectar.

Velocidades:

  • De cierre del molde;
  • De apertura del molde;
  • De inyección (la velocidad puede variar durante la fase de inyección).

Tiempos:

  • De plastificación;
  • De inyección;
  • De vulcanización;
  • De desgasificación (desgasificación temporizada);
  • De mantenimiento.

 

Las máquinas de inyección más modernas disponen, además de los controles antes referidos, de sistemas computadorizados que controlan automáticamente los parámetros de la máquina, de manera a eliminar o de, por lo menos, reducir la variabilidad de los factores de proceso, así como molde, compuesto y máquina.

Pasamos a presentar un moderno sistema de control de Maplan GmbH, presentemente en la sexta versión. La empresa Maplan GmbH va dedicando, a lo largo de su actividad, a notables desarrollos tecnológicos de los equipos que produce. Los sistemas de control son una importante parte de ese desarrollo.

En efecto, después de haber presentado en 1985 su primer sistema de control PC-106 (Generación 1), presentó, en los siguientes años, variados perfeccionamientos que hoy, en al año 2013, nos traen el sistema MAP.commander C6 (Generación 6).

En su Newsletter N°1, 2013 (ver aquí), puedes encontrar una breve descripción de la evolución historia de las seis generaciones de estos sistemas de control de la empresa Maplan, GmbH.

Pasamos a describir, aun que, de manera sucinta, los varios tipos de funciones que el sistema de control Map.commander C6 ofrece (Figura 44).

Figura 44 – MAP.commander C6. Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

Las varias funciones del sistema de control Map.commander C6

 

Producción Facilitada
  • Motion: Movimientos auto optimizados de la unidad de cierre/eyector.
  • Estos movimientos de la unidad de cierre y de los inyectores son controlados por un sistema de ultrasonidos, el cual no requiere ningún mantenimiento.
  • Control del bloque de canales fríos, con un máximo de 64 agujas (32 de las cuales se pueden controlar individualmente).
  • La máquina no para si alguien de manera inadvertida, interrumpe la fotocélula, a lo largo del ciclo de vulcanización.
  • Temporizador del sistema de calentamiento con control de manual inteligente, para el precalentamiento del equipo, antes del inicio del turno.
  • Autofeed: sistema automático de la banda de caucho, de manera a garantizar la producción sin interrupciones.
  • Slomo: Abertura exacta y suave de la unidad de cierre, lo que es muy importante para el desmoldeo de artefactos más sensibles.
  • Multidosing: sistema de dosificación múltiple, para la inyección de volúmenes más grandes (con plastificación e inyección múltiples).

 

Diagnóstico y Seguridad

Acceso seguro y informacion segura:

  • Sistema con derechos específicos del utilizador.
  • Acceso con RFID (Radio Frequency ID) o USB.
  • Documentación de la configuración de ciclo, parámetros del proceso y registro en situaciones de alarma.

 

Es Mejor Prevenir que Curar
  • Siempre que hay situaciones de error en el sistema, se presentan luces de aviso en la pantalla, para orientación del operador en la acción o acciones a seguir.
  • El sistema de alarma posee una función de ayuda.
  • Se recomiendan actividades de mantenimiento, siempre que los sistemas de ellas necesiten.

 

En muchas empresas, se utilizan, en los procesos de inyección, configuraciones ineficaces, que originan consumos elevados de energía, de aire comprimido y de agua, subiendo así los gastos en la producción. El conocimiento de las varias entradas y la visualización del su consumo exacto sirven de base para la definición de los ajustes en el proceso, de manera a lograr una reducción de los gastos.

Esto se puede lograr con varios sistemas de control de la empresa Maplan, GmbH. Con el sistema MAP.energywatcher, que está disponible en 3 versiones, con los cuales se pueden monitorear los consumos de energía, de agua y de aire comprimido:

  • Powerwatcher: para medición de la energía consumida.
  • Waterwatcher: para la medición del agua consumida.
  • Airwatcher: para la medición de aire comprimido consumido.

 

El monitoreo de los consumos se puede hacer por períodos de tiempo definidos (por día, por turno, por otro período de tiempo definido, por artefacto producido). Se pueden también definir por el tipo de utilización de la energía (motorización, calentamiento y otras funciones). En la Figura 45 e muestra un registro típico de monitoreo del consumo de energía.

 

Figura 45 – Grafico de monitoreo del consumo de energía. Cortesía de la empresa Maplan GmbH (Austria)

 

Otros sistemas disponibles

  • Currentcontrol: Para el monitoreo de la corriente de calentamiento.
  • Moldsafe: para protección digital del molde.

 

Cada uno de los sistemas se provee con hardware y software apropiados. Los varios sensores que están incluidos hacen la recolección los dados necesarios para monitoreo; la informacion recogida es encaminada para el software de control, el cual permite diversas opciones de análisis, como ya se ha dicho antes (por función, por período de tiempo, por unidad de artefacto producido.

 

Sistema MAP.advanced
  • Con el sistema de control advanced, todo el proceso de inyección es analizado para determinar los mejores parámetros del proceso posibles, de manera a garantizar la más alta calidad del artefacto a producir.

 

Grafico del proceso / Grafico de la inyección
  • Las curvas permiten visualizar la velocidad de inyección, presión e inyección y posición del pistón de inyección.
  • Análisis de situaciones de alarma, incluyendo soporte para el desarrollo del proceso.
  • Documentación de los procesos de transferencias.
  • Todos los datos se pueden exportar como archivos de extensión .CSV.

Nota: El formato del archivo CSV es un archivo de tipo texto, utilizado para transferir informaciones de aplicativos.

 

Sistema MAP.limit de curvas envolventes

La función de las curvas envolventes es simplificar la monitorización del proceso de inyección. Se pueden usar para optimizar procesos, evitar mermas y aumentar la productividad.

Las curvas envolventes se pueden crear para los varios parámetros del proceso, es necesario, primero, definir el valor de corrección para el parámetro considerado y, así, obtener la respectiva curva envolvente. Si en el proceso de inyección el parámetro es excedido, la máquina suena un señal de alarma.

 

Gráfico de Plastificación
  • Es creado el registro de las curvas de velocidad del husillo, de la contrapresión, de la presión hidráulica y de la temperatura a lo largo del proceso de plastificación.

 

Gráficos de Tendencias
  • Se almacenan todos los parámetros importantes del proceso, para efectos de documentación del Sistema de Calidad y para control de los artefactos producidos.
  • Se pueden ver 10 tendencias en grafico o en tabla, de hasta un máximo de 12 parámetros del proceso.
  • Sistema configurable individualmente.
  • Monitorización de valores limite.
  • Se pueden exportar los valores como archivos de extensión CSV.

 

Operador

 

En la producción de algunos tipos de piezas sobre todo en las que los procesos de producción están menos automatizados, el papel desempeñado por el operador puede llegar a ser relevante en la calidad del producto final. El desmoldeo, rebabe y autocontrol de las piezas, por su mayor o menor complejidad, mayor o menor dimensión, puede llegar a ser una operación de mayor o menor delicadeza y exigir capacidad y experiencia que, por veces, el operador no la tiene. Por eso es recomendable una selección cuidada de los operadores en lo particular en la atribución de tareas en cada turno de producción. Sabemos que la versatilidad es deseable; pero hay que admitir que ella ni siempre existe, sobre todo cuando en una plantilla de operadores disponibles hay algunos más jóvenes, aún en fase de entrenamiento.

 

¿Por qué el proceso de inyección?

 

Ventajas del proceso de moldeo por inyección:
  • Permite prescindir del uso de preformas;
  • Permite obtener mejor calidad y uniformidad de los productos fabricados;
  • El grado de vulcanización es más uniforme en toda la pieza;
  • Posibilidad de utilizar desgasificación con vacío;
  • Permite un mejor control de las rebabas, siendo cierto que, en muchos casos, es posible construir un molde sin rebaba (flashless molds);
  • Los tiempos de ciclo son más cortos;
  • Alimentación automática;
  • Proceso adecuado para producción de piezas de caucho-metal;
  • Proceso adecuado a la producción de grandes corridas;
  • Permite un mayor grado de automatización;
  • Coste de producción por pieza en más reducido.

 

Desventajas del proceso:
  • Exige compuestos de grande calidad técnica;
  • El coste de los equipos y de los moldes es más elevada;
  • Cambio del molde y preparación más tardada.

 

Equipos auxiliares para optimización del proceso

 

La empresa Maplan GmbH ofrece varios tipos de equipos auxiliares que adelante se describen. Estos equipos auxiliares tienen por objetivo, fundamentalmente, mejorar la ergonomía y facilitar las operaciones regulares en los procesos de Inyección de caucho.

 

Desplazamiento y cambio de la placa calefactora (Figura 46)
  • Una placa calefactora deslizante permite una mejor ergonomía.
  • Aumento de la producción, con la ayuda de un dispositivo para el cambio de las placas de calentamiento (dos partes inferiores del molde).

Figura 46: 1- Desplazamiento y 2- Cambio de placas. Cortesía de Maplan GmbH (Austria)

 

Desplazamiento/Alteración del Cuadro (Figura 47)
  • Solución económica para cambio o desplazamiento de la placa central
  • Sistema manual o hidráulico

Figura 47: 3- Guía deslizante (placa única) y 4- Cambio de placas (dos placas). Cortesía de Maplan GmbH (Austria)

 

Cambio de placa intermedia (Figura 48)
  • Más producción ocupando dos placas centrales.
  • Más productividad por el cambio sincronizado de las placas centrales

Figura 48: 5- Extractor externo y 6- Extracción de coladas. Cortesía de Maplan GmbH (Austria)