Algunos aspectos del proyecto de moldes

Número de cavidades del molde

Moldes de compresión y de transferencia

Los moldes pueden tener una o varias cavidades. Si hay la posibilidad del molde tener más de una cavidad, más grande va a ser su productividad y menores los costes de producción.

Pero, hay que considerar varios factores al definir el número de cavidades, tales como:

Así, se deduce que, de los distintos procesos de cálculo a realizar, considerando los distintos factores que intervienen, se obtendrán diferentes números de cavidades. Se debe considerar el valor mínimo de todos los calculados, pues ese valor estará definido por el factor limitante de todo el proceso. Ese valor se puede ajustar para el inferior o superior (siempre van a ser pocas unidades de diferencia), si es necesario, por cuestiones de aprovechamiento del área disponible de los platos de la prensa de vulcanización. Pero es pertinente señalar que este valor debe ser muy cercano al valor requerido para cumplir con los plazos de entrega.

Entonces veamos:

 

1. Número de cavidades necesario para cumplimiento de las exigencias del cliente en términos de plazo de entrega:

Si A_m es el número de artefactos a producir en un mes.

Tendremos entonces, que el número de ciclos realizados por mes (C_m) va a ser de:

La producción mensual de artefactos, A_m, se obtiene por multiplicación del número de ciclos de producción realizados por mes (C_m), por el número de cavidades del molde N_c1:

Resulta entonces que, para satisfacer el pedido del cliente, el número de cavidades a ejecutar en el molde (N_c1) debe ser:

 

2. Número de cavidades que es posible ejecutar en un molde a instalar en una prensa con platos de determinadas dimensiones

Las dimensiones de los platos de una prensa y su forma geométrica (cuadrada o rectangular) condicionan, como es expectable, las dimensiones de los moldes a instalar y, obviamente, el número de cavidades. Las dimensiones del artefacto y su geometría también son determinantes en el número de cavidades a ejecutar en un molde. En artefactos de mayores dimensiones y volumen, también la abertura de los platos de la prensa (también llamada de claro entre platinas) es un factor que tener en consideración.

Vamos, para ejemplificar, considerar un artefacto como el enseñado en la Figura 12. Vamos a considerar también que el molde se destina a ser instalado en una prensa en que las platinas tienen las dimensiones de 600 x 600 mm.

Figura 12 – Artefacto de caucho

 

Conocida la dimensión de las platinas de la prensa y las características dimensionales y geométricas del artefacto a producir, se deben efectuar los estudios para definición del número de cavidades en el molde. Evidentemente no se trata de considerar solo el área proyectada del artefacto, sino también de considerar el área que rodea al artefacto en el plano de partición, para la ejecución de la línea de corte de rebabas y el anillo de desbarbado (o cordón) y, en su caso, el área requerida para la fijación de los machos. Estos factos obligan a procurar la mejor disposición de las cavidades, sin olvidarse nunca de que hay que desmoldear los artefactos con facilidad. En la Figura 13 se muestran las áreas para ejecución de la línea de corte y del anillo de rebaba para el artefacto que se muestra en la Figura 12.

Figura 13 – exigencias del artefacto

 

El estudio de la disposición más adecuada se puede efectuar manualmente o con apoyo de software adecuado. Para eso es necesario conocer el área de moldeo disponible. Se debe considerar, por lo general, un área menor al área de las platinas de 10 a 15%.

En el caso en estudio vamos a admitir la utilización de una prensa de compresión, con platinas de 600 x 600 mm. Vamos a considerar la construcción de un molde de 560 x 560 mm. Se pueden presentar varias soluciones para la disposición de las cavidades, por forma a proporcionar un más grande número de cavidades, una adecuada fijación de los machos y un fácil desmoldeo de los artefactos vulcanizados. Sin embargo, no todos cumplen obviamente los tres requisitos mencionados, particularmente la fijación de los núcleos y la extracción de los artefactos vulcanizados. Se presentan, en la Figura 14, algunas soluciones aceptables. La disposición C es similar a la B, aunque con solo 6 cavidades. En mi opinión, la mejor disposición de las cavidades es la correspondiente a la letra D. Considero que facilita la operación de desmoldeo, requiriendo menor movimiento por parte del operario. Aún, el molde se construyó con la disposición B, como se puede ver en la Figura 15.

Figura 14 – Disposición de las cavidades

Figura 15 – Molde construido para el artefacto de la Figura 12

 

3. Número de cavidades más económico

El costo de un molde está influenciado principalmente por el número de cavidades. Por tanto, siempre que sea posible, entre límites alternativos en el número de cavidades, habrá que definir el número que resulte más económico.

Un estudio relativamente simple y que permite ese análisis es el ilustrado en el grafico representado en la Figura 16. Se estiman los costes de producción por unidad (costo de la máquina y de la mano de obra), para diferentes niveles de productividad que resulten de la utilización de moles con diferentes números de cavidades. Se obtiene una línea semejante a la línea de color azul en dicha figura.

Figura 16 – Costo total de producción en función del número de cavidades

 

El costo de la materia-prima por unidad producida, es independiente del número de cavidades del molde; está representado por la línea de color verde.

Vamos a admitir en este estudio que el costo del molde (línea de color roja) cambia de forma lineal según sube el número de cavidades; pero va a ser una información necesaria que hay que pedir al fabricante del molde. La línea de color negro representa el costo total y, en cada punto corresponde a la suma de los valores de las respectivas ordenadas de los tres tipos de costes considerados.

En esta situación la línea de costo total muestra que 7 cavidades van a corresponder al más bajo costo total. Pero, 6 o 8 cavidades se pueden utilizar con pequeña diferencia en el costo total de cada pieza.

 

Moldes de inyección.

Este proceso de moldeo es adecuado, como ya se ha dicho antes, para grandes corridas de producción, con tasas de entrega también muy altas. El número de cavidades a ejecutar en el molde (N_c) se puede estimar teniendo en cuenta los factores:

Así, discurre que, de los varios procesos de cálculo a efectuar, considerando los varios factores que intervienen, se obtienen diferentes números de cavidades. Se debe considerar el valor mínimo de todos, pues ese valor va a estar conectado al factor limitante de todo el proceso. Aun se debe ajustar ese valor al valor inferior o superior (van a ser siempre pocas unidades de diferencia), si hay la necesidad, por cuestiones de balanceo, por ejemplo. Pero va a ser pertinente afirmar que ese valor deberá estar muy cerca del valor exigido para cumplir los plazos de entrega.

Entonces veamos:

 

4. Número de cavidades necesario para cumplir las exigencias del cliente en lo que toca a plazos de entrega.

 Sea Q_m el número de artefactos a producir en un mes:

Tendremos entonces, que el número de ciclos realizados por mes (C_m) es de:

La producción mensual de artefactos, Q_m, se obtiene por multiplicación del número de ciclos de producción, realizados por mes (C_m), por el numero de cavidades del molde N_c1:

Resulta entonces que, para satisfacer la exigencia del cliente, el número de cavidades a ejecutar en el molde (N_c1) es de:

 

5.  El número de cavidades existentes en un molde, multiplicado por el volumen de artefactos, más el volumen de rebabas, coladas y canales (correspondientes a un artefacto), no debe rebasar la capacidad volumétrica de inyección de la máquina (maximun shot volume).

 Vamos a aceptar que el artefacto a producir tiene un volumen V_a (cm³) y que la cantidad de rebaba, colada y canales, originado por cada artefacto, es de R_a (cm³).

Normalmente se considera una utilización de 80-85% de la capacidad máxima de inyección de la máquina, C_i (cm3); vamos a considerar el valor mas desfavorable, el -80%. En estas condiciones, el número de cavidades que es posible ejecutar en el molde (N_c2) es de:

 

6.  La máquina de inyección está construida para proporcionar una fuerza de cierre de (F_f, Ton) (Clamping force) y una determinada presión de inyección (P_i, kgf/cm²) (Injection pressure). Así, tendremos de calcular el número de cavidades que, en las condiciones de fuerza de cierre y de presión de inyección, no originen una fuerza de sentido opuesto a la fuerza de cierre, la cual, se exceder esta última, pueda dar origen a un espaciamiento de las placas del molde y artefactos con rebaba muy gruesa.

 Vamos, entonces, a calcular el número de cavidades N_c3, compatible con las características de la máquina de inyección: Fuerza de cierre y presión de inyección.

El área total proyectada (AT_p) por los artefactos en la línea de partición del molde se obtienen por el producto del número de cavidades, N_c3, por el área proyectada por cada artefacto, A_p (cm²). Esta área se puede obtener, por ejemplo, a partir del diseño del molde. A esta área hay que sumar el área proyectada de la colada y demás canales de inyección (A_pjc). Entonces tendremos:

Esta área multiplicada por la presión de inyección (P_i) (vamos a considerar el valor nominal de Pi, ignorando las perdidas de carga que ocurren en el sistema), representa la fuerza F_s, (fuerza de separación – separating force), que se opone a la fuerza de cierre F_f. Así, es absolutamente necesario que F_s < F_f.

Normalmente se considera el factor de seguridad de 0.8, o sea: F_s < 0.8 . F_f.

Entonces se puede escribir:

Se puede, entonces, obtener el valor de N_c3:

 

De estos 3 valores (N_c1, N_c2 y N_c3) se debe considerar el valor más bajo, que corresponde al factor limitante del proceso. Este valor debe ser redondeado para el número de cavidades, superior o inferior, de manera a permitir una disposición bien balanceada, para que ocurra un llenado simultaneo y homogéneo, de todas las cavidades.

El número de cavidades debe, en cualquier circunstancia, posibilitar la producción de un número de artefactos para satisfacer la necesidad del cliente. Se tal no se puede, se debe considerar la posibilidad de construcción de un segundo molde, con la necesidad obvia de disponer de otra máquina de inyección.

En las decisiones que hay que tomar, del número de cavidades a adoptar y de la eventual construcción de otro molde, se deben evaluar los aspectos económicos involucrados. Como lo vimos en el caso de los moldes de compresión (ver arriba en esta página), el costo del molde sube con el número de cavidades, de una manera aproximadamente lineal. Lógicamente, hay que buscar la solución más económica, que satisfaga el requerimiento del cliente, en cuanto a cantidad y plazo de entrega.