Vulcanización en Prensa de Compresión

 
Vulcanización en Prensa de Compresión

La vulcanización en prensa de compresión y la vulcanización en autoclave se pueden considerar los procesos clásicos de vulcanización.

La vulcanización en prensa de compresión es un proceso:

  • Descontinuo;
  • Que confiere al artefacto, a lo largo de la vulcanización, su forma definitiva;
  • Que utiliza vapor de agua, fluido térmico o energía eléctrica como forma de calentamiento del molde o moldes utilizados;
  • Que se realiza bajo presión (por lo general, una presión de naturaleza hidráulica).

 

Tipos de prensas

Existen variados tipos de prensas de vulcanización. En las Figuras 1 y 2 se muestran los tipos de básicos de prensas:

  • Prensa de tipo marco;
  • Prensa de columnas;
  • Prensa tipo marco en C, también llamadas prensas de cuello de cisne o cuello de caballo.

Las prensas de los dos primeros tipos son las más ocupadas para el fabrico de artefactos. Las prensas de tipo marco en C se utilizan en operaciones especiales, en las cuales no se exigen presiones de moldeo tan elevadas o en que el tipo de artefacto lo exija, como, por ejemplo, la vulcanización de correas transportadoras sin fin, en que hay que unir sus extremidades antes de su ensamble.

 

Fig. 1 – Tipos de prensas de vulcanización (esquemático)

 

Fig. 2 – Tipos de prensas. Cortesía Wabash MPI, Indiana, USA

 

Cuanto, al tipo y número de pistones, existen las siguientes variantes:

  • Prensas con un pistón inferior, ascendente;
  • Prensas con un pistón superior, descendente;
  • Prensas de pistones múltiples.

El número y el diámetro de los pistones están, en cierta medida, relacionados con la dimensión de las platinas de la prensa. Pero existen modelos de prensas que tienen platinas de grandes dimensiones y que tienen solamente un pistón, este también de grande diámetro.

Las prensas de vulcanización se caracterizan también por:

  • Dimensión de sus platinas (largo y ancho, en mm, por ejemplo);
  • Número de pisos de vulcanización (n-1), siendo n el número de platinas;
  • Distancia entre las platinas, también llamado de apertura o claridad (day-light) (mm);
  • Diámetro del pistón o de los pistones (mm);
  • Recorrido del pistón (mm);
  • Fuerza de cierre (ton);
  • Presión específica (fuerza por cm2 del área de la platina).

En el Cuadro 1 se presentan las características de algunos tipos de prensas.

Cuadro 1 – Características técnicas de prensas de vulcanización
Dimensión platinas (mm) Claridad (mm) Diámetro pistón (mm) Recorrido de pistón (mm) Fuerza de cierre (ton) Presión en el sistema hidráulico (kg/cm2) Presión específica (kg/cm2)
00×300 400 150 350 37 210 41
350×350 400 200 350 66 210 54
400×400 400 200 350 66 210 41
400×400 400 250 350 103 210 64
500×500 400 300 350 148 210 59
500×500 400 350 350 202 210 81
600×600 400 350 350 202 210 56
600×600 400 400 400 264 210 73
600×600 400 450 350 334 210 93
700×700 400 400 350 264 210 54
750×750 400 450 350 334 210 59
850×850 400 500 350 412 210 57
900×900 400 600 350 594 210 73
1000×1000 400 600 400 594 210 59
1200×1200 400 650 350 808 243 56
1500×1500 400 700 350 1336 347 59
Observaciones:

  • dimensiones de las platinas: largo y ancho de las platinas (mm);
  • Claridad: es la distancia útil entre platinas, con la prensa en posición abierta (mm);
  • Recorrido del pistón: dislocamiento total del pistón, en su recorrido ascendiente o descendiente (mm);
  • Fuerza de cierre: fuerza total transmitida por el pistón a las platinas (toneladas);
  • Presión en el sistema hidráulico: es la presión indicada por el manómetro inserido en el sistema hidráulico, Esta presión (por ejemplo, en kg/cm2), a multiplicar por el área de del pistón (en cm2) es igual a la fuerza de cierre.

 

Tipos de calentamiento

Las platinas de las prensas se pueden calentar de la siguiente manera:

  • Resistencias eléctricas;
  • Vapor de agua;
  • Fluido térmico.

 

Calentamiento con resistencias eléctricas

Es un tipo de calentamiento muy utilizado en prensas para producción de componentes para calzado. Se basa en este principio: el paso de corriente eléctrica por una resistencia eléctrica produce energía calorífica (efecto de Joule, ya antes referido).

Estas resistencias eléctricas están insertadas en las platinas de vulcanización. Si la corriente eléctrica no es interrumpida, la temperatura de la platina sube continuamente; si fallar la corriente eléctrica o la resistencia se dañar, la temperatura baja de manera progresiva. Por estos hechos, es necesario que existan controles de temperatura en cada platina, para asegurar que las temperaturas predefinidas sean correctas. Deben existir termostatos de buena sensibilidad, para impedir que las oscilaciones de temperatura en las platinas presenten grandes amplitudes; estas no deben superar los 4±2 °C.

Ventajas del calentamiento con resistencias eléctricas:

  • Proporciona gran comodidad y condiciones de trabajo en atmosfera seca;
  • Trabajo de las prensas es autónomo;
  • Permite obtener temperaturas elevadas (sobre todo necesarias a máquinas de inyección).

Desventajas del calentamiento con resistencias eléctricas:

  • E régimen de calentamiento es descontinuo, presentando, por lo tanto, oscilaciones de temperatura;
  • Exige mantenimiento muy cuidado de los sistemas de regulación, sistemas que son, por lo general, costosos;
  • El costo de la energía eléctrica es elevado.

 

Calentamiento con vapor de agua:

Es un tipo de calentamiento también muy utilizado en prensas para producción de artefactos de caucho. Este tipo de calentamiento se basa en el principio de que a una determinada presión de vapor (vapor saturado seco) corresponde una temperatura bien definida. Esa correspondencia puede ser vista en la Tabla 1, para un amplio rango de presiones.

Tabla 1 – Tabla de Vapor Saturado Seco
Presión absoluta Punto de ebulición Densidad Calor sensible Calor total Calor latente de vaporización Calor específico
bar °C kg/m3 kcal/kg kcal/kg kcal/kg kcal/kg.K
0.02 17.51 0.015 17,54 605,2 587,6 0,445
0.03 24.10 0.022 24,12 608,0 583,9 0,446
0.04 28.98 0.029 29,00 610,1 581,1 0,447
0.05 32.90 0.035 32,91 611,8 578,9 0,448
0.06 36.18 0.042 36,19 613,2 577,1 0,449
0.07 39.02 0.049 39,02 614,5 575,4 0,450
0.08 41.53 0.055 41,53 615,5 574,0 0,451
0.09 43.79 0.062 43,78 616,5 572,7 0,451
0.10 45.83 0.068 45,82 617,4 571,5 0,452
0.20 60.09 0.131 60,06 623,4 563,3 0,458
0.30 69.13 0.191 69,10 627,1 558,0 0,462
0.40 75.89 0.250 75,87 629,8 553,9 0,466
0.50 81.35 0.309 81,34 632,0 550,6 0,469
0.60 85.95 0.366 85,97 633,8 547,8 0,473
0.70 89.96 0.423 89,99 635,4 545,4 0,476
0.80 93.51 0.479 93,56 636,7 543,2 0,479
0.90 96.71 0.535 96,78 637,9 541,1 0,481
1,0 99.63 0.590 99,72 639,0 539,3 0,484
1.1 102.32 0.645 102,43 640,0 537,6 0,487
1.2 104.81 0.700 104,94 640,9 536,0 0,489
1.3 107.13 0.755 107,29 641,8 534,5 0,491
1.4 109.32 0.809 109,49 642,6 533,1 0,494
1.5 111.37 0.863 111,57 643,3 531,7 0,496
1.5 111.37 0.863 111,57 643,3 531,7 0,496
1.6 113.32 0.916 113,54 644,0 530,5 0,498
1.7 115.17 0.970 115,42 644,6 529,2 0,500
1.8 116.93 1.023 117,20 645,3 528,1 0,502
1.9 118.62 1.076 118,91 645,8 526,9 0,505
2,0 120.23 1.129 120,55 646,4 525,8 0,507
2.2 123.27 1.235 123,63 647,4 523,8 0,510
2.4 126.09 1.340 126,50 648,4 521,9 0,514
2.6 128.73 1.444 129,19 649,2 520,0 0,518
2.8 131.20 1.548 131,71 650,0 518,3 0,522
3,0 133.54 1.651 134,10 650,8 516,7 0,525
3.5 138.87 1.908 139,55 652,4 512,9 0,533
4,0 143.63 2.163 144,43 653,9 509,4 0,541
4.5 147.92 2.417 148,84 655,1 506,3 0,549
5,0 151.85 2.669 152,89 656,2 503,4 0,556
5.5 155.47 2.920 156,64 657,2 500,6 0,563
6,0 158.84 3.170 160,13 658,1 498,0 0,570
6.5 161.99 3.419 163,40 658,9 495,5 0,577
7,0 164.96 3.667 166,49 659,7 493,2 0,583
7.5 167.76 3.915 169,41 660,4 491,0 0,590
8,0 170.42 4.162 172,19 661,0 488,8 0,596
8.5 172.94 4.409 174,84 661,6 486,7 0,602
9,0 175.36 4.655 177,38 662,1 484,7 0,608
9.5 177.67 4.901 179,81 662,6 482,8 0,614
10 179.88 5.147 182,14 663,1 480,9 0,620
11 184.06 5.638 186,57 663,9 477,3 0,631
12 187.96 6.127 190,70 664,6 473,9 0,642
13 191.60 6.617 194,58 665,3 470,7 0,653
14 195.04 7.106 198,26 665,9 467,6 0,663
15 198.28 7.596 201,74 666,4 464,6 0,673
16 201.37 8.085 205,06 666,8 461,7 0,684
17 204.30 8.575 208,23 667,2 459,0 0,693
18 207.11 9.065 211,27 667,5 456,3 0,703
19 209.79 9.556 214,19 667,8 453,6 0,713
20 212.37 10.047 217,01 668,1 451,1 0,722
21 214.85 10.539 219,72 668,3 448,6 0,732
22 217.24 11.032 222,35 668,5 446,2 0,741
23 219.55 11.525 224,89 668,7 443,8 0,750
24 221.78 12.020 227,36 668,9 441,5 0,760
25 223.94 12.515 229,75 669,0 439,2 0,769
Conversion: 1 kcal/kg.K = 4.1869 kJ/kg.K

 

En esta situación, las platinas de las prensas son perforadas y en ellas circula el vapor de agua, disponen de:

  • Una entrada de vapor, el cual da su calor latente a la platina mientras se condensa;
  • Una salida de condensado.

Debidamente asegurada la salida de condensados, pero sin dejar salir el vapor (por medio del uso de válvulas de purga), las platinas rápidamente logran la temperatura correspondiente a la presión de vapor y la mantienen, con oscilaciones de temperatura muy pequeñas (1-2 °C).

Ventajas del calentamiento por vapor de agua:

  • Permite obtener en las platinas temperaturas con pequeñas oscilaciones;
  • Calentamiento económico, para unidades fabriles de dimensión apreciable, que tengan generadores de vapor para calentamiento de sus equipos de producción.

Desventajas del calentamiento con vapor de agua:

  • Exige un mantenimiento muy cuidado de los sistemas de producción de vapor;
  • Exige cuidados de mantenimiento muy frecuentes, pues existen problemas de incrustaciones y corrosión;
  • Exige el tratamiento del agua de alimentación del generador de vapor;
  • Exige un mantenimiento muy cuidado de los sistemas de alimentación de vapor en las prensas de vulcanización (no olvidar que las platinas son móviles);
  • Exige la instalación de reguladores de presión, con buena sensibilidad, en cada prensa;
  • Dificultad en trabajar en condiciones de atmosfera seca, una vez que ocurren fugas de vapor con mucha frecuencia;
  • Exige un buen aislamiento de toda la red de distribución de vapor.

 

Calentamiento con fluido térmico

Es un tipo de calentamiento que también se puede ocupar en prensas para producción de artefactos. Este tipo de calentamiento está basado en el principio de transferencia de calor de un fluido calentado a determinada temperatura para, en la circunstancia, la platina de una prensa.

En esta situación, las platinas de las prensas son también perforadas y en ellas circula el fluido que va a proporcionar el cambio de calor con la platina. Poseen, por lo tanto, una entrada y una salida de fluido térmico.

Los fluidos térmicos son sustancias orgánicas (por lo general derivados del petróleo con una base de naturaleza parafínica o nafténica), con un punto de ebulición muy superior al del agua, lo que permite su circulación en los equipos a temperaturas superiores a 200 °C (en algunos casos puede llegar a los 400 °C), sin la necesidad de utilizar presiones elevadas.

Ventajas del calentamiento con fluido térmico:

  • En los sistemas de calentamiento con fluido térmico, los cuidados de mantenimiento son mínimos, pues que no existen problemas de corrosión e incrustaciones;
  • Proporcionan grande comodidad y condiciones de trabajo en atmosfera seca;
  • Las pérdidas de calor son considerablemente menores, pues el sistema funciona en circuito cerrado;
  • Inversión moderada.

Desventajas del calentamiento con fluido térmico:

  • Pobre capacidad de transferencia de calor (los coeficientes de transferencia de calor a veces son bastante bajos)
  • El fluido térmico es susceptible de oxidación, con su inherente degradación.

 

Sistema hidráulico

El sistema hidráulico, que genera la fuerza necesaria al cierre de la prensa, puede operar con variados fluidos (agua o aceite). Este sistema actúa por medio de una bomba hidráulica, la cual transfiere el fluido existente en el tanque de la unidad energética para el cilindro que contiene el pistón, haciéndolo subir (en prensas con pistón inferior). Después de lograda la presión adecuada, la bomba para y entra en función una válvula de retención que impide el retorno del fluido hidráulico, lo que mantiene el molde cerrado y apretado con la presión previamente regulada.

Al término del ciclo de vulcanización esa válvula se abre y el pistón baja por acción de su mismo peso, del peso de la estructura de la platina y del mismo molde. La abertura puede ser más o menos tardada. Para reducir el tiempo de abertura de la prensa, existen las llamadas prensas de doble efecto, o sea, en el término del ciclo de vulcanización, el fluido es bombeado para el lado opuesto del pistón, obligándolo a descender más rápidamente (Figura 3).

 

Fig. 3 – Sistema hidráulico de prensa de doble efecto (esquemático)

 

Fuerza de cierre

Esta es una importante característica de las prensas. La fuerza de cierre es transmitida por la platina inferior o superior, al molde. Bajo la acción de esta fuerza, que debe mantener su valor por todo el tiempo de vulcanización (excepto en el momento de purga o purgas), el molde se cierra completamente, el caucho excedente dentro de las cavidades es expulsado y se acumula, sobre todo en los canales de rebaba, y la vulcanización se procesa bajo la acción de esta fuerza.

La fuerza de cierre puede ser conocida (por indicación del fabricante de la prensa) o, si no lo es, se puede calcular, multiplicando la sección del pistón (por ejemplo, em cm2), por el valor de presión de cierre (por ejemplo, en bar o en kg/cm2) (NB: 1bar = 1.0197 kg/cm2), presión que puede ser leída en el manómetro existente en el circuito hidráulico. Sin embargo, cabe señalar que la fuerza de cierre debe ser indicada por el fabricante de las prensas, ya que solo él conoce el tipo de construcción de la prensa y su resistencia estructural. El valor de presión de cierre que antes se refirió, quizás pueda superar la presión en el circuito hidráulico para la cual la prensa se construyó, eso puede provocar daños severos en el equipo y, aún, provocar accidentes graves.

 

Presión de moldeo

La presión de moldeo o presión específica de moldeo – fuerza por unidad de área del molde -se calcula dividiendo la fuerza de cierre por el área del molde. Las dimensiones del molde son, por lo general, inferiores a las dimensiones de las platinas o, en lo máximo, iguales o casi iguales. Así, la fuerza por unidad de área de la platina es inferior a la fuerza por unidad de área del molde o, en una situación límite, igual o casi igual. Vamos a ver un ejemplo:

Una prensa con platinas de 600*600 mm, con un pistón con diámetro de 400 mm, tiene una fuerza de cierre de 200 toneladas. El área de las platinas, en cm2, es de:

60 * 60 = 3600 cm2

La fuerza por unidad de área de la platina es de:

200,000 / 3600 = 55.6 kg/cm2

Para proporcionar esta fuerza de cierre, la presión indicada en el manómetro del circuito hidráulico va a ser igual a la fuerza de cierre a dividir por el área del pistón, o sea:

200,000 / (3.1416 * 402 / 4) = 200,000 / 1256.6 = 159 kg/cm2

Si el molde tiene una dimensión de 550 * 450 mm, tendrá un área, en cm2, de:

55 * 45 = 2475 cm2

Y la fuerza por unidad de área del molde va a ser de:

200,000 / 2475 = 80.8 kg/cm2

O sea, la fuerza por unidad de área en el molde es, aproximadamente, 45.3% mayor que la fuerza por unidad de área en las platinas.

Las presiones de moldeo no deben ser inferiores a 40 kg/cm2. Muchas prensas no disponen de la fuerza de cierre suficiente y trabajan con presiones por unidad de área del molde alrededor de 20 kg/cm2 (¡y hay veces que todavía es menos!), lo que es manifiestamente insuficiente para la calidad de los vulcanizados, puede crear algunas dificultades en la vulcanización de compuestos de dureza más elevada o de baja fluidez (moldeo deficiente y rebabas gruesas).

Por otro lado, si la fuerza de cierre proporcionar una fuerza por unidad de área de la platina razonablemente elevada, como en el caso ya referido antes (55.6 kg/cm2), la no utilización de la totalidad del área de la platina (por ejemplo, molde con 550 * 450 mm), originará una fuerza por unidad de área del molde de 80.8 kg/cm2. Si la construcción de las platinas de la prensa no es suficientemente robusta, el uso continuado bajo estas presiones elevadas las va a deformar, dejando su superficie de ser rigorosamente plana. En estas condiciones, hay que bajar la fuerza de cierre, reduciendo la presión en el circuito hidráulico a un valor adecuado y de cálculo muy fácil.

 

La operación de moldeo

La operación con prensas de vulcanización es relativamente fácil de manejar y segura, si se toman las precauciones necesarias. La operación de moldeo exige los siguientes equipos y herramientas:

Prensa de vulcanización

Una prensa de vulcanización, calentada por uno de los métodos ya referidos, accionada hidráulicamente por una unidad energética que disponga de una bomba hidráulica y de dos tipos de válvulas:

  • Una de las válvulas controla la subida del pistón, en régimen de baja presión;
  • La segunda válvula controla la subida del pistón, en el paso final de cierre de la prensa, en régimen de alta presión.

La prensa puede ser de apertura rápida, si es de doble efecto.

Aparatos de control

La prensa debe disponer de aparatos de control, en específico:

  • Temporizador, para regular el tiempo de vulcanización (caso más sencillo). En este caso la purga o purgas son realizadas manualmente y el tiempo de vulcanización empieza a contar después de la última purga;
  • Programador, que programa los tiempos, el número y duración de las purgas y la duración de la vulcanización;
  • Manómetro para regulación/control de la presión hidráulica;
  • Regulación de la presión de vapor (si es esa la situación);
  • Manómetro para indicación de la presión de vapor (si es esa la situación);
  • Termómetros para control de la temperatura de las platinas, con los respectivos termopares (en específico es necesario cuando el calentamiento es efectuado por resistencias eléctricas).

Mesa de trabajo

Una mesa de trabajo de dimensiones adecuadas y, cuando necesario (siempre que no sean utilizadas preformas), una báscula con capacidad mínima adecuada al peso de los artefactos a producir.

Herramientas y accesorios de moldeo:

  • Pistola de aire comprimido;
  • Agente desmoldante (excepto cuando el molde tiene tratamiento con agente desmoldante permanente o semipermanente);
  • Palancas para abertura del molde (cuando necesario; si necesario, deben ser en aluminio o latón);
  • Palancas de madera (ayudas en la extracción de artefactos vulcanizados);
  • Escoba de latón;
  • Aguja;
  • Pinzas (alicates);
  • Guantes;
  • Agarraderas.

 

Proceso de moldeo

Vamos a indicar lo que se puede considerar una secuencia normal en un proceso de moldeo de suelas, por ejemplo (Figura 4):

  • Apertura del molde y remoción del artefacto vulcanizado y rebabas;
  • Limpieza del molde;
  • Aplicación de agente desmoldante (cuando necesario o aplicable);
  • Colocación del preformado en el molde (peso y forma adecuada);
  • Cierre del molde;
  • Colocación del molde en la prensa (cuando aplicable);
  • Cierre de la prensa (con el cierre de la prensa se inicia el conteo del tiempo de vulcanización);
  • Desgasificación (es) manuales o automáticas);
  • Vulcanización;
  • Abertura del molde, al alcanzar el tiempo de vulcanización establecido.

 

Fig. 4 – Secuencia de operaciones en un proceso de moldeo convencional

(Hacer clic para ver mayor imagen)

 

Observaciones:

Apertura del molde, algunas configuraciones posibles:

  • La parte superior e inferior del molde pueden estar fijadas, respectivamente, en las platinas superior e inferior de la prensa de vulcanización. En este caso el molde se abre cuando la prensa se abre;
  • La parte superior del molde puede estar fijada en la placa superior de la prensa de vulcanización y la parte inferior del molde puede estar armada en una platina deslizante (tipo cajón, que es la configuración enseñada en la Figura 4). En este caso se abre el molde cuando se abre la prensa; la parte inferior conteniendo el artefacto vulcanizado, es jalado para el exterior en una platina deslizante, lo que facilita las operaciones subsecuentes de desmoldeo, limpieza y de carga del molde.
  • Es necesario retirar el molde de la prensa para una plataforma localizada delante de la prensa y al nivel inferior de la placa inferior (cuando la prensa está abierta). En esta situación, el molde debe ser abierto con el auxilio de palancas, el artefacto vulcanizado y las rebabas son retiradas, el molde es limpio, se aplica el agente de desmoldeo (si aplicable) se coloca otra preforma y el molde se cierra y recoloca en la prensa, para un nuevo ciclo de vulcanización. Situación más laboriosa, más tardad y con más riesgos de accidentes.

Carga del molde: Maneras alternativas de preformación

  • Preformados obtenidos, por ejemplo, en una máquina tipo Barwell. En esta situación, el preformado tiene un peso de caucho necesario y una forma adecuada, que permite una regular distribución del compuesto en la cavidad;
  • Preformados obtenidos a partir de placas de compuesto de caucho y cortadas, con troquel adecuado, en balancines. En este caso, el espesor de las placas debe ser tal que la preforma troquelada tenga el peso adecuado. Por veces se colocan, en ciertas zonas del artefacto, pequeños trozos de caucho, que completan el peso necesario (en el caso de las suelas, por ejemplo, es común colocar un poco más de caucho en la zona del tacón, en donde hay, por lo general, necesidad de mayor volumen de material);
  • Tiras cortadas de placas de compuesto de caucho. Estas tiras se cortan después en trocitos más pequeños – algunos con largo aproximado del artefacto – y otros más pequeños, para que se pueda completar el peso necesario. En este caso, la verificación del peso se hace con el auxilio de una báscula disponible en la mesa de trabajo;
  • Con granulados, obtenidos en equipos especiales para el efecto. La cantidad definida de granulado o se controla por peso o se obtiene con un medidor de volumen, colocada en el molde y distribuida de manera adecuada, dejando naturalmente un mayor volumen en las zonas de mayor necesidad de material.

Purgas (también llamadas desgasificaciones): número y duración

  • El número y la duración de la purga o purgas, debe ser experimentalmente establecido, mediante la observación de los resultados obtenidos, en términos de eliminación de defectos que ocurran en los distintos locales del artefacto. El número y duración de las purgas depende del tipo del molde, del estado de su superficie, de la mayor o menor complejidad del diseño del artefacto, de la manera como se carga el molde y, sobre todo, del tipo de compuesto de caucho – a saber, de su viscosidad y de su tiempo de prevulcanización. Los compuestos de alta viscosidad – que, por lo general, corresponden a caucho de mayor dureza, necesitan de un mayor número de purgas. Al revés, los compuestos de menor viscosidad – que, por lo general, corresponden a cauchos de menor dureza, necesitan de un menor número de purgas; en algunas situaciones, las purgas se revelan perjudiciales, pues la apertura del molde puede corresponder a arrastramientos del material y a la incorporación de aire en esa masa de caucho aun no vulcanizada.

 

Utilizaciones de agentes de desmoldeo

  • Muchas veces se utilizan agentes de desmoldeo para facilitar la extracción de los artefactos vulcanizados, del molde. El agente de desmoldeo debe ser seleccionado criteriosamente y aplicado de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. La utilización incorrecta de agentes de desmoldeo o la utilización de agentes de desmoldeo no adecuados puede provocar graves problemas (delaminaciones) del artefacto, después de su vulcanización, problemas en la superficie del artefacto y exigir posterior corrección (manchas, por ejemplo).

 

Moldes

Los moldes pueden ser construidos en diversos tipos de materiales – hasta mismo en resinas plásticas termo estables – moldes que se destinan normalmente a la ejecución de prototipos. El aluminio y el acero son los metales más comunes; todavía, el acero es el material más utilizado, por su resistencia y durabilidad. El aluminio puede ser utilizado en la ejecución de moldes que se destinan a la producción de pequeñas corridas.

Los moldes son, regla general, construidos en talleres especializados, que utilizan corrientemente procesos de electroerosión y maquinado en CNC (Control Numérico Computadorizado), además de las operaciones básicas en tornos mecánicos, fresadoras, mandriladoras, etc. Hay veces que los moldes se pueden obtener por fundición, seguido de mecanizado, por los procesos antes referidos.

El material que constituye el molde y el tipo de su acabado superficial desempeñan un papel determinante en el aspecto del producto final y también en la mayor o menor facilidad de desmoldeo de los artefactos.

El estado final de la superficie del molde debe ser debidamente especificado, ya que por veces se desea obtener en los vulcanizados determinados tipos de superficies (brillosas, mates o texturizadas). Los tipos más comunes de acabado de superficial de los moldes son el cromado (cromo duro), nitruración, texturización, variados tipo de decapados (mecánicos o químicos) y, por veces, acabados especiales (por ejemplo, revestido con teflón).

Las cavidades del molde se deben ejecutar de acuerdo con los diseños del fabricante o del cliente y sus dimensiones deben ser de tal forma que, después de la remoción de los artefactos del molde y su posterior enfriamiento, ellos se presentan con sus dimensiones dentro de las tolerancias definidas.

En el enfriamiento ocurre un fenómeno de contracción, el cual origina una disminución de las dimensiones del artefacto. Durante el enfriamiento los artefactos no pueden estar sometidos a deformaciones o distorsiones, sus efectos van a permanecer después de su enfriamiento.

La cavidad del molde debe permitir la reproducción exacta de los artefactos que se requieren producir. La cavidad propiamente dicha y las placas intermedias, que eventualmente se utilicen (por ejemplo, en la producción de suelas con más de un color), deben permitir, al final de la vulcanización, un desmoldeo (o extracción) fácil.

En la periferia de la cavidad del molde debe existir una línea para corte de la rebaba y el anillo de rebabe (Figura 5), los cuales deben permitir, en operación posterior, un rebabe fácil y rápido.

 

Fig. 5 – Línea de corte de rebaba y anillo de rebabe

 

Por otro lado, se debe asegurar que la apertura y el cierre del molde se llevan a efecto sin grande esfuerzo. El sistema de guía debe ser preciso, pero lo suficientemente ajustado para permitir apertura y cierre del molde sin problemas.

En las prensas de compresión los moldes utilizados pueden ser de dos tipos:

  • Molde para proceso de moldeo por compresión convencional;
  • Moldes para proceso de moldeo por transferencia.

En la Figura 4 ya se presentó el diseño de un molde para un proceso de moldeo convencional por compresión, que se enseña ahora con más detalle en la Figura 6. El modo de funcionamiento de este tipo de molde se describió entonces.

 

Fig. 6 – Molde para proceso de moldeo por compresión convencional

En la Figura 7 presentamos, de manera esquemática, un molde para un proceso de moldeo por transferencia, molde que tiene una concepción bien distinta:

 

Fig. 7 – Molde para proceso de moldeo por transferencia (esquemático)

 

Como se puede ver, el molde está compuesto de tres partes: la parte superior (1), que actúa como un émbolo o pistón al comprimir el compuesto de caucho (2) que se coloca en la cámara de transferencia (3), existente en la parte superior del molde (4) y la parte inferior del molde (6). Las partes, parte superior (4) y parte inferior (6), tiene las varias cavidades de moldeo. La comunicación de la cámara de transferencia con las cavidades se hace por medio de las coladas de transferencia (10). Por el efecto de la fuerza de cierre de la prensa, el émbolo fuerza el compuesto de caucho (2) a pasar por las coladas de transferencia hacia las cavidades del molde. El volumen de compuesto de caucho tiene que ser de tal cantidad que pueda llenar todas las cavidades del molde y formar un tapete de caucho (11), con el menor espesor posible, en el fondo de la cámara de transferencia. Con la apertura de la prensa, la parte superior se separa de la parte intermedia y esta de la parte inferior, lo que va a permitir retirar las piezas vulcanizadas (12) y el tapete formado en la cámara de transferencia (este también vulcanizado). El rebabe de las piezas se hace de inmediato, removiendo el cordón de rebabe (13) formado intencionalmente para ese efecto.

Este tipo de moldes es, por lo general, utilizado para producción de artefactos de pequeña dimensión, geometría más compleja y, por lo tanto, más difícil de rebabar. Este tipo de molde posee, por lo general, un elevado número de cavidades.

 

Contracción del caucho

El artefacto va a ser obtenido por moldeo en una cavidad de un molde construido en un determinado tipo de material (acero, por lo general) y a una determinada temperatura de vulcanización. O sea: vamos a moldear una pieza en una cavidad que esta dilatada, por efecto de la temperatura, a que se encuentra en molde, y esa dilatación es tanto mayor cuanto más elevada sea la temperatura de vulcanización. Esa dilatación es, por otro lado, dependiente de las características térmicas del acero (su coeficiente de dilatación térmica varía, obviamente, con el tipo de acero).

Después de la vulcanización el artefacto es retirado del molde y enfría hasta la temperatura ambiente. Mientras se enfría ocurre contracción, que va a hacer con que el artefacto presente determinadas dimensiones y forma final. Y en todo este proceso puede aun ocurrir algún anisotropismo de las propiedades térmicas, sea del caucho sea del acero. Pero, para el cliente o todavía para el fabricante, las formas y las dimensiones finales son las que tienen de estar de acuerdo con los diseños, con las diversas cotas y respectivas tolerancias, así como debe pasar también con las otras propiedades, que tienen que satisfacer los requisitos especificados.

Para que todo esto ocurra, es necesario conocer, con rigor, determinados parámetros, que son:

  • El coeficiente de dilatación térmica del compuesto;
  • La temperatura de vulcanización, °C;
  • El material de construcción del molde y su coeficiente de dilatación térmica.

El constructor del molde tiene de considerar estos parámetros, de manera a que el molde permita obtener las piezas con las dimensiones correctas. Ya se analizó este tema con más detalle en la página Contracción del Caucho.