Fuerza de cierre
Es la fuerza que tiene la máquina para
oponerse a la que ejerce al plástico cuando llena el molde, y que
tiende a separar las dos caras del mismo generando rebaba. Este
parámetro es muy importante, y generalmente determina el tamaño de la
máquina. La fuerza de cierre necesaria está determinada por el área
proyectada del artículo, el número de cavidades y la presión necesaria
para inyectar. Otros factores que afectan la fuerza son el material a
inyectar y el tipo de colada.
Inicialmente, es importante establecer si la fuerza
de cierre se está fijando en toneladas métricas o americanas: 200
toneladas métricas equivalen a 220 toneladas americanas. Como "regla
de dedo", se requieren entre 2 y 3 toneladas americanas de fuerza por
cada pulgada de área proyectada. Para resinas muy resistentes a fluir,
como el PC, se llegan a necesitar hasta 4 ó más toneladas por pulgada
cuadrada. Existen métodos más precisos para determinar la fuerza de
cierre, como multiplicar la presión de inyección por el área
proyectada; sin embargo, la presión puede variar con el diseño del
molde, y hay que utilizar la presión en la cavidad (no en el barril),
la cual rara vez se mide.
Gramaje de inyección
Es la masa máxima que puede inyectar una
máquina, y equivale al volumen de inyección multiplicado por la
densidad del material fundido. Este valor típicamente viene dado en gr.
de PS, que fundido tiene una densidad de 0.9 gr./cm3. Es
por esta razón que el gramaje de inyección normalmente es un 10% menor
que el volumen de inyección.
El gramaje requerido se calcula multiplicando el
peso de la pieza por el número de cavidades, y sumándole el peso de
los ramales. Cuando el material no es PS, este valor se debe dividir
por la densidad del material fundido. El resultado de esta operación
arroja el volumen de material a inyectar: el gramaje de la inyectora
con PS, que es el que normalmente viene dado en las especificaciones,
debe ser un 10% inferior a esta cifra. Por ejemplo para inyectar 100
grs de PP, se necesita una inyectora de 137 cm3 ó 125 grs
de PS.
La razón para dividir por la densidad del material
fundido, es que en éste estado el material ocupa un mayor volumen que
en estado sólido. El aumento de volumen varía según la resina. Por
ejemplo, el PS aumenta aproximadamente 10% su volumen cuando está
fundido y el PP aproximadamente un 20%.
El volumen de inyección equivale al área interna del
cilindro (que se calcula a partir del diámetro del tornillo, "D") por
el desplazamiento máximo del tornillo durante la inyección, que
normalmente equivale a 4D ó 5D. Si el desplazamiento es superior a
este valor, puede llegar a alimentarse resina proveniente de la tolva
en la sección de compresión del tornillo, porque la sección de
alimentación teóricamente sólo alcanza una longitud máxima de 5D. Esto
puede generar problemas de operación.
Al calcular el gramaje a inyectar es bueno tener en
cuenta:
- Tiempo de residencia de la resina en la inyectora,
especialmente si ésta es termosensible, como el PVC o el PET, ya que
si permanece mucho tiempo en el tornillo puede degradarse.
- Homogenización del material; cuando se alcanza el límite de la
capacidad de inyección, hay una gran diferencia de tiempo entre el
material que entra al principio y el que entra al final, lo cual puede
generar problemas como falta de homogeneidad o degradación de una
parte de la resina, entre otros.
- Si la pieza tiene menos del 20% del gramaje de la máquina se pierde
capacidad de control, ya que un pequeño desplazamiento puede causar
una gran variación en la pieza.
También es necesario tener en cuenta que la
capacidad másica de la inyectora, que normalmente viene dada en
referencia al poliestireno, varía según la resina a inyectar, ya que
cada una tiene un peso específico diferente (que además varía en
función de la temperatura). La tabla 1 indica cuál es la capacidad en
gr. de una máquina para 100 gr. de poliestireno cuando se procesan
otras resinas.
Presión de inyección
La presión es la resistencia a fluir, y
mientras más resistencia se ofrezca al flujo (paredes y canales más
delgados) mayor será la presión requerida. Además, la presión aumenta
proporcionalmente con la velocidad.
La presión de inyección está determinada por:
- El espesor de pared de la pieza a inyectar
- La relación entre la trayectoria de flujo y el espesor de pared
- La resina
- El tipo de colada
- El área del punto de inyección
- La temperatura de trabajo de la inyectora
- El tipo de material a procesar
- La precisión requerida: a mayor precisión, mayor presión.
La presión también está relacionada con el diámetro
del tornillo: si se inyectan artículos de pared gruesa, lo ideal es
tener un tornillo de mayor diámetro, porque se requieren altos
gramajes y presiones bajas; para artículos de pared delgada es más
indicado un tornillo de menor diámetro, porque se requieren gramajes
bajos; lo importante aquí es que el tornillo garantice la velocidad de
inyección necesaria. En la mayoría de los casos es aconsejable un
tornillo intermedio, que permita obtener una presión de 1.500 - 1.600
kg./cm2, ya que esto permite inyectar casi todos los
artículos.
Velocidad de inyección
La velocidad de inyección está determinada
por el espesor de la pieza y la relación trayectoria de flujo -
espesor de pared. Cuando se van a inyectar piezas de paredes delgadas
o con una trayectoria muy larga, hay que llenar el molde lo
suficientemente rápido para evitar que el material se enfríe y
solidifique, obstruyendo el paso de la resina remanente. Es por esta
razón que en paredes muy delgadas ocasionalmente se requieren
acumuladores de nitrógeno.
De otro lado, las piezas de pared muy gruesas
limitan la velocidad, porque al inyectarse muy rápidamente se generan
burbujas en el trayecto que debilitan la pieza o afectan su apariencia.
Este tipo de burbujas se soluciona reduciendo la velocidad de
inyección para evitar que se presenten diferencias de velocidad en la
resina durante el llenado. Para evitar este tipo de problemas, también
es necesario garantizar que se cuenta con suficiente presión de
sostenimiento.
La velocidad de inyección está muy relacionada con
el tamaño de la bomba. La presión teórica de inyección que aparece en
el catálogo casi siempre se alcanza; no así la velocidad de inyección,
como se explicará más adelante.
Capacidad de plastificación
Los parámetros que determinan la capacidad
requerida de plastificación son:
- El diámetro del tornillo
- La velocidad de rotación (RPM) del motor
- La geometría del tornillo
- La resina.
La capacidad de plastificación requerida en una
pieza es igual al peso total de la inyección dividido por el tiempo de
enfriamiento de cada pieza. Un error muy común es dividir por el
tiempo total del ciclo, en vez del tiempo de enfriamiento, que incluye
etapas como la de inyección, apertura y cierre, donde no hay carga de
resina.
El proceso debe limitarse por la capacidad de
enfriamiento del molde. La inyectora debe estar capacidad de
plastificar el peso a procesar durante el tiempo de enfriamiento,
porque de lo contrario se está alargando el ciclo y afectando
negativamente la productividad.
En la plastificación, la resina juega un papel muy
importante porque:
- Resinas termosensibles como el PET limitan las RPM
que es posible utilizar, y por tanto, limitan también la capacidad de
plastificación.
- Resinas muy duras como el policarbonato requieren alto torque y
consumen por tanto mayor potencia.
- Resinas como el PS se procesan a velocidades de 300 RPM o más; por
eso son una buena opción para piezas de ciclos muy cortos.
Mientras más ciclos por minuto se busquen, se
requiere menor tiempo de enfriamiento y mayor capacidad de
plastificación.
Es recomendable pedir al fabricante certificación de
la capacidad de plastificación, especialmente cuando ésta es una
limitante del proceso y se requieren valores superiores a los del
catálogo, o cuando se van a emplear resinas diferentes al PS.
Como recomendación, es bueno asegurarse de que los
canales de enfriamiento del molde estén libres de óxido, porque éste
aumenta mucho el tiempo de enfriamiento y por lo tanto el tiempo de
ciclo. Además, la diferencia entre las temperaturas de entrada y
salida del agua no debe exceder los 3°C.
Tamaño del tornillo
La selección del tornillo debe hacerse de
tal manera que cumpla con los requerimientos de:
- Gramaje
- Capacidad de plastificación
- Velocidad de inyección
- Presión de inyección
Al aumentar el diámetro, se aumentan la velocidad,
la capacidad de plastificación, el gramaje y el tiempo de residencia
del material. Cuando se tienen altos valores de velocidad y capacidad
de plastificación se logran ciclos más cortos; sin embargo, si el
tornillo tiene un diámetro muy alto, puede llegar a generar
insuficiente presión.
Distancia entre barras
Este parámetro está determinado por el
tamaño del molde. La distancia más importante entre barras es la
horizontal, porque la gran mayoría de los moldes entran por encima de
la inyectora, y pueden tener una longitud mayor en la dirección
vertical que en la horizontal. De otro lado, si se trabaja con cambios
de molde automáticos, el molde se inserta lateralmente a la inyectora;
en este caso, es recomendable tener la misma distancia entre barras en
dirección horizontal y vertical.
Carrera de apertura
La carrera de apertura mínima de un equipo
para lograr un expulsado automático, debe ser como mínimo un 10%
superior al doble de la altura del producto más el pitorro o ramal de
inyección. Al momento de seleccionar una inyectora, es importante
asegurar que la carrera de apertura sea suficiente para todos los
artículos que con ella se quieran producir.
La carrera de apertura varía dependiendo del tipo de
inyectora: en equipos de cierre de rodillera, este valor es fijo,
viene dado por el diseño de la rodillera y se encuentra en todos los
catálogos. En equipos hidráulicos o hidromecánicos, este valor es
variable e igual a la máxima separación entre placas menos la altura
del molde. Sin embargo, bajo pedido, en algunos equipos se puede
incrementar la apertura máxima de las placas.
Como recomendación de proceso, se debe tener en
cuenta que mientras mayor sea la carrera de apertura mayor será el
tiempo de ciclo. Lo ideal es entonces abrir la máquina lo
estrictamente necesario para garantizar una expulsión automática de la
pieza.
