¿Como elegir una MÁQUINA DE INYECCIÓN DE PLASTICOS?

  RENTABILIDAD

La máquina inyectora juega un papel clave en la rentabilidad de la empresa, y su selección debe hacerse con cuidado y a conciencia,

teniendo como objetivo una mejora en competitividad. Esto sólo se logra comprando el equipo que permita garantizar la calidad requerida

y además producir cada pieza con el menor costo posible.


 

Para escoger la máquina más adecuada se debe saber lo siguiente:

- Qué se quiere fabricar
- En qué materiales se va a fabricar
- Qué precisión se requiere
- Qué cantidad mensual se va a producir
- De qué tamaño son los moldes
- Con cuánto presupuesto se cuenta

Lo anterior determina los siguientes parámetros:

- Fuerza de cierre
- Gramaje de inyección
- Presión de inyección
- Velocidad de inyección
- Distancia entre barras
- Carrera de apertura
- Tamaño mínimo y máximo del molde O MOLDES

La marca y modelo de los elementos dan una idea de lo que se puede esperar de una inyectora. Por ejemplo, un equipo con una válvula proporcional electrónica de lazo cerrado para presión y otra para velocidad, garantiza mayor precisión, mayor velocidad y menor consumo de energía que el de una máquina con una sola proporcional para ambas funciones, a pesar de que el costo inicial sea superior.

Precio del equipo
Conviene tener en cuenta que al asignar los costos fijos por pieza, generalmente el costo de amortización de la inyectora no alcanza el 50% de los costos fijos totales asignados por artículo. Para alcanzar un punto óptimo es necesario balancear la velocidad y precisión del equipo con su costo por pieza, lo cual depende de la aplicación a la que se destina.

La idea general es que el ciclo debe estar limitado por las condiciones de operación o del artículo, y no por características de la máquina. Por ejemplo, los artículos de pared gruesa limitan considerablemente la velocidad de inyección y requieren altos tiempos de enfriamiento, por lo que la velocidad de la inyectora no tiene gran incidencia en el tiempo de ciclo. En contraste, los artículos de pared delgada requieren de altas velocidades de proceso, y aquí la velocidad y precisión de la inyectora juegan un papel esencial. En estos casos las inyectoras lentas y baratas producen artículos más costosos. Por otro lado, cuando se quiere producir artículos de alta consistencia dimensional, típicamente artículos para ensambles de precisión, se requieren equipos con controles altamente precisos.

También es bueno tener en cuenta que en la actualidad, con la rápida evolución de la tecnología, los equipos se deben depreciar a tres años, ya que cada 4 ó 5 años hay variaciones importantes en la tecnología que dificultan la consecución de repuestos, o vuelven parcial o totalmente obsoletos los equipos existentes. Además, la volatilidad de los mercados y la globalización obligan a tener tiempos de amortización cortos.

Un claro ejemplo de lo cambiante de la tecnología se tiene en los computadores personales, que al poco tiempo después de comprados ya no tiene repuestos o no pueden emplear el sistema operacional vigente. Los controles de las inyectoras funcionan basados en procesadores similares o iguales a los de computadores personales.

A continuación se presentan algunas especificaciones técnicas importantes a tener en cuenta al momento de seleccionar una inyectora.


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 PVC, 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, 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).

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.

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.

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 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, este valor es fijo, viene dado por el diseño de la rodillera, En equipos hidráulicos 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.


El molde juega un papel fundamental.

Potencia de la bomba
Éste es un punto muy delicado, pues es la potencia de la bomba la que determina:

- Velocidad máxima de inyección
- Las RPM del tornillo (capacidad de plastificación)
- Velocidades de apertura, cierre y expulsión.

Por lo tanto juega un papel determinante en la productividad y en la rentabilidad de la empresa.

Si se comparan dos inyectoras del mismo tamaño en toneladas y con la misma distancia entre barras, pero con diferente potencia en la bomba, el tiempo de ciclo es más corto en la inyectora con la bomba más grande; esto generalmente se traduce en un menor costo por pieza producida, en razón de que hay mas piezas por unidad de tiempo para absorber los mismos costos fijos. Sin embargo, si la bomba está sobre dimensionada y consume más energía de la necesaria, se está desperdiciando capacidad. Lo ideal es que la bomba tenga un tamaño suficiente para producir la mayor cantidad de unidades por ciclo, pero que no esté sobredimensionada.

La razón del aumento en velocidad con el aumento del tamaño de la bomba es la siguiente: la presión máxima normalmente es constante, y se encuentra alrededor de140 bares para unas máquinas y 170 bares para otras. La potencia es igual al caudal por la presión del equipo hidráulico; por lo tanto, a mayor potencia de la bomba, mayor caudal. Y la velocidad es función directa del caudal, (caudal es igual a velocidad por área). Como el área es fija, a mayor caudal, mayor velocidad. Entonces, mientras más potente la bomba, más rápida será la inyectora.

Tipo de bomba
Normalmente hay dos tipos de bomba: de caudal fijo y de caudal variable. La bomba de caudal fijo siempre entrega el mismo flujo másico, y sólo varía la presión. La regulación de velocidad en las máquinas que tienen este tipo de bombas se hace mediante una desviación al tanque del aceite sobrante. Su gran ventaja es la facilidad de mantenimiento, y su gran desventaja es el mayor consumo de energía.

La diferencia en consumo de energía depende mucho del tipo de inyectora y de su operación. Se puede decir que una máquina hidráulica equipada con bomba de caudal fijo consume entre 20 y 30% más de energía que una equipada con bomba de caudal variable.

En las bombas de caudal variable el flujo depende de la presión. A mayor flujo menor presión y viceversa. Su gran ventaja es que permiten un menor consumo de energía en las máquinas hidráulicas, ya que éstas requieren grandes caudales de aceite a baja presión durante las operaciones de apertura y cierre del molde; su gran desventaja es que tienen un diseño mucho más complejo.