Selección Optima de una Inyectora de Plásticos

Hay dos aspectos clave inter-relacionados en la decisión: las especificaciones técnicas y el precio. Es fundamental pensar si solo se quieren hacer productos plásticos, o si se busca tener competitividad y las mejores utilidades; de lo cual dependerá definitivamente el equipo que nos permita producir la calidad que requerimos con el costo que buscamos. Para escoger máquina más adecuada, es clave tomar en cuenta los siguientes aspectos: Qué se quiere fabricar (producto, peso, dimensiones) De qué materiales plásticos se va a fabricar Qué precisión se requiere Qué producción mensual se busca obtener Cuál es el tamaño de los moldes Con cuánto presupuesto se cuenta Cuál será el tiempo que durará el proyecto Estos factores nos serán un indicativo muy claro, para determinar las siguientes variables: Tamaño del molde (mínimo y máximo)  Fuerza de Cierre Gramaje de Inyección Presión de Inyección Velocidad de Inyección Capacidad de Plastificación Distancia entre barras Carrera de apertura Desde luego que el mismísimo inicio de la selección debe tomar en cuenta la marca del proveedor, el servicio post-venta que ofrece  y la experiencia de otros que ya hayan comprado dicha marca. Puede que tengas o no dicha marca en la fábrica, por lo que debes considerar si es un equipo de fácil familiarización y curva de aprendizaje (si se incluye el entrenamiento) y el adecuado apoyo en refacciones (sea por el proveedor, el representante o inclusive en consignación). Sin duda es fundamental considerar inyectoras que manejen componentes genéricos disponibles en el mercado, pero de buena reputación; así no se está sujeto al proveedor por un lado y se tiene un mejor costo de adquisición de los mismos. Recuerda que no hay pieza más cara que la que no se consigue  y que lo barato a la larga sale caro. La marca y modelo de los componentes dan una idea clara de lo que se puede esperar de una inyectora; no es lo mismo que tenga una válvula electrónica proporcional para presión y otra para velocidad, o una sola  válvula para ambas funciones ; el contar con ambas garantiza mayor precisión, velocidad y menor consumo de energía , aunque el costo inicial sea mayor. PRECIO DEL EQUIPO Para alcanzar un punto óptimo en la inversión hay que considerar tanto la velocidad y precisión del equipo, como el costo por pieza; y evaluar en función de la aplicación que se quiere realizar.  Es claro que el tiempo de ciclo debiera estar limitado por las condiciones de operación o manufactura de la pieza, y no por las características de la máquina.    Los productos de pared gruesa requieren más tiempo para inyectar y enfriar, por lo que una inyectora veloz no nos brindará mayores ventajas; pero aquellos de pared delgada por el contrario requieren de una alta precisión y velocidad. Los primeros llevan mayor costo de manufactura y brindan menos utilidades, los segundos requieren mayor precisión y consistencia, pero también brindan mejores ganancias. En todos los casos una inyectora con más precisión te reducirá el tiempo de estabilización, la generación de scrap y te garantizará un mejor control de tus materias primas. FUERZA DE CIERRE Es la fuerza que requiere la inyectora para mantener cerrado el molde al oponerse a la fuerza que ejerce el plástico cuando lo llena; tiene que ver con la parte del equipo en donde se fija el molde (Prensa) y es un factor importante en el dimensionamiento del equipo.    Esta fuerza depende del área de la pieza ("Area Proyectada"), del número de piezas (cavidades en el molde), del material a inyectar (presión necesaria) y del tipo de colada del molde.  OJO este parámetro puede darse en toneladas métricas o americanas (la tonelada americana es de 900 Kg y la métrica de 1000 Kg, implica aproximadamente un 10 % de diferencia en dimensionamiento: de tal forma que 200 Tons. métricas equivalen a 220 Tons. Americanas). Además hay equipos que apenas y alcanzan este parámetro nominalmente  y otros que siempre brindan un rango de seguridad adicional; como Negri Bossi que siempre brinda un 10 % adicional al valor nominal en el bloqueo.  En  general dependiendo del materia plástico y sus condiciones de operación, vamos a requerir entre  2 y 3 toneladas americanas por cada pulgada cuadrada de área proyectada (0.3 a 0.46 toneladas métricas por centímetro cuadrado). Para materiales con mayor resistencia al flujo se requiere de un mayor tonelaje, así como para el manejo de pared delgada. GRAMAJE DE INYECCIÓN Se refiere al límite de la cantidad de plástico que el equipo puede inyectar, y tiene que ver con el volúmen de inyección multiplicado por la densidad del material FUNDIDO (no el valor a medio ambiente). Se expresa en gramos de PS siempre, porque la densidad de este plástico es cercana a 1 (gr./cm3). Obviamente lo más recomendable es que el gramaje de lo que se va a inyectar sea cubierto holgadamente por el equipo (que no sea  más del 80 % de la capacidad del equipo). Este gramaje requerido se obtiene fácilmente, multiplicando el peso de la pieza por el número de cavidades y sumando un estimado de la colada.   Recuerda siempre utilizar la densidad correcta del material fundido, por ejemplo para inyectar 100 gramos de Polipropileno a una temperatura de proceso de 250 grados centígrados, dividimos entre su densidad a temperatura ambiente (0.75) cuando es sólido y sabemos que es un equivalente de 133 centímetros cúbicos, pero que en estado fundido equivale a tan solo 111 cm3 (aproximadamente lo mismo en gramos de PS) y si además consideramos que esto no debe exceder el 80 % de la unidad de inyección, entonces necesitamos un barril que nos permita inyectar por lo menos (111X100/80) 138.7 gramos en PS.     Siempre la resina ocupa un mayor volúmen a mayor temperatura , por eso es clave en el dimensionamiento el empleo de la densidad.    A esta altura es importante tomar en cuenta en el gramaje, para efectos de la productividad : El tiempo de residencia del plástico, para procesarlo y no degradarlo. La importancia de la homogeneización y el empleo del husillo adecuado. Que se tenga un buen control en función de que la pieza no sea demasiado pequeña. PRESIÓN DE INYECCIÓN / DIÁMETRO DEL HUSILLO La fuerza que se requiere para mover el plástico fundido, dependerá del área y distancia de flujo; cuanto más delgada la pared del producto o los canales del molde, se necesitará una mayor presión ; y hay que tomar en cuenta que esta variable es directamente proporcional a la velocidad. Obviamente y también influyen las propiedades de la resina, el tipo de colada del molde, el área del punto de inyección, la temperatura de proceso y la precisión requerida.    Es claro que el diámetro del husillo influye en el manejo de esta presión en el equipo, manteniendo constante el diámetro del cañón o barril; así los fabricantes de equipos nos brindan varias opciones, en donde a mayor diámetro de husillo nos brindan un mayor volúmen de inyección, pero reduciendo la presión ; por tanto en piezas de mucho material conviene tener un diámetro mayor de husillo, pero en piezas de pared delgada conviene siempre un husillo de menor diámetro pero que nos brinde mejor presión.     Al aumentar el diámetro, se obtiene mayor velocidad y capacidad de plastificación, pero también mayor tiempo de residencia del material y menor presión. En la mayoría de los casos convendrá utilizar una unidad de inyección intermedia que nos permita un manejo entre 1,600 y 1,800 bars, pues nos permite inyectar la mayoría de los productos estándar. VELOCIDAD DE INYECCIÓN Esta variable está determinada por el espesor de la pieza a producir  y la trayectoria del flujo; desde luego en proporción del tamaño de la bomba que emplea la inyectora.  Para pared delgada se recomienda inyectar rápidamente, para que no se obstaculice el paso de toda la resina en la formación de las piezas; y en este caso particular es de mucha ayuda contar con el apoyo de acumuladores de nitrógeno.  Por otro lado las piezas de pared muy gruesa requieren una velocidad menor, pero suficiente presión de sostenimiento.    El catálogo del fabricante nos va a indicar el valor límite en cuanto al volúmen por segundo que la inyectora puede aportar en condiciones normales y considerando la base del PS; el cual se conoce popularmente como capacidad de inyección del equipo. CAPACIDAD DE PLASTIFICACIÓN Dado que el tiempo de enfriamiento es el factor más crítico en el ciclo productivo, hay que utilizarlo como referencia al peso de la pieza; y por tanto la inyectora debe tener la capacidad de fundir (plastificar) el peso a procesar durante el tiempo de enfriamiento del ciclo, pues de lo contrario se prolongará el ciclo afectando la productividad.    Esta plastificación está dada por el diámetro del husillo, la velocidad de rotación del motor (RPM), la geometría (diseño) del husillo  y la resina empleada. Normalmente el fabricante expresa esta variable en gramos/segundo de PS.  Obviamente cuanta mayor productividad se desee (ciclos por minuto), se requiere de un menor tiempo de enfriamiento (molde) y una mayor capacidad de plastificación de la inyectora.    Dependiendo del tipo de resina tendremos limitantes en cuanto a las RPM a emplear, o la necesidad de alto torque para altas viscosidades. DISTANCIA ENTRE COLUMNAS/BARRAS Este es un factor en función del tamaño del molde ( si se tiene) o que limitará sus dimensiones si todavía no se cuenta con él al adquirir la inyectora. Normalmente los platos y las distancias entre barras son rectangulares, siendo el punto más crítico la distancia horizontal al cargar los moldes por la parte superior de la inyectora.  Normalmente el fabricante tiene dimensiones específicas de sus platinas  y la distancia entre barras disponible. CARRERA DE APERTURA Para que un producto sea expulsado del molde holgadamente, las platinas deberán abrir por lo menos un poco (10 - 20 %)  más del doble de la altura del producto; y desde luego al seleccionar una inyectora, es crítico que pueda tener la apertura para todos los productos que se requieren manufacturar. Algunos fabricantes llaman esta apertura máxima de un equipo como "daylight"  y otros hablan de un rango de espesores posibles del molde  con una apertura máxima en el caso del mayor espesor, en este último caso la apertura máxima está dada por la suma del espesor máximo de molde y la apertura máxima permitida del equipo en estas condiciones.    Los equipos de rodillera son los más versátiles en el mayor rango posible de manejo de espesores de molde  y de la máxima carrera de apertura; los equipos de cierre hidráulico o hidromecánico son muy inflexibles y prácticamente fijos en estas dimensiones.  Algunos productores fabrican equipos que se denominan  de "carrera extendida"  o "long stroke" que permiten ser flexibles para ciertas producciones.   Obviamente cuanto más se requiera de apertura para el manejo de un molde, mayor será el tiempo de ciclo; por eso se busca que la inyectora abra lo estrictamente necesario para la expulsión automática de las piezas.

TIPO DE CIERRE  Hay tres tipos de cierre: mecánico (de rodillera) , hidráulico e hidromecánico. Las inyectoras de rodillera son aquellas en las que un mecanismo de dos barras acopladas a través de una junta tipo rótula accionan la unidad de cierre. En las hidráulicas la placa móvil es desplazada por un cilindro central, y en las hidromecánicas se combina la ganancia mecánica con las ventajas hidráulicas. Un diseño típico de máquinas hidromecánicas es el de las máquinas de gran tonelaje con dos placas, donde los movimientos de apertura y cierre son realizados con cilindros hidráulicos de alta velocidad y baja presión, y donde la fuerza de cierre la dan cilindros hidráulicos de alta presión y baja velocidad. TIPO DE ACCIONAMIENTO Las inyectoras pueden ser accionadas de forma hidráulica, eléctrica o híbrida (ambas). Mucho se ha escrito sobre cuál es la mejor. Es muy importante en adecuar el accionamiento en función de la productividad: un equipo hidráulico es más tradicional pero consume más energía, uno eléctrico es el más novedoso pero no es ideal para el manejo de paredes delgadas o de noyos en los moldes.  Un equipo híbrido tiene las ventajas de ambos, inclusive llegando a un consumo energético muy similar al de un equipo eléctrico; inclusive estos equipos híbridos permiten la sobreposición de movimientos (permitiendo por ejemplo la plastificación durante el período de enfriamiento del molde). CONTROL  Es común la creencia de que entre más opciones tenga el control, será mejor. Sin embargo, este concepto es un arma de doble filo. Los controles complejos normalmente permiten una mejor calidad y una mayor velocidad de operación; sin embargo, a mayor complejidad se incurre también en mayores costos de reparación, y mayores requerimientos de capacitación de los operarios que los manejan.    Para seleccionar el control se debe saber qué grado de calidad requiere la pieza, y qué tan fácil o compleja es su fabricación. Normalmente, mientras más rápida sea la máquina, más complejo debe ser su sistema de control.  Los controles de loop abierto, son sistemas en donde el equipo da una orden pero no corrige automáticamente las desviaciones, mientras que los controles de loop cerrado, por otro lado, son los que se están auto-corrigiendo permanentemente para garantizar el eficaz cumplimiento de las órdenes. Este tipo de controles son bastante más sofisticados ya que requieren de servo-válvulas o de válvulas retro-alimentadas. Son necesarios cuando se utilizan acumuladores hidráulicos, o cuando se requiere control estadístico de proceso. Con el grado de desarrollo de la tecnología, las válvulas proporcionales de casi todos los equipos efectúan algún grado de vigilancia sobre los parámetros ordenados y se auto-corrigen. Su gran ventaja es que tienen menores costos de mantenimiento; pero sus desventajas son que tienen tiempos más largos de conmutación de velocidad, que se hacen más notorios en ciclos inferiores a 10 segundos; y que su precisión es inferior a la de los controles de loop  cerrado, lo que puede ser una limitante para la producción de piezas de precisión. EQUIPAMIENTO OPCIONAL Cuando se está trabajando con ciclos muy cortos, 5 ó más por minuto. Cuando se quiere reducir el tiempo de residencia de la resina en el barril. Cuando son necesarios tratamientos y recubrimientos especiales, que eviten la degradación del metal al trabajar materiales altamente corrosivos y abrasivos, como resinas cargadas con fibra de vidrio. Al optimizar el diseño del husillo para mejorar lo homogeneización de la materia prima, especialmente en el caso de pigmentos de difícil mezclado. Sistemas de secado para evitar  variaciones en el porcentaje de humedad, especialmente con resinas higroscópicas Cuando los materiales fundidos no son muy fluidos, expulsan material por el  venteo, porque el vapor de agua no es capaz de romper la capa de material fundido. Todos estos son equipos que pueden requerirse para facilitar la operación de una inyectora, y es fundamental considerarlos desde la compra del equipo. Adicionalmente se puede pensar en equipamiento adicional para optimizar el proceso, tal como: Noyos - Son una adición al control de la máquina que permite el manejo de los cilindros hidráulicos requeridos en el molde, cuando, por ejemplo, se va a fabricar una pieza hueca. Si se ordena una inyectora con noyos, hay que asegurarse que la cantidad y la secuencia de operación de los mismos se ajuste a las necesidades del molde. Desenrosques - Son un tipo de control que permite producir artículos con rosca. Los hay de dos tipos: eléctricos e hidráulicos. Los hidráulicos, en general, pueden ser manejados con el control de los noyos. Los hidráulicos requieren un control aparte. Inyección secuencial - Es el control que permite el manejo de válvulas hidráulicas o neumáticas en la forma de llenado del molde, particularmente de tipo automotríz. Botadores neumáticos e hidráulicos - Se utilizan cuando se van a fabricar artículos profundos, como cubetas, que generan un vacío y obstaculizan la expulsión. En el primer caso es necesario inyectar aire al momento de expulsar el artículo del molde, y evitar así que la pieza sufra deformaciones; en el segundo caso se aplican varillas en una placa botadora detrás de la platina  que empujan mecánicamente las piezas. Secuencias especiales son programas que se le adicionan a la máquina para permitir la realización de algunas operaciones en el molde, tal como la inyecto-compresión. Control estadístico de procesos (SPC, por las iniciales de su nombre en inglés) es una opción que traen las máquinas para almacenar los principales parámetros de cada ciclo y extraer después un reporte final de producción, que permite establecer la calidad de las piezas producidas. Esta opción requiere de un control deloop cerrado, ya que deben monitorearse continuamente los valores de presión y velocidad de inyección. Acumuladores hidráulicos se utilizan para agilizar la velocidad de inyección de artículos que así lo requieran, normalmente de pared delgada. Válvula de naríz -  Se recomiendan cuando se trabajan materiales que son muy fluidos en fase fundida, y tienden a gotear por la nariz; permiten en las inyectoras híbridas la fácil sobreposición de movimientos. Espero que esta información te sea de utilidad como un recorrido general, y te apoye en tener la mejor selección de inyectora, que te brinde desde luego el mejor costo-beneficio   y las ganancias que buscas en tu negocio.