La importancia del Tiempo de Permanencia

La importancia del Tiempo de Permanencia , el Parámetro 0culto

 

Este factor es a menudo no tenido suficientemente en cuenta en las Plantas de Inyección , sin embargo es un factor determinante de la calidad del proceso en tanto que puede afectar a las propiedades del material y por tanto de las piezas fabricadas .

 

En el entorno de la fabricación es reconocida la influencia en la calidad y en la productividad  de los factores , persona, material, maquina, método .Centrándonos en el factor material, al margen de la selección correcta del material  y del secado o tratamiento previo del material ,  el factor determinante en el proceso de inyección será  la temperatura del material fundido y el tiempo de permanencia del material en la unidad de inyección  .

En un proceso de inyección ideal , una vez que el proceso ha sido definido , con el paso de los minutos desde el arranque de la fabricación , el proceso se sitúa en una estabilidad térmica , tanto del molde como del material  . Los inputs térmicos  se equilibran en un determinado punto con los outputs , es decir la aportación térmica de las resistencias de la unidad de inyección , de la energía térmica generada en el interior de la unidad de inyección por el husillo, se compensa con la refrigeración del molde, de la traversa, etc .

Cuando se produce un defecto en el proceso , normalmente focalizamos la búsqueda de la causa del mismo en múltiples potenciales causas , tales como , parámetros de inyección , secado del material , diferencias de características del material , estado del molde ,sistema de refrigeración ,  etc. , etc.

Sin embargo existe un factor que a veces pasa desapercibido de nuestra atención en la búsqueda de la causa raíz del problema ,  este factor es el Tiempo de Permanencia . Tiempo que no controlamos directamente y que algunos llaman “ El parámetro Oculto “ .

Que es el Tiempo de Residencia? , en mis seminarios siempre explico que este tiempo es el tiempo que tardaría un pellet de material en entrar por  el agujero de la tolva en el husillo y salir convertido en pieza . Es por tanto el tiempo que el material está siendo sometido  a temperatura y presión  .

Los fabricantes de polímeros suelen informar de los tiempos máximos de permanecia de sus materiales a las temperaturas de proceso , esto es debido a que la degradación molecular y de los aditivos incluidos en la formulación del polímero se producirá en un tiempo determinado en función de la temperatura utilizada. Se trata de una relación inversa  tiempo-temperatura . A mayor temperatura menor tiempo de permanencia disponible para procesar el plástico antes de que entre en zona de degradación .

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Fuente:Dupont

En la figura podemos ver  que este material  estándar entraría en zona de degradación a los 10 minutos de Tiempo de Permanencia a 280 º C y a los 8 minutos a 290 º C .Para material Flame Retardant los tiempos son menores debido a la degradación más rápida  de los aditivos ignifugantes .

Entrar en la fase de degradación térmica del material por exceso de Tiempo de Permanencia provoca irremediablemente una serie de consecuencias

Inicialmente tendremos una  pérdida de propiedades del material  por pérdida de peso molecular y degradación de los aditivos de la formulación , es decir propiedades mecánicas, térmicas, etc se verán irremediablemente afectadas .

Podremos observar también un aumento de la fluidez del material , consecuencia esta también de la degradación molecular producida. Esto puede provocar , rebabas, gases , marcas de expulsión , etc .

La presión necesaria para llenar la cavidad será menor como consecuencia de la perdida de viscosidad

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Fuente:Dupont

En el grafico podemos ver la caída de presión necesaria para llenar la cavidad con diferentes tiempos de permanencia  (HUT) y diferentes temperaturas. Esta caída de presión necesaria para llenar la cavidad está relacionada directamente con la pérdida de peso molecular .

Generalmente cuando hay un defecto en las piezas procesadas,  el ingeniero de proceso mira en múltiples direcciones buscando la causa  , cuando esta podría  estar en el Tiempo de Permanencia excesivo.

Los defectos típicos que puede provocar un exceso de tiempo de permanencia pueden ser:

Rebabas: Causa raíz, la caída en la viscosidad debida a la degradación molecular  y perdida de aditivos

Quemados,marcas de gases:   Causa raíz, incremento de los  volátiles en el frente de flujo , más fluidez del material

Piezas con fragilidad: Causa raíz, la caída de peso molecular hace que las propiedades mecánicas caigan drásticamente , impacto, flexión y tracción se verán drásticamente reducidas

Decoloración ,Olor : Causa raíz,  degradación de aditivos y monómeros

 

Calculo del Tiempo de Permanencia :

El cálculo del tiempo de permanencia  teórico se puede realizar con diferentes hojas de calculo .

En teoría el cálculo debe tener en cuenta , el volumen o peso del material contenido en la unidad de inyección( complejo calculo al disponer de material en diferentes estado de fusión , semi fundidos, etc, por tanto con diferentes densidades  y contenido en un cilindro con un husillo o enrollamiento helicoidal con diferentes alturas de filete en función de la zona del husillo ),debe tener en cuenta  el volumen o peso de la inyectada y por supuesto el tiempo de ciclo en curso .

 

 

Claramente si el tiempo de permanencia de nuestro proceso es excesivo , tenemos que intentar reducirlo de diferentes modos

Reduciendo el Tiempo de Ciclo ( No siempre es posible )

Reduciendo el volumen de la unidad de inyección ( Utilizar una maquina con unidad de inyección menor)

Aumentar número de cavidades  ( No siempre es posible)

Aumentar el tamaño de los canales o coladas ( Improductivo)

 

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Por esto es tan importante la selección de la maquina a utilizar en un proyecto como se explica en el artículo publicado en esta misma revista …. “Que maquina utilizar?”

Cuando el volumen a inyectar en un molde para un nuevo proyecto nos obliga a invertir en una nueva máquina , es importante al definir la unidad de inyección tener en cuenta el tiempo de permanencia que tendremos en la fabricación .

Esto es especialmente importante con materiales sensibles térmicamente. He visto algún caso de unidades de inyección sobredimensionadas con tiempo de permanencia excesivos que han provocado no poder fabricar piezas con repetitividad , calidad , robustez y productividad suficientes .

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En resumen , el Tiempo de Permanencia es un factor , en realidad es un out-put ,  que frecuentemente está oculto en el proceso y puede provocar serios problemas de calidad en las piezas fabricadas . Es interesante focalizarse en el cuando aparecen defectos como los comentados a fin y efecto de descartarlo en el caso de que el valor sea correcto o por el contrario detectarlo en el caso de ser el causante del problema .

 

 

 

 

 

Pack and Hold , dos fases de la misma etapa …….

Conceptos que hacen más fácil la vida en la Planta de Inyección  por Jose R. Lerma

 

COMPACTACION Y MANTENIMIENTO , PACK AND HOLD , DOS FASES DE LA MISMA ETAPA

 

Después del  llenado volumétrico  del molde  ,  debemos compensar la contracción volumétrica  o perdida de volumen de polímero que se producirá durante el enfriamiento del polímero fundido . Es la llamada fase de COMPACTACION

Esta fase de COMPACTACION la podemos sub-dividir en dos sub-fases

1 Fase de empaquetamiento o presurización

2 Fase de mantenimiento de presión

En la fase 1 de presurización tenemos que   empaquetar (pack) el polímero e  introducir más moléculas en la cavidad para compensar la contracción volumétrica comentada .

 

La alegoría del llenado de plástico fundido de una  cavidad como si fuera el llenado de una habitación con  cajas ,fig .1 , es excelente para ilustrar la contracción volumétrica que se produce durante el llenado de la cavidad y ha sido utilizada con éxito  por Dupont en sus folletos técnicos y trainings desde hace mucho tiempo .

Una vez que se produce el llenado de la cavidad , las moléculas de polímero se reordenan , en el caso de los materiales semicristalinos en mucha mayor medida   ,esta reorganización provoca una pérdida de volumen ocupado por el polímero  y que es necesario compensar para obtener piezas con buen aspecto y propiedades mecánicas .En la alegoría de la habitación llena con cajas desordenadas , cuando estas se reordenan dejan un espacio  vacío que es necesario rellenar con más cajas o moléculas .Siempre que , siguiendo con la analogía de  Dupont, la entrada de la habitación y el pasillo estén abiertos!!!

 

 

Es en esta fase donde definiremos las dimensiones de la pieza, la reproducción del acabado del molde , etc.En el caso de no realizar correctamente esta compensación volumétrica durante la fase de  compactación se  producirán  rechupes o vacuolas internas .

 

Una vez finalizada esta primera etapa de compensación volumétrica  y presurización de la cavidad , si no realizamos correctamente la segunda subfase de mantenimiento de presión puede suceder que el polímero dentro de la cavidad sometido a presiones de cientos de bares puede fluir hacia atrás o en retroceso y crear black-flow  generando una pérdida de propiedades y una pérdida de calidad de la pieza .

Es como si cuando comprimimos la ropa dentro de nuestra maleta, no realizamos  el cierre de la misma , cuando retiramos la presión que ejercemos para cerrar , la  maleta se abrirá y la ropa saldrá de la maleta desordenadamente.

Podemos imaginar esta fase de mantenimiento de presión como una  fase necesaria para que la puerta de la habitación ,que tenemos llena de cajas apretadas ,se cierre o se congele , para evitar el indeseado back-flow  o reflujo.

Estas dos subfases están controladas por los valores de Presión de compactación y Tiempo de aplicación de la presión de compactación.

En el molde , la cantidad de polímero empaquetado o compactado dentro de la cavidad  , debe mantenerse  durante el tiempo necesario para que la entrada se cierre o se congele , de este modo el material dentro de la cavidad no podrá esacapar del interior de la misma.
En la  definición de estas fase se pueden producir dos errores
1-A menudo se confunden estas dos sub fases y se considera un único tiempo y una única presión de toda la etapa de compactación  , de modo que para  poder asegurar que la entrada se ha cerrado se programa un largo tiempo de compactación  , lo cual  genera tensiones residuales en las zonas cercanas a las entradas .
2- Se programa un tiempo de compactación corto con lo que no se asegura que la entrada está cerrada , esto puede provocar black flow o retroceso del  material aun fundido además de un proceso menos robusto y consistente al no asegurar que las entradas están selladas.

 

Por todo ello es mejor dividir la etapa de COMPACTACION en dos sub etapas programadas si  es necesario con valores diferentes

Una primera etapa de presurización PACK, o empaquetamiento con una alta postpresion  y una segunda etapa de mantenimiento HOLD, o sellado de la entrada con valores más bajos de presión ya que lo que buscamos en asegurar el sellado de la entrada e impedir que el material pueda retroceder.

 

 

 

 

No es casual que los fabricantes de máquina de inyección nos propongan en los mandos de programación de la postpresion hasta 10 valores de presión para programar .

 

 

En resumen ;

Fase de compactación :

1         Compensación de perdida de volumen

2         Presurización de la cavidad ;Reproducir acero de la cavidad, texturizados, formas .

3         Mantener y compactar hasta sellado entrada; Movemos poco volumen de plástico , crítico para dimensiones y

propiedades la pieza

 

FILL               —  PACK —– HOLD

 

 

Que maquina utilizar??

Conceptos que hacen más fácil la vida en la Planta de Inyección

 

Cuando tenemos que asignar una máquina de nuestro parque de máquinas de inyección  o tenemos que realizar la inversión en una nueva máquina para un nuevo molde o un nuevo proyecto siempre nos hacemos esta pregunta :

 

Que maquina utilizar  ? ????

Factores  a tener en cuenta para la determinación de la maquina adecuada .

 

  • Recomendaciones del fabricante de materia prima
  • Temperaturas de transformación del material
  • Relación compresión RK recomendada

Relación L/D Husillo recomendada

.   Densidad del material en estado fundido

.  Tiempo de residencia máximo del material en la unidad de inyección

.    Tn de cierre recomendadas por unidad de superficie

.     Presión de inyección máxima necesaria

 

Temperatura de transformación del material .

Esta característica puede ser importante para determinar algunas de las características de la máquina, por ejemplo potencia de calefacción de la unidad de inyección, resistencias cerámicas , temperatura máxima utilizable en la máquina. Recuerdo un caso de utilización de PPSU ( Polifenilsulfona ) Radel de Solvay con una maquina nueva de un importante fabricante de inyectoras. Necesitábamos 370-380 grados y no era posible programar esta temperatura en el mando . Superaba el máximo posible para trabajar con garantías con  la unidad de inyección montada en dicha máquina .

Relación de compresión recomendada RK

En el artículo dedicado a husillos  se explicaba que es la RK o relación de compresión Básicamente es la relación entre el volumen del filete del husillo disponible para el material en la zona de dosificación  o zona inicial del husillo y la zona de mezcla . Esta relación de volúmenes es la relación con la que se va a comprimir el material en su avance a través del husillo (Fig. 1).

 

Durante este avance del material , en la zona de compresión , se va a generar gran cantidad de energía calorífica debido a la cizalla y compresión ejercida sobre el material . Esta compresión tiene un límite para cada material , hay materiales más sensibles a estos esfuerzos de cizalla que pueden degradarse fácilmente en el husillo . Atención a materiales con aditivos tales como ignifugantes .Para definir el husillo correcto para un material tenemos que conocer cuál es la RK adecuada .

Relación L/D Husillo recomendada

La relación L/D del husillo  determina la longitud del husillo respecto a diámetro del mismo. Este ratio afectara al tiempo de permanencia del material en la unidad de inyección y a la homogeneización del material. Ratios  L/D bajos pueden dar lugar a infundidos en la masa fundida   y ratios altos pueden dar lugar a tiempos de permanencia excesivo.

 

 

 

 

Densidad del material en estado fundido

Este valor nos servirá para calcular la dosis necesaria, teniendo en cuenta que conocemos el peso o el volumen  de las piezas a inyectar y de los canales de distribución , es decir el volumen de la inyectada .

Este cálculo de la dosis nos servirá a su vez  para poder definir el tamaño de la unidad de inyección  cumpliendo con la regla de  utilizar la unidad de inyección con una dosis programada de entre 1 y 3 diámetros

 

Ratios dosis/ diámetro  menores de 1D pueden dar lugar a exceso de tiempo de permanencia en el husillo además de falta de precisión en la dosis . Por el contrario ratios mayores de 4D pueden dar lugar a infundidos e inhomogeneidades en la masa fundida.
Intervalo optimo de utilización de la Unidad de Inyección

Entre 1D y 3D  .Excepcionalmente hasta 4 D

No recomendable  <1D ni  >4D

 

 

 

Tiempo de Residencia del Material

 

 

podemos ver la relación de tiempo y temperatura para un PBT concreto . A medida que aumenta la temperatura de proceso el tiempo de permanencia posible se reduce .Los plásticos deben ser procesados a un rango de  temperatura  de proceso concreto y dentro de un tiempo máximo  de permanencia concreto . El tiempo que transcurre desde que el material entra en el husillo y sale en forma de pieza inyectada es un tiempo crítico llamado tiempo de permanencia o tiempo de residencia del material .

Tiempos de residencia superiores a los recomendados por el fabricante  darán lugar a degradaciones térmicas del material ,aditivos, etc., y por tanto a pérdida de propiedades .

Conociendo el valor de tiempo de residencia máximo del material podemos calcular cual será nuestro tiempo de permanencia para una unidad de inyección determinada o viceversa determinar cuál es la unidad de inyección adecuada para tener un tiempo de permanencia correcto .

 

 

 

 

 

 

Fuerza de cierre

El cálculo a estimación de la fuerza de cierre necesaria para un molde concreto es un cálculo complejo donde intervienen factores tales como ; Espesor de la pieza, longitud de  fujo, viscosidad del material , temperatura de masa y de molde utilizada , etc. No obstante se pueden utilizar métodos de aproximación a los valores necesarios  mediante varios sistemas .

Fuerza de Cierre

Estimación de la Fuerza de cierre necesaria partiendo de los valores de toneladas de cierre medias recomendadas   por unidad de superficie para distintos materiales
Estimación de la la Fuerza de cierre necesaria  en función de las variables :Tipo de material, viscosidad, espesor de pared de la pieza y Recorrido del flujo de material , fig. 3 .

 

MATERIAL CIERRE ESTIMADO        ( TN / CM 2)
ABS 0,45 – 0,65
LCP 0,75 – 0,8
PA 0,65 – 0,75
PBT 0,65 – 0,75
PC 0,5 – 0,8
PE 0,15 – 0,55
PET 0,65 – 0,75
PMMA 0,45 – 0,75
POM 0,85 – 1
PP 0,15 – 0,55
PPS 0,3 – 0,6
PS 0,3 – 0,5

 

Fig.  3   Fuente:Ascamm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tratamientos endurecidos para la unidad de inyección

 

 

Fig. 4   Fuente:Ascamm
Para materiales con cargas , refuerzos o con aditivos agresivos es muy recomendable utilizar conjuntos de cámara , husillo, punta de husillo  y boquillas con tratamientos endurecidos .En el grafico  fig. 4 podemos ver la mayor duración de desgaste posible antes de que se produzca la perdida de dureza . 0,5 mm en el caso de tratamiento nitrurado , 2 ,5 mm en el caso de tratamiento bimetálico .

Bimetálico  muy recomendado para procesar materiales con refuerzos , flame retardant, etc.

 

 

 

 

 

Conceptos que hacen mas facil la vida en la Planta de Inyección

 

Conceptos que hacen mas fácil la vida en la Planta de Inyección    por Jose R Lerma

Factor de intensificación .

En la unidad de inyeccion se produce lo que los técnicos en hidráulica y neumática conocen muy bien y es el  llamado  efecto multiplicador de presión .

Este efecto por el contrario no es  tan  conocido por los técnicos de inyeccion  y sin embargo deberíamos conocerlo , es mas deberíamos conocer  de cada una de las inyectoras de nuestro parque de maquinaria cual es el efecto multiplicador de la unidad de inyeccion  instalada, después veremos porque es tan importante conocer este valor de multiplicación .

 

El Multiplicador de Presión

Imaginemos una unidad de inyeccion de una hipotética máquina .En esta maquina tenemos una sección del piston de inyeccion de 100 cm2 ( aprox. un diámetro de 112 mm)  y una presión de inyeccion hidráulica alcanzada de 100 bares .Tambien tenemos en esta unidad de inyeccion un diámetro de husillo de 10 cm2( aprox. un diámetro de 35 mm )

En ese piston de inyeccion obtendríamos una fuerza aplicada sobre el material de 100cm2 x 100 bares  =  10.000 kg.Cuando esta fuerza es aplicada sobre una sección de 10 cm2  del husillo , la presión especifica ejercida sobre el material , en este caso es de  1000 bares  ( 10.000 kg por cm2 / 100 cm 2) .

En resumen , una presión hidráulica de inyeccion de 100 bares se han convertido en una presión especifica sobre el material en la punta del husillo de 1000 bares. Esto equivaldría , en el ejemplo, a un factor de multiplicación o un intensification ratio de 1:10

Imagen1

 

 

 

 

 

  La grafica abajo se  correponde  a una maquina de  inyeccion de un conocido fabricantes de inyectoras Austriaco , en ella podemos ver la relación entre presión de inyeccion hidráulica y presión de inyeccion especifica  o tambien llamada relación de intensificación o Intensification Ratio .

 grafica dif husillos

Presión de Inyección específica  sobre el material

Se puede observar como en una misma unidad de inyección se pueden obtener diferentes presiones específicas de inyección en función del diámetro de husillo.

Ejemplo de presión de inyeccion hidráulica de 100 bares, en el caso de tener montado un diámetro de husillo de 52mm la presión especifica ejercida es de 750 bares , factor de multiplicación de 1:7,5.

En el caso de tener un diámetro de 45 mm , la presión especifica ejercida es de 980 bares , factor de multiplicación de 1:9,8

Y finalmente en el caso de tener un diámetro de husillo de 40 mm , la presión especifica ejercida seria de 1250 bares , factor de multiplicación 1:12.5

Este factor multiplicador es llamado Ratio de Intensificación Ri o ratio multiplicador o Intensification Ratio

 

Por que es importante conocer el ratio o factor de intensificación de nuestras inyectoras

Si queremos trasladar un molde en producción a otra maquina de nuestro parque de maquinaria , con los parámetros registrados en una ficha de parámetros donde aparece la presión de inyeccion hidráulica alcanzada ,podemos tener un problema a la hora de repetir y copiar el proceso homologado en maquinas alternativas.

Si volvemos a la grafica1  anterior donde podíamos ver las distintas presiones especificas obtenidas con una misma presión hidráulica de inyeccion en función del diámetro de husillo utilizado.

Imaginemos que tenemos un proceso homologado , fabricando piezas correctas en una inyectora con una presión  hidraulicad de inyeccion alcanzada de 90bares y con un factor de intensificación de 1:10 . Esto equivaldría  a aplicar una  presión especifica sobre el material de 900 bares.

Si este proceso lo trasladamos a una inyectora de nuestro parque de maquinas que tiene un factor de intensificación de 1:7,5 , supondría aplicar sobre el material , con la misma presión hidráulica de 90 bares una presión de inyeccion especifica de 675 bares , muy por debajo de los homologados 900 bares comentados del proceso correcto .Muy probablemente obtendremos piezas rechupadas, cortas o con propiedades mecánicas disminuidas .

Si por el contrario el proceso lo trasladamos a una inyectora de nuestro parque de maquinas que tiene un factor de intesificacion de 1:12.5 , esto supondría aplicar sobre el material , con la misma presión hidráulica homologada de 90 bares una presión especifica sobre el material de 1125 bares, muy por encima de la presión objetivo de 900 bares . En estas condiciones muy probablemente obtendremos piezas con rebabas,con exceso de presión .mayores dimensiones  ,mayor peso etc.

Por tanto , si queremos  duplicar un proceso de una maquina a otra con otras características , entre otras cosas , debemos tener muy en cuenta el factor de multiplicación o intensification ratio de nuestras inyectoras para no cometer errores.

Esta es una de las causas que explican porque a veces duplicamos los settings de maquinas en maquinas parecidas o incluso que creemos indenticas , pero que tienen distinto factor de intensificación ,y obtenemos piezas muy diferentes de las obtenidas en la maquina inicial .

Es importante conocer este valor y tenerlo encuenta en las puestas en marcha de moldes de los que ya tenemos unos settings homologados a duplicar en otra inyectora.

Para ayudar en esta labor de repetir las condiciones de inyeccion de una inyectora a otra con características diferentes , existe lo que se denomina Hoja de Parametros Universal que será tratada en artículos posteriores, que tiene en cuenta las conversiones entre características de maquina, siendo una de ellas la presión especifica de inyeccion respecto a la presión hidráulica teniendo en cuenta el factor de intensificación .

Abajo hoja de calculo de conversión de presión

intes ratio calculo

Podemos ver en la hoja de calculo arriba que en la inyectora A con un factor de  multiplicación de 10:1 tenemos una presión hidráulica de 121 bares .Para duplicar el proceso en la maquina B con una relación de multiplicación de 8:1  la presión equivalente calculada es de 151,25 bares .En ambos casos tendríamos una presión especifica sobre el material de 1210 bares .

 

Hay que insistir en utilizar  siempre  unidades especificas o  tener herramientas de conversión para poder trasladar parámetros entre maquinas y  pasar  de los parámetros de maquina a los parámetros desde el punto de vista del material .

 

 

 

 

INPUTS VS OUTPUTS , el mayor paradigma para el inyectador

Conceptos que hacen más fácil la vida en la Planta de Inyección

Durante todos estos años de profesión en Plantas de Inyección de Termoplásticos y en la gran cantidad de fábricas visitadas, procesos revisados, etc., he podido ver multitud de tipos de Fichas de Parámetros de Inyección .
Cada Planta de Inyección tiene su Ficha de Parámetros propia , en este tema no ha habido una normalización o estandarización generalizada de modo que cada fábrica ha hecho lo que ha considerado oportuno.
Tampoco la normalización y certificación ISO 9001 ha normalizado esta documentación , perdiéndose una excelente oportunidad de mejora y control de los procesos.
Informes de ANAIP dicen que hay en España más de 4000 empresas de transformación de plásticos, la mayor parte
de transformación por inyección .Si analizamos estas empresas , cada una de ellas tiene un formato de registro de
parámetros propio .

Existe pues una gran diversidad de Fichas de Parámetros , unas pueden ser muy simples y otras muy complejas y completas , pero todas ellas tienen normalmente un factor común…..todas ellas registran inputs de proceso…. o lo que es lo mismo settings de máquinas.
La mayoría de las hojas de parámetros documentan parámetros de máquina , pero no datos desde el punto de vista del plástico y del proceso . Cuál es la diferencia?
Cuando establecemos un proceso y lo ponemos en marcha , este nos devuelve de un modo u otro una serie de información
importante de cómo el proceso está funcionando , de cómo las distintas variables que envuelven el proceso se están
interrelacionando , esta información que nos devuelve el proceso es una consecuencia
de los parámetros introducidos o setting de maquina sumado al resto de variables que influyen en el proceso , estos son valores
de salida independientes de los de entrada, son los outputs de proceso,

Para un correcto control del proceso de inyección esta información nos resulta imprescindible .

Se emplean en la industrian gran cantidad de recursos, económicos, tiempo, etc. ,para realizar el lanzamiento de nuevos productos , son comunes los procedimientos como PPAP (Productividad Part Approval Process) , DOE (Design of experiments),
AMFEs , etc. etc ., todo ello con el objetivo y la intención de definir ,homologar y validar un proceso de productivo, en nuestro caso un proceso de inyección.

Pero a pesar de todos estos esfuerzos se siguen fabricando piezas defectuosas cuando hacemos nuevos lotes de  fabricación y tenemos que arrancar de nuevo el proceso y no digamos , sobre todo, cuando transferimos el proceso
de una maquina a otra similar y queremos fabricar piezas idénticas que las homologadas en su día.

Parece lógico que si repetimos los parámetros de regulación de la máquina , los setting de máquina, de una serie a otra de fabricación en la misma maquina por ejemplo , los parámetros del proceso serán los mismos y las piezas fabricadas
serán idénticas.
Pero esto no siempre es así.
Los parámetros registrados nos permiten establecer un punto de partida pero no describen o identifica lo que está pasando en el proceso ni lo que está pasando en el plástico con el que estamos fabricando la pieza.

Por ejemplo la Temperatura de Masa. Todo el mundo estará de acuerdo en que la temperatura de masa es muy importante para el resultado final de la pieza. Como está registrada la temperatura de masa en sus fábricas? Normalmente serán valores de setting de máquina , valores que transferimos al computador de la máquina para que este regule esta temperatura a través de la electrónica, resistencias eléctricas , etc.
Resulta que la temperatura de masa real no solo depende de la temperatura regulada en el control.
Intervienen factores como las revoluciones del husillo o velocidad periférica, o la contrapresión a la carga. Además la temperatura que el computador de control de la máquina lee , es a través de termopares que están en contacto con acero, no con el plástico y además a cierta distancia del polímero fundido.
Por otro lado , y esto es otro problema, si realizamos la lectura de la temperatura real de la masa con un pirómetro,probablemente nos darán tantos resultados como personas realicen la lectura, pero esto lo trataremos en otro momento .

Otro ejemplo es el de la Velocidad de Inyección , la velocidad más crítica de todo el proceso de inyección .De nuevo las fichas de parámetros registran normalmente los valores de entrada al computador que controla este parámetro e intentan duplicar estos valores en diferentes maquinas o en diferentes
series de fabricación. Pero esta velocidad es un parámetro de maquina no es un parámetro del plástico.
El control , el ordenador , seguro que repetirá los valores pero ….estamos seguros de que la maquina los reproduce exactamente .Aquí intervienen válvulas, tarjetas electrónicas, etc que pueden variar constantemente. Algunas fábricas para minimizar esto hacen calibraciones de maquina cada año .
Debemos preguntarnos si estamos llenado con la velocidad programada, es decir si la maquina esta cumpliendo con la velocidad que le solicitamos .

Una mejor manera de controlar la velocidad de inyección y poder duplicarla de nuevo en otro momento u otra maquina es registrar el output correspondiente , en este caso el tiempo de llenado para un volumen de plástico concreto.
Esto permite al inyectador duplicar la velocidad de inyección modificando los parámetros si es necesario para obtener el tiempo deseado.

Si queremos una buena documentación del proceso debemos entender que los parámetros de ajuste de la maquina son solo números que entramos en un ordenador , lo que le pasa al plástico es a menudo diferente y es lo que nos interesa

Inputs de máquina vs. Outputs del proceso

Aquí podemos establecer dos tipos de Técnicos de inyección , el Técnico de Inyección Típico y el Técnico de Inyección Avanzado
Veamos algunas diferencias;
El Técnico de Inyección típico normalmente documenta valores de entrada dependientes de la maquina o settings de máquina.
Por ejemplo:

Temperaturas programadas varias
Velocidad programada de inyección
Tiempos programados varios
Presiones programadas varias
Tn cierre programadas

El Técnico avanzado documenta VALORES DE SALIDA INDEPENDIENTES DE LA MAQUINA

Outputs de proceso independientes de la máquina:
Temperaturas reales medidas con pirómetro
Tiempos reales , de inyección , etc.
Presión real aplicada , valor punta de presión de inyección , compactación etc.
Pesos de las piezas
Datos adicionales(p.ej. medidas entre cavidades)
Etc.

Algunos Out Puts de proceso a Documentar
TEMPERATURA Temperatura de masa
Temperatura de cavidad
Temperatura del refrigerante

TIEMPOS Tiempo de llenado real
Tiempo de post presión real
Tiempo de dosificación real
Tiempo de sellado de la entrada
Tiempo de ciclo real
PRESIONES
Contrapresión real
Delta P
Factor de intensificación inyección

PESOS
Peso cavidades
Peso de la inyectada
Peso final con la entrada sellada
Datos adicionales
Medidas por cavidades
Balanceado de llenado de cavidades
TN cierre reales
Fotografías de defectos

El Técnico avanzado tiene en cuenta y calcula outputs tales como:

Tiempo de residencia del material en el husillo
Velocidad periférica del husillo
Ratio de intensificación del husillo
Ratio , dosis – diámetro utilizado

El Técnico avanzado , si el proceso está documentado, puede identificar rápidamente que ha cambiado,además :

Conoce la historia del proceso, molde , material etc.
Conoce las propiedades y características del material
Determina la causa física y los cambios producidos
Verifica el resultado de cada cambio de proceso realizado

Mientras que el Técnico de inyección típico se pregunta :
Que botón debo tocar para corregir el defecto o problema?
Consulta guías universales de solución de defectos
El Técnico avanzado se pregunta:
Que cambio ha sucedido en el proceso para provocar el problema?
Cual es o cual puede ser la causa física que provoca el problema?

Nuevas herramientas de proceso Scientific Injection Molding
El Técnico avanzado puede evaluar el proceso si es necesario a través de diferentes herramientas de Scientific Injection Molding
tales como:
1 In mould reology o Método de la Viscosidad Relativa
2 Gate seal analysis o Análisis del tiempo de sellado de las entradas
3 Process Window o Determinación de la ventana de proceso
4 Injectión Speed machine Perfomance o Análisis del grado de cumplimiento de la velocidad
de inyección
5 Pressure loss analysis o Análisis de las pérdidas de presión de inyección
6 Delta P
7 Gate shear o Análisis de la cizalla en la entrada
8 Portabilidad entre máquinas

Para la aplicación de estas herramientas tan solo es necesario dedicar un poco de tiempo a realizar los experimentos que esta metodología propone , normalmente durante las primeras puestas a punto de un molde ó cuando aparece una desviación del mismo .El tiempo invertido en desarrollar estos ensayos y aprovechar la información que nos aportan es una buena inversión al obtener mejores productividades y menor scrap .

SCIENTIFIC MOLDING ó MOLDEO CIENTIFICO CON METODOS AVANZADOS
Aplicación del estado del conocimiento estructurado mediante razonamiento y experimentación en el ámbito de la inyección de plásticos

En el libro MANUAL AVANZADO DE INYECCION DE TERMOPLASTICOS puede encontrar más información y también en la web www.asimm.es
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Conceptos que hacen mas fácil la vida en la Planta de Inyección

Conceptos que hacen mas fácil la vida en la Planta de Inyección    por Jose R Lerma

En el articulo anterior ya aparecia el concepto de viscosidad en relación con el Delta P , vamos a tratarlo un poco mas en produndidad .

Viscosidad

La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a las deformaciones graduales producidas por tensiones cortantes o tensiones de tracción.

Reología es la parte de la física que estudia la relación entre el esfuerzo y la deformación en los materiales que son capaces de fluir

Cuando a un fluido   se le aplica un movimiento este fluido ofrece una resistencia al movimiento

Simplificando ,los fluidos Newtonianos presentan una relación lineal  entre el esfuerzo ejercido y  y la velocidad de deformación del fluido

En el caso de los plásticos , estos son fluidos no Newtonianos  por que  no presentan una relación lineal entre esfuerzos y velocidades .

Los plásticos son materiales con comportamiento No Newtoniano .La viscosidad no es constante

Este es un concepto que no está del todo claro en las Plantas de Inyección  y es fundamental  para entender el comportamiento del plástico durante la inyección ,proceso este que aplica mucha cizalla ( efuerzo de cizalla  ) y presión  sobre el material modificando sustancialmente su viscosidad .

Típicos Shear rate  o velocidad de cizalla aplicado según proceso ;

Compresión molding     1-10  s -1

Calendering                    10-100  s-1

Extrusión                         100-1000 s-1

Inyección                         1000-10.000 s-1

En el caso de los materiales plásticos fundidos en el intervalo de las condiciones de inyección , un aumento de la tensión o esfuerzo  de cizalla provocará que su viscosidad puede verse  reducida drásticamente .Si comparamos la viscosidad de un plástico a bajas velocidades de cizalla, por ej.  500 s-1 ,con la viscosidad a velocidades de cizalla aplicadas en el proceso de inyeccion, por ejemplo 3000 s-1 ,  el valor de la viscosidad puede declinarse  hasta tres veces menos valor  como podemos ver en el ejemplo de la grafica con un POM , Delrin 500  .

En la gráfica puede observarse que tiene más influencia en la viscosidad aumentar la temperatura a velocidades bajas de cizalla (bajo shear rate) que a velocidad de cizalla alta , donde las líneas de comportamiento de la viscosidad prácticamente confluyen .

Tambien se puede observar que en términos de reducción de viscosidad tiene mas efecto pasar de 500 s-1  a 1000 s-1 que aumentar 15 grados la temperatura de masa de 200ºC a 215ºC

 

En estas graficas  puede observarse como la viscosidad no es constante en el caso del comportamiento plástico en comparación con los liquidos Newtonianos

 

 

 

 

 

 

Viscosidad

Efecto de la cizalla en la viscosidad del polímero.

A .- Zona inicial de viscosidad plana a bajas velocidades de cizalla . En esta zona el polímero tiene un comportamiento Newtoniano

B .- Zona intermedia con velocidades de cizalla intermedias con caída de la viscosidad en función de la velocidad de cizalla

C .- Zona final a altas velocidades de cizalla con viscosidad plana ,de nuevo el comportamiento es Newtoniano

Dada la relación entre viscosidad y velocidad de deformación , es son muy importantes dos aspectos para definir un proceso robusto .

1 Seleccionar la gama de velocidades que nos aporte un comportamiento estable de la visosidad en una amplia gama de velocidades

2  Si un polímero se inyecta  con un caudal y perdida de presión constante , la viscosidad será constante y por tanto fluirá con las mismas características y dará lugar a piezas de dimensiones y propiedades idénticas.

Por ello el inyectador científico tiene que preocuparse de que el frente de flujo se mueva a velocidad constante con una presión en el material  constante para que la viscosidad tambien sea constante . Con ello obtendrá un proceso robusto y consistente  .

Tambien puede utilizar el Inyectador avanzado en ensayo de la Viscosidad Relativa para determinar la gama de velocidades en la cual la viscosidad del polímero será mas estable

Este ensayo lo comentaremos en  próximos artículos .

Conceptos que hacen mas fácil la vida en la Planta de Inyección II Parte

Definitivamente no hay excusas, debemos controlar el tiempo de llenado y este debe ser constante para mantener la fabricación constante y repetitiva con estrechas tolerancias de fabricación

Recuerde que el tiempo de llenado es el más importante del proceso de inyección                                                                                                                                                                                               Para ello se puede parametrizar el proceso de dos modos                                                                                                                                                               1  Que sea el  técnico de inyección, usted, quien corrija constantemente los parámetros a cada cambio de viscosidad de lote, % recuperado, condiciones de inyección , etc.     Para obtener los tiempos de llenado constantes ante cada deriva del mismo                                                                                                                                                                                                                                                                                2  Parametrizar el proceso para que este sea capaz de auto regularse ante cambios de viscosidad y se autorregule para mantener constante el tiempo de llenado

Si se decide por la opción 2 , la vida en la Planta de Inyección será más fácil .                                                                                                                                                        Si el objetivo estratégico es que el tiempo de inyección sea repetitivo y estable con una tolerancia tan estrecha de desviación máxima del 0,04%  ….como hacerlo de modo adecuado  ???

Es aquí donde entra el concepto y la aplicación de un correcto DELTA P                                                                                                                                                                           Cuando en mis seminarios hago una pregunta respecto a que proceso tendrá un tiempo de inyección mayor ( de un mismo molde)  , un proceso de inyección con    Polipropileno de fluidez 50 g/10 m  o un proceso de inyección con Policarbonato de fluidez 10 g/10m algunos asistentes contestan que será más lento  llenar   el molde  con PC de MFI 10 . Esto no es así, una máquina de inyección correctamente calibrada y parametrizada  ,debe ofrecernos un tiempo de llenado idéntico  dependientemente que inyectemos con Policarbonato o con Ice cream . La máquina necesitara efectivamente más presión de inyección cuando   inyectemos con PC que con Ice cream pero atención el tiempo de llenado debe ser idéntico

Alegoría  del control de velocidad de crucero del coche                                                                                                                                               renault-laguna-cruisecontrol (1)

Para controlar la velocidad de crucero  en un coche es necesario tener más potencia disponible de lo que usted está utilizando  actualmente.                                                                                                                                                                                                        Si usted va circulando  en una colina con fuerte pendiente con  el control de crucero, este  necesitara  suficiente potencia del motor para mantener constante  la velocidad programada y deseada .

Si por el contrario usted circula bajando por una pendiente el control de crucero necesitará menos potencia del motor para mantener la misma velocidad constante.        Será el control de crucero quien regulará la potencia que necesita para cumplir con la velocidad que le estamos programando.                                             El mismo concepto se aplica al control de llenado en la primera fase de llenado volumétrico de la cavidad en una máquina de  inyección.                                                                                                                                                                                         La presión límite de inyección programada debe ser suficiente para que la máquina de inyección pueda  cumplir con la velocidad programada es por ello que tenemos que programar la presión de inyección mayor que la presión necesaria para llenar las cavidades de  lo contrario

En función de que programación tengamos de la presión límite de inyección pueden suceder dos situaciones, ambas  a evitar:

1             Que la presión límite de inyección programada sea menor a la presión de inyección necesaria para alcanzar la velocidad de inyección   deseada                                                                                                                                                  En este caso estamos programando lo que se denomina un

“PROCESO CON PRESION DE INYECCION LIMITADA”

Este es un proceso a evitar, ya que  perdemos el control de la velocidad de llenado en el momento que entramos en presión limitada .También será un proceso que no se autorregulará en función de diferentes viscosidades de lote , recuperado, aditivos, y otros aspectos del proceso que le afectan al llenado de la cavidad       .   Proceso poco robusto                                                                                                                                                                          2             Que la presión límite de inyección programada sea excesivamente alta . En este caso no tendremos un proceso limitado por presión   Como en el punto 1 , pero tendremos un proceso que puede generar daños en el molde , cavidades etc .En el caso de una molde de múltiples cavidades     , existe la posibilidad de que se obture   una cavidad accidentalmente y la maquina podría intentar llenar cuatro cavidades con un volumen disponible de tres cavidades    y con presión de inyección disponible  se alcanzarían los máximos niveles de presión de inyección pudiendo esto generar daños en el molde                                                                                                                                                        Por tanto necesitamos parametrizar la presión de inyección necesaria  por encima del nivel de presión necesaria para llenar las cavidades a la velocidad programada pero de forma que     podamos disponer de una presión en reserva extra que la maquina utilizará en el caso de cambios de viscosidad del material inyectado

Esta presión extra en reserva es lo que llamamos     DELTA P

Ya sea que su máquina es eléctrica o hidráulica, bucle cerrado o bucle abierto, su objetivo tiene que ser  mantener el tiempo de llenado constante, para esto requiere presión extra disponible. Este es el “Delta P” la diferencia de presión necesaria y la presión disponible en la maquina  .   Como la viscosidad varía debido a diferentes lotes de resina, colores porcentajes triturado, o el contenido de   humedad,   necesitamos  que la máquina se adapte a  los cambios de viscosidad para que no tengamos  que hacerlo nosotros . Si la máquina tiene suficiente presión extra y   el nuevo lote resina es más viscoso ,la maquina  utilizará más presión, como un coche que sube una colina. Si el material es de menor viscosidad, la máquina    utilizará  una presión más baja como cuando bajamos una pendiente con el coche  .                                                                                  De hecho, cada ciclo la maquina debe utilizar un poco de presión diferente debido a los cientos de variables que existen en el procesamiento.  La pregunta ahora es cuanta presión extra necesita  para que su máquina controle y se adapte para mantener el tiempo de llenado y ajustar los   cambios de viscosidad?                Algunas recomendaciones son utilizar del  10% a 20% extra, en mi caso suelo utilizar  de 150 a 300 bares específicos . A veces eso puede ser suficiente, pero sería mejor  un dato concreto,      para ello se recomienda el ensayo de determinación del Delta P que aparece en el libro MANUAL AVANZADO DE TRANSFORMACION DE TERMOPLASTICOS                                                                           Es conveniente conocer el valor de Delta P de nuestra máquina y para ello es recomendable ensayar en tres velocidades de llenado diferentes al menos una vez  al año

En el libro MANUAL AVANZADO DE INYECCION DE TERMOPLASTICOS puede encontrar más información sobre el DELTA P y hoja de cálculo con grafica para hacer el estudio  de Determinación del DELTA  P                                                                                                                                                                                                                      y  también  en la web               www.asimm.es

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Conceptos que hacen mas facil la vida en la Planta de Inyección

Conceptos que hacen mas facil la vida en la Planta de Inyeccion
DELTA P………..  Ó    MAS  VALERIANA    
           
La relación  de la viscosidad del material plastico  y la velocidad de cizalla o lo que es lo mismo  la relacion entre la vicosidad del material y a  velocidad de inyeccion  es algo que puede verse facilmente con un ensayo de la Viscosidad Relativa o In mould rheolog
 
El comportamiento de los termoplasticos no es un comportamiento Newtoniano, no sigue la ley de Newton que dice que  la relacion entre la  velocidad de inyeccion  y el esfuerzo y la deformacion de un liquido es una constante  denominada viscosidad .
 
La viscosidad de los fluidos newtonianos permanece constante a pesar de los cambios en el esfuerzo cortante (fuerza aplicada) o en la velocidad de cizalla (gradiente de velocidad)

 

Esto no implica que la viscosidad no varíe en los fluidos newtonianos  sino que la viscosidad depende de otros parámetros como la temperatura, la presión y la composición del fluido, pero no del esfuerzo cortante y la velocidad de cizalla.

 

       
Para los fluidos no newtonianos, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de cizalla no es constante ya que depende de la fuerza de cizalla ejercida sobre el fluido.
           
Estos cambios de viscosidad pueden llegar a ser importantes en algunos materiales  y deben tenerse en cuenta .
Una viscosidad constante nos va a aportar piezas con dimensiones y propiedades mas constantes y por tanto un proceso mas robusto
Para conseguir esta viscosidad  lo mas constante posible  debemos controlar la velociad de inyeccion como factor determinante siendo esta velocidad la mas importante de todo el proceso de inyeccion . Algunos autores definen la tolerancia admisible en los tiempos de llenado o lo que es lo mismo en la velocidad de inyeccion en  ± 0,04 seg
No hay excusas, se debe controlar el tiempo de llenado y este debe ser constante para mantener la produccion cosntante, no ya solo entre lotes de fabricacion diferentes sino tambien entre fabricasiones en maquinas diferentes

Para ello se puede parametrizar la maquina para ser el tecnico  , usted , quien corriga constantemente los parametros para obtener los tiempos de inyeccion constantes ante derivas en el mismo o puede parametrizar la maquina o el proceso para que este se auto-regule

 
Esto hara sin duda la vida mas facil en la Planta de Inyeccion
Si el objetivo estrategico es que el tiempo de inyeccion sea repetitivo y estable con una tolerancia tan estrecha de desviacion
maxima del 0,04%  ….como hacerlo de modo adecuado ???

En el próximo blog explicaremos como hacerlo

   
 
   
           

A new website and blog for info regarding Scientific Injection Molding

This new website and blog start  with the objective of provide to technical people involved in the injection molding process information and tools for consulting , training , regarding Scientific Injection Molding .

For what objectives? Productivity  and  Scientific Injection  Molding Tools

Improve the process productivity and  SC Molding Tools knowledge in order to domain it , set and define consistent and productive process that increase the profitability and reduce cost in the molding facilites  .

Scientific Injection Molding ..What is?

The SCIENTIFIC INJECTION MOLDING , is a systematic application of scientific methodology and tools  used in injection molding

Initially the term Scientific Injection Molding and its methods were developed in USA back in the years 2005-2006.The objective was to develop concepts to help better understand the complex process of transformation of plastics by injection molding  wich is  affected for  many variables to finally define more robust, consistent  and productive processes.

It is a methodology supported by different kind of  tests and tools  for  analyze the process   at the machine and  for defining  robust processes of  plastic injection molding

Based on two pillars.

On the one hand a cultural change, step empirical approach to scientific method and moreover the  implementation of Scientific Injection Molding tools that this methodology propose

This methodology allows us to define more productive and profitable processes with greater repeatability during production and between batches

Allows technicians in daily contact with processes, improve  them and get the most perfomance of machines, molds and material