REGIONAL VALLE

INTRODUCCIÓN AL PROCESO DE INYECCIÓN DE PLÁSTICOS

SEMANA No.3

Servicio Nacional de Aprendizaje – SENA

Centro de Desarrollo Tecnológico – ASTIN

Santiago de Cali, Agosto de 2005

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INYECCIÓN DE PLÁSTICOS

2. TIPOS DE MÁQUINAS INYECTORAS.

Para hacer una clasificación de las máquinas inyectoras, es necesario definir el punto de vista de tal clasificación. Las máquinas inyectoras para su estudio se pueden analizar de la siguiente manera: 1. Teniendo en cuenta su estructura, o disposición de sus unidades principales. 2. Teniendo en cuenta su mecanismo de cierre. 3. Teniendo en cuenta su sistema de inyección. 4. Teniendo en cuenta su sistema de potencia. 5 Teniendo en cuenta su sistema de control. 6. Teniendo en cuenta el tipo de material a inyectar. Algunas de estas clasificaciones se pueden subclasificar y generar los otros tipos de máquinas inyectoras que se encuentran en la industria. 2.1 La disposición de las unidades principales de una maquina inyectora define la posición de la unidad inyectora con respecto a la unidad de cierre, permitiendo así, generar técnicas de inyección de acuerdo a la necesidades del producto, y estructura en la máquina que caracterizan términos en general. Las máquinas inyectoras desde este punto de vista pueden ser: a.-Máquinas horizontales: aquellas donde tanto la unidad de cierre como la unidad de inyección están dispuestas de forma horizontal, es decir la posición convencional donde los movimientos de la placa móvil son en dirección horizontal, y los movimientos de inyección se hacen también en forma horizontal.

Máquina inyectora horizontal

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b.-Máquinas verticales: aquellas donde tanto la unidad de cierre como la unidad de inyección están dispuestas de forma vertical, es decir la placa móvil se desplaza sobre unas guías en posición vertical, y los movimientos de inyección se hacen también de forma vertical, unas de las ventajas de esta disposición es la economía de espacio en la planta y la facilidad de inyectar piezas con inserción metálica o plástica sin mucha interferencia de la fuerza de gravedad.

Máquina de inyección vertical c.-Otras disposiciones: en ella cabe mencionar todas aquellas formas de disposición de las unidades como por ejemplo, unidad de cierre con movimientos verticales y unidad de inyección con movimientos horizontales; má quina inyectora con unidad de inyección vertical y unidad de cierre horizontal etc.

Cierre horizontal, inyección horizontal cierre horizontal, inyección vertical Diferentes posiciones de trabajo de máquinas de la serie Arburg de fabricación Alemana.

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La estructura también puede ser definida teniendo en cuenta la forma de la bancada en ella se definen la disposición en “L” (definida con respecto a la disposición de sus unidades principales) la máquina con estructura en cuello de cisne etc.

Cierre vertical, inyección horizontal cierre horizontal, inyección horizontal

Cierre vertical, inyección horizontal dos u. de inyección cierre H. Dos u. de iny, cierre v.

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2.2.- Máquinas inyectoras respecto al mecanismo de cierre: el mecanismo de Cierre es el encargado de realizar todos los movimientos y fuerzas sobre el Molde, desde este punto de vista las máquinas pueden ser: a.-Máquinas inyectoras hidráulicas: llamadas también de accionamiento Directo o por arrastre de fuerza. Son aquellas donde todos los movimientos y Fuerzas los provee un cilindro o cilindros hidráulicos. Los movimientos de Acercamiento los puede hacer el mismo cilindro u otros cilindros auxiliares lo Cual permite hacer movimientos con mayor eficiencia.

Inyectora de la firma Alemana ARBURG, con unidad de cierre hidráulica. b.-Máquinas inyectoras con mecanismo de cierre mecánico: así son Conocidas las maquinas de rodilleras, las cuales también se conocen como maquinas de accionamiento del cierre por arrastre de forma; esto es debido a que se alcanzan ventajas mecánicas en el sistema de palancas en las rodilleras, y la fuerza del pistón hidráulico no se hace directamente sobre la placa móvil si no que mediante un sistema de palancas, la ventaja es la eficiencia del espacio en la parte del cierre lo cual facilita a los diseñadores de la máquina mejor manejo del espacio. c.-Máquinas inyectoras con mecanismo de cierre hibrido: estas máquinas poseen una combinación de los dos sistemas anteriores, un completo sistema de accionamiento por rodilleras para los movimientos rápidos de la placa móvil y un mecanismo de cilindro hidráulico que permite levantar la presión de cierre necesaria para generar la fuerza en las dos mitades del molde, que evite que este se abra al momento de la inyección del material plástico.

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Inyectora de la marca ARBURG, con cierre de molde por rodilleras. d.-Máquinas con unidad de cierre de varios molde o rotativas: estas máquinas son máquinas con unidad de cierre dispuesta en un carro que gira sobre un eje vertical y permite posicionar varios moldes en secuencia programada. este sistema permite la inyección de varias o la misma referencia de pieza en un mismo proceso de producción, generalmente se usa en el área industrial del calzado.

Máquina inyectora con unidad de cierre rotativa. Fabricante CINCINATI MILACRON.

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e.-Máquinas con unidad de cierre sin columnas: este sistema de cierre es un sistema moderno que permite realizar montajes de molde por los laterales de la máquina pues las columnas o guías en las maquinas de cierre por rodilleras de acuerdo a la normatividad no lo permite. La máquina sin columnas ofrece la ventaja de mayor manejo del espacio de molde.

Inyectora sin columnas de la firma ENGEL También existen máquinas inyectoras donde el sistema de cierre posee movimientos transversales para el posicionamiento de más de un molde de tal forma que se puede trabajar en la inyección de varios moldes a la vez, mas estas máquinas no podrían caracterizarse como máquinas con unidad de cierre rotativa o revolver pues sus movimientos son sobre el eje perpendicular al movimiento de inyección. 2.3.-El sistema de inyección es el encargado de la plastificación en general del material plástico en el se da la alimentación, plastificación, dosificación e inyección del polímero al molde. Desde el punto de vista de la unidad de inyección las máquinas pueden ser:

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a.-Máquina con unidad de inyección por pistón: es aquella donde la plastificación se hace mediante el uso de un cilindro-pistón, esta máquina fue usada en los inicios de la inyección. En esta clasificación caben todas aquellas máquinas donde el sistema de plastificación no posee tornillo plastificador.

Antigua inyectora de pistón. b.-Máquina con preplastificación mediante tornillo e inyección mediante cilindro-pistón: esta es una máquina que posee un tornillo para el sistema de plastificación, la función de inyectar corresponde a un cilindro pistón, esta máquina fue la que antecedió al sistema de inyección actual.

Máquina inyectora con sistema de preplastificacion.

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c.- Máquinas con unidad de inyección convencional: la unidad de inyección convencional es la unidad de plastificación cilindro-tornillo, esta máquina realiza el proceso de recepción y transporte de material, plastificación, dosificación e inyección. d.- Máquinas con varias unidades de inyección: estas máquinas son usadas para sistemas de inyección de multimateriales, es decir inyección de más de un material o color, pueden ser máquinas de varias unidades de plastificación dispuestas tanto en posición horizontal paralelo, o en “L” o en ángulo, en verdad la plastificación en esta máquina es convencional pero la disposición tanto del molde como de la estructura la hace una máquina especial.

Disposición de las unidades de inyección en, máquinas inyectoras de dos componentes.

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Disposición de las unidades de inyección en, máquinas inyectoras de tres componentes.

Disposición de las unidades de inyección en, máquinas inyectoras de cuatro componentes.

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e.- Máquina de inyección de dos disparos o twin shot: es una máquina en la cual mediante un solo tornillo se puede hacer coinyeccion, que es una técnica en la cual se puede inyectar piezas con materiales diferentes en el centro como en la superficie.

Sistema de inyección twin shot, para coinyección. 2.4. Las máquinas inyectoras para su funcionamiento necesitan contar con una fuente que provea la fuerza necesaria para que sucedan sus desplazamientos. En este punto las máquinas las podemos clasificar de la siguiente manera: a.- Máquinas inyectoras manuales: son máquinas donde todos los movimientos son efectuados por el operador, los movimientos de cierre y apertura de molde, como el de inyección y mantenimiento de la presión, funcionan con sistemas de palancas para disminuir las fuerzas necesarias. Son poco usadas actualmente en la industria, su principal aplicación es en los laboratorios. b.- Máquinas inyectoras electromecánicas: son máquinas que se posicionaron en la industria en años anteriores, todos los movimientos de cierre y de inyección se hace mediante motores y mecanismos mecánicos de palancas y volantes, estas máquinas pueden trabajar en modo manual, semiautomático u automático. c.-Máquinas inyectoras neumáticas: estas son inyectoras en las cuales el sistema de potencia es un compresor que se encarga de comprimir el aire mediante el cual se provee la fuerza necesaria para realizar todos los movimientos necesarios en el proceso estas maquinas son usadas con eficiencia en la producción donde no sean necesarias fuerzas muy altas de funcionamiento y principalmente en la producción limpia y pueden trabajar en los tres modos de producción de acuerdo al grado de automatización.

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d.- Máquinas inyectoras hidráulicas: en esta máquina la fuente de energía es un motor eléctrico actuando sobre una bomba de aceite hidráulico, es la máquina convencional por excelencia, puede ser manual, automática o semiautomática, la técnica hidráulica y sensórica de esta máquina permite junto con el sistema de control generar las maquinas mas sofisticadas imaginables hasta ahora.

Sistema de potencia hidráulico en una maquina inyectora. e.- Máquinas inyectoras totalmente eléctricas: podemos decir que es la máquina más actual que existe, en estas máquinas todos los movimientos son realizados por servomotores actuando sobre tornillos de bolas recirculantes por lo cual estas máquinas prometen ser las máquinas más eficientes, silenciosas y ecológicas actualmente.

Sistema de potencia eléctrico

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2.5. El sistema de control es el encargado de controlar todas las variables de la máquina, en el esta prácticamente el continuo desarrollo actual, las máquinas desde este punto de vista pueden ser: a.- Control manual: el que hace el operador, cerrar molde inyectar abrir y cerrar todas estas variables pueden ser activadas mediante palancas o llaves eléctricas (interruptores), que dependen del tiempo que maneje el operador al realizar la inyección este control no tiene mas modos pues no posee los mecanismos ni dispositivos necesarios. b.- Control eléctrico: en este sistema todos los movimientos son programados mediante un programador electromecánico de giro la potencia eléctrica es manejada mediante sistemas de contactores. esta máquina puede ser manual o semiautomática. c.- Control electrónico por compuertas: este es un sistema de control eficiente en el cual la máquina ya puede ser programada en cuanto a variables del proceso en general dependiendo de los mecanismos utilizados en el sistema de potencia (servoactuadores y sensores) la principal deficiencia es el cableado lógico, y el mantenimiento especial. Este tipo de máquinas puede trabajar en cualquiera de los modos de producción manual, semiautomático o automático incluso el sistema de modo preparación o de montaje de molde. d.- Control por programador lógico: inicialmente este control permitió sintetizar un poco el gabinete de mandos eléctricos en la máquina, pues gracias a los PLC´s se pudo eliminar un poco de la lógica cableada que anterior mente se utilizaba, pero a través de los desarrollos en la informática y las comunicaciones este control se ha convertido en la clave del control de la producción y los sistemas integrados de calidad permiten tener un agente programable de control de calidad en las piezas inyectadas, y continuo monitoreo del proceso de producción.

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Gabinete de una máquina inyectora controlada por PLC e.- Control por PC: las máquinas inyectoras modernas cuentan ya con un computador industrial dedicado (microprocesador autónomo) en su gabinete de control que junto con la interfaz hombre-máquina permiten manipular todas las variables, conjugado esto con toda la versatilidad que puede proveer un sistema de control por computador, en cuanto a manejo de información velocidad e respuesta y almacenamiento de datos. Mediante los PC industriales instalados en las máquinas inyectoras se ha logrado generar sistemas de monitoreo que permiten trabajar el justo a tiempo. Mediante los sistemas de redes se puede generar toda la información necesaria de material, producción, programación

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Interfaz MHI que permite controlar maquina inyectora con control por PC. 2.6. Con respecto al tipo de material a inyectar las maquinas inyectoras pueden ser: a.- Máquinas de inyección para termoplásticos: es aquella máquina inyectora donde toda la concepción del proceso se maneja respecto al comportamiento de los plásticos termoplásticos respecto a la temperatura, donde el cilindro siempre se ajusta a temperaturas mas altas que el sistema de molde. b.- Máquinas para inyección de termo estables en la cual cambia la concepción del control o mas bien el ajuste de las temperaturas del cilindro con respecto al molde, pues en este tipo de máquinas es necesario calentar el molde y mantener una temperatura que permita el transporte del material dentro del cilindro sin llegar al curado.

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Máquina para inyección de termoestables Cilindro de termoestables: Los parámetros más importantes para la reticulación de los termoestables son temperatura y tiempo. Esto significa que el termoestable reticuliza en muy poco tiempo a altas temperaturas pero también en mas tiempo con temperaturas bajas. Por ese motivo los requerimientos del cilindro de plastificación son especialmente importantes, el termoestable plastificara a temperaturas relativamente bajas (de 45 a 115˚C) para que la reacción de retículas no se lleve a cabo demasiado de prisa en el cilindro. En la transformación de termoestables se produce mucha temperatura de fricción. Debido a su alta viscosidad, que debe ser eliminada, el cilindro de termoestables esta equipada con un atemperador de liquido mediante manguitos de atemperado, con la ayuda del atemperador es posible abastecer de calor y también extraerlo lo suficiente mente rapad. El husillo de plastificación actúa sin compresión. De esta forma se recoge menos energía de cizalla en la masa. Para acortar el tiempo de estancia de la masa en el cilindro se emplean husillos con una relación L/D de 12:1 a 15:1. Los husillos para termoestables se hacen sin válvula antiretorno de este modo se minimiza el riesgo de endurecimiento piel incremento de la fricción y por los restos de masa para la elaboración de termoestables se utilizan boquillas abiertas y muy cortas de modo que queda allí muy poca fase después de la fase de retacado que esta sujeta a una mas larga carga térmica y con ello se endurece más pronto. (este fragmento fue tomado de información máquinas ARBURG) c.- Máquinas inyectoras para cauchos o termoelasticos: estas máquinas son similares en el ajuste de parámetros al las inyectoras para termoestables dadas las condiciones de procesamiento de los cauchos, la geometría de los tornillos juegan un papel fundamental en este tipo de máquinas.

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Sistema de alimentación de bandas para fabricación de piezas de caucho. (ARBURG) Guarnición de cilindros para elastómeros. Los elastómeros se plastifican con una temperatura relativamente baja y se inyectan en el molde calentado eléctricamente. Allí plastifican convirtiéndose en plástico duro de alta reticulación, es decir se convierte en elastómero. Durante la plastificación se debe mantener un perfil exacto de temperaturas constantes para evitar una vulcanización prematura. La energía de cizalla que se produce al plastificar materiales de alta viscosidad con el husillo debe eliminarse, por esta razón los cilindros para elastómeros son atemperados con líquidos por líquido mediante manguitos con lo cual es posible la aportación y extracción de energía. La relación de compresión para los husillo es de 1.5:1 con ello se aporta poca energía de cizallado a la masa a plastificar. Opcionalmente se pueden usar husillos de plastificación sin compresión, para reducir el tiempo de permanencia de la masa en el cilindro se utilizan cilindros con una relación de longitud diámetro de 14 a 1, se utilizan también boquillas abiertas, de esta forma que da muy poca masa al final de la etapa de retacado. Que debido al incremento de la carga térmica, puede llegar a vulcanizar de forma prematura. (Este fragmento fue toma de información técnica ARBURG).

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d. Máquina de inyección para espumas: son máquinas similares a las máquinas con sistema de preplastificacion por tornillo, la diferencia radica en los bajos niveles de presión necesarios para la transformación de espumas.

esquema de una máquina inyectora de espumas rígidas.

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