Automatización de una máquina de inyección de plástico
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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO AUTOMATIZACIÓN DE UNA MÁQUINA DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN SISTEMAS DE MANUFACTURA PRESENTA ING. MAURICIO C. ZEMPOALTECA AGUILA Asesor: Comité de tesis: Dr. ALEJANDRO VEGA SALINAS Dr. DANTE JORGE DORANTES GONZÁLEZ M. en C. IGNACIO ADRIÁN ROMERO Jurado: Dr. DANTE JORGE DORANTES GONZÁLEZ Presidente M. en C. IGNACIO ADRIÁN ROMERO Secretario Dr. ALEJANDRO VEGA SALINAS Vocal Atizapán de Zaragoza, Edo. Méx., Marzo de 2000
Transcript of Automatización de una máquina de inyección de plástico
INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY
CAMPUS ESTADO DE MÉXICO
AUTOMATIZACIÓN DE UNA MÁQUINA DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO
TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS EN SISTEMAS DE MANUFACTURA
PRESENTA
ING. MAURICIO C. ZEMPOALTECA AGUILA
Asesor:
Comité de tesis:
Dr. ALEJANDRO VEGA SALINAS
Dr. DANTE JORGE DORANTES GONZÁLEZ M. en C. IGNACIO ADRIÁN ROMERO
Jurado: Dr. DANTE JORGE DORANTES GONZÁLEZ Presidente M. en C. IGNACIO ADRIÁN ROMERO Secretario Dr. ALEJANDRO VEGA SALINAS Vocal
Atizapán de Zaragoza, Edo. Méx., Marzo de 2000
ÍNDICE
Página
INTRODUCCIÓN 05
07 Capitulo 1 1.1 1.2
Capitulo 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
Capitulo 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3 3.3.1 3.3.2
Capitulo 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.3 4.3.1 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3
Antecedentes Importancia en el mercado ...................... .. ......................... .............. 08 Datos de la Empresa ... ............ ... ...... .... ... .... ..... ............... .... .. ............ 09
Planteamiento del Problema. (Justificación) 11 Panorama Nacional. ......................................................................... 11 Maquinaria y Equipo ........................................................................ 15 Comercio Exterior ...... ............. ........................................... .. ............ 16 Situación de la Empresa .................................... .... .. .. .. .......... ........... 17 Objetivos ...................... .. .................................................................. 19
La Industria de los Plásticos (Definiciones básicas ) 20 Definición de Plásticos .......................... ........................................... 20 Clasificación .................. ........................ .. ......... ....... ......... ................ 22 Propiedades ...... ....... .... ............ ......... ....... .. ...... ............. ...... .............. 26 Procesos de transformación de plásticos ....................... .................. 29 Tipos de procesos ............ ................................................................. 29 Extrusión ................................................. .. ......................... .............. 30 Soplado .. ..... ... ... ..... ... ... .... ... ... ...... ...... .......... ...................... ... .. .......... 31 Termoformado ............... ............ ............. .............. ............ ......... ...... 32 Inyección .......... ............. ............ ... ....... ... .. ........ .... .... ........ .. .. ........ .. .. 32 El proceso de inyección y su maquinaria ............................ .. ........... 35 Descripción del proceso ...................... .. ........................................... 36 Descripción del equipo ......................... .......................... ..... ............. 37
Técnicas de Automatización 51 Definición ....... .... ....... ...... ... ..... .... ... .... .......... ...... .......... .... ..... ... ..... ... 51 Sistema de control de lazo abierto ............ ....................................... 52 Sistema de control de lazo cerrado ................................. .................. 52 Selección de un sistema de control... ................................... ............ 52 Medios de control disponibles ................. .............. ........... ............... 53 Medios mecánicos ...... .. .. ......... ................ .. ........................ ............... 53 Medios neumáticos ... ..... ......... ......... ... ... .. .. ..... ..... .. .... ... ... ..... ..... ...... 53 Medios hidráulicos ....... .......... ............ .... ......... ................ .... .. ........... 54 Medios eléctricos ... ........... .................... ...... ........................ .. ....... .... 54 Medios electrónicos ........... ...... ............. ....... .................................... 54 Selección de los medios apropiados de control.. ............................. 57 Selección del tipo de automatización adecuado ............ .. .. .......... .. ... 58 Los Controladores Lógicos Programables ............... .. ...... .. ... ........... 59 Definición ..... ..... ........... ....... ................. .. ..... ......... ........... ..... ....... ..... 59 Ventajas de los PLC's .... ..... .. .... .... .. .. ........ .. .. ..... ............. .... ..... .. ...... 60 Desventajas de los PLC' s ...................... ........................ ... ..... .. .. ... ... . 62
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Capitulo 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
Página
Trabajo Desarrollado 65 Estudio de Proceso ............ ....... .... ......................... .............. ............. 65 Estudio de Campo ................................................................ ............ 67 Desarrollo del Programa en Lenguaje de Escalera .......................... 67 Selección del PLC ........ ......................... ........................... ................ 71 Resultados obtenidos ................................ ........................... ............. 72
Capitulo 6 Conclusiones 76
79 Bibliografia
Anexo A. Diagrama de Escalera en SYSWIN V. 3.2 Anexo B. Lay-Out del Tablero Eléctrico Anexo C. Diagrama eléctrio de la máquina Cincinnatti Milacron Anexo D. Lista de materiales utilizados
2
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ÍNDICE DE FIGURAS.
Figura la.
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Figura 5
Figura 6
Figura 7
Figura 8
Figura 9
Figura 10
Figura 11
Figura 12
Figura 13
Figura 14
Figura 15
Figura 16
Figura 17
Figura 18
Figura 19
Figura 20
Figura 21
Figura 22
Figura 23
Figura 24
Figura 25
Figura 26
Figura 27
Figura 28
Figura 29
Página
Valor de la producción de plásticos en 1998 ..................... .......................... 05
Tamaño de las empresas dedicadas al plástico .................. .. ........................ 1 O
Distribución regional de manufacturas plásticas .............. ........................... 11
Mapa de distribución regional de manufacturas plásticas ............ ............... 11
Consumo nacional aparente de resinas plásticas por tipo de proceso .......... 12
Exportaciones de manufacturas plásticas ................................................. .... 14
Importaciones de manufacturas plásticas ................................................. .... 14
Saldo Importaciones vs. Exportaciones ............ ................... ........ ............. ... 14
Clasificación del plástico por su consumo ......................... .......................... 23
Máquina de inyección de plástico ........ ..... ...................... ..... ..................... .. 33
Ciclo de moldeo .......... ...................................... ........................................ .. 34
Unidad de inyección .......... ......... ........ ..... ... ....... ...... .. ... ........ .......... .... ..... .. .. 36
Punta de husillo ancha .................................................... .... ...................... ... 38
Punta de husillo anti-retomo .................... .......................... .......................... 38
Cilindro o cañón .. ............. ..... ... ... .................. ... ....... ....... ... .. ...... .... ... .... ........ 40
Boquilla de válvula ... .... .................... ..... ... ........ ............. ..... ... .. ............. ... .... 40
Boquilla de paso libre para inyección de resina acética ... ........................... 41
Boquilla de paso libre para descompresión de cámara ........ ... ..................... 41
Boquilla de apertura controlada por ciclo .............. ..... ..... .... ..... ................. . .42
Montaje de molde .... .... ........................ ... .. ..... ........... ..... .. ... ... .... ... ........... .... 43
Boquilla de apertura controlada externamente .................. .. ... ..................... 42
Piezas obtenidas en moldes de colada fría ............ ....... .. ..... .... ..... ................ 45
Diagrama esquemático de botadores ............ ......... ....... ... ........ ..... .... .... ..... .. 46
Sistema de cierre mecánico ............... .. ...... .. .......... ....... .. .... ..... ....... .. ..... ... ... . 47
Sistema de cierre hidráulico ............. ................... ....... ............. ....... ........ ...... 47
Sistema de cierre hidromecánico ........................... ..... .......... ............. ..... ..... 48
Proceso de inyección de plástico de la máquina Cincinnatti Milacron .. ... .. 67
Estructura del tablero viejo ..... ... ....... .... ..... ... ....... ....... .... .... .. ........... .. ...... ... . 71
LA Y-OUT del nuevo tablero ... ...... ........... .... .. ..... .............. .... ........ .............. 71
Máquina Cinccinatti Milacron ... ...... .... .... .. ........ .... ..... .... ......... ..... .... ... ....... . 72
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4
ÍNDICE DE TABLAS.
Tabla 1
Tabla 2
Tabla 3
Tabla 4
Tabla 5
Tabla 6
Tabla 7
Tabla 8
Tabla 9
Tabla 10
Tabla 11
Tabla 12
Página
Consumo nacional aparente de resinas plásticas por sector de destino ...... 06
Consumo Percapita de productos de plástico .............................................. 09
Tamaño de las empresas que se dedican al plástico .................................... 09
Tipo de productos de plástico ................. ........................... .......................... 1 O
Consumo nacional aparente de resinas plásticas por tipo de proceso .......... 11
Porcentaje de participación por tipo de proceso ................. ...................... ... 12
Importación de maquinaria y equipo ..... ........................... ........................... 13
Acrónimos de los plásticos más comunes .......................... .......................... 19
Selección del tipo de boquilla de acuerdo al material utilizado .................. .43
Diagrama de tiempos de la máquina Cincinnatti Milacron .. ...... ............... .. 66
Listado de entradas y salidas para el PLC ............ ........... .... ............ ...... ..... . 68
Criterios de selección del PLC ............. .. ... ........................... ........................ 70
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5
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo tiene como finalidad utilizar algunas de las técnicas avanzadas de la
tecnología y aplicarlas a equipos, que aunque son viejos, mecánicamente tienen un buen
desempeño.
Esta idea se desprende del hecho que mucha de la maquinaria que hay en la mayoría de la
industria es usada, pero que con algunas modificaciones es posible aumentar su eficiencia y
ahorrar en costos por mantenimiento y operación.
Esta propuesta de modificación a la maquinaria va dirigida a los dueños y gerentes de la micro y
pequeña empresa, pues ellos son los más afectados por la ineficacia de los equipos, pues la
mayoría de sus equipos son usados, la adquisición de maquinaria nueva es casi inaccesible, no así
el costo de automatizar, porque si bien es alto el precio de hacer una automatización, no se
compara con una máquina nueva de cualquier tipo.
La industria del plástico en México es enorme, conformada en su mayoría por pequeñas y micro
empresas, al interior de estas existe el problema de tiempos muertos por causa de mantenimiento
u operación, pocos se han puesto a pensar en las perdidas que esto ocasiona, porque de hacerlo,
asignarían más recursos enfocados a aspectos de administración, mantenimiento y mejora de los
equipos con que cuentan, haciendo el análisis pertinente del tiempo en que podrían recuperar su
inversión pues esta se puede dar en el corto y en el mediano plazo, dependiendo de la estrategia
elegida.
El proceso de inyección de plástico ha sido y seguirá siendo el mismo, es decir, comienza con un
calentamiento del material, éste en su estado de plastificación se introduce a presión en un molde
que tiene cavidades con la forma deseada, pasa un tiempo de enfriamiento y el molde abre y deja
caer la pieza inyectada.
En todas las máquinas de inyección el proceso es el mismo, la diferencia radica en las bobinas
que se accionan en cada momento, sin embargo lo único que se necesita para un rendimiento
óptimo es llevar un buen control y eliminar tiempos muertos.
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6
El proyecto consiste entonces en automatizar una máquina de inyección de plástico eliminando su
sistema eléctrico, que es por demás inadecuado, cambiando la mayoría de sus componentes
electromecánicos por dispositivos electrónicos de mayor desempeño y durabilidad, libres de
mantenimiento y fáciles de operar, más compactos y en el largo plazo, de mayor rentabilidad.
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CAPÍTULO l. ANTECEDENTES
La industria del plástico en México tiene una gran interacción con todos los sectores de la
economía y su cadena productiva es una de las más dinámicas, al proporcionar mayor valor
agregado al petróleo. La fabricación de manufacturas plásticas en México ofrece grandes
oportunidades de negocios tanto en el mercado interno como en el externo.
Ubicación del la industria del Plástico en la Manufactura Nacional
g l Productos Alirreriicios, Bebidas y Taba:o
• 11 Textiles, Pren:tas de Vestir e lndu;tria del Cuero
a III lndu;triadela Mélieray Productos de Méliera
11%
a IV Papel, Produ:tos de Papel, lrrprertas y Editoriales
• V Sustéllcias Quírricas, Derivélios del Petróleo, Produ:tos de CaJCho y Aástico
• VI Productos Minerales ro M étalicos, Excepto Derivélios del Petróleo y Ca-bón
• VII lndu;trias Metálicas Básicas
DVIII Produ:tos Metálicos, Ma:11..iraria y Eqlipo
• IX Otras lndu;trias Ménlfa:hseras
Figura la Valor de la Produccón en 1998. Fuente:INEGI
Forma parte del sector V, dentro de la rama de manufacturas, conocido como Sustancias
Químicas, Derivados del petróleo, Productos de Caucho y Plásticos, que en su conjunto tienen el
11 % del valor de la producción a nivel nacional, el cuál ha conservado durante varios años. CI4J
La situación geográfica de México lo ubica dentro de una región con un alto potencial para el
desarrollo de negocios, al contar con un gran mercado nacional además de estar estratégicamente
localizado como puente entre Norteamérica y Latinoamérica. Su posición central le permite unir
a estas dos regiones con los mercados de Asia y Europa.
Las principales ramas económicas demandantes de manufacturas plásticas en México, son
además del sector de envase y empaque, el de la construcción y consumo debido a las ventajas
que ha generado la sustitución de materiales como el cobre, el acero y madera en la fabricación
de productos que abastecen a estas industrias (Tabla 1).
lTESM-CEM MSMA
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- - -
Consumo Nacional Aparente por Sector de Destino (1997) 1
1
Sector Miles de Toneladas
Envase 1,050
Consumo 465
Construcción 350
Muebles 160
Industrial 125
Eléctrica - Electrónica 120
Transporte 80
Adhesivos 60
Agrícola 50
Médico 25
Tabla l. Fuente: INEGI
1.1 IMPORTANCIA EN EL MERCADO
La inyección es uno de los procesos de transformación de plásticos de mayor interés en cuanto a
la cantidad de artículos producidos y de la resina consumida, superado únicamente por el proceso
de extrusión con respecto al volumen, pero sí se compara con la maquinaria usada, la inyección
ocupa el primer lugar en cuanto al número de equipos en funcionamiento.
Se necesitaría un análisis detallado para ubicar la posición del proceso de inyección en cuanto al
monto total de ventas obtenido, pues si bien se puede afirmar que la extrusión es el proceso que
consume el mayor volumen de resina en comparación a cualquier otro método de moldeo, la
inyección se caracteriza por producir piezas con mayor valor agregado.
Por otro lado, se ha detectado que mucha de la maquinaria que se encuentra en las micro y
pequeñsas empresas es usada o muy vieja, y el costo de adquirir tecnología de punta es
demasiado alto como para que estas industrias lo puedan absorber.
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1.2 DATOS DE LA EMPRESA
La empresa en estudio, LASER S.A. de C.V., se dedica a la fabricación de varios tipos de piezas
plásticas, la mayoría son de inyección, aunque también producen algunos productos de extrusión,
es ésta empresa se elaboran alrededor de 30 productos diferentes, de los cuales los más
importantes son: la hebilla tipo SAMSONITE, herrajes para mochila, hebilla de tres pasos, carros
porta mochilas, etc.
Esta empresa nació en 1996 como LANIS, en sus inicios sólo se contaba con pocas máquinas y el
personal de operación era reducido pues era una empresa del tipo familiar, al paso del tiempo y
gracias a la buena administración, la empresa ha crecido de modo que ahora cuenta con
aproximadamente 70 personas (personal de operación y personal administrativo), aunque sigue
teniendo características de empresa familiar, pero además ya tienen dos establecimientos para
fabricar sus productos con el obvio incremento en el número de máquinas.
La mayoría de la maquinaria con que cuenta LASER es usada y tiene en promedio una edad de
15 años, a últimas fechas se adquirieron dos maquinas nuevas, de 40 y 60 toneladas de presión de
un costo aproximado de $500,000.00 cada una, para poder dar abasto a la demanda que se tiene
de sus productos, estas fueron importadas de Taiwan y son totalmente automáticas.
En LASER se labora tres turnos debido a la demanda que se tiene de sus productos, pero también
porque se tiene el inconveniente de que la maquinaria usada presenta algunos problemas de
funcionamiento, en su mayoría las fallas que presentan son de tipo eléctrico , pues la mayor parte
de ellas todavía funcionan con relevadores electromecánicos, contactares, temporizadores
electromecánicos, etc.
La materia prima utilizada en LASER es en su mayoría de la denominada "comodities", es decir
plásticos del tipo Polietileno, Poliestireno, Polipropileno, etc., una de las ventajas es que la
mayoría de las piezas pueden fabricarse con plásticos reciclados, pues el tipo de producto no
exige el uso de material virgen, aunque también se fabrican algunos productos con material puro,
razón por lo cual se tiene un aparente ahorro con respecto al material de fabricación, sin embargo
no se ha consideraddo costo del reproceso involucrado (moler el material procesado sobrante,
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10
volver a pasarlo a la máquina para que lo caliente y la perdida de propiedades que sufren los
plásticos con el reproceso que repercute directamente en la calidad del producto terminado).
Actualmente su mercado es totalmente nacional y en cierta medida regional, pues muchos de sus
productos son vendidos a empresas locales que lo utilizan como insumos para la fabricación de
artículos diversos, pero también parte de estos son usados para la elaboración de otras piezas
propias de LASER, como lo son la fabricación de mochilas escolares, donde usan las partes del
carro porta mochila y los herrajes para mochila. Gracias a la apertura comercial hay planes de
expansión y de exportación, para ello necesitan mejorar su sistema productivo y de esta manera
elevar la calidad de sus productos para poder competir en el extranjero, este crecimiento debe ser
planeado con objetividad para no sacrificar la productividad en favor de la calidad y que esto
represente márgenes de ganancia muy pobres.
Uno de los propósitos de esta tesis es automatizar maquinaria usada, partiendo del hecho de que
el equipo está en buenas condiciones mecánicas y sólo es necesario hacer las adecuaciones
pertinentes para mejorar el proceso eliminando tiempos de paro por mantenimientos correctivos
constantes y aumentar así los tiempos de producción.
En especial se desea hacer la automatización de una máquina de inyección, marca Cincinnatti
Milacron, de 125 toneladas modelo 1980, en la cual se pueden producir piezas de hasta 250
gramos.
En esta máquina se esta pensando fabricar las piezas del carro porta mochila para aliviar la carga
que se tiene en otra máquina de menor tonelaje, esto trae ahorros en energía y tiempos de ciclo,
así mismo se pretende ingresar a un nuevo mercado de maquila, pues se planea fabricar cajas de
discos compactos y compaginar la producción con las piezas para el carro.
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¡
11
CAPÍTULO 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. JUSTIFICACIÓN
A nivel mundial la industria del plástico en México ha observado un importante crecimiento
(Tabla 2). En los últimos 25 años, la producción mundial de resinas plásticas se ha incrementado
en promedio 7.5% anual, alcanzando en 1996 un total de 125 millones de toneladas. P5l
Se estima que para el año 2000 podría alcanzarse 160 millones de toneladas. Del mismo modo, el
consumo se ha incrementado significativamente en los últimos años.
...... ..... - - .... .......... .... ------------- ----- . .....
Consumo Per Cápita
(Kg. Por habitante)
P AISES DESARROLLADOS MEXICO
1950 0.6 1992 15.0
1995 100 1996 24.0
Tabla 2. Fuente: INEGI
2.1 PANORAMA NACIONAL
En México, el sector fabricante de manufacturas plásticas está compuesto por aproximadamente
2,500 empresas (Tabla 3), de las cuales el 60% son micro industrias de menos de 15 empleados,
el 24% son pequeñas empresas de hasta 100 trabajadores y el 16% restante son empresas
medianas y grandes (Figura 1), quienes concentran la mayor parte de la exportación de este tipo
de productos.
Tamaño de las empresas
Tipo de empresa No. de empleados No. de empresas
Microempresa 1-15 1,500
Pequeñ.a 16-100 600
Mediana 101 - 250 300
Grande 251 ó más 100
Total 2,500
Tabla 3. Fuente: IMPI
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12 Es importante señalar que en México, la mayoría de las empresas productoras utilizan resinas
comúnmente conocidas como "comodities" (polietileno, PVC, polipropileno, poliestireno, etc.
por mencionar algunas).
Tamaño de las Empresas
Mediana 12%
Figura l.
Gronde 44'
/11\ic,o 60'{,
Sin embargo también existen empresas que transforman plásticos de ingeniería que usualmente
satisfacen a mercados más exigentes como el automotriz y el eléctrico - electrónico.
-· - - . - - - - - -- .
Tipo de Productos Plásticos Penonal ocupado 1
·-Películas y Bolsas de polietileno 14,200
Peñdes, tubería y conexiones termoplásticas ·' " 3,370
Productos divenos de PVC 3,361
Envases de piezas de plástico soplado 10,518 , ·,
l4.rtículos Plásticos para el hogar 8,987 1
Piezas industriales moldeadas y empaque de poliestireno 9,546 '
:Artículos de plástico reforzado 2,464 ,,
. Laminados decorativos industriales · 2,026
Calzado plástico 1,676
l Juguetes de plástico 3,840 ;
1
¡ Otros 2,327 •·
l . . -
TOTAL 61,955
Tabla 4. Fuente: INEGI
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13 El sector de manufacturas plásticas en México da empleo a casi 62,000 personas, siendo el
envase y embalaje la rama principal que cuenta con mayor personal ocupado (Tabla 4).
Los principales centros de producción de manufacturas plásticas se ubican en el Distrito Federal
y en el Estado de México, los cuales en conjunto concentran el 57% de los establecimientos,
siguiendo en importancia Jalisco (13%) y Nuevo León (12%) (Figuras 2 y 3).
Otros importantes centros productores son los estados de Baja California Norte, Chihuahua,
Tamaulipas y Coahuila los cuales se encuentran muy ligados a la industria maquiladora de
exportación como proveedores de partes y componentes.
Distrib11ci6n Regional de Manuf octuras Plásticas Distribución Regional de Manufacturas Plásticas
Figura 2.
Jaii,(O 13%
()1ro~
12%
17%
-
h,,,hki 2%
12%
,
DF ,i0%
Figura 3.
- .. - -
Consumo Nacional Aparente por Tipo de Proceso (1997)
Miles de Toneladas ---- ,_ -,, Proceso Cantidad
Extrusión 925
Inyección 500 '
Soplado 430
Calandreo 70
Rotomoldeo 30
1 Otros 530 1
,, , __ Tabla 5. Fuente: IMPI
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14
De acuerdo al tipo de proceso, la mayoría de las empresas mexicanas concentran su actividad en
la extrusión, inyección y soplado que en conjunto representan alrededor del 75% del total de las
resinas transformadas en nuestro país (Tabla 5), mientras que el resto se distribuye en
rotomoldeo, laminación, calandreo y espumado, entre otros procesos (Figura 4).
Consumo Nocional Aparente por Tipo de Proce~o 1997
3%
Soplodo 17%
Figura 4.
Ot,o, R<ito111ol<lL''-'
31. 1%
Sin embargo, cabe mencionar que aunque existe un número mayor de empresas dedicadas a la
inyección de plástico, las empresas dedicadas a la extrusión consumen en su proceso un mayor
volumen de resinas plásticas (Tabla 6).
- .-··· - · --. ----- ----- - ' - - - - - -- -- - -.. ........ --- · ··-· ~--- ---- -- -- -- --- - ---- - - -
·L -~-- ~- - Año 1996 " " -- --- -
f Proceso No. de Empresas Part. % No. de Máquinas Part. % ··-· Miles Toneladas Part; % __ .,..~·~ § _ ,, '"· , . -- ,,
-, ... Inyección 950 38.0 10,000 56.5 410 18.6 ..
Extrusión 800 32.0 5,000 28.3 855 38.9 ,,, 1
l Soplado 400 16.0 2,000 11.3 322 , 14.6 ' . -I Espumado 80 3.2 240 1.4 51 2.3
Laminado 50 2.0 14 0.1 N.D. N.D.
Roto moldeo 30 1.2 150 · 0.8 16 0 .. 7 '
Calandreo 10 · 0.4 20 0.1 68 3.1
l Otros- 180 7.2 267 1.5 478 21.7 -
TOTAL 2,500 100 17,691 too 2,200 100 ·. 1, - ~
Tabla 6. Fuente: IMPI
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15 2.2 MAQUINARIA Y EQUIPO
En su gran mayoria, la maquinaria y el equipo utilizado en el proceso de transformación de
materiales plásticos en producto terminado proviene del exterior. La importación de maquinaria y
equipo creció a una Tasa Media de Crecimiento Anual (TCMA) de 20.4% entre 1995 y 1997
(Tabla 7).[1 51
Los principales eqmpos importados fueron moldes, inyectoras, maqumas para moldear por
soplado y extrusoras. Las importaciones provienen principalmente de E.U.A., Canadá, Japón,
Alemania, Italia y Francia.
No obstante el monto de las importaciones realizadas por la industria transformadora, se ha
detectado que una parte de la maquinaria adquirida en el extranjero es usada o no es tecnología
de punta, y se estima que la edad promedio de la maquinaria y equipo utilizados supera los 15
años.
Importación de Maquinaria y Equipo (Millones de Dólares)
Tipo de maquinaria o Equipo 1995 1996 1997
Moldes 235.9 282.6 353.7
Inyectoras 168.4 162.1 205.3
Partes y Componentes 31.3 35.7 64.5
Sopladoras 55.7 25.1 . 49.0
Extrusoras 25.8 35.8 36.8
Equipo Auxiliar 18.0 28.0 57.6
Molinos, granuladoras, batidoras y trituradoras 12.9 17.1 20.2
Moldeadoras en vacío y termoformadoras 8.9 13.1 17.4
Máquinas de operación múltiple 8.2 12.0 15.1
Maquinas para fabricación de CD - 1.8 1.5
TOTAL 565.1 613.4 821.1
Tabla 7. Fuente: Bancomext
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16
2.3 COMERCIO EXTERIOR
Desde hace unos años a la fecha, México ha incrementado el monto de sus exportaciones totales
pasando de 1,203 millones de dólares en 1994 a 1,909 millones de dólares en 1997, lo que
representó una TMCA de casi 17% (Figura 5). Por otra parte, las importaciones totales
aumentaron a una TMCA de más del 15% alcanzando un monto de 5,392 millones de dólares
(Figura 6).
2000
1500
Exportaciones de Manufacturas Plisticas
1997
mills. uso
6000
5000
4000
3000 . "
2000
lmportadones de Manufacturas plástlcas
1997
mills. uso
Total
Figura S. Fuente: WORLD TRADE ATLAS Figura 6. Fuente: WORLD TRADE ATLAS
En los últimos años, el déficit de la balanza comercial se ha incrementado principalmente al
significativo aumento en las importaciones, sobre todo de la industria maquiladora. En 1997 el
déficit del sector fue de 3,483 millones de dólares (Figura 7).
3500
3000 2500 , 7
2000 ,·, , ·
1500 . "
1000
1997
Figura 7. Fuente. WORLD TRADE ATLAS
ITESM-CEM
milis. USD
MSMA
17
En México se ha incrementado el valor de sus exportaciones no maquiladoras, al pasar de 307
millones de dólares en 1994 a 664 millones de dólares en 1997, lo cual significo una TMCA de
28% que contrasta con la TMCA de 12% correspondiente a las exportaciones de la industria
maquiladora. 1151
Este incremento refleja el buen desempeño que se alcanzando la industria del plástico a su vez
que muestra las oportunidades que se están presentando en el extranjero y en el mercado nacional
para incrementar la producción de piezas no maquiladas.
Sin embargo para ingresar al mercado extranjero se necesita mejorar la calidad del producto y la
calidad del proceso, tratando de reducir los costos al mínimo para invertir en mejoras de la
maquinaria y en sistemas de manufactura mas eficientes.
Las empresas mexicanas que cuentan con calidad y capacidad de producción adecuadas a las
exigencias de dichos mercados pueden incursionar o aumentar su presencia en esos países, ya sea
con producto terminado de consumo final o con bienes intermedios como puede ser el suministro
de piezas y partes.
Una de la grandes ventajas de México, es que realiza la mayor parte de su comercio con los
Estados Unidos que es a su vez el mayor consumidor de plásticos a nivel mundial, siendo sus
principales competidores en ese mercado los países asiáticos.
2.4 SITUACIÓN DE LA EMPRESA
En el caso específico de LASER, se observa que al igual que las pequeñas industrias de este
sector, cuenta en sus activos con maquinaria que tiene en promedio una edad de 15 años, como es
obvio, los problemas de mantenimiento se hacen cada vez más frecuentes, algunos de ellos
consisten en cambiar sellos u O'rings de las válvulas o hacer una sustitución definitiva, cambios
de reten en los pistones hidráulicos, etc., pero en su mayoría son problemas debido a fallas
eléctricas.
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18 Problemas como platinos flameados, bobinas quemadas, relevadores que ya no ejecutan su
función de forma adecuada, etc., son las principales fallas eléctricas que se tienen, esto repercute
directamente en la producción pues los paros que se estiman por mantenimiento son de
aproximadamente 70 horas al mes por maquina, sin contar los paros programados, además de que
en las épocas de gran demanda se trabaja hasta los domingos durante los tres tumos.
El costo de detener la maquinaria por mantenimiento en una hora, es variable de máquina a
máquina, así mismo depende del tipo de pieza que se este fabricando, pero el promedio va de
$176.00 a $600.00/hr., con lo cual, si se hablará de ventas netas, sería una cantidad considerable
al mes.
Por otro lado, se tienen problemas de calidad debido a un inadecuado calentamiento del plástico,
lo que provoca desperdicio de material, restando horas efectivas de trabajo a la maquinaria,
también hay remanente cuando las válvulas y pistones no operan de forma adecuada, pues
disminuye la presión de trabajo.
En cuestión de capacitación, siendo ésta una empresa con rasgos familiares, no se ha dado
atención para dar cursos de entrenamiento a todo el personal, solo a personas clave en el negocio.
Normalmente la capacitación proporcionada a operadores de máquinas es realizada por el
personal que ya tiene más experiencia y únicamente se le enseña lo más esencial, es decir, sólo se
le capacita para hacer trabajar la máquina, esperar el producto para eliminar los excesos de
material con alguna navaja y si se llega a atorar la pieza se le indica como detener el equipo y
como volver a iniciar el ciclo.
Aspectos relacionados al tiempo extra que se tiene que contratar por causa de mantenimiento, de
operación, reproceso, etc., son dificiles de determinar, pues s1 bien hay un grupo de
administración, éste atiende los negocios en forma global, pero no ha entrado a detalle con
respecto a la planta y su maquinaria, pues los registros que se tienen de producción son escasos y
la información es muy pobre como para poder tener conclusiones bien fundamentadas acerca de
cada equipo.
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19
A grandes rasgos, estos son los problemas encontrados en esta empresa, las razones de la
automatización se hacen evidentes al saber que los tiempos muertos se pueden reducir
considerablemente. Una vez que se ha analizado el sector de manufacturas plásticas y se conoce
el motivo por el cual la empresa LASER desea mejorar su proceso productivo, se puede
comenzar a revisar aspectos relevantes del plástico y del proceso de inyección así como el
funcionamiento de la maquinaria.
2.5 OBJETIVOS
• Automatizar el proceso productivo en una máquina de inyección de plástico marca Cincinnati
Milacron mediante el uso de dispositivos electrónicos (PLC, Temporizadores, Controles de
Temperatura, Relevadores, etc.) para disminuir tiempos muertos por causa de mantenimiento
y operación.
• Desarrollo del programa de operación en lenguaje de escalera para la automatización de la
máquina
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20
CAPÍTULO 3. LA INDUSTRIA DE LOS PLÁSTICOS
Antes de comenzar a hablar sobre los procesos o el proceso que se va a estudiar, es necesario
establecer una serie de definiciones y terminología referente a los plásticos para tener un
conocimiento de los conceptos básicos que se manejan en esta industria.
3.1 DEFINICIÓN DE PLÁSTICO
Se puede comenzar al definir que el Plástico es un material de origen orgánico, de estructura
macromolecular y en consecuencia de alto peso molecular, que se origina mediante síntesis o por
transformación de productos naturales y que bajo ciertas condiciones de calor y presión pueden
ser moldeados.[1l
Sin hablar mucho de historia, se puede decir que antes del petróleo, la fuente para la obtención de
resinas plásticas eran extraídas de ciertos arboles como el betún, la goma laca, el hule o caucho y
el ámbar, con el petróleo se han descubierto una gran variedad combinaciones para obtener
cientos de plásticos de diversos tipos, y otros que se han descubierto totalmente sintéticos.
Uno de los aspectos interesantes de los plásticos, es que es una industria productiva y no
especulativa, pues a pesar de que son obtenidos principalmente del petróleo, su demanda
creciente no se ve afectada por guerras, embargos económicos, caída de precios,
sobreproducción, problemas climatológicos y otros más.
• Denominación
La denominación de los plásticos se basa en los monomeros utilizados para su fabricación, En los
homoplimeros termoplásticos se antepone el prefijo "poli", por ejemplo:
Monomero inicial
Nombre del Polímero
Metil Metacrilato
Polimetil Metacrilato
Como se puede observar, los nombres químicos de los polímeros con frecuencia son muy largos
y difíciles de utilizar, para eliminar este problema se introdujeron "siglas" o acrónimos, para el ·:··,
mismo ejemplo citado, su acrónimo es:
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Nombre del Polímero:
Acrónimo:
Polimetil Metacrilato
PMMA
21
En su mayoría, estos acrónimos han sido normalizados, sin embargo algunos han sido inventados
por los fabricantes o surgieron de la misma actividad práctica.
ACRONIMO NOMBRE QUIMICO
ABS ACRILONITRJLO-BUTADIENO-ESTIRENO
CA ACETATO DE CELULOSA
EP EPOXICAS
EPS POLIESTIRENO EXPANSIBLE
EVA ETIL VJNIL ACETATO
HOPE POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD
LDPE POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD
MF MELAMINA FORMALDEHIDO
PA POLIAMIDA (NYLON)
PB POLIBUT ADIENO
PBT POLIBUTEN TEREFT ALA TO
PC POLICARBONATO
PE! POLIESTERAMIDA
PES POLIESTER SULFONA
PET POLETI LENTEREFT ALA TO
PF FENOL - FORMALDEHIDO
PMMA POLIMETIL METACRILATO (ACRJLICO)
POM POLIOXIDO DE FENILENO (ACETAL)
pp POLIPROPILENO
PPS POLIFENILEN SULFONA
PS POLI ESTIREN O
PTFE POLITETRAFLUOROTILENO (TEFLON)
PUR POLIURETANO
PVC CLORURO DE POLIVINILO
SAN ACRJLONITRILO ESTIRENO
SB ESTIRENO BUTADIENO TERMOPLASTICO
TPE ELASTOMERO TERMOPLASTICO
TPU POLIURETANO TERMOPLASTICO
UHMWPE POLIETILENO DE ULTRA AL TO PESO MOLECULAR
UF UREA - FORMALDEHIDO
UP POLIESTER INSATURADO
Tabla 8. Acrónimos de los plásticos más comunes.
En la tabla 8 se muestran los nombres y acrónimos de los polímeros más comunes usados en la
industria. [l 1
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22 • Materia Prima
Como se menciono con anterioridad, el petróleo es por mucho, la materia prima principal en la
fabricación de plásticos, ya que de éste se derivan los productos que originan los diferentes tipos
de plásticos. Cabe remarcar que existen otras materias primas para la fabricación de plásticos de
origen natural como la celulosa, el carbón y el gas natural.
Todas esta materias primas tienen en común el hecho de contener Carbono (C), e Hidrogeno (H),
también pueden estar presentes el Oxigeno (O), Nitrógeno (N), Azufre (S), o el Cloro (C).
En términos generales se considera al Etileno, Propileno y Butadieno como las materias primas
básicas para la fabricación de una extensa variedad de monomeros, que son la base de todos los
plásticos.
3.1.1 Clasificación
Debido a la diversificación de los plásticos que existen en la actualidad, es importante conocer la
clasificación, la cual se basa en su comportamiento a la transformación, sus propiedades o su
aplicación.
3.1.1.1 Comportamiento a la Temperatura.
En base a este criterio se pueden clasificar en Termoplásticos, Termofijos.
• Termoplásticos
Se caracterizan por transformarse de sólido a liquido y viceversa por acción del calor y se
disuelven o por lo menos se hinchan al contacto con solventes. A temperatura ambiente se
pueden encontrar desde blandos hasta duros y frágiles, pasando por rígidos y tenaces. Su
comportamiento se deriva de su estructura molecular, pues tienen la forma de cadena abierta o de
hilos.
Entre las principales ventajas de los termoplástico para reblandecerse y fundirse se puede
mencionar que pueden termoformarse o moldearse por calor, es decir, una lamina o un tubo
pueden pasar a un estado elástico, parecido al de la goma blanda, y adquirir nuevas formas ITESM-CEM MSMA
23 después de enfriarse en un molde, además los termoplásticos pueden soldarse y sus desechos son
reciclables.
Las desventajas consisten en que el reblandecimiento provocado por el calor limita en gran
medida las temperaturas de uso de los termoplásticos, sobre todo cuando se someten a la acción
simultanea de fuerzas mecánicas.
A su vez, los termoplásticos se dividen en amorfos y semicristalinos.
a) Amorfos
Los termoplásticos amorfos se caracterizan porque sus moléculas filamentosas están en completo
desorden, este arreglo permite el paso de la luz, razón por la cual los plásticos amorfos son
transparentes.
b) Semicristalinos
El orden molecular de los plásticos semicristalinos es relativamente bueno, en el se aprecia un
cierto paralelismo dentro de los filamentos moleculares. El ordenamiento en los tramos de las
macromoléculas paralelas equivale al ordenamiento de átomos o moléculas paralelas en forma de
cristales, los cuales se oponen al paso de la luz provocando una apariencia lechosa o translúcida.
• Termofijos
Los plásticos que se mantienen rígidos y sólidos a temperaturas elevadas se denominan
termofijos. Se obtienen por reticulación de productos líquidos de bajo peso molecular, están
reticulados en todas direcciones y debido a su estructura no son moldeables plásticamente.
Son infusibles y resisten altas temperaturas, no pueden ser disueltos y raramente se hinchan, a
temperatura ambiente son duros y frágiles, no son reciclables.
3.1.1.2 Clasificación por su Polaridad
Está se debe al desplazamiento de los electrones compartidos entre los átomos de dos distintos
elementos que constituyen la molécula, debido principalmente a las diferencias de número
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24
atómico. El par de electrones compartido es atraído con mayor fuerza por el átomo que presente
mayor carga en el núcleo.
A medida que aumenta la polaridad, aumenta paralelamente algunas propiedades como sus
resistencia mecánica, dureza, rigidez, resistencia a la deformación por calor, absorción de agua y
humedad, resistencia a solventes y aceites minerales, permeabilidad a vapor de agua, adhesividad
y adherencia sobre piezas metálicas.
Por el otro lado, cuando la polaridad disminuye, la dilatación térmica se reduce, así mismo el
poder de aislamiento térmico, la tendencia a acumular cargas electrostáticas, la permeabilidad a
gases no polares 02, N2, C02.
Algunos ejemplos de esta clasificación son:
• Polaridad Alta: Poliamidas, Poliuretanos, Esteres de Celulosa, Polifluoruro de Vinilo,
plásticos termofijos, etc.
• Polaridad Media: Estireno-Acrilonitrilo, Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno, Policloruro de
Vinilo, Termoplásticos tipo Ester, etc.
• Polaridad Baja: Copolimeros de Etileno, Esteres Insaturados, Etileno-Tetrafluoroetileno, etc.
• No Polares: Polietileno, Polipropileno, Poliestireno, Politetrafluoroetileno.
3.1.1.3 Clasificación por su Consumo.[ll
Finalmente se hace una clasificación por su consumo en México, aunque esta resulta un poco
más subjetiva, pues agrupa los plásticos de acuerdo a su importancia comercial y sus
aplicaciones en el mercado.
El esquema siguiente se muestra una pirámide de acuerdo a la clasificación comercial, en el se
puede apreciar que conforme los plásticos son de mayor especialidad, generan mayores utilidades
económicas.
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COMIDITIES
Figura 8. Clasilicación por consumo.
AUMETAN PROPIEDADES
Y UTILIDADES
25
• COMODITIES, se conocen así por ser los más comunes, de precio moderado y que sus
propiedades no son muy sobresalientes, aquí se incluyen plásticos como el Polietileno,
Polipropileno, Poliestireno, PVC.
• VERSA TILES, es un grupo de consumo intermedio y se caracteriza por requerir alta
creatividad para el diseño de productos, principalmente en aspectos de apariencia, color y
forma, como por ejemplo el Acrilico (PMMA).
• TÉCNICOS O DE INGENIERÍA, este termino es usado en aquellos plásticos que presentan
un alto desempeño y funcionalidad con un excelente conjunto de propiedades dentro de las
que destacan su resistencia mecánica, limites de temperatura elevado, etc. Esto son más caros
que los anteriores, dentro de los tipos más comunes están el Policarbonato, Poliamidas,
Poliacetales, etc.
• ESPECIALES, estos son asociados normalmente con una o más propiedades sobresalientes,
por ejemplo bajo índice de fricción, elevada resistencia eléctrica, etc. pero sobre todo mayor
prec10.
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26 3.1.2 Propiedades
La estructura interna de los plásticos determina sus propiedades fundamentales, por ejemplo, son
malos conductores de electricidad y de calor, esto se debe a que sus enlaces son por pares de
electrones ya que no disponen de ningún electrón libre. Tienen densidad más baja debido a que su
estructura tiene uniones más débiles y no hay compacidad entre las moléculas.
3.1.2.1 Mecánicas
Cuando se hace una comparación de la estructura entre un metal y un plástico, se puede observar
que el metal presenta una estructura más compacta que la del plástico, esto es a consecuencia de
que los metales tienen una estructura atómica y los plásticos tienen una estructura molecular.
Por esta razón, los plásticos presentan una resistencia mecánica relativamente menor, un modulo
de elasticidad menor, dependencia de las propiedades con respecto al tiempo, dependencia de la
temperatura (principalmente en los termoplásticos), gran sensibilidad al impacto (en este punto
existen grandes diferencias desde los quebradizos como un Poliestireno hasta un resistente
Policarbonato ).
En el caso de los termofijos se observa que carecen de deslizamiento interior debido a sus
reticulaciones, razón por la cual son más quebradizos que los termoplásticos, algunos de estos
últimos como el Polipropileno, el Nylon, el Polietileno y los Poliesteres lineales pueden
someterse a estirado, con lo cual las moléculas se orientan en la dirección del estirado. La fuerza
del enlace de las valencias se deja notar en este fenómeno, lo cual se manifiesta en una
extraordinaria resistencia. [I J
El comportamiento de deformación y recuperación interna de los plásticos le confiere una gran
propiedad llamada memoria, por otro lado, el comportamiento de los plásticos reforzados varía en
función de la cantidad y tipo de cargas y materiales que contienen.
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27 3.1.2.2 Térmicas
El comportamiento térmico de los plásticos es función de su estructura, por ejemplo, los
termoplásticos se vuelven quebradizos a bajas temperaturas especificas a cada uno de ellos, si las
temperaturas aumentan , se produce un descenso constante del modulo de elasticidad o rigidez.
Cuando se aplica calor continuo a los termoplásticos amorfos, sufren reblandecimiento, es decir,
una transición a un estado termoelástico . En esta etapa, solo se necesitan pequeños esfuerzos
para provocar grandes deformaciones, al continuar calentando se incrementa la movilidad térmica
de las moléculas provocando que las cadenas puedan deslizarse unas frente a otras.
Los termoplásticos semicristalinos poseen en el intervalo de temperaturas de uso, fragmentos
amorfos (flexible) y cristalinos (rígidos). Cuando se incrementa la temperatura es posible
moldearlos cuando los fragmentos cristalinos alcanzan el intervalo de temperaturas de fusión,
inmediatamente sigue el estado termoplástico al seguir aumentando la temperatura, este estado se
caracteriza por la transparencia que adopta el plástico antes opaco.
En el caso de los termofijos, durante todo su intervalo de temperaturas se manifiestan
quebradizos, no se reblandecen y tampoco se funden, debajo de su temperatura de
descomposición se observa una perdida de rigidez.
3.1.2.3 Eléctricas
La gran mayoría de los plásticos presentan un excelente comportamiento como aislantes, esto se
debe a que no disponen de electrones libres, por esta razón se utilizan frecuentemente en la
industria eléctrica y electrónica como aislantes, recubrimiento de cables y alambre, las
propiedades eléctricas mas importantes son:
Resistencia Superficial
Resistencia Transversal
Propiedades Dieléctricas
Resistencia Volumétrica
Resistencia al Arco.
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28 3.1.2.4 Químicas
Normalmente los plásticos por ser materiales inertes (no reactivos), son más resistentes a la
mayoría de sustancias liquidas, sólidas y gaseosas comunes, muestran mejores propiedades
químicas que los materiales tradicionales como la madera, el papel, cartón y metales, superados
únicamente por el vidrio en lo referente a sustancias químicas.
3.1.2.5 Absorción de Humedad
Esta propiedad es distinta para los diferentes tipos de plásticos y consiste en la absorción de
humedad presente en el aire o por inmersión en agua, dependiendo el grado de absorción con la
polaridad de cada plástico.
Por ejemplo, los plásticos no polares como el PE, PP, PS, PTFE, absorben muy poco agua, en
cambio los plásticos polares como las poliamidas o los poliésteres termoplásticos absorben gran
cantidad, en el caso de estos dos últimos se requiere de secado antes de procesarlos y de un
"acondicionamiento" a las piezas recién inyectadas para que alcancen un grado de humedad
determinado. En estos materiales el porcentaje de humedad afecta las propiedades finales de las
piezas fabricadas.
3.1.2.6 Permeabilidad
Esta es una propiedad de gran importancia para su utilización en el sector del envase, por
ejemplo, en laminas, películas y botellas la permeabilidad frente a gases y vapor de agua es un
criterio básico. Además del tipo de plástico, la permeabilidad también depende del grosor y de la
temperatura.
3.1.2. 7 Fricción y Desgaste
El comportamiento de los plásticos frente al desgaste es muy complejo, es caracterizado por la
interacción del par de materiales involucrados en el fenómeno, la estructura superficial, el
lubricante, la carga especifica y la velocidad de desplazamiento. Una aplicación típica son los
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29 rodamientos, siendo los mas importantes los formados por el par plástico - acero. Un fenómeno a
considerar en este caso es el desprendimiento de calor a través del elemento metálico, razón por
la cual solo tienen sentido los datos de coeficientes de fricción referidos a pares de materiales
específicos.
3.2 PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN DE PLÁSTICOS
Esta industria se mueve a una velocidad impresionante, cada día se descubren nuevas técnicas de
obtención de este material, pero al mismo tiempo, en universidades, institutos de investigación y
en la industria se desarrollan nuevos tipos de procesos para el mejor aprovechamiento de estos.
Algunos procesos son específicos para ciertas aplicaciones no muy comunes ni comerciales, sino
de interés particular de quien lo desarrolla, por ejemplo la milicia, la medicina, etc., sin embargo,
en las aplicaciones comerciales se trabaja muy fuerte para mejorar las técnicas buscando abatir
costos y obtener los mayores beneficios.
3.2.1 Tipos de procesos
Existen diferentes procesos de transformación de los plásticos, a continuación se mencionan su
clasificación por tipo de plástico:
a) Procesos para termoplásticos
• Extrusión
• Inyección
• Soplado
• Termo formado
• Calandreo
• Sinterizado
• Recubrimiento de cuchillas
• Inmersión
b) Procesos para termofijos
• Laminado
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30 • Transferencia
• Embobinado o filamento continuo
• Pultrusión
e) Procesos para termoplásticos y termofijos
• Vaciado
• Rotomoldeo
• Compresión
• Espreado
• RIM
Aparte de estos procesos, existen muchos otros, pero estos son los mas comunes que se pueden
encontrar en la industria. A continuación se explica de forma breve en que consiste algunos de
ellos, pero se hace más énfasis en el de inyección por ser el de estudio.
3.2.2 Extrusión
Es un proceso continuo en el cual una resina fundida por acción de temperatura y fricción es
forzada a pasar por un dado que le proporciona la forma definida y enfriada al final para evitar
deformaciones permanentes posteriores, bajo este procesos se fabrican tubos, perfiles, películas,
manguera, lamina, filamentos, pellets, etc.
Este proceso presenta una alta productividad, lo que lo convierte en la forma más importante de
obtención de formas plásticas, además en este proceso, la operación de la maquinaria es de las
más sencillas, pues una vez que se han establecido las condiciones de operación, la producción
es ininterrumpida hasta terminar con la materia prima o cambiar de forma.También cabe
mencionar que el costo de la maquinaria, comparado con otros procesos como el soplado,
calandreo o inyección es significativamente menor.
La principal restricción o desventaja es que los productos obtenidos por extrusión siempre
conservan la misma sección transversal en cualquier punto de su longitud, quedando excluidos de
este proceso todos los productos de formas irregulares o no uniformes. Además se hace notar que
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31
la mayor parte de estos productos reqmeren de otros procesos para entregar un producto
terminado, como por ejemplo la película tubular necesita de un proceso de sellado para formar
bolsas.
3.2.3 Soplado
Es un proceso discontinuo de producción de recipientes y artículos huecos en el cual una resina
termoplástica es fundida y moldeada a una preforma hueca y llevada a un molde final, en donde
por la introducción de aire a presión en su interior se expande hasta tomar la forma del molde,
para ser enfriada y expulsada como producto terminado.
Cabe mencionar que para la producción de la preforma, que se puede considerar como la mitad
del proceso como conjunto, pueden ser elaboradas por inyección o extrusión, lo cual hace que el
proceso de soplado se divida en dos grupos distintos. Mediante este proceso se fabrican envases
para medicamentos, alimentos, recipientes pequeños para alimentos, botellas para bebidas,
alimentos, cosméticos, garrafones, recipientes para limpieza, etc.
Una de las ventajas de este proceso, es que únicamente en esté se pueden producir recipientes de
boca angosta, solo compartiendo mercado con el rotomoldeo para recipientes de gran capacidad.
También se pueden obtener piezas de paredes delgadas pero de gran resistencia mecánica, todo
esto gracias al desarrollo de nuevas tecnologias. Finalmente se puede mencionar que
operativamente tiene la ventaja de permitir cambios en la producción con relativa sencillez,
tomando en cuenta que los moldes no son voluminosos ni pesados.
Como principal restricción del proceso esta que solo se pueden producir artículos huecos, los
cuales requieren de grandes espacios de almacenaje y hacen muy dificil la comercialización de
productos a regiones que no están próximas a la planta de producción. Por otra parte, en el
proceso extrusión soplo se tiene una porción de material residual por ciclo, el cual tiene que
molerse y mezclarse con material virgen, con lo cual este costo se tiene que agregar al precio
final del producto.
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32 3.2.4 Termoformado
Es un proceso de transformación secundaria, mediante el cual, una lamina de material
termoplástico se moldea por acción de temperatura y presión. La temperatura ayuda a reblandecer
la lamina y mediante moldes e intervención de vacío o presión se adquiere la forma final.
La alta productividad es una de las principales ventajas debido a que como es un proceso
secundario, no se necesita llevar al plástico al estado de fusión, sino que solo es necesario
reblandecerlo. Además, los moldes requeridos son mas sencillos y de menor costo, comparado
con los moldes de inyección o soplado, también los materiales de construcción de tales moldes
pueden ser mas ligeros debido a que no se trabaja a temperaturas de fusión.
Dentro de las principales restricciones se puede mencionar que para este proceso se debe partir
desde un producto (lamina de plástico) para obtener la pieza deseada, además el espesor de la
lamina tiene ciertos limites, pues si son muy gruesas no habrá un calentamiento uniforme y la
pieza presentara algunas deficiencias. También se observa que en este proceso no se puede
utilizar el pedazo de lamina al 100%, por lo que se obtiene una cantidad considerable de material
para reciclar, lo que eleva el costo por pieza.
3.2.5 Inyección
Este es un proceso intermitente para producir piezas de plástico, consistiendo básicamente de un
sistema de fusión y mezclado de la resina, diseñado para expulsarlo a alta presión una vez que se
encuentra en estado liquido, el plástico es introducido en un molde metálico de dos o más piezas
cuya cavidad tiene la forma exterior de la pieza deseada y de un sistema de cierre de molde de
alta presión evitando que este se abra al recibir la presión interna del plástico fundido. También
cabe mencionar que existe un elemento periférico para agilizar el ciclo productivo de la máquina,
este el sistema de enfriamiento del molde.
3.2.5.1 Ventajas y Restricciones.
El proceso de Inyección tiene la ventaja de producir piezas con las siguientes características:
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33 • Superficies lisas
• Propiedades de resistencia excelentes a pesar de espesores de pared delgadas
• Posibilidad de formar orificios, refuerzos, inserciones de partes metálicas
• Elevada productividad dependiendo del tamaño de la pieza
• Obtención de piezas listas para ensamble o uso final
• Piezas de gran exactitud en forma y dimensiones.
Tenemos como principales restricciones los siguientes aspectos que se deben considerar al
diseñar un molde:
• Piezas de diferentes formas deben producirse en moldes distintos a pesar de que sean
para el mismo ensamble y del mismo material
• Se debe considerar la forma de la pieza para no tener problemas al tiempo de
desmoldar la pieza o recurrir a moldes complicados y caros
• Por tratarse de un proceso cíclico, la menor interrupción en una de las etapas del ciclo
puede alterar gravemente la productividad del proceso
• La construcción de un molde tiene un costo muy elevado, por lo que es necesario tener
asegurada una producción elevada, de lo contrario el costo final del producto se
elevará
• Existe un limite para el espesor de las paredes que se pueden consegmr en este
proceso (300-500 milésimas aproximadamente para la pared más delgada)
3.2.5.2 Aplicaciones.
En este proceso de producción, aunque no se alcanzan los volúmenes de producción de otros
procesos como la extrusión, su importancia radica en la gran variedad de artículos que se logran
obtener y, por consiguiente, la diversidad de mercados que se puede abarcar. Por medio de este
proceso se logran desde piezas sencillas como una cuchara desechable hasta engranes de
ingeniería, o por otra parte, moldear un objeto del tamaño de un botón hasta una tarima para
embalaje de uso industrial
a) Artículos Domésticos
• Artículos de aseo (charolas, cubetas)
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• Artículos de cocina (vasos, jarras, platos, etc.)
• Artículos decorativos (marcos de cuadros, flores artificiales, etc.)
• Partes de aparatos ( cubiertas, perillas, piezas internas de aparatos eléctricos y
electrónicos, etc.)
• Artículos de jardín (sillas, boquillas para mangueras, etc.)
• Artículos de uso personal (peines, cepillos, rasuradores, etc.)
b) Artículos de Oficina
• Plumas, portaclips, engrapadoras, lapiceros, etc.
• Partes de equipo electrónico ( carcasas y partes internas para copiadoras,
computadoras, fax, sumadoras, etc.)
• Partes de mobiliario (perillas de cajones, ruedas para sillas, etc.)
c) Artículos de Consumo
• Desechables (cucharas, tenedores, platos, etc.)
• Envase y embalaje (frascos, tapas a presión y roscadas, estuches para cosméticos, etc.)
• Artículos deportivos (broches para mochilas, suelas de tenis, etc.)
d) Juguetería
• Modelos a escala, muñecos, juguetes montables, estuches de juegos de azar, etc.
e) Industrial
• Artículos de seguridad (protectores respiratorios, protectores auditivos, lentes de
seguridad, cascos, etc.)
• Recipientes y contenedores para líquidos y sólidos, tapas de estos recipientes, etc.
• Tarimas de uso industrial
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35
3.3 EL PROCESO DE INYECCIÓN Y SU MAQUINARIA.
Dentro de los diferentes procesos comerciales que existen para transformar los plásticos, la
inyección es uno de los más importantes, tanto por la gran variedad de formas que se pueden
obtener como por la utilidad que se genera en cada producto. Es por ello que las industrias
dedicadas a la fabricación de maquinaria de inyección has tratado de eficientar al máximo todos
sus funciones para generar mayores utilidades, aunque el proceso sigue siendo en mismo, la
disposición de los mecanismos así como de su sistema de control ha tenido cambios muy
significativos que no se aprecian en la distancia, pero si se refleja en la productividad. En esta
sección se tratará sobre el tema del proceso de inyección así como de los componentes de la
maqumana.
1 i
L--.-----=------------------'i ITESM-CEM MSMA
36 3.3.1 Descripción del proceso
El funcionamiento de un máquina de inyección (figura 9), esta basado en un ciclo donde cada
periodo consume un número determinado de segundos, durante este ciclo entran alternativamente
las distintas partes de la máquina de forma discontinua.
El proceso comienza cuando el material plástico es alimentado a una tolva en forma de pellets,
pasa al cilindro o cañón de inyección, donde por la acción de una serie de resistencias se le
adiciona un calor controlado dependiendo del tipo de material, además con el giro del husillo se
le aplican esfuerzos de fricción que generan mas calor y el polímero se funde, se homogeneiza y
se transporta hasta la punta de la unidad de inyección (figura 10)Y1
MOLO H-U[CT 10111
OPE. .. AT011'5
C'-"uP CLOSCD
l"IJl C Tl(I,_.
C~IU1TOll'S SCACW
Figura 10. Ciclo de Moldeo
INJ(C"IION
CVLINDCII
INICCTIO"'
H l CTl'tlC .,.OTOft
H'l'O .. AUL.IC
MOfOII
El transporte constante del material crea una presión en la parte frontal, que es compensada con el
retroceso del husillo, que va tomando la posición previa a la inyección. Una vez que se ha
acumulado la cantidad necesaria para llenar las cavidades del molde, la unidad de inyección
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37 avanza hasta entrar en contacto con el orificio que le permitirá el avance del material fundido
hacia el interior del molde, llamado bebedero.
El molde que ya se encuentra perfectamente cerrado y bajo la presión de la unidad de cierre,
recibe el material inyectado a presión por el movimiento repentino del husillo que, funcionando
como un embolo, empuja el fluido por la boquilla hacia el bebedero y de ahí a todo el interior del
molde. Una vez lleno, el husillo mantiene una presión constante para evitar que el material que
fue forzado a entrar regrese y se formen encogimientos en la pieza al termino del enfriamiento.
El sistema de enfriamiento del molde debe trabajar efectivamente durante el tiempo que se aloja
la resina fundida en el molde, con la finalidad de solidificar la pieza lo antes posible y poder
iniciar el ciclo siguiente cuanto antes, en beneficio de la productividad del proceso. ¡iJ
3.3.2 Descripción del equipo
Se puede decir de forma general que todas las maquinas de inyección poseen las mismas partes,
los arreglos en que están dispuestos es lo que las hace diferenciarse, encontrando cuatro tipos
principales de sistemas de inyección:Pl
a) Inyección Horizontal: este es el arreglo más difundido, la unidad de inyección está en
posición horizontal y perpendicular al plano que divide a las dos partes del molde. La
construcción de este tipo es más sencilla, solo que ocupa mayor espacio.
b) Inyección Vertical: este es solo una modificación del pnmero, donde la unidad de
inyección es vertical mientras la disposición del molde y de la unidad de cierre permanece
igual.
c) Inyección Vertical: este tipo de máquina se ocupa cuando la pieza inyectada lleva insertos
metálicos como tomillos, tuercas, bujes, pernos, etc.
d) Inyección Vertical: este ultimo tipo es diferente a todos los anteriores pues la inyección se
realiza en el mismo plano que divide las cavidades del molde.
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38 3.3.2.1 Unidad de Inyección
La unidad de inyección reúne todas las partes involucradas en la plastificación, mezclado y
exposición a presión de este material para realizar la alimentación de las cavidades de los moldes.
Existen básicamente cuatro tipos de unidades inyectoras, dependiendo del método de
plastificación e inyección usado para su funcionamiento :
• Émbolo
• Émbolo de 2 etapas
• Husillo plastificante y émbolo
• Husillo de inyección o reciprocante
Ya que estos tipos de unidades tienen sustanciales diferencias a pesar de lograr el mismo fin a
partir de materia prima similar, y a que la inyección con husillo reciprocante ha tenido una amplia
aceptación desde que fue introducido hace unos 30 años, únicamente se describirá con detalle
está ultima ya que es el tipo de husillo que utiliza la maquina de inyección en estudio. 121
Fig. J- 1 Rcr1proca1in1 o;crew inj,c,.-tion unil. Councsy or HPM Corpo1111ion.
Figura 11. Unidad de Inyección
ITESM-CEM MSMA
39
La Unidad de Inyección de Husillo Reciprocante (figura 11) se compone de las siguientes partes:
• Tolva
• Husillo y punta de husillo
• Barril
• Cabezal de cilindro
• Boquilla
• Elementos de calefacción (resistencias)
• Tolva de Alimentación.
La tolva de alimentación, al igual que en el proceso de extrusión, acumula una cantidad
determinada de materia prima a procesar , la cual mantiene lista para dosificar en la etapa que la
máquina lo requiera. Esta alimentación es intermitente, pero en general alimenta material de la
misma forma que se hace en la extrusión.
Es conveniente señalar que el tipo de tolva más encontrado es el más sencillo, debido a que los
materiales que se transforman en mayor volumen no requieren de tratamientos especiales, por lo
cual únicamente se puede llegar a requerir un sistema par la automatización de carga de materia
pnma.
• Husillo
El husillo que se utiliza para inyección difiere con respecto al usado en extrusión, principalmente
porque las resinas procesadas difieren en propiedades de fluidez entre un método y otro.
Generalmente las resinas usadas en extrusión presentan una mayor viscosidad y por lo tanto u
índice de fluidez menor, mientras que en el proceso de inyección requiere de plásticos que fluyan
rápidamente, llenando las cavidades de los moldes. Sin embargo, el proceso de plastificación en
el método de inyección es el mismo utilizado en la extrusión.
Otra diferencia que se puede apreciar plenamente en un husillo de inyección es la disposición de
la zonas de alimentación, compresión y dosificación.
ITESM-CEM MSMA
ZONA
Alimentación
Compresión
Dosificación
INYECCION
60%
20%
20%
EXTRUSION
20%
40%
40%
Así mismo, las puntas utilizadas en los husillos muestran una marcada diferencia. P l
• Punta de Husillo
40
Durante la etapa de alimentación, el husillo gira y retrocede, plastificando y acumulando material
en la parte frontal del cañón, al momento de la inyección el husillo avanza comprimiendo el
plástico y lo forza a pasar hacia el molde, con lo cual se establece una gran presión que hace que
el material tienda a fluir entre los álabes para regresar a zonas intermedias de la unidad de
inyección, esto no es conveniente, por lo que es disminuido o eliminado con el uso de diseños de
punta de husillo que impidan este contraflujo.
• Puntas de paso libre
Los diseños mencionados anteriormente deben ser elegidos dependiendo del tipo de material
procesado, para materiales no estables a la temperatura se utilizan puntas de husillo que no
impidan o modifiquen mucho el flujo del polímero hacia la parte frontal del barril. Esto se logra
usando una punta ancha que deje una pequeña abertura entre ésta y el cuerpo del barril, con lo
cual, al avanzar el husillo durante la inyección y al mantener una presión del plástico en el molde
se reduce el retomo de material hacia partes anteriores del husillo, aunque no se evita
completamente. (figura 12)131
• Puntas Anti retorno
Otros diseños de puntas de husillos usados para plásticos de mejor estabilidad térmica son del
tipo denominado válvulas de no retomo. Hay una gran variedad de diseños de este tipo, aunque la
finalidad es la misma y el principio de funcionamiento es similar para todos, consistiendo en una
punta con un elemento móvil. (figura 13)131
ITESM-CEM MSMA
1
Figura 12. Punta de husillo ancha
Riny m for~ard posI1,on dur1n9 _,..,,..
screw rotat1on
R1ng 1n bac~ porn,on dur,ng m1ect1on
t1l Slidinn ring nQri return valvc.
Figura 13. Punta de husillo antiretorno
41
Durante la alimentación del material la posición de este elemento móvil es tal que deja un canal
libre por donde el plástico fundido fluye para almacenarse en la zona frontal del cañón. Al
momento de la inyección en que avanza el husillo para bombear el material, el elemento móvil se
retrae, cerrando los canales de flujo y evitando casi por completo el retroceso de material,
haciendo más efectivo el funcionamiento del husillo al trabajar como pistón.
• Cañón o Barril
El barril es el elemento que trabaja conjuntamente con el husillo en las labores de plastificación y
transporte del material desde la zona de alimentación hasta el extremo opuesto de la unidad de
inyección. (figura 14)
Esta parte del equipo, al igual que los cañones usados en extrusión, deben tener una construcción
resistente tanto a las presiones internas generadas, a las temperaturas de trabajo y a los desgastes
provocados por la constante fricción de los materiales polímeros procesados, así como eventuales
corrosiones promovidas por la degradación de material o por la naturaleza química de ciertos
aditivos. La superficie interna, por lo tanto, debe llevar un tratamiento especial para aumentar su
dureza y resistencia.
Los tratamientos superficiales usados comúnmente en estos cañones son:
• Gas nitrurado
• Ion nitrurado
• Endurecido de superficie
ITESM-CEM MSMA
42
• Cromo plateado
• Construcción bimetálica
• Otros
De estos, los más usados son los nitrurados (gas o ion) y la construcción bimetálica.
Comparativamente la construcción bimetálica ofrece el mejor comportamiento ante los
problemas de desgaste, pero los costos de cada tipo de tratamiento de superficie, conjugado con
la durabilidad y resistencia del equipo serán las variables que intervengan en la toma de
decisiones.
Cabezal Resistencias Husillo
~~~~~~
Punta de Husillo
Figura 14. Cilindro o cañón
• Cabezal del Cilindro o Adaptador
Esta pieza es la que une el cuerpo principal del cilindro a la boquilla de inyección. Esta
construcción hace que el equipo adquiera una fabricación más modular, facilitando los cambios
de boquillas cuando las exigencias del material así lo demanden, sin embargo se agrega el
problema de tener una unión extra que asegure plenamente para evitar fugas de material
plastificado por las altas presiones desarrolladas. (figura 15)Í31
1 2 3
Carrera
ITESM-CEM
Figura 15. Boquilla con Válvula l. Piston 2. Cabezal 3. Cuerpo de Boquilla
MSMA
43
• Boquillas
La boquilla es el canal de dosificación del material fundido desde el cañón hacia el bebedero del
molde; mecánicamente, la importancia de su diseño radica en tener que resistir la presión con la
que se recarga contra el molde sin sufrir desgastes. Esta presión es necesaria para evitar el escape
del material en la zona de unión boquilla-molde, los cuales deben sentar perfectamente.
La unidad de inyección debe tener siempre una boquilla, la cual debe caer dentro de dos tipos
generales:
a) Boquillas Abiertas: Este tipo de boquillas son las más sencillas de funcionamiento,
constando únicamente de un canal de salida del material hacia el bebedero del molde
teniendo siempre este canal abierto, al tener siempre libre el paso del material, se
presenta el caso de que una cierta cantidad de material fluye hacia el exterior cuando
el ciclo no esta en la etapa de inyección. (figuras 16 yl 7)Y1
Figura 16. Boquilla libre para inyección de resina acética Figura 17. Boquilla libre para descompresión en la camara
Esta situación es favorable únicamente en los casos en que se esta procesando un material que
requiera un manejo térmico delicado, como el PVC, las resinas termofijas o los elastómeros. Así,
el drene del material de la punta que puede sufrir degradación por el calentamiento prolongado u
oxidación por contacto con la atmósfera garantiza que la calidad del primer material que sea
inyectado en el siguiente ciclo de moldeo. Una ventaja más de este tipo de boquilla es su bajo
costo y su corta longitud a diferencia de otros tipos de boquillas.
b) Boquillas de Apertura Controlada: Estas boquillas, a diferencia de las anteriormente
descritas, únicamente permiten el paso del material fundido al exterior cuando la unidad de
ITESM-CEM MSMA
44 inyección se encuentra en posición de llenar el molde, evitando el derrame de material en etapas
intermedias. Existen dos tipos principales de estas boquillas:
• Boquillas de apertura controlada por ciclo.
• Boquillas de apertura con control separado.
En el primer tipo, se puede hablar de dispositivos ideados para responder en el momento en que
el ciclo exige que la boquilla se abra para expulsar el plástico, esto es, cuando la punta de la
boquilla se recarga contra el bebedero del molde o cuando el husillo avanza y eleva la presión en
el interior del barril. Se puede decir en general que estos dispositivos son sensibles a las
condiciones del proceso. (figura 18)
Por otro lado, las boquillas del segundo tipo son abiertas o cerradas mediante mecamsmos
externos, siendo posible abrir la boquilla sin que exista presión en el cilindro ni este acoplada al
bebedero del molde. (figura 20)
En ambos casos, estas boquillas resultan de mayor costo que las abiertas, tienen mayor longitud y
las labores de mantenimiento son mayores, sin embargo, sus ventajas las hace recomendable para
el proceso de determinados materiales.
Figura 18. Boquilla de apertura controlada por ciclo. Figura 20. Boquilla controlada externamente
La siguiente tabla es una guía para la selección adecuada de la boquilla dependiendo del tipo de
material.
ITESM-CEM MSMA
45 PLASTICO
TIPO DE BOQUILLA PS ABS CA CAB PA PBT PC PE PMMA POM pp PPO PVC SAN TSG TF E
( ( ( ( ( ( ( ( ( ( X ( ( ABIERTA
CIERRE ( ( ( X X X X CONTROLADO
AGUJA ( ( ( ( X X X HIDRAULICA
PERNO ROTATORIO O ( ( ( ( X ( X X DESLIZANTE
( Recomendada . Practica X No Recomendada TF Termofijos E Elastomeros
Tabla 9. Selección de tipo de boquillas de acuerdo al material utilizado[ 11
3.3.2.3 Moldes
Aunque el proceso de inyección requiere indispensablemente de la presencia de un molde, esté es
considerado como un accesorio y no como parte constituyente de un equipo de inyección, debido
a que este puede tomar infinidad de formas, de acuerdo al tipo de pieza que se quiera fabricar. En
una forma simple, un molde se compone de dos partes las cuales tienen una cara común que las
acopla perfectamente entre sí, mientras que en la otra cara van montadas, una en la platina fija y
la otra mitad en la platina móvil. (figura 19)[3l
D) A)
Figura 19 Monra;e de molde A) Platina Fija C)Platina Móvil B) Molde D) Unidad de cierre
Durante un ciclo de inyección, cuando el material de la unidad de inyección esta completamente
plastificado, la platina móvil se traslada en dirección de la platina fija hasta que las dos mitades
del molde se encuentran y forman una sola pieza, con la ayuda de la unidad de cierre. En este
momento la unidad de inyección expulsa el plástico, que pasa por la boquilla y de ahí al
ITESM-CEM MSMA
46
bebedero, que es el pnmer canal del molde que tiene contacto con el plástico fundido,
posteriormente el recorrido depende de la pieza o piezas que se estén moldeando.
Cuando se trata de moldes para la producción de una pieza por ciclo, el material plástico pasa
directamente del bebedero a la cavidad que tiene la forma de interés, hasta llegar al último rincón
del molde. Normalmente sucede así para piezas medianas y grandes de entre 50 y 100 gramos y
mayores, donde un molde de varias cavidades resultaría muy grande y, por consecuencia
necesitaría de una máquina de inyección mas grande y por tanto más costosa. Existen dos tipos de
molde clasificados así por la forma en que se vierte el plástico en ellos:
• Moldes Convencionales
Para la fabricación de piezas chicas, tales como tapones, botones, broches, etc., los moldes de una
cavidad resultarían extremadamente improductivos, pues generalmente la producción de este tipo
de piezas requiere de volúmenes elevados. La solución a estos casos, es fabricar moldes donde
más de una pieza se produzca en el mismo ciclo, en este caso, el plástico fluye del bebedero del
molde a unos canales auxiliares llamadas correderas, que conducen el material a cada una de las
cavidades, las cuales deben quedar completamente saturadas al mismo tiempo.
En el caso más simple de moldes de múltiples cavidades, el producto final sale acompañado del
plástico que permanece en las correderas, llamadas también venas, siendo necesaria una
separación de la pieza de interés de las venas ( conocido como colada fría), lo cual exige del
tiempo de un operario y de una operación de molienda de la colada fría para poder reintegrarse
nuevamente a la maquina de inyección en vez de desecharse, lo cual elevaría en alto grado el
precio del producto. Otro aspecto que se debe considerar es que no todos los gramos son
totalmente aprovechados para la constitución de una pieza útil, con lo cual la capacidad de la
máquina se ve disminuida.
• Moldes de Colada Caliente
Para eliminar el uso de correderas auxiliares, se han introducido con éxito los llamados moldes de
colada caliente. En su construcción este tipo de moldes cuenta con elementos calefactores que
mantienen las correderas siempre fluidas, a pesar de que el resto del molde se esté enfriando, esto
ITESM-CEM MSMA
47 consigue que al abrirse el molde solo sea expulsada la pieza útil formada, mientras que las
correderas que distribuyeron el material para las diversas cavidades acumulan material para el
siguiente ciclo de inyección.(figura 21)
Runm:r
\ ------
Figura 21. Piezas obtenidas en moldes de colada fría.
Esto tiene como principales ventajas, que se puede utilizar la capacidad total de plastificación de
la máquina en producir piezas efectivas, reducir un poco el ciclo de inyección al suprimir el
tiempo necesario para llenar las correderas, pero sobre todo, el poder omitir la necesidad de moler
y realimentar el material de coladas frias, pues como se sabe, el material va perdiendo sus
propiedades originales a medida que se reprocesa. A esta serie de ventajas se contrapone el hecho
de que este tipo de moldes, por su complejidad, requiere de una inversión obviamente superior a
la necesaria para un molde similar con colada fria.
3.3.2.4 Sistemas de Expulsión
Después de que se ha inyectado la pieza y se ha enfriado, independientemente del molde
utilizado, la platina móvil retrocede, exponiendo la pieza plástica terminada.
ITESM-CEM MSMA
48
Debido a cierta adherencia mostrada por el plástico hacia el metal y por las formas del molde, es
muy dificil que la pieza caiga por si misma al separarse las dos partes del molde.
PIN TYPE APPLICATION
tfcwi:mo--¡;~~6'. ASS[M8LY
ACIUAll~G SIIJC•
BUMPER TYPE APPLICATION
Figura 22. Diagrama esquemático de botadores
Esta situación se soluciona al agregar un sistema de expulsión de la pieza formada y consta de un
número determinado de vástagos que son parte de la cavidad de inyección y que durante la
apertura del molde se levantan por medio de sistemas mecánicos para separar la pieza plástica del
molde. En algunas ocasiones estos sistemas de expulsión toman la forma de anillos,
principalmente al tratarse de piezas de proyección circular como cubetas, charolas, etc.151
En la practica es común encontrar estos sistemas de expulsión, llamados también botadores, sobre
la platina móvil debido principalmente a que en ésta parte de la máquina es más sencillo
colocarlos, pues se tiene más espacio de trabajo. (figura 22)
ITESM-CEM MSMA
49 3.3.2.5 Unidades de Cierre
La unidad de cierre esta diseñada para mantener firmemente cerrado el molde durante el
momento en que es inyectado el material plástico y para evitar, por una parte los sobrantes y
rebordes de material, y por otra cuidar la integridad del molde evitando cierres bruscos o
presiones excesivas; este sistema ha sufrido varias modificaciones desde los primeros modelos de
máquinas producidas. La evolución de estos sistemas de cierre ha llegado en la actualidad a tres
mecanismos básicos:
• Sistemas de Cierre Mecánico
Los sistemas de cierre mecánico se encuentran representados por los mecanismos de rodillera
(figura 23). En este caso, un sistema mecánico similar al sistema de articulaciones de cualquier
vertebrado utiliza para aplicar una fuerza, se utiliza para aplicar y sostener el molde en su
posición al momento de inyección.
Sl•t•OM'l Platwn
Ac.ha1Un1 M~'"ª P'l1ttn \
Pn:lon """' _ . LOC.· aD ~
e]~ CrouhHII u,,- 11~ •• Loa~ f "'"' L,n_
CroUIIIM Of'Ol:_.-~">----l-r,,
Figura 23. Sistema de cierre mecánico
.,,Clr•uhr Clamp,n1 c,1,nd11
Cy11ndar Bnt P1,1,
l Mold Halwu
Fig. 2-4 Hydraulic clamp.
Figura 24. Sistema de cierre hidráulico
ITESM-CEM MSMA
50
• Sistemas de Cierre Hidráulico
En los sistemas hidráulicos, el cierre de molde y la presión ejercida durante la inyección es creada
por medio de un pistón hidráulico, el cual es accionado por medio de aceite a elevada presión.
(figura 24)
• Sistema de Cierre Hidromecánico
Este sistema es una combinación de los dos anteriores, esta conjugación pretende tomar las
ventajas de ambos para un cierre de molde más efectivo. Inicialmente por medio de mecanismos
(generalmente de rodillera) se cierra el molde parcialmente a una presión muy baja, terminando el
trabajo un sistema hidráulico que actúa ejerciendo la presión final que el molde tiene que soportar
en la etapa de inyección y sostenimiento. (figura 25)
Figura 25. Sistema de cierre hidromecánico
ITESM-CEM MSMA
51
CAPÍTULO 4 TÉCNICAS DE AUTOMATIZACIÓN
La tendencia a sustituir el trabajo realizado por el hombre ha conducido a grandes
inconsistencias, pero a la vez a grandes avances tecnológicos; uno de los aspectos que no se debe
olvidar cuando se automatiza cualquier acción o actividad realizada por el hombre, es que dicha
sustitución no represente una ofensa hacia el ser humano y a su vez que se salga de los estándares
del contexto social respecto al beneficio y el papel que las industrias deben jugar en la
comunidad.
Existe una gran variedad de técnicas disponibles para hacer la sustitución del trabajo realizado
por el hombre, desde elementos totalmente mecánicos hasta dispositivos electrónicos muy
sofisticados, en la actualidad es muy común encontrar una combinación de estas técnicas pues
resulta más económico y con mejores resultados, este capítulo trata sobre las diferentes técnicas
de automatización disponibles.
4.1 DEFINICIÓN.
La automatización o el control automático se caracteriza principalmente por la capacidad de auto
regulación, dentro de este contexto, los mecanismos automáticos empleados son hechos
especialmente para controlar o regular el sistema o proceso del cual forman parte y donde no
existe intervención humana. [I 21
Una variable de entrada o atributo seleccionado se monitorea dentro de un mecanismo, el cuál
dispara esta variable para obtener una determinada reacción en la salida, con esto se puede decir
que la función de control se puede definir como la regulación de las cantidades que entrega tal
sistema de acuerdo con una señal enviada desde la entrada con atributos relacionados a la salida
deseada.
Existen dos tipos de sistemas auto regulados:
• Sistemas de control de lazo abierto
• Sistemas de control de lazo cerrado.
ITESM-CEM MSMA
52
4.1.1 Sistema de control de lazo abierto.
En este tipo de sistema, los elementos están conectados en una secuencia lineal, la cual esta
abierta en ambos extremos, este arreglo se caracteriza por una relación definida entre la señal de
entrada y la respuesta de salida sin un monitoreo durante su operación normal, el control consiste
entonces, en establecer la señal deseada para obtener en la salida la respuesta esperada.
Para realizar el control cuando no se obtiene la respuesta esperada, se tiene que modificar
nuevamente en un ensayo de prueba y error hasta alcanzar la salida requerida.
4.1.2 Sistema de control de lazo cerrado.
Este sistema, también llamado de retro-alimentación, se basa en el monitoreo de la señal de salida
y una comparación de esta salida y la señal de entrada, las variables de este sistema depende de la
influencia de la una sobre la otra. El ciclo de control comienza con una señal de entrada que
dispara una característica específica en la respuesta, cuando el ciclo esta trabajando la
información recabada con los datos de la variable de salida es comparada con la variable de
entrada y se va ajustando dependiendo de las desviaciones encontradas. Las ventajas de un
sistema de control de lazo cerrado son: alta exactitud, respuesta rápida, flexibilidad y menor
dependencia de las condiciones de operación.
4.1.3 Selección de un sistema de control.
El tipo de sistema de control a adoptar ésta normalmente influenciado por el proceso de
producción, por ejemplo, un sistema de control de lazo abierto posiblemente no sea el más
conveniente para un proceso continuo de producción, pues en cada fase del proceso las variables
de entrada están determinadas o son establecidas por el propio proceso, es decir, en un proceso
continuo de producción debe existir información para retro-alimentar cada fase de operación, por
lo tanto un sistema de lazo cerrado puede ser el más adecuado. [I 21
ITESM-CEM MSMA
53
Para un sistema de producción intermitente o por lotes, ambos sistemas de control pueden
trabajar, las principales consideraciones aquí, serían el costo del sistema, pues un sistema de
retro-alimentación es más costoso porque requiere de un mecanismo anexo, su uso va a depender
del incremento de los índices de producción que justifiquen o no la inversión.
4.2 MEDIOS DE CONTROL DISPONIBLES.
La implementación de cualquier sistema de control puede se la aplicación de uno de los
siguientes medios o una combinación de ellos, siendo esto último lo más común:
4.2.1 Medios mecánicos
Estos requieren de partes o piezas diseñadas para cada caso, se requiere de un alto grado de
conocimientos de ingeniería para diseñar piezas especiales, por lo cual estos medios tienden a ser
más costosos. Estos dispositivos son normalmente voluminosos y el espacio disponible para la
instalación puede ser un factor crítico. Debido al uso específico de cada pieza diseñada, esta no se
puede adaptar fácilmente a otros equipos.
Sin embargo, estos medios ofrecen algunas ventajas: son muy confiables, se puede lograr una
adecuada sincronización de componentes y las labores de mantenimiento se pueden realizar por
el personal de la planta.
4.2.2 Medios neumáticos
Estos se caracterizan por el uso de aire a presión o comprimido en un rango de 6 a 8 Bar (100 a
150 psi) como medio para operar y controlar los dispositivos neumáticos, están disponibles
comercialmente o consisten de componentes estándar y actúan como elementos de potencia y/o
control.
Una desventaja de estos es que no proporciona una exactitud razonable en las funciones de
control debido a la compresibilidad del aire.
ITESM-CEM MSMA
54
4.2.3 Medios Hidráulicos
Un sistema hidráulico para potencia y control es caracterizado por su alta precisión en el control
de velocidad y desplazamiento, en una mayor potencia para ejecutar la carga y absorción de
choques.
Los dispositivos hidráulicos son más compactos y sus componentes están sujetos a menor
desgaste por ser auto lubricados, obviamente estos componentes son más costosos que su
contraparte neumática.
4.2.4 Medios Eléctricos
Para el control a grandes distancias, los medios eléctricos son más apropiados. Los dispositivos
eléctricos son adecuados en sistemas flexibles, algunos de los más comunes son los motores
eléctricos, contactos o "switch" de límite, solenoides (para jalar o empujar magnetos), contactos
de presión, relevadores, temporizadores eléctricos o dispositivos de tiempo.
La disponibilidad y precios de estos dispositivos los hacen más favorables para el desarrollo de
una automatización de bajo costo.
4.2.5 Medios Electrónicos.
Los dispositivos electrónicos y sistemas de control son más complejos y normalmente requieren
de altos niveles de habilidad para entender su operación, son usados frecuentemente en
aplicaciones de automatización total, algunos ejemplos de estos son los controladores lógicos
programables (PLC por sus siglas en inglés), sensores fotoeléctricos, transductores,
temporizadores, etc. El uso de estos medios requiere de un alto grado de especialización para
diseñar y operar tales sistemas de control.
Debido a que muchos sistemas electrónicos de control tienen un arreglo de entradas y salidas con
alguna relación determínistica especifica, tales sistemas requieren de algunas formas o medios de
control. Existe una amplia gama de arquitecturas de control que los diseñadores pueden disponer,
desde un sencillo control a lazo abierto, hasta un complejo control de retro-alimentación.P 2l
ITESM-CEM MSMA
55
La implementación puede ser tan simple como el uso de un solo amplificador operacional
(opamp por sus siglas en inglés), o tan complicado como un microprocesador paralelo de
programación masiva. Los siguientes son los medios electrónicos más comunes que actualmente
se puede disponer para diseñar un sistema de control.
4.2.5.1 Circuitos análogos sencillos.
Muchas operaciones sencillas en un sistema requiere de la acción específica de un actuador
basada o controlada por una señal analógica de entrada, con un circuito sencillo de procesamiento
de señales analógicas consistente de opamp's y transistores individualmente o en combinación, se
puede conseguir el control deseado.
Los opamp's se pueden usar para ejecutar comparaciones y operaciones matemáticas tales como
adiciones analógicas, restas, integraciones, y diferenciación, así mismo se pueden emplear en
amplificadores para el control lineal de actuadores, normalmente son muy fáciles de diseñar e
implementar. [I 3!
4.2.5.2 Circuitos digitales sencillos.
Si las señales de entrada son digitales o pueden convertirse en un conjunto finito de estados,
entonces los controladores lógicos combinacionales o secuenciales pueden fácilmente ser
implementados.
Los diseños más simples usan algunos chips digitales para crear dicho control, para generar
funciones binarias complejas y booleanas o simples chips, existen una gran variedad de
dispositivos digitales especializados que facilitan estas tareas de diseño, como son los
multiplexores, arreglos lógicos de programas (PLA por sus siglas en inglés) o controladores
lógicos de arreglos de programas (PAL por sus siglas en inglés)Y 31
ITESM-CEM MSMA
56
4.2.5.3 Microcontroladores.
El micro controlador, el cuál es una micro computadora dentro de un sencillo circuito integrado,
proporciona una pequeña y flexible plataforma de control que puede ser fácilmente incrustado en
un sistema mecatronico. El micro controlador puede ser programado para ejecutar una amplia
gama de tareas de control.P 3l
Para diseñar sistemas de control con los micro controladores, se requiere del conocimiento de un
lenguaje de programación, frecuentemente es un lenguaje ensamblador y también se requiere de
experiencia con interfaces digitales y dispositivos análogos.
4.2.5.4 Computadoras de tablero sencillo o micro computadoras.
Cuando una aplicación requiere de más características especiales o recursos de las que se pueden
encontrar en un micro controlador y cuando el tamaño no es gran problema, las micro
computadoras ofrecen una buena alternativa. Muchas de estas computadoras tienen suficiente
memoria RAM y tienen compiladores disponibles para soportar la programación de lenguajes de
alto nivel tales como el c.l13J
Así mismo, se pueden establecer fácilmente interfaces para una comunicación con una
computadora personal. Esto es de gran utilidad cuando se hacen pruebas, depuración de fases de
desarrollo y para descargar algún software dentro de la memoria de estas micro computadoras.
4.2.5.5 Computadoras personales.
En el caso de grandes y sofisticados sistemas mecatronicos, una computadora personal de
escritorio pueda servir como una apropiada plataforma de control, también para quienes no están
familiarizados con los micro controladores o micro computadoras, la computadora personal
puede ser una alternativa atractiva. La computadora personal puede fácilmente establecer
comunicación con sensores y actuadores que son disponibles comercialmente en tarjetas de
adquisición de datos_ l13l
ITESM-CEM MSMA
57
Estas tarjetas incluyen típicamente software de fácil programación en lenguaje compiladores de
alto nivel, gracias a la facilidad y conveniencia de estos métodos, los sistemas automatizados o
mecatronicos controlados mediante una computadora personal son muy comunes en laboratorios
de pruebas o de investigación y desarrollo, donde los prototipos rápidos son requeridos, pero
donde las grandes cantidades de producción no están involucradas.
4.2.5.6 Controladores lógicos programables (PLC por sus siglas en inglés).
Se han diseñado dispositivos industriales especializados para hacer interfaz con dispositivos
analógicos y digitales, los cuales tienen instrucciones restringidas para aplicaciones de control
industrial. Los PLC's ofrecen una gran flexibilidad para desarrollar algoritmos complejos de
control y están mejor adaptados para monitoreo industrial y control en ambientes de producción.
Estos son usualmente programados en diagramas de escalera, el cuál es un método gráfico
mostrando la conectividad y la lógica del sistema con sus entradas y salidas. Estos PLC's están
programados para un específico trabajo concerniente únicamente al proceso que se quiere
controlar y monitorizar siendo muy flexibles y fácil de programar, son robustos y relativamente
inmune a interferencias externas. [7l
4.3 SELECCIÓN DE LOS MEDIOS APROPIADOS DE CONTROL.
Existen varios factores que deben ser considerados en la selección de los medios apropiados de
control, a decir:
a) Distancia entre la estación de trabajo y la estación de control.
b) Espacio de trabajo disponible.
c) Condiciones ambientales y del lugar de trabajo.
d) Costo y fuente de energía .
e) Confiabilidad del control requerido.
f) Habilidades requeridas del operador y del personal de mantenimiento.
g) Efectos en la operación y su relación con otras operaciones en la planta.
ITESM-CEM MSMA
58
4.3.1 Selección del tipo de automatización adecuado.
El sistema que se automatizó consiste de un conjunto de mecanismos que son movidos mediante
la fuerza generada por dispositivos hidráulicos, en este sentido ya están bien establecidos dos
medios de control, medios mecánicos e hidráulicos, los cuales son difíciles de sustituir
principalmente por el costo que involucra cambiarlos, además de que su funcionamiento es
adecuado.
Los medios eléctricos con que contaba ya estaban obsoletos, como se mencionó en la
justificación del problema, el desafió fue eliminar todo el sistema de cableado y los componentes
electromecánicos para ser sustituidos por otro medio más eficiente que a su vez no presentara
problemas de mantenimiento, siendo esto último uno de los principales problemas de la máquina.
El uso de los medios eléctricos como una opción de solución no era del todo malo, siendo que el
personal de mantenimiento de la planta ya lo conocía, entendía los planos, etc., pero representaba
un costo elevado porque la mayoría de los relevadores electromecánicos deberían de ser
cambiados y el sistema de cables se tenía que reorganizar, es decir, se tenía que hacer un
mantenimiento total del sistema eléctrico y a su vez esto no significaba que se eliminarían los
problemas de este tipo, porque con el tiempo se volverían a quemar los platinos y se tendría que
volver a incurrir en gastos por este concepto.
El cambio por el que ya se había decidido la empresa, era utilizar un medio electrónico por su
mayor confiabilidad, eficiencia y robustez. Dentro de las posibilidades con que se contaba se tuvo
que tomar en cuenta la facilidad de su comprensión, facilidad en su instalación, disponibilidad de
posibles sustitutos, costo y rapidez en su instalación.
Así mismo se tuvo que considerar los elementos que aún nos podían servir tales como contactos
de límite, controladores de temperatura, botonería, etc., cabe hacer un paréntesis para aclarar que
tratándose de alguna empresa dedicada a automatizar maquinaria, esta opción de re-usar
elementos eléctricos no es conveniente por el hecho de que tales elementos pudiesen fallar y
atribuir el desperfecto al nuevo medio establecido, sin embargo, por tratarse de un proyecto de
ITESM-CEM MSMA
59
tesis, ésta situación se le planteo a la empresa quedando en común acuerdo de que una vez que
arrancara la máquina y no presentando fallas en la secuencia de operación, los problemas que se
presentaran posterior al arranque, no serían atribuidos al nuevo elemento hasta no tener la certeza
del origen de la falla.
Las opciones para el nuevo medio que sería instalado se centraba únicamente a dos tipos, los
micro controladores y los controladores lógicos programables debido a que se trataba de una
secuencia de operaciones con cierto grado de complejidad, de los cuales, el segundo fue la mejor
opción por su disponibilidad en el mercado, fácil comprensión de funcionamiento y facilidad de
programar, el primer medio presentaba la desventaja de que cuenta con un lenguaje de
programación que requiere de mayor conocimiento y difiere de la programación de escalera
conocida por la gente de la planta, también se tenía que diseñar toda una tarjeta y su armazón
para ser colocado en el tablero, el segundo ya está diseñado para tales fines.
4.4 LOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES.
Estos dispositivos son el medio ideal para controlar procesos, su importancia radica en el hecho
de ser muy flexibles pues se pueden adaptar a casi todos los procesos industriales, además de ser
el medio de control electrónico comúnmente encontrado en las industrias.
4.4.1 Definición
Un PLC es una computadora electrónica amigable que lleva a cabo el control de funciones de
muchos tipos y niveles de complejidad. Este puede ser programado, controlado y operado por una
persona que no tiene gran experiencia en computadoras. í7l
El controlador lógico programable esencialmente dibuja todos los cables y dispositivos en un
diagrama de escalera, con éste se elimina una cantidad considerable de cables y conexiones
requeridos para el control del proceso, haciendo más fácil su interpretación y solución cuando
hay fallas del tipo eléctrico.
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Un PLC va a operar en cualquier sistema que tiene dispositivos de salida que se encienden y se
apagan, también puede operar en cualquier sistema con salidas variables. Así mismo puede
operar del lado de entradas con dispositivos que se encienden y apagan, con dispositivos que
proporcione entradas variables como los controladores de temperatura, de presión, etc.
4.4.2 Ventajas de los PLC's
Las siguientes son algunas de las ventajas al usar controladores lógicos programables:
• Flexibilidad.
En años anteriores, cada uno de los procesos y maqumana que eran controlados
electrónicamente requerían de sus propio controlador, es decir, 12 máquinas diferentes podrían
requerir 12 distintos controladores. Ahora es posible usar un mismo modelo, considerando el
número de entradas y salidas, para controlar ese mismo número de máquinas.
Aún más, existen varios modelos de controladores que pueden hacer trabajar muchas máquinas y
cada uno de ellas puede tener un programa diferente.
• Implementación de cambios y corrección de errores.
En un panel tradicional de control tipo relevador, cualquier alteración del programa reqmere
tiempo para volver a hacer la instalación eléctrica del panel y el dispositivo, sin embargo con un
PLC el cambio se hace alterando la secuencia del programa desde el teclado de una computadora
tomando solo unos cuantos minutos, no se necesita cambiar o mover cables en un sistema de este
tipo. Además, si un error de programación se ha corregido en el diagrama de escalera, un cambio
puede ser actualizad de forma fácil y rápida.
• Disponibilidad de contactos.
Los PLC's cuentan con una gran cantidad de contactos por cada bobina programada, en el
momento que se requiera más contactos de una bobina ya programada, solo es cuestión de
ingresarlos al programa sin necesidad usar otros cables o agregar más relevadores
electromagnéticos, ahorrando una cantidad considerable de tiempo y dinero. La cantidad de
contactos es tanta como la memoria del controlador lo permita.
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• Costo.
Aunque es cierto que la inversión inicial parece muy alta, la evolución de la tecnología hace
posible compactar más funciones dentro de cerebros cada vez más pequeños y de bajo costo,
ahora se pueden encontrar dentro de estos dispositivos temporizadores, secuenciadores,
contadores, controladores de temperatura, etc., los cuales antes se tenían que comprar por
separado.
• Corridas de prueba.
Un PLC puede ser probado desde la oficina o laboratorio para evaluar si esta ejecutando las
acciones deseadas, si no es así, se pueden hacer los cambios necesarios antes de instalarlo,
ahorrando gran cantidad de tiempo y dinero, sobre todo si las acciones mueven partes de la
máquina que se podrían dañar al no tener la secuencia apropiada.
• Observación visual.
La operación de un circuito programado en un PLC puede ser observada directamente desde la
pantalla, así si una falla ocurriera, se puede detectar fácilmente desde el monitor ya que se cuenta
con un ruteo de la corriente, es decir, las líneas ( en el diagrama de escalera) que conducen
corriente son iluminadas, de esta forma se puede ver por donde sí y por donde no están
energizadas las líneas del programa. En PLC's avanzados se pueden programar mensajes de falla,
de modo que cuando las condiciones de paro por fallo ocurren, la acción manda a detener la
máquina o proceso y también manda un mensaje indicando la causa de la falla.
• Velocidad de operación.
Los relevadores tradicionales pueden tomar mucho tiempo para actuar (segundos), la velocidad
de operación de un controlador es muy rápida dependiendo del tiempo de barrido, tomando solo
algunos milisegundos.
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• Método de programación en Escalera o Booleano.
La programación se puede efectuar en un diagrama de escalera, similar a aquellos que se
acostumbran usar del tipo relevadores, fácil de entender por los técnicos electricistas, además se
puede programar en lenguaje Booleano, de modo que un programador que conozca de control
digital o Booleano, puede hacer la programación sin mayor problema.
• Confiabilidad.
Los relevadores de estado sólido son más confiables, en general, que los relevadores mecánicos o
eléctricos y temporizadores, los controladores son fabricados con componentes electrónicos de
estado sólido con un alto índice de confiabilidad.
• Documentación.
En cualquier momento se puede mandar a imprimir el circuito con que esta trabajando el
controlador, es frecuente que los archivos sean perdidos y se tenga que recurrir a otros medios
para conseguir el diagrama original, con un dispositivo de este tipo, se puede obtener el diagrama
original cuando se requiera.
• Seguridad.
Todos los PLC's cuentan con candados para asegurar que nadie pueda alterar el programa, en los
paneles de control tradicionales la gente tiende a hacer modificaciones, pero pocas veces los
registra, de modo que cuando se tienen problemas mayores, es dificil llegar a la reparación por
los cambios que se hicieron sin registrarse.
4.4.3 Desventajas del PLC.
Las siguientes son las desventajas, o quizás las precauciones que hay que tomar al usar estos
dispositivos:
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• Nueva tecnología.
Uno de los principales problemas es cambiar la forma de pensar de algunas personas tan
acostumbradas a trabajar con relevadores eléctricos y mecánicos a la nueva forma de las
computadoras.
• Aplicaciones en programas fijos.
Algunas aplicaciones son demasiado sencillas como para utilizar un PLC de este tipo y hacer
grandes programas cuando no son necesarios, por ejemplo, aún existen máquinas que usan
tambores mecánicos para control, en este caso no se justifica el costo pues es muy grande la
diferencia.
• Consideraciones ambientales.
Ciertos ambientes son nocivos a los PLC's, por ejemplo la temperatura no puede ser muy elevada
porque altera el funcionamiento de algunos componentes electrónicos, el polvo también los daña,
la vibración repercute en su trabajo, etc.
• Operación de paros de seguridad.
En los sistemas de relevadores tradicionales, un botón de paro detiene todas las acciones de la
máquina o proceso, si llega a fallar la energía, todo el sistema se detiene, es más, el sistema de
relevadores no vuelve a comenzar automáticamente cuando la energía se restablece, esto también
se puede programar en un controlador, pero en algunos casos, se necesita aplicar un voltaje de
entrada para detener el funcionamiento de la máquina. En ese caso, ese sistema no es seguro y se
necesitan hacer las modificaciones pertinentes para evitar daños a personas.
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• Operación con circuitos fijos.
Si el circuito en operación nunca hace cambios, un sistema de control fijo como un tambor
mecánico podría ser más económico que un controlador ya que estos últimos son más efectivos
cuando ocurren cambios periódicos al momento de estar operando.
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CAPÍTULO 5 TRABAJO DESARROLLADO
El trabajo desarrollado se dividió básicamente en tres partes, estudio del proceso, estudio de
campo y desarrollo del programa en lenguaje de escalera, de las cuales se dan a continuación los
detalles.
5.1 ESTUDIO DEL PROCESO
Durante el periodo de Mayo a Octubre se hicieron varias visitas a la empresa con el fin de
analizar el proceso, este estudio consistió en observar el proceso de producción, el
funcionamiento de las otras máquinas de inyección, analizar su sistema productivo así como
visualizar cuales son los principales problemas de operación que tiene la empresa para poder
tener una perspectiva del beneficio que se puede conseguir al hacer una automatización de este
tipo.
Cabe mencionar que la máquina en cuestión en ningún momento estuvo en operación, de hecho,
estaba abandonada y la información que se dio de ella fue muy pobre ( desde que se compró, un
año y medio, no ha trabajado), de ahí la dificultad al hacer el análisis en forma rápida, porque
aunque se tienen otras máquinas de inyección y el funcionamiento es similar, la realidad es que
operativamente son muy diferentes.
Con esto se desprende una primera afirmación, no es posible hacer un programa general de
automatización para cualquier máquina de inyección debido a que las electroválvulas tienen
funciones diferentes y actúan en distintos tiempos, se puede elaborar un mismo programa para
una familia de máquinas de la misma marca, modelo y a veces de versiones diferentes, pero
incluso los mismos fabricantes a cada nueva versión, agregan funciones diferentes o mejoradas
para obtener mayores ganancias.
Se analizó también el sistema eléctrico de la máquina en cuestión y se hicieron algunas pequeñas
pruebas con el sistema de cableado original para evaluar el funcionamiento de operaciones como
arranque del motor, apertura de molde, cierre de molde, avance de husillo, entrada y salida de
botadores y sistema de seguridad. Por otro lado, hubo otras funciones que no fue posible
ITESM-CEM MSMA
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examinar, como inyección en alta y baja presión, tiempos de enfriamiento y de inyección, etc.
debido a las condiciones demasiado obsoletas del sistema eléctrico.
Algunos de los principales problemas que salieron a la vista fue la falta de mantenimiento al
tablero eléctrico, pues los relevadores electromagnéticos mostraban una gran vibración al
momento de activarse la bobina, con lo cual los contactos cerraban o abrían por instantes no
permitiendo la correcta operación de los elementos mecánicos que se pretendían controlar. Se
procedió a desmontar y desarmar algunos relevadores; se observó que tenían oxido en exceso, lo
cual les impedía hacer la unión de la armadura y también la mayoría de los platinos o contactos
estaban carbonizados dando como resultado un pésimo funcionamiento.
Después de analizar el funcionamiento de la máquina Cincinnatti Milacron, y compararlo con el
de las otras máquinas, se hizo una evaluación de las perdidas, del costo que representa tener una
máquina de inyección parada por problemas de mantenimiento, aquí los datos que se
proporcionaron para este cálculo trataron de ser lo más cercano al valor real, pues si bien es cierto
que existe una organización en la producción, esta no contempla detalles muy relevantes de cada
una de las máquinas, más bien los resultados son globales y realmente no se tiene un historial por
cada una de ellas.
Como cada uno de los productos tienen características diferentes, son de material diferente y se
inyectan en máquinas diferentes, el costo es muy variable, pero para fines de este proyecto se
considera un promedio entre el precio mas bajo y el de precio más alto, del mismo modo se
considera mano de obra, energía consumida (la global dividida entre cada una de las máquinas),
con lo cual se determina que el costo de parar la producción por hora va de $176.00 a $600.00.
Ahora, de manera similar se hizo el cálculo para determinar las horas que las maquinas son
detenidas por causa de mantenimiento al mes, sin considerar paros programados, tiempos de baja
producción, fines de semana, etc. se establece que el promedio es de 70 horas al mes.
Con esto se define que las pérdidas al mes por ventas no realizadas van de $12,320.00 a
$42,000.00 dependiendo de la máquina y de la pieza que se esté fabricando. Por otro lado los
costos de mantenimiento (refacciones y mano de obra) varían de $200.00 a $800.00 por mes, así
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de esta manera los costos totales aumentan de $12,520.00 a $42,800.00 respectivamente
(obviamente no están incluidas las dos máquinas nuevas).
Por otra parte, en reuniones con los dueños de la empresa, dieron a conocer sus necesidades y
perspectivas de crecimiento, donde informaron que se pretende fabricar cajas de discos
compactos en la máquina Cincinnatti Milacron, así como la elaboración de todas las piezas del
carro porta mochilas, actualmente fabricadas en una máquina de menor tonelaje.
5.2 ESTUDIO DE CAMPO.
La información que se obtuvo, se refiere básicamente a estadísticas y detalles sobre el proceso de
inyección y automatización.
Con la información estadística se pudo ubicar a este ramo de la industria de plástico dentro del
entorno nacional, conocer con ello la maquinaria que se tiene en los diferentes tipos de empresas,
para tener un panorama amplio de las oportunidades de desarrollo y así mismo saber de que
tamaño son los competidores.
Por otro lado, se busco información del proceso de inyección en fuentes bibliográficas para
conocerlo a detalle, los principios de funcionamiento y de la estructura de los materiales
plásticos, su comportamiento al ser procesados así como los diferentes procesos. Se obtuvo
también información de los controladores lógicos programables para dar un bosquejo a aquellos
que no los conocen.
5.3 DESARROLLO DEL PROGRAMA Y RESULTADOS OBTENIDOS
En este caso, como se especifico anteriormente, no se hizo un diagrama general, pues fue
necesario establecer que tipo de elementos se tendrían que modificar, cuales conservar y cuales
cambiar. En esta planeación se ponderaron las ventajas y desventajas de conservar o eliminar
algunos elementos, sobre todo cuando se refiere al precio, donde la empresa mostró cierto recelo
al inquirirles el cambiar varios dispositivos.
Para el desarrollo del programa se hizo el análisis detallado del funcionamiento de la máquina,
como se mencionó en el capitulo anterior, aunque el proceso de inyección en todas las máquinas
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sigue una misma secuencia de pasos, la actuación de los dispositivos y válvulas es diferente, por
lo que se hizo un diagrama de ciclo especifico para esta máquina con su respectivo diagrama de
tiempos.
En el diagrama de tiempos (tabla 11), se puede apreciar en que momento actúan todas y cada una
de las válvulas, así mismo las funciones que hace cada una de ellas. De este diagrama se puede
deducir el diagrama de ciclo, con lo cuál, se tienen todos los elementos para desarrollar el
diagrama de escalera.
A-SOL Cierre de molde
B-SOL Presión allo volumen
C-SOL Protección a baja presión
DO-SOL Desvío de alla presión
F-SOL Inyección a alla presión
J-SOL Husillo hacia delanle
K-SOL Husillo a bajo volumen
L-SOL Presión de sostenimiento
M-SOL Descompresión
O-SOL Giro de husillo
O-SOL Apertura de molde
W-SOL Presión botadores y Descompresión
X-SOL Botador hacia delanle
XA-SOL Botador hacia alrás
1. Inicia ciclo, puertas cerradas 2. Tiempo de apertura de molde 3. Activación de presión bajo volumen 4. Inicio de presión de seguridad 5. Inicio de inyección a alta presión 6. Inicio de inyección a baja presión 7. Termino de inyección, inicio descompresión 8. Termino de descompresión, inicio tiempo de
enfriamiento.
Tabla 10. Diagrama de tiempos de la máquina Cincinatti Milacron.
9. Termino giro de husillo, continua enfriamiento 1 O. Inicio apertura de molde 11. Apertura baja velocidad 12. Apertura alta velocidad 13. Apertura baja velocidad 14. Sale botador/ fin apertura de molde 15. Alivio de presión 16. Termino salida botador / entra botador 17. Alivio de presión. 18. Fin de ciclo.
A continuación se muestran los diferentes métodos de operación en la descripción del proceso,
los cuales muestran la diferencia cuando la máquina se programa de modo manual, automático
total o semiautomático.
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Selector Mold Set
Selector modo Manual
Funciones: Abrir/cerrar molde
.-----''-----.-, -1 . .A)>rirl~tQr,l>.p.tAd~res .
Fig. 26 Descripción del proceso de inyección de plástico de la máquina Cincinatti Milacron
Encendido control pri cipal
Encendido de Motor
Selector ciclo Automatico
Fin tiempo de enfriamiento/ Apertura de molde
Molde llega a fin de carrera
Inicia ciclo de Botadores (Expulsión de pieza)
Reinicia ciclo cerrando molde
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Encendido de Resistencias Esperar 30 min. Para operar
Selector ciclo Semiautomático
Cerrar puertas
Fin tiempo de enfriamiento/ Apertura de molde
Molde llega a fin de carrera
Inicia ciclo de Botadores (Expulsión de pieza)
Reinicia ciclo abriendo y cerrando puertas
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70
Además del los anteriores diagramas, se tuvo que considerar la disposición de los contactos o
"microswitch" en la máquina, pues estos son los límites de operación de la misma, y a su vez
estos son las señales de entrada para el PLC, junto con toda la botonería de control.
En el caso de la señales de salida, se tomaron en cuenta las bobinas que van a ser actuadas de
acuerdo a la combinación de eventos, también se agregaron 5 puntos más para utilizarlas como
señales indicadoras al operario, con el fin de facilitar el trabajo y evitar confusiones por parte del
operador.
A continuación se proporciona la lista de entradas y salidas que se consideraron.
LISTADO DE ENTRADAS Y SALIDAS Señales de Entrada Señales de Salida
Señales de Botones de Control Señales de Micros en la Máquina 1 Sena! Botón de Control Sena! Pirómetro Zona Temperatura 1 Sena! bobina arrancador motor
2 Sena! Botón de Paro Sena! Pirómetro Zona Temperatura 2 Senal bobina Apertura de Molde
3 Sena! Botón Pulsador de Inicio Sena! Pirómetro Zona Temperatura 3 Senat bobina Cierre de Molde
4 Senal Botón Reset Senal micros serie (109LS, 101 LS,9LS, 1LS) Senal bobina Botadores Atrás
5 Sena! Selector Mando Manual Senal micro 27 LS, Seguridad de Compuerta Senal bobina Botadores Adelante
6 Sena, Selector Apertura de Molde Senal micro 13LS, Botador adentro Senal bobina Presión de Botadores / Descompresión
7 Senal Selector Cierre de Molde Senal micro 7LS, Paro de Retroceso de Molde Senal bobina Inyección Adelanle
8 Senal Selector Colocación de Molde Senal micro 4LS, Paro de Husillo Senal bobina Giro de Husillo
9 Senal Selector Botador Adentro Senal micro 25LS, Protección de Alta Inyección Senal bobina Protección a Baja Presión
1 O Sena! Selector Botador Afuera Senal micro 50LS, Permiso de la Unidad de Inyección Senal bobina Desvío de Afia Presión
11 Sena, Sefeclor Control Botadores Senal micro 3LS, Molde Cerrado Senal bobina Inyección Bajo Volumen
12 Senal Selector Husillo Senal micro 6LS Apertura lenta Senal bobina Husillo Atrás
13 Senal Selector Husillo Adelante Senal micro 2LS Cierre lento Senal bobina Presión de Afio Volumen
14 Sena! Selector Giro de Husillo Senal micro 3ALS, Inicio de Alta Presión de Molde Senal bobina Inyección Alto Volumen
15 Senal Selector Husillo Alrés Senal micro 20LS Inicio de Botadores. Senal bobina Presión de Sostenimiento
16 Sena! Selector Automélico LED Control ON/OFF
17 Sena! Selector semiaulomélico LED Mold Sel
18 Senal Seleclor Aulomalic total LED Modo Manual / Aulomélico
19 Senal Selector Descompresión Antes LED Presión de Botadores
20 Senal Seleclor Descompresión Después LED Permiso de Inyección
21 Senal Retroceso de Emergencia del Molde
22 Senal Tiempo de Temperatura Canon
23 Senal Tiempo de alta presión
24 Senal Tiempo Baja Presión
25 Senal Tiempo de Enfriamiento
26 Senal Tiempo de Descompresión
27 Senal Tiempo de Apertura de Molde
28 Senal Tiempo de Actuación de Botadores
Tabla 11. Disposición de entradas y salidas para el PLC.
Con esta tabla se determinó el número de entradas y salidas necesanas para hacer trabajar la
máquina, se puede observar que la cantidad de entradas es alrededor de 43 puntos, y las salidas
son 20. Pero como la empresa decidió utilizar una pantalla digital para utilizarla como control, el
número de entradas se redujo a 18 puntos, en el caso de las salidas no hubo cambio alguno.
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71
El diagrama o secuencia de eventos de la máquina fue programado en lenguaje de escalera con
algunas características similares al diagrama eléctrico original, hubo cambios específicamente en
lo relacionado a la seguridad del cañón, es decir, se programó de manera que la unidad de
inyección no trabajará hasta que se haya alcanzado las temperaturas de plastificación del material
a inyectar, así mismo, para la actuación de los botadores fue necesario utilizar un temporizador en
vez de un selector de número de actuaciones de los mismos, con ello tenemos mayor control
sobre el tiempo total del ciclo.
La pantalla digital fue programada para sustituir todo el sistema de control anterior, dentro de la
pantalla quedaron las señales de control principal, apagado de motor, apertura y cierre de molde,
avance y retroceso del husillo, salida y entrada de botadores, selector de la descompresión,
activación de presión de botadores, activación de la unidad de inyección, selector de modo de
operación, giro de husillo y todos los temporizadores.
Con la colocación de la pantalla se eliminó el número de entradas, de no hacerlo nos hubiera
obligado a adquirir un PLC de mayor número de entradas y salidas, así como el uso de todos los
controles de mando, esto también nos provocaría que la cantidad de cables para control fuera
exagerado, uno para cada señal, debido a esta situación se determino el uso de la pantalla digital.
Para la elaboración del programa se usaron los manuales descritos en bibliografia, referencias
[8],[9],[10],[11].
5.4 SELECCIÓN DEL PLC.
En el mercado se pueden encontrar una gama muy variada de PLC's con diferente número de
entradas y salidas, es decir, este parámetro no viene siendo demasiado importante como
condición en la adquisición de una marca específica de PLC, aunque en ciertos aspectos lo puede
ser.
El proceso de selección del PLC, se basó en tres aspectos fundamentales, tiempo de entrega,
costo y facilidad de programación. En el primer punto se buscó a algún proveedor que nos
entregará el dispositivo con las características requeridas en el menor tiempo de entrega, dentro
de los proveedores consultados únicamente Allen Bradley, OMRON y Mitsubishi podían tenerlo
ITESM-CEM MSMA
72
a la brevedad. En el caso del segundo punto, se encontraron marcadas diferencias, desde un
SIEMENS y Mitsubishi con el menor precio, después le seguía OMRON y el más caro era el de
Allen Bradley.
Finalmente, el método de programación fue otro punto clave para la elección del dispositivo a
adquirir, en este caso se comparó la forma de programación para cada marca, los más fáciles de
programar eran Allen Bradley y OMRON, en el caso de SIEMENS la forma de programación es
un poco más tediosa por la gran variedad de comandos que maneja y Mitsubishi va por el mismo
orden.
De esta manera OMRON fue la marca elegida, pues cumplía con todas las características aunque
su precio no fue el más económico, se tenía la ventaja de tiempo de entrega inmediata así como la
disponibilidad de los accesorios que se pudieran utilizar, es muy fácil de programar aún sin haber
trabajado anteriormente con esta marca pues su lógica es muy sencilla. La siguiente tabla muestra
un resumen de los criterios de selección.
CRITERIOS DE SELECCIÓN ALLEN
MITSUBISHI SIEMENS OMRON BRADLEY
Tiempo de entrega Inmediata Inmediata 4 semanas Inmediata
Costo (1 económico - 3 excesivo) 3 1 1 2
Facilidad de Programación 1 3 3 1
(1 fácil - 3 complicado)
Tabla 12. Criterios de selección del PLC
5.5 RESULTADOS OBTENIDOS
La instalación eléctrica se realizó en quince días debido a que fue necesario quitar todos los
cables obsoletos y renovarlos, también se verificaron las diferentes electroválvulas para evitar
errores al instalar el programa en el PLC, se redistribuyeron algunos elementos que tenía el
tablero antiguo tales como el arrancador del motor a 440 V, también se utilizaron los anteriores
relevadores de mercurio que controlan el paso de comente a las resistencias y los controladores
de temperatura, cabe mencionar que estos dispositivos no mandan señal de temperatura alcanzada
ITESM-CEM MSMA
73
al PLC porque les falta una pequeña adaptación, pero de cualquier manera el programa esta
diseñado para que en el momento que los tenga se pueda hacer trabajar la seguridad del cañón de
inyección. Los dispositivos nuevos que se agregaron son relevadores de bajo voltaje, una fuente
de voltaje, y protectores termomagneticos.
Una vez concluida la instalación eléctrica se procedió a instalar el programa en el PLC y
comenzar a hacer pruebas, ya en sitio se observaron algunos detalles que habrían de corregirse
para el correcto funcionamiento de la máquina. El funcionamiento de la pantalla se tuvo que
probar hasta que todo el programa se había corregido con la ayuda de la computadora personal
porque el PLC solo tiene una interfaz RS232 con la que se puede comunicar y es mediante ella
como se comunica la pantalla. Se anexa una lista de los materiales utilizados en la parte final de
este trabajo, ahí se incluyen las piezas nuevas y la piezas reutilizadas, con el fin de hacer un
estimado de lo que podría costar si todo se hubiese cambiado.
Figura 27. Estructura del tablero viejo Figura 28. LA Y-OUT del nuevo tablero
Finalmente se colocó un molde para hacer pruebas de inyección y se hizo trabajar la máquina,
controlando por medio de la pantalla todo el funcionamiento de la misma, se hicieron pruebas en
el modo manual con todas las funciones que se pueden accionar desde esta condición, es decir:
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• Apertura y cierre de rno lde
• Apertura y cierre de botadores
• A vanee y retroceso de husillo
• Giro de husillo
• Avance y cierre de molde a baja velocidad al activar MOLD SET
Una vez realizadas estas funciones se procedió a hacer pruebas con el modo semiautomático
primero y después el modo automático total, se hicieron los ajustes de tiempos así corno los
ajustes de presiones en la máquina, cabe señalar que toda la parte relacionada con la hidráulica -
velocidades, reguladores de presión, etc.- no esta incluida en el PLC porque la máquina no
dispone de dispositivos de control para este concepto, se comenzaron a obtener piezas inyectadas
aprobándose el funcionamiento global de la máquina.
El rno lde específico asignado para trabajar en este equipo se montó después de hacer las pruebas
anteriores, pero las piezas salieron defectuosas debido a fallas del molde, por lo que se mando a
reparar y hasta la fecha del presente escrito no se ha colocado tal elemento.
Figura 29. Máquina Ciociooatti Milacroo
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75
En este momento el estimar los estándares de producción no es posible, ya que el molde aún no
regresa del taller y después de que llegue a la planta, se tendrán que hacer ajustes de presiones y
tiempos pues es un material nuevo que ni la misma gente en la planta conocía o había trabajado,
pero el trabajo realizado por la máquina es el correcto, esto se corroboró con la ayuda de una
opción de visualización de tiempos que tiene el propio software, donde se pudo verificar que
todas válvulas están actuando de acuerdo al diagrama original, además de que se inyectaron
piezas en poli propileno con la ayuda de un molde que trabaja en otras máquinas obteniendo muy
buenos resultados. La información de sobre el diagrama de tiempos obtenido, se tiene el archivo
pero el software no da la opción de impresión.
El nuevo diagrama eléctrico de conexión, el lay-out nuevo y el diagrama de escalera se pueden
consultar en los anexos.
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CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES.
La industria del plástico muestra un crecimiento continuo, la demanda de productos de plástico
cada vez es mayor a la vez que cada día hay nuevas aplicaciones de este material, en este nuevo
milenio esta industria muestra perspectivas muy favorables para el desarrollo de nuevos
mercados y el afianzamiento de los actuales.
México no es la excepción, pues como se mencionó en la parte de antecedentes y de justificación,
este mercado va creciendo, ya no somos un país que únicamente exporta maquila, el mercado de
piezas originales va ganando terreno, la diferencia aún es muy grande, pero se esta trabajando
duro en ello.
Dentro de esta industria, se tiene que únicamente el 4% son empresas grandes de más de 250
empleados, 12% son empresas medianas de 100 a 250 empleados; son estas empresas las que sí
pueden y tienen los medios para adquirir tecnología de punta, el resto (84%) son empresas
pequeñas que tienen problemas para comprar maquinaria nueva, tienen que arriesgar su capital
comprando máquinas de segunda, que si bien aún trabajan, la eficiencia es muy baja debido
principalmente a problemas de control eléctrico y mecánico, pero una vez haciendo el cambio de
los elementos mecánicos en mal estado, este aspecto pasa a segundo termino.
La inversión realizada para una automatización de una máquina de inyección es variable,
depende principalmente del tipo de dispositivos que se deseé usar, sin embargo se estima que
puede ser de $50,000.00 para la más sencilla hasta $80,000.00 para la más completa, en ésta
último se incluyen dispositivos como pantallas digitales, sensores fotoeléctricos, PLC's más
completos.
Citando como ejemplo a LASER, de acuerdo a los costos de ventas no realizadas más los de
mantenimiento, revisados en el capitulo 7, una inversión de $50,000.00 representa lo que ellos
gastan y dejan de ganar en 4 meses para la máquina de menor costo o de 5 semanas para la
máquina de mayor costo.
En el caso de la máquina en que se realizó el trabajo de automatización, el retomo de la inversión
no se puede determinar con exactitud ya que no ha trabajado, de hecho al dejarla trabajando se
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podrán generar reportes para determinar cuánto va a producir por hora, pero de acuerdo al cálculo
anterior, se puede pensar que la inversión realizada se podrá recuperar en 5 o 6 meses (tomando
en consideración el precio de la máquina, que fue de $75,000.00).
El beneficio que una automatización representa a estas empresas es grande, pues si bien la
inversión inicial es alta, ésta se recupera en un mediano plazo, sin embargo se necesita de una
capacitación a conciencia de los operadores sobre esta nueva tecnología para evitar que alteren un
programa o dañen los dispositivos, pues los servicios de mantenimiento son mayores a lo que
ellos están acostumbrados a pagar, estos pueden ir de $250.00 a $800.00 por hora, obviamente
estos costos no están considerados como parte de la inversión inicial.
Como se mencionó anteriormente, los PLC's trabajan con relevadores de estado sólido, los cuales
dan mayor confiabilidad que los relevadores tradicionales, el período de vida de éstos se compara
al de la propia máquina, con lo cual, si se le da un uso adecuado y servicio pertinente, los costos
por mantenimiento se reducen drásticamente.
Considerando la cantidad de empresas micro y pequeña que existen en México, y conociendo de
antemano que todas ellas tienen máquinas viejas trabajando con sistemas de control
electromecánicos, se puede afirmar que el mercado de la automatización en este campo es
amplio, pero existe el inconveniente acerca de la forma de pensar de estos pequeños empresarios,
a los cuales les es dificil aceptar una inversión de tal magnitud.
Muchos de ellos están acostumbrados a contratar servicios de mantenimiento buscando los
precios más bajos, porque de acuerdo a su idiosincrasia, no aceptan el hecho de que los servicios
por este tipo de trabajos sean tan elevados y argumentan no tener los recursos suficientes para
pagar a una persona que se dedique únicamente a dar servicio a sus máquinas; Sin embargo, la
mayoría de las veces los servicios que contratan no atacan a fondo el problema, pues sólo hacen
reparaciones temporales que nuevamente se repiten al poco tiempo.
El gran desafió es entonces, convencer a estos pequeños empresarios los beneficios que
representa llevar a cabo una automatización al demostrarles en cuánto tiempo pueden recuperar
su inversión con las posibles ventas, o más tangible aún, tomando en consideración los gastos por
mantenimiento y ventas netas que dejan de ganar.
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Algunos de los aspectos más importantes al hacer una automatización es establecer con el dueño
qué es lo que realmente desea hacer, es decir, que especifique desde el principio cuáles son las
acciones que desea ejecute su máquina, pues es muy común que al paso del proyecto, se le
ofrezcan otras operaciones y esto obliga a modificar el problema retardando la finalización del
trabajo y desperdiciando horas de trabajo.
Otro aspecto que no se puede pasar por alto es el hecho de que antes de instalar el PLC en la
máquina se debe probar el programa, haciendo una simulación del proceso tratando de acercarse
lo más posible a la realidad, porque si se instala sin antes probar puede provocar daños muy
severos a personas o incluso dañar mecanismos de la máquina.
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79
BIBLIOGRAFÍA
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Ed. Me Graw-Hill. 2ª. ed. 1992. 252 p.
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[12] Bernardo Jr., Francisco P. Design & Implementation of low cost automation. Ed. Asian
Productivity Organization. 1 ª. Ed. 1972. 116p.
[13) Histand, Michel B. Introduction to Mechatronics and Measurement Systems. Ed. McGraw
Hill. lª.Ed.1999. 400p
[14] http://www.inegi.gob.mx/
[15) http://www.bancomext.com.mx
ITESM-CEM MSMA
ANEXO A DIAGRAMA DE ESCALERA
EN SYSWIN V. 3.2
Diagrama Ladder - 1 : 1 RESALO. SWP 9/03/00 4: 55 : 02 Página 1
000.00 000.01 000.02 200.00 1---~l------~~-------tj ü--J
Temp_Zonal Temp_Zona2 Temp_Zona3 Temp_OK
200.00 o A TIM V 1
Temp_OK 000
~ Temperaturas
#0500 L--
TIMOOO 200 . 01
11 01 Temperaturas Tiempo_superado
~
Ἴ 210 . 01 210 . 02
1 f1 ; trol Stop I Sta0
rt 010.00
1 Bobina_IM
210 . 03 001 . 04 010. 00 1 ~--~----i~----~ü--J
Reset I Secundariol OL Bobina IM
210 . 00 000.03 000 . 04 200 . 06 1~-------;~-------; , 1 ü--J
Control Micrs_Serie Mic_27LS Seguridad
200 . 06 211 . 04 210.04 200 . 04
f--Seguridad Clamp_Emerg_Rev I Selector manual
1 ü--J Modo Manual
210 . 15 210 . 07
--1 ~ Sele c_Automatic Mold_ Se t
200 . 12
Die_Locking 2 00.05
Modo_Automat i co 000.07
Micro_7LS
200 . 12
Die_ Locking 200 . 05
Modo_Automa tico 200. 06
Seguridad
200. 05
Modo_Automa tico
Diagrama Ladder - 1:7 RESAL0.SWP 9/03/00 4:55:02 Página 2
~
.06 200.04 200.10 210.06 200 . 15 010 . 02
1 1 1 11 01 ridad I Modo_Manual Interrup_cycle Sel_clamp_close I Eject_Reset Bobina A-SOL
200.05 200.08
Modo_Automatico Ciclo corriendo
010 . 02 210.07 200.12 205 . 00 1-----11 ~1-------~~1-------0-1
Bobina A-SOL Mold_Set Die_Locking Mem_Aux_l
205.00
Mem Aux 1 010 . 01
Bobina_Q-SOL
011 . 01
Bobina_DO-SOL
200.06
Seguridad
200 .13
Perm_ClampOpen 210.07
Mold Set 211.04
Clamp_Emerg_Rev 010.06
Bobina_J-SOL
200.04
Modo Manual 200.05
Modo Automatice 211.04
Clamp_Emerg_Rev
001.01
Micro 2LS 001.00
Micro_6LS 001.00
Micro_6LS
200.10
Interrup_cycle 200 . 09
Clamp/Gate_open
200 . 13
Perm_ClampOpen
210.05
Sel_clamp_open
011 . 04
Bobina B-SOL
200 . 13 000.07
Perm_ClampOpen Micro 7LS
010.01
Bobina_Q-SOL
Diagrama Ladder - 1:11
010 . 01
Bobina_Q-SOL 205.00
Mem_Aux_l 200.06
Seguridad
210.00
1 Control
200.06
Seguridad 200.04
Modo Manual
205 .01 1 1
Mem A ux 2
210.07
Mold Set 001.01
Micro_2LS 200.04
Modo Manual
210 .11
Select Extruder
200.0B
1 Ciclo corriendo
200.10
Interrup_cycle
TIM
002 Inj_High_Press
#0100
001.00
Micro 6LS
210.06
Sel_clamp_close
000.10
1 Micro 50LS
210.06
1 Sel_clamp_close
RESAL0 . SWP 9/03/00 4:55:02 Página 3
200.13 011 .00
Perm_ClampOpen Bobina e -SOL 200.07
Contac_moldclos 210.07 200 .05
1 TIM 1 Mold Set Modo Aut omatico
001 Interrupt_cycle
#0100
200.02
01 Permiso_Inyecc
200 . 1 2 200 . 05 205 . 01
1 1 1 ü--l
Die_Locking Modo_Automatico Mem Aux 2
Diagrama Ladder - 1:15 RESALO.SWP 9/03/00 4:55:02 Página 4
205.01 200 .14 1
Mem Aux 2 Contac 1tim002
TIM003 1 1
Inj_Low_Press
TIM
003 Inj_Low_Press
110100
ITIM
004 Cooling_Time
110100
1
200.06 200.04 200.10 210.12 210.14 205.02 f--------1 ,__ _____ ,__ _____ __,,,_ ______ 1 ~1r----------<~
Seguridad Modo_Manual Interrup_cycle Sel_Screw_Fwd Boton_Screw_Ret Mem_Aux_3
205 . 01
Mem Aux 2 205.02
Mem_Aux_3
205.01
Mem Aux 2 205.02
Mem Aux 3
010.07
Bobina O-SOL
TIM003 200.04
Inj_Low_Press Modo Manual
TIM003 200.04
Inj_Low_Press Modo Manual
Oll. 03 010.06
Bobina_M-SOL Bobina J-SOL
200.02
Permiso_Inyecc
200.02
Permiso_Inyecc
200.14
Contac tim002 200.01
Tiempo_superado
200.14
Contac tim002
200 . 14
Contac_tim002
200.01
Tiempo_superado 010.06
Bobina_J-SOL
200.01
Tiempo_superado
010.06
Bobina J-SOL
Oll.05
Bobina F-SOL
Oll. 02
Bobina K-SOL Oll . 06
Bobina_L- SOL Oll . 01
Bobina DO-SOL
Diagrama Ladder - 1:19
200.02 210.04
Permiso_Inyecc Selector_manual
210.15
Selec_Automatic
011. 03 ... ~
1 Bobina_M-SOL 200 . 04
... l/1 1
Modo Manual
TIM
005 Descomp_Time
#0100
210 . 14
Boton_Screw_Ret 210 . 14
Boton_Screw_Ret 200.03
ExtrudRun_Oelay TIM003
Inj_Low_Press
210.13
Sel_Extrud_Run
200.11
Fin_Carr_Husill 200 .11
Fin Carr Husill
RESALO . SWP 9/03/00 4 :55:02 Página 5
211.02
Sel Dese Befare 211.03
Sel_Desc_After
TIMOOS
Descomp_Time
Diagrama Ladder - 1 : 20
200.02 210.04
Permiso_Inyeee Seleetor_manual
210 . 14
Boton_Serew_Ret 210.14
011.03
Bobina M-SOL 210.13 200 .11
RESAL0.SWP 9/03/00 4:55:02 Página 6
211. 02 TIM005 ~--111---------1 1 ~1 1 1----------< 1 •
Sel_Extrud_Run Fin_Carr_Husill I Sel_Dese_Before Deseomp_Time 210.15
Selee_Automatie
011 . 03
Bobina M-SOL
200.04 011 . 03 ~ ~ 1--~
Modo Manual Bobina_M-SOL
~-02
~ o_>nyecc
210.15
Selee Automatie
Boton_Serew_Ret 200.03
ExtrudRun_Delay TIM003
Inj_Low_Press
010.07
Bobina O-SOL
200 . 05
Modo_Automatieo
200.13 200.10 200.03 ~ ~-----~i------~
Perm_ ClampOpen Interrup_eyele ExtrudRun_Delay
200.11 211.03
Fin Carr Husill
200 .11
Fin_Carr_Husill
TIM003
Inj_Low_Press 200.03
ExtrudRun_Delay
211. 03
Sel Dese After
200.07
Contae moldelos
Sel_Dese_After 211. 02
Sel Dese Befare
200.12
Die_Loeking
TIM005
Deseomp_Time
200 .11
Fin_Carr_Hus i ll
..
Diagrama Ladder - 1 : 21
200.06
Seguridad
200.05
Modo_Automatico
200.05
Modo Automatico 1
TIM006
1 Time_clamp_open 1
210.04
Selector_manual 210.15
Selec_Automatic
000.07
Micro 7LS
211.01
Sel_FullAutomat 200 . 08
-------l Ciclo_corriendo
200 . 09
~ Clamp/Gate_open
TIM004
Cooling_Time
210 . 06
Sel_clamp_close
000 . 04
Mic_27LS 200.09
Clamp/Gate_open
210 . 07
Mold Set
001.05
Micro lLS
~-- --------tTIM
200 . 15
Eject_Reset 210.10
f-Sel_hyd_ejct_pr
200.08
f-Ciclo_corriendo
200.10
Interrup_cycle
006 Time_clamp_open
#0150
205.04
Mem Aux5
200 . 08
Ciclo_corriendo
001.02
Micro_JALS
200 . 09
.Cl amp/Gate_open
211. 00
Sel_Semiautomat 1
RESALO .SWP 9/03/00 6:42: 27 Página 7 .
210 .11
Select_Ext r uder 200 . 04
Modo Manual 200 . 11
Fin_Carr_Husill 200 . 07
Contac_moldcl os
200.12
Die_Locking
200. 07
Contac_mo ldclos
000.07
1 ~ Micro_7LS
Diagrama Ladder - 1:24 RESALO.SWP 9/03/00 6:42:27 Página 8
200.04 200.09 200.10 200.10 --{,1 11
1 1
~ Modo_Manual 1 Clamp/Gate_open Interrup_cycle Interrup_cycle
TIMOOl ---
Interrupt_cycle 200.06 000.07 200.13 201.00
1
~1 v1 11-Seguridad Micro_7LS Perm_ClampOpen Semi_Auto
200.05
--l 1--Modo_Automatico
210.00 200 .11 010.06 200 .11 ~I
1
v1 e Control 1 Fin Carr Husill Bobina J-SOL Fin Carr Husill
010 . 00
-v1-Bobina IM
000 . 08 -H-
Micro_4LS
000 .11 200.07 200.12
~ 1 ()--j Micro 3LS Contac moldclos Die_Locking
200.05 200.13 000.07 200.13
1
11 1 1
v1 ()--j Modo_Automatico Perm_ClampOpen Micro 7LS Perm_ClampOpen
200.12 200.08
~ I vl-Die_Locking Ciclo_corriendo
200.10 200.12 vl-
Interrup_cycle Die_Locking 200.04 200 . 10 200.06 210.05
--l f-Modo_Manual Interrup_cycle Seguridad Sel_clamp_open
Diagrama Ladder - 1:29
205.01
Mem_Aux_2
~-ºº ~ <rol
TIM002
Inj_High_Press 200.14
Contac tim002 000.09
Micro 25LS
000.05
Micro_l3LS 210.10
Sel_hyd_ejct_pr
RESALO.SWP 9/03/00 6:42:27 Página 9
200.14
Contac tim002
200.15
Eject_Reset
Diagrama Ladder - 1:31
210.10
Sel_hyd_ejct_pr
010.03 ... 01
Bobina_XA-SOL
TIM
007 Delay_Eject
#0020
001.03
Micro_20LS
200.05 010.04
Modo_Automatico Bobina X- SOL 200.06 200.04
-l 1 Seguridad Modo_Manual
200 . 05 205.04
-l Modo_Automatico Mem Auxs
RESALO . SWP 9/03/00 6:42:27 Página 10
200.15 200 . 06
1 ... 1 Eject_Reset Seguridad
210.08
1 11
Sel_eject_retra 210.09 000.06 010 . 04 -11
1
v1 1 Sel_eject_forwa Micro_l2LS Bobina_X-SOL
Diagrama Ladder - 1 : 32
210.10 001 . 03
Sel_hyd_ejct_pr Micro_20LS
011. 03
Bobina_M-SOL
- TIM ~
008 +- Part_Ejected
#0020
205.04
Mem_Aux5
~IEND(Ol)
200 . 06
Seguridad 200.05 --j
Modo_Automatico
TIM007
Delay_Eject 200.15
Eject_Reset
RESALO.SWP 9/03/00 6 : 42 : 27 Página 11
200 . 04 210.08 205.04 211.00
1 .. Modo Manual Sel_eject_retra Mem_Aux5 Sel Semiautomat
010.04 200 . 15
Bobina_X-SOL Eject_Reset
010 . 05
Bobina W-SOL TIM008
Part_Ejected
ANEXOB LAY OUT DEL TABLERO
ELÉCTRICO
LA Y OUT DEL TABLERO DE CONTROL ,,
ELECTRICO
AELEV AD0R DE AELEVADOR DE AELEV ADDA DE 11EACUAID Na. 1 11EACUAIO No. 2 11EACUAID Na. 3
ARRANCADOR INTERAIPTDA DEL MOTOR PAINOPAL
- N .., ~ "'"' .. -- 11 1:1
,¡ ,¡ ,¡ :i :i :i ,¡ ,¡ i .¡ ci z
i i ; ; ! ! i i !! 85 .. ¡ ! e
"" .. :,¡ "'
~
11DDULD DE REm DE POTENCIA ~ PLC D11ADN CPP11-A
EXPANSIÓN CN 2u1"61s z4 veo 24VCD, 100 W i!! :¡i 12E/IS
u 24VCD.
1
AW., rLL z f] f c' 1
AE1L 5 IIEI.E. 6
RELL1 IRElLI IAEU.' IAELLMl~fl RELLUl~u RELL~1~~111EU.~1 Z4 Y[D 24 Y[D 24 VOi 24 Y[D 24VCII Z4VCII 24Ym Z4Ym 24Ym Z4YCD 24Y[D J4Ym 24Ym 24YCD Z4YCD 24Y[D
-1
ANEXOC DIAGRAMA ELÉCTRICO DE LA
MÁQUINA CINCINNATTI MILACRON
DIAGRAMA ELÉCTRICO L1 L2 LJ ,
MAQUINA CINCINNATTI MILACRON INTEAAUPTOA TEAMOMAliNETICD l'AflCl'AL
11n,
~ ~ ~ AESISTEIICIAS t=J=: 11
CIII 1 1 1 [!IN ELECTAICAS
'"~ 12
TEN'ERATURA y 1 ZDNAJ 1 ,03
u 440 VCA l2
~H4
14
IS ........, -H .ft. mmnmmnnm 1
IIKRO JLSA D6 rn • PIII 127 VCA :z ~ • CCIIITRCI.
~ n -l 1./'l 1H 1 1 ::o )>
~ DI )>
1 o .... 1 1 )> o IICRO lLS.....-4"""'. -09 1./'l )>
1./'l
... ¡ ~ MICRO 12LS~ ---t10 )> o 115 1 ~-'!~ . .!R- 1 rn 1 1
MICRO 1JLS.......4"""' , 11 -o -o 1 l«ll!l~ ,z 1 n n
1 ,~ 1 [ ~=r: 115
1 PLC
MICRO SGLs..,_..,.,-""_ _ _ 15
,16
z1l22lnl ., 1 t E-MIA :----+17 :J e ¡
ANEXO D. LISTA DE MATERIALES UTILIZADOS
RELACION DE PIEZAS NUEVAS
Partida Cantidad Descripción Costo
Costo total Unitario
PLC marca OMRON. 127 VCA de alimentación. 01 01 40 puntos a 24 veo (24 entradas/ 16 salidas) $ 1051.00 uso $ 1051.00 uso
modelo PCMI-A
02 01 Módulo de expansión marca OMRON 20 puntos a 24
$ 249.00 uso $ 249.00 uso veo (12 entradas/ 8 salidas) 03 01 Interfaz de comunicación RS232 $ 99.00 uso $ 99.00 uso 04 01
Pantalla Digital de cuarzo líqtúdo, marca OMRON. $ 600.00 uso $ 600.00 uso
modelo NTl l S.24 veo. 10 watts.
05 01 Fuente de Potencia de 24 VCO. 100 watts. 127/220
$ 216.50 uso $ 216.50 uso YCA de alimentación. modelo S82K-10024
06 01 Software de Programación de PLC SYSWIN 3.2 para
$ 550.00 uso $ 550.00 uso ambiente WINOOWS
07 01 Software de Programación de pantalla digital $ 40.00 uso $ 40.00 uso 08 15
Relevadores de 24 veo. OMRON, 8 polos a 127 $ 14.30 uso $ 214.50 USD veo. modelo MK-DPDT
TOTAL $ 3020.00 USD
RELACION DE PIEZAS REUTILIZADAS
PARTIDA CANTIDAD DESCRIPCIÓN 01 03 Relcvadores de mercurio oara protección de resistencias 02 03 Pirómetros de 127 VCA 03 01 Interruptor oara encendido de motor de 440 VCA 04 13 Protector tcnnomagnetico para 127 VCA 05 01 Interruptor tem10mae.netico princioal para 440 VCA 06 14 Switch de límite 07 Necesario Cable de diversos calibres
Nota: En esta relación, no se incluye la mano de obra del técnico electricista, ni de programación e instalación así como algunos otros pequeños detalles como el nuevo tablero y sus accesorios para el mismo. Por otra parte, el costo del software de programación se eliminaría en futuras automatizaciones, haciendo un total de $ 590.00 USO.
