Los controles influyen de forma importante en el proceso y su estabilidad

El descubrimiento del frente de material fundido

Christopherus Bader y Simon Christian Zeller. Priamus AG (distribuido en España por RobotPlus, S.L.)24/10/2011

La tecnología de los sensores. El proceso de moldeo por inyección puede ser considerado como una secuencia temporal de procesos de conmutación bien definidos. Ambas secuencias, la del controlador de la máquina y las relacionadas con el moldeo, tales como la apertura y cierre de los canales de alimentación, están controladas por los susodichos procesos de conmutación. Sistemas de conmutación de alta velocidad eliminan antiguos e inestables procesos así como moldeados defectuosos en los sistemas de producción actuales.

La calidad del control de una máquina o la de un excelente sistema de control en circuito abierto o cerrado, es definida en última instancia, por la repetitividad de la velocidad, fiabilidad y precisión del proceso de conmutación que se lleva a cabo. Los siguientes ejemplos ilustran el comportamiento de diferentes procesos de conmutación y explican su influencia en las propiedades de flujo de la masa fundida, en las características de moldeo y en el control de procesos.

Componente de plástico para dispositivo de ventilación. Se sitúa un sensor de temperatura al final de la trayectoria del flujo para comprobar si está completamente llena.

Tiempos de reacción lentos y rápido

El retardo de las señales de control influye de manera importante en el desplazamiento de la materia plástica fundida, particularmente durante el proceso de inyección. Dependiendo del método de control, existe un cierto intervalo de tiempo desde el momento en que se genera la señal de control y aquel en que realmente actúa. Por ejemplo, para abrir una boquilla de alimentación que se encuentre cerrada durante el proceso de inyección en función de la presión, el umbral operativo de la señal de presión en una cavidad se prefija, por ejemplo, en 100 bares. En sistemas de control lentos, con un retardo de tiempo largo, el tiempo necesario para que la señal alcance su objetivo es relativamente largo, permitiendo que la materia fundida continúe fluyendo. En sistemas con control dinámico de alta velocidad, por el contrario, este intervalo es muy corto, permitiendo en consecuencia tan solo un leve desplazamiento del fundente en la cavidad.

Para poder controlar el proceso, es fundamental conocer en todo momento, así como en cualquier condición, la posición de la materia, para de esta forma poder influir en las líneas de soldadura (la superficie de contacto de los frentes del fundente) y finalmente el correcto llenado de la cavidad. Es por ello muy importante asegurarse de que el proceso de control reacciona rápidamente y con una precisión estable. En los sistemas de control normalmente existentes en el mercado, se han encontrado tiempos de reacción variables, tanto largos como cortos. (Fig. 1)

Fig. 1. Distancias recorridas por el flujo para diferentes tiempos

de reacción en el proceso de inyección. El fundente alcanza

diferentes distancias dependiendo de la sección de la cavidad y

del retardo de tiempo del sistema de control

El volumen inyectado también se ve afectado por la diferente geometría de la cavidad.

Mientras que el avance del fundente, en un sistema con tiempo de reacción rápido (0.5 ms.) es estable con diferentes velocidades de inyección, en sistemas lentos (25 ms.) el control de éste es más problemático. En resumen, podría establecerse que cuanto más lenta sea una señal de control, peor es el conocimiento de la situación del fundente y su posible control.

Diferentes métodos de conmutación

Fig. 2. Distancias recorridas por el flujo de cuatro procesos

de control con diferentes con diferentes temperaturas del fundente.

Solamente cuando se emplea el control automático de la temperatura de

la pared del molde, se consiguen recorridos iguales del fundente,

como se muestra por medio de la desviación estándar.

No solamente es el retardo de tiempo, sino también el método de conmutación de los parámetros los que afectan al recorrido del fundente, y a la estabilidad del proceso. Por este motivo, los cambios de nivel de las señales de conmutación para mantener la presión se han mostrado gráficamente durante muchos años en muchos controles de máquinas. Es por este motivo por lo que, el control de la posición del tornillo por medio de los cambios precisos y estables de las señales, se haya utilizado como argumento de venta en las máquinas de inyección. Lo que frecuentemente se olvida, es que el llenado de un molde de inyección puede estar sujeto a importantes fluctuaciones, incluso aunque la máquina indique que el proceso es uniforme. Esto puede verse, por ejemplo, en el componente de un sistema de ventilación de un vehículo a motor de una compañía japonesa (Koyo Kasei) (foto del inicio), donde un sensor de temperatura en la pared del molde detecta el final del proceso de llenado. Si la materia fundida alcanza el sensor situado al final del recorrido del flujo, el sistema automáticamente actúa para detener la presión y una señal de “pieza buena” es emitida. Si la posición del sensor no es alcanzada y la pieza no es totalmente moldeada, la “pieza mala” es automáticamente desechada.

Los procesos de control normalmente utilizados hoy en día son:

Control dependiente del recorrido en función de la posición del tornillo.

Control dependiente de la presión en función de la presión en la cavidad.

Control automático tras la detección de un incremento de la presión en la cavidad (detección frontal del frente de materia fundida).

Control automático tras la detección de un incremento de la temperatura (detección frontal del frente de materia fundida).

Estos controles influyen de forma importante, tanto en el proceso como en su estabilidad. Los dos primeros aquí mostrados, difieren fundamentalmente en el control automático del proceso, de diferentes modos. Ambas señales, las dependientes del desplazamiento o de la presión, tienen que ser siempre optimizadas para una situación de trabajo determinada, lo cual debe establecerse manualmente o a través de un estudio específico del llenado para una máquina determinada y un material específico. Si los ajustes de la máquina o las propiedades del material cambiaran, el proceso de optimización deberá repetirse.

Por el contrario, los procesos automáticos de control, se adaptan automáticamente a las condiciones específicas y suministran señales de control muy precisas independientemente de los ajustes iniciales. De este modo, no solo se elimina la necesidad de encontrar unos ajustes iniciales aceptables, sino que también se ahorran los laboriosos procesos para encontrar estos ajustes. Y lo que es más importante, las consecuencias resultantes cuando las condiciones del proceso cambian, como a menudo suele ocurrir en la práctica.

En un estudio comparativo (máquina: 320 Tn; material: poli estireno Type 495F, fabricante: BASF SE), la temperatura del fundente fue modificada a lo largo de su máximo rango. Considerando el pequeño volumen inyectado del parcialmente lleno elemento de prueba y del comparativamente estable comportamiento de la máquina de moldeo de inyección eléctrica, solo hubo pequeñas diferencias en las distancias recorridas por el flujo (Fig. 2).

Estos resultados hubieran sido más acusados si los moldes empleados hubieran sido mayores y las características de la máquina peores. Pero incluso bajo estas “homeopáticas” condiciones de inyección, queda claro que dos procesos diferentes, uno dependiente del desplazamiento y el otro de la presión, no pueden reaccionar a fluctuaciones del proceso y automáticamente generan diferentes recorridos de la materia fundida.

Estos dos procesos automáticos de control no generan cambio alguno en la distancia recorrida por el fundente, que se corresponde con la situación ideal en producción. La pequeña desviación estándar también favorece el proceso automático de control. Por esta razón, manipuladores de plástico con señales de control dependientes del desplazamiento, también durante la conmutación con un cambio de presión, generalmente tienen que anticipar una mayor probabilidad de piezas defectuosas. En las mismas series de pruebas con las varillas de pruebas parcialmente llenas, solamente la señal de control generada automáticamente al detectar el aumento de temperatura no influyó en la distancia recorrida por el flujo. El mayor cambio en el recorrido del flujo fue observado con la señal de control dependiente de la posición del tornillo.