Conceptos que hacen mas fácil la vida en la planta de inyección: Factor de intensificación

En la unidad de inyección se produce lo que los técnicos en hidráulica y neumática conocen muy bien y es el llamado efecto multiplicador de presión. Este efecto, por el contrario, no es tan conocido por los técnicos de inyección y sin embargo deberíamos conocerlo. Es más, deberíamos conocer de cada una de las inyectoras de nuestro parque de maquinaria cuál es el efecto multiplicador de la unidad de inyección instalada. Después veremos por qué es tan importante conocer este valor de multiplicación.

Imaginemos una unidad de inyección de una hipotética máquina. En esta máquina tenemos una sección del pistón de inyección de 100 cm² (aproximadamente un diámetro de 112 mm) y una presión de inyección hidráulica alcanzada de 100 bares. También tenemos en esta unidad de inyección un diámetro de husillo de 10 cm² (aproximadamente un diámetro de 35 mm).

En ese pistón de inyección obtendríamos una fuerza aplicada sobre el material de 100 cm2 x 100 bares = 10.000 kg. Cuando esta fuerza es aplicada sobre una sección de 10 cm² del husillo, la presión especifica ejercida sobre el material, en este caso es de 1.000 bares (10.000 kg por cm² / 100 cm²).

En resumen, una presión hidráulica de inyección de 100 bares se han convertido en una presión especifica sobre el material en la punta del husillo de 1.000 bares. Esto equivaldría, en el ejemplo, a un factor de multiplicación o un 'intensification ratio' de 1:10.

Multiplicador de presión.

La gráfica corresponde a una máquina de inyección de un conocido fabricantes de inyectoras austriaco. En ella podemos ver la relación entre presión de inyección hidráulica y presión de inyección específica o también llamada relación de intensificación o 'intensification ratio'.

Se puede observar como en una misma unidad de inyección se pueden obtener diferentes presiones específicas de inyección en función del diámetro de husillo. Ejemplo de presión de inyección hidráulica de 100 bares, en el caso de tener montado un diámetro de husillo de 52 mm, la presión específica ejercida es de 750 bares, factor de multiplicación de 1:7,5.

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

Y finalmente, en el caso de tener un diámetro de husillo de 40 mm, la presión específica ejercida seria de 1.250 bares, factor de multiplicación 1:12.5. Este factor multiplicador es llamado 'ratio de intensificación Ri' o 'ratio multiplicador' o 'intensification ratio'.

Gráfica 1. Correlación entre presión hidráulica y presión específica.

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

Volvamos a la gráfica 1 donde podemos ver las distintas presiones específicas obtenidas con una misma presión hidráulica de inyección, en función del diámetro de husillo utilizado.

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

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

Si por el contrario, el proceso lo trasladamos a una inyectora de nuestro parque de máquinas que tiene un factor de intensificación de 1:12.5, supondría aplicar, con la misma presión hidráulica homologada de 90 bares, una presión específica sobre el material de 1.125 bares, muy por encima de la presión objetivo de 900 bares. En estas condiciones muy probablemente obtendremos piezas con rebabas, con exceso de presión, mayores dimensiones, mayor peso, etc.

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

Esta es una de las causas que explican por qué a veces duplicamos los settings de máquinas en máquinas parecidas o incluso que creemos idénticas, pero que tienen distinto factor de intensificación, y obtenemos piezas muy diferentes de las obtenidas en la máquina inicial.

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

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

Hoja de cálculo de conversión de presión.

Podemos ver en la hoja de cálculo que en la inyectora A, con un factor de multiplicación de 10:1, tenemos una presión hidráulica de 121 bares. Para duplicar el proceso en la máquina B con una relación de multiplicación de 8:1, la presión equivalente calculada es de 151,25 bares. En ambos casos tendríamos una presión específica sobre el material de 1.210 bares.

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

José Ramón Lerma es autor del Libro Manual Avanzado de Inyección de Termoplástico, que tiene como objetivo ser, por un lado, una herramienta para la formación y, por otro, un manual de ayuda para todo el personal de una empresa de inyección de plásticos. El libro, comercializado por Plásticos Universales / Interempresas (libros@interempresas.net), consta de detallados casos prácticos, amplia información de moldeo científico y un ‘pendrive’ con 20 hojas de cálculo y herramientas de SC Molding o Scientific Injection Molding, además de optimización y definición de proceso, lo que lo hacen único en el mercado. Página web sobre Scientific Injection Molding: www.asimm.es

Más información sobre los cursos Scientific Molding online impartidos en Inefco, en los que José Ramón Lerma es tutor https://www.ieaula.com/home/31-procesos-avanzados-de-inyeccion-de-termoplasticos.html