El tamaño de la unidad de inyección sí importa. Segunda parte

Definitivamente, debemos hacer los deberes previos cuando vamos a inyectar un molde nuevo en nuestro parque de máquinas. No disponer de una unidad de inyección adecuada puede generar problemas durante toda la vida del proyecto y es como invitar a Murphy y sus amigos a la fábrica.

También debemos llevar a cabo estas comprobaciones cuando decidimos invertir en una inyectora para un proyecto concreto, aunque en estos casos los fabricantes de maquinaria dan el soporte técnico necesario para determinar la unidad de inyección adecuada para dicho proyecto.

Para determinar la unidad de inyección adecuada hay que recurrir a las matemáticas básicas. En los casos de nuevos proyectos que debemos industrializar podemos tener dos situaciones normalmente:

• Proyectos en los que se ha realizado previamente un análisis de simulación de llenado. En estos estudios aparece el volumen de las cavidades y de las coladas o canales de distribución, o incluso sin ellos, en los planos de muchas piezas nos indican el volumen de dicha pieza en cm³ normalmente. Es interesante incluir el volumen de las coladas cuando estas son frías y no está previsto la utilización de canales calientes.
• Proyectos de los que conocemos al menos en la mayoría de los casos el peso de las piezas más la colada. (imprescindible para ofertar precio de la inyección de la pieza).

Con esta información podemos intentar determinar el tamaño de la unidad de inyección.

Veamos un ejemplo:

Piezas y molde:

• Material: polipropileno homopolímero
• Peso de la pieza 60 gramos
• Numero de cavidades 4
• Peso de la colada fría 40 gramos
• Peso total de la inyectada 280 gramos
• Polipropileno con un peso de 280 gramos, o lo que es lo mismo en volumen de PP equivalente de 311,11 cm³ (densidad del PP según data sheet del material, 0,9 g/cm³).

Máquina de inyección.

Si disponemos de una capacidad de inyección máxima de nuestra inyectora, según el manual técnico de la inyectora, de 375 gramos de PS, podemos pensar que tenemos una máquina capaz de fabricar piezas con este molde de 280 gramos de polipropileno.

Un error habitual es que tomamos este dato de peso máximo de inyección de la máquina en los manuales de características de las inyectoras. En estos manuales frecuentemente el dato de peso máximo disponible de inyección suelen darlo basado en PS, poliestireno o también en HDPE, polietileno de alta densidad.

Esta es una diferencia que puede pasar desapercibida pero que es importante. Podemos plantear los siguientes datos:

• Material densidad a 23 °C
• PP 0,9 g/cm³
• PS 1,04 g/cm³

Máquina

Unidad de inyección capacidad de inyección según Manual de la inyectora 375 gramos de PS.

Inyectada necesaria del molde en PP 280 gramos.

• Podríamos calcular el volumen teórico de la unidad de inyección: Unidad de inyección con capacidad para 375 g de PS con densidad 1,04 g/cm³, tenemos un volumen en la inyectora disponible de 360,57 cm³ (375/1,04).
• Podríamos calcular el volumen de inyecciónnecesario para inyectar las piezas del molde: 280 gramos de PP, necesitamos 311,11 cm³ (280g/0,9 g/cm³). Con nuestra máquina, que según el peso máximo de inyección del manual tiene 360,57 cm³, tendríamos suficiente para inyectar los 311,11 cm³ de la pieza de PP a inyectar. Todo parece OK. Podríamos decidir realizar este proyecto en esta máquina concreta y estaríamos utilizando un aproximadamente 86% de la capacidad máxima de la inyectora y que, por tanto, es una unidad de inyección un tanto al límite recomendado pero adecuada.

Desafortunadamente no es así.

Hay que recordar que las densidades que aparecen en los 'data sheets' o fichas técnicas de los materiales plásticos se toman a 23 °C o temperatura ambiente, sin embargo en la inyectora las temperaturas a las que tendremos el material dosificado para ser inyectado fundido serán mucho mayores de estos 23 grados centígrados.

Al calentar el material plástico las moléculas del polímero entran en vibración y se dilatan separándose unas de otras y por tanto aumentan su volumen especifico. Este efecto térmico hace que su densidad disminuya, ya que la densidad es inversa del volumen específico, de modo que la densidad del polímero fundido siempre será menor que la densidad del polímero a temperatura ambiente.

Las densidades de los materiales plásticos en estado fundido no aparecen normalmente en los 'data sheets' y tampoco en muchas informaciones técnicas publicadas.

En el caso que nos ocupa, el PP fundido tiene una densidad decfundido de aproximadamente 0,74 g /cm³ y la densidad del PS fundido es de 0,945 g/cm³. Esto hace que cambie sustancialmente el cálculo realizado anteriormente.

Si tenemos que inyectar 280 gramos de PP, teniendo en cuenta la densidad del PP en estado fundido que es de 0,74 g/cm³, , necesitamos un volumen de inyección en la inyectora de 378,37 cm³.(280/0,74)

Si la inyectora es capaz de inyectar como máximo 375 gramos de poliestireno, y teniendo en cuenta que la densidad en estado fundido del poliestireno es de 0,945 g/cm³, quiere decir que la máquina tiene un volumen máximo disponible de material fundido en la unidad de inyección de 396,8 cm³, (375/0,945).

Estamos justo al límite de los 396,8 cm³ disponibles como máximo en la inyectora según el manual. Estaremos utilizando la capacidad de la unidad de inyección en un 96%. Puede parecer que la máquina de inyección será capaz de inyectar este volumen para este molde. Pero aquí aparece Murphy y sus amigos que han sido invitados a la fiesta.

Hay que tener en cuenta que según prácticamente todas las recomendaciones de los fabricantes de materiales y también de máquinas de inyección, no está recomendado utilizar la unidad de inyección por encima del 65% o 75%.

Se debe añade la problemática de una unidad de inyección con utilización cercana al 100%, muy por encima del 75% máximo recomendado. En un material semicristalino toda la masa debe alcanzar temperaturas superiores a su temperatura de fusión, de lo contrario tendremos infundidos en la masa la cual no será homogénea. Para una correcta fusión de estos materiales, el paso por el husillo debe ser el adecuado apareciendo problemas de homogeneidad con utilizaciones altas de la unidad de inyección.

Este rango de valores % máximos recomendable será un volumen de entre 257 cm³ a 297 cm³ muy por debajo del volumen del molde a inyectar de polipropileno que es de 378,37 cm³.

Además, debemos tener en cuenta cuando comparamos el volumen disponible en la máquina de inyección (396,8 cm³) con el volumen necesario para inyectar la pieza (378 cm³) que hay que añadir el volumen deseado de cojín residual a finalizar la fase de compactación y que, por tanto, hay que añadirlo al volumen de la inyectada para la pieza.

Y finalmente hay que añadir un porcentaje de seguridad del orden del 3 al 10% por posibles fugas eventuales de la punta del husillo.

Si añadimos entonces un 3% de volumen como cojín y un 3% como margen de seguridad, un total un 6% total de incremento sobre el volumen de la inyectada obtendremos el volumen total necesario.

Con todo esto, la suma de volumen de la pieza 378,37 cm³, más el cojín deseado,3%, 11,35 cm³, más 3% de margen de seguridad 11,35 cm³ nos daría un volumen total necesario de 401 cm³.

Como que la inyectora dispone de 396,8 cm³, podemos concluir que esta inyectora no podrá inyectar esta pieza con garantías.

Otro cálculo necesario es el diámetro del husillo. Este, además de determinar la presión especifica disponible, determinará el volumen de inyección adecuado de la inyectora. Aquí el factor para tener en cuenta es como comentado anteriormente el ratio Dosificación / Diámetro de husillo. Este ratio se recomienda que este entre 1 y 3 y como máximo 4.

En nuestro ejemplo, la inyectora con la que se han realizado los cálculos del ejemplo anterior tiene un diámetro de husillo de 45 mm. Si calculamos la dosis necesaria para inyectar el peso requerido con cojín y margen 401 cm³, nos da una dosificación de 252 mm de dosis, con un ratio de 5,6 (252/45) muy por encima del máximo de 4.

Si vemos el mismo caso con una inyectora de husillo de diámetro 60 mm, para inyectar los 401 cm³ de volumen necesario tendríamos una dosis de 141,8 mm con un ratio de 2,36, totalmente dentro de lo recomendado.

No hay que olvidar realizar estos cálculos y dedicar un poco de tiempo a esto, ante nuevos moldes o proyectos y la asignación a la inyectora adecuada y también, por supuesto, ante la compra de un inyectora para un proyecto concreto. De lo contrario, Murphy y sus amigos se quedarán en la plantilla fija, en nómina, durante mucho tiempo.

José Ramón Lerma es autor de los libros: '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 y, del recientemente editado, 'Scientific Injection Molding Tools. Productividad a través del dominio del proceso'. Ambas publicaciones, comercializadas 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

Estamos justo al límite de los 396,8 cm³ disponibles como máximo en la inyectora según el manual. Estaremos utilizando la capacidad de la unidad de inyección en un 96%. Puede parecer que la máquina de inyección será capaz de inyectar este volumen para este molde. Pero aquí aparece Murphy y sus amigos que han sido invitados a la fiesta

No hay que olvidar realizar estos cálculos y dedicar un poco de tiempo a esto, ante nuevos moldes o proyectos y la asignación a la inyectora adecuada y también, por supuesto, ante la compra de un inyectora para un proyecto concreto. De lo contrario Murphy y sus amigos se quedarán en la plantilla fija, en nómina, durante mucho tiempo