MP-100 - PIGMENTOS DE BAJA DISTORSIÓN ESTRUCTURAL PARA LA COLORACIÓN DE PIEZAS MOLDEADAS.

Algunas de las aplicaciones más conocidas de los pigmentos orgánicos pueden encontrarse en la industria de bebidas, en donde se emplean en los tapones y cajones de botellas. Los fabricantes de concentrados de color Masterbatch y de maquinaria de moldeo por inyección deben tomar las medidas necesarias para evitar la distorsión de la parte final. Este artículo describe algunos de los términos fundamentales en relación con la distorsión estructural o alabeo y el uso de pigmentos orgánicos, y puede ayudar a los usuarios de pigmentos orgánicos a evitar algunas dificultades frecuentes o a poner en práctica soluciones que eviten la distorsión.

Alabeo y contracción

El alabeo y la contracción hacen referencia a fenómenos observados en las partes moldeadas por inyección una vez finalizado el proceso de moldeo. La contracción es inevitable, y se debe a la contracción térmica de la parte moldeada por inyección durante su enfriamiento, en relación con las dimensiones del molde. La magnitud de la contracción es significativamente mayor en los polímeros semicristalinos en comparación con los amorfos, debido a la contracción adicional que se produce durante la cristalización del polímero, que conduce a un material con un mayor grado de orden a escala molecular y con mayor densidad a escala macroscópica. El resultado es un volumen menor, a costa de una mayor contracción.
En contraste, la distorsión estructural o alabeo hace referencia a la contracción diferencial o anisotrópica de una parte dada, a lo largo de sus tres ejes. Tiene como consecuencia la distorsión de la parte, el empeoramiento de su comportamiento mecánico y un peor ajuste geométrico con otras partes, por ejemplo a cajas o cajones apilables. Tanto en el alabeo como en la contracción pueden influir negativamente muchos factores, entre ellos las condiciones de moldeo y la presencia de pigmentos orgánicos que induzcan distorsión.

Factores que influencian la contracción

La distorsión de una parte sólo puede detectarse después del proceso de moldeo por inyección, si bien hay otros factores, aparte del procesamiento, que influyen en ella. Aparte de los muchos factores asociados al proceso, hay que tener en cuenta el diseño de la parte, el diseño de la herramienta y, por supuesto, los parámetros del material. Las investigaciones han demostrado que la temperatura de fusión y de moldeo, la velocidad de inyección y la presión de retención son factores vitales, en lo que respecta a los parámetros de proceso. En general, es posible modificar fácilmente estos factores para obtener partes con una distorsión sustancialmente reducida. Es más, estos factores tienen una influencia mínima en los costes de moldeo y no incrementan sustancialmente la duración del ciclo. Por contra, el diseño de la parte deja menos margen de maniobra, y su influencia en el efecto de la contracción diferencial no es despreciable. Las zonas de mayor espesor de la parte se enfrían mucho más despacio que las de menor espesor; esta diferencia en la velocidad de enfriamiento afecta al grado de cristalización y a la orientación de las esferulitas.
Otro factor sobre el que sí se puede actuar es el diseño de la herramienta. En este caso, existe ante todo la posibilidad de compensar la contracción y el número y tipo de puertas. No es posible dar directrices generales, porque dependen fuertemente del tipo de parte que se desee fabricar. Los fabricantes de herramientas disponen de herramientas modernas de simulación por ordenador, que pueden ayudar a reducir la influencia de la maquinaria.
En este trabajo, haremos más énfasis en los parámetros del material que influyen en el comportamiento de contracción. Por supuesto, los distintos tipos de plásticos tienen distintas magnitudes de contracción, sobre todo cuando se comparan plásticos amorfos y semicristalinos. Pero incluso dentro de un mismo grupo de plásticos (por ejemplo, HDPE) la contracción y, eventualmente, la extensión de la distorsión dependen en gran medida de factores como la masa molecular, el grado de polimerización y ramificación o la distribución del peso molecular. A la hora de moldear partes, es preciso tomar en consideración todos estos factores y, cuando la distorsión sea de gran importancia, no se deberá modificar la calidad del polímero. Cuanto mayor es el peso molecular de un polímero, menor es su tendencia a la distorsión, y lo mismo ocurre cuanto mayor es su ramificación.
La cantidad y el tipo de aditivos, y sobre todo el tipo de pigmento, ejerce un papel muy importante en la distorsión. Pequeñas cantidades de estabilizadores o de restos de catalizadores de polimerización pueden actuar como agentes de nucleación e influir en la contracción diferencial. Esto tiene poca importancia para el usuario final si se emplea siempre la misma calidad de plástico, porque la cantidad de estos aditivos añadidos intencionadamente varía poco de un lote a otro, pero su influencia puede ser considerable si hace variar la calidad. Se sabe que las cargas con una relación entre dimensiones alta, como las fibras de vidrio, inducen una distorsión considerable. Las fibras de vidrio, que son muy alargadas, provocan la alineación de las cadenas de polímero en la dirección de inyección. La orientación de las cadenas de polímero produce una orientación de las áreas cristalinas y, en último término, es responsable de la diferencia de contracción longitudinal y transversalmente a la dirección de flujo.
Algunos pigmentos también producen nucleación del polímero fundido y contribuyen a la distorsión de las partes. Para investigar con exactitud su influencia es preciso establecer un método preciso y fiable, que elimine todos los factores anteriores.

Medición de la distorsión

Resulta preciso establecer un procedimiento fácil y cómodo para el usuario, análogo al de otros métodos de medición normalizados. Y, para garantizar resultados fiables, este método de medición debería tener un alto grado de reproducibilidad y repetibilidad. ISO o ASTM sólo especifican un método normalizado para medir la contracción; sin embargo, puesto que la contracción y la distorsión son fenómenos relacionados, es posible utilizar los procedimientos definidos en las normas DIN EN ISO 294-4 y ASTM D922-00 a los efectos de esta investigación, aunque deben definirse parámetros de prueba adicionales que permitan predecir con precisión el comportamiento de distorsión.
Utilizaremos una lámina rectangular de 6 x 6 x 2 mm. Se moldean diez láminas a partir de placas pigmentadas y una a partir de una placa no pigmentada, y se miden las dimensiones de las partes individuales (longitud y anchura). La contracción perpendicular a la dirección de flujo es, en todos los casos, menos pronunciada en las proximidades del punto de inyección que en el punto opuesto. Esto se explica por el hecho de que el polímero fundido cristaliza más tarde cerca del punto de inyección que al final del flujo. La presión de retención puede compensar en gran medida la contracción en las proximidades del puerto. La contracción paralela al flujo es insignificante a efectos de evaluación de la tendencia a la distorsión, mientras que la contracción perpendicular al flujo en el punto opuesto al punto de inyección es un buen indicador del comportamiento de distorsión. El factor interno FI es paralelo y perpendicular al flujo. El factor FI puede calcularse a partir de la contracción de la placa pigmentada y no pigmentada.

El comportamiento de distorsión puede determinarse mediante el factor perpendicular al flujo y guarda buen correlación con las aplicaciones reales. Los pigmentos pueden clasificarse por su factor interno FI. Si el valor está comprendido entre 0 y 10, el pigmento se considera de baja distorsión; entre 11 y 20 es ligeramente distorsionante y por encima de 20 tiene un fuerte efecto de distorsión.

Influencia de los pigmentos en la distorsión

Los estudios de microscopía óptica con empleo de luz polarizada muestran una estructura semicristalina modificada, en comparación con las muestras no pigmentadas. La última muestra de HDPE tiene una estructura regular de esferulitas de unos 5-10 _m. La misma placa, pigmentada con un azul de ftalocianina de aplicación general (P. BL. 15:3) que, según nuestra prueba, produce un alto comportamiento de distorsión, exhibe una estructura muy fina de esferulitas de tamaño mucho menor (1-5 _m) 1). Además, la orientación de los cristales de PE en la placa pigmentada es diferente a la de la placa no pigmentada. Las cadenas poliméricas son preferentemente perpendiculares a la dirección del moldeo por inyección en el caso de la placa no pigmentada, y paralelas a la dirección de moldeo en el otro caso. Esta observación permite explicar la razón de la distorsión, y la relaciona con la estructura microscópica del material. Cualquiera de las placas pigmentadas coloreadas con un pigmento de baja distorsión muestra la misma textura que la placa no pigmentada. Algunos pigmentos, principalmente orgánicos, producen nucleación del HDPE, pero ¿cuál es el factor desencadenante?
Esta nucleación heterogénea no se basa en el crecimiento epitaxial de las esferulitas de polímero en las aristas o en las caras de las superficies cristalinas del pigmento 2). Sirva como prueba de ello el hecho de que diferentes pigmentos con celdas cristalinas totalmente distintas producen nucleación del mismo polímero e, inversamente, un mismo pigmento es capaz de producir nucleación y distorsión en distintos entornos polímeros. Como ejemplos del primer y del segundo caso cabe citar los pigmentos de ftalocianina de aplicación general (P. Bl. 15:1, P. Bl. 15:3, G. G. 7, P. G. 36). Virtualmente no existe ninguna diferencia entre el comportamiento de distorsión de las formas cristalinas alfa y beta de este pigmento, ni entre las versiones clorada y bromada, pese a que existen importantes diferencias entre las estructuras cristalinas de unas y otras. Estos pigmentos también exhiben un considerable comportamiento de nucleación en otro polímero semicristalino, por ejemplo, PBT. Todos los pigmentos comerciales tipo perileno (P. R. 149, P. R. 178, P. R. 179) exhiben comportamiento de nucleación y distorsión en HDPE y en PBR, independientemente de la celda cristalina del grupo, o en relación con los pigmentos tipo ftalocianina.
Como ya se ha mencionado anteriormente, los pigmentos inorgánicos como TiO2, P . Y. 53, P. Br. 24, P. Y. 184, P. Bl. 28, P. Bl. 36, P. G. 17 y P. G. 50 no exhiben comportamiento de distorsión, o sólo lo exhiben en muy pequeña medida. Podría concluirse que el factor contribuyente es el mayor tamaño de partícula de los pigmentos inorgánicos en relación con los orgánicos. Por ejemplo, P. Y. 53, con un tamaño de partícula de 920 nm (determinado por centrifugado en disco), en comparación con dos tipos diferentes de P. Y. 138 (isoindolina), con tamaños de partícula diferentes (480 nm y 300 nm) prácticamente no mostró ninguna influencia del tamaño de partícula en el comportamiento de distorsión. El mismo efecto se observa en el comportamiento de distorsión de pigmentos de diferentes tamaños de cristal, utilizando distintos tipos de alfa ftalocianinas. El valor FI medido es superior a 20 en todos los casos.
En el caso de los materiales plásticos reforzados con fibra de vidrio, se sabe que la alta relación entre dimensiones de las fibras y, por tanto, su alineación en la parte moldeada durante el proceso de moldeo por inyección es la causa de la distorsión. Sin embargo, no son aplicables correlaciones similares a los cristales de los pigmentos. Se estudió la correlación entre comportamiento de distorsión y forma cristalina en dos muestras de pigmentos de azul de ftalocianina. El pigmento con una forma cristalina de aguja exhibió un bajo comportamiento de distorsión, mientras el pigmento de cristales cortos y gruesos mostró una tendencia a la distorsión elevada. Esta observación contradice al comportamiento de distorsión de la fibra de vidrio, de lo que se deduce que la forma del cristal en sí no puede ser responsable del comportamiento de distorsión.
Además, la polaridad de la superficie del pigmento y su capacidad para inducir la nucleación del polímero fundido tienen influencia en el comportamiento de distorsión. A partir de estas conclusiones, se han desarrollado nuevos pigmentos que basan su bajo comportamiento de distorsión –bien contrastado–, ya sea en la modificación de la morfología del pigmento o en la aditivación con compuesto de enmascaramiento superficial.

Autor: Ing. Elvio González

Fuente: Consultoría Industrial en base a datos propios y reportes BASF.

-

M-101- LAS VENTAJAS QUE OFRECE EL CIERRE TIPO "RODILLERA" EN LAS PRENSAS DE INYECCIÓN.

El sistema denominado "cierre a rodillera" es ampliamente utilizado en prensas de inyección desde 140 hasta 800 toneladas de fuerza de cierre.
Este sistema tiene ventajas respecto al sistema denominado "cierre hidráulico", de mayor espectro de utilización. Practicamente para prensas de 800 toneladas de fuerza de cierre hacia arriba, el sistema empleado es el de cierre hidráulico.
Existen en la actualidad, constructores de prensas que están volviendo a emplear el cierre a rodillera para prensas de 2000 toneladas hasta 3000 toneladas de fuerza de cierre.
Cabe señalar que prensas con cierre a rodillera de tales dimensiones (hasta 3.000 toneladas) no se pueden fácilmente localizar en el mercado. Asi mismo, ésta es una decisión inusual, ya que habitualmente se proponen prensas en versión cierre hidráulico. En este caso el conjunto de cierre a rodillera ha sido elegido por diferentes razones. A continuación se realizan algunas consideraciones sobre las ventajas ofrecidas.
Antes de todo es oportuno evidenciar que el conjunto de cierre a rodillera es formado por un sistema de bielas que, gracias al principio de varillaje y mediante un cilindro hidráulico, permite de multiplicar la fuerza que ha sido aplicada. Las prensas con cierre a rodilllera ofrecen entonces un notable ahorro energético, ya que la aplicación de una fuerza relativamente pequeña permite conseguir una elevada potencia de cierre, justamente por el efecto multiplicador de la rodillera.
Al considerarse los parámetros característicos de la unidad de cierre de una prensa convencional como lo es la fuerza de cierre nominal, el máximo recorrido del plato móvil y las distancias entre las columnas, la relación entre la energía aplicada y el resultado final en el molde -es decir la fuerza de cierre- puede ser incluída entre 1/20 hasta 1/24. Podemos expresar lo anterior diciendo que si aplicamos una fuerza equivalente a 100 toneladas en el cilindro de accionamiento, por el efecto multiplicador de la rodillera, obtenemos sobre el molde una fuerza de cierre entre 2.000 a 2.400 toneladas. Esto ya es una gran ventaja frente al sistema hidráulico directo puro.
Un cilindro oleodinámico sujetado a la cabeza o a la placa de reacción permite de activar la parte central -llamada "cruceta"- a fin de poder conseguir el acercamiento del molde. Al acabarse la fase de acercamiento, la presión en el cilindro oleodinámico alcanza el valor máximo que permite conseguir la fuerza necesaria.
El conjunto de cierre a rodillera, entonces, es particularmente seguro, sobre todo durante la fase de cierre. Otras ventajas son representadas por la posibilidad de conseguir movimientos veloces y por el tipo de mantenimiento mínimo que necesita, que es mucho más simple que la de las prensas con cierre hidráulico.
En sintesís, el conjunto de cierre a rodillera ofrece las siguientes ventajas:
- rápidos movimientos de cierre/ apertura (esto favorece la disminución del tiempo de ciclo).- cilindros hidráulicos de pequeñas dimensiones.- mantenimiento constante de la fuerza de cierre, también al terminarse la fase de cierre.- facilidad de montaje del extractor oleodinámico, gracias al espacio disponible.
Este tipo de prensa es normalmente muy utilizado para piezas que no necesitan recorridos muy largos; por dicha razón son ampliamente utilizadas en los sectores urbanístico, automovilístico y de los grandes electrodomésticos (blanco). Cuando una pieza inyectada tiene gran "profundidad", puede optarse por prensas con sistema hidráulico las cuales nos proporcionan mayor distancia de apertura entre los platos, con una mayor carrera para la expulsión del producto.

Autor: Ing. Elvio González

Fuente: Consultoría Industrial en base a información propia.

PI-102 - PROCESO SINTÉTICO DE INYECCIÓN DE PLÁSTICOS

Proceso de Moldeo por Inyección.

El moldeo por inyección ha sido una de las herramientas de fabricación más importantes para la industria del plástico desde que se patentó la máquina de tornillo reciprocante en 1956. Se utilizan en interiores de automóviles, coberturas de dispositivos electrónicos, artículos para el hogar, equipos médicos, discos compactos, juguetes, cajones, baldes, contenedores para alimentos, tapas de botellas, etc.

En el proceso de moldeo por inyección se funde el plástico en un sector de la máquina inyectora llamado unidad de plastificación y se utiliza el tornillo o husillo de la misma para inyectar el plástico en un molde donde se enfría. La velocidad de movimiento del fluido y su consistencia vinculada a la fluidéz del material a altas temperaturas (200 a 250°C), son elementos claves para que la operación de moldeo por inyección sea exitosa, ya que los márgenes de ganancia generalmente están por debajo del 10 por ciento de las ventas (utilidad neta).

Velocidad.

Un taller moldeador maximizará la producción al minimizar el tiempo del ciclo, que es la cantidad de tiempo necesario para fundir el plástico, inyectarlo en el molde, enfriarlo y extraer una pieza terminada.

Utilizar moldes más grandes para producir más de una pieza cada vez que la máquina realiza un ciclo también puede aumentar la producción. Estos moldes se conocen como moldes de cavidades múltiples.

Consistencia.

El procesamiento más consistente es el resultado de un control cuidadoso de la temperatura del plástico, presión del plástico a medida que llena el molde, la velocidad a la que el plástico llena el molde y las condiciones de enfriado. Estas cuatro variables primarias de moldeo son independientes y con frecuencia pueden utilizarse para comprender los cambios en el proceso y solucionar problemas. Si bien las variables se aplican a prácticamente todos los procesos de moldeo por inyección, el proceso será levemente distinto en cada negocio, según la aplicación, el plástico utilizado y las preferencias del moldeador.

Velocidad de llenado.

En las aplicaciones de paredes delgadas (menor a 2 mm de espesor), el material debe inyectarse en el molde tan rápido como sea posible para evitar que el plástico se endurezca antes de que la cavidad del molde se llene por completo. Por lo general, las más recientes tecnologías de resinas y maquinarias en el área se concentran en rellenos más rápidos y sencillos, en el órden de los 3 segundos de tiempo de llenado del molde para piezas entre 200 y 1000 gramos. En piezas más pequeñas, este tiempo puede llegar a menos de 1 segundo.

El moldeo de paredes delgadas se logra utilizando máquinas que pueden inyectar material en menos de 3 segundos y son lo suficientemente grandes como para soportar moldes de gran tamaño y múltiples cavidades.

Los moldes de cavidades múltiples, pueden tener por ejemplo una cadencia de 100 piezas por cada ciclo; un ciclo típico en el órden de los 45 segundos daría como resultado promedio una pieza cada 2,22 segundos; muy difícil de obtener por otros procesos industriales distintos al del moldeado por inyección.

Prensas inyectoras.

Los objetivos de las prensas inyectoras son:

Realizar el cierre del molde, y mantenerlo cerrado durante el proceso de inyección propiamente dicho, mediante cierres de accionamiento mecánico, hidráulico, eléctricos o mixtos. Además, plastificar el material e ingresarlo al molde a una presión de alrededor de 500 bar (kg/cm2).

La forma final de la pieza, y su estabilidad dimensional, se logra mediante la evacuación de calor a través de la circulación de agua en el molde durante un tiempo de molde cerrado llamado de mantenimiento de la presión.


Autor: Tec. Liliana Schabehorn
Fuente: Consultorìa Industrial en base a datos de P.Dow.

PI-101 - FLUJO DEL MATERIAL PLASTICO DENTRO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE.

La viscosidad del polímero aumenta al enfriarse en contacto con las paredes del molde.

Los polímeros son materiales cuyas viscosidades son muy altas, por lo que su flujo es lento y complicado. La razón de esto es que son cadenas muy largas de unidades más simples (monómeros), a causa de lo cual los polímeros presentan una orientación con respecto al esfuerzo cortante al que han sido sometidos. En general, es conveniente eliminar lo más posible la orientación de las moléculas, propiedad que se contrapone a la rapidez de moldeo (y por tanto al costo). Sin embargo, si el estrés (estado de tensión interna) debido a una orientación extremadamente alta no se libera, la pieza se deformará al enfriarse o al calentar el material en su aplicación.

El polímero entra en el molde y se va acumulando desde el punto de entrada, arrastrándose por las paredes y empujando el polímero en el centro. Cuando este toca las paredes del molde, comienza a enfriarse y solidificarse. Esto ocurre con cierta baja orientación, pero cuando se va llenando la cavidad en capas posteriores lejanas a la pared del molde, la orientación se incrementa y un inadecuado enfriamiento congela los estreses generados, siguiendo un perfil de velocidades semejante al del flujo parabólico en un tubo.

El flujo de un polímero a través de una cavidad rectangular se puede estudiar utilizando condiciones isotérmicas, o con el molde a temperaturas menores que la Tg (temperatura de transición vítrea) del polímero a estudiar. Para los experimentos en condiciones isotérmicas, se observa que el tipo de polímero no modifica el flujo, que mantiene un perfil de velocidades constante, con un flujo radial después de la compuerta (punto de inyección) hasta llenar las esquinas. Después, el flujo se aproxima a un flujo tapón, perdiendo movilidad en las zonas de contacto con la pared fría.

El flujo de cada polímero es estudiado por la reología, y hoy existen paquetes interesantes de software informático para simular todos los aspectos reológicos de la inyección de plásticos.

Una aproximación al estudio del flujo de polímeros en el llenado de un molde es la ecuación de Hagen y Poiseuille, la cual considera parámetros en el régimen laminar. Esta ecuación, despejada para la viscosidad del material es:

(ver fòrmula en la parte superior / imágen)


Donde: η = Viscosidad
r = Radio del tubo o canal
ΔP = Caída de presión
L = Longitud del tubo
Q = Flujo volumétrico
τ = Esfuerzo cortante
Gama-punto= Velocidad de corte


Para el diseño de los canales en el molde, se observa de la ecuación anterior que la velocidad de corte y la viscosidad se ven afectadas por el diseño del radio del canal. Si el flujo volumétrico y la caída de presión se mantienen constantes, en condiciones isotérmicas entre los ciclos de moldeo, la viscosidad permanece constante y por lo tanto se espera que la calidad de la pieza moldeada sea constante.

En la práctica, los ingenieros toman en cuenta que los polímeros son fluidos no newtonianos (particularmente. son materiales viscoelásticos). Por lo tanto, se deberán hacer correcciones a la fórmula anterior dependiendo de para qué plástico se realizará el molde. También se utilizan "curvas de viscosidad", que grafican η frente a gama-punto (velocidad de corte).

Un parámetro importante en el flujo incluye la temperatura; otra buena aproximación a polímeros obedece a la ecuación de Arrhenius.


Autor: Ing. Elvio González
Fuente: Consultoría Industrial en base a datos de Morton Jones.

DP-101 - EL DISEÑO PLURIDISCIPLINARIO DEL PRODUCTO TERMOPLÁSTICO INYECTADO

He visitado algunos paises latinoamericanos y europeos, y al igual que en Argentina, es común observar la presencia de empresas altamente especializadas y equipadas para abordar el diseño computacional de un producto termoplástico inyectado.

Básicamente es lo que conocemos como arquitectura de producto bajo algún software tipo C.A.D. (Diseño Asistido por Computadora).

Obtenido el modelo bajo C.A.D., ¿está todo dicho respecto al diseño de producto? ¿Transfiero la definición numérica o matemática del producto al constructor de la matríz (molde)? ¿Contacto en este momento a la empresa que realizará la inyección del termoplástico en el futuro molde, o espero para un tiempo más adelante?. Parecen preguntas ingenuas desde el punto de vista de un profesional idóneo que se dedica a la inyección de polímeros temoplásticos; pero no tanto si consideramos que "diseñar" una pieza que será moldeada por el proceso de inyección no deberá generarse solamente desde una oficina cerrada con las mejores condiciones ambientales. Será necesario vincularnos en forma anticipada a todos los proveedores que trabajaran sobre el diseño de producto concebido.

Esto no quiere decir que el diseñador de producto no vaya a tener en cuenta "muchos" factores que interactuarán directamente en el proceso y por lo tanto sobre la "buena salud" del producto, es decir su correcto nivel de calidad, sino más bien que el diseñador de producto no tendrá en cuenta "la mayoría" de los factores críticos que interactuarán durante la etapa de diseño. Será necesario crear un equipo de trabajo pluridisciplinario para llegar a buen puerto en la calidad final de producto inyectado.

Este equipo pluridiciplinario, normalmente está constituído por los siguientes actores:

- Diseñador industrial de producto.
- Representante del vendedor del polímero termoplástico.
- Diseñador de molde o matríz.
- Constructor de molde o matríz.
- Representante de la empresa inyectora.

Por ejemplo, existen piezas tipo cobertores o tapas, inyectadas con materiales de mediana estabilidad dimensional como los polipropilenos con 20 a 40% de talco (carga), de bajo costo, donde las características principales de calidad son evidentemente sus cotas dimensionales, tales como agujeros de ciertos diámetros, donde es fundamental mantener perfectamente las distancias de los "entrecentros". El diseñador de producto puede desconocer o mal fijar las tolerancias del producto vinculadas no solo a la funcionalidad del mismo (tolerancias de ajuste), sino a las tolerancias necesarias para obtener las cotas finales después del moldeo por inyección.

En este punto es fundamental dominar la contracción volumétrica del producto, y más aún la influencia de la contracción vinculadas a la cantidad de puntos de inyección en el molde y el sentido del flujo dentro de la cavidad del mismo. Esto sería sumamente crítico y quizás lamentable si no se tomaron todas las previsiones del caso.

Si estuviera mal conceptualizado el producto desde el punto de vista de la fijación de las tolerancias constructivas (recordemos que estamos hablando de polímeros termoplásticos conformados), el producto arrastraría defectos contructivos al molde, y quien sufriría todas las consecuencias de un mal diseño de producto sería realmente el inyector en la planta procesadora.

Desde el punto de vista de estabilidad dimensional, si el inyector posee los conocimientos técnicos y la experiencia necesaria, puede dominarse la contracción volumétrica alterando estratégicamente parámetros del proceso de inyección tales como temperatura de inyección, temperatura de molde, presión de inyección, presión y tiempo de mantenimiento, tiempo de molde cerrado, etc. Pero todo tiene un límite. El inyector podrá corregir desde el proceso errores provenientes del diseño del producto, pero algo que no podrá corregir será la "inestabilidad del proceso", es decir lograr piezas de características "repetitivas" para diferentes lotes productivos del mismo diseño. Estos son los casos típicos de pérdida del dominio del proceso por inestabilidad dimensional de la pieza.

Por lo tanto, es clave conceptualizar el diseño de producto interactuando con los distintos actores cada uno dentro de su especialidad (diseñador, herramentista, inyector, etc.). En este sentido, recomendamos a nuestros clientes que disponga de un líder o "coordinador piloto" del proyecto que pueda hacer "pivotear" todos los temas vinculados al diseño de producto alrededor de las especialidades que hemos mencionado. Este coordinador piloto tendrá conocimientos firmes sobre selección de polímeros temoplásticos según la aplicación industrial, diseño de producto, construcción de moldes e inyección.

No debemos confundir entonces que la etapa de diseño está finalizada con la arquitectura C.A.D. Menos aún, creer que dicha etapa se mejora solamente con sumarle al diseño C.A.D. la simulación reológica de las condiciones de molde con algún software específico con nombres comerciales tipo xxxxx-flow, etc.

Los simuladores de flujo reológico, los cuales nos permiten simular parámetros y condiciones de moldeo, dependen de un software al cual hay que "cargarle (load)" información técnica confiable. No podríamos decidir que el diseño de un producto es el correcto si se dán las siguientes condiciones: la arquitectura C.A.D. nos satisface desde el punto de vista de la estética del producto, el simulador reológico de flujo nos indica un molde balanceado desde el punto de vista del llenado de material, distribución de presiones y temperaturas, líneas de soldadura, etc. Queda un punto importante: aplicar cien por ciento la experiencia sobre productos similares que ocasionaron problemas de calidad durante su inyección en la planta productora.

Concluyo diciendo que el diseño de producto termoplástico inyectado no es tarea fácil.

Orientamos esta etapa de gestión de proyecto a que la misma sea pluridisciplinaria y participativa. En este modelo el diseñador industrial deja su oficina técnica para interactuar con cada uno de los especialistas y lograr un diseño coherente con el proceso de inyección. Es por esto que actualmente los diseñadores están capacitándose sobre temas vinculados al diseño de moldes y el proceso de inyección (incluso parametría) a los efectos de completar su formación académica y poder así evitar los problemas planteados vinculados a un diseño erróneo.


Autor: Ing. Elvio González
Fuente: Consultoría Industrial en base a datos propios.

PI-100 - ¿POR QUÉ ELEGIR EL PROCESO DE INYECCIÓN PARA TRANSFORMAR UN POLÍMERO TERMOPLÁSTICO?

Es notable la sorpresa que nos causa observar la gran cantidad de artículos de material plástico, técnicamente llamados polímeros, que coexisten en el ámbito diario donde vivimos (nuestro hogar), donde trabajamos, etc.

Dentro de esa inmensa gama de productos de material "plástico", ¿cuáles son los procesos industriales que fueron seleccionados para su fabricación?. Observaremos que la gran mayoría fueron obtenidos por el proceso denominado "inyección en sistema molde-prensa".

Efectivamente, el proceso de inyección de termoplásticos en sistema molde-prensa, tiene los siguientes beneficios:

- Cubre la inmensa gama de piezas de amplia superficie expuesta o "vista" por el usuario.
- Cubre la amplia gama de productos con espesores constantes en el órden de los 0,5 a 6 mm. difíciles de obtener por otros procesos industriales.
- Apto perfectamente para altas cadencias de producción (altos volúmenes de venta anuales).
- Bajo costo de producción por unidad de producto.

Tomando como base lo anterior, ¿cuál será el costo-costo (sin márgen de utilidad) llamado también "costo de venta" por unidad de producto para algunas de las piezas que podemos observar en nuestra vida diaria? También nos sorprende decir que dicho costo puede oscilar entre U$S 0,2 y U$S 15 por pieza (recordemos sin el márgen de utilidad aplicado). Raramente tendremos costos de fabricación totales en el órden de los U$S 30 por pieza, ya que en este caso siempre existirá un proceso alternativo al de inyección a un costo mucho menor (por ejemplo el moldeo por compresión).

De acuerdo, si esos son los costos típicos y de amplio espectro de un proceso de inyección de polímeros, entonces ¿dónde está el principal impacto de ese costo a los efectos de optar por este proceso si estuviera en la situación de un diseñador de producto? pues bien, la respuesta es que aproximadamente el 40 al 60% del costo total de producción corresponde al impacto de la materia prima (polímero) utilizado. Esto quiere decir que el resto del costo total de producción (40 al 60% del resto del costo analizado) corresponde a la mano de obra directa (MOD), costo de operación de máquina / prensa inyectora, costo de estructura de empresa y el prorrateo de embalaje, transporte e investigación y desarrollo.

Evidentemente, el producto termoplástico inyectado es altamente competitivo dentro del mercado de otros procesos tecnológicos equivalentes para procesar polímeros. Además muy coherente con la tendencia actual de sustitución de piezas metálicas por termoplásticas en el campo de los cobertores (tapas, etc.).

Básicamente el proceso de inyección de polímeros, consta de las siguientes etapas:
- Precalentar o secar el polímero (materia prima) en su estado sólido pelletizado (en forma de granza) por ejemplo a 80 grados centígrados.
- Plastificar el polímero en una prensa inyectora, por ejemplo a 250 grados centígrados.
- Inyectar, mediante la prensa, al polímero fundido en un molde, normalmente de acero o aluminio. Esta etapa se realiza a muy alta presión sobre el material, en el órden de los 500 a 1200 bar (50 a 120 Megapascales). El molde en esta fase se encuentra cerrado, soportando la aplicación de la "fuerza de cierre" de la prensa inyectora.
- Abrir el molde y expulsar la pieza conformada.

Luego de seleccionar el proceso de inyección para su producto, el diseñador comenzará a planificar la gestión del proyecto en su totalidad. Típicamente un modelo de gestión de proyecto abarca las siguientes especialidades:
- Creación de la "Definición numérica" de la pieza bajo sistemas CAD, especialmente en 3 dimensiones para piezas "alabeadas" con curvas en el espacio.
- Generación de planos.
- Análisis de riesgo producto-proceso, mediante uso de AMFE (Análisis de Método de Falla y sus Efectos).
- Diseño y construcción de molde (matríz).
- Selección y compra o alquiler de prensa inyectora.
- Capacitación del personal sobre producto y proceso.
- Primera puesta a punto o try out.
- Generación de documentación para el cliente.
- Producción de primeras muestras para ser aprobadas por el cliente.
- Producción de primeras series.
- Producción de series definitivas.
- Implementación del control estadístico de proceso.
- Seguimiento de vida serie de producto.
- Con la experiencia obtenida, lograr transversalización de conocimientos a aplicar en productos futuros similares.


Autora: Tec. Liliana Schabehorn Segura
Fuente: Consultoría Industrial en base a datos propios.

DP-100- TENDENCIAS DE DISEÑO EN PRODUCTOS TERMOPLÁSTICOS INYECTADOS

Los diseñadores industriales juegan un gran papel dentro de la selección de materiales plásticos.

En particular pueden existir tendencias a generar "sensaciones" en los productos para los consumidores, alejando al plástico de su apariencia original.

Será interesante observar las tendencias de los próximos años con respecto a la utilización de materiales plásticos en los productos de consumo.

Los industriales del plástico, no estamos acostumbrados, y en ciertos casos nos parece extraño, escuchar a los diseñadores definir tendencias de su medio vinculadas a la necesidad de cambio de las prácticas actuales.

Detrás de la decisión de un diseñador, existen muchos factores que determinan las tendencias que se utilizan, por ejemplo los desarrollos tecnológicos y el aumento de la cultura del consumo. Estas tendencias, según el rubro, han descendido de 10 años en promedio a 2 años en la actualidad, lo que llamamos el ciclo de vida de la tendencia.

El diseñador, en su descripción de la tendencia, puede apelar a las emociones de las personas que conviven con los productos que compra, los cuales observa en su hogar, oficina, etc. Se pretendería crear una cultura de innovación como tendencia industrial y social, dejando atrás a los fuertes conceptos tradicionales de ventas y finanzas puras.

Si se busca el efecto estético sobre el producto plástico, y la economía de producción, los diseñadores han tomado el buen camino de los polímeros termoplásticos obtenidos por el proceso de inyección.

Si el diseñador industrial interactúa hoy con el ingeniero especialista en materias primas plásticas y con el ingeniero inyector, se generarán escenarios de encuentro donde se optimicen criterios de diseño y de fabricación, incluso de herramentales (moldes).

Es conocido el efecto clásico de un polímero termoplástico inyectado, cual es obtener el producto liso o texturizado, brillante u opaco, por ejemplo. Actualmente los diseñadores industriales tratan de hacernos incursionar en el campo de polímeros que "imiten" efectos que otros productos poseen a un costo de obtención muchísimo mayor, por ejemplo generar elementos con aspecto de joyas, brillo y lúz de color, y polímeros sensibles al calor que cambien de tonalidad.

En esta situación nos estaríamos alejando de la apariencia tradicional de un plástico, buscando la imitación de otros materiales (vidrio, madera, caucho, etc.).

Esto que proponen los diseñadores, ¿es tán importante?. Por supuesto que si, si observamos ciertos estudios donde nos indican que el 70% de las decisiones de compra se toman en el punto de venta, es decir, las personas se guían en gran manera por lo que ven, en el momento en que lo ven.

¿Cómo reflexionamos si un diseñador experimentado nos indica que el próximo año la tendencia que aumentaría nuestras ventas, serán los productos que imiten lo "metalizado", con efectos de brillo y "perlado", a su vez con patrones de textura y color diferentes a los conocidos actualmente?.

Esto exige una industria de inyección muy bien equipada no solo en materias primas termoplásticas, sino en capacidades de máquina, tales como procesos de co-inyección, cromado (metalizado), pintura especial, etc. y con equipos de muy alta cadencia a los efectos de disminuír los costos operativos.

Es necesario, por lo tanto, que los diseñadores hoy interactúen laboralmente con los ingenieros en materiales y en procesos (incluso herramentales), a los efectos de captar esta nueva tendencia que observamos. A su vez que los diseñadores obtengan la formación necesaria para poder gestionar proyectos tan importantes e impactantes como lo demandan las nuevas tendencias mencionadas.

Autor: Ing. Elvio González
Fuente: Consultoría Industrial en base a datos propios.