El 'tiempo de permanencia' es un
factor que a menudo no se ha tenido suficientemente en cuenta en las
plantas de inyección, sin embargo, es determinante en la calidad del
proceso en tanto que puede afectar a las propiedades del material, y por
tanto, a las piezas fabricadas.
En
el entorno de la fabricación es reconocida la influencia en la calidad y
en la productividad de los factores, persona, material, máquina,
método. Centrándonos en el factor material, al margen de la selección
correcta del material y del secado o de su tratamiento previo, el factor
determinante en el proceso de inyección será la temperatura del
material fundido y el tiempo de permanencia del material en la unidad de
inyección.
En
un proceso de inyección ideal, una vez que el proceso ha sido definido,
con el paso de los minutos desde el arranque de la fabricación, el
proceso se sitúa en una estabilidad térmica, tanto del molde como del
material. Los inputs térmicos se equilibran en un determinado punto con
los outputs, es decir, la aportación térmica de las resistencias de la
unidad de inyección, de la energía térmica generada en el interior de la
unidad de inyección por el husillo, se compensa con la refrigeración
del molde, de la traversa, etc.
Cuando
se produce un defecto en el proceso, normalmente centramos la búsqueda
de la causa en múltiples posibles causas, tales como, parámetros de
inyección, secado del material, diferencias de características del
material, estado del molde, sistema de refrigeración, etc.
Sin embargo, existe un factor que a veces pasa desapercibido en la búsqueda de la causa raíz del problema. Se trata del 'tiempo de permanencia'. Tiempo que no controlamos directamente y que algunos llaman “El parámetro oculto".
Sin embargo, existe un factor que a veces pasa desapercibido en la búsqueda de la causa raíz del problema. Se trata del 'tiempo de permanencia'. Tiempo que no controlamos directamente y que algunos llaman “El parámetro oculto".
¿Qué
es el tiempo de residencia? En mis seminarios siempre explico que este
concepto es el tiempo que tardaría un pellet de material en entrar por
el agujero de la tolva en el husillo y salir convertido en pieza. Es por
tanto el tiempo que el material está siendo sometido a temperatura y
presión.
Los
fabricantes de polímeros suelen informar de los tiempos máximos de
permanencia de sus materiales a las temperaturas de proceso. Esto es
debido a que la degradación molecular y de los aditivos incluidos en la
formulación del polímero se producirá en un tiempo determinado en
función de la temperatura utilizada. Se trata de una relación inversa
tiempo-temperatura. A mayor temperatura menor tiempo de permanencia
disponible para procesar el plástico antes de que entre en zona de
degradación.
En la figura podemos ver que este
material estándar entraría en zona de degradación a los 10 minutos de
'tiempo de permanencia' a 280 °C y a los 8 minutos a 290 °C. Para
material retardante de llama' los tiempos son menores debido a la
degradación más rápida de los aditivos ignifugantes.
Entrar en la fase de degradación térmica del material por exceso de 'tiempo de permanencia' provoca irremediablemente una serie de consecuencias.
Inicialmente tendremos una pérdida de propiedades del material por pérdida de peso molecular y degradación de los aditivos de la formulación, es decir propiedades mecánicas, térmicas, etc se verán irremediablemente afectadas.
Podremos observar también un aumento de la fluidez del material, consecuencia esta también de la degradación molecular producida. Esto puede provocar, rebabas, gases, marcas de expulsión, etc.
La presión necesaria para llenar la cavidad será menor como consecuencia de la perdida de viscosidad.
Entrar en la fase de degradación térmica del material por exceso de 'tiempo de permanencia' provoca irremediablemente una serie de consecuencias.
Inicialmente tendremos una pérdida de propiedades del material por pérdida de peso molecular y degradación de los aditivos de la formulación, es decir propiedades mecánicas, térmicas, etc se verán irremediablemente afectadas.
Podremos observar también un aumento de la fluidez del material, consecuencia esta también de la degradación molecular producida. Esto puede provocar, rebabas, gases, marcas de expulsión, etc.
La presión necesaria para llenar la cavidad será menor como consecuencia de la perdida de viscosidad.
En el gráfico podemos ver la caída
de presión necesaria para llenar la cavidad con diferentes tiempos de
permanencia (HUT) y diferentes temperaturas. Esta caída de presión
necesaria para llenar la cavidad está relacionada directamente con la
pérdida de peso molecular.
Generalmente cuando hay un defecto en las piezas procesadas, el ingeniero de proceso mira en múltiples direcciones buscando la causa, cuando esta podría estar en el 'tiempo de permanencia' excesivo.
Los defectos típicos que puede provocar un exceso de tiempo de permanencia pueden ser:
En teoría el cálculo debe tener en cuenta, el volumen o peso del material contenido en la unidad de inyección (complejo cálculo al disponer de material en diferentes estado de fusión, semi fundidos, etc., por tanto , con diferentes densidades y contenido en un cilindro con un husillo o enrollamiento helicoidal con diferentes alturas de filete en función de la zona del husillo). Debe tener en cuenta el volumen o peso de la inyectada y por supuesto el tiempo de ciclo en curso.
Generalmente cuando hay un defecto en las piezas procesadas, el ingeniero de proceso mira en múltiples direcciones buscando la causa, cuando esta podría estar en el 'tiempo de permanencia' excesivo.
Los defectos típicos que puede provocar un exceso de tiempo de permanencia pueden ser:
- Rebabas: Causa raíz, la caída en la viscosidad debida a la degradación molecular y perdida de aditivos.
- Quemados, marcas de gases: Causa raíz, incremento de los volátiles en el frente de flujo, más fluidez del material.
- Piezas con fragilidad: Causa raíz, la caída de peso molecular hace que las propiedades mecánicas caigan drásticamente, impacto, flexión y tracción se verán drásticamente reducidas
- Decoloración, olor: Causa raíz, degradación de aditivos y monómeros.
En teoría el cálculo debe tener en cuenta, el volumen o peso del material contenido en la unidad de inyección (complejo cálculo al disponer de material en diferentes estado de fusión, semi fundidos, etc., por tanto , con diferentes densidades y contenido en un cilindro con un husillo o enrollamiento helicoidal con diferentes alturas de filete en función de la zona del husillo). Debe tener en cuenta el volumen o peso de la inyectada y por supuesto el tiempo de ciclo en curso.
Claramente si el tiempo de permanencia de nuestro proceso es excesivo, tenemos que intentar reducirlo de diferentes modos:
- Reduciendo el tiempo de ciclo (No siempre es posible)
- Reduciendo el volumen de la unidad de inyección (Utilizar una máquina con unidad de inyección menor)
- Aumentar número de cavidades (No siempre es posible)
- Aumentar el tamaño de los canales o coladas (Improductivo).
Por eso es tan importante la
selección de la máquina a utilizar en un proyecto como se explica en el
artículo publicado en esta misma revista …. “¿Qué máquina utilizar?”
Cuando el volumen a inyectar en un molde para un nuevo proyecto nos obliga a invertir en una nueva máquina, es importante al definir la unidad de inyección, tener en cuenta el tiempo de permanencia que tendremos en la fabricación.
Esto es especialmente importante con materiales sensibles térmicamente. He visto algún caso de unidades de inyección sobredimensionadas con tiempo de permanencia excesivos que han provocado no poder fabricar piezas con repetitividad, calidad, robustez y productividad suficientes.
En resumen, el 'tiempo de permanencia' es un factor, en realidad es un
out-put que frecuentemente está oculto en el proceso y puede provocar
serios problemas de calidad en las piezas fabricadas. Es interesante
centrarse en él cuando aparecen defectos como los comentados con el fin
de descartarlo en el caso de que el valor sea correcto o por el
contrario detectarlo en el caso de ser el causante del problema.
Cuando el volumen a inyectar en un molde para un nuevo proyecto nos obliga a invertir en una nueva máquina, es importante al definir la unidad de inyección, tener en cuenta el tiempo de permanencia que tendremos en la fabricación.
Esto es especialmente importante con materiales sensibles térmicamente. He visto algún caso de unidades de inyección sobredimensionadas con tiempo de permanencia excesivos que han provocado no poder fabricar piezas con repetitividad, calidad, robustez y productividad suficientes.
En resumen, el 'tiempo de permanencia' es un factor, en realidad es un
out-put que frecuentemente está oculto en el proceso y puede provocar
serios problemas de calidad en las piezas fabricadas. Es interesante
centrarse en él cuando aparecen defectos como los comentados con el fin
de descartarlo en el caso de que el valor sea correcto o por el
contrario detectarlo en el caso de ser el causante del problema. 
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