Proceso de inyeccin, tecnologa y proceso El moldeo por inyeccin es un proceso en el que el polipropileno*( cualquier material utilizado en el proceso de inyeccin) se calienta, se homogeniza en una masa fundida y luego se inyecta dentro de un molde cerrado. El polmero se solidifica para formar la parte terminada que luego se expulsa del molde. El ciclo generalmente se repite automticamente. El tema de la inyeccin del plstico es muy amplio, abarca desde materiales, la maquinaria que se requiere y los moldes en donde se inyectan los productos finales. Durante el desarrollo de mi prctica profesional me he esmerado por aprender acerca de cada uno de estos temas, enfocndome en la maquinaria que se utiliza para la inyeccin del plstico, las caractersticas que se tienen en cuenta al momento de adquirir las mquinas, el proceso de automatizacin que tienen las mquinas y la interfaz grfica para el control de las mismas. Cabe aclarar que no todas las mquinas inyectoras estudiadas durante la prctica tienen caractersticas idnticas pero bsicamente el proceso y la automatizacin es la misma en las mquinas modernas. Describir cada uno Materiales ms comunmente utilizados en la inyeccin del plstico: Polipropileno (PP): El polipropileno es un termoplstico semicristalino, que se produce polimerizando propileno en presencia de un catalizador estreo especfico. Polietileno (PE): El polietileno (PE) es un material termoplstico blanquecino, detransparente a translcido, y es frecuentemente fabricado en finas lminas transparentes. En general hay dos tipos de polietileno: De baja densidad (LDPE) De alta densidad (HDPE).

PVC: El Policloruro de Vinilo (PVC) es un moderno, importante y conocido miembro de lafamilia de los termoplsticos. Es un polmero obtenido de dos materias primas naturales cloruro de sodio o sal comn (ClNa) (57%) y petrleo o gas natural (43%), siendo por lo tanto menos dependiente de recursos no renovables que otros plsticos.

Poliestireno

(PS): A este poliestireno puro se lo denomina poliestireno cristal o

poliestireno de uso general (General Purpose Polystyrene, GPPS). Debajo de los 95 C (temperatura de transicin vtrea del poliestireno), el poliestireno cristal es vtreo, por encima de esa temperatura a.C. ms blando y puede moldearse.

Proceso de inyeccin del plstico A grandes rasgos el proceso de inyeccin del plstico consiste en agregar un material granulado generalmente de los mencionados en la parte superior a una tolva de alimentacin de la mquina, luego de esto el material es cargado a un tornillo sin-fin en donde pasa por una serie de resistencias que calientan el material hasta que el mismo se funde, luego mediante el mismo tornillo sinfin pasa a una boquilla que debe estar presionada contra el molde de inyeccin; cuando el material es inyectado en el molde, este toma su forma siempre y cuando la presin sea suficiente para no permitir el escape de material. Las partes bsicas en una mquina inyectora son: 1) Tolva de alimentacin 2) Tornillo de plastificacin y transporte de material 3) Camisa, barril o cilindro. Esta estructura cilndrica cubre al tornillo, en sta estn colocadas las resistencias y las termocuplas. 4) Resistencias. 5) Termocuplas 6) Unidad de cierre o placas de sostenimiento de molde. Hay una placa fija en donde normalmente se coloca la hembra del molde y una placa mvil en donde normalmente se coloca el macho. 7) Unidad de control (Dispositivo de control ms pantalla de interfaz de usuario) 8) Vlvulas proporcionales 9) Sensores 10)Motor principal de la mquina 11)Tanque de aceite del motor. 12)Bomba de lubricacin de aceite 13)Bomba principal de caudal fijo o variable 14)Intercambiador de calor. Se usa para refrigerar el aceite de lubricacin general; est conectado a una fuente de agua refrigerada. 15)Guarda-purga. Est ubicado entre la placa fija portamolde y la boquilla de inyeccin, se utiliza como proteccin para el usuario pues cuando se purga la inyectora una cantidad considerable de material es expulsado del tornillo y puede afectar al usuario. 16)Bloque de inyeccin. Se llama bloque de inyeccin al conjunto completo donde est la tolva, y el tornillo de inyeccin, todo el conjunto se mueve hacia delante cuando va a inyectar y hacia atrs cuando se para el proceso o esto es requerido. Colocar fotos

Sensores en una inyectora de plstico moderna 1) Sensores de temperatura en la zona del tornillo, termocuplas. (Anlogo) 2) Sensores de temperatura en el aceite de lubricacin, termocupla. (Anlogo) 3) Sensores fin de carrera en las puertas derecha e izquierda (algunas mquinas solo lo traen en una de las dos puestas, esto es para una posible insercin de un robot toma piezas). Se usas como medida de proteccin contra accidentes pues normalmente el molde no debe cerrarse cuando est alguna de las puertas abierta. (Digital) 4) Sensor de aceite de lubricacin general, este muestra cuando hay una correcta lubricacin en la mquina. Cuando la bomba de lubricacin tiene un mal funcionamiento inmediatamente se activa una alarma indicando el fallo. (Digital) 5) Sensor de nivel de aceite, este indica cuando hay un bajo nivel en el aceite de lubricacin del motor. (Anlogo) 6) Fotocelda de rectificacin de pieza expulsada, se utiliza en el modo automtico de la mquina y solo luego que pasa la pieza expulsada por esta fotocelda el ciclo contina con normalidad. (Digital) 7) Sensor de posicin de placa portamolde. (Anlogo) 8) Sensor de posicin de avance del tornillo de inyeccin. (Anlogo) 9) Sensor de Guarda-purga. Se activa cuando el guarda-purga se encuentra descubierto. (Digital) 10)Sensor de posicin del bloque de inyeccin. (Anlogo) 11)Sensor de expulsin de pieza. En algunas mquinas esto solo funciona cuando el molde intenta cerrarse pero al haber una obstruccin la mquina alarma inmediatamente al usuario. (Digital) 12)Sensor de material en tolva. Funciona para saber el momento en que la tolva est vaca. (Digital) Completar

Actuadores bsicos de una inyectora 1) 2) 3) 4) 5) Cilindros para mover la placa portamolde. Cilindros expulsores de pieza. Cilindros para mover bloque. Resistencias en el tornillo de inyeccin. Bomba de lubricacin.

Falta mucho Problemas y soluciones comunes en la inyeccin de plstico

1. Piezas incompletas Este problema ocurre por dos razones bsicas que son un volumen de material plastificado insuficiente o por tener la masa fundida muy fra, las causas pueden ser: La capacidad de plastificacin de la maquina es insuficiente para llenar las cavidades. La velocidad de inyeccin es muy baja y el material se enfra antes de llegar al final del recorrido que debe hacer. La presin de inyeccin es inferior a la necesaria. La temperatura de la masa fundida es muy baja. El molde est demasiado fro y solidifica el material antes de llenar completamente la cavidad. La conmutacin se hace antes de haber terminado el llenado volumtrico. Existen problemas o desgaste en la vlvula antiretorno de la maquina. La pieza tiene diferencias de espesores demasiado marcados y los puntos de inyeccin estn mal diseados. Los puntos de inyeccin son insuficientes o muy pequeos en dimensiones. Los venteos son insuficientes y queda aire atrapado.

2. Debilidad en las lneas de unin Este defecto es causado cuando se encuentras dos frentes de flujo y estos no logran hacer una unin adecuada, se puede dar por: La temperatura del molde est muy baja y el material ya esta fro cuando se encuentra con el otro frente de flujo. La masa fundida est muy fra y ocurre los mismo que con una temperatura del molde muy baja. Hace falta ms pospresin o sostenerla por ms tiempo. Diseo de la pieza inadecuado en cuanto a los puntos de inyeccin.

3. Problemas de desmoldeo Este problema se da cuando la pieza queda atrapada dentro del molde, se puede atribuir al diseo del molde o a las contracciones del material, las causas posibles son: Los ngulos de las paredes de la pieza son muy pobres para el desmoldeo.

Los tiempos de enfriamiento son excesivos. La conmutacin se hace demasiado tarde lo cual causa un sobre empaquetamiento de la pieza. La pospresin es demasiado alta.

4. Rechupes Los rechupes se deben a la falta de compensacin volumtrica de las contracciones, se debe principalmente a: En cuanto al diseo de la pieza se presentan rechupes cuando hay grandes diferencias de espesores o cuando las venas de refuerzo estn mal diseados. La vlvula antiretorno de la pieza no funciona adecuadamente y no permite una fase de sostenimiento adecuada. La dosificacin en la fase de pospresin es insuficiente y no compensa las contracciones por enfriamiento. La pospresin es insuficiente y no logra meter en la pieza la cantidad de material necesario dejando espacios vacos. Todas las causas de llenado insuficiente de la pieza.

5. Estras en la pieza Este defecto superficial de la pieza se debe bsicamente a un frente de flujo muy fro, las causas son: La temperatura del molde es muy baja. La temperatura de la masa fundida es muy baja. La velocidad de inyeccin es insuficiente. Los canales de alimentacin son demasiado pequeos haciendo que el material se enfre muy rpido.

6. Chorro libre El chorro libre se da cuando el frente de flujo no logra ocupar toda la cavidad que debe llenar, se dice que no hay flujo en fuente, las causas pueden ser: Diseo inadecuado del punto de inyeccin, por lo general se quiere que el punto de inyeccin se enfrente a una obstruccin. La velocidad de inyeccin es demasiado alta o un perfil de velocidad inadecuado, demasiado rpido al inicio del llenado de la cavidad.

7. Dispersin de color

Este problema se da por una pobre dispersin del material colorante en la matriz polimrica, las causas posibles son: Una preparacin inadecuada de la mezcla entre el colorante y el polmero El diseo del husillo no logra hacer una homogenizacin suficiente entre el colorante y el polmero. Existe una incompatibilidad qumica entre el vehculo del color y el polmero. La plastificacin es insuficiente esto se puede mejorar aumentado las temperaturas o aumentando la contrapresin.

8. Humedad Este defecto es ocasionado bsicamente por presencia de humedad en el molde o en el material, puede ocurrir cuando: Se hace un almacenamiento inadecuado del material. Hay presencia de humedad en la zona de alimentacin de la maquina por un temperatura de refrigeracin muy baja que causa condensacin de la humedad del medio ambiente. Hay presencia de humedad en el moldes por fugas de los canales de enfriamiento o porque la temperatura del molde es muy baja y causa condensacin.

9. Efecto Diesel Este defecto es causado por el atrapamiento y sobrecalentamiento del aire en el molde que se traduce en la degradacin trmica del polmero, las causas son: Las salidas de aire en el molde son insuficientes. La velocidad de inyeccin es demasiado alta y no permite que el aire alcance a salir. La fuerza de cierre es demasiado alta lo cual bloquea las salidas de aire. El diseo de la pieza presenta grandes diferencias de espesores.

10. Aire atrapado El aire atrapado se da cuando se est introduciendo aire a la pieza durante la inyeccin, esto ocurre cuando:

La descompresin es demasiado alta. La contrapresin es muy baja y no permite una buena homogenizacin del material. La carrera de dosificacin del husillo es mayor a 4 dimetros. La temperatura del cilindro es demasiado baja y no permite una buena plastificacin. El diseo del husillo no tiene una relacin de compresin suficiente

Ciclo automtico en el proceso de inyeccin plstica Lo siguiente es el ciclo automtico que realiza una mquina inyectora moderna, ms adelante se detalla este proceso pues para llevar a cabo algunos movimientos se deben verificar algunas variables lo cual no se especifica a continuacin: Colocar imgenes 1) Cierra de la placa portamolde. 2) Comprueba que la boquilla de inyeccin est ubicada en posicin de inyeccin frente al molde, s no, la corre hasta la posicin adecuada. 3) Inyecta el material de inyeccin al molde. 4) Carga el material para la prxima inyeccin al tornillo. 5) Realiza un suck-back quiere decir que chupa el material de la boquilla de inyeccin hacia atrs, esto con el fin de retirar algo de material indeseado del molde. 6) En el caso que est programado, espera el tiempo de enfriamiento, esto es para que el material dentro del molde se enfre y quede consistente para su expulsin. 7) Abre las placas portamolde. 8) Acciona el bote neumtico en el molde para la expulsin de la pieza. 9) Acciona el bote mecnico en el molde para la expulsin de la pieza. 10)Regresa al paso 1 y se repite el ciclo. Modos de operacin Manual: Es necesario presionar un botn en el equipo de control para llevar a cabo cada movimiento de la mquina. Semiautomtico: Cada vez que termina un ciclo de inyeccin, es necesario abrir y cerrar la puerta de la mquina para iniciar un nuevo ciclo. El sentido de esto es sacar manualmente la pieza del molde de inyeccin.

Semiautomtico con foto-sensor(o fotocelda): La mquina realiza los ciclos de inyeccin uno tras otro sin interrupciones y de forma automtica. La condicin, fuera de las condiciones de alarma y emergencia, que se debe cumplir para iniciar cada ciclo es que la pieza debe ser bien expulsada y ser leda por la foto-celda que comprueba que la pieza haya cado correctamente. Automtico: La mquina realiza los ciclos de inyeccin uno tras otro sin interrupciones y de forma automtica. No es necesaria que la pieza sea leda por la fotocelda. Ciclo automtico como una red de Petri (Simplificado) Descripcin del sistema de arranque del motor principal de la mquina El sistema de arranque del motor principal de la mquina es del tipo llamado delta-estrella, un sistema comnmente y que permite que la corriente de arranque del motor no sea tan alta, esto ayuda tanto para la estabilidad del sistema elctrico como para alargar la vida til del motor. La siguiente figura muestra el diagrama elctrico del arranque del motor de una inyectora Hwanda Descripcin de la interfaz de la usuario HMI (ref. del control) A continuacin se describe parte de la interfaz grfica de usuario que son las pginas ms comunmente usadas al momento de configurar la mquina de inyecin:

Descripcin de funcionamiento de una vlvula proporcional Diagnstico de fallas y alarmas En China se manejan diferentes tipos de controles para mquinas inyectoras, los ms comunes son el Porcheson procedente de Australia y el Techmation proveniente de Taiwn. A continuacin se muestran el diagnstico de fallas y las alarmas en un control Techmation de la serie AK668E. En total son 61 alarmas, 51 usadas y 10 reservadas pero no programadas.

1. Temperature Error": Indica un error en la temperatura actual dela camisa (es decir de las zonas de temperatura) con respecto a la configurada en el control de la mquina. 2. "Please Close Door": Indica que la puerta debe cerrarse, esta alarma es muy importante ya que ayuda a prevenir accidentes al momento del cierre del molde, inmediatamente surge sta alarma el molde se detiene siempre y cuando est en proceso de cierre.

3. "Please

Open Door": Esta alarma aparece en el modo semiautomtico de la mquina e indica que la puerta debe abrirse

cuando se termina el ciclo de inyeccin. La razn de que la puerta deba abrirse en este modo est explicada en los modos de operacin.

4. "Off Man./Emerg. Key": Indica que la mquina debe ser detenida

como resultado de la pulsacin del paro de emergencia o de la pulsacin del botn manual en el tablero de control. de la mquina est muy alto o muy bajo. Si est muy bajo hay que revisar si el motor hidrulico o la bomba est encendida, si no lo est habr que encenderla y esperar a que caliente lo suficiente el aceite, y si hay un sobrecalentamiento, habr que revisar que el sistema de refrigeracin que est conectado al intercambiador funcione correctamente. ltimo ha sobrepasado los lmites permitidos. El tiempo de ciclo es configurable.

5. "Oil Temp. Over": Indica que la temperatura en el aceite hidrulico

6. "Cycle Time Exceded: Indica que el tiempo de ciclo durante el

7. "Eject Position Error": Indica un error en la posicin del eyector de

la pieza, se debe revisar la posicin del potencimetro que indica la posicin del expulsor. durante el ltimo ciclo estuvieron fuera de los lmites configurados.

8. "Inject Cushion Error": Indica que los parmetros de inyeccin 9. "Purge Guard Opened": Indica que el gruardapurga est abierto,se debe cerrar el cobertor para continuar operando la mquina.

10. "Robot Malfunction": A las mquinas inyectoras puede ir acopladoun robot para cumplir diferentes funciones; sta alarma indica un mal funcionamiento en el robot, se debe chequear y reiniciar el robot para continuar con la marcha.

11. "No. of Shots Reached": Indica que el nmero de ciclos mximosprogramado se han cumplido. Se debe ir a la pgina de control de la produccin en la interfaz de usuario para obtener esta informacin.

12. "Mold Open Time Out": Indica que el tiempo programado mximode apertura del molde ha sido sobrepasado en el ltimo ciclo de inyeccin.

13. "Part Not Dropped": Indica una falla en la expulsin de la pieza enel modo de operacin semiautomtico con foto sensor. Se debe remover la pieza del molde, identificar fallos y reiniciar el ciclo.

14. "Hopper Empty": Indica que la tolva de alimentacin est vaca yrequiere ser llenada.

15. "Mold Close End Error": Indica que el parmetro de tiempoprogramado para el cierre del molde ha excedido el tiempo programado durante el ltimo ciclo de inyeccin.

16. "Pos. Setting Error": Indica un mal posicionamiento respecto a loprogramado en el cierre del molde, apertura del molde, carga de retroceso o carga de inyeccin.

17. Finish Auto Adjust": Indica que el ajuste automtico del molde hafinalizado.

18. "Lubr. Oil Level Error": Indica que el nivel del aceite de lubricacinest muy bajo, se debe revisar y llenar si es necesario. ltimo ciclo ha excedido el lmite programado.

19. "Inj. Start Pos. Error": Indica que el tiempo de inyeccin durante el 20. "Screw Rpm Error": Indica un problema en la operacin del tornillo.Se debe Chequear las configuraciones de inyeccin y asegurarse que la tolva de alimentacin no est vaca.

21. "Inject Time Error": Indica que el tiempo de inyeccin durante elltimo ciclo de inyeccin ha sobrepasado los lmites programados.

22. "Opn 1-Slow Pos. Error": Indica un problema durante el ajusteautomtico del molde. Se debe verificar la posicin desde la baja a la alta velocidad durante la apertura del molde y reconfigurar los parmetros si es necesario.

23. "Mold Protection Error": Indica que el molde no puede cerrar

adecuadamente. Se debe verificar que la pieza inyectada haya sido correctamente expulsada. sentido contrario a la inyeccin) no ha sido llevado a cabo de acuerdo a los parmetros.

24. "Decompress End Error": Indica que el suck-back (rechupe en

25. "Charge End Error": Indica que el tornillo no pudo alcanzar losparmetros de carga programados durante el ltimo ciclo de inyeccin. Se debe verificar que la tolva no est vaca y ajustar los parmetros de inyeccin si es necesario.

26. "Pack Count Reached": Indica que el nmero de paquetes depiezas programadas han sido inyectadas.

27. "Core Pull End Error": Indica que el core no ha alcanzado laposicin programada. Se debe verificar la posicin del core y asegurarse que ste se est moviendo libremente.

28. "Lubrication Fail": Indica un fallo en la lubricacin; verifique stesistema.

29. "Oil Level too Low": Indica que el aceite hidrulico est muy bajo,verifique el aceite y llene el tanque si es necesario.

30. "Oil Filter Blocked": Indica un bloqueo en el filtro del aceitehidrulico. Chequee el filtro y limpie si es necesario.

31. "Ptm. Board Check Error": Indica un problema de comunicacincon la tarjeta de potencimetros. Chequee sta tarjeta para buscar posibles causas.

32. "Adjust End Touched": Mensaje de advertencia que indica que laplaca mvil ha llegado a la mxima posicin hacia atrs, no se debe mover la placa mvil ms all de esta posicin para evitar daos en la mquina.

33. "C. P. Active Pos. Error": Indica un error en la posicin de uno de

los cores o ncleos de la placa de inyeccin. Los cores generalmente no son usados en un proceso de inyeccin normal. entrada/salida de los cores.

34. "C. P. Set Error": Indica tambin un error en la posicin de 35. "Waiting Air Mold": Indica que el control est esperando la sealde inyeccin de aire para la expulsin de la pieza.

36. "Adj. Sensor Fail.": Indica una falla en el ajuste automtico del

molde. Verifique la presin y velocidad para el movimiento de la palca mvil y que la placa si se est moviendo. refrigeracin.

37. "Cool Water Prs Low": Indica muy baja presin en la presin de 38. "Switching Mold": Mensaje del estado de cambio de molde. 39. "Waiting Robot": Mensaje de durante la operacin del robot. 40. "Pls Press Close Key": Estando en modo automtico, presione latecla de cierre de molde para iniciar la operacin de la mquina.

41. "Eject Not Back": Indica que el expulsor mecnico de pieza no haalcanzado su posicin final. Verifique el expulsor.

42. "Lub. Filter Fail": Indica un problema con el filtro del aceite delubricacin. Verifique las causas en el filtro.

43. "Motor Fail": Indica que la bomba hidrulica ha fallado. Verifique lascausas en la bomba.

44. "Pls Press Start Key": Estando en el modo semiautomticopresione la tecla de inicio para arrancar la mquina. Esta funcin no es til en todos los controles.

45. "Pls Close Rear Door": Indica que la puerta est abierta. Debecerrar la puerta para arrancar.

46. "Manual Open/Eject": Estando en modo manual de la mquina,abra la placa del molde y ejecute la expulsin manual de la pieza para prevenir daos en la mquina.

47. "Motor Overload": Indica un problema en el motor de la bombahidrulica. Revise el motor por posibles causas.

48. "Manual Open": Estando en modo manual de la mquina, ejecute laaperturavde la placa del molde para prevenir daos en la mquina.

49. "Temperature not up": Indica un error en la temperatura en lacamisa del tornillo, las temperaturas pre-configuradas no pudieron ser alcanzadas. Revise las resistencias de la camisa.

50. "Safe B. Plate Fail": Indica la posible presencia de un objeto en elfondo del molde. Si es as ste se debe retirar para reiniciar la mquina. S no, busque fallos en la ubicacin del molde.

51. "Pls Close Upper Cover": Algunas mquinas tiene una cobertura

superior. sta alarma indica que esa cobertura o puerta superior debe ser cerrada para continuar con la operacin de la mquina.

Aplicacin de la ingeniera de control al campo de la inyeccin de plstico En una mquina inyectora de plstico moderna se pueden ver muchas aplicaciones de la ingeniera de control, automatizacin e instrumentacin. Todos los movimientos de la mquina son automatizados y controlados por el equipo de control principal que es similar a un PLC y este se conecta a una pantalla, una interfaz grfica de usuario que puede compararse con un sistema SCADA en automatizacin. El equipo de control posee entradas digitales y analgicas, al igual que salidas digitales y analgicas. Para poder controlar la mquina se es evidente que se necesitan sensores, elementos esenciales de la ingeniera de control. El sistema de control de una inyectora puede fcilmente ser emulado por un PLC con suficientes entradas y salidas as como con suficiente velocidad, con sensores de temperatura, presin, velocidad y posicin. Las electrovlvulas son elementos esenciales para el funcionamiento de la mquina ya que la presin y velocidad de la mayora de los movimientos de la mquina son efectuadas por este elemento.