Una mirada seria a la refrigeración del molde

El enfriamiento es crucial para el proceso de inyección, pero no recibe la atención que merece.  Es cierto que últimamente estamos escuchando y leyendo más acerca de nuevas tecnologías como el enfriamiento conformal. Pero los métodos básicos de enfriamiento -las técnicas que hemos usado durante años- a menudo no se utilizan tan bien como se podría.  (Y en el caso del enfriamiento conformal, los problemas con las líneas taponadas debido al agua mal tratada serían una gran preocupación).

Por esta razón, para esta columna nos gustaría proporcionar una idea sobre las opciones y consideraciones a tener en cuenta para la refrigeración de moldes.

Durante la primera mitad de mi carrera fui un fabricante de moldes, y luego pasé a a trabajar en la parte de proceso.  Estos son dos mundos completamente diferentes y si no se ha vivido en ambos lados puede ser difícil entender los impactos que cada uno tiene en el otro.  En el caso de la refrigeración, por ejemplo, cuando yo era un fabricante de moldes realmente no era consciente de lo importante que esto era y cómo podía afectar la capacidad para procesar piezas de buena calidad.  

Así que en el taller de moldes nunca hicimos un verdadero esfuerzo para tratar de maximizar el enfriamiento en las áreas difíciles.  Pero cuando tratamos con problemas desde el lado del proceso, el deseo de ser innovador si está presente.  Así que a través de los años he desarrollado una mejor comprensión de las opciones de enfriamiento y de cuáles métodos deberían ser considerados.

El flujo volumétrico en galones/minuto (GPM) y la adecuada turbulencia en el flujo de agua son muy importantes para lograr un adecuado enfriamiento, y esto afecta el tiempo de ciclo, la ventana del proceso y la calidad de la pieza. Muchos han escuchado hablar del "número de Reynolds", que se refiere al punto en donde el flujo de agua pasará del flujo laminar al flujo turbulento.  

Si no se tiene un GPM adecuado, se tiene una restricción, o se está haciendo un circuito de líneas de enfriamiento pequeñas en serie con líneas de enfriamiento más grandes, no será posible alcanzar ese número de Reynolds de flujo turbulento y en consecuencia el enfriamiento será inadecuado.

La mayor parte de la industria utiliza una unidad de control de temperatura de fluido (TCU) con bombas centrífugas, que pueden ser incapaces de mantener los GPM si el molde tiene líneas de enfriamiento muy pequeñas o áreas restringidas.  Sin embargo, existen TCUs con bombas de desplazamiento positivo que según se informa, mantienen un flujo constante de GPM hasta su máximo caudal y presión.  

Yo personalmente no estaba al tanto de este estilo de TCU hasta hace poco tiempo cuando me reuní con el gurú científico John Bozzelli, un columnista de Plastics Technology México.  El expresó su frustración porque los TCU de desplazamiento positivo no son promocionados más ampliamente.

Hay muchas maneras de configurar sus líneas de enfriamiento, pero usted debe considerar cómo esta elección afecta el flujo.  Una opción es un distribuidor en el molde que permite una conexión para "In" y una para "Out" en cada mitad del molde.  O se puede utilizar una serie de mangueras para reducir el número de conexiones e igualarlo al número de conexiones disponibles en la máquina vía el TCU o el distribuidor de la máquina.

O usted puede optar por un sistema de irrigación interna, el cual normalmente tiene un canal principal de enfriamiento que alimenta las líneas cruzadas.  No soy un fan de este enfoque: Si no se tiene el caudal adecuado, el agua fluirá a lo largo del camino de menor resistencia y algunas líneas de enfriamiento podrían recibir poco o ningún flujo.  

Además, si usted tiene una línea taponada nunca lo sabría a menos que sea revelada por la mala calidad de la pieza o si se está utilizando una cámara de imágenes térmicas de forma regular.  Lo mismo ocurre con un distribuidor externo, pero en este caso usted puede verificar cada circuito individualmente si tiene alguna preocupación.  Cuando se usan circuitos en serie, usted podrá saber de inmediato cuando hay taponamientos desde la preparación del proceso.

Una cosa que aprendí a través de los años es que muchos diseñadores de moldes no tienen en cuenta el material plástico que se procesa.  No soy un ingeniero de polímeros, pero puedo decir con convicción que algunos materiales necesitan moldes diseñados con un mayor énfasis en la refrigeración con el fin de reducir el tiempo de ciclo y eliminar problemas con la adherencia, deformaciones y otras cuestiones de calidad.

Comencé a entender esto hace años cuando tuvimos un problema de expulsión en la colada fría o bebedero con nylon relleno de fibra de vidrio.  La boquilla del bebedero tenía algo de erosión en el lugar donde asienta, lo cual estaba contribuyendo al problema de expulsión.  Cambiamos esta boquilla por una nueva.  Cuando el molde arrancó de nuevo, el problema fue peor que antes!  

Arrancó todo muy bien los primeros dos disparos, luego empeoró.  Esto no tenía ningún sentido, por lo que revisamos todo lo que sabíamos y comprobamos los retenedores de colada, la alineación de la unidad de inyección y el orificio de la boquilla.  Todavía incapaces de resolver el problema, desmontamos el molde para tratar de entender lo que había cambiado.

Cuando quitamos la nueva boquilla del bebedero, noté que el diámetro había sido disminuido 0.500 pulgadas al final.  Le pregunté al fabricante del molde por qué se hizo esto y él respondió: "Porque era un ajuste apretado".  Las cosas comenzaron a hacer clic en mi cabeza: Este cambio redujo el área de contacto que tenía el canal con el bloque de la cavidad.  Así que en teoría retendría más calor porque el área de contacto fue disminuida y era la única área donde el calor podía ser transferido.

A continuación, se instaló otra nueva boquilla con el diámetro corregido, lo que aumentó el área de contacto para permitir la transferencia de calor al bloque de la cavidad. Con esto se eliminó el problema de la adhesión.

Como sugiere este ejemplo, es muy importante que los moldes tengan enfriamiento cerca y alrededor de las boquillas del bebedero.  Lo mismo aplica para los detalles de la cavidad que causan problemas tales como adherencia  y problemas de expulsión.

Además, el tipo de acero o aleación del molde debe ser considerado cuando se procesan materiales plásticos que pueden causar desgaste y erosión.  Con materiales abrasivos rellenos de fibra de vidrio, por ejemplo, se debe aplicar un revestimiento protector para evitar la erosión siempre que se utilicen aleaciones especiales como Ampco, MoldMax o Moldstar. 

Estas aleaciones proporcionan una conductividad térmica mucho más alta para transferir el calor, pero pueden ser menos resistentes al desgaste que otros aceros de herramentales.

Los aceros endurecidos son menos conductores que los aceros no tratados tales como el P-20.  El H-13 endurecido es 15-20% menos conductor que el P-20, esto debe ser considerado al diseñar los canales de enfriamiento.  Desde una perspectiva de mantenimiento, todavía preferiría el acero endurecido al estándar P-20 cuando se procesan materiales abrasivos.   

Es lo mismo para núcleos e insertos. Si usted es capaz de diseñar y fabricar un canal de enfriamiento en el interior, una aleación de mayor conductividad no será necesaria. Los canales tipo fuente son, en mi opinión, la forma más eficaz de proporcionar enfriamiento en áreas estrechas. Muchos pasan por alto esta opción.  También hay un tiempo y un lugar para los tubos o pines térmicos, pero no son tan eficaces como el agua.

Lo he probado algunas veces.  Pero los tubos térmicos definitivamente son una mejor opción comparado a ningún tipo de enfriamiento.  He oído a muchos molderos expresar preocupaciones acerca de los problemas de taponamiento en pequeños canales tipo fuente. Esto puede ser un problema cuando usted no trata adecuadamente el agua. Yo mismo pasé por experiencias muy frustrantes con circuitos de agua taponadas, y limpiábamos con ácido de manera regular los circuitos de agua del molde.  Con un simple cambio en el tratamiento del agua nuestros problemas fueron eliminados.