Claves para seleccionar el cañón correcto en inyección de plásticos

Al igual que muchos procesadores veteranos “enojones”, no me gusta admitir mis errores. Sin embargo, en una columna que escribí hace varios años, abordé el tema de calcular el tamaño del disparo frente a la capacidad del cañón y —tras una revisión adicional— concluí que el artículo tenía algunos defectos. Por lo tanto, aquí tenemos un segundo intento con consejos más simples.

Calcular el volumen del disparo para asegurar que el barril tiene suficiente capacidad parece un tema aburrido. Pero confíe en mí, tendrá una experiencia emocional importante si estuviera por montar un molde en una máquina solo para darse cuenta de que no hay suficiente capacidad para hacer la pieza. Especialmente, si es una máquina nueva que compró para ese molde.

Tal vez eso nunca le haya ocurrido, pero recibo correos electrónicos sobre esto, y mi respuesta nunca es bien recibida. A la mayoría de los moldeadores no les gusta escuchar que necesitan comprar un nuevo cañón, debido al tiempo y costos involucrados. Por lo tanto, si está comprando una máquina nueva o programando un molde en una máquina, haga su tarea antes de que se pida la máquina o de que se defina el programa.

Evitando errores costosos en el moldeo por inyección

Lo más probable es que tenga una gran variedad de tamaños de piezas, por lo que es poco probable que encuentre una solución de un tornillo de tamaño adecuado para todos los productos. Algunos moldeadores se van con el husillo más grande posible, pero no haga esto, ya que le costará más dinero a largo plazo.

Los tamaños de inyección muy pequeños, que utilizan menos del 20% de la capacidad del cañón, a menudo conducen a largos tiempos de residencia, lo que a su vez conduce a la degradación del polímero y al control deficiente del proceso. Además, los husillos grandes suelen significar una menor capacidad de presión en el material.

Importancia de la selección de tamaño en las inyecciones

Las inyecciones de gran tamaño, que utilizan más del 65% de la capacidad del cañón, tienden a tener problemas de calidad de la plastificación como falta de fusión, uniformidad pobre de fusión, y tiempos largos de recuperación del husillo.

Es ideal si encuentra un husillo que pueda acomodarse a todas las piezas; pero si no es así, considere ordenar dos cilindros de plastificación. Con dos cilindros podrá cubrir incluso una mayor variedad de moldes. Le podría sorprender el precio al que puede obtener un segundo barril si lo incluye con la compra de una máquina nueva. Con una especificación adecuada y con un operador experto, los cañones se pueden cambiar en menos de 30 minutos, inclusive si el cilindro está caliente.

¿Cómo saber cuál es el tamaño del cañón/husillo que necesitará? Si se trata de una pieza nueva y el molde no se ha fabricado aún, llevar a cabo un análisis de llenado le dará el volumen de la pieza y la colada. Si el molde está en la fase de construcción, el fabricante del molde puede haber calculado el volumen del disparo – y asegúrese de incluir también el volumen de la colada si es un molde de colada fría.

Si ya tiene el molde y está comprando una máquina nueva, tiene dos conjuntos de datos: los pesos de la pieza y la colada, más el tamaño de la inyección de la máquina. Ya sea que conozca el peso de la pieza y la colada o el volumen de la inyección completa, tiene un punto de partida. Entonces, ¿cómo hacer el cálculo?

Comencemos con el escenario en el cual usted conoce el peso de la pieza. Me gusta trabajar en gramos pero la mayoría de las especificaciones de las máquinas están en onzas. Si la pieza, la colada (fría) y los canales de flujo juntos pesan 164 gramos de PP, equivalen a 5.8 onzas (164 gr / 28.3 gr/onza). Suponiendo que tiene una capacidad del cilindro de 8 onzas, puede llegar a concluir que tiene bastante volumen de disparo disponible. Desafortunadamente, aquí es donde las cosas empiezan a ser más complejas.

En primer lugar, observe las especificaciones de la máquina, por lo general es en gramos o en onzas (peso) de PS. Así que la especificación es 8 onzas, o 266 gramos de PS ( 8 x 28.3 gr/oz = 226 gr). Sin embargo, usted quiere moldear PP. Hay una diferencia importante de densidad entre estas resinas. A temperatura ambiente, la densidad del PS es 1.04 gr/cm3 y el PP a temperatura ambiente tiene una densidad de 0.90 g/cm3.

No se puede comparar el valor de PP contra la especificación de la máquina por la diferencia de densidades entre los materiales. Por lo tanto, para un disparo de 164 gr es necesario correlacionar los gramos de PP con los gramos de PS.

Para una pieza de 164 gramos, el factor de conversión no es 28.3 gr/oz, sino 28.3 veces la relación de densidades: 164 gr x 28.3 gr/oz x 1.04/0.90 o 6.72 onzas equivalentes al PS. Así que la comparación de esta nueva equivalencia en onzas de PS en relación a la especificación de la máquina de 8.0 onzas. Hasta aquí vamos bien, ¿verdad?

Desafortunadamente, aquí es cuando el señor Murphy por lo general entra en la ecuación para recordarle que lo que puede salir mal suele hacerlo. Él le recordará que estas son densidades a temperatura ambiente, y en el moldeo (que es en el cañón caliente) tratamos en condiciones de temperaturas de fusión. Aquí es donde tenemos que comenzar a trabajar con las densidades de fusión.

Cuando se funden, las moléculas del polímero están más separadas y la densidad disminuye. Las densidades de fusión no se encuentran a menudo en las hojas de especificaciones del material. Usualmente se pueden encontrar utilizando buscadores en internet. (Visite la sección Universal Selector de pt-online.com). Para el PS, la densidad de fusión es 0.945 gr/cm3 y para el PP es aproximadamente 0.74 gr/cm3. Esto cambia nuestros cálculos; ahora es 0.945/0.74 o 1.28. Ahora necesitamos un tamaño de disparo mínimo de 7.4 onzas (164 x 1.28= 210 gr o 7.4 onzas). Todavía estamos (apenas) dentro de nuestra capacidad del barril de 8 onzas, pero Murphy no ha terminado con nosotros todavía.

¿Es práctico intentar usar el 93% de la capacidad del cañón (7.4 / 8.0 oz)? No, eso no va a funcionar. Mi rango de trabajo recomendado para un cilindro es entre 25% y 65% de la capacidad. Luego agrego otro factor de seguridad del 10%, para las pérdidas de la válvula check y la uniformidad del material fundido. Así que la meta real es 7.4 + 10%, o lo que significa 8.14 onzas de capacidad de inyección en PS equivalentes para PP. Buscando utilizar solo el 65% del cañón, el cálculo final es (0.65 x = 8.14) o 12.5 onzas de capacidad en el cilindro en unidades de PS.

Pero, ¿Por qué la capacidad extra del cañón? Porque estamos fundiendo plásticos. Hay una diferencia en cómo ciertos polímeros se funden. En particular, hay que entender que el PP es un material semicristalino, que se funde de manera diferente que los materiales amorfos.

Los materiales semicristalinos permanecen duros hasta su punto de fusión y normalmente requieren el doble de BTU/gr para fundir en comparación con los materiales amorfos. Este doble requerimiento hace que los materiales semicristalinos sean mucho más difíciles de fundir uniformemente en comparación con los amorfos.

Piense en esto: en un husillo con relación L/D 20:1, tienes 10 filetes para la alimentación (poca o ninguna fusión en esta sección); cinco filetes de transición o compresión, donde se realiza la fusión; y cinco filetes en la zona de dosificación, que no están diseñados para fundir sino para bombear o empujar el plástico a través de la válvula de retención para construir la contrapresión y su disparo. Estos son factores significativos que no son obvios, pero son la razón por la que se necesita un barril más grande.

En resumen: utilice volúmenes y densidades de material fundido. No trabaje con los pesos. El cilindro es básicamente una gran jeringa. De nuevo, con una inyección de 164 gr de PP, los cálculos deberían ser: 164 gr / 0.70 g/cm3 o lo que significa 234 cm3 de volumen para el PP. Agregar el 10% de seguridad = 257 cm3. Tamaño del cañón necesario: 0.65 x = 257 cm3; el resultado es x = 395 cm3. Si trabaja con volúmenes para los husillos disponibles, ya está listo. Si necesita trabajar con los pesos, convierta los 395 cm3 a gramos de PS utilizando la densidad del material fundido del PS que es 0.94 (0.94 x 395 = 371 gr de PS o prácticamente un cañón de 13 onzas).

Conclusión: Tómese el tiempo para hacer los cálculos de tamaño de disparo. Es cierto. Es una molestia hacerlo y revisarlo dos veces, pero de no hacerlo estaría invitando a Murphy a la fiesta, y él no llegará precisamente con regalos. Si todo esto es demasiado, envíeme un correo electrónico y le enviaré un formato gratuito para hacer estos cálculos, y hacer su día un poco más fácil. Incluya los gramos y las densidades de los materiales fundidos, y calcule la capacidad del barril sugerida en onzas.