El alcance de las aplicaciones de agua y gas en procesos de inyección

El alcance de las aplicaciones de agua y gas en procesos de inyección

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Crear secciones huecas o parcialmente huecas en piezas moldeadas por inyección es la principal finalidad de incorporar agua o gas en el proceso. Sin embargo, de la mano de esta característica se han descubierto otras ventajas para utilizar menos material, fabricar piezas más livianas y lograr acabados superficiales de alto desempeño.

Gas presurizado, inicio del concepto
El moldeo por inyección asistido con gas presurizado es similar al proceso convencional de inyección. La diferencia está en que una burbuja continua de un gas, usualmente nitrógeno, empuja la resina fundida contra las paredes del molde y hacia adelante. El gas crea un centro hueco a lo largo del recorrido de la burbuja.
Existen algunos requisitos relacionados principalmente con la geometría del producto que permiten aplicar esta tecnología de una manera más fácil. La trayectoria de la burbuja debe seguir preferiblemente secciones suficientemente gruesas. Por ejemplo, costillas de refuerzo y partes consolidadas o estructurales. A pesar de que estas secciones estructurales quedan ahuecadas, su resistencia generalmente no disminuye debido a que la orientación de la resina se incrementa en las paredes, más delgadas, y aumenta su rigidez.

Otras ventajas resultan de la aplicación de una presión interna en la sección hueca durante el proceso de inyección: el producto puede fabricarse en máquinas con una menor fuerza de cierre en el molde, la presión de inyección puede ser menor y también, la presión ejercida contra la pared del molde puede mejorar el acabado de las superficies del producto; incluyendo la eliminación de hundimientos en las secciones más gruesas. La presión interna ejercida por el gas presurizado aporta a la presión de empacado en la última etapa del ciclo de inyección. Tal fenómeno tiene consecuencias beneficiosas para el proceso: se reducen los esfuerzos residuales en las paredes del producto y se disminuye la tendencia a la deformación en la pieza después que sale del molde.

Desde el punto de vista del diseño estético y estructural de los productos, la inyección asistida con gas presurizado aporta mayor libertad, pues se pueden retirar del molde algunos de los canales de coladas calientes y frías. Por otro lado, puede ser posible la eliminación o reducción del número de partes móviles en el molde.
Las secciones huecas del producto permiten la obtención de obvias ventajas económicas, además de la reducción del tiempo del ciclo: menor consumo de materia prima y menores costos de energía de enfriamiento.

Una descripción corta del proceso, que consiste de tres etapas básicas:

  1. Inyección de la resina. El polímero entra al molde y llena parcialmente la cavidad.
  2. Entrada inicial del gas presurizado. Se inyecta en la resina aún fundida formando una burbuja continua dentro de ella. La burbuja empuja la resina contra las paredes y hacia delante en la cavidad hasta completar el llenado.
  3. Presión de empacado. Después de llenada la cavidad viene el ciclo de enfriamiento, donde la resina se contrae. La presión del gas compensa el encogimiento y a la vez proporciona parte de la presión requerida en el empacado. Es de notar que la presión de empacado continúa aún después de que la resina se ha congelado a la entrada del molde.

Existen variaciones del proceso que conllevan el llenado completo de la cavidad con la resina, seguido luego por la inyección del gas que empuja la resina desde el centro de la pieza a una cavidad vecina o, sino, de regreso a la extrusora de la máquina de inyección. Esta variación se denomina proceso "overspill", por su nombre en inglés.

En enero pasado, Cinpres Gas Injection Inc. anunció que una corte de Gran Bretaña le adjudicó la propiedad intelectual sobre un proceso de inyección asistido con gas, del tipo "overspill". La disputa con la empresa Melea de Gibraltar se había extendido ya durante 16 años. Cinpres acaba también de recibir una inversión de US$ 11,8 millones de su propietaria, la empresa BI Group, de Gran Bretaña. La inversión será usada para actualización tecnológica.
En otra variación interesante del proceso, denominado moldeado con gas externo, se forma una capa de nitrógeno en la cara situada al reverso de la superficie a la cual se desea optimizar el acabado. La capa de gas dentro de la cavidad empuja la resina contra la cara que da forma a la superficie de acabado superior.

En la conferencia de la Sociedad de Ingenieros del Plástico, SPI, capítulo de APP, de abril del año pasado la empresa Mack Holding Co., de Estados Unidos, mostró una de las dos aplicaciones pioneras de la tecnología de moldeado con gas externo, desarrollado originalmente por Cinpres Gas Injection Inc. El reporte indicó que el proceso está siendo usado para fabricar un bisel frontal de la máquina ATM de la serie Triton 8100, que mide 11,5 x 17 x 4 pulgadas. Si se hubiera inyectado el gas internamente en la pieza se habrían creado canales internos a través de costillas interconectadas a una o varias válvulas de gas en el molde. El proceso de gas externo permite tener un molde más simple en donde, a pesar de la existencia de las costillas de refuerzo, no se crean hundimientos en el acabado de la superficie frontal. El bisel contiene 30 costillas estructurales y seis puntos de ajuste a la máquina. La pieza está hecha de una mezcla PC/ABS con una inyectora de 300 toneladas en la prensa. Se estima que sin la ayuda del gas se hubiera requerido el empleo de una inyectora del doble de fuerza, por lo menos, para fabricar esta pieza. Otros productos ya fabricados por Mack empleando esta tecnología son una cubierta para un equipo de aire acondicionado residencial y una base para el sistema de aire acondicionado de un camión.

En el campo de la simulación del proceso de inyección mediante programas de computador también hay noticias que se relacionan con el proceso de inyección asistido con gas presurizado. Moldflow recientemente creó el sistema de programas denominado MPI Enterprise en forma de paquetes completos o plataformas. Así, la plataforma "Estándar" contiene los programas básicos necesarios para análisis de flujo y empacado. La plataforma más avanzada, "Extensión de Proceso", permite ahora simular los procesos de inyección asistidos con gas presurizado, entre otros. Por otra parte, la empresa Vero Internacional está trabajando en el desarrollo de programas capaces de representar el mismo proceso dentro de su paquete de simulación en tres dimensiones. CoreTech System Co., representado en los Estados Unidos por EPS Flotex, también está trabajando en el desarrollo de un programa similar al mencionado arriba.

Agua: tiempo de ciclo más corto El moldeo por inyección asistido con agua es un proceso muy nuevo comparado con el asistido con gas presurizado. El primero data desde los alrededores del año 2000 mientras que el segundo vio su infancia en las décadas de los años 80 y 90. El agua hace el mismo papel del gas: abre canales internos en la masa fundida de la resina dentro del molde. Los efectos son también muy similares, pero el agua ofrece una ventaja adicional que es evidente a primera vista: el agua enfría la pieza desde adentro de una manera más rápida que el gas. Además, la experiencia ha demostrado que se pueden obtener espesores de pared más delgados que con el gas y que la superficie interna es más uniforme y pulida. Empresas constructoras de máquinas de inyección, como Battenfeld, aseguran que el tiempo del ciclo destinado al enfriamiento de las piezas puede reducirse a un 25% del requerido con la asistencia del gas presurizado. El resultado de obtener superficies internas más uniformes y pulidas han llevado a pensar que este proceso puede ser una buena alternativa al moldeado por soplado.

Entre las empresas que en la actualidad están dedicando esfuerzos para implementar la nueva tecnología de inyección están Arburg; Battenfeld con su proceso Aquamold; Engel que ha desarrollado el proceso Watermelt; Milacron con su proceso Aqua-Press; Alliance Gas Systems; Cinpress Gas Injection; Maximator, y PME.
La pasada feria K 2007 fue la ocasión para que estas compañías hicieran demostraciones de sus logros en materia de desarrollos con respecto al uso del proceso de moldeo por inyección asistido con agua. Engel presentó un proceso de fabricación de una tubería plástica ramificada para un aplicación automotriz, en el cual combinó los procesos Watermelt y Combimelt, este último dirigido a la coinyección de materiales. El material externo, una poliamida, cumplía la función estructural y estaba reforzado con fibra de vidrio. Debido a esto, se temía que las fibras de vidrio pudieran desprenderse desde el interior de los canales durante el servicio de la tubería y por lo tanto, dañar la bomba integrada en el circuito de agua de enfriamiento. Para Engel, una solución fue coinyectar polipropileno en el interior del material estructural y, a su vez, horadar con agua un canal interno dentro del centro de polipropileno. El polipropileno no contenía fibra de vidrio de refuerzo y daba resistencia a la acción del agua. La máquina empleada por Engel fue una Combi sin barras guía, modelo 1050H/500W/150.
Justamente antes de la feria K, Battenfeld recibió dos reconocimientos en la competencia de piezas automotrices que organizó la Sociedad de Ingenieros Plásticos (SPE). El fabricante austriaco de maquinaria participó en dos de los proyectos ganadores con su tecnología Aquamould.

Una de las piezas ganadoras fue una palanca para ajustar la posición de las sillas de un vehículo, fabricada completamente en plástico. Gracias a un diseño especial que destacó las propiedades de este material, la innovadora pieza logró satisfacer los requerimientos de resistencia de su antecesora metálica. La palanca tiene una sección hueca en el interior, que fue lograda mediante inyección asistida con agua. El resultado es una pieza liviana y la reducción en los tiempos de enfriamiento gracias a la acción del agua al interior del molde. Müller Technik fabricó esta pieza con tecnología de Battenfeld y con una poliamida reforzada con fibra de vidrio de A. Schulman.

La segunda autoparte galardonada es un pedal para el embrague de un VW Touran (Volkswagen), también fabricado completamente en plástico. Volkswagen se embarcó en este proyecto en conjunto con Lanxess y Battenfeld para buscar una solución que le permitiera reducir el peso y los costos de producción de la pieza con respecto al pedal original, un híbrido de metal y plástico.El resultado fue altamente satisfactorio. El pedal fabricado con poliamida (PA 6 GF30) no sólo mostró mejores propiedades mecánicas comparado con su antecesor, sino que ofrece una reducción de peso de 50% y una producción más costo-eficiente. Adicionalmente, por ser una pieza fabricada 100% en plástico es más fácil de reciclar.

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