10 pasos para mejorar la eficiencia de su proceso de inyección

El moldeo por inyección es un proceso complejo en el que diversas variables interactúan simultáneamente. Sin embargo, la gran mayoría de las plantas tienen la oportunidad de mejorar la eficiencia y rentabilidad, atendiendo a pequeños detalles o haciendo inversiones relativamente bajas en equipos periféricos o modificaciones ligeras de moldes. En este artículo revisamos algunas estrategias que se pueden implementar para hacer el proceso de inyección más productivo.

1. Diseño y espesores del producto: el diseño y ante todo el espesor del producto determinan el tiempo de ciclo y por tanto la rentabilidad del proceso de inyección. El tiempo de enfriamiento se incrementa con el cuadrado del espesor del producto inyectado; por lo tanto, si se aumenta al doble, el espesor en realidad se está incrementando en cuatro veces el tiempo de enfriamiento. A veces se hace más grueso un espesor para que una pieza tenga más resistencia mecánica. Sin embargo, un espesor muy grueso puede generar todo lo contrario, pues en esta zona se pueden producir vacíos durante el enfriamiento, debilitando el producto. Así, la recomendación primordial para garantizar los menores tiempos de ciclo es buscar alternativas a espesores gruesos, tales como costillas de refuerzo.

2. El punto de inyección y la presión de sostenimiento: tenemos el concepto de que el punto de inyección debe ser lo más pequeño posible para que pueda desprenderse fácilmente del producto, sobre todo en diseños de canal frío. No obstante, el punto de inyección cumple dos funciones: por un lado garantizar llenado completo del producto, pero por otro permitir el paso del volumen que se compensa durante la etapa de la presión de sostenimiento. Dicha presión no puede actuar si el punto de inyección se solidifica muy pronto, por lo que es recomendable diseñar éste tan generoso como sea posible. Cuando la presión de sostenimiento actúa, no solo se mejora la estabilidad del producto al compensar la contracción volumétrica que ocurre en el plástico de manera natural cuando se enfría, sino también es posible mejorar el contacto del producto con la cavidad del molde, optimizando hasta en 10% la eficiencia del enfriamiento.

3. Canales de enfriamiento en el molde: el molde de inyección sirve principalmente para enfriar el material plástico. Así que nuestra labor como ingenieros y técnicos de planta es facilitarle este trabajo. Los canales de enfriamiento deben estar perfectamente limpios, libres de corrosión y el caudal de agua que les hagamos llegar debe ser generoso. Es muy importante tener un caudal de agua en régimen turbulento, es decir, que por los conductos pase la mayor cantidad de agua por minuto a la mayor presión posible. Para ello es importante que el diámetro de los canales y las mangueras sea tan grande como se pueda. También es importante no "puentear" el agua, es decir, garantizar que ésta entra y sale solo una vez por el molde y, por tanto, que cada circuito cuente con un caudal de agua independiente.

4. Método de enfriamiento: por economía, en muchas plantas se opta por tener una torre de enfriamiento, sin embargo, en las torres el agua puede contaminarse y se pierde “frío” al transportarla. Una prueba importante es medir la temperatura real del agua que le está llegando a cada máquina. Es común que cuando entramos a una planta y preguntamos a qué temperatura está el agua, siempre se nos dé el número que marca el tablero del sistema de enfriamiento central. No obstante, este número puede variar de manera importante dependiendo de la posición de cada inyectora dentro de la planta y de las condiciones climáticas. La situación ideal es que tengamos una fuente de frío dedicada a cada máquina, capaz de trabajar de manera continua y garantizar la misma temperatura y caudal. Existen equipos periféricos que pueden adquirirse de manera independiente para enfriar -al menos- las máquinas más críticas dentro de la planta. Normalmente, cuando se cuenta la eficiencia obtenida en ciclo, el retorno de la inversión suele ser inferior a dos años.

5. Aleaciones de alta conductividad en el molde: el tiempo de ciclo está determinado por las zonas más calientes dentro del molde. Si atacamos estas zonas donde está la mayor temperatura, no solo reduciremos el tiempo de ciclo, también mejoraremos la estabilidad dimensional del producto. Con un termopar es posible medir las zonas más calientes dentro del molde, que normalmente corresponden con las zonas de mayor espesor del producto inyectado, y se puede concebir una mejora en la refrigeración con el uso de insertos de alta conductividad -base cobre-, por ejemplo para hacer más eficiente la transferencia localizada de calor.

6. Canal caliente vs. canal frío: por el costo de la inversión inicial, el canal caliente es descartado en muchas ocasiones. Sin embargo, no solo el costo del reproceso de la resina, sino también la reducción en tiempo de inyección y la efectividad de la presión de sostenimiento son factores que juegan a favor de la selección de un canal caliente. Al estar lleno antes de cada ciclo, nos ahorramos el tiempo de llenado de un ramal frío; y al estar abierto todo el tiempo, gracias a que el material está fundido, nos permite ejercer presión posterior a la inyección de manera más eficiente.

7. Disminuir la temperatura de fundido: la labor de enfriamiento del molde de inyección también se facilita cuando disminuimos el gradiente de temperaturas que existe entre el molde y el material que entra caliente. Muchas veces la temperatura de la boquilla en la inyectora se fija más por hábito o tradición que por razones técnicas determinadas; y si calentamos un material más vamos a demorar más en retirarle este calor. Al trabajar con menor temperatura de fundido no solo reducimos el tiempo de enfriamiento, también disminuimos el consumo energético de las resistencias.

8. Materias primas: existe una gran variedad de materias primas para emplear, pudiendo evaluar diferentes alternativas que nos permitan hacer más eficiente la ventana de proceso. Por ejemplo, si trabajamos con resinas que tengan un mayor índice de fluidez (MFI) estamos reduciendo la resistencia del material a fluir y podemos trabajar a temperaturas y presiones más bajas, con lo que acortamos el ciclo y ahorramos energía. Así mismo, podemos trabajar con materias primas que tengan mayor conductividad térmica y menor capacidad calorífica: son resinas que se solidifican con menor esfuerzo. También es posible trabajar con resinas con cargas, como el carbonato de calcio, que aumentan la conductividad térmica y por tanto hacen más rápido el enfriamiento.

9. Simulación: hoy en día existen diversas herramientas de simulación que permiten anticipar lo que le va a suceder a un diseño de producto o al diseño de un molde. Uno de los errores más comunes es ahorrarse el costo de una simulación en la etapa de diseño, para después pagar con creces este ahorro porque el molde no hizo lo que se esperaba o porque hay que correr con costosas modificaciones cuando el tiempo de entrega de un molde ya está encima. Las herramientas de simulación son aliadas poderosas y extremadamente eficientes en costos, que permiten evitar errores e incrementar el “know-how” del equipo de diseño y producción.

10. Entrenamiento del personal: ninguna de las mejoras anteriormente propuestas son sostenibles en el tiempo si las razones por las que se lleva a cabo cada modificación no son explicadas de manera adecuada al equipo de producción. Entre más empoderado esté el personal que pasa sus días al lado de las inyectoras, más efectivos van a ser los emprendimientos de mejora. La capacitación sistemática del personal nuevo, así como la mejora continua y verificación del conocimiento del personal actual, son fundamentales.

Artículo proveniente de la revista impresa con el códido tp3102_inyeccion.