La inyección con máquinas eléctricas atrae a los transformadores

Aunque en las últimas exposiciones de maquinaria para la transformación de plásticos los expositores han notado cierta reticencia de los procesadores a invertir en nuevos equipos, se han observado signos de optimismo con respecto a la evolución de la tecnología de moldeo por inyección en máquinas totalmente eléctricas y en máquinas híbridas.

En consenso se ha llegado a la conclusión de que los nichos de alto valor, los sistemas para mejorar la productividad y el estado de la economía son los principales factores que influyeron en la decisión de compra de los inversores. Pese a que nadie asegura que la recesión ya es cosa del pasado, ha habido suficiente actividad en los negocios para hacer pensar que la economía está repuntando. En este artículo recogemos información entregada por los proveedores de equipos de moldeo por inyección con máquinas eléctricas que se presentaron en las recientes ferias de Plastec West, en Anaheim, California, e IPF de Tokyo, y de los que se presentarán en la próxima feria NPE de Chicago. 

Avances en máquinas totalmente eléctricas
Las máquinas totalmente eléctricas de nuevo están dominando las exposiciones en el presente año. El centro de las exhibiciones recientes de Battenfeld of America han sido las máquinas totalmente eléctricas de la serie EM, que constituye la segunda generación de máquinas eléctricas de la compañía. A ella pertenecen modelos que van desde 55 hasta 175 toneladas de fuerza en la prensa. La serie cuenta con características de diseño especiales que recortan el consumo de energía en valores cercanos al 50%, comparando con unidades hidráulicas del mismo tamaño; además, proporcionan un aumento del 18% en la velocidad de inyección, una presión de inyección 15% mayor, un aumento del 60% en la fuerza de contacto en la boquilla y un 17% más de fuerza de eyección. La máquina trabaja con seis motores servo, incluyendo dos con accionamiento directo para impulsar la unidad de inyección; la mayor fuerza de contacto en el área de la boquilla de inyección elimina las fugas de resina, según lo afirma su constructor. El aseguramiento de la prensa se realiza a través de un sistema acodado de cinco puntos y las funciones de toda la máquina son controladas por un sistema Unilog B4.

La empresa Haitian, de Ningbo City, China, está construyendo un nicho de mercado con máquinas que dan a los procesadores un desempeño adecuado a un precio más bajo que muchos modelos competitivos. Esta empresa estará también presente en la feria de NPE y mostrará dos máquinas totalmente eléctricas; una de prensa vertical, dos placas y alta velocidad de trabajo, y otra de propósito general. 

Otra empresa que estará presente en NPE será Demag Plastics Group. Esta empresa revelará su primer modelo de una máquina de moldeo por inyección, de propósito general, totalmente eléctrica. La máquina tiene una capacidad de 112 toneladas en la prensa, y su precio será menor que el de las máquinas similares construidas por otros fabricantes europeos. La compañía espera cambiar la estructura del mercado de las máquinas totalmente eléctricas. Un avance de la máquina había sido presentado en la feria Plastindia pasada. El modelo 110/420-430 ya está siendo empleado y cuenta con motores Siemens de conexión directa. Se espera que el rango de modelos cubra capacidades desde 400 a 3500 kN.

Nissei Plastic Industrial Co. despachó su máquina número 90.000 desde su planta de Nagano, Japón, en enero pasado. La máquina, de modelo DCE120-9E, es totalmente eléctrica y tiene la posibilidad de efectuar dos acciones de inyección. Nissei empezó la producción de máquinas de moldeo por inyección en 1957. Pero la máquina más sofisticada de la compañía corresponde a la serie Elject Nex de máquinas eléctricas, que fue exhibida con éxito en la pasada feria IPF de Tokyo y que será lanzada comercialmente en la próxima feria NPE. Esta máquina es considerada por Nissei como un equipo que de notable relación costo-desempeño. La serie ofrece más opciones de diseño de tornillos, facilidad de mantenimiento y controles mejorados en comparación con pasados modelos de máquinas eléctricas. En NPE se exhibirán prototipos de 55 y 198 toneladas de fuerza en la prensa.

Por otro lado, los especialistas en máquinas totalmente eléctricas, Fanuc, lanzaron al mercado recientemente su modelo S-200i300A, que cuenta con un nuevo diseño de motores servo y controladores que elevan en un 40% la velocidad de respuesta, y la carga de inyección, medida a torque máximo, se incrementa en un 22%; también aumentan las velocidades de cerrado y apertura del molde y la de eyección de las piezas. Otro modelo ofrecido es una máquina de moldeo por inyección totalmente eléctrica, el modelo S-200i5A, de 5 toneladas de fuerza. Fanuc fue la primera empresa en instalar motores servo lineales en sus prensas de inyección que alcanzan velocidades de 2000 mm/seg, en su modelo Supershot 100.

Una nueva línea de máquinas totalmente eléctricas ofrece velocidades de inyección más rápidas. Se trata de la serie Roboshot Si-B de Milacron Incorporated, la cual ha sido diseñada pensando en moldeo por inyección de pared rápida. Esta serie cuenta con sistemas de aseguramiento con codos, diseñados originalmente por Fanuc Ltd. Existen ya cuatro tamaños situados entre 55 y 330 toneladas de fuerza. La serie cuenta con motores servo Alpha, también de Fanuc, que pueden ofrecer movimientos hasta de 300 mm/seg de velocidad y aceleraciones de cero a velocidad máxima en 27 milisegundos. La unidad de inyección es más rígida y ofrece un 50% menos de inercia. Los nuevos controladores de temperatura tienen variaciones en el rango de +/- 2°C. El calentamiento de las zonas del barril de plastificación y de la boquilla de inyección ofrece respuestas rápidas que aumentan la estabilidad de la resina durante el procesamiento. Un nuevo microprocesador de 64 bits lee los parámetros del sistema cada 0,1 milisegundos, lo cual es 10 veces más rápido que lo que se lograba con los modelos de la serie Roboshot I. Un sistema de inteligencia artificial controla los movimientos del molde y los eyectores para garantizar la seguridad de la operación. La fuerza de cerrado del molde se maneja de acuerdo con un perfil previamente establecido, dividido en tres zonas y cada una con un máximo de fuerza aplicada. 

Sumitomo ha trabajado con Star Seiki y Yushin Precision para integrar una interfaz robotizada en sus controladores. La ventaja aquí es que tanto los parámetros de inyección como los de expulsión del producto terminado pueden ser almacenados en un único controlador, evitando el uso de controladores separados. Los proveedores de robots reconocen las ventajas de este sistema de interfaz simple pero temen que puedan presentarse problemas cuando se editen versiones nuevas de los programas. Sumitomo también lanzó al mercado una prensa vertical, modelo SR75, de mesa rotatoria de inserción para la industria automotriz. La máquina SE200D-CI es totalmente eléctrica y puede operar con inyección doble con unidades de inyección colocadas paralelamente. El modelo EC220-2C, por otro lado, puede ser acondicionado con unidades de inyección verticales y horizontales. 

Las máquinas totalmente eléctricas se caracterizan por desarrollar altas velocidades de inyección; el modelo SE100D de Sumitomo opera a una velocidad lineal de 800 mm/seg en producción. Esto se debe a que los motores servo, que actúan directamente sobre la unidad de inyección, son más fáciles de controlar que la variante de motores servo lineales. Estos últimos pueden ofrecer una aceleración más alta pero ofrecen problemas con el control de la desaceleración. Los proveedores de motores servo lineales responden a esta crítica indicando que el control durante la etapa de aceleración es más que suficiente para proveer la precisión que se requiere en moldeo por inyección.

Por su parte, Toshiba ha adicionado una máquina de 850 toneladas a su línea de equipos EC-N y la prensa EC100-Turbo de Toshiba trabaja con motores servo lineales que desarrollan velocidades de 1200 a 1300 mm/seg. Mitsubishi está debutando con una máquina de 2000 toneladas en el presente año. La empresa ha expandido su serie de máquinas EC totalmente eléctricas por los dos extremos de su rango de tamaños. Recientemente también adicionó el modelo EC de 5,5 toneladas de fuerza, un equipo de 0,24 onzas de capacidad de inyección y que no tiene barras de guía en la prensa. La prensa es accionada directamente por un motor servo y un tornillo de bola. Este modelo es el primero en contar con un sistema de codos para asegurar la prensa, en esta línea de máquinas.

La alianza entre Ube y Niigat continúa expandiéndose en el mercado de las máquinas totalmente eléctricas, especialmente en el campo de las máquinas de mayor tamaño. Su mayor esfuerzo ha sido el modelo MP-1800-III de 1800 toneladas. Este modelo cuenta con placas ultra anchas que pueden acomodar moldes que normalmente se usan en prensas de 2500 a 3000 toneladas. 

Los proveedores que usualmente son fuertes en las máquinas de menor tamaño también participan de los mercados de las máquinas de mayor tamaño. Toyo, por ejemplo, anuncia el desarrollo de una máquina de 680 toneladas totalmente eléctrica y otra de 850 toneladas ya está en la mesa de diseño. La potencia de los motores servo es cada vez mayor y son cada día más baratos. Por lo tanto, en el futuro cercano, esta empresa planea lanzar sus productos totalmente eléctricos a precios competitivos, si se comparan con los sistemas hidráulicos. 

Maquinas eléctricas para micromoldeo
Las máquinas de inyección totalmente eléctricas para el procesamiento de silicona líquida, LSR del inglés liquid silicone rubber, son consideradas como de alto valor. Entre ellas se encuentra el modelo AC-5 de Toshiba Machine Co., America, que tiene una capacidad de 7 gr y la posibilidad de moldear partes con un peso de 0,05 gr o menos. El modelo tiene aplicación en el moldeo de partes médicas y de otros sectores económicos de tamaño micro. La silicona líquida se dosifica a la máquina vía un dispensador de micropresición, alimentado a su vez a partir de cartuchos prellenados de 12 oz. La unidad tiene un barril de desconexión rápida que puede ser almacenado en un refrigerador por la noche o el fin de semana, con el objeto de ahorrar material. El diseño de esta máquina se basó en el modelo EC110, con 110 toneladas de fuerza en la prensa, y que cuenta con un sistema de codo. El barril está recubierto con Xaloy 800 de tungsteno carbono. Un tornillo especial para LSR previene que el flujo regrese hacia atrás durante la inyección. Cuenta también con una válvula de no retorno que actúa automáticamente, y una boquilla de cerrado neumático; el barril y la boquilla están enfriados con agua, y el primero cuenta con cuatro zonas de control de temperatura. El control de posicionamiento tiene un tiempo de respuesta de 0,1 milisegundos y acciona una celda de carga localizada detrás del tornillo de plastificación, para lograr posicionamientos con una tolerancia de 0,00002 pulgadas. 

Fanuc también está ofreciendo una serie de máquinas de menos de 10 toneladas de fuerza. De acuerdo con este proveedor, estas máquinas son adecuadas para garantizar la precisión en la inyección de piezas pequeñas, como conectores y piñones. Algunos productores han llegado a la conclusión de que para garantizar precisión es necesario recurrir a moldes de una o dos cavidades únicamente puesto que la falta de balance en un molde multicavidad es la principal causa de variaciones en las propiedades de partes que deben ser fabricadas con tolerancias muy ajustadas. En este sentido, si en el proceso se decide trabajar con un molde de cavidades múltiples y la máquina detecta una inyección anormal, todas las piezas deben ser inspeccionadas y posiblemente descartadas. Si por otro lado, el molde tiene una sola cavidad, la pieza defectuosa se puede detectar haciendo un seguimiento al proceso en la máquina, por lo que no es necesario efectuar la inspección física de las piezas. 

Sodick Plustech emplea un pistón de inyección en su máquina 05EH de tipo híbrido, en donde el control de los motores servo opera en el cerrado y apertura de los moldes y en la unidad de plastificación; los pistones de inyección parecen ser la solución más apropiada para resolver la plastificación en máquinas de moldeo por inyección de piezas muy pequeñas.

Nissei optó también por colocar un pistón para efectuar la plastificación e inyección en su modelo AU3E, el cual había debutado en la feria K 2001. en la reciente feria IPF presentó una versión mejorada y demostró el proceso de inyección de una leva para micro-obturadores de 3 mg de peso. El tamaño de la inyección, contando el canal del molde fue de 0,193 g. Entre más pequeña sea la pieza, mayor es el desperdicio. Éste se incrementa cuando aumenta el número de cavidades en el molde, dando otra razón para no escoger moldes de cavidad múltiple para efectuar el moldeado por inyección de piezas muy pequeñas. 

Por otro lado, la serie Eclipse de Sodick Plustech ofrece máquinas híbridas pequeñas y grandes, en el rango de 5,5 a 385 toneladas, incluyendo un modelo vertical de 40 toneladas. En esta serie, un tornillo de bola accionado eléctricamente realiza los movimientos traversos. Una vez que el impulsor central está asegurado en posición, un cilindro hidráulico asistido con acumulador y que rodea al tornillo, ejerce una acción de tensión sobre las barras guía para crear la fuerza de cerrado de la prensa. Los eyectores y la unidad de plastificación son manejados por motores servo, pero la inyección se efectúa de manera hidráulica con la ayuda de un acumulador de alta velocidad. De acuerdo con fuentes de esta compañía, los actuadores eléctricos proporcionan una aceleración y desaceleración más alta en las operaciones de apertura y cerrado de los moldes, así como una mayor exactitud en el posicionamiento. Por otro lado, el aseguramiento de la compresión en la prensa por medios hidráulicos garantiza mejor control, una distribución más homogénea de la presión y una mejor protección del molde.

La máquina más pequeña de Sumitomo en la feria IPF fue un modelo de 18 toneladas de fuerza en la prensa, SE18D, que emplea un tornillo de 14 mm. Otra máquina ultra pequeña es el modelo MD5SL de Niigata, que ocupa un área de 0,73 m2 y cuenta con un tornillo de 15 mm. La prensa tiene una capacidad de 5 toneladas y puede ser incorporada en una línea de ensamble, como también se puede hacer con el modelo S-200i5A de Fanuc. Toshiba evaluó su máquina EC5P, también de 5 toneladas de fuerza en la prensa. Este equipo incorpora una tecnología propietaria en el sistema de prensado que también ha usado en sus máquinas para la inyección de CD. JSW lanzó al mercado su prototipo de 7 toneladas que tiene una prensa con pistón de inyección. El modelo J7ELI III, ya está a la venta. 

Las máquinas híbridas también son una opción
Demag Plastics Group, Krauss-Maffei, Meiki, Mitsubishi y Sodick Plustech aseguran que sus configuraciones con prensas híbridas ofrecen alta precisión, exactitud y los ahorros de energía que son característicos en los diseños con servomotores. Los sistemas híbridos proporcionan la potencia necesaria de operación, representan menores costos de inversión de capital y ofrecen la familiaridad ya reconocida de los sistemas hidráulicos. Esto, sin contaminar el ambiente con fugas de aceite y sin presentar los problemas comunes de mantenimiento de los sistemas hidráulicos. De acuerdo con estos proveedores, las prensas híbridas alcanzan altas velocidades de movimiento y generan rápidamente la fuerza requerida. En este sentido, la tecnología híbrida se compara ventajosamente con los codos tradicionales hidráulicos, los hidromecánicos e inclusive los totalmente eléctricos. 

Mitsubishi y Meiki están mostrando modelos de máquinas híbridas con mecanismos hidráulicos para asegurar el cerrado de la prensa por acción directa sobre ella. En el caso de Meiki, una innovación en diseño permite asegurar el cerrado de la prensa por medios mecánicos, y con motores eléctricos obligan al aceite a pasar de una cámara a otra, para generar la fuerza de cerrado sin emplear bombas. Este diseño emplea dos motores servo y tornillos de bola en esquinas diagonales de la placa, para lograr movimientos rápidos traversos en la prensa. Este diseño tiene de único que los tornillos de bola tienen sus propios sistemas de aseguramiento y desaseguramiento, separados de la unidad central de compresión, por lo cual continúan girando después de asegurar la prensa. Su movimiento comprime los cilindros localizados a su alrededor, pasando una pequeña cantidad de aceite desde estos cilindros en el central de compresión, para incrementar su presión hidráulica, como se explicó arriba. El resultado es lograr una fuerza aplicada uniformemente a través de la placa. La acumulación de presión es de dos a tres veces más rápida que cuando se emplea un sistema hidráulico convencional y puede llegar a igualar la velocidad de un sistema totalmente eléctrico. La unidad puede lograr movimientos en la prensa con una velocidad de hasta 800 mm/seg. Una prensa de 800 kN de fuerza requiere alrededor de 4 litros de aceite para mantener la prensa cerrada. La serie Nadem (del inglés New Advanced Direct Electric Machine) de Meiki cubre el rango de 800 a 5000 kN de fuerza en la prensa y también cuenta con la opción del sistema de inyección compresión. Otra característica de la serie es el uso de motores acoplados directamente que desarrollan un torque al menos 95% mayor que los servos de banda o polea. A su vez, ofrece una respuesta más rápida. Sumitomo emplea motores de acción directa en todas sus prensas de menos de 260 toneladas de fuerza. 

El último modelo de Mitsubishi de dos placas, de la serie EM de máquinas con prensas eléctricas, incorpora una bomba hidráulica para generar la presión de cerrado en la prensa una vez que el molde ha sido cerrado y asegurado mecánicamente. La fuerza hidráulica se genera en las cuatro barras guía, en las esquinas de la placa. Un motor eléctrico inversor acciona el sistema hidráulico. Un servomotor acciona un mecanismo de tornillo de bola para mover la placa móvil hacia delante y hacia atrás. Este sistema opera con una rapidez que sobrepasa en un 30% la velocidad de una máquina hidráulica convencional. Por otro lado, los movimientos tienen una mayor exactitud, con tolerancias de 0,0012 pulgadas, que se comparan favorablemente con la exactitud de 0,039 pulgadas, de las máquinas hidráulicas convencionales. Igualmente, la deflexión de las placas se ha reducido en un 50%, gracias a este sistema híbrido. Esta serie tienen una unidad de plastificación eléctrica, como el sistema de inyección y eyección. Esto ocurre en el rango de 650 a 1450 toneladas de fuerza en la prensa, dentro de la serie. En todo caso, se ha observado que también es necesario contar con un extractor hidráulico del contramolde. Por esto, la bomba puede servir un doble propósito. Según Mitsubishi, sus máquinas son de las más pequeñas del mercado, si se toma como base la fuerza de las prensas. Por ejemplo, una máquina de 8330 kN ocupa un espacio de 9,5 x 3,2 x 2,6 metros. Esta empresa formó una alianza estratégica con Toyo Machinery & Metal Co., para construir máquinas de moldeo por inyección eléctricas de menor tamaño. Por su parte, Toyo ya está suministrando máquinas de moldeo por inyección totalmente eléctricas en el rango de tamaños entre 33 y 308 toneladas para Mistubishi en los Estados Unidos.

La línea de máquinas híbridas Eltec de Krauss-Maffei ha sido extendida para cubrir el rango de 55 a 165 toneladas. Estos modelos trabajan con dos placas y usan tornillos de bola integrados a las barras guía. Tal tipo de arreglo asegura una acción rápida traversa para generar los movimientos de apertura y cerrado del molde. La prensa es asegurada por medio de un mecanismo hidromecánico. Una vez que cada barra guía ha sido asegurada, el sistema envía aceite a cuatro cilindros pequeños de recorrido corto localizados en estas barras junto a la placa estacionaria. El prensado ocurre en las cuatro esquinas de la placa, de la misma manera que en las prensas hidromecánicas o de codos. El movimiento de los cilindros es únicamente de 6 mm y emplea para ello 1,5 litros de aceite en cada cilindro. Una máquina estándar requeriría 180 litros, en comparación. La presión de prensado se desarrolla rápidamente, en un término de 0,5 segundos. Una bomba tipo servo acciona el sistema hidráulico y motores eléctricos manejan la inyección, eyección y la plastificación.