Uso de placas magnéticas en prensas gigantes

Los sistemas de placas magnéticas están llegando a un número creciente de moldeadores por inyección y están ganando popularidad en el sector de las prensas grandes, por primera vez. Los diseños mejorados han disipado anteriores preocupaciones sobre la seguridad de los sistemas magnéticos y los moldeadores los ven ahora como una alternativa simple comparada con los sistemas hidráulicos o mecánicos para realizar el cambio rápido de moldes (CRM) y en operaciones de moldeo justo a tiempo (JAT).

Durante años, los sistemas de montaje magnético de moldes en las prensas de inyección estuvieron relegados a un lado de los sistemas mecánicos o hidráulicos, en razón principalmente a la prevención que existía con respecto a la firmeza de estos soportes. Los moldeadores simplemente se sentían más seguros viendo un mecanismo sólido soportando sus moldes. Los accidentes en el campo de la inyección limitaron el uso del magnetismo en moldeo por inyección, a pesar de que era ampliamente usado en la fabricación de moldes.

"A comienzos de los 90, en tres ocasiones separadas y aisladas entres sí en diferentes plantas, se inició el uso de los magnetos para sostener los moldes en la prensa", dice Simon Barton, director de desarrollo de productos de sistemas CRM magnéticos de la empresa Staubli. "Cada una de estas compañías no volvió a usar magnetos, aunque en todos los casos, los magnetos no fueron causantes de problemas, sino errores de los operarios." Los proveedores afirman que un mejor entendimiento sobre el uso adecuado de los magnetos y su mantenimiento, hubiera evitado los accidentes ocurridos. Como resultado de esta experiencia, los sistemas magnéticos modernos son diseñados para prevenir los errores de los operarios.

Ahorran tiempo y mano de obra
Los sistemas de soporte magnético son simples (no contienen partes móviles) y son rápidos. La fuerza magnética puede ser aplicada o removida en menos de un segundo. El cambio de un molde magnético típico involucra la ubicación de las dos mitades del molde juntas, su aseguramiento individual, la desmagnetización de las placas y luego retirar el molde de la prensa por medio de una grúa o transportador de rodillos, hacia un lado de la prensa. Para montar un molde nuevo, el operador primero encaja la base del molde en el anillo de posición en la placa fija, luego mueve la placa móvil hasta que toca la placa opuesta del molde. El operador magnetiza el molde, remueve los tirantes que sostienen juntas las mitades del mismo, y luego corre la placa móvil hacia atrás.

"Tenemos dos prensas de 3.000 toneladas con placas magnéticas y otra de 30 pernos de 1,5 pulgadas de diámetro para asegurar el molde", afirma Lonnie Hines, superintendente de mantenimiento en Textron Westland Operations, de Westland, Mich. Cada máquina carga un molde de 74.000 libras de peso. Un cambio de molde con el sistema mecánico de pernos requiere por lo menos cuatro horas de labor y tres personas, mientras que los sistemas magnéticos permiten hacer los cambios en solamente 45 minutos con la intervención de dos personas, explica Hines. Si un perno tiene la rosca desgastada, el cambio de molde toma más tiempo.

Un cambio completo de molde en una prensa de 500 toneladas, que tomaba 45 minutos en Textron, ahora se hace en 18 minutos, explica Hines. Y un cambio de molde que antes representaba dos horas de labor en una prensa de 1.100 toneladas, hoy en día se hace en 20 minutos; gracias a las placas magnéticas. Durante el lapso de un año, 13 de las 18 máquinas Van Dorn de Textron, en el rango de 400 a 3.000 toneladas de fuerza en la prensa, han sido convertidas a CRM con sistemas magnéticos de Tecnomagnete. Más de la mitad de estas prensas son de más de 1.000 toneladas de fuerza.

Valeo, de Rochester, N.Y., un proveedor Tier 1 de sistemas de aire acondicionado y enfriamiento para automotores, cuenta con tres prensas de hasta 1.100 toneladas equipadas con aseguradores magnéticos de Staubli. "Estamos tratando de realizar cambios de moldes en 15 minutos o menos", dice el ingeniero de manufactura Michael Cochiarella. "Puedo cargar un molde en la prensa en 15 minutos."

Los proveedores de sistemas magnéticos citan algunos otros beneficios de la tecnología:

• Es compatible con configuraciones no tradicionales de moldes. Los huecos del dado no tienen que encajar con los de las placas. Las placas magnéticas operan con los patrones de ubicación Euromap y SPI.
• Previene la deflexión del molde debido a que el magneto aplica la fuerza de manera continua y uniforme sobre toda la superficie de la placa posterior del molde, en lugar de puntos discretos localizados a lo largo de los bordes de la misma.
• Los sistemas magnéticos no interfieren con las barras de eyección, termocuplas, contramoldes o detalles especiales del molde. No hay soportes que se extiendan hacia el área de moldeo.
• El campo magnético se extiende solamente una fracción de pulgada dentro del molde, por lo que la mayoría de los proveedores aseguran que la fuerza magnética no afecta al personal que use relojes u objetos metálicos. Valeo, sin embargo, ha colocado avisos advirtiendo que el personal que use marcapasos debe estar alejado de las placas magnéticas.
• El personal no tiene que trabajar debajo de los moldes durante el cambio de los mismos.
• En caso de fallas en el suministro eléctrico, no se producen efectos sobre la fuerza de soporte de los moldes. También se afirma que estos sistemas no se afectan cuando ocurren cortos circuitos.

Los magnetos en las prensas mas grandes
La tecnología magnética ha sido aplicada tanto en prensas horizontales como en verticales (rotatorias y de traslación) y en moldes convencionales como en moldes apilados y de tres placas. Hasta ahora, las placas magnéticas se han usado en prensas verticales de hasta 500 toneladas, pero en las máquinas horizontales la tendencia es hacia tonelajes mucho mayores. "Más de la mitad de nuestras ventas de sistemas magnéticos se hacen para máquinas de más de 1.000 toneladas de fuerza", dice Alessandro Chiaramonte, director de operaciones en Tecnomagnete. Una tendencia similar ha sido reportada por los otros dos proveedores principales de la tecnología magnética, Staubli y EAS Mold & Die Change Systems (antes Enerpac Automation Systems), el brazo de mercadeo de O.S. Walker Co. Inc., de Milwaukee.

Tecnomagnete ha instalado cerca de 600 unidades de su sistema Quad-Press 75 en Norteamérica, en máquinas desde 40 toneladas y más, hasta 3.500 toneladas. En todo el mundo, esta compañía con base en Italia, dice haber equipado de 3.000 a 4.000 máquinas de inyección, en el rango de toneladas de fuerza en la prensa de 25 hasta 6.000. Las ventas han sido muy activas en los últimos cuatro años. "Las ventas se han duplicado en cada uno de los dos últimos años", dice Thomas Erwin, director de productos para Estados Unidos. Las máquinas equipadas con magnetos de hasta 500 toneladas de fuerza ya están disponibles para evaluación por parte de proveedores de maquinaria como Van Dorn Demag Corp., Husky Injection Molding Systems o Sandretto USA Inc.

El modelo QMC120 de Staubli ha sido el último en ser introducido al mercado, pero Barton dice que la firma tiene ya cerca de 120 de ellos vendidos alrededor del mundo y que ha instalado de 60 a 70. Hay cerca de 10 sistemas operando en Norteamérica. El modelo más grande hasta ahora ha correspondido a una prensa de 3.500 toneladas de la empresa Volkswagen, de Alemania. Staubli también ofrece sistemas CRM no magnéticos.

EAS y Walker aseguran que han realizado más de 1.000 instalaciones alrededor del mundo de la tecnología de placas magnéticas EAS Walker Pressmag. Una de ellas en una máquina de 3.000 toneladas de fuerza en Norteamérica para una aplicación automotriz, dice Cliff Drake, presidente de EAS. EAS ofrece una línea completa de productos CRM, incluyendo sistemas hidráulicos y mecánicos.

Los diseños magnéticos difieren entre sí

Los tres proveedores ofrecen tecnología con base en electromagnetos permanentes. Otros tipos de sistemas magnéticos, tales como los de modificación mecánica, activados al impulso de una palanca, o electromagnetos activados por medio de una potencia eléctrica continua, ofrecerían peligros en aplicaciones de moldeo.

Los electromagnetos permanentes tienen un flujo magnético o campo energético permanentes. Cuando el sistema de placa magnética es activada, un flujo corto de corriente eléctrica (de cerca de 10 hasta 100 amperios) cambia temporalmente la polaridad del magneto, de tal manera que el campo magnético entra al molde para asegurarlo o para liberarlo en caso de ser retirado de la máquina (ver dibujo esquemático). No se requiere energía para mantener la polaridad del flujo magnético en cualquiera de las configuraciones. Como resultado, el consumo de energía para operar los seguros magnéticos es minúsculo. Simon de Staubli afirma que hacer seis cambios de moldes al día en una máquina de 1.000 toneladas con placas de 7x7 no requiere más energía que la que se necesita para operar un bombillo de 100 vatios durante un día.

La fuerza de aseguramiento de los sistemas de placas magnéticas está determinada por el tipo de magneto, su configuración y razón del área de la placa magnética a aquella de la placa del molde. También juega un papel importante la limpieza de las dos placas. Los tres proveedores proporcionan fuerzas de soporte que igualan por lo menos un 10% de la fuerza de la prensa. Afirman que esto es más que suficiente para evitar que ocurra una falla en el soporte del molde debido a las fuerzas de prensado, inyección o de desalojo.

Al centro de los sistemas Quad-Press de Tecnomagnete hay una combinación de dos tecnologías de magnetismo. La placa diseñada con un espesor de 52 mm opera bajo el principio de la tecnología de cuatro polos empleando una ‘celda’ magnética de 3x3 pulgadas, compuesta de cuatro cubos de acero. La superficie superior de los cubos de acero corresponde a la superficie de contacto de la placa magnética. Cuatro lados de los cubos están rodeados por magnetos fabricados con aleaciones de tierras raras como neodimio, hierro y boro. En la base de los cubos de acero se tiene una capa de un magneto de aluminio-níquel-cobre (ALNICO) y una bobina de cobre. La aleación de neodimio nunca cambia su polaridad, pero el ALNICO sí, cuando responde a la corriente eléctrica en las bobinas colocadas en las bases de los cubos de acero. Cuando la corriente se suspende, el ALNICO retiene su nueva polaridad.

El ‘Quad’ en el nombre del sistema se refiere al patrón del tablero que forman los cubos de la placa magnética y el cual está patentado. Las celdas están organizadas para proporcionar la mayor concentración de fuerzas. Cada celda genera 1.760 libras de fuerza de aseguramiento, aunque el flujo magnético atraviesa un espesor de solamente 5/8 de pulgadas dentro de la base del molde. De esta manera, el flujo magnético no puede interferir con el accionamiento de las válvulas de compuerta o los eyectores.

El sistema consume solamente de 15 a 40 amperios, dependiendo del tamaño de la máquina, y se activa únicamente durante menos de un segundo. El sistema de control Flux Safe, de Tecnomagnete, mide el magnetismo del sistema que asegura que la base del molde tenga un valor adecuado de permeabilidad magnética. Una Unidad de Control de Saturación verifica si el sistema ha llegado al punto de saturación completa de magnetismo. Sensores de proximidad impiden la magnetización del molde si éste no se encuentra en contacto apropiado con la superficie magnética. También suspenden la operación de la máquina si el molde presenta en cualquier momento un desplazamiento superior a 0,2 mm. Para aumentar la seguridad, el sistema de obturación con llave de Tecnomagnete impide la suspensión accidental del soporte magnético.

Staubli tiene otra manera de operar, dice Simon Barton, quien diseñó la primera placa magnética de la firma. El sistema QMC120 de segunda generación de Staubli fue presentado ante una audiencia europea el año pasado en Estados Unidos. Cuenta con una polaridad circular, con magnetos ALNICO en forma de herradura, que tienen los polos norte y sur en los extremos de los magnetos. Una bobina envuelve cada extremo de los mismos. Cada polo está cubierto de magnetos de la aleación neodimio-hierro-boro.

La placa de acero tiene un espesor de 49 mm, de la cual se afirma que es la más delgada del mercado, por lo que permite ahorrar espacio para el molde. La placa contiene el magneto y la bobina. La bobina se activa con una corriente de 10 a 100 amperios durante un tercio de segundo. Cuando la bobina es activada, todos los polos magnéticos toman la polaridad norte, al tiempo que la base del molde se convierte en el polo sur. Cada magneto proporciona una fuerza de 1.400 libras, que penetra solamente 10 mm dentro del acero del molde. La baja profundidad del campo no interfiere con ninguno de los componentes del molde y es improbable que afecte un marcapasos, dice Barton, aunque Staubli coloca advertencias en este sentido en el manual de operación.

Staubli puede variar la concentración de la fuerza organizando los magnetos de manera diferente. "Si se adiciona un segundo magneto se puede lograr una fuerza de 2.800 libras", anota Barton. El diseño básico de Staubli concentra los magnetos alrededor del centro de la placa, aunque el diseño puede hacerse bajo pedido.

El sistema QMC120 ofrece 28% más de fortaleza en el soporte que otros modelos anteriores de Staubli. Sus características de seguridad se han diseñado para prevenir accidentes causados por errores de los operarios o fallas de mantenimiento. Un sistema de verificación mejorado, Flux Sense, mide la fuerza magnética y la corriente eléctrica. Proporciona una señal de avanzar o parar, dependiendo de si alcanza o no la saturación magnética completa. Una falla sería detectada si el molde no se asienta totalmente sobre el magneto o si la base del molde no es lo suficientemente permeable a la fuerza magnética. Esto último ocurriría si la base del molde está muy sucia, oxidada o fabricada con un tipo de aleación de acero poco conductora del flujo magnético.

Flux Sense también detiene la máquina si el molde se mueve aún menos de 0,0005 pulgadas. Adicionalmente, la fase de magnetización se realiza dos veces de manera automática. En caso de que el molde no haya sido colocado perfectamente contra el magneto, el primer ciclo hala el molde contra el magneto, en el segundo se asegura una fuerza de soporte apropiada.

EAS emplea magnetos de polos ALNICO rectangulares y una bobina asegurada con resina epóxica entre los polos. El ALNICO juega un papel diferente en esta tecnología, comparado con el de las otras dos tecnologías ya mencionadas. Pulsos eléctricos que duran 20 milisegundos desmagnetizan completamente el magneto de ALNICO cuando llega el momento de remover el molde. Otra secuencia de pulsos eléctricos que duran entre 2 y 5 segundos recargan el magneto y lo llevan a su estado de fuerza original.

EAS afirma que el beneficio de esta manera de operar está en que el magneto ALNICO puede manejar temperaturas de molde superiores sin perder fuerza magnética. El sistema puede operar sin fallar aún si la temperatura de la base del molde llega a 300°F o 500°F, en sistemas especiales, dice Drake. Además, la tecnología de ‘concentración de flujo’ de la firma emplea la configuración y forma del polo para mejorar la fuerza de aseguramiento aún si el polo no ha sido recuperado completamente en el molde. Se afirma que este efecto mejora el soporte de los moldes más pequeños.

Los magnetos y sensores de proximidad de EAS están alojados en una placa de 55 mm de espesor. El flujo magnético penetra 0,75 pulgadas en la base del molde. El controlador verifica la duración de los pulsos eléctricos y mide la saturación magnética.

Reglas generales
Para lograr una utilización segura de las placas magnéticas los moldeadores deben comprender cuáles son las limitaciones de la tecnología:

Las placas de los moldes deben fabricarse de aceros permeables al magnetismo. Muchos aceros son aceptables, pero el acero inoxidable 300 no lo es (aunque el acero inoxidable 400 trabaja bien). Los aceros endurecidos debilitan la atracción magnética, de acuerdo con reportes técnicos.

Los moldes muy pequeños pueden tener un cubrimiento insuficiente por los magnetos para lograr un buen soporte.

Las operaciones a altas temperaturas, tales como el moldeado de termofijos, pueden debilitar los campos magnéticos. Se puede requerir el uso de una placa aislante, especialmente si hay sistemas de colada caliente.

Debido al uso de las placas magnéticas se puede perder alrededor de 4 pulgadas de espacio disponible para el molde.

Las placas posteriores de los moldes deben estar libres de aceites, óxido o suciedad, so pena de reducir la fuerza magnética.

Las placas del molde deben estar absolutamente planas para lograr un montaje a ras sobre las placas magnéticas.

Los sistemas magnéticos tienen un costo de US$30 a US$120 por tonelada de fuerza de la máquina. Entre más pequeña sea la máquina, mayor es el precio por tonelada. EAS dice que sus sistemas magnéticos cuestan de 20 a 30% más que el de otras tecnologías de CRM
Reproducido de Plastics Technology con autorización del editor.