El trimestre pasado nos hicimos cargo de una transferencia de molde de un proveedor europeo-revestimiento interior de automóvil, PA66-GF30, tolerancias de ±0,08 mm. El equipo de producción del cliente llevaba meses luchando contra la inestabilidad dimensional. Ya habían actualizado a una unidad de agua presurizada de $12,000 con una precisión de control de ±0,2 grados. El problema persistió.
Sacamos el molde y pasamos tinte por los circuitos de refrigeración. Dos de los seis canales mostraron una restricción de flujo del 60% respecto de la escala. Un circuito en el lado del núcleo pasó a 32 mm de la superficie de la cavidad en el área de la puerta-casi el triple de la distancia recomendada para el nailon relleno de vidrio-. El controlador de temperatura estaba haciendo exactamente lo que se suponía que debía hacer. El molde no le daba nada con qué trabajar.
Esta es la conversación que terminamos teniendo con más frecuencia de la que nos gustaría. La selección del controlador de temperatura del molde se trata como una decisión de adquisición desconectada del diseño de herramientas. La compra evalúa los caudales, la capacidad de calefacción y la precisión del control. Ingeniería aprueba. Producción instala la unidad y espera que resuelva la gestión térmica de cualquier molde que se encuentre en la máquina. No es así como funciona la transferencia de calor.
El techo del que nadie habla
Un controlador de temperatura del molde solo puede eliminar el calor tan rápido como lo permita el circuito de enfriamiento. El diámetro del canal, la distancia desde la superficie de la cavidad, el recorrido del circuito y la turbulencia del flujo-determinan la tasa de extracción térmica. El controlador regula la temperatura y el flujo del suministro. Si la geometría limita la cantidad de calor que llega al refrigerante, el controlador no tiene nada que regular.
El grupo de control de temperatura de ENGEL calcula que aproximadamente el 20% de las piezas moldeadas rechazadas se deben a errores de control de temperatura (engelglobal.com). Lo que esa estadística no revela es cuántos de esos "errores" son en realidad limitaciones de diseño. En los moldes que hemos auditado durante los últimos dos años, el mal funcionamiento del equipo representa quizás uno de cada cinco problemas de calidad relacionados con la temperatura-. El resto se debe a circuitos de refrigeración de tamaño insuficiente, mal colocados o degradados por negligencia.
Tuvimos unmolde conector médicoel año pasado-POM, ocho cavidades, estrictos requisitos estéticos en las superficies de contacto. El cliente especificó un controlador basado en aceite-porque la hoja de datos de su proveedor de materiales recomendaba una temperatura del molde de 95 grados. Las unidades de aceite funcionan más silenciosamente y el equipo de mantenimiento las prefería. Bien. Pero POM no necesita control de temperatura basado en aceite-a 95 grados. Un sistema de agua a presión maneja ese rango con una mejor respuesta térmica y aproximadamente un 40% menos de consumo de energía. El verdadero problema era que el diseño del molde original tenía canales de enfriamiento colocados alrededor de los pasadores expulsores de una manera que creaba zonas muertas en el lado de la cavidad. Cambiar del petróleo al agua no habría solucionado el problema. El rediseño del diseño del circuito sí lo hizo.
Lo que realmente impulsa la recuperación
Regloplas documenta una reducción del 50 % de la energía de la bomba con control ∆T de frecuencia variable con una reducción de la velocidad del 20 % (regloplas.com). Ese es un número real de un fabricante de renombre. También es un número que supone que su circuito de enfriamiento puede utilizar los caudales que entrega la bomba. Acumulación de incrustaciones, canales de tamaño insuficiente, longitud excesiva del circuito con demasiadas curvas-cualquiera de estas limitaciones significa que la bomba funciona con más fuerza para empujar el refrigerante a través de restricciones que no deberían existir.
La recuperación más rápida que hemos visto en la optimización del control de temperatura no implicó la compra de equipos nuevos. Un cliente de envasado de cosméticos en Polonia redujo el tiempo del ciclo de 28 segundos a 16 segundos descalcificando tres circuitos, reemplazando un sensor PT100 desviado y reequilibrando el flujo entre la cavidad y los lados del núcleo. El gasto total fue inferior a 2.000 €. La reducción del tiempo de ciclo en 2,4 millones de piezas anuales generó ahorros que recuperaron la inversión en menos de una semana. Los controladores de temperatura que estaban usando-nada especial, unidades de agua estándar de un proveedor chino-funcionaron bien una vez que el sistema de enfriamiento realmente estuvo funcionando.
Las instalaciones de P&G en Braun adoptaron el enfoque opuesto, invirtiendo fuertemente en monitoreo electrónico del flujo en cada circuito de enfriamiento de sus moldes de componentes Oral-B. Lograron tasas de rechazo documentadas inferiores al 0,05 % (ptonline.com). Pero el equipo de Braun también reconoció que antes de implementar la monitorización por circuito, el control de temperatura había sido una "caja negra" para ellos. Sospechaban que la variación térmica estaba afectando la consistencia dimensional, pero no podían diagnosticar qué circuitos eran problemáticos. Ese es el valor real de la tecnología sofisticada de control de temperatura-la visibilidad de un proceso que la mayoría de las instalaciones consideran establecido-y-olvidan.
La cuestión material
Nos preguntan sobre controladores de temperatura de agua versus aceite más que casi cualquier otra pregunta sobre equipos. La respuesta es aburridamente sencilla: use agua siempre que sea posible, agua a presión para termoplásticos de ingeniería hasta aproximadamente 230 grados, aceite solo cuando realmente necesite superficies de molde por encima de ese rango. PEEK, PPS, ciertospoliimidas de alta-temperatura-esos requieren aceite. PA, PC, POM, ABS, todo lo que está en el rango de ingeniería estándar y de productos básicos-el agua la maneja con mejor conductividad térmica, menor costo operativo y sin los dolores de cabeza de la contaminación.
La pregunta más interesante es cómo la selección de materiales afecta el diseño del circuito de enfriamiento, lo que luego afecta lo que el controlador de temperatura debe lograr. Los compuestos-con relleno de vidrio transfieren sustancialmente más calor al molde que los grados sin relleno en volúmenes de inyección equivalentes. Un molde diseñado para PA66 sin relleno tendrá dificultades térmicas cuando la producción cambie a PA66 relleno con un 30 % de vidrio-. Los circuitos de refrigeración dimensionados para el material sin relleno no pueden extraer el calor con la suficiente rapidez. Los tiempos de ciclo se prolongan o las piezas salen con tensiones residuales debido a una refrigeración insuficiente.
Diseñamos para el grado de material más exigente que procesará la herramienta. Si existe alguna posibilidad de que la producción migre de compuestos sin relleno a compuestos con relleno, el sistema de enfriamiento debe adaptarse a eso desde el primer día. Las modificaciones de modernización-agregar circuitos e instalar insertos de enfriamiento conformes- cuestan entre 5000 y 15 000 dólares y requieren retirar el molde de producción. La incorporación de una capacidad térmica adecuada en el diseño original añade quizás entre un 10 y un 15 % al coste de las herramientas. Las matemáticas suelen favorecer hacerlo bien la primera vez.
El punto ciego del mantenimiento
Nadie presupuesta el mantenimiento del sistema de refrigeración hasta que algo se estropea. Descalcificación trimestral, verificación del caudal e inspección de sellos-estas tareas se ven impulsadas porque los cronogramas de producción son ajustados y los moldes "funcionan bien". Luego, gradualmente, a lo largo de seis a doce meses, los tiempos de los ciclos aumentan. Las métricas de calidad fallan. Al final, alguien saca la herramienta y encuentra canales que parecen el interior de un viejo calentador de agua.
Una capa de escala de 1/16 de pulgada agrega aproximadamente un 15% al tiempo de enfriamiento. Eso se acumula lo suficientemente lento como para que los operadores atribuyan los ciclos más largos a la variación del lote de material, cambios de temperatura ambiente o desgaste de la máquina. Para cuando la conexión con la degradación del sistema de enfriamiento se vuelve obvia, ya se ha comido la penalización del tiempo de ciclo en miles de horas de producción.
Las instalaciones que evitan esta trampa tratan el mantenimiento del sistema de refrigeración del mismo modo que tratan el mantenimiento preventivo de las propias máquinas de inyección:-programado, documentado y no-negociable. Pruebas de flujo cada trimestre. Descalcificación anual o cuando los caudales caen por debajo del valor inicial. Calibración del sensor según un cronograma real en lugar de cuando las lecturas comienzan a parecer sospechosas. Estas no son actividades costosas. Sólo requieren que alguien asuma la responsabilidad.
Donde entramos nosotros
En Abis Mould, la especificación del sistema de refrigeración es parte delAlcance DFMen cada programa. Modelamos la distribución del flujo de calor, dimensionamos los canales para el material y los objetivos de tiempo de ciclo, y configuramos el enrutamiento del circuito para evitar las zonas muertas y las restricciones de flujo que crean problemas en la producción. La selección del controlador de temperatura ocurre en sentido posterior-una vez que sabemos qué condiciones térmicas puede soportar realmente el molde.
Para los moldes existentes con problemas de calidad relacionados con la temperatura-, podemos evaluar si la restricción es el equipo o la geometría. A veces tiene sentido actualizar el controlador. Más a menudo, el problema es un circuito de refrigeración que necesita modificación o mantenimiento y que se ha pospuesto demasiado. De cualquier manera, el diagnóstico comienza con el molde, no con la hoja de especificaciones de una nueva unidad de control de temperatura.
Si estás planeando unaprograma de moldesCon requisitos térmicos estrictos o problemas de temperatura en las herramientas existentes, nuestro equipo de ingeniería puede analizar los detalles. La conversación sobre el sistema de refrigeración es más productiva cuando se produce temprano-pero nunca es demasiado tarde para descubrir qué es lo que realmente limita el rendimiento.