¿Cómo optimizar el proceso de inyección?

¿Cómo optimizar el proceso de INYECCIÓN INDUSTRIAL? Conferencia Técnica Virtual Ing. ANDRÉS FRANCISCO URBINA RAMÍREZ, Msc PM Tec Servicios de Ingeniería S.A.S

Centro de Excelencia en Inyección

07 de Noviembre de 2018 INICIO: 11:00 FIN: 12:00 PREGUNTAS: 15 mins +

Perfil del conferencista • Ingeniero Mecánico - Universidad de los Andes • Magister en Ingeniería: Materiales y Procesos – Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá • Líder Técnico y de Proyectos – PM Tec Engineering • Ingeniero senior de aplicación y proceso & entrenador senior certificado SIGMASOFT Virtual Molding – moldeo virtual • Instructor titular del Centro de Excelencia en Inyección

• Redactor técnico de la publicación más importante para la industria del plástico en centro y sur América: Tecnología del Plástico • Vasta experiencia en asesoría a compañías de toda la cadena de valor del plástico en Colombia, Centro y Sur América

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Agenda El proceso de inyección

Optimización con moldeo virtual

• Moldeo por inyección: Aspectos generales • ¿De qué depende la eficiencia del proceso de inyección?

• Moldeo Virtual: ¿En qué consiste?

• Moldeo Virtual: Alcance

Fuente: IKV

Casos prácticos

• Corrección de defectos: rechupes • Reducción de tiempo de ciclo: ¿Cómo?

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Agenda El proceso de inyección

Optimización con moldeo virtual

• Moldeo por inyección: Aspectos generales • ¿De qué depende la eficiencia del proceso de inyección?

• Moldeo Virtual: ¿En qué consiste?

• Moldeo Virtual: Alcance

Fuente: IKV

Casos prácticos

• Corrección de defectos: rechupes • Reducción de tiempo de ciclo: ¿Cómo?

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Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – producción mundial de plásticos 400

Volumen de producción [mton]

Proceso de inyección CONTEXTO

335 millones de toneladas a 2016

350 300 250 200 150 100 50 0 1950

1976

1989

2002

2008

2009

World

2010 Año

2011

2012

2013

2014

2015

2016

Fuente: Statista

Europe Content prepared by

Proceso de inyección CONTEXTO

Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – demanda de plásticos por sector

Fuente: Plastics – The Facts 2017 Content prepared by

Proceso de inyección CONTEXTO

Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – demanda de plásticos por región

Fuente: Plastics – The Facts 2017 Content prepared by

Proceso de inyección CONTEXTO

Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – ¿Qué es un polímero?

Monómeros Polimerización

Polímero

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Proceso de inyección CONTEXTO

Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – Polímeros: Ventajas & Desventajas Ventajas • Bajo peso (espacio entre moléculas produce baja densidad)

Desventajas • Basados en petróleo – fuente no renovable

• Bajo consumo energético para su transformación (T fusión 200°C)

• No degradables

• Reciclables

• Resistencia mecánica baja

• Fácilmente conformables • Químicamente inertes

• Durables

• Baja resistencia térmica

• Baja conductividad

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Proceso de inyección CONTEXTO

Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – máquina de moldeo por inyección

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Proceso de inyección CONTEXTO

Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – proceso de moldeo por inyección

1. Plastificación

2. Inyección

3. Sostenimiento y Enfriamiento

4. Apertura y Expulsión Fuente: Plastics – The Facts 2017

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Proceso de inyección CONTEXTO

Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – proceso de moldeo por inyección

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Proceso de inyección CONTEXTO

Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – proceso de moldeo por inyección

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Proceso de inyección CONTEXTO

Moldeo por inyección – aspectos generales 1. Contexto – proceso de moldeo por inyección • Esfuerzo – se posible que se presente fractura en zonas de altos esfuerzos residuales

• Moléculas se ordenan dependiendo de energía libre

• Orientación de las moléculas dentro de la cavidad

Expulsión

Llenado

Enfriamiento

Postpresión

• Compensación del volumen específico que se contrae

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Agenda El proceso de inyección

Optimización con moldeo virtual

• Moldeo por inyección: Aspectos generales • ¿De qué depende la eficiencia del proceso de inyección?

• Moldeo Virtual: ¿En qué consiste?

• Moldeo Virtual: Alcance

Fuente: IKV

Casos prácticos

• Corrección de defectos: rechupes • Reducción de tiempo de ciclo: ¿Cómo?

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Proceso de inyección EFICIENCIA

Eficiencia en el proceso de inyección 1. ¿De qué depende? – Motivación Nuestro reto:

¿Cómo llegar a ser más eficiente?

Aumento en productividad

Ahorro de costos Calidad

Enfrentamos los retos CAMBIANDO LA FORMA de hacer las cosas

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Eficiencia en el proceso de inyección 1. ¿De qué depende? – Motivación

“¿Será que el molde va a trabajar como lo esperábamos?”

“Pues yo creo que sí…”

La fe NO es una estrategia!

[RJG Inc.] Content prepared by

Proceso de inyección EFICIENCIA

Eficiencia en el proceso de inyección 1. ¿De qué depende? – Motivación

[RJG Inc.]

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Proceso de inyección EFICIENCIA

Eficiencia en el proceso de inyección

2. ¿De qué depende? – Variables a controlar Personal

Aumento en productividad

Diseño de molde

Proceso de inyección

Ahorro de costos Calidad

Maquinaria disponible

Diseño de pieza

Ventana de Proceso

Materias primas Fuente: PM Tec Engineering Content prepared by

Proceso de inyección EFICIENCIA

Eficiencia en el proceso de inyección

2. ¿De qué depende? – Variables a controlar

Diseño de la pieza

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Agenda El proceso de inyección

Optimización con moldeo virtual

• Moldeo por inyección: Aspectos generales • ¿De qué depende la eficiencia del proceso de inyección?

• Moldeo Virtual: ¿En qué consiste?

• Moldeo Virtual: Alcance

Fuente: IKV

Casos prácticos

• Corrección de defectos: rechupes • Reducción de tiempo de ciclo: ¿Cómo?

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Moldeo virtual (Virtual Molding) ¿Qué es?

• Moldeo virtual es la capacidad de simular el proceso de inyección de plástico en un tres dimensiones (3D) • Todos los aspectos del proceso son considerados, incluyendo: • Propiedades reológicas, físicas, químicas y térmicas del polímero/resina/plástico • Propiedades del molde independientes • Contempla el ciclo completo de inyección (incluyendo tiempos de paro/apertura/cierre/extracción manual • La transferencia de calor y llenado son calculados simultáneamente durante múltiples ciclos Content prepared by

Moldeo virtual (Virtual Molding)

Simulación molde completo (plástico + metal + aguas) ✓ Producto(s) plástico(s) ✓ Entradas (Gates) ✓ Colada (Runner) ✓ Insertos a sobreinyectar (Inserts) ✓ Líneas de enfriamiento (Cooling lines) ✓ Colada caliente (Hot runner)

✓ Pines de válvula (Valve pins) ✓ Componentes colada caliente ✓ Pines de expulsión (Ejector Pins) ✓ Insertos de núcleo (Core inserts) ✓ Insertos de cavidad (Cavity inserts)

✓ Placas lado fijo (Fixed half plates) ✓ Placas lado móvil (Movable half plates) ✓ Placas insulacion (Insulation plates) ✓ Placas múltiple (Manifold plates) ✓ Aire entre placas (Air gaps) Content prepared by

Moldeo virtual (Virtual Molding) Mallado 3D automático • Puntos de calculo ilimitados utilizando VEM (Volume Element Method) • Mallado 3D en todas las simulaciones • Calculo de flujo 3D Navier-Stokes • Todos los componentes son mallados en solo una operación • Tiempo de mallado ~2-5 min

Molde

• No requiere arreglos manuales

Pieza

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Moldeo virtual (Virtual Molding)

Alcance - ¿Porqué es mejor el moldeo virtual?

Simulación clásica

Virtual Molding

-

-

-

Temperatura homogénea del molde Se incluye pieza y talvez canal de alimentación Cálculo de llenado & curado 60 – 70% de confiabilidad en los resultados

-

-

Temperatura del molde dependiente del tiempo & posición Pieza, canal de alimentación, aguas & todos los componentes del molde se incluyen.

Cálculo de todas las etapas del proceso >90% de confiabilidad

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Moldeo virtual (Virtual Molding)

Simulaciรณn clรกsica - Selecciรณn materia prima De acuerdo a la simulaciรณn clรกsica, el llenado completo se logra con ambas resinas.

Material 1: DEFECTO LSR 70 Shore A

Material 2: Silopren LSR 2670

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Moldeo virtual (Virtual Molding) MOLDEO VIRTUAL Vs Realidad El MOLDEO VIRTUAL predijo el defecto presentado en planta, razรณn para ahora si elegir correctamente la resina

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Moldeo virtual (Virtual Molding)

Selecciรณn materia prima con MOLDEO VIRTUAL El MOLDEO VIRTUAL predijo el defecto presentado en planta, razรณn para ahora si elegir correctamente la resina

Material 1: DEFECTO LSR 70 Shore A

La pieza sรณlo se llena 90%

Material 2: Silopren LSR 2670

La pieza llena 100% Content prepared by

Agenda El proceso de inyección

Optimización con moldeo virtual

• Moldeo por inyección: Aspectos generales • ¿De qué depende la eficiencia del proceso de inyección?

• Moldeo Virtual: ¿En qué consiste?

• Moldeo Virtual: Alcance

Fuente: IKV

Casos prácticos

• Corrección de defectos: rechupes • Reducción de tiempo de ciclo: ¿Cómo?

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Casos prácticos Rechupes - causas Diseño de la pieza •Los rechupes se presentan por inhomogeneidad en el espesor de pared •El plástico adentro “hala” la pared ya solidificada, porque busca ordenar las moléculas más cerca una de la otra (para reducir su estado energético) •La mejor forma de evitar rechupes es EVITAR ACUMULACIONES DE MASA •Es posible diseñar “decoraciones” en la zona en la que queda el rechupe

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Casos prĂĄcticos Rechupes - soluciones DiseĂąo de la pieza

Fuente: IKV Content prepared by

Casos prĂĄcticos Rechupes - soluciones DiseĂąo de la pieza

Fuente: IKV

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Casos prácticos Rechupes - soluciones Ventana de proceso

• Aumenta la magnitud de la presión en la post-presion para garantizar la mínima contracción térmica posible • Evaluar el tiempo de permanencia de la post-presión de manera que sea suficiente para que la pieza llegue a una temperatura de enfriamiento adecuada • Evaluar las temperaturas de refrigeración de manera que sean las adecuadas para el material y que el tiempo de enfriamiento no sea muy extenso Content prepared by

Casos prácticos

Reducción tiempo de ciclo Diseño de la pieza

• Evitar las concentraciones de masa desde el diseño del producto, esto puede aumentar el ciclo un 30%

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Casos prácticos

Reducción tiempo de ciclo Diseño de la pieza

• Este problema se hace peor porque las zonas de alto espesor no pueden alcanzarse con la postpresión, y por tanto no se puede compensar el cambio volumétrico.

Acumulación de masa

Evitar la acumulación de masa a través del diseño alterno

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Casos prácticos

Reducción tiempo de ciclo – moldeo virtual Diseño del molde

Distribución de temperatura en el molde al 100% de llenado, después de 15 ciclos de inyección

Temperatura real del molde es muy diferente a los 85°C asumidos.

Esto influye en el comportamiento de solidificación de la pieza, entre otros.

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Casos prácticos

Reducción tiempo de ciclo – enfriamiento de contorno Diseño del molde

• Libertad de diseño, permite mantener curvas suaves (menores pérdidas de presión) • Reducción drástica de tiempos de ciclo (Hasta 55%) • Mejora de la calidad de la pieza • Rugosidad superficial interna de las piezas genera régimen turbulento → Mejora la transferencia de calor • Turbulencia genera efecto de “auto-limpieza en los canales, disminuyendo la deposición de sedimentos • Multiplicidad de canales permite diseñar temperaturas del agua al detalle para diferentes puntos de la pieza

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Casos prácticos

Reducción tiempo de ciclo – moldeo virtual Materia prima

Presión

17% Reducción en la demanda de presión

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Casos prácticos

Reducción tiempo de ciclo – moldeo virtual Materia prima

240

Temperatur a [°C]

220

200 180 80R-205°C-29,7cc/s 45R-220°C-27cc/s

160 140 120 100 0

10 20 Tiempo de ciclo [s]

30

• 2 s menos de solidificación • 2,12 s menos de inyección • Temperatura de procesamiento 15°C por debajo (menor consumo energético)

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Conclusiones • Entender que hay formas de trabajar distintas que pueden ser la ventaja competitiva desde el diseño conceptual Aumento en productividad

Ahorro de costos Calidad

• El moldeo virtual es una herramienta que permite • Cuantificar el proyecto en varios ámbitos • Obtener un diseño óptimo antes de la fabricación del molde • Optimizar moldes y procesos ya existentes

• El know-how y la capacitación continua en el proceso de inyección permiten evitar costos altos mediante el método prueba y error

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Mil gracias por su atención!

AGRADECIMIENTOS

CONTACTO Ing. Andrés Francisco Urbina Ramírez, Msc Líder Técnico y de Proyectos PM Tec Servicios de Ingeniería SAS aurbina@pm-tec.co www.pm-tec.co www.sigmasoft.de www.magmasoft.de/en/ Tel: +57-1-8966145 Cel: +57-301-5704051 Autopista Medellin Km 2.5, 400m Vía Vereda Parcelas, Entrada Tubos Titán, Parque Industrial Portos Sabana 80, Bodega 78 Cota - Cundinamarca Colombia - South America

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