|
ASEGURAMIENTO DE LA CALIDAD
Mejora del proceso de fundición
inyectada mediante incorporación de sensores en el molde
Jörg Gauermann,
Gerente de Electronics GmbH, Neuhausen auf den Fildern (Alemania)
Artículo en PDF
En la actualidad, para mejorar
la calidad del proceso de producción de piezas por fundición
inyectada es necesario combinar la información de la máquina
de inyección con información sobre el molde. A
este fin se dispone de una amplia gama de modernos sensores,
como por ejemplo los sensores de contacto con frontal metálico,
sensores de temperatura con frontal metálico, sensores
de control de llenado del molde, sensores de gas residual y sensores
de cantidad de aire.
El desarrollo de una fase de inyección regulable para
las máquinas de fundición inyectada a lo largo
de los últimos años ha establecido un estándar
que limitará la posibilidad de introducir mejoras técnicas.
No obstante, sigue siendo necesario mejorar la calidad de las
piezas coladas. Esto nos lleva a la siguiente cuestión:
¿Es posible introducir mejoras en el proceso de fundición
inyectada?
Hasta ahora, en los estudios correspondientes se ha dejado de
lado el molde como fuente importante de información. Los
datos recogidos en el molde tienen la misma prioridad para el
proceso de colada que los parámetros adecuados en la máquina
inyectora. Por tanto, si se desea seguir optimizando la calidad
de las piezas de fundición inyectada es imprescindible
combinar la información de la máquina con datos
obtenidos en el molde (Figura 1).
Obtención y procesamiento de la información
No cabe duda que el mecanizado y perforado de los complejos
moldes de fundición para colocar los sensores constituye
una dificultad. Por otro lado, el esfuerzo resulta rentable si
se tiene en cuenta la información que puede captarse de
ese modo. Es posible obtener y procesar a continuación
distintos tipos de información sobre el molde. Un sensor
de contacto con frontal metálico (Figura 2) integrado
en el molde es capaz de generar una señal en el momento
en que la masa fundida alcanza el nivel del sensor durante el
proceso de llenado. Por tanto, es posible visualizar la posición
del metal líquido en un momento determinado. También
es posible utilizar el sensor para enviar una señal a
la máquina para conmutar a la siguiente fase del proceso
de colada. Este tipo de mediciones en tiempo real es mucho mejor
que los programas de simulación utilizados últimamente
para facilitar la comprensión del proceso de colada.
Los resultados mejoran en función del número de
sensores colocados en el molde. Es suficiente con dos o tres
sensores para lograr una mejora importante.
Por ejemplo, es posible utilizar sensores de contacto con frontal
metálico para las siguientes funciones:
- Un sensor instalado en la boca de llenado para iniciar la segunda
fase
- Como punto de conmutación para modificar la velocidad
de llenado durante la colada
- Para decelerar el émbolo
- Para desconectar la válvula de vacío
- Para conmutar a la tercera fase
- Para el proceso de compresión en el molde
- Para supervisar el comportamiento de flujo de la masa fundida
dentro del molde a la hora de definir los parámetros
Por otro lado, la señal del sensor de contacto con frontal
metálico tiene que procesarse y utilizarse en tiempo real,
con independencia del ciclo de lectura del mando PLC / PC. Esto
es especialmente importante si se tiene en cuenta que las funciones
de la máquina -por ejemplo, la conmutación durante
la fase de llenado llenado- tienen que implementarse con una
tolerancia del orden de diez milisegundos, y que no pueden admitirse
retrasos en la respuesta.
El sistema de control transmite solamente las funciones de seguridad.
De ese modo es posible lograr una velocidad muy alta de llenado
y una elevada reproducibilidad, dos de los objetivos de la fundición
inyectada.
Registro rápido de la temperatura
La temperatura del molde es uno de los parámetros
más importantes durante la colada: no sólo desde
el punto de vista estadístico, sino también con
relación a la influencia de la temperatura sobre el comportamiento
de la masa fundida durante el llenado. Es evidente que esto requiere
un registro rápido de la temperatura, posible solamente
con un sensor de temperatura con frontal metálico de respuesta
rápida (Figura 3). Este mismo sensor puede utilizarse
para medir la temperatura del molde en el punto de ensamblado
y la temperatura del metal durante el proceso de llenado.
Con ayuda de un sensor de control de llenado del molde (Figura
4) puede controlarse la fase completa de llenado. Se trata
de un sensor que detecta cualquier cambio en la velocidad durante
la fase de inyección: debido, por ejemplo, al reflujo
de la columna de metal líquido ascendente.
Los datos captados constituyen una «huella digital»
del proceso de llenado del molde. Por tanto, es posible determinar
con gran precisión la sensibilidad con que el proceso
de llenado reacciona ante determinadas influencia. Esta información
es de suma importancia, sobre todo para la fabricación
de componentes de seguridad de alta calidad.
El sensor de gas residual mide la concentración del gas
en la cavidad del molde. En la reacción de los lubricantes
y agentes de desmoldeo con el metal líquido se forman
dióxido de carbono, siloxanos, ácido carboxílico
y alquenos. Estos productos gaseosos combustibles pueden quedar
incluidos en la masa fundida durante el proceso de colada, originando
defectos en las piezas, como por ejemplo rechupes.
Puede ser conveniente utilizar un sensor de humedad si, por diferentes
motivos, un exceso de humedad en el molde conduce a la formación
de vapor y, en consecuencia, a defectos de calidad debidos a
burbujas en las piezas. Esto afecta también a la temperatura
superficial y a varios efectos asociados.
Hay numerosas teorías y enfoques en torno a la evacuación
de moldes para fundición inyectada. En cualquier caso,
la cuestión central sigue siendo: ¿cuánto
aire hay que extraer del molde y en qué periodo de tiempo?
Aquí reside precisamente el problema, dada la dificultad
de realizar mediciones dentro del molde. Es un hecho conocido
que, con las instalaciones de vacío utilizadas actualmente,
un filtro atascado origina valores elevados de depresión
en los instrumentos, pero no en el molde. En cambio, no es tan
sabido que el efecto Venturi puede crear turbulencias que dependen
de la combinación entre el volumen de escape de aire y
la apertura de la válvula. Estas turbulencias pueden conducir
a un cierre hermético de la apertura de la válvula,
interpretado erróneamente como vacío. Por tanto,
es de utilidad medir el flujo de aire utilizando un sensor de
caudal de aire (Figura 5). El volumen de aire extraído
es el único dato fiable para poder evaluar la evacuación
del molde. Estos sensores pueden utilizarse también para
determinar las fugas de aire causadas por un molde inestanco
y dimensionar correctamente el tiempo de evacuación necesario.
Este método proporciona resultados significativos y seguros
y garantiza una mejora de la calidad de las piezas coladas.
Figura 1
Es posible optimizar
la calidad de las piezas coladas combinando la información
de la máquina con datos suministrados por sensores integrados
en el molde.
Figura 2
Los sensores de contacto
con frontal metálico son, con frecuencia, mucho más
útiles que los programas de simulación.
Figura 3
Un sensor de temperatura
con frontal metálico permite recoger con rapidez datos
sobre la temperatura del metal y de la masa fundida.
Figura 4
La medición con
un sensor de control de llenado del molde proporciona una «huella
digital» del proceso de llenado.
Figura 5
Sistema de medición
con múltiples conducciones de aire y sensores de gas residual,
de humedad y de volumen de aire
(Fotos: Electronics)
((Kasten S. 2))
Sistemas avanzados de medición
Las exigencias planteadas a los sistemas de captación
de datos han crecido en la misma medida que se han desarrollado
los sensores. Actualmente, los sistemas de medición se
utilizan solamente para elaborar un protocolo con determinados
parámetros básicos de la máquina: la carrera
del émbolo, la velocidad calculada del émbolo,
la presión de accionamiento y determinados valores digitales
calculados a partir de los datos de los sensores. En el futuro,
esto no será suficiente, y por tanto es necesario introducir
mejoras e innovaciones en el campo de los sistemas de medición.
En la mayoría de los casos, en las mediciones no se tiene
en cuenta en la medida debida la velocidad de muestreo (número
de mediciones por segundo). Para una medición normal hay
que utilizar una velocidad de muestro mínima de 2 kHz,
a fin de poder visualizar e interpretar las secuencias más
importantes. Si la velocidad de muestreo es inferior, las curvas
obtenidas son muy similares entre sí y no se logran los
objetivos perseguidos con la medición. Antes de adquirir
un instrumento de medición (Figura) hay que tener
en consideración los siguientes factores:
- El número creciente de sensores conduce a la necesidad
de aumentar las entradas analógicas
- Se precisan entradas y salidas digitales, así como entradas
para medición de temperatura
- Hay que considerar la velocidad de muestreo (número
de mediciones por segundo); debe ser posible operar al menos
con 5 kHz por canal
El instrumento de medición debe permitir ajustes en el
software, de acuerdo con las especificaciones del cliente, para
tener en cuenta diversas circunstancias de la producción.
Las unidades de medición baratas no pueden aportar la
información sobre los procesos internos de colada y de
la máquina que suministra un instrumento de medición
profesional.
((BU))
A la hora de adquirir un instrumento de medición hay que
exigir un producto de alta calidad para aplicaciones profesionales.
|
