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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.

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Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada.
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Temarios 2009

FEBRERO 2009 FUNDIDORES 155
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Refractarios.
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MARZO 2009 FUNDIDORES 156
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Metales y aleaciones.
N° exportación a HISPANOAMÉRICA.

ABRIL 2009 FUNDIDORES 157
Dossier CALIDAD
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras. Aglomerantes. Instrumentos de control y medición.
Espectrómetros. Reguladores. Automatización. Software de control para hornos. Fuentes de energía.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores.
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada. CAD CAM. Robots en fundición.
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MAYO 2009 FUNDIDORES 158
Hornos para fundición y mlantenimiento de metales férreos y no férreos
Moldeo. Arenas. Aglomerantes. Resinas. Bentonitas.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza.
Instrumentos de control y medición. Reguladores. Refractarios. Moldes. Productos para fundición inyectada.
Software, CAD-CAM

JUNIO 2009 FUNDIDORES 159
Granallado. Granallas. Shot Peening. Tratamiento de superficies. Abrasivos. Muelas. Acabado. Rebarbado.
Fundición a presión. Moldes. Productos para fundición inyectada.
Fusion. Fluidos, aceite. Gases y atmósferas para Hornos.
Moldeo. Arenas.
Calidad : Robots.
Instrumentos de control y medición.
SEPTIEMBRE 2009 FUNDIDORES 160
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Moldeo. Arenas. Aglomerantes. Resinas. Bentonitas.
Hornos para fundición de aluminio y aleaciones ligeras.
Tratamientos superficiales. Granallado. Granallas. Shot Peening. Limpieza, hidrolimpiadores.
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OCTUBRE 2009 FUNDIDORES 161
Hornos para fundición y mantenimiento de metales férreos y no férreos. Hornos eléctricos. Inducción
Fundición a presión. : las ultimas técnicas inovadoras.
Productos para fundición inyectada..
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Aluminium and non-ferrous Metals Melting and holding Furnaces
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Surface Treatments. Shot-blasting and shot-peening Abrasives.
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DECEMBER 2008 Edition 154
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Shot-blasting and shot-peening.Abrasives.
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MARCH 2009 ? FUNDIDORES Edition 156
Special Edition SUPPLIERS.

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Special Edition EXPORT LATIN AMÉRICA.

APRIL 2009 ? FUNDIDORES Edition 157
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Ferrous and ferrous Metals Melting and holding Furnaces Software, CAD-CAM
Refractories. Metals and alloys
Metrology and Measuring tool. Control, Spectometers, Software, Welding.
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