Introducción
En los últimos años, la producción de moldes de inyección ha ido evolucionando para mejorar el rendimiento y la calidad de las piezas fabricadas mediante su uso, así como para prolongar la vida útil del molde. La aparición de diseños y materiales cada vez más complejos ha supuesto un desafío para los diseñadores y fabricantes de moldes que buscan procesos nuevos, más precisos y fiables. En este sentido, no hay que olvidar que el aspecto final de un producto depende de la calidad superficial del molde utilizado en el proceso de fabricación.
Los artículos de alto brillo o con transparencia deben fabricarse utilizando un molde con un acabado superficial de alta precisión. Este aspecto es de gran importancia, ya que una superficie bien trabajada reduce el riesgo de corrosión, fractura y agrietamiento debido a la sobrecarga temporal o la fatiga, fenómenos que pueden comportar desprendimiento o adherencia, dependiendo de las propiedades adhesivas del polímero utilizado. Pese al uso de herramientas avanzadas en la fabricación de moldes, hasta ahora había sido necesario un paso final de pulido, que solía ser manual, ya que no había un proceso automático que lograse un acabado de alto brillo respetando las ajustadas tolerancias de un molde.
Sin embargo, tras diversas pruebas realizadas con el sistema de electropulido Dry Suspension, que forma parte de la tecnología DryLyte, se ha demostrado que es posible pulir moldes de inyección metálicos respetando los elevados estándares de la industria alimentaria, de forma automatizada y rentable y con resultados consistentes entre lotes.
El problema
Los moldes metálicos de inyección deben alcanzar un acabo espejo. Esto comporta un proceso de producción tedioso y lento, que depende de la habilidad de cada operario. De ahí que el pulido sea más bien un procedimiento artesanal que un proceso de producción fiable, capaz de conseguir acabados de superficie homogéneos entre piezas. Esta circunstancia explica por qué a la industria le interesa utilizar técnicas de pulido automatizadas que resuelvan los inconvenientes mencionados y que, además, mejoren el entorno de trabajo, donde actualmente abundan las herramientas manuales vibratorias y las tareas monótonas.
Hasta la fecha, los fabricantes tenían que pulir las piezas a mano, ya que no disponían de un método de pulido automatizado capaz de proporcionar la calidad y la precisión requeridas. El pulido manual es un método abrasivo que exige el uso de diversos instrumentos, tales como papel de lija, piedra de aceite, rueda de fieltro, pasta abrasiva, llana de aleación, aguja de esmerilado de diamante, bambú, piedra de afilar de fibra y máquinas de esmerilado rotatorias. Este procedimiento genera un acabado no homogéneo a lo largo del molde e incrementa el riesgo de que la herramienta pierda su forma. También favorece la deformación del tamaño y la geometría u otros efectos relacionados con el proceso de pulido. Esto también conlleva altos costes de mano de obra y un tiempo de pulido excesivo.
El objetivo
GPAINNOVA, grupo empresarial que comercializa la tecnología DryLyte bajo la marca DLyte, recibió la llamada de un fabricante de moldes de inyección con sede en los Países Bajos. Esta organización deseaba mejorar la capacidad de producción y la calidad y aminorar el gasto en el pulido de moldes de inserción deslizante de inyección de plástico. Su objetivo era pulir los moldes para mejorar el acabado superficial y conseguir ciclos de vida más largos, disminuyendo así los costes de renovación y mantenimiento.
En cuanto al objetivo de pulido, consistía en obtener superficies con un acabado espejo y una reducción significativa de la rugosidad para lograr un objetivo Ra de 0,05 micrómetros, incluso en ranuras estrechas, conservando inalterado el radio de los bordes afilados externos e internos.
La solución
El cliente entregó a GPAINNOVA un lote de muestras de moldes en acero inoxidable para herramientas, desarrolladas para casos en los que no pueda darse una oxidación durante el proceso de producción, y en los que los requisitos de higiene sean muy exigentes, como ocurre en la industria médica, en el sector óptico y en la fabricación de piezas transparentes de alta calidad. Las muestras metálicas se habían fabricado mediante fresado de alta velocidad con una rugosidad resultante de entre 0,3 y 0,1 micras de Ra (16 y 4 micropulgadas), siendo el objetivo de Ra inferior a 0,05 micras (2 micropulgadas). El departamento de Procesos de GPAINNOVA definió el electrolito más adecuado, basándose en la aleación del material, las rugosidades inicial y deseada y la geometría de las piezas. A continuación, el departamento de Ingeniería desarrolló un accesorio para sostener las piezas durante el proceso, especialmente preparado para evitar marcas y daños por impacto en las piezas de trabajo y maximizando la capacidad por ciclo del equipo seleccionado. El equipo recomendado por el departamento de Procesos fue DLyte PRO500, una máquina compacta de alta potencia, diseñada para la producción en masa (puede procesar hasta 16 moldes por ciclo). El movimiento y la velocidad aplicados se definieron para garantizar que el electrolito y la corriente eléctrica fluyeran perfectamente a lo largo de toda la superficie de las piezas. La vida útil del consumible está ligada a su capacidad de absorción del metal, ya que el metal extraído de las piezas es capturado por las partículas del consumible. El sistema empleado para calcular la vida útil del electrolito está relacionado con la cantidad de metal que puede absorber antes de perder eficacia. De este modo, GPAINNOVA pudo calcular el número de piezas que se podrían tratar con el consumible, basándose en la extracción media de metal ponderada en un lote de muestra. La capacidad de absorción de metal del electrolito varía entre los diversos materiales, ya que la densidad cambia sustancialmente en función de cada metal. Para los metales pesados y sus aleaciones, la extracción de metal es mayor que para los metales ligeros y sus aleaciones.
Se efectuaron diversas pruebas para definir la combinación ideal de procesos, para alcanzar así las especificaciones técnicas de la superficie con el menor tiempo y coste posibles. Estos objetivos comprendían el pulido de alto brillo del molde para reducir la textura superficial de las piezas inyectadas, tanto para evitar fallos tempranos y la corrosión como para mantener las tolerancias.
GPAINNOVA llevó a cabo las pruebas aplicando diferentes tiempos y parámetros de proceso, y realizando mediciones de rugosidad con un profilómetro y un microscopio en diferentes áreas antes y después del proceso.
Los mejores resultados se obtuvieron con el electrolito Dry Suspension, una solución a base de partículas de gel y un líquido eléctricamente no conductor. Este líquido protege la superficie de la pieza contra la oxidación creada por el oxígeno presente en el aire. El tiempo de procesamiento fue de 120 minutos para un lote de 16 piezas, comenzando con una rugosidad promedio de 0,35 micras (14 micropulgadas) después del proceso de fabricación y una rugosidad final por debajo de 0,05 micras (1,2 micropulgadas). La extracción de metal fue de 0,2 gramos por pieza.
El resultado
DLyte puede tratar 20.000 piezas por ciclo de vida de la carga del consumible. Partiendo de un tiempo de procesado de 120 minutos y un tiempo total estimado de 4 minutos para cargar y descargar las piezas, el tiempo total de proceso es de 124 minutos por cada lote de 16 piezas. La producción diaria para un turno es de 60 moldes, y la producción anual, considerando 250 días laborables, de 15.000 unidades.
En cualquier caso, cabe destacar que los valores de rugosidad alcanzables, la extracción de material y el tiempo del proceso pueden variar en función de la geometría y el estado inicial de la superficie antes de ser tratada con la tecnología DryLyte. Para optimizar el proceso y ajustarlo a las necesidades de cada organización, se realizan análisis personalizados, que permitan adecuar la maquinaria, el electrolito y los ciclos de trabajo a los objetivos planteados.
