Desgaste cilindro y tornillos
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Desgaste del cañón de una inyectora
El desgaste del cañón de una inyectora (también llamado cilindro de inyección o barrel) y sus componentes (husillo, tornillo, screw) debido a los materiales con fibra de vidrio (como el PP-GF30, pero también Nylon-GF, PBT-GF, etc.) es uno de los problemas más comunes y costosos en el procesamiento de plásticos.
Componentes principales afectados por el Ddesgaste
Husillo o Tornillo (Screw): Es el componente que más sufre. El desgaste ocurre principalmente:
- En la zona de compresión (donde el material se compacta).
- En los flancos de los filetes (las "alas" del tornillo).
- En la punta del tornillo.
- El tornillo pierde su geometría precisa, reduciendo su eficiencia de plastificación, mezclaado y capacidad de bombeo. Esto lleva a una pérdida de estabilidad en las inyecciones y mayor consumo energético.
Cañón o Cilindro (Barrel): La superficie interior del cañón se desgasta por la fricción constante del material reforzado.
- El diámetro interno del cañón aumenta. Esto crea un holgura excesiva entre el tornillo y el cañón. El material fundido retrocede ("refluye") hacia la zona de alimentación, causando:
- Pérdida de capacidad de plastificación (menos material por ciclo).
- Inestabilidad en la dosificación (shot weight inconsistente).
- Aumento del tiempo de ciclo.
- Contaminación del material nuevo con material degradado que se queda atascado.
Válvula de Compuerta (Non-Return Valve o Check Valve): Sus anillos de sellado (smearing rings) y el cuerpo se desgastan rápidamente.
- Consecuencia: Pérdida de la capacidad de sellado. El material fundido refluye por el tornillo durante la fase de inyección, leading to:
- Pérdida de presión de inyección.
- Control pobre del punto de cambio (V/P switch).
- Baja repetibilidad y piezas inconsistentes (sub-inyecciones, problemas de peso).
Boquilla (Nozzle) y Molde (Mold): El flujo abrasivo también desgasta el orificio de la boquilla y, crucialmente, las canales y las entradas (gates) del molde.
¿Por qué la Fibra de Vidrio Desgasta Tanto?
La fibra de vidrio es esencialmente vidrio. Es un material extremadamente duro y abrasivo. Imagina pasar arena o vidrio molido constantemente por un tubo con un tornillo girando a alta presión. Eso es, en esencia, lo que sucede dentro del cañón de la inyectora.
Cómo Mitigar y Prevenir el Desgaste
La estrategia es una combinación de equipo especializado, parámetros de proceso y mantenimiento.
Equipo y Componentes Especializados (La Solución Definitiva)
- Tornillos y Cañones con Recubrimiento: Es la inversión más importante para procesar materiales abrasivos.
- Tornillo: Busca tornillos con recubrimiento de Nitruro de Boro (BN) o Nitruro de Titanio (TiN), o aleaciones de doble metal (bi-metal) extremadamente resistentes como Xaloy 308/309. El acero estándar 4140 no es suficiente.
- Cañón: Similar al tornillo, deben tener un forro interno bimetálico resistente a la abrasión (por ejemplo, con aleaciones de Xaloy, Reiloy, etc.).
- Válvula de Compuerta Especial: Utiliza válvulas de compuerta diseñadas para materiales abrasivos, hechas de aceros de alta resistencia y con recubrimientos duros. Las válvulas de anillo libre (free-flow type) pueden ser una buena opción para reducir puntos de estancamiento.
- Boquilla de Carburo de Tungsteno: Para los casos más extremos, las boquillas con un orificio de carburo de tungsteno ofrecen una resistencia al desgaste excepcional.
Parámetros de Proceso (Optimización para Reducir el Daño)
- Velocidad de Giro del Tornillo (RPM): Reduce la velocidad de rotación. La abrasión es proporcional a la velocidad. Gira el tornillo lo más lento posible que aún te permita plastificar el material en el tiempo de enfriamiento de la pieza.
- Velocidad de Inyección: Una velocidad de inyección muy alta puede aumentar la abrasión en la boquilla y el molde. Optimízala para llenar el molde sin causar otros defectos.
- Punto de Cambio (V/P Switch): Utiliza el cambio por posición en lugar de por presión. Un tornillo o válvula desgastados harán que el cambio por presión sea muy inconsistente.
- Temperaturas: Mantén el perfil de temperaturas dentro del rango recomendado. Temperaturas excesivamente altas pueden degradar el polímero, dejando las fibras de vidrio sueltas y aún más abrasivas.
Mantenimiento y Prácticas Operativas
- Limpieza Profunda Regular: No esperes a que falle. Programa paradas para inspeccionar y limpiar el tornillo, la válvula de compuerta y el cañón.
- Inspección del Holguro: Mide regularmente el holguro entre el tornillo y el cañón. Un holguro excesivo es la señal más clara de desgaste severo.
- Material de Alimentación: Asegúrate de que el material esté seco y limpio. La humedad o contaminantes pueden acelerar la degradación y la abrasión.
- Purga Correcta: Después de procesar materiales con fibra, realiza una purga exhaustiva con un material purgante profesional o bien con polipropileno virgen o policarbonato (PC) para limpiar los restos abrasivos del cilindro. NUNCA uses polietileno (PE) o estireno (PS) para purgar, ya que son incompatibles y pueden crear obstrucciones peores.
Señales de que tu Cañón y Tornillo están Desgastados
- Incapacidad para alcanzar la presión de inyección o velocidad seteadas.
- Shot weight inconsistente de ciclo a ciclo.
- Tiempos de plastificación cada vez más largos.
- Pérdida de capacidad de inyección (no puedes llenar el molde como antes).
- Contaminación visible en las piezas (material degradado o quemado).
- Pérdida de presión de dosificación registrada en la máquina.
Procesar polipropileno con 30% de fibra de vidrio (PP-GF30) y materiales similares es una batalla contra la abrasión. Sin las precauciones adecuadas, el desgaste del cañón, tornillo y válvula es rapidísimo y muy costoso.La inversión en componentes con recubrimientos duros (bi-metal) y la optimización de los parámetros de proceso (especialmente bajando las RPM del tornillo) no son una opción, son una necesidad para mantener la productividad, la calidad de las piezas y la rentabilidad a largo plazo.
Desgaste del cañón de una inyectora por cargas minerales
El desgaste del cañón de una inyectora por cargas minerales como talco o carbonato cálcico (CaCO3) es un tema importante, pero presenta diferencias clave con el desgaste causado por la fibra de vidrio.
¿Cómo Desgastan el Talco y el Carbonato?
A diferencia de la fibra de vidrio (que es abrasiva por su forma larga y dura), el talco y el carbonato son principalmente erosivos. La diferencia es sutil pero crucial:
- Mecanismo de la Fibra de Vidrio (Abrasión): Como una lija. Arranca material por fricción y corte continuo.
- Mecanismo del Talco/Carbonato (Erosión): Como una tormenta de arena. Impacta y golpea las superficies metálicas, especialmente en cambios de dirección y zonas de alta velocidad. Las partículas minerales son duras y angulosas.
El talco (silicato de magnesio) es generalmente más abrasivo que el carbonato cálcico debido a su estructura laminar y su dureza ligeramente superior en la escala de Mohs.
Componentes Afectados (Similitudes y Diferencias con la Fibra de Vidrio)
El patrón de desgaste es similar, pero suele ser menos severo que con cargas de fibra de vidrio equivalentes. Sin embargo, a altos porcentajes (40%, 50%) el desgaste puede ser muy significativo.
Válvula de Compuerta (Check Valve) y Punta del Tornillo: Estas son, por lejos, las zonas más críticas. El desgaste erosivo se concentra donde el material fundido cambia de dirección bruscamente y acelera (por ejemplo, al pasar por los anillos de la válvula de retención). Una válvula desgastada es la primera y más común consecuencia.
- Tornillo (Screw)
- Zona de Dosificación (Metering Zone): Los filetes de esta zona sufren desgaste, especialmente en su cara frontal.
- Holguro Tornillo-Cañón: El desgaste aumenta este holguro, pero de forma más gradual que con la fibra de vidrio.
- Cañón (Barrel): El desgaste interno es menos pronunciado que en el tornillo, pero existe. Suele ser más uniforme.
- Boquilla (Nozzle) y Molde (Mold): También hay desgaste erosivo en el orificio de la boquilla y, crucialmente, en las entradas (gates) del molde, donde el material acelera a gran velocidad.
Cómo Mitigar y Prevenir el Desgaste
La estrategia es similar a la de la fibra de vidrio, pero con distinto énfasis.
Equipo y Componentes Especializados
- Válvula de Compuerta (Check Valve): Es el componente donde más se debe invertir. Se recomiendan válvulas de acero endurecido (como H13 tratado térmicamente) o con recubrimientos duros (Nitruro de Titanio - TiN). Para porcentajes muy altos de carga, las válvulas de carburo de tungsteno son la mejor opción, aunque son caras.
- Tornillo y Cañón: Para porcentajes de carga mineral de hasta ~40%, un tornillo de acero nitrurado (como el 4140 nitrurado) suele ser suficiente. Para cargas superiores o producción muy intensiva, se recomiendan los recubrimientos de Nitruro de Boro (BN) o aleaciones bimetálicas. El cañón debe tener un forro resistente al desgaste.
Parámetros de Proceso (Clave para Minimizar la Erosión)
- Velocidad de Giro del Tornillo (RPM): ¡Reducir la RPM! Este es el parámetro más importante. La erosión es proporcional a la velocidad al cubo (v³). Reducir la velocidad de giro reduce drásticamente la energía de impacto de las partículas minerales.
- Velocidad de Inyección: Una velocidad de inyección excesivamente alta aumenta la erosión en la válvula, boquilla y molde. Utiliza la velocidad mínima necesaria para llenar el molde correctamente.
- Back Pressure (Presión Contraria): Mantener una presión contraria baja a moderada. Una presión contraria muy alta fuerza al material a pasar por el holguro tornillo-cañón con más fuerza, aumentando el desgaste en esa zona.
- Temperatura: Un perfil de temperaturas correcto y estable es crucial. Si el material no está bien plastificado, las partículas minerales actuarán como abrasivo en estado sólido, acelerando el desgaste.
Mantenimiento y Prácticas Operativas
- Inspección Regular de la Válvula: La válvula de compuerta es el "punto débil". Saca el tornillo con regularidad para inspeccionar y limpiar la válvula. Un pequeño desgaste en los anillos de sellado causa grandes problemas de dosificación e inyección.
- Limpieza y Purga: Realiza purgas completas al cambiar de material. Un purgante profesional es una buena inversión para evitar la degradación y acumulación de material.
- Calidad de la Carga Mineral: La morfología y el tratamiento superficial de las partículas importan. Un carbonato cálcico recubierto con un agente compatibilizante (estearato) no solo mejora las propiedades del plástico, sino que también reduce ligeramente la abrasividad.
Señales de Desgaste (Similares a la Fibra de Vidrio)
· Pérdida de presión de inyección.
· Dosificación inconsistente (shot weight variable).
· Pérdida de capacidad de plastificación.
· Imposibilidad de mantener la presión de mantenimiento (packing pressure).
· Aumento del tiempo de ciclo.
Talco/Carbonato vs. Fibra de Vidrio
- Característica Fibra de Vidrio Talco / Carbonato Cálcico
- Tipo de Desgaste Abrasivo (como una lija) Erosivo (como una tormenta de arena)
- Componente Más Afectado Todo el tornillo (filetes, zona de compresión) Válvula de compuerta y punta del tornillo
- Severidad Muy Alta (desgaste rápido y agresivo) Moderada a Alta (depende del % de carga)
- Parámetro Crítico a Optimizar Reducir RPM y usar componentes bimetálicos Reducir RPM y usar válvula endurecida
En resumen, mientras que la fibra de vidrio es un enemigo frontal que desgasta todo el sistema de plastificación, el talco y el carbonato son francotiradores que se enfocan en puntos críticos específicos como la válvula de compuerta. La estrategia para combatirlos se basa en los mismos pilares: invertir en componentes endurecidos (especialmente la válvula) y reducir las velocidades (RPM) para minimizar el im