Tecnología EDM mejora desempeño en moldes de inyección

Las texturas resultantes del proceso de electroerosión pueden dejar de ser un elemento indeseado en la fabricación de moldes y convertirse en un elemento de mejora de desempeño de proceso de inyección, al facilitar el flujo del plástico en las cavidades. El autor hace un apunte enfático en que más allá del logro de mejores texturas y, por ende, el logro de superficies más estéticas, está el uso de la tecnología EDM en la fabricación de moldes de mejor desempeño.

La electroerosión de penetración es un proceso clave en la fabricación de moldes de inyección de plástico. Aún cuando los sistemas de fresado rápido de cinco ejes han logrado acelerar procesos de remoción de material en aceros endurecidos para geometrías complejas, la capacidad de la electroerosión para generar cavidades de alta relación de aspecto con alta confiabilidad y precisión con cada vez menor desgaste de herramientas y a mayor velocidad, la hace indispensable en talleres de todo el mundo; sin embargo, la textura superficial que este proceso deja sobre las piezas trabajadas ha sido generalmente causa de sobrecostos debido al procesamiento adicional que se requiere para pulir las cavidades.

¿Superficie en EDM?

El proceso de electroerosión (EDM) se basa en la remoción térmica de material generada por cortas descargas eléctricas entre dos electrodos (la herramienta y la pieza de trabajo). El calor generado por el flujo de la corriente a través de un canal de plasma entre los electrodos, logra incrementar localmente la temperatura a niveles que exceden ampliamente los límites de fusión e incluso de sublimación de la mayoría de materiales conductores de la electricidad.

Las descargas eléctricas en EDM, donde cada una puede durar desde algunas decenas de nanosegundos hasta cientos de microsegundos (10-8 s < tdescarga < 10-4 s), logran remover muy pequeñas cantidades de material por cada impulso (10-7 mm3 < Voldescarga < 10-4 mm3), en su mayoría formando pequeños cráteres de algunas decenas de micrómetro de diámetro sobre la superficie trabajada. Al final del proceso, una superficie electroerosionada luce completamente distinta a una superficie mecanizada por procesos tradicionales de corte. Al ser vista en el microscopio, una superficie fabricada por EDM puede describirse como una especie de paisaje lunar, caracterizada por la presencia de cráteres con evidencia clara de material resolidificado. (Ver Figura 1)

Qué tan anchos y qué tan profundos sean los cráteres producidos por el proceso de electroerosión depende de muchos parámetros, como la corriente y el voltaje de la descarga, su duración, el tipo de líquido dieléctrico utilizado y por supuesto del material de ambos electrodos. A su vez, la rugosidad superficial obtenida del proceso, depende directamente del tamaño, forma y distribución de los cráteres en la pieza de trabajo. Debido a esto, los fabricantes de maquinaria de electroerosión, tras cientos e incluso miles de horas de pruebas, generan tablas con la combinación de parámetros ideal con la cual se puede alcanzar un valor determinado de rugosidad superficial para una combinación de materiales para herramienta/pieza de trabajo.

Usos tradicionales de la superficie electroerosionada

Dependiendo de los requerimientos estéticos o mecánicos de la pieza final, en muchas ocasiones la superficie electroerosionada debe ser removida por procesos de pulido manual. Ya sea para poder lograr superficies con acabados espejo en las piezas plásticas, o para permitir la aplicación de recubrimientos superficiales en las cavidades del molde; sin embargo, existe una tendencia a evitar en lo posible el sobrecosto de este último trabajo mediante la aplicación funcional del acabado superficial dejado por el proceso de la electroerosión.

La primera posibilidad, que se aplica desde hace mucho tiempo, es el uso de superficies electroerosionadas en las piezas plásticas como característica de diseño. Ya sea para aprovechar su apariencia de acabado “mate” como elemento estético o su rugosidad superficial para dar propiedades táctiles específicas en ciertas áreas como manijas o carcasas.

Adicionalmente, los nuevos tipos de aceros pre-endurecidos para moldes, con excelentes propiedades anticorrosivas, hacen que los tratamientos superficiales sean menos necesarios, dejando aún más espacio para la decisión de no retrabajar la superficie después de la electroerosión. Esta tendencia se ha venido viendo en la industria de la fabricación de moldes últimamente y está generando resultados sorprendentes.

Un paso más allá

La tecnología 3DS de GF Machining Solutions, que viene de la abreviatura en inglés Three-Dimensional Structure, para estructura tri-dimensional, logra resultados interesantes mediante la aplicación de parámetros de mecanizado que influencian de manera positiva la formación de cráteres más anchos y redondeados en la fase final del proceso.

Un detalle muy interesante de este procesamiento final es que el resultado de la medición del parámetro de rugosidad superficial (Ra) es el mismo que el de los acabados finales hechos con otros métodos. El valor de Ra refleja la media aritmética del perfil de rugosidad a lo largo de una distancia dada. Y este valor puede obtenerse a partir de una combinación de picos muy altos y valles muy bajos, o a partir de un perfil de alturas más uniforme con picos bajos, pero también valles menos profundos. (Ver Figura 2).

Precisamente, esto es lo que propone GF con su sistema 3DS. Los cráteres más anchos y redondeados logran tener fuerzas de desmoldeo menores, debido a que el plástico no se “incrusta” en cavidades delgadas y profundas. Según el reconocido fabricante de moldes alemán Kurt Harz, dueño de la empresa Lauer Harz GmbH, “La aplicación de esta tecnología en sus productos ha logrado rebajar las fuerzas de desmoldeo a más de la mitad de las originales”. En las aplicaciones en las que más beneficio ha tenido este fabricante de la zona de Luedenscheid es que ahora no requiere pulir ciertas cavidades estrechas para desmoldar partes delgadas.

Una ventaja adicional de lograr menores fuerzas de desmoldeo, es la de poder expulsar la pieza a una mayor temperatura, reduciendo los tiempos de ciclo de inyección. Esto además evita que quede una gran cantidad de residuos incrustados en la superficie del molde después de cierto número de horas de trabajo. El señor Harz explica que “sobre todo en los moldes en los que se trabaja con gran proporción de fibras de vidrio en el polímero, después de usar esta tecnología 3DS, ya no es necesario limpiar la superficie del molde con hielo seco cada 4.5 horas sino cada 10 horas”. Y agrega: “así nuestros clientes pueden dejar corriendo sus máquinas inyectoras toda la noche sin supervisión, aumentando su productividad”.

Este tipo de solución se puede aplicar en la gran mayoría de piezas para carcasas de maquinaria, tapas, manijas, piezas para el interior de automóviles, electrodomésticos y empaques, entre muchos otros. La aplicación de esta optimización del proceso de la electroerosión para el acabado superficial tiene gran futuro.

Mejor flujo de plástico

Para ningún fabricante de moldes es un secreto que cada resina plástica se comporta diferente. Por esta razón, se tiene en cuenta el valor de contracción de cada tipo de plástico al momento del diseño del molde. Las cavidades se fabrican un cierto porcentaje más grandes que la pieza deseada para contar con el índice de contracción, que es diferente en cada plástico.

Pero este no es el único comportamiento distinto entre los plásticos que se usan en inyección. También la velocidad a la que pueden ser inyectados dentro de la cavidad cambia dependiendo de factores como la viscosidad, la presión y la temperatura. En este aspecto hay un factor que puede afectar la forma como se mueve el plástico dentro del molde, y es la rugosidad superficial de las cavidades.

La empresa colombiana PM Tec Engineering ha dedicado grandes esfuerzos de investigación en cooperación con el instituto WZL de la Universidad RWTH de Alemania para generar el conocimiento necesario que permita deducir qué tipo de rugosidad superficial generada por el proceso de electroerosión en un molde es el más indicado para hacer fluir cada resina plástica de la mejor manera posible. Los resultados actuales constatan, efectivamente, que si lo que se requiere es llenar una cavidad delgada y profunda, no para cualquier resina es mejor tener un molde pulido a espejo. (Ver Figura 3)

En ciertos casos, el polímero llega más lejos en menos tiempo para una misma presión de inyección, si la superficie se mantiene con una superficie electroerosionada, que cuando se dedican horas extras de trabajo a pulirla y cambiar su textura original.

En conclusión, las texturas resultantes del proceso de electroerosión pueden dejar de ser un elemento indeseado en la fabricación de moldes, para ser un factor de diseño que no solo preste un servicio desde el punto de vista estético o táctil en la pieza plástica, sino que puede generar grandes beneficios desde el punto de vista del proceso de inyección.

El tema clave aquí es la relación estrecha que debe existir entre los fabricantes de molde y los procesadores de plástico ya que hasta ahora, incluso en los países más desarrollados, ambas tareas se ven como mundos completamente separados.