{{{sourceTextContent.title}}}

El control preciso de la presión y el flujo mejora la inyección de cera

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Los moldes para fundición a la cera son más precisos y tienen menos defectos, gracias al control del flujo sobre la inyección de cera.

{{{sourceTextContent.description}}}

En la fundición de aluminio a presión, se debe hacer un patrón de cera desechable para cada pieza que se forme a partir de aluminio fundido. Para hacer esos patrones de cera, se inyecta cera de baja temperatura en moldes de cavidad. Para obtener un patrón de alta calidad, la cavidad debe estar completamente llena para que no quede aire atrapado en el molde, lo que deja una burbuja o vacío en el patrón final. Por lo tanto, el flujo de cera en pasta debe ser controlado para que el aire atrapado pueda escapar a través de los orificios de ventilación del molde.

Los ingenieros de Solidiform Inc. de Fort Worth, Tex, líder en la producción de piezas de aluminio de inversión y fundición en arena de precisión para la industria aeroespacial, conocen los retos que esto conlleva. La compañía recientemente actualizó su sistema de inyección de cera y tuvo algunos pedidos de los ingenieros que trabajaban en la actualización.

"Cuando el molde estaba casi lleno, queríamos que la máquina redujera la velocidad de llenado para permitir la salida del aire", dice el vicepresidente y gerente general de Solidiform, Larry Andre. "El problema con nuestra vieja extrusora de cera era que no podíamos cambiar manualmente el caudal durante la inyección, por lo que nos vimos obligados a elegir una velocidad de llenado de compromiso"

Como resultado, a menudo se dejaba algo de aire en el molde, creando vacíos en el patrón de cera que tenían que ser reparados antes de que el patrón pudiera ser utilizado en la siguiente etapa del proceso.

Automatización de la operación

Con el objetivo de evitar este reprocesamiento y hacer el proceso más repetitivo, la dirección de Solidiform buscó una forma de controlar cómo la cera llena el molde. Se intentaron algunas soluciones, incluyendo válvulas manuales de control de flujo y reguladores de presión controlados electrónicamente, todas con un éxito limitado. Para resolver el problema, se pusieron en contacto con la Wilson Company, una distribuidora de energía fluida en todo Texas, con sede en Addison.

El ingeniero de Wilson Dave Pellerin recomendó que un controlador electrohidráulico de movimiento para el cilindro que opera la extrusora de cera les diera un control preciso. Pellerin recomendó que Solidiform utilice el RMC75E de Delta Computer Systems, Inc. de Battle Ground, Washington.

Al principio del proceso, se carga una palanquilla de cera en el cilindro de la extrusora con la temperatura mantenida por las bandas calentadoras en el exterior. El cilindro de la extrusora entonces fuerza la cera caliente a través de una manguera calentada para llenar el molde, que se mantiene cerrado por el cilindro de la abrazadera. El controlador de movimiento utiliza puntos de ajuste introducidos desde una base de datos de velocidad y presión de inyección para asegurar un llenado consistente.

La compresibilidad de la cera es diferente a la del aire, y el sistema de control monitorea y ajusta para esto leyendo la salida de un transductor de presión en la línea de cera. Utilizando esta información, la presión de inyección puede cambiarse dinámicamente a medida que el molde se llena.

El controlador reacciona a los cambios de presión aumentando o disminuyendo su comando a la válvula de servocontrol. Tan pronto como el aire es evacuado, la presión retorna casi inmediatamente. Para entonces, el controlador debe responder rápidamente bajando la tensión de mando al nivel apropiado (y por lo tanto reduciendo el flujo de fluido hidráulico al cilindro del inyector) para minimizar los excesos. El controlador de movimiento también compensa las diferencias de viscosidad en la cera de un ciclo de producción a otro. El controlador asegura que la presión establecida sea exacta y repetible de un disparo a otro.

El controlador de movimiento Delta controla la presión y la posición del pistón en cada cilindro. El algoritmo de control empleado se llama "control de doble bucle" El lazo de control interno asegura que la posición y velocidad del pistón coincida con el perfil a medida que inyecta cera, mientras que el lazo externo verifica que la presión ejercida a medida que el pistón se mueve no exceda los límites establecidos.

Todas las funciones de inyección se coordinan mediante una pantalla táctil Red Lion, la interfaz principal del operador. La HMI también interactúa con un PLC de Allen-Bradley, que controla la secuenciación de las unidades de potencia y los mecanismos de seguridad.

Una vez finalizado el ciclo de inyección, el RMC75E crea una ligera presión negativa en la línea de cera a medida que el cilindro de sujeción se retrae. Esto asegura que no salgan residuos de cera cuando se elimina la presión de la abrazadera. Todos los valores de presión se muestran en la HMI.

Programación del movimiento

Para facilitar el ajuste de los parámetros de movimiento, Delta proporciona una herramienta de software, el Plot Manager, que forma parte de la interfaz de software RMCTools de la empresa. Los gráficos producidos por este módulo muestran los valores de los parámetros de movimiento reales en lugar de los valores objetivo calculados por el algoritmo del bucle de control. Las parcelas les permiten trazar las actividades esperadas, tales como:

Tiempo 0 a 10 seg.: La cera se está inyectando. Hay demasiado aire en el molde para leer la contrapresión.

A los 10 segundos: Un golpe de presión rápido. El molde está empezando a llenarse, por lo que se mide la presión. Sin embargo, se disipa rápidamente cuando aparece una burbuja de aire atrapada.

A los 10.75 seg.: Un fuerte aumento de la presión a medida que se expulsa el último tramo de aire y se llena el molde. El voltaje del comando de control es demasiado alto porque las lecturas no son reales, pero el controlador responde rápidamente para estabilizar la salida. Una vez que todo el aire es expulsado y el molde está completamente lleno de cera, se tarda aproximadamente 0,1 segundos en presurizar la cera en el molde.

A los 11 segundos: La presión comienza a estabilizarse y se mantiene en su punto de referencia durante el ciclo, dejando que la cera se solidifique bajo presión.

Este tipo de gráficos se pueden utilizar para diagnosticar problemas de movimiento. Por ejemplo, antes de la afinación final, las gráficas mostraban algunas vibraciones en el sistema (oscilaciones en la posición del cilindro). La causa fue que el extrusor pasó de inyectar cera a encontrarse con una burbuja de aire atrapada. Para resolver los problemas, el equipo de soporte de Delta fue llamado para recomendar algunos ajustes al sistema que aprovechaban los rápidos tiempos de bucle de los controladores y los parámetros avanzados de sintonización, junto con la adición de un filtro de salida de paso bajo que eliminaba esas oscilaciones.

"Ahora, el controlador Delta nos puede dar un caudal variable, adaptado a la pieza que queremos fabricar", dice Andre. "Y puede mantener la presión de manera precisa y repetitiva, no hay conjeturas. Al controlar la tasa de llenado de moldes y no dejar que se formen imperfecciones, hemos aumentado fácilmente el rendimiento de nuestro primer patrón y no necesitamos hacer ninguna reparación. Probablemente hemos aumentado la productividad en un 20%."

{{medias[120355].title}}

{{medias[120355].description}}

{{medias[120357].title}}

{{medias[120357].description}}