Como dimensionar y calibrar perfiles

Hacerlo bien es critico para mantener las dimensiones de los perfiles

El dimensionamiento es el término que se refiere a la manipulación de un perfil a medida que sale el molde y es posteriormente formado y enfriado. El enfriamiento adecuado es fundamental para mantener la forma y el tamaño del perfil. En los primeros días de la extrusión de perfiles, las técnicas de dimensionamiento eran toscas, pero en los últimos 40 años, se han aplicado muchos buenos principios técnicos para modernizar la tecnología.

DIMENSIONAMIENTO LIBRE
Una de las técnicas comunes de dimensionamiento utilizada en la extrusión de perfiles se llama  libre dimensionamiento. En esta técnica, hay pocas restricciones o ninguna en la extrusión, ya que se enfría y forma. Una mínima cantidad de herramental se necesita para mantener el tamaño o la forma del perfil a medida que avanza hacia adelante. Los elastómeros tales como PVC flexible, cauchos termoplásticos, las OTPs, y TPU suelen ser de dimensión libre. Los poliuretanos, sin embargo, tienden a pegarse y se aferran a los metales ferrosos, haciendo cadenas y dificultando el dimensionamiento. Así que el diseñador de cabezales debe usar de materiales muy lubricados, como el grafito, polietileno de alta densidad de ultra alto peso molecular o algún tipo de tecnología de recubrimiento para superar este problema.

El dimensionamiento libre se utiliza normalmente en los perfiles simples con paredes iguales, o en los tubos y tiras planas. Conforme els perfil sale del labio del dado, entra en un canal de agua para ayudar a establecer la forma. El perfil debe entrar en el canal de enfriamiento rápido sin arrastrarse en el borde de la cubeta. La bandeja de agua debe tener rodamientos lineales en la cama para permitir que adelante con movimiento preciso y suave hacia atrás/adelante para permitir el ajuste del tanque. Tambien es importante el ajuste hacia arriba / abajo para afinar el nivel del agua tanto en las secciones delantera y trasera del tanque.

En esta tecnica, el flujo de agua sobre el borde del tanque debe ser lento y constante. La turbulencia del agua puede provocar que el extruido fluctue en tamaño y forma. El flujo de entrada de agua al tanque también deberá ser regular y no crear olas.

La mayoría de extrusoras de perfiles utilizan una serie de baños de agua o dividen el primer baño de agua en compartimentos. El primer compartimiento debe tener un flujo constante de agua para evitar las ondas, mientras que el segundo compartimiento puede tener un flujo más turbulento para mejorar el enfriamiento.

El dimensionamiento libre para los termoplásticos rígidos emplea técnicas que difieren de los elastómeros. Muchos termoplásticos, especialmente los de alto módulo, tipos amorfos, no pueden tolerar alto estiramiento y orientación. Lo mismo es cierto para los compuestos altamente cargados, como los grados con talco y carbonato de calcio. Dado que la alta orientación (o estiramiento) no puede ser tolerada, el perfil debe fijarse lo más rápidamente posible para evitar una reducción en las dimensiones globales y permitir que la forma y tamaño deseados sean alcanzados.

TREN DE AIRE Y DIMENSIONAMIENTO POR CALIBRACIÓN
Dos técnicas de dimensionamiento son comunes para las formas simples. El sistema primario de dimensionamiento por tren de aire utiliza una serie de  plantillas de apoyo y ventiladores de convección situados por encima y por debajo del extruído para enfriar y ajustar el tamaño y la forma del perfil. Las plantillas y los dedos o guías de arriba mantienen la forma mientras que el perfil viaja hacia adelante.

Este sistema había sido utilizado durante años en termoplásticos rígidos, pero fue reemplazado más adelante en la producción de alto volumen por el sistema de calibración. Hoy en día, el uso del dimensionamiento por tren de aire se limita a los prototipos y las corridas cortas.

Hay muchas desventajas a la técnica de tren de aire. Aunque barato desde un punto de vista de inversion en equipo, este tipo de refrigeración compromete la calidad total del perfil en la producción. La forma y el tamaño de la extrusión cambiará a medida que cambia el punto fijado de refrigeracion. La transición entre el punto de fusion y el punto de ajuste es crítico y debe ser mantenido desede el punto de vista de tiempo y temperatura, o el punto de ajuste cambiara de posición. Esto hará que la forma y las dimensiones de cambiar en consecuencia, creando desechos o defectos. El punto de referencia fundamental para llegar a prevenir un estiramiento adicional o el cambio de tamaño es el punto de ablandamiento Vicat en los termoplásticos de ingeniería, o la temperatura de distorsión térmica (HDT) en las resinas amorfas.

Los calibradores múltiples se usan para perfiles
huecos de ventanas en la planta de
Vinyltech International LLC.

El dimensionamiento por calibración es la segunda tecnología mas usada. Aquí, la extrusión caliente se forma y enfria mediante los segmentos estáticos de acero circundantes. Los segmentos de acero están internamente enfriados y diseñado para maximizar la refrigeración conforme el polímero caliente pasa a través de ellos.

Los segmentos de acero también están diseñados con una serie de puertos de vacío que acercan el extruído caliente hacia el acero, mejorando el contacto y por lo tanto el enfriamiento.

OPCIONES DE CALIBRACIÓN
Hay tres estilos diferentes de calibración: seco, húmedo, y el estilo combinado. La selección del tipo que sea adecuado para su proceso depende de la tasa de producción que usted desea alcanzar.

Loa perfiles extruídos tiene un rango de espesor de pared de 1 a 3 mm. Las capacidades de línea varían según el material, el tipo y tamaño de extrusora, y la sección transversal total del perfil.

Los perfiles no alveolares de una sola pared, se pueden enfriar por ambos lados de una manera más eficiente que los perfiles alveolares. Estos ultimos requieren el uso de la calibración húmeda, y con frecuencia de calibración diferencial con ayuda de vacío, para sostener los huecos y evitar el colapso.

Los perfiles alveolares tradicionalmente eran dimensionados y enfriados con calibradores muy largos, a veces superior a 6 m de longitud. Pero con la escalada de tamaños de líneas se convirtió en poco práctico por el costo para dimensionar y enfriar de esta manera. Además, se requerian jaladores largos y fuertes para superar las fuerzas de arrastre.

Los alvéolos solo pueden ser enfriados por las paredes exteriores a una velocidad específica. La transferencia de calor de la sección interior recalienta la pared exterior, requiriendo secciones adicionales para mantener la forma del perfil.
Mientras que los costes globales de calibrado exceden a otros tipos de dimensionamiento de perfiles rígidos, ese costo se ahorra produciendo perfiles con mayor calidad total y menos desechos.

Daniel Cykana - Plastics Tecnology
Junio 2011

Daniel Cykana ha invertido mas de 40 años en extrusion de perfiles y ahora es el director de Extrusion Solutions LLC en Sheboygan, WI, enfocado en solucion de problemas de procesamiento y diseño de cabezales de extrusion.