Desgaste del husillo. Entendiendo las causas, efectos, y soluciones.

Desgaste del husillo. Entendiendo las causas, efectos, y soluciones.

Aquí aprenderemos cómo averiguar qué le sucede a su husillo, y qué hacer al respecto.

husillo

El desgaste en el husillo y en el cañón son cuestiones serias para el equipo de ingeniería y mantenimiento en procesos de inyección, y con mucha razón. Un desgaste excesivo en el equipo puede desencadenar una serie de problemas de desempeño, afectando los costos y la calidad del producto. En este artículo exploraremos cómo afecta el desgaste a la calidad del material, y veremos si es más conveniente reconstruir o remplazar por completo el husillo.

DESGASTE TÍPICO DEL HUSILLO

El desgaste del husillo en inyección ocurre en áreas de alta presión, particularmente, en la sección de transición y en las últimas vueltas de la zona de dosificación. Muchos procesadores y proveedores tienen la teoría de que el desgaste en estas áreas se provoca por el contacto metal con metal de los filetes del husillo con el interior del cañón, debido a las altas presiones. Esta teoría es poco probable, puesto que la presión interna está generalizada a través del husillo.

Hace falta una presión diferenciada para hacer que se desvíe el husillo, y no una presión alta generalizada. El contacto metal con metal puede ocurrir, pero como resultado de condiciones mecánicas, y esto sería un síntoma de problemas mayores tales como desalineación, daño en la caja de engranajes, husillo doblado, cañón  doblado, fundación inadecuada, etc. A través de pruebas de abrasión realizadas en diversas industrias, se ha demostrado que un incremento de presión y temperatura, lleva a un incremento de fricción. Dado que la sección de transición y en las últimas vueltas de la zona de dosificación típicamente experimentan las presiones y temperaturas más altas, podemos predecir que es ahí donde se experimentará la mayor parte del desgaste. Esto cobra sentido luego de haber inspeccionado y reconstruido miles de husillos.

Al igual que el desgaste en los filetes del husillo, en la parte profunda o valles de los husillos, suele encontrarse el desgaste en las mismas áreas de mayor presión. El desgaste es aún más extremo en la zona frontal que el el lado trasero. La severidad del desgaste del husillo en los valles está fuertemente determinada por el material que se procesa. Cuando se procesan resinas altamente abrasivas, tales como fibra de vidrio o carbonato de calcio, es posible ver un severo desgaste en la sección de ingesta puesto que se desarrolla presión dirigida hacia el frente contra el filete del husillo, y con poca lubricación por parte de los pélets sin fundir. La cantidad de material y la forma de la partícula influyen fuertemente en la intensidad del desgaste. Procesar partículas más grandes y con puntas más afiladas provocará mayor desgaste que partículas más pequeñas y más redondas. Desafortunadamente, las propiedades físicas de la pieza que se desea moldear, dicta el material a usar. Debido a que el desgaste ocurre más pronto en la sección que transporta sólidos, es más común que otros componentes se añadan más adelante en el camino del husillo, en donde el polímero ya está fundido, permitiendo una mejor lubricación.

Las secciones de mezclado y los filetes del husillo también tienden a desgastarse, debido a que su función requiere que la resina fluya sobre la geometría de los filetes. Los husillos con de mezcla dispersiva incorporan un diseño que logra impartir las fuerzas de rozamiento a la resina, para así promover un fundido más isotérmico y un color más uniforme. Conforme el diseño mezclador se desgasta, se presenta una pérdida de correcta dispersión. De la misma forma con los diseños de mezcla dispersiva, al desgastarse los filetes, se pierde eficiencia y capacidad de fundido.

PROBLEMAS DE DESEMPEÑO

El desgaste del husillo es por lo general un proceso lento que puede pasar inadvertido hasta el momento en el que disminuye drásticamente el desempeño. Un desgaste leve tendría pocos efectos en el desempeño en general, puesto que los parámetros de la máquina podrían ajustarse para mantener la productividad. Cuando el desgaste aumenta generando espacios entre los filetes del husillo y las paredes del cañón, es inevitable la generación de fugas. El operador típicamente observará una reducción en el desempeño y un incremento en la temperatura del fundido, teniendo que incrementar las rpm y con ello, el consumo de energía, con tal de mantener el índice de producción deseado.

Obviamente, el tamaño del espacio provocado por desgaste es un factor clave para calcular las fugas. Una regla aproximada usada comúnmente, dicta que el espacio entre el filete y el cañón debería ser cuatro veces mayor al del original para necesitar un reemplazo de husillo, sin embargo es importante considerar la viscosidad de la resina que se procesa. Una resina con mayor viscosidad provocará menores fugas que aquellas con menos viscosidad. Esta regla solamente se usa para guiarnos.

Para ayudarnos a predecir mejor el efecto de un desgaste diametral, se puede calcular la fuga considerando el espacio, el tamaño del filete, la presión, la viscosidad y la densidad del fundido. Estos cálculos pueden llegar a ser un dolor de cabeza al tratar de predecir de manera precisa el desempeño; pero se pueden hacer estimaciones bastante acertadas para predecir la pérdida potencial de producción. Para ayudar a los encargados del mantenimiento de las máquinas a predecir la pérdida de productividad, Stephen Surley de R. DRAY, ha desarrollado una calculadora de pérdida de producción, la cual estima la pérdida potencial de productividad causada por desgaste de husillos. Esta herramienta le ayuda conceptualizar la severidad del desgaste, y ayuda a los procesadores a desarrollar un plan de reparación o reemplazo de husillo.

JANFREX siendo representante de R. DRAY le podrá asistir para llevar a cabo dicho servicio.

Conforme la resina se fuga a través de los filetes, el material experimenta índices excesivos de rozamiento. Esto eleva la temperatura del fundido, lo cual se agrava con el incremento de las rpm para mantener la productividad, como se mencionó anteriormente. Una temperatura más alta en el fundido puede desencadenar problemas graves de calidad, debido a que las partes moldeadas sufren una gran reducción en sus propiedades físicas a temperaturas excesivas. Cuando se procesan resinas amorfas, estas grandes fuerzas de rozamiento pueden fácilmente quemar y degradar la extrusión, generando grandes cantidades de desperdicio.

El desgaste en los valles del husillo generalmente crea “bolsillos”y areas en las que el material se acumula hasta degradarse. Esto puede ser observado como puntos negros en las partes moldeadas, que aparecen progresivamente. La degradación del material puede ser un tema del cuál alarmarse cuando se procesan resinas como el PVC rígido. El PVC tiende a generar ácido clorhídrico a temperaturas elevadas, provocando un desgaste extremadamente corrosivo en el equipo. En casos extremos de desgaste en los valles, los lados de los filetes pueden llegar a disolverse como se muestra en la imagen. Sin soporte, el frágil material va desprendiendo, dejando bordes ásperos, reduciendo el tamaño de los filetes, contaminando la extrusión, y posiblemente dañando otros componentes.

¿REEMPLAZAR O RECONSTRUIR?

Muchos procesadores estarán de acuerdo en esto; los periodos de inactividad es el principal enemigo de una producción exitosa. Muchas plantas de extrusión e inyección rara vez, o nunca llevan un registro del desgaste de los husillos. Las apretadas agendas de producción y las complicaciones de mantenimiento pueden forzar a las compañías a exprimir al máximo el equipo existente. Aplicando el dicho “si no está roto, no lo arregles”.

El problema es que, este tipo de prácticas dejan al procesador en el limbo cuando el desgaste del husillo ya no puede ser ignorado. Recuerda, el desgaste del husillo es un proceso gradual que puede pasar inadvertido, hasta el momento en el que el índice de desperdicio se dispara, el consumo de energía se eleva, y en casos extremos, resulta en una catástrofe. Para ahorrarse periodos de inactividad y costos asociados con comprar e instalar equipo nuevo, muchos procesadores gastan fortunas en costos ocultos como consumo de energía y desperdicio de materiales. Cuando finalmente se toma el tiempo de inspeccionar el husillo, es demasiado tarde y ya no puede ser reparado, obligando a la planta a permanecer aún más tiempo parada en lo que se consigue el equipo nuevo.

Con datos de referencia, monitoreo de desgaste y entendiendo qué es lo que le está pasando al husillo, los departamentos de ingeniería y mantenimiento pueden reducir significativamente el tiempo de inactividad e incrementar sus resultados. Reemplazar un husillo de alto desempeño puede ser costoso, pero un fabricante experimentado puede reconstruir husillos y dejarlos como nuevos por una fracción del costo y en menos tiempo.

Cuando usted busque reconstruir un husillo desgastado, pregúntese lo siguiente:

  1. ¿Qué tan severo es el desgaste?
  2. ¿Cuáles son las características del desgaste?
  3. ¿Qué tanto puede mejorarse el diseño del husillo?
  4. ¿Puede mejorarse el tratamiento de la superficie?

Si no se atiende el monitoreo del desgaste del husillo, el daño puede ser tan extremo que puede complicar o incluso imposibilitar la reparación. Típicamente, el costo de reconstrucción de un husillo depende de la severidad del desgaste y de la cantidad de trabajo requerida. Un fabricante de husillos experimentado puede inspeccionar equipo dañado y el desempeño del proceso para determinar si vale la pena reparar el diseño actual. En algunos casos, un husillo nuevo y optimizado puede incrementar las ganancias de la compañía, siendo más viable que recurrir al diseño original que era menos eficiente. Muchas veces el husillo desgastado puede ser rediseñado para mejorar el desempeño, en lugar de desperdiciar el husillo antiguo. Para mejorar la resistencia a la abrasión y corrosión, se pueden aplicar tratamientos a la superficie para mejorar y extender la vida del husillo.

Muchos fabricantes respetables de husillos afirman que el husillo solamente puede reconstruirse de tres a cuatro veces. El tamaño del husillo entre otros factores que contribuyen a la severidad del desgaste, determinan la vida del husillo, pero no es raro para un fabricante experimentado reconstruir un husillo muchas más veces. Con una soldadura de alta calidad, un buen trato en los aspectos metalúrgicos de la fabricación y un adecuado reacondicionamiento, hemos visto husillos siendo reconstruidos de seis hasta ocho veces.

Luego de uniformar el diámetro del husillo, los filetes deben ser reconstruidos utilizando la aleación de mayor dureza, que permita tener una máxima resistencia a la abrasión. Luego del endurecimiento, el husillo debe rebajarse a la tolerancia original. En muchos casos, las malas prácticas reducen la efectividad de los filetes en este proceso, afectando potencialmente el desempeño del husillo y complicando la posibilidad de reconstrucciones futuras. Para prevenir estas complicaciones, algunos fabricantes de husillos optan por reducir el espesor de la soldadura. Cuando estos husillos regresan a las tolerancias originales, la superficie de la soldadura no abarca todo el ancho de los filetes. Esto impacta negativamente en el desempeño, debido al material más blando que queda expuesto.

DESARROLLAR UN PLAN

Con los datos de referencia y el monitoreo de desgaste adecuado, y entendiendo qué es lo que le está sucediendo al husillo, los departamentos de ingeniería y mantenimiento pueden desarrollar programas robustos de mantenimiento para reducir enormemente los periodos de inactividad e incrementar las ganancias. Es importante monitorear el desgaste del husillo antes de que incrementen los índices de desperdicio y consumo de energía. No se deshaga de equipo dañado antes de tiempo. Consultar a un proveedor de husillos como JANFREX en relación a husillos potencialmente reparables, no solo ayuda reducir los tiempos de inactividad, sino que ahorra recursos siendo el costo de la reconstrucción equivalente a sólo una fracción de lo que implicaría un husillo nuevo.

Las buenas prácticas de reconstrucción le permitirían a sus husillos ser reparados múltiples veces, generando un ahorro en costos de mantenimiento. Un plan robusto de mantenimiento, soportado por datos correctos de referencia, monitoreo de desgaste y un entendimiento básico del desgaste del husillo, es mucho mejor que un mantenimiento correctivo

Stephen Surley. (2018). Plastic Tecnology.

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