Diseño hidráulico de la máquina de moldeo por inyección de 650 toneladas: Configuración de bomba de engranajes internos dobles para los circuitos de sujeción e inyección.

Una máquina de moldeo por inyección (IMM) de 650 toneladas es un equipo de capital considerable. En este nivel de fuerza de cierre —que normalmente se utiliza para paneles interiores de automóviles, carcasas de electrodomésticos grandes, paletas, contenedores IBC y componentes logísticos estructurales— el diseño del sistema hidráulico determina directamente la consistencia del tiempo de ciclo, el costo energético y la confiabilidad a largo plazo.

El desafío no es simplemente generar flujo y presión. Es hacer coincidir la salida hidráulica con dos perfiles de carga fundamentalmente diferentes dentro del mismo ciclo de máquina: circuito de sujeción, que exige mantener una presión constante a un flujo relativamente bajo, y el circuito de inyecciónEsto requiere un caudal instantáneo elevado con transiciones de presión rápidas. Estos requisitos contradictorios hacen que las arquitecturas de doble bomba no solo sean beneficiosas, sino esenciales para el diseño eficiente de máquinas de 650 toneladas.

En este artículo, analizamos la lógica de ingeniería para separar los circuitos de sujeción e inyección con doble Bombas de engranajes internos de la serie VG, detallar la metodología de dimensionamiento de la bomba y explicar cómo grupos de bombas servoaccionadas transformar el perfil energético de estas exigentes aplicaciones.

Dimensionamiento del sistema hidráulico para una fuerza de sujeción de 650 toneladas: caudal y presión que requiere el circuito.

Antes de seleccionar los desplazamientos de la bomba, debemos establecer las condiciones límite hidráulicas para una máquina de 650 toneladas. La fuerza de cierre de 650 toneladas métricas requiere un diámetro de cilindro capaz de generar esa fuerza a la presión del sistema disponible. Con un sistema nominal de 31,5 MPa (315 bar), el estándar para las máquinas modernas... maquinaria hidráulica — El diámetro del orificio del cilindro de sujeción suele estar entre 500 y 560 mm. El cálculo es sencillo:

F = P × A → 6375 kN = 31,5 × 10⁶ Pa × π × (D/2)² → D ≈ 0,51 m

Una vez dimensionado, el caudal requerido para el circuito de sujeción se divide en varias fases distintas durante cada ciclo:

• Cierre del molde (aproximación de alta velocidad): Baja presión, alto caudal: normalmente entre 180 y 240 L/min, dependiendo de la longitud de la carrera y del tiempo de ciclo en seco deseado. Una máquina de 650 toneladas con una carrera de sujeción de 1000 mm, que busca un tiempo de cierre de 3,5 segundos, requiere aproximadamente 200 L/min durante esta fase.
• Protección contra el moho y sellado: A menor velocidad, la presión aumenta de 5 MPa a más de 30 MPa; el caudal disminuye a 30-60 L/min.
• Sujeción mediante abrazadera: La presión se mantiene entre 28 y 31,5 MPa durante la inyección; el caudal es prácticamente nulo, solo se necesita compensación de fugas (5-15 L/min).
• Apertura y expulsión del molde: Perfil de flujo similar al del cierre, pero con una dirección de presión diferente, normalmente de 160 a 200 L/min.

El circuito de inyección presenta una situación diferente. Los requisitos de velocidad de inyección para piezas grandes varían desde 30 mm/s (para espuma estructural de paredes gruesas o palés estándar) hasta más de 120 mm/s (para paneles automotrices de paredes delgadas). Con un diámetro de tornillo de 80-90 mm (típico para máquinas de 650 toneladas), una velocidad de inyección de 100 mm/s exige un caudal instantáneo de aproximadamente 300-380 L/min, muy superior al que podría proporcionar eficientemente una sola bomba dimensionada para sujeción.

Estos ciclos de trabajo divergentes nos llevan a una arquitectura de dos bombas: una bomba optimizada para el perfil de sujeción, otra para la inyección, cada una emparejada con su propio sistema de accionamiento servo.

Bombas de engranajes internos de la serie Dual VG: por qué separamos los circuitos de sujeción e inyección.

Una única bomba de gran capacidad para ambos circuitos obligaría a un compromiso constante. Si estuviera dimensionada para el caudal máximo de inyección, resultaría excesivamente grande durante la fase de sujeción, lo que provocaría un desperdicio de energía por alivio de presión, generaría calor excesivo y aceleraría el desgaste de los componentes durante el 90 % del ciclo, cuando el caudal máximo es innecesario. Por el contrario, una bomba dimensionada para la demanda promedio limitaría el caudal durante la fase de inyección, prolongando los tiempos de ciclo y degradando la calidad de las piezas.

La configuración de doble bomba que utiliza Bombas de engranajes internos de la serie VGlo resuelve elegantemente. Cada bomba es accionada independientemente por un servomotor cuya velocidad es modulada por un servocontrolador que responde a comandos de presión y flujo en tiempo real desde el Controlador de máquinaEl resultado es un sistema hidráulico donde cada litro de aceite movido está directamente vinculado a la demanda del proceso, sin pérdidas por estrangulamiento ni desperdicio por derivación.

Bombas de engranajes internos Son particularmente adecuados para esta arquitectura por tres razones:

• Pulsación baja: El engranaje continuo de los engranajes internos y externos produce un flujo excepcionalmente suave en comparación con las bombas de pistón o las bombas de engranajes externos. En una máquina de 650 toneladas, esto reduce la vibración transmitida a través de las líneas hidráulicas hasta la unidad de sujeción e inyección, lo que beneficia directamente la uniformidad de las piezas moldeadas.
• Funcionamiento silencioso a velocidad variable:A diferencia de las bombas de paletas, cuyas palas dependen de la fuerza centrífuga, Bomba de engranajes internaMantienen una eficiencia volumétrica en un amplio rango de velocidades. Una bomba VG2 que funciona a 500 rpm para sujeción es prácticamente silenciosa (normalmente por debajo de 55 dB(A)) en comparación con una bomba de engranajes externa de velocidad fija a 1750 rpm que produce más de 75 dB(A).
• Capacidad de alta presión a baja velocidad:La serie VG mantiene una salida estable a 31,5 MPa incluso cuando Servomotor Reduce la velocidad a un 10-20% de su valor máximo nominal. Esto es fundamental para la fase de sujeción que mantiene la presión, donde esta debe sostenerse sin un flujo de aceite significativo.

Esta configuración de servo de doble bomba se alinea con ISO 4409metodologías de prueba para Bomba hidráulica rendimiento, garantizando que las mediciones de eficiencia que citamos sean reproducibles en condiciones estandarizadas.

Selección de la bomba para el circuito de sujeción: sujeción sostenida con mínima generación de calor.

Para el circuito de sujeción de una máquina de 650 toneladas, normalmente especificamos un VG2-100 o VG2-80Bomba de engranajes interna. Aquí está el razonamiento basado en elDatos técnicos de la serie VG:

Para una máquina típica de 650 toneladas con una carrera de cierre de 1000-1200 mm, la VG2-100 proporciona 150 L/min a 1500 rpm. Cuando se combina con un servomotor capaz de alcanzar un pico de 2200 rpm, la misma bomba puede suministrar 220 L/min durante la fase de cierre rápido del molde, suficiente para un ciclo en seco de 3,0-3,5 segundos. Durante la fase de mantenimiento, la Servoaccionamiento Reduce la velocidad del motor a 150-300 rpm, suministrando solo los 5-15 L/min necesarios para compensar las fugas. A esta velocidad reducida, las pérdidas mecánicas de la bomba de engranajes internos disminuyen proporcionalmente y el aumento de la temperatura del aceite proveniente del circuito de sujeción se mantiene por debajo de 3-5 °C por ciclo.

La elección entre VG2-80 y VG2-100 depende del tiempo de ciclo en seco deseado. Para máquinas destinadas a aplicaciones automotrices que requieren ciclos inferiores a 3,5 segundos, se prefiere el VG2-100 con capacidad de sobrevelocidad servoaccionada. Para el moldeo de uso general, donde las exigencias de tiempo de ciclo son menos estrictas, el VG2-80 ofrece una eficiencia volumétrica ligeramente superior a velocidades de operación típicas.

Todas las bombas de la serie VG2 utilizan bridas de montaje estándar SAE: los modelos VG2-80 y VG2-100 emplean la brida de entrada F16 (patrón de pernos de 77,8 × 42,9 mm, rosca M12 de 20 mm de profundidad) y la brida de salida F12 (69,9 × 35,7 mm, M12). Estas interfaces estandarizadas simplifican la integración en los sistemas de colectores hidráulicos existentes y facilitan la modernización.

Selección de bomba para el circuito de inyección: alto caudal instantáneo con precisión de servocontrol.

El circuito de inyección requiere un perfil diferente: un caudal muy elevado para ráfagas cortas (0,5-2 segundos por inyección), seguido de periodos de inactividad relativamente largos durante la plastificación, el enfriamiento y la apertura/cierre del molde. Para una máquina de 650 toneladas con un husillo de 80-90 mm, las velocidades de inyección de 80-120 mm/s requieren un caudal de 250-380 L/min a presiones de hasta 31,5 MPa.

Normalmente especificamos un VG2-125 o VG2-145 para el circuito de inyección, dependiendo de la configuración de la unidad de inyección:

Tenga en cuenta la reducción de la presión nominal en las bombas VG2-145 y VG2-160. Esto es típico de las bombas de engranajes de mayor desplazamiento: a medida que aumenta el desplazamiento, las cargas sobre los cojinetes debidas a la diferencia de presión entre los engranajes aumentan proporcionalmente. Para circuitos de inyección donde se requiere una presión máxima (31,5 MPa), la VG2-125 es la opción óptima. Puede suministrar más de 250 L/min a 2000 rpm a presión máxima, suficiente para la mayoría de los perfiles de inyección de 650 toneladas.

Para máquinas que no requieren la máxima presión de inyección (por ejemplo, moldeo de palets a 18-22 MPa), se puede seleccionar la VG2-145 o la VG2-160, que proporcionan una mayor capacidad de caudal para velocidades de inyección más rápidas sin exceder la presión nominal de la bomba.

El servoaccionamiento de la bomba de inyección debe ser capaz de una aceleración rápida —desde una velocidad cercana a cero hasta 1800 rpm en menos de 100 ms— para garantizar un arranque de inyección ágil. Sistema de servocontrol VICKS Esto se logra mediante algoritmos de control orientados al campo con precarga de par, lo que garantiza que el perfil de velocidad de inyección ordenado coincida con el punto de ajuste dentro de un margen de ±1% durante toda la inyección.

Eficiencia del servocontrol: cómo el control de velocidad variable transforma el consumo de energía en una máquina de 650 toneladas.

El argumento energético a favor de las bombas de engranajes internos dobles servoaccionadas es convincente. Un sistema de bombeo de desplazamiento fijo en una máquina de 650 toneladas suele hacer funcionar un motor de 45-55 kW de forma continua a 1500 rpm, independientemente de la demanda del ciclo. El exceso de aceite se descarga a través de válvulas proporcionales a la presión del sistema, convirtiendo el trabajo hidráulico directamente en calor.

Con el control de velocidad variable accionado por servomotor, el consumo de energía se reduce para ajustarse únicamente al trabajo hidráulico instantáneo requerido. Hemos medido los siguientes perfiles de potencia típicos en máquinas de 650 toneladas reacondicionadas con VICKS. conjuntos de servobombas:

El ahorro energético promedio del 50% se traduce directamente en: una máquina de 650 toneladas que funciona 24 horas al día, 300 días al año, con un costo de energía de $0.10/kWh, ahorra aproximadamente $24,900 por año en electricidad solamente. Esto no tiene en cuenta la carga de refrigeración reducida (intercambiadores de calor más pequeños, menor demanda de enfriadores), la mayor vida útil del aceite hidráulico (menores tasas de oxidación a temperaturas de funcionamiento reducidas) o los intervalos de mantenimiento reducidos en las bombas servoaccionadas en comparación con las unidades de desplazamiento fijo de funcionamiento continuo.

Más allá del ahorro energético, la configuración de la bomba de engranajes internos servoaccionada mejora la consistencia del proceso. A diferencia de los sistemas controlados por válvula proporcional, donde la viscosidad del aceite varía con la temperatura, el control de velocidad de circuito cerrado de la bomba servoaccionada mantiene un caudal constante independientemente de la temperatura del aceite dentro del rango operativo de 20 a 55 °C. Esto se traduce en una mayor repetibilidad de la dosificación, generalmente dentro de ±0,3 %, en comparación con ±0,8 % en los sistemas de desplazamiento fijo.

Consideraciones sobre la integración del sistema: diseño del colector, filtración y refrigeración.

Una configuración de bomba de engranajes internos doble requiere una integración cuidadosa a nivel de sistema. Estas son las consideraciones prácticas que abordamos al diseñar para máquinas de 650 toneladas:

Dimensionamiento del puerto de aceite. El VG2-100 utiliza una brida de entrada F16 (patrón SAE de 77,8 mm) y una salida F12 (patrón de 69,9 mm). Estas corresponden a tamaños de puerto SAE 1-5/8 y SAE 1-1/4 respectivamente. La velocidad de la línea de entrada debe mantenerse por debajo de 1,5 m/s para evitar la cavitación en el caudal máximo. Para la brida de entrada F20 del VG2-125 (patrón SAE de 88,9 mm), normalmente especificamos tubería de acero Schedule 40 de 2 pulgadas o manguera equivalente para la línea de succión, con un filtro de línea de retorno dedicado dimensionado para una capacidad de más de 300 L/min.

Montaje de bombas múltiples. Al montar una bomba VG2-100 (de sujeción) y una VG2-125 (de inyección) en un mismo depósito, recomendamos una placa deflectora vertical que separe las zonas de succión de ambas bombas. Esto evita que la turbulencia del aceite proveniente del flujo de retorno de una bomba afecte la estabilidad de succión de la otra. Cada bomba debe contar con su propio filtro de succión con una caída de presión limpia inferior a 0,03 MPa.

Comunicación del servomotor. Ambos servomotores deben comunicarse con el controlador principal de la máquina a través de EtherCAT o CANopen. El controlador envía comandos de velocidad objetivo de forma independiente a cada servomotor en función de la fase del ciclo. Durante las fases de mantenimiento, el servomotor de la bomba de sujeción mantiene el modo de control de posición para mantener la abrazadera bloqueada sin sobrepasarla, mientras que el servomotor de la bomba de inyección cambia al modo de control de presión para una regulación precisa de la presión de empaquetado. servomotor VICKS La serie admite de forma nativa los tres modos de control.

Capacidad de refrigeración. Incluso con la eficiencia de un servoaccionamiento, una máquina de 650 toneladas disipa una cantidad considerable de calor durante la inyección (alta densidad de potencia en un breve lapso). Recomendamos una capacidad de intercambiador de calor de 60-80 kW para el sistema completo, aproximadamente un 40-50 % menor que la que requeriría un sistema de desplazamiento fijo de potencia equivalente. La menor demanda de refrigeración también permite el uso de depósitos hidráulicos más pequeños (600-800 L en lugar de más de 1000 L), lo que ahorra espacio y volumen de aceite.

Estrategia de filtración. Las bombas de engranajes internos tienen tolerancias internas más ajustadas que las bombas de paletas de desplazamiento equivalente, lo que requiere un aceite más limpio. Especificamos β₁₀ Filtración de la línea de retorno ≥ 75 (ISO 16889) para bombas de la serie VG2 en sistemas de 650 toneladas. Dado que los entornos de moldeo por inyección generan una importante contaminación por partículas debido a los movimientos del molde y la manipulación del material, es esencial un filtro de retorno absoluto de 10 micras con indicador de derivación. También recomendamos la filtración fuera de línea con un circuito de derivación de 3 micras que funcione continuamente durante el funcionamiento de la máquina, especialmente al procesar compuestos reforzados con fibra de vidrio, cuyas fibras en suspensión pueden entrar en el depósito.

Selección de aceite. Para configuraciones de doble bomba en máquinas de 650 toneladas, recomendamos el aceite hidráulico antidesgaste ISO VG 46 como referencia. A temperaturas ambiente superiores a 35 °C o al procesar plásticos de ingeniería de alta temperatura (PEEK, PEI, LCP) que aumentan la transferencia de calor del molde al sistema hidráulico, puede ser necesario el ISO VG 68 para mantener un espesor de película adecuado en los cojinetes de la bomba de engranajes. La viscosidad de arranque en frío no debe superar los 800 mm²/s, un factor importante para máquinas instaladas en instalaciones sin calefacción en climas fríos.

Conclusión: Adaptación de la arquitectura hidráulica a la escala de la máquina.

El diseño del sistema hidráulico para una máquina de moldeo por inyección de 650 toneladas exige un nivel de rigor de ingeniería que máquinas más pequeñas En ocasiones, se pueden sortear las limitaciones mediante arquitecturas más sencillas. A esta escala, las penalizaciones en la estabilidad energética y del proceso derivadas de un diseño hidráulico deficiente se miden en decenas de miles de dólares al año y en fracciones de un porcentaje de pérdida de rendimiento, factores que se acumulan a lo largo de los 10 a 15 años de vida útil de la máquina.

Una configuración de bomba de engranajes internos doble —con bombas de la serie VG2 accionadas independientemente por servomotores dedicadas a los circuitos de sujeción e inyección— aborda la contradicción fundamental en la hidráulica de máquinas de 650 toneladas y recientes implementaciones en la industria Validar consistentemente este enfoque: el circuito de sujeción requiere una eficiencia de retención sostenida, mientras que el circuito de inyección requiere capacidad de flujo máximo. La separación de estas funciones con los desplazamientos de bomba adecuados y el control servo permite que cada una opere en su punto de funcionamiento óptimo sin comprometer su rendimiento.

Nuestro equipo de ingeniería en VICKS Esta arquitectura se ha aplicado en decenas de plataformas de máquinas de 500 a 1000 toneladas, para aplicaciones que van desde el revestimiento interior de automóviles hasta el embalaje logístico de gran formato. La combinación de la fiabilidad de la bomba de engranajes internos de la serie VG con la precisión del servoaccionamiento ofrece de forma constante una reducción de energía del 45 al 55 % en comparación con los sistemas de desplazamiento fijo, con mejoras notables en la repetibilidad del peso de inyección y la estabilidad de la temperatura del sistema hidráulico.

Para ingenieros y profesionales de compras que evalúan opciones de propulsión hidráulica para máquinas de moldeo por inyección de 650 toneladas o de escala similar, ya sea para la construcción de nuevas plataformas o la modernización de las existentes, les recomendamos analizar el diseño a nivel de bomba, no solo las especificaciones de la máquina. El tipo de bomba de engranajes internos, el tamaño del desplazamiento en relación con el ciclo de trabajo de cada circuito y la arquitectura del servoaccionamiento son las variables que determinan si su sistema hidráulico representa una ventaja para la producción o un costo operativo constante.

Preguntas frecuentes

Equipo de Ingeniería de VICKS • NVICKS Intelligent Equipment (Ningbo) Co., Ltd. • Reconocida como una empresa nacional "Pequeña Gigante" por el MIIT • Empresa nacional de alta tecnología • Certificación ISO
Especializados en sistemas servohidráulicos, conjuntos de bombas servoaccionadas y soluciones de control de movimiento inteligente para aplicaciones de moldeo por inyección, moldeo por soplado y automatización industrial.
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