Análisis de calidad e implementación de nuevas mejoras del proceso de estampación en caliente de piezas plásticas (PC+ABS) para el interior de vehículos

Abstract

[ES] El objetivo del presente Trabajo Fin de Grado (TFG) es el análisis de calidad e implementación de nuevas mejoras del proceso de estampación en caliente o hot-stamping sobre piezas plásticas (PC+ABS) para el desarrollo de una solución a un problema real en una empresa del sector de la automoción. Dicho problema consiste en el reciente repunte en el porcentaje de piezas desechadas que suponen un costo importante a la empresa.

El proceso completo de fabricación de las piezas plásticas comienza con la inyección del componente plástico en las máquinas inyectoras y posterior pintado en la línea de pintura. Sin embargo, el proceso de estampación se realiza en el área de montaje. Cabe destacar que todas las áreas están muy relacionadas debido a que todas ellas afectan al resultado final de la pieza, por lo que para la resolución de problemas es de gran relevancia una buena coordinación.

La estampación se lleva a cabo mediante una máquina provista de un cliché que tiene el relieve inverso a la pieza y que, al calentarse y presionar un folio contra ella, fusiona ambos materiales y lo convierte en un único sólido. En la misma máquina existe una estación que aplica un tape de limpieza sobre el folio ya estampado y que mejora los resultados. La pieza está apoyada sobre una cuna que la mantiene en una posición controlada y firme para que la estampación sea precisa. Con esta técnica de estampación lo que se consigue es crear un efecto estético en un proceso que sustituye completamente la necesidad de cromar la pieza o algún componente que se ensamble en la pieza, haciendo este un proceso mucho más económico. Además, ofrece la opción de estampar folios de diferentes colores ampliando la gama de productos.

En este trabajo se realiza un análisis de calidad con ensayos experimentales que muestran la diferente defectología que puede provocar sobre las piezas tanto el ajuste de la máquina de estampación como el estado del componente que proviene de inyección y pintura. Desde la parte de inyección es muy importante que se hagan los mantenimientos preventivos de los moldes, así como revisar la fuerza de cierre o la velocidad de inyección para evitar un escape de gases o piezas con rebaba que tengan consecuencias como el contorno irregular. El pintado de las piezas es otro factor clave que puede perjudicar a la estampación, con defectos habituales como la falta de adherencia del folio sobre la pieza o los grumos. En cuanto al proceso de estampación se detallan todos los elementos necesarios para la producción y datos técnicos sobre el folio en cuestión, comparación entre las distintas marcas de cliché y condiciones óptimas de trabajo, tanto del entorno como de la máquina. El ajuste de esta depende de varios parámetros diferentes como la temperatura del cliché, la presión de estampación, el tiempo de estampación y el tiempo de enfriamiento. Estos parámetros irán variando en función del número de estampaciones del cliché. Los defectos de calidad de las piezas más habituales son la sobre estampación, la falta de estampación, la falta de adherencia y grumos que acaban ocasionando la aparición de puntos negros, así como las marcas o rayas.

A raíz de estos ensayos, se implementan algunas mejoras del proceso. Como principal mejora, la debida a ajustes de la máquina, en la que se observa que aumentando la temperatura de set point de la resistencia, la temperatura controlada del cliché es más constante y homogénea en su superficie. Con el foco en abaratar el coste de producir una pieza, se implementa otra nueva mejora que permite aumentar la vida útil de este cliché, a través de un mantenimiento de recuperación manual y que hace de este un proceso más rentable debido a sus altos costes de reemplazo. Con estas mejoras se pretende reducir el precio final de la pieza, así como disminuir el porcentaje de piezas desechadas.

[EN] The objective of this Final Degree Project (FDP) is the quality analysis and implementation of new improvements in the hot-stamping process on plastic parts (PC+ABS) for the development of a solution to a real problem in a company in the automotive sector. This problem consists of the recent uptick in the percentage of scrapped parts that represent a significant cost to the company.

The complete manufacturing process of plastic parts begins with the injection of the plastic component into the injection molding machines and subsequent painting on the painting line. However, the stamping process is done in the assembly area. It should be noted that all areas are closely related because they all affect the final result of the piece, so good coordination is of great relevance for problem solving.

The stamping is carried out by means of a machine equipped with a plate that has the reverse relief of the piece and which, when heated and pressed against a sheet of paper, fuses both materials and converts it into a single solid. In the same machine there is a station that applies a cleaning tape to the already stamped sheet and improves the results. The piece is supported on a cradle that keeps it in a controlled and firm position for precise stamping. With this stamping technique, what is achieved is to create an aesthetic effect in a process that completely replaces the need to chrome the part or some component that is assembled in the piece, making this a much more economical process. In addition, it offers the option of printing sheets of different colors, expanding the range of products.

In this work, a quality analysis is carried out with experimental tests that show the different defectology that can be caused on the parts both by the adjustment of the stamping machine and the state of the component that comes from injection and painting. From the injection side, it is very important to carry out preventive maintenance of the moulds, as well as to check the closing force or the injection speed to avoid a leak of gases or burr parts that have consequences such as irregular contour. The painting of the parts is another key factor that can harm the stamping, with common defects such as the lack of adhesion of the foil on the piece or lumps. As for the stamping process, all the elements necessary for production and technical data on the foil in question are detailed, as well as a comparison between the different plate brands and optimal working conditions, both in the environment and in the machine. The setting of this depends on several different parameters such as plate temperature, stamping pressure, stamping time, and cooling time. These parameters will vary depending on the number of plate prints. The most common quality defects of the parts are over-stamping, lack of stamping, lack of adhesion and lumps that end up causing the appearance of black spots, as well as marks or streaks.

As a result of these trials, some process improvements are implemented. The main improvement is due to machine adjustments, in which it is observed that by increasing the set point temperature of the resistor, the controlled temperature of the plate is more constant and homogeneous on its surface. With the focus on lowering the cost of producing a part, another new improvement is implemented that allows to increase the useful life of this plate, through manual recovery maintenance and that makes this a more profitable process due to its high replacement costs. These improvements are intended to reduce the final price of the part, as well as reduce the percentage of discarded parts.