Repositorio Institucional de Documentos

PROYECTO FINAL DE CARRERA TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS AUTORJesús Antón Antón DIRECTOR José Manuel Franco ESPECIALIDAD Mecánica CONVOCATORIA Febrero 2013 Departamento de Ingeniería de Diseño y Fabricación TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 1 ÍNDICE: MEMÓRIA: ............................................................................................ 5 1. INTRODUCCIÓN: ................................................................................ 5 1.1.- OBJETO: ...................................................................................................................5 1.2.- ÁMBITO: ..................................................................................................................5 1.3.- ALCANCE: ................................................................................................................6 2. PLANIFICACIÓN .................................................................................. 6 3. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO REALIZADO: ............................................ 7 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................8 3.3. TRABAJO ESPECÍFICO REALIZADO ...............................................................................8 4. DIFICULTADES Y DESVIACIONES RESPECTO A LA PLANIFICACIÓN ......... 9 5. DEDICACIÓN ...................................................................................... 9 6. CONOCIMIENTOS Y HABILIDADES ADQUIRIDAS ................................ 10 7. CONCLUSIONES DEL TRABAJO REALIZADO ........................................ 10 7.1. CONCLUSIONES DEL TRABAJO REALIZADO ................................................................ 11 7.2. CONCLUSIONES PERSONALES ................................................................................... 11 7.3. LÍNEAS FUTURAS ..................................................................................................... 12 8. AGRADECIMIENTOS ......................................................................... 12 ANEXO -I……………………………………………………………………………………………14 INTRODUCCIÓN: .................................................................................. 14 1.-MOLDEO DE METALES: .................................................................... 16 1.1.-MOLDEO A LA CERA PERDIDA: ................................................................................. 16 1.1.1.-ATECEDENTES HISTÓRICOS: .....................................................................................16 1.1.2.- MOLDE: ...................................................................................................................17 1.1.3.-PROCESO: .................................................................................................................18 1.1.4.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: ......................................................................................19 1.1.5.-APLICACIONES: .........................................................................................................20 1.2.-FUNDICIÓN EN MOLDE DE ARENA: .......................................................................... 20 1.2.1.- MOLDE: ...................................................................................................................21 1.2.2.-PROCESO ..................................................................................................................29 TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 2 1.2.3.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: ......................................................................................30 1.2.4.-APLICACIONES: .........................................................................................................31 1.3.-MOLDEO EN CÁSCARA O CONCHA: .......................................................................... 31 1.3.1.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS: ..................................................................................31 1.3.2.- MOLDE Y PROCESO: ................................................................................................32 1.3.3.-APLICACIONES: .........................................................................................................35 1.4.-FUNDICIÓN EN MOLDE CONSUMIBLE (Poliestireno Expandido): ............................... 36 1.4.1.- CARACTERÍSTICAS:...................................................................................................36 1.4.2.-APLICACIONES ..........................................................................................................37 1.5.-FUNDICIÓN EN MOLDE DE YESO: ............................................................................. 41 1.5.1.- MOLDE Y PROCESO: ................................................................................................41 1.5.2.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: ......................................................................................42 1.5.3.-APLICACIONES: .........................................................................................................43 1.6.-MOLDEO EN VACIO: ................................................................................................ 43 1.6.1.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS: ..................................................................................43 1.6.2.-MOLDE: ....................................................................................................................44 1.6.3.- PROCESO: ................................................................................................................45 1.6.4.-APLICACIONES: .........................................................................................................46 1.6.5.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: ......................................................................................47 1.7- MOLDEO EN COQUILLA ............................................................................................ 48 1.7.1.- MOLDE Y PROCESO .................................................................................................48 1.7.2.- VENTAJAS: ...............................................................................................................51 1.7.3.- APLICACIONES: .......................................................................................................51 1.8.- FUNDICIÓN A PRESIÓN: .......................................................................................... 52 1.8.1.- FUNDICIÓN POR FUERZA EXTERNA: ........................................................................52 1.8.2.- MATRICES (MOLDES): ..............................................................................................53 1.8.3.- PROCESO: ................................................................................................................54 1.8.4.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: ......................................................................................56 1.9.-FUNDICIÓN CENTRÍFUGA: ........................................................................................ 57 1.9.1.-ANTECEDENTES HISTÓRICOS: ...................................................................................57 1.9.2.-PROCESO: .................................................................................................................58 1.9.3.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: ......................................................................................59 TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 3 2.-MOLDEO DE PLÁSTICOS. .................................................................. 61 2.1.-MOLDEO DE PLÁSTICOS POR INYECCIÓN: ................................................................. 61 2.1.1.-ANTECEDENTES HISTÓRICOS: ...................................................................................62 2.1.2.- MOLDE: ...................................................................................................................63 2.1.3.-MAQUINARIA: ..........................................................................................................64 2.1.4.-PROCESO: .................................................................................................................69 2.1.5.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: ......................................................................................82 2.2.-MOLDEO DE PLÁSTICO POR EXTRUSIÓN DE POLÍMERO: ........................................... 85 2.2.1.-MOLDE: ....................................................................................................................85 2.2.2.-PROCESO: .................................................................................................................86 2.2.3.-MAQUINARIA: ..........................................................................................................91 2.2.4.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: ....................................................................................101 2.3.-MOLDEO DE PLÁSTICOS POR SOPLADO: ................................................................. 103 2.3.1.-ANTECEDENTES HISTÓRICOS: .................................................................................104 2.3.2.- PROCESO: ..............................................................................................................104 2.3.3.-DIFERENTES LÍNEAS DE TRABAJO: ..........................................................................106 2.3.4.-MATERIALES A LOS QUE SE APLICA: .......................................................................106 2.3.5.-GEOMETRÍAS OBTENIDAS EN LAS PIEZAS:..............................................................107 2.3.6.-EQUIPOS Y UTILLAJE: ..............................................................................................108 2.3.7.-ASPECTOS ECÓNÓMICOS Y PRODUCTIVOS: ...........................................................109 2.3.8.-APLICACIONES ABITUALES: ....................................................................................109 2.4.-MOLDEO DE PLÁSTICOS POR COMPRESIÓN:........................................................... 110 2.4.1.-DEFINICIÓN DEL PROCESO: ....................................................................................111 2.4.2.-CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO: ..........................................................................111 2.4.3.-ESQUEMA DEL PROCESO: .......................................................................................112 2.4.4.-PRENSA: .................................................................................................................113 2.4.5.-MOLDES: ................................................................................................................114 2.4.6.-MATERIAS PRIMAS: ................................................................................................114 2.4.7.-PIEZAS PRODUCIDAS POR COMPRESIÓN:...............................................................114 2.4.8.-PRINCIPALES APLICACIONES:..................................................................................115 2.4.9.-VENTAJAS: ..............................................................................................................115 2.4.10.-DESVENTAJAS: ......................................................................................................115 TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 4 2.5.-MOLDEO DE PLÁSTICO POR TRANSFERENCIA: ........................................................ 116 2.5.1.-DESCRIPCION DEL PROCESO:..................................................................................117 2.5.2.-CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO: ..........................................................................119 2.5.3.-COMPARATIVA DE VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE ESTE TIPO DE MOLDEO CON EL MOLDEO POR INYECCIÓN Y EL MOLDEO POR COMPRESIÓN. ..........................................119 2.5.4.-MATERIALES PROCESADOS POR MOLDEO POR TRANSFERENCIA: .........................120 2.5.5.-PIEZAS OBTENIDAS: ................................................................................................120 2.6.-MOLDEO DE PLÁSTICOS POR TERMOCONFORMADO: ............................................. 121 2.6.1.- DESCRIPCION: ........................................................................................................121 2.6.2.- VARIANTES DEL PROCESO: ....................................................................................123 2.6.3.- MATERIALES A LOS QUE SE PUEDE APLICAR: ........................................................127 2.6.4.- GEOMETRÍAS OBTENIBLES EN LAS PIEZAS: ............................................................127 2.6.5.- EQUIPOS Y UTILLAJE: .............................................................................................128 2.6.6.- ASPECTOS ECONÓMICOS-PRODUCTIVOS: .............................................................129 2.6.7.- APLICACIONES HABITUALES: .................................................................................129 3.- BIBLIOGRAFIA. .............................................................................. 131 TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 5 MEMORIA INTRODUCCIÓN: El proyecto que se desarrolla a continuación ha sido realizado por Jesús Antón Antón en colaboración con el Departamento de Ingeniería de Diseño y Fabricación, Área de los Procesos de Fabricación, situado en la Escuela de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad de Zaragoza, edificio Torres Quevedo. Este proyecto ha sido dirigido por José Manuel Franco, profesor de dicho departamento. 1.1.- OBJETO: El objeto de este proyecto ha sido la preparación de un equipamiento didáctico técnico con la posibilidad de ser aprovechado por dicho departamento durante la impartición de algunas de sus asignaturas. La misión de este proyecto es que los estudiantes de Ingeniería de la Universidad de Zaragoza adquieran los conocimientos necesarios para la comprensión y posterior aplicación de los mismos tras superar dicha asignatura, en su vida como ingenieros. 1.2.- ÁMBITO: El ámbito de este proyecto es didáctico, ya que está orientado a la formación de alumnos en el campo de la fabricación, y la adquisición de conocimiento en cuanto a tipos de producción en moldes, tanto para metales como para plásticos se refiere. Aunque también podía tener un ámbito comercial la venta de estos equipamientos didácticos a distintas entidades como colegios, institutos y universidades como herramienta didáctica TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 6 En el ámbito didáctico, la forma técnica, mencionada anteriormente, viene para su alumnado. determinada por una recopilación de los diferentes tipos de fabricación en moldes, en el que se hace constar una introducción de los procesos de fabricación, así como una explicación de todos y cada uno de los diferentes procesos de producción que existen. 1.3.- ALCANCE: Un alcance meramente didáctico para que los estudiantes de Ingeniería de la Universidad de Zaragoza o de cualquier entidad que tenga en poder un equipamiento didáctico técnico formado por nosotros. El alcance que se quiere tener es que los estudiantes puedan aprender las cosas básicas que hay que saber sobre los diferentes tipos de producción en moldes tanto para metales como para plásticos, por si el día de mañana tuvieran que aplicar dichos conocimientos para su trabajo. Es decir, con esta herramienta de trabajo, uno no se va a hacer profesional de los procesos productivos de fundición, pero si va a tener las ideas básicas para iniciarse en ellos y poder comprender de una forma simple dichos procesos. 2. PLANIFICACIÓN La planificación de dicho proyecto fue breve: comienza el día que fui al despacho de don José Manuel, ha informarme de los posibles proyectos ha realizar, ya que vi anunciados en un tablón de la universidad varios que podrían interesarme, pero al llegar a su despacho me dijo que todos ellos estaban asignados, asique buscamos algo que pudiese interesarnos a ambos, y fuese útil en un futuro. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 7 Después de esta primera reunión a primeros del mes de Octubre de 2011 volvimos a tener otra para el mes de Marzo de 2012, ya que por temas laborales no había podido dedicarle tiempo al proyecto. En esta reunión fijamos los contenidos del proyecto, y enfocamos más concretamente los puntos a desarrollar. Como el tema del proyecto no necesitaba de un seguimiento semanal ni mensual, lo fui desarrollando poco a poco, en jornadas a tiempo parcial principalmente, ya que por motivos laborales, no he podido a penas dedicarle días enteros, salvo algún que otro fin de semana. Y enviando en varias ocasiones, vía e-mail información a mi tutor. 3. DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO REALIZADO: El trabajo que he realizado para este proyecto, básicamente, ha consistido en la búsqueda de información de varias fuentes, contrastarla y completar unas con otras, para conseguir un equipamiento didáctico técnico lo más completo posible. Todo el proyecto se ha basado en buscar información sobre las diferentes técnicas de producción en moldes que existen. Claramente no están especificadas todas las técnicas que existen, y probablemente sea necesario volver a completarlo en unos años, ya que se siguen descubriendo nuevas técnicas que mejoran las presentes, pero en este documento, se recogen la mayoría de las técnicas y las mas utilizadas, aunque algunas de ellas se están quedando obsoletas, ya que no son del todo rentables. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 8 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS En este apartado se va a definir el objetivo específico del proyecto. Como ya se ha dicho anteriormente el principal ámbito de este proyecto es didáctico. La misión del mismo es que todos los alumnos puedan comprender como se trabaja dentro de las empresas, y profundizar un poco más dentro de la producción en moldes. -Objetivos: Conocer los pasos a seguir para cualquier producto realizado con molde. Saber que tipo de modelos o patrón es el más recomendable para fabricar cualquier tipo de producto. Saber distinguir según las propiedades del producto final que deseamos obtener, los medios de los que disponemos, así como el número de piezas a fabricar, que tipo de molde es el más adecuado para cada ocasión. 3.3. TRABAJO ESPECÍFICO REALIZADO Ha sido un trabajo de investigación y recopilación de datos de varias fuentes, principalmente internet, aunque también varios libros en los que tratan estos temas. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 15 en materiales plásticos, a partir de un modelo generado por ordenador. A partir del modelo se construye el molde, que puede ser de arena, yeso, u otros materiales, como el acero (los moldes de acero no se fabrican a partir del modelo sino por diferentes técnicas de erosión y arranque de viruta). Si la pieza es hueca es preciso fabricar también los machos o noyos, que son unas piezas que recubren los huecos interiores. En todos estos pasos se debe tener en cuenta el material elegido para la fabricación de la pieza. El proceso de llenado del molde se conoce como colada, es un paso muy importante a tener en cuenta, ya que todo el material que se vierte debe rellenar todas las cavidades del mismo. Una vez que el molde ha sido llenado con el material elegido, se produce lo que llamamos el desmoldeo que consiste en extraer la pieza del molde una vez solidificada. En muchos casos, y fundamentalmente cuando se requiere precisión, deben realizarse tratamientos de acabado sobre las piezas obtenidas. Los materiales con los que se construyen las piezas suelen ser metales y aleaciones o plásticos, y deben poseer las siguientes características:  Punto bajo de fusión, principalmente en los metales que funden a una mayor temperatura (Para ahorrar energía).  Baja tensión superficial (Para reproducir fielmente el molde).  Bajo coeficiente de dilatación en estado líquido (Para que la contracción del metal sea pequeña).  Bajo coeficiente de dilatación en estado sólido (Para disminuir el riesgo de formación de grietas durante el enfriamiento).  Aptitud para el llenado del molde. A la hora de elegir el tipo de moldeo con el que fabricar nuestra pieza, es necesario tener en cuenta las siguientes características:  Cantidad de piezas a fabricar: muchas (molde permanente), pocas (molde no permanente).  Acabado superficial de la pieza: dependiendo del molde utilizado se producen mejores o peores acabados, siendo necesario en algunos casos un posterior re trabajo de la pieza.  Tamaño y forma de la pieza.  Material. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 16 1.-MOLDEO DE METALES: 1.1.-MOLDEO A LA CERA PERDIDA: 1.1.1.-ATECEDENTES HISTÓRICOS: El moldeo a la cera perdida o fundición a la cera perdida es un procedimiento escultórico de tradición muy antigua (por ejemplo, era habitual en la Grecia de los siglos VI y V a. C.), que sirve para obtener figuras de metal (generalmente bronce) por medio de un molde que se elabora a partir de un prototipo tradicionalmente modelado en cera de abeja. Figura 2: Explicación de los primeros modelos realizados a la cera perdida. Este modelo previo es rodeado de una gruesa capa de material blando que se solidifica. Una vez endurecido, se mete en un horno, que derrite la cera de la figura de cera, saliendo ésta por TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 17 unos orificios creados al efecto (de ahí su denominación) y, en su lugar, se inyecta el metal fundido, que adopta la forma exacta del modelo. Para extraer la pieza final es necesario destruir el molde. La principal ventaja de este procedimiento es la estrecha tolerancia dimensional que podemos conseguir, la cual no puede conseguirse mediante otros procesos. Podemos conseguir dimensiones ajustadas de 0,002mm. Es un proceso en el que obtenemos un acabado superficial excelente. Es un proceso caro, por lo que se utiliza para la fabricación de pre-series y prototipos, pudiendo ser utilizado en volúmenes de producción bajos. Esta forma de trabajar el metal (bronce), simplificada en los párrafos anteriores, en realidad, requiere un largo, costoso y complicado proceso junto con una perfecta y adecuada combinación de diversos oficios: para el proyecto general y la coordinación, los escultores; para los primeros pasos, los moldeadores; para la labor de horneado, los fundidores y para el acabado, los cinceladores y patinadores. http://www.youtube.com/watch?v=95wX-cxcpmc 1.1.2.- MOLDE: Sea cual sea el proceso, una vez liberado el modelo final, va siendo rodeado o forrado de algún material maleable pero que se endurezca poco a poco (ladrillo molido, o escayola) y que sea refractario (que resista la acción del fuego sin alterarse). Se van aplicando tantas capas como sea necesario, para crear un molde hermético, de una sola pieza. Únicamente hay que colocar unos soportes de acero, a modo de puntas, que se claven en el modelo blando del interior y que quedan fuertemente sujetos al molde exterior. Igualmente se abre un número variable de pequeños orificios, llamados bebederos, que se consiguen colocando canutos de papel encerado, que comunican el interior con el exterior. Además, está el orificio principal, en forma de embudo. Actualmente, la primera capa se hace de material cerámico refractario, de gran precisión, compuesto de polvo de sílice, el resto puede ser de ladrillo refractario más vasto. Cuando se ha endurecido el molde definitivo, con sus bebederos y clavos, hay dos posibilidades. Si la escultura va a ser pequeña, se puede verter directamente el metal fundido. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 18 Pero si la figura es monumental, la cantidad de metal puede ser excesiva, tanto por el coste económico, como por el peso resultante. Por eso es conveniente conseguir que la forma sea hueca. ¿Cómo se consigue eso? En primer lugar se vierte por el orificio principal una pequeña cantidad de cera que quede adherida a las paredes del molde cubriendo por completo su superficie interna; se pueden verter varias capas de cera, para obtener un mayor grosor de la futura capa de metal. El interior sigue quedando vacío y se rellena con una sustancia que va a actuar de “macho”: una solución de ladrillo poroso molido y escayola, por lo que al endurecer queda un alma ligera pero maciza y resistente, sujeta por los clavos que tiene el molde, de modo que no se mueve y no deforma la cera. Ahora ya se puede llevar el molde, convertido en un bloque sólido y resistente, al horno de fundición o “mufla”. Figura 3: Ejemplo del molde a la cera perdida. 1.1.3.-PROCESO: Al introducir el molde en la mufla, en posición invertida, la cera se derrite y sale por los bebederos o por el orificio principal, pero el macho queda fijado por los clavos manteniendo la misma separación y disposición y dejando un hueco homogéneo entre el alma y el molde. Ese hueco es el que será rellenado por el metal licuado al ser vertido por el orificio principal. Hay que tener presente que los metales disminuyen su volumen al solidificarse. Por lo que, para evitar que se produzcan cavidades al contraerse el metal que conforma la pieza final, la solidificación ha de comenzar en las partes de menor tamaño y más alejadas de los bebederos, continuando de manera gradual en dirección de las mazarotas o respiraderos, los cuales TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 19 facilitarán la salida de aire, asegurando que no queden burbujas ni restos de cera o escayola. En los respiraderos tendremos el metal a mayor temperatura y con cierta presión hidrostática, con la finalidad de llenar los huecos que se vayan formando debido a la contracción del metal. El proceso puede llegar a durar desde decenas de horas a varios días, dependiendo tanto del tamaño de la figura como del espesor de la misma (recordemos que las piezas pequeñas pueden fundirse y desmoldarse sin necesidad de «macho» o «alma»). Una vez enfriados el metal y el bloque macizo, se procede al desmoldado, que sólo puede hacerse destruyendo el bloque (puesto que éste es de una sola pieza y no es posible abrirlo sin romperlo. Es un caso de molde no permanente). La figura aislada resultante es de textura áspera, porosa y seguramente tenga imperfecciones, junto con los restos de los bebederos. Es necesario que el artista corte los bebederos, lime, pulimente y abrillante la superficie (y, si hay huecos hechos por burbujas, se rellenarían con metal fundido y se limarían), hasta lustrar el metal. En la actualidad es común usar arena muy fina proyectada a gran velocidad para el acabado. Los remates posteriores son tan laboriosos como los de una obra de orfebrería, algunos de ellos son: añadir pátinas y diferentes colores, bien por medio de productos químicos o con aplicación de calor (generalmente, con un soplete, que oxida el metal dándole un tono distinto). También se añaden complementos de todo tipo, por ejemplo, ya desde la Antigüedad clásica, los broncistas griegos forraban los labios de sus estatuas con cobre, para que fuesen más rojizos, incrustaban pasta vítrea blanca para dientes y ojos, pasta negra para el iris, se añadían las pestañas. Por supuesto, se hacen cincelados y grabados para los detalles del pelo o imitación de dibujos del ropaje etc. A veces, se incluyen diversos aditamentos, como armamento, símbolos, coronas…. http://www.youtube.com/watch?v=XzebdP1Sv_4 1.1.4.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: La fundición a la cera perdida, en comparación con otros procesos de fundición, presenta las ventajas de ofrecer buena precisión, geometrías complicadas y acabados superficiales muy buenos, no obstante la velocidad de solidificación lenta característica de este proceso ha dificultado su empleo en materiales compuestos de matriz metálica. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 20 1.1.5.-APLICACIONES: Se utiliza el molde a la cera perdida para un gran numero de aplicaciones, principalmente para la creación de piezas únicas, que requieren una buena tolerancia dimensional, como pueden ser: dispositivos médicos, piezas de maquinas, prótesis, accesorios para tubos, instrumentos científicos, piezas de formas complejas,… 1.2.-FUNDICIÓN EN MOLDE DE ARENA: Existen dos métodos diferentes por los cuales la fundición a la arena se puede producir. Se clasifica en función del tipo de modelo usado, ellos son: modelo removible y modelo desechable. Modelo removible, el modelo se extrae más tarde de la arena. La cavidad producida se alimenta con metal fundido para crear la fundición. Modelos desechables son hechos de poliestireno y en vez de extraer el modelo de la arena, se vaporiza cuando el metal fundido es vaciado en el molde. Para entender el proceso de fundición, es necesario conocer como se hace un molde y que factores son importantes para producir una buena fundición, todo esto viene explicado a continuación. REMOVIBLE DESECHABLE (Poliestireno) Figura 4: Ejemplo de modelos removible y desechable. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 21 1.2.1.- MOLDE: En la elaboración de moldes se parte de la mezcla de arena de sílice y bentonita (un derivado de la arcilla) a un 30 - 35 % con una cantidad moderada de agua. Esta primera elaboración de la mezcla se denomina arena de contacto, tras su primera utilización esta mezcla es reutilizable como arena de relleno, la cual al añadirle agua vuelve a recuperar las condiciones para el moldeo de piezas. De esta manera, se puede crear un circuito cerrado de arenería. Existe otro tipo de preparado de la arena, es un tipo de preparado ya comercial, consiste en una mezcla de arena de sílice con aceites vegetales y otros aditivos. Este tipo de preparado no es reutilizable, ya que tras su utilización dichos aceites se queman perdiendo así las propiedades para el moldeo. Por este motivo no es aconsejable su utilización en grandes cantidades y de forma continua en circuitos de arenería cerrados ya que provocaría el progresivo deterioro de mezcla del preparado del circuito y por lo tanto su capacidad para el moldeo. Este preparado facilita la realización del moldeo manual, ya que alarga el proceso de manipulación para realizar el modelaje. Existen dos tipos de moldeo en verde: el moldeo manual y el moldeo en máquina.  Moldeo manual: Consiste en el moldeo realizado de forma manual, y por lo tanto de una manera artesanal. Este tipo de modelaje se está perdiendo en la actualidad debido a la especialización, a la desaparición progresiva de los operarios de fundición y a la utilización de las máquinas de moldeo. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 22 Figura5: Moldeo manual.  Moldeo en máquina: Consiste en el moldeo realizado por medio de una máquina de moldeo. Existen en la actualidad distintos tipos de maquinas para este fin: las máquinas multifunción, máquinas multipistones y máquinas automáticas. La utilización de este tipo de máquinas ha facilitado la automatización de este proceso, aumentando notablemente las cantidades productivas. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 23 Figura 6: Moldeo en máquina. Proporciones para el molde de arena verde:  Para la fabricación de moldes para el moldeado en arena verde se suele utilizar una proporción típica de:  90% de Sílice (Si02)  7% de arcilla  3% de agua  También se utilizan diversos métodos de compactación, como son:  Manual  Presión neumática  Sacudimiento  Lanzamiento de arena a presión 1.2.1.1.-Modelos: Los modelos se usan para moldear la mezcla de arena a la forma de la fundición.  Removibles: La arena es comprimida alrededor del modelo el cual se extrae más tarde de la arena y deja una cavidad que se alimenta con metal fundido para crear la fundición. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 24  Desechables: Son hechos de poliestireno y en vez de extraer el modelo de la arena, se vaporiza cuando el metal fundido es vaciado en el molde. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que estos son desechables; y si los modelos sirven para varias funciones se dice que son removibles. 1.2.1.2.-Materiales empleados en los modelos: Se suelen utilizar resinas plásticas (por ser resistentes a la abrasión, ligeras y sufrir pequeñas contracciones), maderas, latones, fundiciones,… 1.2.1.3.-Características de las arenas de moldeo: Las arenas silito-aluminosas procedentes de la descomposición de rocas ígneas son las más utilizadas y se llaman tierras de moldeo. Sus granos están entre 0’1 y 0’3 mm. y, fundamentalmente, están formadas por cuarzo y arcilla, de los cuales se exigen unos porcentajes, aunque puede que tengan otros elementos secundarios. El cuarzo (SiO2) es el principal componente y, por tanto, su proporción la mayor (80-90%). La arcilla es un silicato de alúmina hidratado y su porcentaje suele estar en torno al 10%. Se encuentra rodeando a los granos de cuarzo, es decir, actúa de aglutinante. El porcentaje de humedad de las arenas está en torno al 10%. Esa agua se encuentra, por un lado, formando parte de la propia constitución de la arcilla y, por otro, como agua libre formando parte de una humedad que puede tener o que podemos provocar. Las arenas de molde naturales tienen entre un 5 y un 7% de humedad. 1.2.1.4.- Ensayos de las características de las arenas de moldeo:  Determinación de la humedad: se determina por la pérdida de peso de una probeta de arena húmeda después de haberla calentado durante un tiempo determinado. También puede hacerse de una forma más rápida utilizando unos aparatos basados en la capacidad dieléctrica de la arena. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 31 1.2.3.2.-Desventajas:  No se trata de un proceso recomendado para piezas de gran tamaño.  Las tolerancias que se obtienen suelen ser bastante grandes.  No es el proceso más adecuado para la realización de piezas de geometría compleja.  Los acabados superficiales que se obtienen no son los mejores.  Piezas con resistencia mecánica reducida.  1.2.4.-APLICACIONES: Las aplicaciones para este tipo de moldeo son muy extensas, aunque se utilizan para piezas que no se fabrican en serie. El tamaño de las piezas que se fabrican mediante este método es muy variado, ya que puede ir desde unos pocos milímetros hasta grandes piezas utilizadas en ferrocarriles. Suele tratarse de piezas sencillas sin muchas cavidades. 1.3.-MOLDEO EN CÁSCARA O CONCHA: 1.3.1.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS: La fundición a través de conformación de moldes tipo cáscara o concha, conocido como Shell Molding, fue desarrollada por primera vez y patentada por Croning, en Alemania, en la década del 40, durante la segunda guerra mundial, por ello es conocido también como ‘Croning process’. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 32 Figura 9: Proceso de moldeo en cascara o concha en 5 pasos. A través de esta técnica pueden obtenerse piezas de formas simples y complejas con muy buen acabado, nivel de detalle y tolerancias pequeñas, para un amplio rango de aleaciones. El nivel de precisión de las piezas producidas a través de moldeo en cáscara es menor que aquel alcanzado con la técnica de fundición a la cera perdida, sin embargo es mayor que el alcanzado a través de las técnicas convencionales de molde de arena y tiene un bajo costo comparativo. Figura 10: Pequeño ejemplo de molde. 1.3.2.- MOLDE Y PROCESO: A grandes rasgos, el moldeo en cáscara funciona de la siguiente forma:  Se construye un modelo metálico con la forma de la pieza que se desee fabricar. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 33  El modelo metálico se calienta hasta temperaturas de entre 150ºC y 350ºC, dependiendo del metal. Luego se rocía con algún agente lubricante, que evite que la arena que posteriormente se depositará sobre él se adhiera por completo.  El modelo se incorpora a una placa que deja descubierta sólo una de sus mitades. La mitad caliente del modelo es dispuesta sobre una caja con arena que previamente ha sido mezclada con una resina termoendurecible.  La caja es volteada de manera que la mezcla arena-resina pueda depositarse sobre el modelo metálico. El modelo es mantenido caliente, generalmente en forma eléctrica.  Debido a la temperatura del modelo, la mezcla circundante se endurece, gracias a la propiedad de la resina endurecible, formándose entonces una reproducción en negativo de la forma del modelo, de pequeño espesor. Esta reproducción constituye la cáscara o concha.  La caja vuelve a voltearse hasta su posición original, de forma que el exceso de mezcla (la mezcla que no endureció), caiga, separándose del modelo y dejando en él solamente la cáscara.  El modelo metálico con la cáscara se retira de la caja con la cáscara adherida y el conjunto se introduce en un horno.  La cáscara se separa del molde, se deja enfriar y se une mediante una prensa con la otra mitad, para conformar el molde.  Una vez conformado el molde la fundición se realiza de manera convencional, es decir, se vierte el metal líquido dentro del molde y se espera que solidifique para finalmente retirar la mezcla arena-resina de su superficie. Este es el método tradicionalmente utilizado. Un esquema básico de la conformación del molde ‘cáscara’ se muestra en la figura 2. Figura 11. Etapa primaria de la conformación de la cáscara. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 34 En la figura 4 se muestra una variante del proceso ya descrito, en que la mezcla arena-resina es inicialmente contenida en un depósito, luego dispuesta sobre el modelo que descansa en posición horizontal, y liberada mediante la apertura de la compuerta o persiana que la contiene. La mezcla entonces endurece formando la concha, el conjunto es invertido de manera de separar la arena sobrante, la compuerta es nuevamente cerrada y el depósito es retirado de la placa que contiene el modelo. Figura 12. Proceso alternativo de conformación de la cáscara. La figura 5 ilustra el procedimiento completo, desde que el modelo metálico caliente es puesto sobre el depósito de arena (1) hasta que las cáscaras correspondientes a cada mitad son dispuestas en forma de molde con ayuda de una prensa (6), de modo de verter el metal líquido y obtener la pieza deseada (7). El recalentamiento del conjunto modelo-cáscara en un horno se lleva a cabo para que la resina se cure y de este modo la cáscara adquiera rigidez. Una vez recalentada, la concha es retirada del modelo mediante eyectores (bujes de eyección) y enfriada antes de ser unida al hemisferio restante para conformar el molde. En la conformación del molde, además de prensar las mitades, se aplica en sus bordes un sellante que evita las fugas de metal líquido. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 35 Figura 13. Procedimiento completo. 1.3.3.-APLICACIONES: Las aplicaciones de este método incluyen pequeñas piezas mecánicas que requieren alta precisión, como alojamientos para engranajes, cabezas de cilindros y bielas; este proceso es también altamente utilizado para la creación de modelos de moldeo en alta precisión. Figura 14: Ejemplos de piezas fabricadas por el método de moldeo en cascara o concha. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 36 1.4.-FUNDICIÓN EN MOLDE CONSUMIBLE (Poliestireno Expandido): Es un tipo de moldeo removible, como vimos en el moldeo en arena. El Poliestireno Expandido o EPS es un material plástico muy ligero utilizado en el campo del Envase y Embalaje para innumerables sectores de actividad y en el sector de la construcción, principalmente como aislante térmico y acústico. También presenta una serie de aplicaciones de lo más variadas, aparte de los referidos sectores de aplicación. Familiarmente el EPS también es conocido como “corcho blanco”. Figura 15: Poliestireno expandido. 1.4.1.- CARACTERÍSTICAS: Ligereza, capacidad de aislamiento térmico, amortiguación de impactos, carácter higiénico, versatilidad, es un material 100% reciclable. Su fabricación y uso no conlleva ningún tipo de efecto sobre la degradación de la Capa de Ozono y los productos de EPS cumplen con las exigencias sanitarias, con lo que pueden utilizarse con seguridad en la fabricación de artículos de embalaje de alimentos. El EPS no tiene influencia medioambiental perjudicial, no es peligroso para las aguas. Se pueden adjuntar a los residuos domésticos o bien ser incinerados. En caso de combustión no genera ningún tipo de gases nocivos. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 37 1.4.2.-APLICACIONES El EPS presenta un campo muy amplio de aplicaciones, a parte de servir como molde, gracias a sus excelentes cualidades y propiedades, a lo que se une su facilidad de conformado y posibilidades de fabricación. Estas numerosas aplicaciones pueden agruparse en tres grandes campos: 1.4.2.1.- Aplicaciones como material de envase: Conocidos coloquialmente por la mención de “corcho blanco”, los envases y embalajes de Poliestireno Expandido son utilizados para la protección de todo tipo de productos durante su distribución y transporte. Figura16: Ejemplo de envase en poliestireno expandido. - Alimentación: El EPS cumple con todos los requisitos de la legislación sobre el contacto alimenticio. Además el hecho de que los envases de EPS mantengan la temperatura durante largos periodos de tiempo, ha convertido al Poliestireno Expandido en un material de envasado idóneo para el sector de la alimentación. Sus inigualables prestaciones en términos de amortiguación, aislamiento y protección han convertido al EPS en un material de uso común. Entre sus numerosos campos de aplicación encontramos los siguientes sectores: TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 38  -Pescados y mariscos: Las máximas garantías de higiene y el mantenimiento de los niveles óptimos de protección térmica son, junto con la posibilidad de apilamiento sin riesgos para la mercancía, las mayores ventajas que los envases y embalajes de EPS ofrecen a los pescados, mariscos y salazones.  -Productos cárnicos: La versatilidad en el diseño del EPS permite desarrollar envases y embalajes adecuados para pequeñas y grandes porciones de productos cárnicos elaborados o frescos. Por otro lado, el EPS asegura la garantía e higiene y la adecuada protección térmica que los productos cárnicos necesitan.  -Frutas y verduras: Las frutas y verduras viajan en las mejores condiciones de higiene, gracias a los envases y embalajes de EPS, sin el menor riesgo de generar sustancias que alteren las características de los alimentos ni su estado de conservación.  -Productos lácteos: Gracias a sus cualidades técnicas, el EPS garantiza la transpiración de los quesos tiernos para que alcancen y mantengan el punto de maduración adecuados, aislando la humedad y los líquidos que puedan generar. De esta manera, los productos lácteos llegan al consumidor en perfectas condiciones higiénicas.  -Bebidas: El EPS mantiene las condiciones de temperatura necesarias para la conservación del vino en todo el proceso de distribución, además de evitar roturas debido a su elevada capacidad para amortiguar impactos. Por otro lado, es posible desarrollar en EPS estuches de presentación que realzan la imagen del vino embotellado.  -Helados y pastelería: Los helados y los productos de pastelería contienen ingredientes tan delicados y sensibles a los cambios de temperatura como los huevos o los derivados lácteos, que necesitan un material como el EPS que garantice una protección total, en cuanto a las exigencias higiénicas y de temperatura, para que lleguen al consumidor final con todo su aroma, sabor y textura. -Electrónica y consumo: A la adaptabilidad de los envases y embalajes de EPS, hay que unir el excelente comportamiento en la amortiguación de impactos. Por todo ello, el EPS resulta el mejor envase y embalaje para electrodomésticos, puesto que además permite la posibilidad de apilar la mercancía sin problemas, tanto en el almacén como en el punto de venta. -Audio, video e informática: La fragilidad de ordenadores, accesorios, componentes electrónicos, aparatos de audio y vídeo, exigen una sólida protección que ofrece sin ninguna duda el EPS. Gracias a su estudiado TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 39 diseño, los envases de EPS son especialmente aptos para ser utilizados en cadenas de embalaje, transporte y almacenamiento. - Juguetes: En esta aplicación es importante el efecto “display” de los envases y embalajes del EPS, capaces de convertirse en buenos expositores de los productos de juguetería. Los envases y embalajes de EPS permiten la manipulación y el transporte sin riesgo para los juguetes. - Farmacia, perfumería y cosmética: Los envases y embalajes de EPS garantizan la seguridad de los productos durante el transporte y a su vez se transforman en atractivos “presentadores” de los mismos cuando son colocados en el escaparate o mostrador del punto de venta. Así mismo, el EPS ofrece las garantías de total higiene y aislamiento térmico para productos farmacéuticos. - Horticultura y jardinería: Desde las bandejas para el transporte de plantas, pasando por los semilleros, hasta placas especiales para las instalaciones de calefacción en invernaderos, el EPS ofrece una gama de soluciones que abarcan todas las etapas de desarrollo y crecimiento de las plantas, protegiéndolas durante el transporte hasta su destino final, así como piezas de soporte para el cultivo hidropónico. - Bricolaje y construcción: En el sector de la construcción y bricolaje a menudo encontramos productos que cuentan con diversos accesorios, kits compuestos por varias piezas, conjuntos de herramientas que han de ir alojadas en el mismo embalaje, etc. La versatilidad de formas que permiten los envases y embalajes de EPS hace que se puedan diseñar soluciones adecuadas para cada necesidad. 1.4.2.2.- Aplicaciones como material de construcción: La construcción actual y futura se caracteriza por las exigencias de ahorro energético, la protección contra el ruido y el medio ambiente. El proceso de transformación del EPS posibilita la amplia variación en la densidad de los materiales y por consiguiente en sus propiedades. El Poliestireno Expandido incorpora múltiples soluciones en los sistemas constructivos, tales como el aislamiento térmico de fachadas, cubiertas, suelos calefactados, etc. Dichas soluciones aportan ventajas en la relación coste/efectividad y reducen el riesgo de error en la ejecución. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 40 Las principales cualidades del EPS como material de construcción son:  Baja conductividad térmica: esta característica se traduce en una alta capacidad de aislamiento térmico.  Ligereza: Permite construcciones ligeras pero seguras. Su bajo peso permite facilidad de transporte de los materiales en la obra y grandes economías en la instalación.  Resistencia Mecánica: aunque ligeros, los productos de EPS tienen una alta capacidad de resistencia mecánica.  Baja absorción de agua: lo que permite mantener las propiedades térmicas y mecánicas sin que se vean afectadas por la acción de la humedad.  Facilidad de manipulación e instalación: es un material que permite trabajar con las herramientas habituales en obra y así garantizar perfectos acabados y ajustes.  Resistencia química: los materiales de poliestireno expandido son perfectamente compatibles con los materiales comúnmente empleados en la construcción como los cementos, yesos, cales, agua dulce o salina, etc.  Versatilidad: se pude presentar en multitud de formas y tamaños que se ajusten a las necesidades específicas de la construcción.  Resistencia al envejecimiento: Todas las propiedades mencionadas se mantienen durante la vida útil del material, que será tan larga como la de la propia construcción donde va asociado. Figura 17: Aplicación del poliestireno expandido como material de contrucción. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 47 1.6.5.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: 1.6.5.1.-Ventajas:  Es posible la reutilización de la arena, ya que no se emplea ningún aglutinante y además ésta no entra en contacto en ningún momento con la fundición.  Ausencia de defectos debidos a la humedad y a burbujas de aire.  Pueden obtenerse altas precisiones dimensionales.  Casi todos los tamaños y formas de piezas son practicables, así como piezas de pequeñas secciones (hasta aproximadamente unos 2,3 mm) o reproducción de pequeños detalles.  Alta fluidez del metal durante la colada debido a la baja conductividad térmica de la arena.  Bajo coste de operación.  La vida de la pieza patrón es muy larga, ya que la arena nunca entra en contacto directamente con ella. 1.6.5.1.-Desventajas:  Lentitud del proceso.  Difícil automatización. Figura 22: Maquina automática de moldeo en vacío. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 48 1.7- MOLDEO EN COQUILLA 1.7.1.- MOLDE Y PROCESO Coquilla es un molde metálico que se utiliza para obtener un gran número de piezas idénticas (producciones en serie). Tiene dos partes: el cuerpo del molde que reproduce la pieza y los machos o núcleos, que nos permiten obtener las cavidades o entrantes de las piezas. El cuerpo siempre es metálico y los machos pueden serlo o no. Figura23: Modelo de moldeo en coquilla. El cuerpo metálico más sencillo estaría formado por dos partes denominadas placas. Puede que necesitemos otra placa horizontal denominada pedestal o plantilla, que sirve de soporte y cierra una parte del molde además de impedir los movimientos de las otras placas. Las placas y el pedestal se van a unir mediante clavijas. Si la pieza es compleja puede que se necesiten más placas superpuestas en pisos. Determinar la composición, la fuerza y el número de placas es técnica e ingenio. El espesor de las paredes del molde depende del tamaño de la pieza, pero si las hacemos demasiado grandes nos vamos a encontrar con una gran inercia térmica, que retrasará el enfriamiento y el calentamiento. El tamaño lógico es que queda comprendido entre 3 y 4 veces el grueso de la pieza, con unos límites por abajo y por arriba (40 mm y 60 mm respectivamente). TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 49 1.7.1.1.- Núcleos de las coquillas: Son los elementos que van a reproducir las cavidades. Pueden ser metálicos o de arena. En un molde puede haber varios núcleos y, a su vez, pueden ser metálicos o de arena. Los núcleos metálicos tienen que tener una forma ligeramente cónica para facilitar su extracción. También tienen que tener un cierto juego con relación al asiento del molde porque el núcleo se ha de calentar previamente. Las cabezas de los núcleos suelen tener un saliente que hace de tope, incluso un segundo saliente que hace de ajuste. Como consecuencia de esto, la forma de los núcleos es muy variada. En las coquillas de gran tamaño, muy complicadas,…, la operación de extraer los núcleos de ellas suele hacerse mecánicamente. Estos núcleos son de acero semiduro (0’5% C). Cuando los núcleos son de gran tamaño se pueden hacer de fundición e, incluso, pueden ser huecos. En cualquier caso se les debe de dar una estabilización sometiéndolos a un tratamiento de homogeneización (como un recocido). Cuando tenemos un núcleo que presenta gran dificultad para hacerlo en metal, cuando el metal con el que se va a construir sea muy frágil al calor (grietas), entonces se usan de arena, vigilando la formación y salida de los gases y el desprendimiento de granos. Los órganos de maniobra son aquellos que, no siendo partes fundamentales, sirven para apretar, abrir, facilitar el des-moldeo,… Suelen ser pinzas, tornillos, ganchos,… 1.7.1.2.- Colada de metal en coquilla: Podemos hacerla de tres formas distintas:  Directa: se emplea cuando la altura de la pieza es pequeña. El metal debe dejarse caer suavemente y sobre la pared del molde. Se debe tener la coquilla inclinada para que el metal se deslice.  En fuente: se emplea cuando la pieza tiene una sección decreciente o cuando los llenados hay que hacerlos con rapidez.  Por el costado: es muy empleada. Es una colada tranquila y se facilita cuando se hace un bebedero inclinado. También se puede hacer un bebedero en sifón o con varios bebederos, llamándose ramificado. A veces esa operación de colada es más compleja y, a medida que se va llenando el molde, este va cambiando de movimiento. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 50 También se puede poner una bomba en el fondo que succione el metal, haciéndolo llegar con garantías a zonas de difícil acceso. Figura 24: Colada de metal en coquilla. 1.7.1.3.- Lubricación de las coquillas: Para proteger los moldes de la abrasión del metal fundido y facilitar su paso, se emplean lubricantes, que pueden ser de diversos tipos, empleándose unos u otros dependiendo del tipo de metal o aleación que se utilice. 1.7.1.4.- Calentamiento: Es una solución con la que tratamos de evitar la aparición de grietas en la coquilla calentándola previamente. 1.7.1.5.- Enfriamiento de los núcleos: A veces es aconsejable enfriar los núcleos, para ello se sumergen en agua destilada. La cantidad de agua estará en relación con el tamaño de los núcleos, intentando que esta no hierva. 1.7.1.6.- Condiciones de uso de las coquillas: En el proyecto, antes de fabricarse la coquilla, ha de concretarse la manera en la que ha de utilizarse la coquilla a modo de instrucciones de uso. En ese sentido, hay que dar los siguientes datos: TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 51  Qué lubricante se debe emplear.  A qué temperatura se hace la colada.  A qué temperatura se debe mantener la coquilla.  A qué velocidad ha de hacerse la colada.  En que orden se desmolda.  Cómo han de enfriarse, en su caso, los núcleos. 1.7.2.- VENTAJAS:  Se consigue una precisión de cotas muy buena, mejores que en el moldeo en arena.  Las contracciones son inferiores.  La inserción de núcleos es mucho más fácil.  Necesita poco espacio y menos materiales.  Es más económica para fabricar piezas en cantidades superiores a 500 o 1000 piezas. 1.7.3.- APLICACIONES: Figura 25: Ejemplo de pieza fabricada por este proceso. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 52 1.8.- FUNDICIÓN A PRESIÓN: La diferencia fundamental respecto a otras fundiciones es que la colada no se hace por gravedad, sino que el metal es inyectado en el molde con una presión que puede imprimirse por un movimiento centrífugo o por una fuerza exterior. Figura 26: Máquina de cámara caliente para fundición a presión. 1.8.1.- FUNDICIÓN POR FUERZA EXTERNA: Es la que se consigue inyectando el metal con una presión dentro del molde. Mediante esta fundición se van a conseguir piezas prácticamente sin límites en sus formas, con aristas vivas, con entrantes y salientes,… y, además, no sólo la geometría de la pieza es compleja, sino que la pieza es conseguida sin defectos, sin sobre espesores, limpias,... y esto hace que las propiedades mecánicas sean un 30 o 40% mejores que en otro tipo de fundición. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 53 Figura 27: Embolo para la fundición a presión. 1.8.2.- MATRICES (MOLDES): Son los moldes que se utilizan en estas fundiciones. Son siempre metálicos, similares a los utilizados en el moldeo en coquilla, diferenciándose en su mayor robustez. Las matrices constan de los elementos siguientes:  Matriz fija de cubierta: Es un bloque de acero normalmente rectangular que se fija a la mesa de la prensa y el bebedero que lleva incorporado debe coincidir con la bocana por donde entra el metal a presión. Esta matriz puede llevar una o varias caras exteriores de la pieza, pero nunca los machos, que se pondrán siempre en la matriz móvil. Otros elementos son los taladros de acoplamiento y los conductos de refrigeración.  Matriz móvil de eyección: Va sujeta, normalmente, al carro que tiene la máquina y es extraída por las barras de eyección. También tiene unos orificios de refrigeración y una serie de canales por donde entra el metal a la zona del molde.  Placa de eyección: Es una placa en la que se contienen los dispositivos de extracción por tope.  Machos: En este tipo de fundición el macho tiene que liberarse de forma automática de la matriz móvil por las barras de eyección. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 54 Figura 30: Matriz fundición a presión. Para los bebederos y los conductos puede haber varios sistemas. Puede haber una colada por inyección directa o mediante el empleo de un núcleo deflector, que es lo que se llama colada indirecta. Existe la necesidad de tener un canal por donde evacuar el aire y que, para evitar obstrucciones, tiene unos pozos de desborde donde se depositan las impurezas. Entre la barra de eyección y su alojamiento, existe un hueco por donde también se escapa el aire. La refrigeración necesaria se lleva a cabo por medio de la circulación de agua, teniendo cada matriz los conductos necesarios para tal fin. El agua llegará a la matriz a través de unos conductos flexibles. Las matrices se elaboran en acero, ya que nos garantiza la resistencia de las presiones que se utilizan y, además, aguantan los esfuerzos de contracción, dilatación y fricción de los metales fundidos. Cuando se utiliza para aleaciones de estaño o plomo, las matrices son de aceros al manganeso. 1.8.3.- PROCESO: 1.8.3.1.- Máquinas para la fundición a presión: Estas máquinas tienen que hacer de forma automática una serie de operaciones, como son abrir y cerrar las matrices, inyectar el metal con la presión necesaria, extraer los machos, desmoldar. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 55 Figura 31: Proceso. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 56 Existen dos tipos de máquinas  De cámara caliente: se llaman así porque están situadas en el horno. Por medio de un sistema que se ajusta a la embocadura del bebedero se lleva el metal fundido hasta la matriz para inyectarlo. La inyección puede hacerse por la acción de un émbolo o bien mediante la acción de aire comprimido.  De cámara fría: se llama así por estar separada del horno. El metal es conducido hasta la zona de inyección por un transporte específico. La presión se transmite por la acción de un émbolo. Las diversas operaciones están diferenciadas y componen un ciclo de automatismo. http://www.youtube.com/watch?v=Gm6HgSGT6DM 1.8.4.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: 1.8.4.1.-Ventajas:  Al aplicar la fuerza centrífuga es como si la fluidez del metal aumentase.  Se obtienen piezas muy perfectas, sin defectos ni sopladuras.  Los granos del metal pueden ser mayores. 1.8.4.2.-Desventajas:  Si la presión es muy elevada, el molde es muy costoso  No podemos moldear todas las aleaciones TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 63 El primer artículo de producción masiva en Inglaterra fue la pluma fuente, producida durante los años treinta por la compañía Mentmore Manufacturing. La misma utilizaba máquinas de moldeo por inyección de Eckert & Ziegler (Alemania). Estas máquinas funcionaban originalmente con aire comprimido (aproximadamente 31 kg/cm2); el sistema de apertura de molde y la extracción de la pieza eran realizados manualmente, y los controles incluían válvulas manuales, sin control automático ni pantallas digitales; además, carecían de sistemas de seguridad. 2.1.2.- MOLDE: El moldeo por inyección es una de las tecnologías de procesamiento de plástico más famosas, ya que representa un modo relativamente simple de fabricar componentes con formas geométricas de alta complejidad. Para ello se necesita una máquina de inyección que incluya un molde. En este último, se fabrica una cavidad cuya forma es idéntica a la de la pieza que se desea obtener y para su tamaño se aplica un factor de contracción el cual se agrega en las medidas de la cavidad para que al enfriarse la pieza moldeada se logren las dimensiones deseadas. La cavidad se llena con plástico fundido, el cual se solidifica, manteniendo la forma moldeada. Los polímeros conservan su forma tridimensional cuando son enfriados por debajo de su Tg (Temperatura de transición vítrea) y, por tanto, también de su temperatura de fusión para polímeros semicristalinos. Los polímeros amorfos, cuya temperatura útil es inferior a su Tg, se encuentran en un estado termodinámico de pseudoequilibrio. En ese estado, no existen movimientos de rotación y de relajación (desenredo de las cadenas) del polímero. Es por esta causa que, en ausencia de esfuerzos, se mantiene la forma tridimensional. Los polímeros semicristalinos poseen, además, la característica de formar cristales. Estos cristales proporcionan estabilidad dimensional a la molécula, la cual también es (en la región cristalina) termodinámicamente estable. La entropía de las moléculas del plástico disminuye drásticamente debido al orden de las moléculas en los cristales. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 64 Figura 35: Molde 3D para el moldeo de plásticos por inyección. 2.1.3.-MAQUINARIA: Figura 36: Diseño genérico de la unidad de inyección. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 65 2.1.3.1.-Unidad de inyección: La función principal de la unidad de inyección es la de fundir, mezclar e inyectar el polímero. Para lograr esto se utilizan husillos de diferentes características según el polímero que se desea fundir. El estudio del proceso de fusión de un polímero en la unidad de inyección debe considerar tres condiciones termodinámicas: 1. Las temperaturas de procesamiento del polímero. 2. La capacidad calorífica del polímero Cp [cal/g °C]. 3. El calor latente de fusión, si el polímero es semicristalino. El proceso de fusión necesita de un aumento de la temperatura del polímero, que resulta del calentamiento y la fricción de este con la cámara y el husillo. La fricción y esfuerzos cortantes son básicos para una fusión eficiente, dado que los polímeros no son buenos conductores de calor. Un incremento en temperatura disminuye la viscosidad del polímero fundido; lo mismo sucede al incrementar la velocidad de corte. Por ello ambos parámetros deben ser ajustados durante el proceso. Existen, además, cámaras y husillos fabricados con diferentes aleaciones de metales, para cada polímero, con el fin de evitar el desgaste, la corrosión o la degradación. Con algunas excepciones —como el PVC—, la mayoría de los plásticos pueden utilizarse en las mismas máquinas. La unidad de inyección es en origen una máquina de extrusión con un solo husillo, teniendo la cámara calentadores y sensores para mantener una temperatura programada constante. La profundidad del canal del husillo disminuye de forma gradual (o drástica, en aplicaciones especiales) desde la zona de alimentación hasta la zona de dosificación. De esta manera, la presión en la cámara aumenta gradualmente. El esfuerzo mecánico, de corte y la compresión añaden calor al sistema y funden el polímero más eficientemente que si hubiera únicamente calentamiento, siendo ésta la razón fundamental por la cual se utiliza un husillo y no una autoclave para obtener el fundido. Una diferencia sustancial con respecto al proceso de extrusión es que durante la dosificación el husillo retrocede transportando el material hacia la parte anterior de la cámara. Es allí donde se acumula el polímero fundido para ser inyectado. Esta cámara actúa como la de un pistón; el husillo entonces, se comporta como el émbolo que empuja el material. Tanto en inyección TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 66 como en extrusión se deben tomar en cuenta las relaciones de PvT (Presión, volumen, temperatura), que ayudan a entender cómo se comporta un polímero al fundir. 2.1.3.2.-Unidad de cierre: Es una prensa hidráulica o mecánica, con una fuerza de cierre suficiente para contrarrestar la fuerza ejercida por el polímero fundido al ser inyectado en el molde. Las fuerzas localizadas pueden generar presiones del orden de cientos de MPa, que sólo se encuentran en el planeta de forma natural únicamente en los puntos más profundos del océano. Si la fuerza de cierre es insuficiente el molde tenderá a abrirse y el material escapará por la unión del molde. Es común utilizar el área proyectada de una pieza (área que representa perpendicularmente a la unidad de cierre el total de la cavidad) para determinar la fuerza de cierre requerida, excluyendo posibles huecos o agujeros de la pieza. Donde: F = Fuerza (N) Pm = Presión media (Pa) Ap = Área proyectada (m2) El parámetro fundamental para dimensionar una unidad de cierre es su fuerza para mantener el molde cerrado. Usualmente se da este valor en toneladas (t). Otros parámetros importantes en una unidad de cierre son: la distancia mínima entre placas, la distancia máxima de apertura, las dimensiones de las placas y la distancia entre columnas, la carrera del sistema de expulsión. Estos datos se utilizan para dimensionar los moldes. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 67 Figura 37: Unidad de cierre del molde. 2.1.3.3.-Molde: Figura 38: Molde. El molde (también llamado herramienta) es el espacio donde se genera la pieza; para producir un producto diferente, simplemente se cambia el molde, al ser una pieza intercambiable que TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 68 se atornilla en la unidad de cierre. Existen varios tipos de molde, para inyectar plásticos, metal, etc. Las partes del molde son:  Cavidad: es el volumen en el cual la pieza será moldeada.  Canales o ductos: son conductos a través de los cuales el polímero fundido fluye debido a la presión de inyección. El canal de alimentación se llena a través de la boquilla, los siguientes canales son los denominados bebederos y finalmente se encuentra la compuerta.  Canales de enfriamiento: Son canales por los cuales circula refrigerante (el más común agua) para regular la temperatura del molde. Su diseño es complejo y específico para cada pieza y molde, esto en vista de que la refrigeración debe ser lo más homogénea posible en toda la cavidad y en la parte fija como en la parte móvil, esto con el fin de evitar los efectos de contracción diferencial. Cabe destacar que al momento de realizar el diseño de un molde, el sistema de refrigeración es lo último que se debe diseñar.  Barras expulsoras: al abrir el molde, estas barras expulsan la pieza moldeada fuera de la cavidad, pudiendo a veces contar con la ayuda de un robot para realizar esta operación. Comúnmente se utiliza el acero bonificado (templado y revenido) que algunos lo conocen como acero P20, debido a la norma americana AISI. Este acero es un material que se puede pulir fácilmente, ya que se puede trabajar en el estado de suministro (tornear, fresar, etc.), tiene una dureza similar a la de los aceros 705 y 709.Este material es ideal como molde ya que es efectivo con cualquier tipo de plástico corrosivo. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 69 Figura 39: Molde. 2.1.4.-PROCESO: 2.1.4.1.-Ciclo de moldeo: Figura 40: Gráfica Presión-Tiempo en un ciclo de moldeo. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 70 Figura 41: Gráficas Volumen específico-Temperatura. En el ciclo de moldeo se distinguen 6 pasos principales:  1. Molde cerrado y vacío. La unidad de inyección carga material y se llena de polímero fundido.  2. Se inyecta el polímero abriéndose la válvula y, con el husillo que actúa como un pistón, se hace pasar el material a través de la boquilla hacia las cavidades del molde.  3. La presión se mantiene constante para lograr que la pieza tenga las dimensiones adecuadas, pues al enfriarse tiende a contraerse.  4. La presión se elimina. La válvula se cierra y el husillo gira para cargar material; al girar también retrocede.  5. La pieza en el molde termina de enfriarse (este tiempo es el más caro pues es largo e interrumpe el proceso continuo), la prensa libera la presión y el molde se abre; las barras expulsan la parte moldeada fuera de la cavidad.  6. La unidad de cierre vuelve a cerrar el molde y el ciclo puede reiniciarse. 2.1.4.2.-PvT (relaciones de presión-volumen-temperatura) En cualquier polímero, las relaciones entre presión, volumen y temperatura son muy importantes para obtener un proceso de inyección eficiente, ya que el volumen de un TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 71 polímero aumenta al ascender la temperatura del mismo. El comportamiento de los polímeros amorfos y semicristalinos en el paso de enfriamiento es muy diferente, lo que debe ser tenido en cuenta si se quiere obtener una pieza de alta calidad. Para diseño de equipo de proceso es necesario conocer las relaciones de PvT de los polímeros que se utilizarán, en su forma final, es decir aditivados. A continuación se mencionan los parámetros más comunes para el inicio de las relaciones de PvT, basados en la ecuación de Flory: α = Coeficiente de expansión térmica β = Compresibilidad isotérmica Y una ecuación empírica es: Cuando Las relaciones de PvT se utilizan en ingeniería de polímeros para lograr un sistema técnico que, basado en la teoría molecular, proporcione datos aplicados a los polímeros en estado fundido en un amplio rango de presión y temperatura. Esto se logra con datos empíricos concretos y limitados. Para determinar estas relaciones existen otras ecuaciones como la de Simha- Somcynsky, el modelo para fluidos de Sánchez y Lacombe y por supuesto, la ecuación de mayor éxito, la ecuación de Flory (Flory-Orwoll-Vrij). TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 72 2.1.4.3.-Cristalización y deformación de la pieza al enfriarse (contracción) Debe tenerse en cuenta que la razón de este fenómeno se debe al cambio de densidad del material, que sigue un propio comportamiento fisicoquímico, particular para cada polímero, y que puede ser isótropo o anisótropo. De acuerdo con las relaciones de PVT anteriores, se infiere que la parte moldeada sufrirá una contracción, presentando cada polímero diferentes tipos de contracción; sin embargo, puede decirse que, en general, siguen las mismas ecuaciones para contracción isótropa: Donde: Lc = longitud de la cavidad Lmp = longitud de la parte moldeada Cv = contracción volumétrica CL = contracción lineal Vc = Volumen de la cavidad Vmp = Volumen de la parte moldeada Los polímeros semicristalinos modificarán más su tamaño dependiendo de la temperatura en la cual se les permita cristalizar. Las cadenas que forman esferulitas y lamelas ocupan menos espacio (mayor densidad) que las cadenas en estado amorfo. Por ello, el grado de cristalinidad afecta directamente a la densidad final de la pieza. La temperatura del molde y el enfriamiento deben ser los adecuados para obtener piezas de calidad. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 79 T = Temperatura E = Energía de activación para el flujo viscoso Figura 45: Software simulación de inyección de plástico (temperaturas). 2.1.4.8.- Ventilación y presión: Conforme el polímero avanza desde la entrada o tolva, va reduciendo el tamaño de sus gránulos por medios tanto mecánicos (fricción, compresión y arrastres) como térmicos (aumento en su temperatura interna), llegando al estado gomoso o fusión, dependiendo de si el material es amorfo o semicristalino. Conforme este material avanza, el aire presente experimenta un aumento de presión y generalmente escapa en dirección opuesta al avance del polímero. Si esto no ocurre, entonces es necesario abrir una compuerta de ventilación, igualándose de esta manera la presión generada a la presión atmosférica. Debido a las propiedades de viscosidad y de arrastre del polímero, sólo escapa mediante la ventilación una parte mínima de plástico. El error más común con la ventilación es el añadir aditivos espumantes desde la tolva. Los espumantes generan gas, aire o agua que queda atrapado en células abiertas o cerradas del TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 80 polímero. No obstante, si la presión disminuye a presión atmosférica, este gas generado escapa, resultando así un polímero sin espumar. Para una eficiente alimentación del espumante, éste debe ser añadido después de la ventilación o eliminar el mismo. 2.1.4.9.-Técnicas modernas: Algunas de las técnicas modernas incluyen la inyección de multicomponentes, es decir, una pieza que contiene dos polímeros unidos entre sí o un polímero con diferentes colores y aditivos separados en capas. En esta técnica es posible inyectar dos polímeros en la misma pieza. Existen dos métodos para lograr esto: uno es con dos unidades de inyección, y otro con una unidad de inyección compuesta. Un polímero queda inmerso en el otro, o un color queda inmerso en el otro, ahorrando así costos: esta técnica es llamada inyección por emparedado o sándwich. Otra posibilidad es inyectar con agentes formadores de celdas o espumantes que reducen la densidad de la pieza moldeada. La inyección puede contener injertos metálicos, cerámicos o plásticos. Estos son colocados manual o automáticamente en el molde, sobre el cual es inyectado el polímero que, por medios geométricos, evita su separación al enfriarse. En el moldeo con reacción química no se usa el extrusor, sino más bien componentes líquidos que se van administrando. Estas resinas pueden estar activadas o activarse al unir los diferentes fluidos. Un ejemplo típico de polímero inyectado por este proceso es el poliuretano y la poliurea. Generalmente, las temperaturas en este proceso son mucho más bajas que las temperaturas de la inyección con husillo. La inyección de hule y de termoestables consiste en un proceso que incluye la inyección con todos los ingredientes necesarios para el curado o vulcanizado, pero a temperaturas bajas en el cañón. Éste debe provocar poca fricción en el material para evitar el sobrecalentamiento y reacción prematura, cambiando así la cinética de reacción deseada. La reacción termina precisamente en el molde, el cual no es necesario enfriar. La inyección con equipo moderno de polímeros semiconductores y de polímeros conductores requiere mucho menos cuidado que en el proceso de semiconductores tradicionales de silicio TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 81 y germanio. El cuarto limpio no es necesario y el proceso se puede llevar a cabo con un cuidado semejante al de inyección de equipo médico. La inyección de materiales compuestos como madera-plástico o fibras naturales con polímero, fibra de carbón y nanopartículas tienen una problemática particular, debido a que el husillo tiende a romper, cortar o aglomerar las partículas, por lo que presentan un doble reto: por una parte deben ser dispersadas y distribuidas (como cualquier pigmento), a la vez que deben permanecer lo más estables posible. Las nanopartículas generalmente forman aglomerados, que reflejan una pérdida de propiedades mecánicas y no un aumento, ya que el estrés es función directa del área de la unión partícula-polímero. 2.1.4.10.-Entradas: Las funciones concretas de una entrada son simples: sirven para ayudar a que el polímero solidifique pronto cuando la inyección concluye, y para separar fácilmente los remanentes de inyección de la pieza final. Muchas veces elimina la necesidad de cortar o desbastar este sobrante y acelerar el flujo de material fundido, que se refleja en una menor viscosidad y mayor rapidez de inyección. Para garantizar el buen funcionamiento de un polímero inyectado, es imprescindible tener en cuenta los fenómenos de transporte y particularmente el flujo del polímero. Recuérdese que no se habla de moléculas o iones como los metales fundidos, sino de largas cadenas de macromoléculas en estado gomoso. Las entradas son así diseñadas para mejorar el flujo y para permitir un orden distributivo del mismo. Las entradas más comunes son: Tipo de entrada Esquema Característica Entrada de canal (sin esquema) Alimentan de manera directa desde la cavidad. Entrada cónica Alimentan el polímero permitiendo una ligera relajación de esfuerzos. Entrada puntiforme Se llenan desde los bebederos; comúnmente usadas en moldes de tres placas, permiten altas velocidades y se llenan con facilidad; pueden eliminarse sin dificultad de la pieza moldeada. Entrada lateral Alimentan desde un lado del molde; comúnmente utilizadas para impresión múltiple. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 82 Entrada anular Se usan para moldear partes huecas ya que su flujo es previamente modificado a la forma final. Entrada de diafragma Similares a las compuertas anular, pero distribuyen el material fundido desde el canal de alimentación. Entrada de abanico Sirven para cubrir áreas grandes o largas de manera homogénea y distributivamente correcta. Entrada de lengüeta Estas compuertas minimizan el efecto de jet y ayudan a lograr un flujo de régimen laminar cuyo número de Reynolds es adecuado para la inyección. Entrada de cinta o laminar Sirven para moldear homogéneamente áreas planas y delgadas, sobre todo en productos translúcidos y transparentes como objetivos de policarbonato, láminas de PMMA y dispositivos ópticos de medición, ya que minimiza las aberraciones cromáticas y ópticas debidas a ondas formadas por flujo en régimen turbulento. Estas entradas se utilizan en el diseño de molde preferentemente bajo la experiencia y el diseño por computadora, con programas como Moldflow que simulan el flujo de polímeros en el molde. 2.1.5.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: 2.1.5.1.-Defectos, causas posibles y soluciones en partes moldeadas: Los defectos en partes moldeadas requieren experiencia tanto para ser identificados como para ser resueltos. Los operarios con años de experiencia en inyección son los mejores maestros de identificación y solución de problemas, ya que su experiencia les da las ideas y recursos necesarios para solucionar problemas rápidamente. Aquí se sugieren algunas de las soluciones a los problemas más comunes: TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 83 Defecto Causas posibles Probables soluciones Enchuecamiento Enfriamiento demasiado intenso. Diseño inadecuado de la pieza. Tiempo de enfriamiento muy corto. Sistema de extracción inapropiado. Esfuerzos en el material. Incremente el tiempo de enfriamiento dentro del molde. Utilizar un polímero reforzado. Flash Presión de cierre demasiado baja. Incrementar la presión de la unidad de cierre. Líneas de flujo Mala dispersión del concentrado de color o del pigmento. Temperatura demasiado baja. Cargar el material más lentamente. Incrementar la temperatura del barril. Modificar el perfil de temperaturas. Puntos negros Hay carbonizaciones. Purgar el husillo. Reducir la temperatura de proceso. Limpiar el husillo manualmente 0Piel de naranja Incompatibilidad del material. Disminuir la temperatura de proceso. Incrementar la temperatura del molde. Cambiar el concentrado de color. Parte incompleta Insuficiente material en la cavidad. Falta de material en la tolva. Cañón demasiado pequeño. Temperatura demasiado baja. Obstrucción de la tolva o de la boquilla. Válvula tapada. Tiempo de sostenimiento demasiado corto. Velocidad de inyección demasiado baja. Canales demasiado pequeños. Respiración insuficiente. Inyectar más material. Cambiar el molde a una máquina de mayor capacidad. Incrementar la temperatura del barril. Incrementar la velocidad de inyección. Modificar el tamaño de los canales del molde. Parte con rebabas Dosificación excesiva. Temperatura de inyección muy alta. Presión de inyección muy alta. Tiempo de inyección muy largo. Temperatura de molde muy alta. Dosificar menos material. Disminuir la temperatura de inyección. Disminuir la presión. Disminuir el tiempo de inyección. Disminuir la temperatura del molde. Rechupados y huecos Presión de inyección demasiado baja. Tiempo de sostenimiento de presión muy corto. Velocidad de inyección baja. Material sobrecalentado. Humedad. Enfriamiento del molde no uniforme. Canales o compuerta muy pequeños. Mal diseño de la pieza. Incrementar la presión. Incrementar el tiempo de sostenimiento de presión. Disminuir la temperatura del barril. Incrementar la velocidad de inyección. Abrir el venteo o preseque el material. Modificar los canales de enfriamiento del molde o el flujo del agua. Modificar el molde. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 84 Líneas de unión Temperatura general muy baja en el molde. Temperatura del fundido no uniforme. Presión de inyección muy baja. Velocidad de inyección muy baja. Insuficiente respiración en la zona de unión de los flujos encontrados. Velocidad de llenado no uniforme. Flujo no adecuado del material por los canales o la cavidad. Incrementar la temperatura. Incrementar la presión. Incrementar la velocidad de inyección. Modificar la respiración del material en el molde. Modificar la compuerta para uniformar el flujo. Degradación por aire atrapado Humedad. Degradación de aditivos. Temperatura demasiado alta. Respiración del molde insuficiente. Secar el material. Disminuir la temperatura. Modificar la respiración del molde. Delaminación de capas Temperatura demasiado baja. Velocidad de inyección demasiado baja. Baja contrapresión de la máquina. Temperatura del molde muy baja. Incrementar la temperatura. Incrementar la velocidad de inyección. Incrementar la contrapresión de la máquina. Fracturas o grietas en la superficie Temperatura del molde demasiado baja. Sistema de eyección demasiado agresivo o inadecuado. Empacado excesivo. Incrementar la temperatura. Modificar las barras eyectoras. Utilice un robot para extraer la pieza. Disminuir la presión de sostenimiento. Marcas de las barras eyectoras Tiempo de enfriamiento muy corto. Temperatura del molde alta. Temperatura del polímero demasiado alta. Rapidez de eyección demasiado alta. Localización inadecuada de las barras eyectoras. Incrementar el tiempo de enfriamiento. Disminuir la temperatura del fundido. Disminuir la rapidez de eyección. Modificar la ubicación de las barra eyectoras. Quemado de la pieza Quemado por efecto de jet. Disminuya la velocidad de inyección. El concentrado de color no se mezcla Perfil incorrecto de temperaturas. Probar un perfil inverso de temperaturas. Bajar la temperatura de las primeras dos zonas de la unidad de inyección. Usar un perfil de temperaturas más agresivo. El color es más obscuro La temperatura es demasiado alta. La compuerta es demasiado pequeña y se quema el polímero por presión. Disminuir la temperatura. Modificar la compuerta del molde. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 85 2.2.-MOLDEO DE PLÁSTICO POR EXTRUSIÓN DE POLÍMERO: La extrusión de polímeros es un proceso industrial mecánico, en donde se realiza una acción de prensado, moldeado del plástico, que por flujo continuo con presión y empuje, se lo hace pasar por un molde encargado de darle la forma deseada. El polímero fundido (o en estado ahulado) es forzado a pasar a través de un dado también llamado boquilla, por medio del empuje generado por la acción giratoria de un husillo (tornillo de Arquímedes) que gira concéntricamente en una cámara a temperaturas controladas llamada cañón, con una separación milimétrica entre ambos elementos. El material polimérico es alimentado por medio de una tolva en un extremo de la máquina y debido a la acción de empuje se funde, fluye y mezcla en el cañón y se obtiene por el otro lado con un perfil geométrico preestablecido. Figura 46: Ejemplo de máquina. 2.2.1.-MOLDE: El molde es similar al explicado anteriormente en el moldeo por inyección, por lo que no vamos a perder tiempo en volverlo a explicar. http://www.youtube.com/watch?v=obmc_xtqBJE TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 86 http://www.youtube.com/watch?v=OGhFcLqRyVo 2.2.2.-PROCESO: 2.2.2.1.-Flujo a través de un canal simple y de canal rectangular: Canal simple: Para modelar el flujo de polímero que fluye a través de un canal es necesario comenzar con ciertas consideraciones que podrían resumirse en 6:  En las paredes del canal el flujo es igual a cero  El fluido fluye constante independientemente del tiempo  En todo lo largo del canal, el perfil de flujo permanece constante  El fluido es incompresible  El flujo es isotérmico  La fuerza de gravedad es despreciable Primero tratamos el flujo, que a través de un canal de sección transversal circular fluye con un flujo parabólico: Figura 47: Muestra como fluye el fluido a través de un canal circular. Después de un balance de momentum se obtiene que: Después de un análisis matemático se obtiene que el esfuerzo cortante σrz: TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 87 Finalmente, tomando en cuenta la ley de Newton de la viscosidad, el flujo volumétrico y la velocidad promedio, se obtienen las siguientes ecuaciones: para esfuerzo cortante σ y velocidad de corte : Canal rectangular: Para fluidos newtonianos a través de un canal rectangular tenemos: Substituyendo la ley de la potencia, integrando y substituyendo el flujo volumétrico Q se obtiene: Ó también: 2.2.2.2.-Reometría y reología: La Reología en proceso de extrusión aporta datos muy importantes para la comprensión y el diseño de esta tecnología. El estudio de un flujo de polímero por medio de Reología comienza con la reometría capilar, estudiando el flujo de polímero a través de un dado capilar utilizando las mismas consideraciones que se utilizaron para el flujo a través de un canal simple. En este modelo de reometría se considera que el esfuerzo cortante tiene relación directa con la caída de presión ΔP que se presenta a lo largo del tubo capilar cuya longitud L y radio R se relacionan con el flujo volumétrico Q y el esfuerzo cortante σ a la salida del dado del reometro capilar por medio de las siguientes ecuaciones: TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 88 Usualmente se aplica una fuerza F y una velocidad conocidas para empujar el pistón que empuja al polímero fundido, teniendo en cuenta que Para ajustar estas relaciones con los esfuerzos cortantes se utiliza la corrección de Bagley, por medio de la cual se corrigen los efectos de la caída de presión del pistón y a través del total de la longitud del tubo capilar, se toman en cuenta la viscosidad y la caída de presión a la entrada del capilar. Resultando en: Donde e = Valor obtenido de graficar ΔPPistón contra (L/R) en la intersección de la recta obtenida con el eje de las abscisas. η = Viscosidad, obtenida de la pendiente (derivada) de la gráfica de ΔPPistón contra (L/R). Otras correcciones incluyen la corrección de Rabinowitsch para utilizar fluidos no newtonianos, con la cual se obtiene Para la velocidad de corte: TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 95 4. Zona de mezcla: En esta parte que es opcional ocurre un mezclado intensivo de material, en muchos casos no se aconseja porque puede causar degradación del material. Los husillos pueden tener también dentro de algunas de sus zonas principales elementos dispersivos y elementos distributivos. Distribución: Logra que todos los materiales se encuentren igual proporción en la muestra Dispersión: Logra que los componentes no se aglomeren sino que formen partículas del menor tamaño posible. -Flujo de arrastre Figura 55: Flujo de arrastre en un extrusor de un husillo. Nuevamente considerando la ley de Newton de la viscosidad, haciendo un balance de momentum para el husillo separado del barril por una distancia H, con velocidades Vz (dirección del arrastre) es diferente de cero y Vx = Vy = 0, en estado estacionario a presión constante y sin gravedad, se tienen las siguientes relaciones para el flujo de arrastre debido a la acción del husillo: Y siendo Uz la velocidad máxima en la dirección z, en el husillo: TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 96 Para el área transversal de flujo ωH: Tomando en cuenta la velocidad promedio en Vz: El flujo total del polímero resulta de la suma del flujo de arrastre y el flujo de presión Para:  N = Rapidez del tornillo...(1)  P = Presión frontal  η = viscosidad del plástico fundido  H = Espacio entre el husillo y el cañón  φ = Ángulo del hilo (o ángulo de hélice)  l = Longitud El flujo de arrastre en el extrusor se deriva del cálculo del flujo de arrastre entre dos placas paralelas en estado estacionario, tomando en cuenta que el flujo primario es debido a una espiral. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 97 Sin embargo, en la realidad es necesario hacer correcciones a los datos teóricos obtenidos por estas ecuaciones, debido a que si existen velocidades en las direcciones x e y, a que la viscosidad se ve afectada por un gradiente de temperatura que no es constante, a los efectos de gravedad y en caso de compuestos, al tamaño de partícula, en general se pueden controlar los siguientes parámetros: -Extrusores de doble husillo: Los extrusores de doble husillo proporcionan un empuje mucho mayor y esfuerzo de cizalla mejor que el de un sólo husillo, aceleraciones de material mucho mayores, esfuerzos cortantes relativamente altos y mezclado intensivo. Para algunos materiales este proceso es demasiado agresivo, por lo cual resulta inadecuado, existe la creencia de que los concentrados de color se realizan en su mayoría en este tipo de extrusores, sin embargo, la mayoría de los pigmentos sufren degradación debida a las condiciones tan agresivas del proceso, por ello, la mayoría de los fabricantes de concentrados utilizan un cañón largo de un solo husillo. Existen 2 tipos de doble husillo: los que engranan y los que no engranan, de los que engranan existen dos posibilidades, los corotativos y los contra-rotativos, según las direcciones en las que estos giran. El flujo generado en un doble husillo que engrana y es contra rotativo genera un flujo en forma de C el cual tiene las características de un bombeo positivo, disminuyendo drásticamente la influencia de la viscosidad del material para su transporte y generando un bombeo muy eficiente. Las desventajas de este proceso es que los husillos son empujados por el material hacia las paredes del cañón, lo que evita el huso de altas velocidades; también existe el problema del mezclado ineficiente, mientras más rápido se transporta el material, menos eficiente es el mezclado. En los husillos que si engranan y son corotativos, el flujo tiene mayor dependencia en la viscosidad del material, aunque mucho menor que en los extrusores de un solo husillo. En este tipo de arreglo los husillos no son empujados hacia la pared del cañón, por ello se permiten altas velocidades, además el material pasa de un husillo a otro logrando un flujo alternante que ayuda a una mezcla más homogénea TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 98 2.2.3.2.-El dado: Figura 56: Dado de extrusión para polímeros. El dado (traducción literal del inglés, cabezal y boquilla en español) en el proceso de extrusión es análogo al molde en el proceso de moldeo por inyección, a través del dado fluye el polímero fuera del cañón de extrusión y gracias a éste toma el perfil deseado. El dado se considera como un consumidor de presión, ya que al terminar el husillo la presión es máxima, mientras que a la salida del dado la presión es igual a la presión atmosférica. La presión alta que experimenta el polímero antes del dado, ayuda a que el proceso sea estable y continuo, sin embargo, el complejo diseño de los dados es responsable de esta estabilidad en su mayor parte. El perfil del dado suele ser diferente del perfil deseado en el producto final, esto debido a la memoria que presentan los polímeros, esfuerzos residuales y orientación del flujo resultado del arrastre por el husillo. Existen dados para tubos, para láminas y perfiles de complicadas geometrías, cada uno tiene características de diseño especiales que le permite al polímero adquirir su forma final evitando los esfuerzos residuales en la medida de lo posible. Los dados para extrudir polímeros consideran la principal diferencia entre materiales compuestos por macromoléculas y los de moléculas pequeñas, como metales. Los metales permiten ser procesados con esquinas y ángulos estrechos, en cambio los polímeros tienden a formar filos menos agudos debido a sus características moleculares, por ello es más eficiente el diseño de una geometría final con ángulos suaves o formas parabólicas e hiperbólicas. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 99 2.2.3.3.-Orientación y cristalización: Láminas o perfiles formados a la salida del dado comienzan a disminuir su temperatura inmediatamente, en ese momento puede ser que el extruido sea jalado, con esto se logra una mayor orientación longitudinal de las moléculas, que se ordenan en la dirección que es aplicada la fuerza de extensión. A la salida del dado también comienza la cristalización, la cual puede ser controlada de acuerdo con la extensión y la tasa de enfriamiento. La cristalización puede aumentar por extensión gracias a rodillos que tiran del material, esta fuerza causa que las moléculas se orienten en la dirección en que el material es forzado y esta orientación incrementa el grado de cristalización y por lo tanto el grado de resistencia del material. Esta técnica es utilizada típicamente en extrusión de láminas, películas y fleje. Figura 57: Cadenas moleculares. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 100 Figura 58: Máquina de rodillos. 2.2.3.4.-Coextrusión de láminas y películas: La coextrusión de láminas y películas es una de las aplicaciones más importantes de la extrusión de polímero, por medio de esta tecnología es posible extrudir una película con un color de fondo y otro de cara o como un sándwich en el cual un material se encuentra en la capa intermedia y otro u otros en las exteriores. Láminas multicapa han sido comercialmente utilizadas de entre 2 y 5 capas, aunque es posible utilizar más capas, las aplicaciones no han exigido este desarrollo con mayor amplitud. La coextrusión de lámina puede llevarse a cabo por 2 técnicas,  Dado para extrusión multicapa. Que permite 2 o hasta 3 capas de polímero, pero presenta baja eficiencia y poca estabilidad.  flujos que se encuentran en el dado por medio de canales dosificadores. Por esta técnica es posible obtener diferentes capas con buena distribución y homogeneidad. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 101 2.2.4.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS: 2.2.4.1.-Principales problemas en la coextrusión de láminas:  Efecto encapsulamiento: Cuando se extruyen dos polímeros en forma de lámina o película de un grosor muy pequeño en comparación con el ancho de la misma, ocurre frecuentemente un problema de encapsulamiento debido a la diferencia en viscosidades de los materiales implicados, el material de mayor viscosidad tiende a fluir con menor rapidez que el de menor viscosidad y por ello este segundo material "encapsula al primero", en un caso práctico no es completamente encapsulado, sino que se obtiene una diferencia importante de calibres de los materiales en el centro con respecto a las orillas.  Diferencias de calibre debido a problemas de ajuste del dado: Los dados modernos tienen sistemas piezoeléctricos u otros sistemas mecánicos unidos a una computadora que analiza las diferencias de calibre en línea. Una lámina extruida es ajustada en el dado a un mismo calibre, sin embargo, el polímero tiende a presionar este dado y a permitir un mayor flujo de material en el centro con respecto a las orillas, esto debido al carácter visco elástico de las macromoléculas. 2.2.4.2.-Coloración en la extrusión: La coloración de los perfiles en extrusión, láminas y películas tienen una problemática particular aunque similar a la coloración en moldeo por inyección, la belleza de la parte, la identificación y las funciones ópticas dependen de este proceso, básicamente existen tres formas de colorear un polímero en extrusión: 1. Utilizar plástico del color que se necesita (pre coloreados). 2. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con pigmento en polvo o colorante líquido. 3. Utilizar un plástico de color natural y mezclarlo con concentrado de color. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 102 La elección más barata y eficiente es el uso del concentrado de color (en inglés Masterbatch), el cual se diseña con características de Índice de fluidez y viscosidad acordes al polímero que se desea procesar, con los concentrados de color se pueden cambiar de un color a otro de manera rápida, sencilla y limpia. Los pigmentos en polvo presentan mayores problemas de coloración que los concentrados de color y estos más que los precoloreados, sin embargo los precoloreados son los más caros y presentan una historia térmica mayor. Los problemas de procesamiento más comunes con relación al color de una pieza son: líneas de color más o menos intenso, pigmento que se acumula en el dado, distribución no homogénea de pigmento, burbujas, puntos de aguja, disminución o aumento excesivo de la viscosidad, puntos negros, y piel de naranja. Los colores pueden ser cualquier opaco y si el polímero es transparente, se permiten colores translúcidos. Es importante que el proveedor de los concentrados de color sea consciente de la aplicación final de la parte para utilizar pigmentos o colorantes que no migren a la superficie. En Polioleofinas no debe utilizarse colorantes porque migran, este error es muy común en la industria ya que son baratos, pero este ahorro merma la calidad de la parte y puede resultar en una reclamación por parte del cliente. En coextrusión se pueden utilizar capas de pigmentos opacos en el medio y de translúcidos en los extremos, o también puede ser todo opaco o completamente translúcido. Es común utilizar en láminas una capa interna de material reciclado y en los extremos del material se controla el color final, esto ayuda a reducir costos manteniendo una apariencia adecuada. En aplicaciones de contacto con alimentos, algunos países permiten que los pigmentos de capas internas no sean aprobados para alimentos (mientras no sean metales pesados), siempre y cuando todos los materiales que tienen contacto con alimentos sean aprobados, una guía para decidir que pigmentos están aprobados o no es la de la FDA de los Estados Unidos. Los colores pueden ser translúcidos, sólidos, pasteles, metálicos, perlados, fosforescentes, fluorescentes, etc. Sin embargo, polímeros como el ABS son más difíciles de colorear que el polietileno, por su alta temperatura de proceso y color amarillento El experto en diseño de un color es una persona con una habilidad visual impresionante, sus ojos están entrenados para reconocer colores con diferencias mínimas, esto requiere una habilidad natural y experiencia, debe tomarse en cuenta también la teoría del color, los TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 103 pigmentos son substractivos y la luz es aditiva, además si como color objetivo se tiene una pieza de metal, vidrio, líquido, papel o polímero diferente al polímero final, es posible que bajo diferente luz sea igual o distinto el color final del objetivo, por ello debe decidirse cuál será la luz bajo la cual los colores deben ser observados. Para personas que no son expertas en identificación de color son muy útiles los colorímetros, aunque su grado de confianza no llegue al 100%. 2.3.-MOLDEO DE PLÁSTICOS POR SOPLADO: El moldeo por soplado es un proceso utilizado para fabricar piezas de plástico huecas gracias a la expansión del material. Esto se consigue por medio de la presión que ejerce el aire en las paredes de la preforma, si se trata de inyección-soplado, o del párison, si hablamos de extrusión-soplado. Este proceso se compone de varias fases, la primera es la obtención del material a soplar, después viene la fase de soplado que se realiza en el molde que tiene la geometría final, puede haber una fase intermedia entre las dos anteriores para calentar el material si fuera necesario, seguidamente se enfría la pieza y por último se expulsa. Para facilitar el enfriamiento de la pieza los moldes están provistos de un sistema de refrigeración así se incrementa el nivel productivo. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 104 Figura 59: Esquema de la creación de un objeto a través del moldeo por soplado. 2.3.1.-ANTECEDENTES HISTÓRICOS: Esta técnica se usó para crear un bote para las propinas en EE.UU en 1802. El proceso de moldeo por soplado nace de la combinación de técnicas de ingeniería de polímeros como el moldeo por inyección con el de técnicas de procesamiento de vidrio, particularmente el de la producción de botellas. La producción de botellas de vidrio requiere técnicas actualmente muy diferentes del moldeo por soplado, aunque en sus orígenes es similar. 2.3.2.- PROCESO: 2.3.2.1.-Moldeo por inyección-soplado: El moldeo por inyección-soplado consiste en la obtención de una preforma del polímero a procesar, similar a un tubo de ensayo, la cual posteriormente se calienta y se introduce en el molde que alberga la geometría deseada, en ocasiones se hace un estiramiento de la preforma inyectada, después se inyecta aire, con lo que se consigue la expansión del material y la forma final de la pieza y por último se procede a su extracción. En muchas ocasiones es necesario TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 111 coloca en la cavidad del molde y los platos calientes son cerrados por un pistón hidráulico. El moldeo de compuestos a granel (BMC) y el moldeo de lámina compuesta (SMC) utilizan este método de moldeo, estos compuestos son conformados a la forma del molde por la presión aplicada y se calienta hasta que se produce la reacción de curado. El material para el SMC por lo general se corta para ajustarse a la superficie del molde. El molde se enfría y se retira la pieza. Los materiales pueden ser cargados en el molde, ya sea en forma de pellets o lámina, o el molde se puede cargar desde una extrusora de plastificación. Los materiales se calientan por encima de su punto de fusión, se forman y se enfrían. El material de alimentación se distribuye en forma uniforme en la superficie del molde, la orientación del flujo se produce durante la fase de compresión. En el moldeo por compresión que hay seis factores importantes que se debe tener en cuenta  Determinar la cantidad adecuada de material.  Determinar la cantidad mínima de energía necesaria para calentar el material.  Determinar el tiempo mínimo necesario para calentar el material.  Determinar la técnica de calefacción adecuada.  Predecir la fuerza necesaria, para asegurar que el material alcance la forma adecuada.  Diseño de molde para un enfriamiento rápido después de que el material ha sido comprimido en el molde. Matrices termoplásticas son comunes en las industrias de producción masiva, por ejemplo las aplicaciones en automoción, donde las principales tecnologías son termoplásticos reforzados con fibra larga (LFT) y termoplásticos reforzados con fibra “Glass Mat” (GMT). 2.4.1.-DEFINICIÓN DEL PROCESO: El moldeo por compresión es un proceso de conformación en que se coloca un material plástico directamente en un molde de metal se calienta y luego se ablanda por el calor, y obligado a conformarse con la forma del molde en el molde cerrado. 2.4.2.-CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO: El uso de compuestos de plástico termoestable caracteriza a este proceso de moldeo de muchos otros procesos de moldeo. Estos termoestables pueden ser ya sea en forma de pellets TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 112 o de preformas. A diferencia de algunos de los otros procesos nos encontramos con que los materiales suelen ser precalentado y se cuantifican antes del moldeo. Esto ayuda a reducir el exceso de rebarbas. Insertos, generalmente metálico, también puede ser moldeados con el plástico. Se evitan retenciones en la forma del molde, que generan que la eyección sea especialmente difícil. Se ha vuelto una práctica común precalentar la carga antes de colocarla en el molde; esto suaviza el polímero y acorta la duración del ciclo de producción. Los métodos de precalentamiento incluyen calentadores infrarrojos, calentamiento por convección en estufa y el uso de tornillos giratorios dentro de un cilindro calentado. Esta última técnica (tomada del moldeo por inyección) se usa también para medir la cantidad de la carga. 2.4.3.-ESQUEMA DEL PROCESO: El moldeo por compresión se inicia, con una cantidad determinada de colocada o introducida en un molde. Luego el material se calienta a un estado maleable y moldeado. Poco después, la prensa hidráulica comprime el plástico flexible contra el molde, dando como resultado una pieza perfectamente moldeada que mantiene la forma de la superficie interior del molde. Después la prensa hidráulica retrocede, un pin eyector en el fondo del molde rápidamente expulsa la pieza final fuera del molde y entonces, el proceso concluye. Figura 64: Esquema de proceso, moldeo por compresión. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 113 2.4.4.-PRENSA: Las prensas de moldeo por compresión están orientadas verticalmente y contienen dos placas a las cuales se sujetan las mitades del molde. El proceso involucra dos tipos de actuación: 1) carrera ascendente de la placa del fondo o 2) carrera descendente de la placa superior, pero esta última es la configuración más común. Un cilindro hidráulico acciona generalmente las placas, el cual puede diseñarse para suministrar fuerzas de sujeción de hasta varios cientos de toneladas. Las prensas de compresión del molde se fabrican en una amplia variedad de tamaños. La mayoría de las prensas utilizan un cilindro hidráulico con el fin de producir la suficiente fuerza durante la operación de moldeo. Las prensas pueden generar presiones que van desde 300 a 4.000 toneladas. La resina es aditivada con la preforma, (en el caso de SMC y BMC ya contienen todos los componentes, incluida la fibra, resina, cargas, catalizador etc.). El calor y la presión se aplican, con rangos de temperatura de 225°F a 325°F (107°C a 163°C) y 150 a 1.000 psi de presión, necesarios para curar las piezas. Los ciclos pueden variar desde menos de uno minuto a cinco minutos. Las maquinaria constan de un molde “émbolo” macho y un molde hembra y espigas guías que aseguran el encastre perfecto entre ambos. Figura 65: Prensa hidráulica. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 114 2.4.5.-MOLDES: Los moldes para este proceso son generalmente más simples que los de su contraparte, el moldeo por inyección. No hay vertederos o sistemas de alimentación en un molde por compresión y se procesan partes de formas más simples debido a que los materiales termofijos poseen una capacidad de flujo más baja. Sin embargo, se necesitan accesorios para calentar el molde que puede hacerse mediante resistencia eléctrica, vapor o circulación de aceite caliente. Los moldes de compresión pueden clasificarse en moldes manuales usados para corridas de ensayo; semiautomáticos, en los cuales a la etapa de prensado le sigue un ciclo programado, pero el operador carga y descarga manualmente la prensa; y automático el cual opera bajo ciclos de prensado completamente automático (incluyendo la carga y la descarga automática). 2.4.6.-MATERIAS PRIMAS: Las resinas termoestables típico utilizadas en las piezas moldeadas por compresión son poliésteres, poliuretanos, resinas urea-formaldehido, ésteres de vinilo, resinas epoxi y resinas fenólicas. Los elastómeros (ejemplo: cauchos y siliconas) también suelen ser moldeados por compresión. Como se ha hecho mención anteriormente algunos termoplásticos también pueden ser moldeados por compresión, pero por cuestiones de tiempo de ciclo, por lo general se utiliza el moldeo por inyección en estos últimos, salvo el caso de termoplásticos de difícil procesado o bajas cantidades o piezas técnicas. Las materias primas utilizadas pueden estar en forma de pellets, polvo, liquido, preformas sólidas o en estado semisólido. 2.4.7.-PIEZAS PRODUCIDAS POR COMPRESIÓN: Este proceso se utiliza comúnmente para la fabricación de componentes eléctricos, vajilla, y engranajes. Este proceso también se usa para producir botones, hebillas, perillas o manijas, carcasas de aparatos eléctricos y grandes contenedores. Los discos fonográficos de PVC se producían por este método. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 115 2.4.8.-PRINCIPALES APLICACIONES: - Materiales termoplásticos y elastómeros, para piezas de pequeñas dimensiones. - Compuestos reforzados con fibras de vidrio (a partir de resinas epoxi, de poliéster, etc.):  BMC (bulk molding compounds): reforzados con fibras de 3-12mm. Ejemplo: cuerpo de taladro eléctrico.  SMC (sheet molding compounds): se sitúan en el molde alternativamente capas de fibras de aproximadamente 25mm y capas de mezcla de resina y otros componentes. Preferentemente utilizado para piezas de gran superficie y pequeño espesor. Ejemplo: paneles para vehículos.  TMC (thick molding compounds): combinación en capas de BMC y SMC, para placas de gran espesor. - (Modificación de la técnica) Estampado de chapas y preformas de termoplásticos (thermoplastics sheet stamping), reforzados con fibras textiles o de vidrio. - Ya no utilizada para termoplásticos o utilizado en menor medida (ejemplo: era el método para la producción de discos LP). 2.4.9.-VENTAJAS:  Fluido en pequeñas distancias: menores tensiones internas.  Bajo costo de mantenimiento y de fabricación de moldes.  Diseño sencillo de moldes, al no haber entrada y canales.  Permite moldeo de piezas complejas  Buen acabado superficial (en general)  Desechos de materiales relativamente bajo 2.4.10.-DESVENTAJAS:  El molde debe mantenerse a temperatura no excesiva, para que las paredes no curen mucho más rápido que el interior. Por tanto, tiempos largos de curado. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 116  No es aconsejable para este método en caso de empleo de moldes de formas complejas. 2.5.-MOLDEO DE PLÁSTICO POR TRANSFERENCIA: El moldeo por transferencia es un desarrollo a partir del moldeo por compresión en el que el compuesto de moldeo se introduce en una cavidad dentro del molde, de modo que al cerrar el molde el compuesto se transfiere hasta las diferentes cavidades de moldeo a través de una serie de canales. En la figura siguiente se muestra un esquema de este proceso. Figura 66: Esquema del moldeo por transferencia. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 117 El proceso de transferencia es, por lo tanto, un proceso intermedio entre la inyección y la compresión y presenta una serie de ventajas y desventajas respecto a estos. El moldeo por transferencia está indicado en el caso de que se deseen moldear muchas cavidades o cuando el llenado del molde con el material de moldeo resulte problemático (moldes muy planos, con inserciones metálicas, cuando se emplea polvo de moldeo de densidad aparente muy baja, etc.). El ciclo en moldeo por transferencia suele ser algo más corto debido a la mejor transferencia de calor cuando el material circula por los canales. En contrapartida el moldeo por transferencia presenta una serie de desventajas frente al moldeo por compresión: el flujo del material a través del molde es más complejo, por lo que puede darse cierto grado de orientación; los moldes sufren más abrasión de modo que el mantenimiento es más costoso; los equipos son más complejos y más caros; y por último el material que queda en los canales tras el proceso es material de desecho, que no se puede reutilizar (nota: en la industria por lo general este material puede ser utilizado en bajas proporciones, reducido a polvo, como relleno en este u otros procesos de termoestables para reducir costos, pero reduciendo las propiedades técnicas de las piezas obtenidas). 2.5.1.-DESCRIPCION DEL PROCESO: Una cantidad cuantificada de un termofijo (preformado), por lo general precalentado, se carga en una cámara inmediata a la cavidad del molde (cámara de transferencia), donde se calienta; se aplica entonces presión mediante un pistón hidráulico para forzar al polímero a fluir, a través de un canal llamado bebedero, dentro del molde caliente. Si bien dependerá de la resina utilizada y el tamaño de la pieza, el cilindro de transferencia empuja el plástico termoestable a través de los canales de alimentación hacia las piezas con una fuerza de 5.5 – 6.9 MPa y un tiempo de entre 3 - 8 segundos. El molde se mantiene cerrado y calefaccionado hasta que el material del interior se cura. Una vez curado el material, el molde se abre y los pines o pernos eyectores expulsan la pieza terminada. Las dos variantes de este proceso se ilustran a continuación: TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 118 Figura 67: Ejemplo de moldeo por transferencia. Moldeo con recipiente o cámara de transferencia, en el cual la carga se inyecta de un recipiente a través de un canal vertical en la cavidad; y (b) moldeo con émbolo de transferencia, en el cual se inyecta la carga en la cavidad del molde por medio de un émbolo desde un depósito que se calienta a través de los canales laterales. En ambos casos se produce material de desperdicio en cada ciclo por la pieza desechada que se queda en la base del depósito y en los canales laterales. Además, el vertedero del recipiente de transferencia es también material de desecho. Este desecho no puede recuperarse debido a que los polímeros son termofijos. El moldeo por transferencia está relacionado estrechamente con el moldeo por compresión, debido a que utiliza el mismo tipo de polímeros (termofijos y elastómeros). Existen similitudes con el moldeo por inyección, ya que la carga se precalienta en una cámara separada, y fuego se inyecta en el molde. En el moldeo por transferencia se pueden moldear formas de partes más intrincadas que en el moldeo por compresión pero no tan intrincadas como las del moldeo por inyección. El moldeo por transferencia también se presta para usar insertos de metal o de cerámica que se colocan en la cavidad antes de la inyección, el plástico calentado se adhiere al inserto durante el moldeo. Las piezas moldeadas por transferencia tienen menos flash (el exceso de material que se ejecuta a lo largo de la línea de separación del molde) que sus homólogos de moldeado por TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 119 compresión debido a que el molde se mantiene cerrado cuando el plástico entra en la cavidad del molde. Sin embargo, moldeo por transferencia aún produce más materiales de desecho de moldeo por compresión a causa de la colada, los agujeros de aire, y los surcos de desbordamiento que a menudo son necesarios para permitir que escape el aire y el material excedente se desborde. 2.5.2.-CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO: Como se mencionó anteriormente, una de las principales ventajas del moldeo por transferencia sobre el moldeo por compresión es que las diferentes inserciones, tales como piezas de metal, chips semiconductores, compuestos de fibras secas y cerámicas se pueden utilizar (colocados en la cavidad del molde antes de que el polímero se inyecte). Cuando el polímero se calienta y transfiere llena el molde y forma la unión con la superficie de inserción. Esta capacidad hace que el proceso de moldeo por transferencia sea líder en la fabricación de circuitos integrados y componentes electrónicos con terminales moldeados, clavos, pernos, conectores, etc. En la industria de los composites, los compuestos reforzados con fibra son a menudo fabricados por un proceso llamada moldeo por transferencia de resina (RTM). Capas de preformas textiles (fibras largas tejidas o siguiendo patrones organizados) están pre-dispuestos en el molde. La resina, entonces, se inyecta para impregnar la fibra. Se utiliza a menudo vacío para evitar burbujas de aire y ayudar a la resina a entrar en la cavidad del molde. La resina que se utiliza tiene que ser relativamente baja viscosidad. 2.5.3.-COMPARATIVA DE VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE ESTE TIPO DE MOLDEO CON EL MOLDEO POR INYECCIÓN Y EL MOLDEO POR COMPRESIÓN. 2.5.3.1.-Ventajas:  Producto con mejor consistencia que el modelo por compresión, lo que permite una más estricta tolerancia y piezas más intrincadas.  Producción superior a la velocidad de moldeo por compresión.  Tiempo de preparación rápida y costos de instalación menores que el moldeo por inyección. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 120  Menores costos de mantenimiento que el moldeo por inyección.  Ideal para piezas de plástico con inserciones de metal. 2.5.3.1.-Desventajas:  Mayor material de residuo que el moldeo por compresión.  La velocidad de producción es más baja que el moldeo por inyección.  La complejidad de las piezas obtenidas es inferior que el moldeo por inyección.  Costos mayores en maquinaria y tecnología que el moldeo por compresión. 2.5.4.-MATERIALES PROCESADOS POR MOLDEO POR TRANSFERENCIA: A pesar de moldeo por transferencia también puede ser utilizado para los termoplásticos, la mayoría de los materiales utilizados en este proceso son termoestables, los más comunes son:  Resinas epoxi.  Resinas poliéster insaturadas.  Resinas de viniléster.  Resinas Fenol-formaldehído.  Elastómeros (Caucho natural, Caucho de silicona, caucho SBR, etc.). Si la resina moldeada utilizada es un termoplástico, el molde se puede abrir en estado caliente. Los termoestables curados mantienen su forma y dimensiones, incluso en estado caliente. Si se trata del moldeo de un termoplástico, el molde y la pieza moldeada se enfrían antes de ser abierto. 2.5.5.-PIEZAS OBTENIDAS: Algunos productos comunes obtenidos por moldeo por transferencia son mangos utensilios, botones o teclas, piezas de aparato eléctrico, componentes electrónicos y conectores. El moldeo por transferencia es ampliamente utilizado para encerrar o encapsular elementos tales como bobinas, circuitos integrados, clavijas, conectores y otros componentes. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 127 entre los que se introduce el plástico caliente, adaptándose a su forma al enfriar. Tampoco utiliza vacío ni presión de aire. 2.6.3.- MATERIALES A LOS QUE SE PUEDE APLICAR: Los materiales utilizados son siempre termoplásticos con bajo calor específico, es decir, de rápido enfriamiento y calentamiento, y que además cuenten con buena transmisión de calor (alta conductividad térmica). Estas características son de gran importancia, ya que permiten una importante reducción del ciclo de producción de cada pieza al disminuir el tiempo de calentamiento y enfriamiento del material. Los termoplásticos más usados son PS, PVC, ABS, PMMA, TPRF entre otros; sin embargo, hay algunas excepciones como son los acetales, las poliamidas y los fluorocarbonos, que no se utilizan. Normalmente, las láminas de termoconformado contienen solamente un plástico básico, aunque también se puede utilizar combinaciones de varios materiales. 2.6.4.- GEOMETRÍAS OBTENIBLES EN LAS PIEZAS: Las piezas obtenibles pueden realizarse con unos espesores de entre 0,1 y 12 mm, lo que puede suponer un inconveniente a la hora de realizar ciertas piezas, aunque la variabilidad de las características del elaborado es grande. Un inconveniente el proceso es que frecuentemente se obtienen piezas con rebabas, por lo que es necesario desbarbar las piezas y reprocesar los desperdicios. Se debe tener el grosor de los bordes y en las aristas de la pieza, ya que esto constituyen un inconveniente en los moles relativamente profundos. Al avanzar el material de la lámina hacia el interior de la cavidad se va estirando y adelgaza, por lo que las zonas mínimamente estiradas quedan más gruesas que las estiradas. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 128 2.6.5.- EQUIPOS Y UTILLAJE: En general se puede afirmar que el costo del utillaje necesario para el termoconformado es bajo, debido a que las bajas presiones de trabajos permiten fabricar moldes muy económicos. Además, su puesta en servicio es rápida, al igual que el cambio de molde, lo que permite una gran flexibilidad del proceso, lo que hace que resulte muy económico para series pequeñas. La mayor complejidad del molde se encuentra en los pequeños orificios de los que deben disponer para hacer vació o presión y los sistemas de eliminación de calor, que solo son incorporados si procede. En el caso de los orificios siempre son preferibles y más eficaces las ranuras que los agujeros para permitir que se elimine el aire del interior del molde, y se deben fabricar con un diámetro inferior a 0,65 mm para evitar defectos en la superficie de la pieza acabada. Normalmente se sitúan en las zonas bajas o que no están conectadas al molde. Muchos equipos incorporan una chimenea de equilibrio para asegurar un vacío constante que suele estar entre los 500 y 760 mm de mercurio. Los moldes suelen incluir siempre ángulos de salida para extraer fácilmente la pieza (entre 2 y 7º). 2.6.5.1- Materiales para moldes: Los materiales más utilizados para los moldes son:  Madera, para los que se suele utilizar maderas duras secadas en horno, a las que se les aplica barniz para tapar los poros. Suele tardan en enfriar las piezas por lo se utiliza para series cortas o prototipos. Los agujeros suelen realizarse con broca.  Escayola, se suele emplear con un 5% de fibra de vidrio para evitar rotura por fragilidad o si se requiere gran duración, y se le aplica tapa poros para evitar desgaste. También se utiliza en pequeñas series o prototipos y los agujeros se realizan a partir de alambres lubricados.  Poliéster reforzado con fibra de vidrio, son de mayor duración por lo que se aplican a series de hasta 500 piezas.  Colada epoxi, son de mayor resistencia y soportan temperaturas grandes, por lo que se aplica a series de mayor producción, hasta 1000 piezas. Es necesario un modelo para fabricar el molde. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 129  Aluminio, fácil de mecanizar y con gran capacidad de evacuación del calor, lo que son muy utilizados en grandes series.  Acero, permiten fácil mecanizados y buenos acabados de superficie; sobre todo si se emplean aceros blandos. 2.6.5.2.- Instalaciones: Para el proceso de termoconformado existen varios tipos de instalaciones. Hay maquinas simples que realizan el calentamiento y moldeo en una sola estación, se emplean en series cortas y prototipos y suelen ser manuales. Otro tipo de instalaciones son las industriales, que constan por lo general de distintas estaciones en cada una de las cuales se realiza una operación sobre el material, que va pasando de forma continua. Generalmente constan de:  Estación de suministro de lámina, que surte de material al resto de estaciones.  Estación calefactora, que calienta el semielaborado hasta la temperatura adecuada.  Estación de conformado, da forma a la lámina.  Estación de troquelado, elimina el material sobrante y recoge el desperdicio.  Estación de apilado, recoge las piezas conformadas. 2.6.6.- ASPECTOS ECONÓMICOS-PRODUCTIVOS: El proceso es totalmente automatizable. 2.6.7.- APLICACIONES HABITUALES: Hoy en día estamos rodeados de todo tipo de artículos tercomonformados, aunque podemos dividirlos en dos grandes grupos:  La fabricación de piezas de gran superficie y estrechas paredes, como son bañeras, paneles interiores de electrodomésticos, paneles de puertas de coches o embarcaciones. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 130  Todo tipo de envases de industria alimentaria, como son vasitos de yogur, hueveras, envases con diferentes cavidades para repostería, tarrinas individuales de mantequilla o mermelada, etc. Este tipo de envases con huecos también se pueden aplicar a piezas de recambio o artículos de ferretería, portaherramientas o cubiteras.  Por otro lado, hay otros productos que se fabrican por método como son las señales, accesorios de lámparas, cajones, vajillas, juguetes, cabinas transparentes de aviones o limpiaparabrisas de barcos. TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN EN MOLDES DE METALES Y PLÁSTICOS. Página 131 3.- BIBLIOGRAFIA. KALPAKJIAN, SEROPE Y SCHMID, STEVEN R. Manufartura, ingeniería y tecnología. PEARSON EDUCACIÓN, México, 2002. http://extatico.es/ http://www.buenastareas.com http://www.mondragon.edu http://es.wikipedia.org www.mecanica.com www.artafrika.es. http://www.educared.org www.comosehace.com http://www.buenastareas.com www.abc-pack.com www.serina.es http://www.andreharvey.com www.nebrija.es www.rincondelvago.com http://www.kalipedia.com http://www.textoscientificos.com http://books.google.es (hace referencia a varios libros) http://www.iesluisvelez.org www.wordpress.com http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.es http://www.petervaldivia.com http://www.monografias.com www. Youtube.com