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DISEÑO Y EVALUACION DE MOLDES PARA INYECCION DE PLASTICOS

UTILIZANDO MATERIALES DE USO COMUN COMBINADOS CON

RESINAS EPOXICAS

EDWIN OSWALDO MONTILLA HERNANDEZ

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE ENERGETICA Y MECANICA

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

SANTIAGO DE CALI

2006

1

DISEÑO Y EVALUACION DE MOLDES PARA INYECCION DE PLASTICOS

UTILIZANDO MATERIALES DE USO COMUN COMBINADOS CON

RESINAS EPOXICAS

EDWIN OSWALDO MONTILLA HERNANDEZ

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Mecánico

Director FABIÁN ERNESTO OSPINA

Ingeniero Mecánico .

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE MECANICA

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

SANTIAGO DE CALI

2006

2

Nota de aceptación

Aprobado como meritorio por el comité de

grado en cumplimiento de los requisitos exigidos

por la universidad autónoma de occidente para

optar el titulo de ingeniero mecánico

ING. ROBERT COOPER Jurado

ING. MIGUEL ANGEL HIDALGO Jurado

Santiago de Cali, enero 27 de 2006

3

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN

1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 14

1.1 OBJETIVO GENERAL 14

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 14

2. MARCO TEORICO 15

2.1 LOS POLÍMEROS 15

3. CLASIFICACIÓN DE LOS PLÁSTICOS 16

3.1 TERMOPLÁSTICOS 16

3.2 TERMOESTABLES 19

3.3 ELASTÓMEROS 19

4. CLASIFICACIÓN SEGÚN SU COMPOSICIÓN 20

4.1 APLICACIONES MÁS COMUNES DE LOS PLÁSTICOS 20

5. LA MAQUINA DE INYECCIÓN 22

5.1 LA UNIDAD DE CIERRE 23

5.1.1 EL TIPO DE CIERRE DE RODILLERA 23

5.1.2 EL TIPO DE CIERRE HIDRÁULICO 24

6. LA UNIDAD DE INYECCIÓN 25

7. EL CAÑON O BARRIL 26

8. EL HUSILLO 27

9. LA BASE O BANCADA 29

10. LA UNIDAD DE CONTROL 30

11. EL MOLDE DE INYECCIÓN DE PLÁSTICOS 31

11.1 FUNCIONES BÁSICAS DEL MOLDE DE INYECCIÓN 31

11.2 DESCRIPCIÓN Y FUNCIÓN DE LAS PARTES DEL

MOLDE DE INYECCIÓN

32

11.3 CLASIFICACIÓN DE LOS MOLDES 34

11.3.1 Clasificación por el número de cavidades 36

4

11.3.2 Clasificación por el tipo de construcción 36

11.4 EL MOLDE DE TRES PLACAS 38

12. REQUERIMIENTOS DE LOS MOLDES DE INYECCIÓN 40

13. REFRIGERACIÓN DEL MOLDE EN EL PROCESO DE

INYECCIÓN

41

13.1 DEFINICIÓN DEL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN 41

13.2 ECUACIÓN GENERAL DE LA CONDUCCIÓN 43

13.3 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN 44

13.4 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA 45

14. ENSAYO DE TRACCIÓN 46

15. TIPOS DE ESCALAS PARA MEDIR LA DUREZA EN

LOS DIFERENTES MATERIALES

48

16. MATERIALES UTILIZADOS EN LA FABRICACIÓN DE

MOLDES

49

16.1 ACEROS PARA LA FABRICACIÓN DE MOLDES DE

INYECCIÓN DE PLÁSTICOS

49

16.2 STAVAX ESR. 49

16.3 CALMAX 53

16.4 BOEHLER M 238 ECOPLUS 55

16.5 ACERO MARTENSITICO M300 56

16.6 ALUMINIO DE ALTA RESISTENCIA.

(DURALUMINIO)

57

17. RESINAS EPOXICAS 60

17.1 RESINA EPOXICA R-1257, ENDURECEDOR E-648. 60

17.2 RESINAS EPOXICAS CIBA- GEIGY 61

17.2.1 Araldit CW216, endurecedor HY 216 61

17.2.2 Araldit CW2217, endurecedor HY 217 63

17.2.3 Araldit SW419, endurecedor HV 419 64

17.2.4 Produr-32 66

17.2.5 Produr L. 68

5

18 ELABORACIÓN DE PROBETAS PARA LOS ENSAYOS

DE LABORATORIO

71

18.1 ELABORACION DE PROBETAS PLANAS Y

CILINDRICAS PARA REALIZAR LAS PRUEBAS DE

RESISTENCIA A LA TRACCION Y ADHERENCIA

71

18.2 PRUEBAS A REALIZAR A LA RESINA EPOXICA Y

NORMAS UTILIZADAS

71

18.3 ELABORACIÓN DE MOLDES EN SILICONA 72

18.4 PROBETAS PLANAS 73

18.5 PROBETAS CILÍNDRICAS 75

18.5.1 Tipos de Probetas Cilíndricas 76

18.6 ELABORACIÓN DE LA PROBETA DE

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

76

18.7 POSCURADO DE LAS PROBETAS 77

19. DESARROLLO DE LOS ENSAYOS Y PRUEBAS DE

LABORATORIO

79

19.1 PARÁMETROS DEL ENSAYO DE TRACCIÓN 79

19.2 PRUEBA DE TRACCIÓN DE LAS PROBETAS PLANAS 80

19.3 PRUEBA DE TRACCIÓN DE LAS PROBETAS

CILÍNDRICAS

84

19.4 TRANSFERENCIA DE CALOR UNIDIMENSIONAL Y

UNIFORME A TRAVÉS DE UNA PLACA PLANA

87

19.5 DESARROLLO DE LA PRUEBA DE CONDUCTIVIDAD

TÉRMICA DE LA RESINA

90

19.6 PARTES DEL BANCO DE PRUEBAS DE

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

93

19.7 PRUEBA DE DUREZA 95

19.8 ENSAYO DE DENSIDAD 97

19.9 PRUEBA DE RUGOSIDAD 98

20. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

102

6

20.1 COMPARACIÓN DE COSTOS Y TIEMPO DE

FABRICACIÓN DE LOS MOLDES DE INYECCIÓN DE

PLÁSTICOS

102

20.2 COSTO DEL MOLDE HECHO CON MATERIALES DE

USO COMÚN COMBINADOS CON RESINAS

EPOXICAS

108

20.3 COSTO FIJO DE FABRICACIÓN DEL MOLDE 113

21 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA

IMPLEMENTACIÓN DE LA RESINA EPOXICA EN

MOLDES DE INYECCIÓN DE PLÁSTICOS

116

21.1 VENTAJAS 116

21.2 DESVENTAJAS 116

22 CONCLUSIONES 117

BIBLIOGRAFIA 118

ANEXOS 121

7

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Propiedades de los plásticos. 18

Tabla 2. Análisis en porcentaje de los componentes del acero stavax. 51

Tabla 3. Dureza HRC escogencia del acero según el tipo de molde. 52

Tabla 4. Propiedades físicas del acero stavax. 52

Tabla 5. Resistencia a la tracción según la dureza del acero stavax 53

Tabla 6. Análisis en porcentaje de los componentes del acero calmax 54

Tabla 7. Características físicas del acero calmax 55

Tabla 8. Porcentaje de la aleación del acero M238. 55

Tabla 9. Propiedades físicas del acero M238 56

Tabla 10. Porcentaje de la aleación del acero M300. 56

Tabla 11. Propiedades físicas (a temperatura ambiente). 57

Tabla 12. Propiedades físicas del aluminio UHB prodax. 59

Tabla 13. Propiedades mecánicas del aluminio UHB prodax según el

espesor si es placa o diámetro si es cilíndrica.

59

Tabla 14. Características de la resina epóxica R 12457 preparada con el

endurecedor E-648.

60

Tabla 15. Propiedades de la resina epoxica después del poscurado a 120 °C. 61

Tabla 16. Características técnicas de la resina araldit CW216 62

Tabla 17. Propiedades de la resina araldit CW 216 después del poscurado. 62

Tabla 18. Características técnicas de la resina araldit CW2217 después

del poscurado.

63

Tabla 19. Propiedades de la resina araldit CW 2217 después del poscurado. 64

Tabla 20. Características técnicas de la resina araldit SW 419 y el

endurecedor HV 419.

65

Tabla 21. Propiedades de la resina araldit SW 419 después del poscurado. 65

Tabla 22. Datos técnicos de la resina produr 32 67

Tabla 23. Datos técnicos de la resina produr L. 70

8

Tabla 24. Promedio de promedio de todas las mediciones de σ max, σ ult, ∂

max,∂ ult, E promedio, estos valores son de las pruebas de tracción las

probetas planas.

83

Tabla 25. σ max, σ ult, ∂ max, ∂ ult, E promedio, estos valores son de las

pruebas de adherencia las probetas cilíndricas.

87

Tabla 26. Datos de la prueba de conductividad térmica 89

Tabla 27. Datos obtenidos en la prueba de conductividad térmica

para la resina.

90

Tabla 28. Resultados de la prueba de dureza. 96

Tabla 29. Costo de las placas en acero 1045. 103

Tabla 30. Tiempos de fabricación, costo de la hora y costo total. 104

Tabla 31. Costo fijo de fabricación del molde. 114

Tabla 32. Costo fijo de las placas en acero 1045. 115

9

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Máquina de inyección de plásticos. 22

Figura 2. La unidad de cierre. 24

Figura 3. La unidad de inyección 25

Figura 4. El cañón o barril. 26

Figura 5. El husillo y sus componentes. 27

Figura 6. El husillo y sus diferentes zonas. 28

Figura 7. La base o bancada. 29

Figura 8. La unidad de control de la máquina de inyección. 30

Figura 9. Se ilustra las diferentes partes del molde. 34

Figura 10. Molde de 2 placas. 37

Figura 11. Molde de inyección de tres placas. 38

Figura 12. Molde sin sobrantes, inyección de material. 39

Figura 13. Dimensiones de la probeta plana. 47

Figura 14. Dimensiones de la probeta cilíndrica 47

Figura 15. Preparación de la resina epóxica toma de temperatura. 73

Figura 16. Caja de madera para hacer los moldes en silicona. 73

Figura 17. Moldes de silicona de las probetas planas y cilíndricas. 74

Figura 18. Molde de silicona con las probetas planas de resina epóxica. 74

Figura 19. Fabricación de los moldes de las probetas cilíndricas. 75

Figura 20. Diferentes acabados de las probetas cilíndricas. 76

Figura 21. Horno en el cual se realizo el poscurado de las probetas. 77

Figura 22. Probetas después del poscurado en el horno. 78

Figura 23. Montaje de la probeta plana en la UTS para la prueba de tracción. 80

Figura 24. Montaje en la UTS de la probeta cilíndrica para la prueba de

adherencia.

85

10

Figura 25. Diagrama de transferencia de calor de una placa. 88

Figura 26. Banco de pruebas de la Universidad Autónoma programa

de ingeniería mecánica.

93

Figura 27. Placas del banco de pruebas. 93

Figura 28. Termómetros de la entrada y salida de agua. 94

Figura 29. Placa 1 lateral izquierda. 94

Figura 30. Placa 2 lateral derecha. 95

Figura 31. Lectura de la dureza de la resina epoxica. 96

Figura 32. Rugosímetro midiendo la rugosidad del acero rectificado. 100

Figura 33. Medición de la rugosidad de la resina epóxica. 101

Figura 34. Molde de comparación armado. 105

Figura 35. Pieza inyectada en el molde de comparación. 106

Figura 36. Cavidad del lado fijo. 106

Figura 37. Boquilla con la placa de respaldo. 107

Figura 38. Cavidad del lado móvil con la placa distribuidora. 107

Figura 39. Molde de comparación. 108

Figura 40. Pines de expulsión. 109

Figura 41. Placas expulsoras. 110

Figura 42. Cavidad superior. 110

Figura 43. Cavidad inferior (molde de letras). 111

Figura 44. Vista global de las placas del molde de letras. 111

Figura 45. Placas y pines expulsores. 112

Figura 46. Placa del lado móvil, donde va la boquilla. 112

11

LISTA DE GRAFICAS

pág.

Gráfica 1. Gráfica de esfuerzo vs. deformación de la probeta plana 1 81





Gráfica 6. Gráfica de esfuerzo vs. deformación de la probeta cilíndrica 1 85



12

RESUMEN

Esta investigación trata de las cavidades de los moldes de inyección de plásticos y la

implementación de las resinas epoxicas en la fabricación de las cavidades, para esto se

investigo sobre los diferentes tipos de resinas epoxicas en el mercado, se escogió la mas

optima para este proceso se le hicieron pruebas de laboratorio como, ensayo de tracción,

adherencia, conductividad térmica, rugosidad y densidad, todas estas pruebas se

llevaron a cabo en los laboratorios de ingeniería mecánica, se hicieron probetas para

hacer los ensayos de laboratorio y tener unos resultados mas claros de las propiedades

de la resina epoxica para emplearlos en el diseño de las cavidades del molde de

inyección de plásticos ya que en esta investigación se explican mas a fondo los

requerimientos de los moldes y las fuerzas a que son sometidos en el proceso de

inyección , estas pruebas se hicieron puntualmente para mirar la viabilidad de la

implementación de la resina en la industria y estimar las ventajas y desventajas de esta

dando los parámetros de su utilización en la industria, ya que el proceso de fabricación

de los molde de inyección de plásticos utilizando la resina epoxica disminuye el costo y

el tiempo de fabricación brindando propiedades a la pieza inyectada similares utilizando

moldes convencionales esta resina se debe implementar en la pequeña y mediana

industria donde la exigencia del molde es poca ya que al inyectar una pieza utilizando

un molde con cavidades fabricadas con resina epoxica tardara mas tiempo que

utilizando uno convencional; En la fabricación de moldes de inyección de plásticos el

proceso de mecanizado de las cavidades es mas costoso y requiere mucho tiempo

mientras que con la resina epoxica es mas practico la fabricación de las cavidades ya

que lo puede hacer cualquier persona que sepa manipular esta resina, otra ventaja de le

resina epoxica es su la reutilización de las placas porta cavidades y demás partes del

molde cuando ya no se necesite mas el molde, se puede montar otra pieza para inyectar

y no requiere volver a fabricar otro molde

13

INTRODUCCION

La presente investigación está basada en la fabricación y diseño de los moldes de

inyección de plásticos y su funcionamiento.

La realización de esta investigación dará alternativas para el desarrollo de productos

plásticos donde se requieran pequeñas series, se busca utilizar materiales poliméricos de

fácil moldeo para la realización de las cavidades, reemplazando el acero donde la

obtención de las formas demanda mayor inversión.

Esta investigación está enfocada a la mediana y pequeña empresa donde la inversión de

producción y fabricación de un producto es limitada, además cuando se desconoce la

aceptación del producto en el mercado, este tipo de moldes puede dar una alternativa

viable económicamente.

Este trabajo se llevó a cabo siguiendo los parámetros para obtener unos resultados que

sirvan como base para el diseño de cualquier molde, se hizo una parte de investigación

donde se buscó referencia bibliográfica y antecedentes de esta investigación, se

encontró en el SENA CDT ASTIN que se había hecho un molde de soplado pero no se

disponía de referencia bibliográfica al respecto, en este trabajo se investigó sobre las

resinas epóxicas para analizar las que presentan propiedades similares aplicables a la

fabricación de las cavidades de los moldes de inyección, a esta resina se le hicieron

pruebas y ensayos de laboratorio como fueron el ensayo de tracción, ensayo de

adherencia, conductividad térmica, prueba de dureza, ensayo de densidad, prueba de

rugosidad, y desgaste, para comprobar las propiedades de la misma y observar si puede

reemplazar al acero en los molde de inyección de plásticos.

14

1. DESCRIPCION DEL PROYECTO

1.1 OBJETIVO GENERAL

Diseño y evaluación de moldes de inyección de plásticos utilizando materiales de uso

común combinados con resinas epóxicas.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Conocer las propiedades de las resinas epóxicas.

• Conocer los parámetros del proceso de inyección y metodología para el diseño y

fabricación de moldes, usando resinas epóxicas.

• Evaluar los costos de fabricación del molde usando los materiales propuestos y

compararlos con los moldes convencionales.

• Estudiar la viabilidad para la fabricación de este tipo de moldes.

15

2. MARCO TEORICO

2.1 LOS POLIMEROS

La materia está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas

gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de

miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de

las formas más diversas. Algunas parecen fideos, otras tienen ramificaciones. Algunas

más se asemejan a las escaleras de mano y otras son como redes tridimensionales.

Existen polímeros naturales como el algodón, formado por fibras de celulosas. La

celulosa se encuentra en la madera y en los tallos de muchas plantas, y se emplean para

hacer telas y papel. La seda y la lana son otros ejemplos. El hule de los árboles de

hevea y de los arbustos de Guayule, son también polímeros naturales importantes.

Sin embargo, la mayor parte de los polímeros que usamos en nuestra vida diaria son

materiales sintéticos con propiedades y aplicaciones variadas. Lo que distingue a los

polímeros de los materiales constituidos por moléculas de tamaño normal son sus

propiedades mecánicas como se observa en la tabla 1. En general, los polímeros tienen

una excelente resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas poliméricas se

atraen. Las fuerzas de atracción intermoleculares dependen de la composición química

del polímero y pueden ser de varias clases.

16

3. CLASIFICACIÓN DE LOS PLÁSTICOS

Podemos dar varias clasificaciones a los plásticos, de las cuales, hemos escogido las

siguientes:

Según su estructura:

Lineales: Cuando cada monómero, excepto las unidades terminales, forma un enlace en

cada uno de sus extremos.

Ramificados: Si algún monómero tiene la posibilidad de unirse por tres o más puntos a

otros monómeros.

3.1 TERMOPLÁSTICOS

(Thermos = caliente, plasso = formar). Cuyas macromoléculas constan de cadenas

lineales o ramificadas, que mantienen su cohesión mediante fuerzas intermoleculares, su

intensidad depende entre, entre otros, del tipo y número de ramificaciones o cadenas

laterales. Son fundibles y solubles, o como mínimo se hinchan, al contacto con muchos

disolventes. A Tª ambiente pueden ser desde blandos hasta duros y frágiles, pasando por

los duros y tenaces. Representan en tonelaje la mayor parte del consumo de los plásticos.

Distinguiremos entre:

Amorfos: (amorfo = desordenado). Transparentes, cuyo estado de ordenación molecular

se asemeja al vidrio. Las cadenas moleculares son ramificadas, se encuentran

entrelazadas en todas las direcciones, careciendo de todo orden estructural. Reciben el

nombre de cristales sintéticos u orgánicos.

Haremos referencia en este tema a los Compact disc pues son objetos de plástico muy

actuales. La parte frontal del envase se fabricará con un termoplástico amorfo al igual

que el CD, el cual, por un lado se recubre frecuentemente, en primer lugar con aluminio

vaporizado y posteriormente se compacta, de manera que el rayo láser no pueda

17

atravesarlo y sea reflejado. Leyendo por reflexión en la capa de aluminio las pequeñas

oquedades (bits) en el plástico, y transmitir luego esta informaciones al reproductor de

CD, que las transforma en música.

18

Tabla 1. Propiedades de los plásticos

Fuente: GASTROW. Hans. Moldes de Inyección de Plásticos. 2 ed. Wisconsi:

plastic comunicación, 1998. p. 246

Termoplastic

Specific gravity

Tensile Strengh, Ib/in. 2

Flexural Strengh Ib/in.2

Fleruxal modulos ib/in.2

X104

Comprensi

ve Strengh Ib/in.2

Heal-

distortion tem. 0F

Continuou

s heal resis

– tance, 0F

Coef of thermal Expansion.in./

In./0F X 10-1

Flammability

Acetal resins Copolymer

1.41

8,800

13,000

3.8

4,500

316t

220

4.7

Burning Slow – burning

Homopolyner 1.42 10,000 14,000 4.1 5,200 338t 195 4.5 Slow – burning

Polymethyl methacrylate

1.17 –1.20 8,000-11,000 12,000-17,000

4.0-4.8 11,000-19,000

150-220 140-200 4.5 Slow – burning

Cellulose acetate butyrate

1.18-1.20 5,000-6,000 5,600-6,700

1.2-1.4 5,300-7,100

171-184t . . . . . . . . . . .. .

6-9 Slow – burning

Chlorinated polyether (peton)

1.4 6,000 5,000 1.3 9,000 285t 250-275 6.6 Self – Extinguishing

TFE fluorocarbon

2.14-2.20

2,000-5,000

. . . .. . . .

. . . . . .. . . ..

1,700

250t

550

6.0

Nonburning

FEP fluorocarbon 2.12-2.17 2,700-3,100 . . . . . . … . . . .

. . . . . . . . . .

2,200 215t 400 5-6 Nonburning

PFA fluorocarbon 2.12-2.17 4,300t . . . .. . . . . . . .

1.0t . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 6.71 Nonburning

CTFE fluorocarbon (kel-F).

2.1-2.2 4,500-6,000 7,400-9,300

. . . . . . . . . .

4,600-7,400

265t 360-390 2.5-1.0 Nonburning

PVF fluorocarbon (kynar).

1.75-1.78 5,500-7,400 . . . . . . . . . . . .

2.0 8,600 195t 300 4.5-5.0 Self – Extinguishing

Nylon 6.6 1.14 12,000 . . . . . . . . . . . .

4.1 4,900 470t 275-300 5.5 Self – Extinguishing

Polycarbonate 1.20 9,500 13,500 3.4 12,500 280-290t 250 3.8 Self – Extinguishing

Polyethylene: LPDE. .

0.910-0.925

600-2,300

. . . . . . . . . . . .

0.80-0.60

. . . . . . . . . . . .

100-121

186

8.9-11.0

Very

MDPE. 0.926-0.940

1,200-3,500 4,800-7,000

0.60-1.15

. . . .. . . . . . . . .

120-155 220 8.5-16.0 Slow –

HDPE . 0.941-0.965

3,100-5,500 . . . . . . . . .. . . .

1.0-2.6 3,600 144-190 250 10.0-13.0 Burning

Polymides . 1.43 10,000 15,000 4.5 25,000 . . . . . . . . . . .

500 . . . . . . . . . . . . .

Nonburning

Polyphenylene oxide .

1.06 9,600 13,500 4.0 16,400 300¶ 190-220 3.3 Self – Extinguishing

Polyphenylene sulphide .

1.34 10,800 20,000 6.0 16,000 280¶ 500 3.0 Nonburning

Polyphenylene . 0.900 4,800-5,500 6,000-7,000

1.7-2.5 5,500-6,500

200 230 3.8-5.8 Slow – burning

Polystyrene (GP grade)

1.04-1.09 5,000-12,000 8,000-14,000

4.0-4.7 11,000-16,000

220 max¶ 150-170 10.8-14.0 Fast – burning

Polysulfone . 1.24 10,200 15,400 3.9 13,900 358 345 3.1 Self – Extinguishing

Type II 1.35 6,000 12,000 3.5 . . . . . . . . . . ..

155 140 5.0 Very – Slow – Burning

Chlorinated polyvinyl chloride

(CPVC)

1.50 8,000 16,000 4.0 17,000 234¶ 230 12.0 Nonburning

Vinyl chloride-vinylidene chloride copolymer (saran )

1.68 4,200 5,000 0.75 2,500 140 180 8.8 Self – Extinguishing

19

Parcialmente cristalinos: Presentan un aspecto opaco lechoso, no son nunca

transparentes. Presentan regiones amorfas y regiones cristalinas, que tienen un elevado

grado de ordenación dentro de la molécula. Las cadenas moleculares que los componen

son lineales.

3.2 TERMOESTABLES

Están reticulados en todas las direcciones. Cadenas moleculares fuertemente reticuladas.

Las moléculas están unidas entre sí como en una retícula. Son infusibles y por ello muy

resistentes a las altas temperaturas. No pueden ser disueltos y muy raramente se

hinchan, por causa de la fuerte reticulación a temperatura ambiente son duros y rígidos,

pero frágiles y frente a los termoplásticos, tienden a reblandecerse mucho menos por la

acción del calor. Las tomas de corriente por ejemplo se fabrican con termoestables.

3.3 ELASTÓMEROS

(Elastos = muelle, meros = parte). Cadenas moleculares débilmente reticuladas. Son

infusibles e insolubles, pero pueden hincharse, puesto que existen pocos puntos de

entrecruzamiento entre cadenas moleculares y las moléculas pequeñas como el agua,

pueden introducirse entre sus moléculas. Están reticulados en menor extensión y por

ello se encuentran a temperatura ambiente en estado gomoelástico. Un ejemplo, los

neumáticos o las gomas.

20

4. CLASIFICACION SEGÚN SU COMPOSICION

Homopolímero: Cuando todas las unidades del monómero son idénticas.

Copolimero: Si en su formación interviene más de una clase de monómero, la

disposición de los monómeros puede ser variable.

4.1. APLICACIONES MÁS COMUNES DE LOS PLASTICOS

Polietileno: Film de embalaje y protección, botellas, tuberías, recipientes de transporte,

accesorios eléctricos, tapas, tableros, construcción de aparatos químicos.

Polipropileno: Carcasas de aparatos, piezas de lavadoras, instalaciones eléctricas,

tuberías, tableros, construcción de máquinas.

Polimetacrilato de metilo: Acristalamientos, tulipas traseras, piezas sanitarias, rótulos,

lentes, instrumentos de dibujo, cúpulas.

Resinas fenol-formaldehido: Varillas de palanca de cambio, piezas de interruptores,

ceniceros de automóvil, calderos, planchas, ollas y sartenes, así como portalámparas.

Poliésteres insaturados: Reforzados con fibras de vidrio, se emplean en construcción

de barcos, automóviles, carcasas de máquinas.

Policarbonato: Carcasas de aparatos domésticos y de oficina, visores, CD, carcasas de

cámaras, luces señalizadoras.

Poliamidas: Ruedas dentadas, cojinetes, carcasas de aparatos eléctricos, tacos.

Poliuretano: Tacones, rodillos rodamientos, discos de embrague.

21

Espumas de poliuretano: Espumas para amortiguación y acolchamiento de muebles,

edificios, revestimientos.

Resinas epoxicas: Casi todas las resinas epóxicas comerciales se hacen a partir del

bisfenol A (obtenido a partir del fenol y la acetona), y la epiclorhidrina (producida a

partir del alcohol alílico). Sus propiedades más importantes son: alta resistencia a

temperaturas hasta de 500°C, elevada adherencia a superficies metálicas y excelente

resistencia a los productos químicos. Se usan principalmente en recubrimientos de latas,

tambores, superficies de acabado de aparatos y como adhesivo.

22

5. LA MAQUINA DE INYECCIÓN

En la industria con una máquina inyectora se trasforman plásticos produciendo piezas

para uso industrial o doméstico, con esta se pueden procesar materiales como,

termoplásticos, duro plásticos, elastómeros.

Para un mejor entendimiento de lo que es la máquina inyectora, la debemos de separar

por sus componentes principales, así se comprenderá mejor cada una de sus partes y su

funcionamiento, las presiones de inyección dependen del tamaño de la máquina, esta es

de acuerdo a nuestra necesidad de producción.

Figura 1. Máquina de inyección de plásticos

Fuente: Curso parcial de moldes [en línea].México: inyección de plásticos, 2001.

[Consultado 14 de febrero, 2005]. Disponible en Internet: http://

www.geocities.com/

Las máquinas inyectoras tienen cuatro componentes principales:

• La unidad de cierre.

23

• Unidad de inyección.

• La bancada.

• Unidad de control.

5.1. LA UNIDAD DE CIERRE

Es principalmente el lugar donde vamos a poner el molde. Una unidad de cierre por

muy grande que sea solo tendrá un 10% de su fuerza de cierre para ejercer la apertura.

Existen pues dos tipos de cierre más conocidos y son el de rodillera y el de tipos

hidráulicos, aunque el de la rodillera se mueve con un pequeño cilindro hidráulico, se le

considera cierre tipo mecánico de rodillera.

La función principal de la unidad de cierre es la de abrir y cerrar el molde también su

función es la de mantenerlo cerrado durante la inyección.

5.1.1 El tipo de cierre por rodillera: El funcionamiento es muy sencillo, las palancas

logran desplazamientos del molde muy rápidos y dan un estiramiento de las columnas

logrando de esta manera el tonelaje de cierre deseado midiendo el alargamiento de las

columnas (entre 50 y 70 milésimas de pulgada).

24

5.1.2 El tipo de cierre hidráulico

Tiene la bondad de que la fuerza de cierre puede leerse directamente del manómetro su

velocidad al ser muy alta requiere de mayor consumo de energía esto las está poniendo

en desventaja en un mundo competido y de ahorro de recursos.

Figura 2. La unidad de cierre



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25

6. LA UNIDAD DE INYECCIÓN

Nos permite introducir el material plástico al interior del molde. La presión de

inyección permanecerá más o menos constante mientras que la velocidad de inyección

aumentará con el tamaño de la máquina. El motor hidráulico es el que ayuda a mover al

husillo durante la recarga de material la velocidad se mide en vueltas por minuto este

sólo gira para cargar y no al momento de la inyección, el motor hidráulico al hacer girar

al husillo, aporta mucho calor al plástico por fricción.

Figura 3. La unidad de inyección



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26

7. EL CAÑÓN O BARRIL

Lleva en su interior al husillo, en el exterior se instalan las resistencias y los termopares,

estos últimos miden la temperatura del cañón, para medir la temperatura de la masa es

necesario purgar la maquina y medir su temperatura directamente del material escurrido;

Este nos da la superficie de apoyo para que el material se desplace hacia delante,

también se le incorpora el sistema de calefacción y termopares que aportan y regulan la

temperatura necesaria para el arranque.

Existen tres tipos de recubrimientos para trabajar los plásticos:

Recubrimiento al desgaste (fibra de vidrio)

Recubrimiento para la oxidación (PVC)

Recubrimiento para usos generales

Figura 4. El cañón o barril



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27

8. El HUSILLO

El husillo tiene dos usos y tres funciones

Hacia adelante: trabaja como el émbolo de una jeringa llena y compacta el plástico en

la cavidad.

Hacia atrás gira: transporta el plástico hacia adelante, lo compacta para quitarle el aire

y por último lo homogeniza o si usa pigmento dispersará uniformemente el color

Figura 5. El husillo y sus componentes



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Al husillo se le pretende dividir en tres zonas:

Traslado, compactado y homogenizado.

28

Es mejor decir que el husillo traslada el material de la tolva a la cámara de dosificación

y en ese traslado lo compacta con el fin de quitar gases al mismo tiempo y sobre todo en

la zona más estrecha lo homogeniza en temperatura y si hay pigmento, este se dispersa.

Figura 6. El husillo y sus diferentes zonas



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Otros conceptos importantes del husillo es la relación de compresión y la relación

longitud diámetro.

29

9. LA BASE O BANCADA

Ahí encontramos la instalación hidráulica, en ella se instalan las guías para la prensa de

cierre y para alinear la unidad de inyección, esta nos da la altura a la que deseamos la

máquina por eso en máquinas grandes la bancada puede desaparecer depende de que sea

más fácil si construir una trinchera o hacer una plataforma para retirar el producto.

Figura 7. La base o bancada



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30

10. LA UNIDAD DE CONTROL

Esta unidad en las máquinas inyectores modernas es fácil de manejar ya que todas

vienen manejadas por computadoras, lo único que se tiene que hacer es meterle ciertos

parámetros de funcionamiento como son los valores mínimos y los valores máximos a

los que se puede variar la máquina.

Figura 8. La unidad de control de la máquina de inyección



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31

11. EL MOLDE DE INYECCION PLASTICOS

El molde se puede definir como una cavidad que da forma a una sustancia fluida o

maleable, también podemos decir que es un conjunto de mecanismos provisto de una

cavidad que da forma con ayuda de presión y calor a un fluido generalmente plástico o

metales de fundición.

Cuando vamos a diseñar un molde de inyección lo primero que tenemos que analizar es

el peso de la pieza y tamaño de la misma, también su diseño para decidir como deben

situarse las cavidades del molde, cuantas cavidades debe de tenerle el molde donde

deben colocarse las entradas a las cavidades, como hay que colocar los elementos de

extracción, como deben ir los planos de partición de la cavidad o cavidades, si vamos a

utilizar inserciones metálicas, presencia de roscas, taladros o resaltes, etc. También

tenemos que tener en cuenta el tipo de material que vamos a emplear, las características

de contracción, flujo, abrasión y necesidades de enfriamiento o calentamiento del

polímero estos datos nos sirven para proyectar el diseño del molde.

11.1 FUNCIONES BASICAS DEL MOLDE DE INYECCIÓN.

• Recibir la masa plástica.

• Distribuirla.

• Darle forma.

• Enfriarla.

32

• Separarla al estado sólido.

• Extraer la pieza.

11.2 DESCRIPCIÓN Y FUNCION DE LAS PARTES DEL MOLDE DE

INYECCION

Anillo centrador: Es una especie de rondana plana y se atornilla a la placa de fijación

superior, su función es centrar el molde con respecto a la boquilla de inyección de la

maquina.

Bebedero: Es un canal que pone en comunicación la boquilla de inyección con los

canales de alimentación del molde.

Placa de fijación superior: Es la base donde se colocara la placa porta cavidades, las

cavidades, el anillo centrador y el bebedero.

Placa de cavidades: Es la placa del molde en donde irán colocadas las cavidades.

Cavidades: Son la parte negativa de un molde y son los responsables de dar la forma

interna de una pieza.

33

Placa de corazones: Es la placa del molde en donde se colocara a los corazones.

Placa soporte: Esta placa ayuda a soportar los esfuerzos generados durante el moldeo y

servir como una base para mantener perfectamente firmes los expulsores

Placa portaexpulsores: En esta placa se portan los expulsores y el extractor de colada.

Recuperadores: Son cuatro pernos complementados por un resorte, sirven como guía

para las dos placas por donde pasa, pero su función principal es dirigir el accionar de los

resortes que tienen colocados.

Extractor de colada: Tiene la forma igual a la de un expulsor, su función es extraer la

colada y lograr golpeando en el punto exacto por donde entra el material al molde.

Botadores o expulsores: Son simples pernos de acero de largo y diámetro diverso, su

función es extraer la pieza moldeada.

34

Figura 9. Se ilustra las diferentes partes del molde y su ubicación en el



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11.3 CLASIFICACIÓN DE LOS MOLDES

Usted puede clasificar los moldes de variadas formas.

Por su tamaño:

• grandes.

• pequeños.

Tipo de colada:

• colada en frió.

35

• colada caliente.

Por número de cavidades:

• de una sola cavidad

• de múltiples cavidades

Por la forma de trabajar:

• manuales.

• semiautomáticos.

• automáticos.

Por el tipo de construcción:

• de dos mitades o platos.

• de tres placas.

• sin sobrantes.

36

11.3.1 Clasificación por el número de cavidades: El molde de inyección se compone

de un conjunto de piezas dentro de las cuales hay una cavidad en la que el

polímero se inyecta y enfría, esta cavidad recibe el nombre de cavidad de molde

y su forma se ajusta exactamente con la de la pieza que se desea moldear,

generalmente esta cavidad se forma con dos piezas o mitades del molde, una

mitad macho y la otra hembra la mitad macho recibe el nombre de núcleo y la

mitad hembra como cavidad estas dos partes están montados en dos platos que

llevan los elementos necesarios para la alineación y centrado de las dos mitades

para su fijación a los platos de la prensa y para la refrigeración y extracción de

las piezas moldeadas, un molde de inyección puede tener una o mas cavidades

de moldeo para que el material que sale de la tobera de la maquina pueda fluir

hasta las cavidades de molde se necesita un sistema de canales que ponga en

comunicación las cavidades con la tobera este sistema está constituido por una

pieza de entrada llamada bebedero sobre la que se apoya la tobera de la máquina,

a través del taladro del bebedero el material es distribuido por todos los canales

de alimentación del molde y allí se distribuye el flujo del polímero hacia todas

las cavidades del molde; si el molde tiene una sola cavidad la tobera puede

conectar con la cavidad directamente a través del bebedero.

11.3.2 Clasificación por el tipo de construcción: En la figura 10 se observa un molde

de dos placas o dos mitades; Una movible y otra fija.

37

Figura 10. Molde de dos placas



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11.4 EL MOLDE DE TRES PLACAS

En este molde se obtiene el producto en un nivel y la colada por separado en otro

nivel. Se tiene la ventaja de un llenado parejo a todas las cavidades. Nótese en la figura

11 que la nariz o boquilla se "mete" al interior del molde procurando que no salga nada

de colada, el canal de llenado es del tipo trapezoide con lo que se facilita su caída.

38

Figura 11. Molde de inyección de tres placas abierto



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El molde sin sobrantes tiene muchas variables y su objetivo es el de inyectar solo partes

útiles, este tipo de moldes debemos de tender a fabricar ya que desde el punto de vista

ecológico no existe desperdicio de energía ya que no se calienta plástico de más, no

tenemos que enfriar coladas, no tenemos nada que moler, etc.

Su limitación es el desconocimiento de la tecnología de la colada caliente. La inversión

inicial se alta. ( Colada Caliente)

El molde sin sobrantes y sin resistencias se le conoce como "colada aislada". Es ideal

para producciones en series altas, para ciclos de no más de 20 segundos y de masa a

inyectar por cavidad de no menos de 8 gramos.

El tiempo de arranque es menor (de 5 a 10 minutos) que el de colada caliente dado que

no hay que esperar a que se caliente el molde.

39

Figura 12. Molde sin sobrantes, inyección de material



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40

12. REQUERIMIENTOS DE LOS MOLDES DE INYECCIÓN

Los moldes de inyección de plásticos convencionales tienen los siguientes

requerimientos:

• Resistencia al desgaste.

• Dureza.

• Bajo coeficiente de fricción.

• Resistencia corrosión, resistencia mecánica.

• Conductividad térmica.

En esta investigación se busca un material polimérico que reemplace las placas de la

cavidad ya que esta parte del molde es la mas costosa de fabricar, una opción es

fabricarla en resina epóxica este es un material polimérico de bajo costo, fácil

manipulación y presenta propiedades mecánicas que pueden servir para esta aplicación.

Por lo tanto los resultados de las pruebas que se hicieron son un parámetro fundamental

para el diseñador de moldes.

41

13. REFRIGERACION DEL MOLDE EN EL PROCESO DE INYECCION

En el diseño de la refrigeración de un molde de inyección es de importancia para dar

óptimos resultados ya que la inyección de plásticos es un proceso térmico y como tal

tiene dos funciones prioritarias:

Moldear el material inyectado.

Eliminar el calor aportado por el material fundido para que este solidifique.

El molde, además de moldear, enfría el material procedente del plastificador de la

máquina de inyección, actuando de intercambiador térmico, cuya eficacia depende el

tiempo de ciclo de fabricación de la pieza y como consecuencia el costo de esta. El

sistema de enfriamiento del molde debe realizarse de forma que permita un enfriamiento

óptimo de la pieza definiendo los sistemas y mecanismos de expulsión adecuados que

permitan mantener una circulación de refrigerante de la pieza en el menor ciclo de

inyección posible.

13.1 DEFINICIÓN DEL CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN

La definición del circuito de refrigeración se realiza siguiendo las pautas que se detallan

a continuación:

• Circuitos ajustados a la geometría de pieza.

• La misma superficie de refrigeración en cavidad que en punzón.

42

• División de circuitos en las zonas donde se prevean problemas de llenado, líneas

de unión, etc.

• Equilibrado térmico de los circuitos.

• Dimensionado adecuado en función del tamaño y del espesor de la pieza.

Para comprender más a fondo las anteriores pautas es necesario tener claro los

conceptos termodinámicos básicos.

Se define el calor como la energía acumulada por un material cuando este aumenta de

temperatura o bien como la energía liberada por un material cuando este disminuye de

temperatura. El calor puede ser absorbido o liberado en este caso el calor es absorbido

por el material plástico en la cámara de plastificación y el husillo, donde es calentado

por las resistencias de calefacción y por fricción. El calor es liberado al molde durante

la refrigeración. Este calor liberado debe ser absorbido mediante el circuito de

refrigeración ya que en caso contrario, el molde incrementaría su temperatura a cada

ciclo y no tendríamos un proceso estable.

La capacidad calórica: se define como un proceso de calor acumulado o cedido por

una masa determinada de material.

La capacidad calórica es proporcional a la masa, al calor específico y a la variación de

temperatura del material.

Q=mce (tf-ti)

Q=cantidad de calor

Ce= calor especifico

43

t=temperatura

El calor específico: es la cantidad de calor que puede ceder o acumular un material por

unidad de peso y grado. El calor especifico en el molde plástico, metal, fluido

refrigerante es muy distinto por lo tanto la influencia en el proceso de cada una de ellos

es diferente

Para este caso la transmisión de calor se realiza por conducción que es el paso del calor

a través de un cuerpo, de molécula a molécula, sin desplazamiento visible de sus

partículas.

13.2 ECUACION GENERAL DE CONDUCCION

La ecuación básica de fourier dice que la intensidad de paso de calor es proporcional al

área de sección normal y al gradiente de temperaturas con un factor de proporcionalidad

que se denomina conductividad calórica y se define como la cantidad de de calor que

permite pasar a su través un material por unidad de longitud, tiempo y grado y es

especifica de cada material.

Para nuestro caso suponemos que el sistema se encuentra en estado estacionario por lo

que la ecuación que lo regirá será:

Q=-KA (tf-ti)/x

Q=cantidad de calor trasmitido por conducción

K=conductividad calórica

T= temperatura

X=espesor del material

44

Analizando la ecuación anterior podemos decir que a mayor superficie de intercambio y

menor espesor mayor transmisión de calor.

En el caso de moldes de inyección este actúa como un intercambiador de calor para

permitir la eliminación del calor transmitido por el plástico al molde mediante el

circuito de refrigeración y refrigerante.

Un intercambiador de calor como un dispositivo empleado para el calentamiento o

enfriamiento, o sea regula el intercambio de calor es el balance energético donde se

define que el calor ganado por el fluido que enfría es igual al calor perdido por el

material en este caso el circuito de refrigeración actúa como intercambiador y la

finalidad es mantener la temperatura del molde constante.

13.3 TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN.

Cuando en un cuerpo existe un gradiente de temperatura, la experiencia muestra que hay

una transferencia de energía desde la región de alta temperatura hacia la región de baja

temperatura. Se dice que la energía se ha transferido por conducción y que el flujo de

calor por unidad de área es proporcional al gradiente normal de temperatura:

x

T

A

q

∂∂≈

Cuando se introduce una constante de proporcionalidad, queda que:

x

TkAq

∂∂−=

45

Donde q es el flujo de calor y ∂T/∂x es el gradiente de temperatura en la dirección del

flujo de calor. La constante positiva k se llama conductividad térmica del material y se

ha puesto el signo menos para satisfacer el segundo principio de la termodinámica, el

cual dice que, el calor debe fluir hacia la temperatura decreciente. Ahora, la anterior

ecuación recibe el nombre de ley de Fourier de la conducción de calor, en honor al

físico – matemático Joseph Fourier.

13.4 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

La anterior ecuación es la que define la conductividad térmica. Basándose en esta

definición pueden realizarse medidas experimentales para determinar la conductividad

térmica de diferentes materiales. Para gases a temperaturas moderadamente bajas,

pueden utilizarse los tratamientos analíticos de la teoría cinética de los gases para

predecir con precisión los valores observados experimentalmente.

En conclusión, podemos decir que la conductividad térmica es una propiedad de los

materiales; en el caso de los gases a bajas temperaturas no es posible predecir esta

propiedad analíticamente. La información que se tiene sobre la conductividad térmica

de los materiales esta basada en medidas experimentales. Debido a esto, se ha llegado a

la conclusión de que la conductividad térmica de un material varía con la temperatura,

pero en muchas situaciones prácticas un valor constante basado en la temperatura media

del sistema dará resultados satisfactorios.

La transferencia de calor por conducción es un mecanismo mediante el cual se transfiere

calor entre dos cuerpos, o entre dos partes del mismo debido a la interacción molecular

entre las moléculas de mayor nivel de energía (mayor temperatura) y las moléculas de

menor nivel de energía (menor temperatura).

46

14. ENSAYO DE TRACCIÓN

El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada

realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se

produce la rotura de la probeta.

En un ensayo de tracción, pueden determinarse diversas características del material:

Límite de proporcionalidad: valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento

es proporcional a la carga aplicada.

Módulo de elasticidad: o de Young que cuantifica la proporcionalidad anterior.

Límite de fluencia o límite elástico aparente: Valor de la tensión que soporta la

probeta en el momento de producirse el fenómeno de la cedencia o fluencia. Este

fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y

plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento

apreciable de la carga aplicada.

Límite elástico convencional o práctico: Valor de la tensión a la que se produce un

alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro

empleado.

Carga de rotura o resistencia a la tracción: carga máxima resistida por la probeta

dividida por la sección inicial de la probeta.

Alargamiento de rotura: Incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide

entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento.

47

Estricción: Es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.

Figura 13. Dimensiones de la probeta plana

Figura 14. Dimensiones de la probeta cilíndrica

En las anteriores figuras se muestran las diferentes dimensiones de las probetas, estas

son basadas en la norma ASTM D638 para ensayos de tracción en plásticos

48

15. TIPOS DE ESCALAS PARA MEDIR LA DUREZA EN LOS DIFERENTES

MATERIALES

Dureza short: esta escala de dureza se utiliza para materiales plásticos blandos.

Dureza brinell: Emplea como punta una bola de acero. Para materiales duros, es poco

exacta.

Dureza Rockwell: Se utiliza como punta un cono de diamante (en algunos casos bola

de acero). Es la más extendida, ya que la dureza se obtiene por medición directa y es

apto para todo tipo de materiales. Se suele considerar un ensayo no destructivo por el

pequeño tamaño de la huella.

Existe una variante del ensayo, llamada Rockwell superficial, para la caracterización de

piezas muy delgadas, como cuchillas de afeitar o capas de materiales que han recibido

algún tratamiento de endurecimiento superficial.

Dureza vickers: Emplea como penetrador un diamante con forma de pirámide

cuadrangular. Para materiales blandos, los valores Vickers coinciden con los de la

escala Brinell.

49

16. MATERIALES UTILIZADOS EN LA FABRICACION DE MOLDES

16.1 ACEROS PARA FABRICACION DE MOLDES DE INYECCION DE

PLASTICOS

16.2 STAVAX ESR

Acero inoxidable para moldes.

Generalidades

STAVAX ESR es un acero inoxidable para herramientas, aleado al cromo, dotado de

las siguientes propiedades:

Buena resistencia a la corrosión.

Buena pulibilidad.

Buena resistencia al desgaste.

Buena mecanibilidad.

Buena estabilidad en el temple.

50

Combinadas estas propiedades reportan al acero unas excepcionales prestaciones en la

producción. Los beneficios prácticos de una buena resistencia a la corrosión en un

molde para plásticos pueden resumirse como:

Menor costo de mantenimiento del molde, las superficies de las impresiones con

cavidades mantienen su acabado original durante largos períodos de producción, los

moldes conservados en lugares húmedos no requieren protección especial.

Menor costo de producción. Debido a que los canales para la refrigeración no pueden

oxidarse (a diferencia de los aceros convencionales para moldes), las características de

transferencia térmica y, por tanto, de eficiencia en la refrigeración son constantes en

toda la vida de servicio del molde, lo cual nos garantiza unos ciclo de fabricación

estables.

Nota: STAVAX se fabrica empleando la técnica de electro afinado de escoria (ESR),

que proporciona una micro estructura extremadamente fina uniforme.

Tabla 2. Análisis en porcentaje de los componentes del acero STAVAX

Análisis típico % C 0.38 Si 0.9 Mn 0.5 Cr 13.6 V 0.3

Normas equivalentes (AISI 420)(W.-Nr. 1.2083)

Estado de suministro Recocido blando hasta apox. 200 Brinell

Código de color Naranja/negro

Aplicaciones

STAVAX se recomienda para todo tipo de moldeo, aunque sus propiedades especiales

lo hacen particularmente adecuado para moldes que deban reunir los siguientes

requisitos:

51

Resistencia a la corrosión/manchas, es decir, para moldeado de materiales corrosivos,

por ejemplo PVC, acetatos, y para moldes expuestos a condiciones de trabajo,

almacenamiento húmedo.

Resistencia al desgaste, es decir, para moldeado de materiales abrasivos con cargas,

incluyendo materiales termoendurecibles moldeados por inyección. Asimismo para

moldes con series de producción excepcionalmente largas, como componentes

eléctricos, electrónicos, cubertería y frascos de un solo uso.

Acabado superficial de gran calidad, es decir, para la producción de piezas ópticas como

lentes de cámaras fotográficas y cristales de gafas de sol, para artículos médicos, por

ejemplo, jeringas y frascos de análisis.

Tabla 3. Dureza HRC recomendada para la escogencia del acero según el tipo de molde

Tipo de molde Dureza recomendada HRC

Moldes de inyección para:

Materiales termoplásticos

Materiales termoendurecibles

45-54

45-54

Moldes de compresión, transferencia 50-54

Moldes de soplado para PVC, PET, etc. 45-54

Moldes de extrusión, extrusión horizontal para varillas

y perfiles

45-54

Propiedades

Características físicas

Templado y revenido a 50 HRC

52

Tabla 4. Propiedades físicas del acero stavax

Temperatura 20 °C 200 °C 400 °C

Densidad Kg/m³ 7800 7750 7700

Modulo de elasticidad

N/mm²

Kp/mm²

200000

20400

1900000

19400

180000

18300

Coeficiente de dilatación térmica

por C a patir de 20 °C

-----------------

11.0*106−

11.4*106−

Conductividad térmica W/m °C 16 20 24

Calor específico J/Kg °C 460 ----------------- ------------------

En la anterior tabla de análisis se da la densidad, el módulo de elasticidad, coeficiente

de dilatación térmica, conductividad térmica y calor específico a 20 °C, 200 °C, 400 °C,

es de anotar que en este análisis las propiedades no presentan grandes cambios al variar

la temperatura.

Resistencia a la tracción a temperatura ambiente

Todas las muestras se tomaron de una barra (en la dirección de laminación) de 25 mm

de diámetro. Templada en aceite 1025 ±10°C y revenida dos veces a la dureza indicada.

53

Tabla 5. Resistencia a la tracción según la dureza.

Dureza 55 HRC 50 HRC 45 HRC

Resistencia a la tracción Rm

N/mm²

Kp/mm²

2050

210

1780

180

1420

145

Limite aparente de elasticidad Rp0.2

N/mm²

Kp/mm²

1610

165

1460

150

1280

130

16.3 CALMAX

Acero para moldes de plástico y trabajo en frío.

Generalidades:

Calmax es un acero aleado al cromo-molibdeno-vanadio que se caracteriza por:

Alta tenacidad.

Buena resistencia al desgaste.

Buenas propiedades de temple.

Buena estabilidad dimensional durante el temple.

54

Buena pulibilidad.

Buena capacidad de soldadura.

Buena aptitud de temple a la llama y por inducción.

Tabla 6. Análisis en porcentaje de los componentes del acero calmax

Análisis típico % C

0.6

Si 0.35 Mn

0.8

Cr

4.5

Mo

0.5

V

0.2

Estado de suministro recocido blando aprox. a 200 HB

Código de color Blanco/violeta

Aplicaciones

Este acero es adecuado para aplicaciones de plástico y trabajo en frío.

Moldes para largas series.

Moldes para plásticos reforzados.

Moldes para moldeado por compresión.

Propiedades

Características físicas

55

Tabla 7. Características físicas del acero calmax

Temperatura 20 °C 200 °C 400 °C

Densidad Kg/m³ 7770 7720 7650

Modulo de elasticidad N/mm² 194000 188000 178000

Coeficiente de expansión térmica por °C

a partir de 20 °C

-100 °C

11.7*106−

-200 °C

12.0*106−

-400 °C

13.0*106−

Conductividad térmica W/M °C -------------- 27 32

Calor específico J/Kg °C 455 525 608

16.4 BOEHLER M238 ECOPLUS

Tipo de aleación %

Tabla 8. Porcentaje de la aleación del acero M238

C 0.38 Si 0.30 Mn 1.50 Cr 2.00 Mo 0.20 Ni 1.10

Propiedades

Acero prebonificado para moldes plásticos.

El contenido de Ni garantiza una resistencia uniforme hasta el núcleo también grandes

dimensiones.

Se suministra con una buena maquinabilidad.

56

Moldes para la transformación de materiales plásticos, armazones de moldes para las

industrias de plásticos, y para piezas en la construcción de maquinaria y útiles en

general.

Propiedades físicas

Tabla 9. Propiedades físicas del acero M238

Densidad g/cm³ 7.85

Modulo de elasticidad 10³N/mm² 210.0

Conductividad térmica W/(m°K) 33.0

Resistencia eléctrica especifica Ωmm²/m 0.19

Calor especifico J(Kg°K) 460

16.5 ACERO MARTENSITICO BOEHLER M300

Para construcción mecánica y moldes para construcción para PVC- Bonificado

Tipo de aleación %

Tabla 10. Porcentaje de aleación del acero M300

C 0.38 Si 0.40 Mn 0.65 Cr 16.00 Mo 1.00 Ni 0.80

Propiedades

Acero inoxidable martensitico al cromo. Gracias a su contenido de carbono puede ser

bonificado a alta resistencia. Por su alto contenido de cromo y la adición de molibdeno

ofrece buena resistencia al ataque de medios como el agua de mar, ácidos orgánicos y

57

acido nítrico. Altamente resistente contra la corrosión íntercristalina. Buenas

propiedades de resistencia al calor. Magnifica resistencia al desgaste. Superficie de

trabajo exigible: rectificado fino y pulido.

Aplicaciones

En la construcción de máquinas, máquinas navales y valvulería. En partes y piezas para

bombas y sellamientos. Instrumentos de medicina, cortantes y no cortantes. Barras y

ejes de bombas. En moldes para plásticos químicamente agresivos y/o inclusiones

abrasivas.


Tabla 11. Propiedades físicas (a temperatura ambiente) del acero M300

Densidad g/cm3 7.7

Conductividad térmica W/(m°k) 15

Resistencia eléctrica especifica Ωmm²/m 0.80

Calor específico J/Kg °C 430

Magnetismo Existe

58

16.6 ALUMINIO DE ALTA RESISTENCIA

UHB prodax

Es una aleación de aluminio de alta resistencia, laminado en caliente. Las láminas son

sometidas a una operación especial de estiramiento en frío para el máximo alivio de

tensiones.

Características

Excelente mecanizado, altas velocidades de corte, menor costo herramental. Su bajo

peso (aproximadamente es la tercera parte del peso acero), su baja inercia hace posible

acelerar el tiempo de cierre y apertura de los moldes.

Alta conductividad térmica, se reduce el tiempo de los ciclos y se pueden utilizar

sistemas de enfriamiento menos complicados.

Buena resistencia a la corrosión, buena resistencia contra todos los plásticos utilizados

habitualmente.

Apropiado para tratamientos superficiales, es adecuado para realizar anodinado duro,

cromado duro o niquelado, para incrementar su dureza, resistencia al desgaste

resistencia a la corrosión.

Este aluminio se utiliza en series cortas o medianas que este expuesto a presiones altas o

plásticos abrasivos.

59


Tabla 12. Propiedades físicas del aluminio UHB prodax

Densidad Kg/m3 2.830

Modulo de elasticidad N/mm2 71.500

Conductividad térmica W/m°C 165

Calor específico J/Kg°C 890

Tabla 13. Propiedades mecánicas del aluminio UHB prodax según el espesor de la

placa, o si es redondo el diámetro

Placas (espesor)

mm.

Resistencia a la tracción

N/mm2

Limite de fluencia

N/mm2

50 575 525

100 570 520

150 560 510

200 560 510

Barras redondas

(diámetro)mm

40 680 630

100 620 620

60

17. RESINAS EPOXICAS

17.1 RESINA EPOXICA R-1257

ENDURECEDOR E- 648

Sistema epóxico de alta viscosidad en base a una resina epóxica bisfenol A y a un

endurecedor tipo amina aromática modificada.

Aplicaciones

Sistema usado para capas de superficie en moldes en donde se requiera alta resistencia a

la temperatura y buena conductividad térmica, como por ejemplo en moldes de

inyección y soplado.

Características

Tabla 14. Características de la resina epóxica R-1257 preparada con endurecedor

E- 64

RESINA ENDURECEDOR

Viscosidad a 25 C 500 – 1200 P 10 – 15 P

Color Negro rojizo

Proporciones 100 P. P. 12 P. P.

Tiempo de gelificado 40 – 50 mínimo a 25 °C

Curado mínimo 6 horas a 60 a.C.+10 horas

a 120 a.C.

61

Propiedades

Tabla 15. Propiedades de la resina epóxica después de poscurado a 120°C

Temperatura de deflexión: 160 – 170 °C

Dureza shore D: 70 - 80

Conductividad térmica: 0.9 Kcal. /m. h. °K

Presentación

El envase original de la resina es de 2 Kg y el del endurecedor es de 3.5 Kg y pueden

conservar por 12 meses manteniendo los productos entre 18 - 23 C en lugares secos y

teniendo bien cerrados los recipientes.

17.2. RESINAS EPOXICAS CIBA-GEIGY

17.2.1. Araldit CW 216

Endurecedor HY 216

Aplicaciones: fabricación de moldes para termoformado y moldes para PUR y moldes

para inyección de termoplásticos y proceso RIM.

Proceso: vaciado directo o vaciado frontal.

Distintivos: desmoldeo a temperatura ambiente, precura a temperatura ambiente, los

vaciados no presentan encogimiento, alta resistencia mecánica, resiste temperaturas

hasta de 130 °C

62

Características

Tabla 16. Características técnicas de la resina Araldit CW 216

Araldit CW 216 Endurecedor HY 216

Apariencia Líquido gris viscoso Líquido rojo violeta

Viscosidad 70.000-115.000 mPas 500-900 mPas

Densidad 1.8-1.9 g/cm³ 0.9-1.0 g/cm³

Proporciones de mezcla: Araldit CW 216 100 gr.

Endurecedor HY 216 11 gr.

Propiedades

Tabla 17. Propiedades de la resina Araldit CW 216 después del poscurado

Densidad g/cm³ 1.8

Esfuerzo de compresión ISO 604 N/mm² 130-140

Esfuerzo de flexión ISO 178 N/mm² 80-90

Esfuerzo de impacto ISO 179 N/mm² 5-7

Conductividad térmica DIN 52612 W/m.K 0.65

Resistencia a la temperatura ISO 75 °C 120-125

63

17.2.2. Araldit CW 2217

Endurecedor HY 217

Aplicaciones: fabricación de moldes para termoformado de lámina gruesa y moldes de

inyección de termoplásticos y termoestables.

Proceso: con pincel y vaciado directo.

Distintivos: baja reactividad y larga vida útil, los vaciados no presentan encogimiento,

fácil de mecanizar, alta resistencia mecánica, resiste temperaturas de 160 °C.

Características

Tabla 18. Características técnicas de la resina Araldit CW 2217

Araldit CW 2217 Endurecedor HY 217

Apariencia Pasta gris Liquido pardo oscuro

Viscosidad 200.000-500.000mPas 1200-1800 mPas

Densidad 1.75-1.85gr/cm³ 0.9-1.0 gr/cm³

Proporción de mezcla: Araldit CW 2217 100gr.

Endurecedor HY 217 12gr.

64

Propiedades

Tabla 19. Propiedades de la resina Araldit CW 2217 después del poscurado

Densidad g/cm³ 1.7

Dureza shore D ISO 868 85-90

Esfuerzo de compresión ISO 604 N/mm² 90-100

Esfuerzo de flexión ISO 178 N/mm² 90-100

Modulo de elasticidad en flexión ISO 178 N/mm² 7.000-8.000

Esfuerzo de impacto ISO 179 Kj/m² 10-12

Conductividad térmica DIN 52612 W/(m.°K) 0.6-0.7

17.2.3. Araldit SW 419

Endurecedor HV 419

Aplicaciones: moldes para embutición y deformación de chapas metálicas, construcción

general de moldes en la industria metalúrgica.

Proceso: con pincel o espátula.

Distintivos: resistente a impacto y compresión, superficies duras, mecanizables, buenas

propiedades lubricantes.

65

Características

Tabla 20. Características técnicas de la resina Araldit SW 419 y el endurecedor

HV 419

Araldit SW 419 Endurecedor HV 419

Apariencia Pasta negra, tixotrópica Pasta amarilla, clara

Viscosidad a 25 °C 130.000-180.000 mPas Gelatina

Densidad a 25 °C 2.7 g/cm³ 1.0 g/cm³

Proporción de mezcla: Araldit SW 419 100gr.

Endurecedor HV 419 13 gr.

Propiedades

Tabla 21. Propiedades de la resina Araldit SW 419 después del poscurado

Densidad g/cm³ 2.3

Dureza shore D ISO 868 grado 85-90

Resistencia a la compresión ISO R-604 N/mm² 85-95

Resistencia a la flexión ISO 178 N/mm² 60-80

Módulo de elasticidad en ensayo

bajo presión

ISO 178 N/mm² 4000-5000

Las siguientes resinas epóxicas son utilizadas como adhesivos en la industria de la

construcción, donde se necesita una buena adherencia al hormigón las propiedades de

estas resinas difieren de las utilizadas en los moldes de inyección.

66

17.2.4 PRODUR – 32

Puente adherencia epóxico para hormigón.

PRODUR - 32, es un adhesivo epóxico de dos componentes, exento de solventes, alta

adherencia y elevada resistencia mecánica, que aseguran una unión monolítica perfecta

entre hormigón fresco y hormigón endurecido.

Propiedades

PRODUR - 32, confiere alta resistencia a la humedad. Elevada resistencia y adherencia,

que permite una unión perfecta en las Juntas de Hormigonado. Resistente a los ataques

Químicos. Cuando se requiere poner en servicio en corto tiempo y para trabajos a baja

temperaturas. Adhiere sobre Hormigón, hierro, Acero, Piedra, Madera

Usos

Como puente de adherencia entre hormigón fresco y endurecido asegurando una unión

monolítica perfecta.

Unión de prefabricados de hormigón

Anclaje de barras de acero en hormigón.

67

Modo de empleo

La aplicación del adhesivo se ejecuta con brocha, rodillo o pulverizador especial,

cubriendo totalmente la superficie.

La superficie de hormigón y mortero debe estar seca, exenta de lechadas, polvos,

partículas sueltas o mal adheridas a todo elemento que inhiba una buena adherencia.

El Hormigón fresco debe ser vaciado sobre PRODUR-32 antes de transcurridas 2 horas

de colocación a 20º C.

Temperaturas mayores acortan el tiempo de trabajo.

Datos técnicos

Tabla 22. Datos técnicos de la resina produr – 32

Color parte A (resina) : Gris

Color parte B (cataliz.) : Incoloro

Pot Life 1/Kg. A 20ºC : 50 Minutos

Relación peso mezcla : A+B =4.7:1

Relación Volumen Mezcla

A+B : 2.9:1

Resistencias mecánicas : 750 Kg./cm2

Adherencia al Hormigón : 30 Kg./cm2 (Ruptura del Hormigón)

Consumo : 300-500 gr./m2

68

Observaciones

La mezcla de ambos componentes deberá efectuarse tratando de incorporar el mínimo

de aire a la masa.

Es recomendable el uso con guantes y lentes de seguridad.

Usar en lugar ventilado

No modificar las cantidades a mezclar.

Proteger el producto de altas temperaturas.

17.2.5 PRODUR L

Puente adherencia epóxico para hormigón fresco

PRODUR L, es un adhesivo epóxico de dos componentes, exento de solventes, alta

adherencia y elevada resistencia mecánica que aseguran una unión monolítica perfecta

entre hormigón fresco y hormigón endurecido.

PRODUR L, tiene:

Excelente adherencia aún sobre superficies húmedas, exentas de agua libre.

Elevada resistencia y adherencia que permite una unión perfecta en las Juntas de

hormigón.

Excelente resistencia a los ataques químicos.

69

Buena adherencia sobre hormigón, hierro, acero, piedra, madera.

PRODUR L presenta muy buenos resultados cuando se requiere poner en servicio en

corto tiempo y para trabajos a bajas temperaturas.

Usos

Como puente de Adherencia entre hormigón fresco y endurecido asegurando una unión

monolítica perfecta.

Unión de prefabricado de hormigón.

Anclaje de barras de acero en hormigón.

Unión de sobre losas. Unión de morteros y hormigones en reparación de nidos en

piedra

Modo de empleo

La aplicación del adhesivo se ejecuta con brocha, rodillo o pulverizador especial,

cubriendo totalmente la superficie.

La superficie de hormigón y mortero debe estar seca, exenta de lechadas, polvos,

partículas sueltas o mal adheridas a todo elemento que inhiba una buena a Si es

necesario, decapar mediante chorro de arena mecánicamente adherencia.

El Hormigón fresco debe ser vaciado sobre PRODUR L hasta 8 horas después de su

aplicación (20ºC).

70

Temperaturas mayores acortan el tiempo de trabajo.

Datos técnicos

Tabla 23. Datos técnicos de la resina produr l

Color Parte A (Resina) : Gris

Color Parte B (Cataliz) : Incoloro

Pot Life 1K a 20ºC : 50 minutos

Relación Peso Mezcla

A+B : 4,7:1

Relación Volumen

Mezcla A+B : 2,9:1

Resistencias Mecánicas : 750 Kg./cm2

Adherencia al Hormigón : 30 Kg./cm2 (Ruptura del Hormigón)

Observaciones

La mezcla de ambos componentes deberá efectuarse tratando de incorporar el mínimo

de aire a la masa.

Es recomendable el uso de guantes y lentes de seguridad.

Usar en lugar ventilado.

71

18. ELABORACION DE PROBETAS PARA LOS ENSAYOS

DE LABORATORIO

18.1 ELABORACION DE PROBETAS PLANAS Y CILINDRICAS PARA

REALIZAR LAS PRUEBAS DE RESISTENCIA A LA TRACCION Y

ADHERENCIA

18.2. PRUEBAS A REALIZAR A LA RESINA Y NORMAS UTILIZADAS

• Resistencia a la tracción se utiliza la norma ASTM D638.

• Adherencia a superficie de acero se utiliza la norma ASTM D638

• Conductividad térmica se implemento la practica de laboratorio de ciencias

térmicas de la universidad autónoma (transferencia de calor unidimensional y

uniforme a través de una placa plana) usando para este laboratorio el banco de

pruebas de transferencia de calor por conducción.

• Dureza se implemento la norma STAM D2240.

• Densidad se implemento la norma NTC 907.

• Rugosidad se utilizo el rugosímetro mitutoyo SJ-201p Modelo 178-923A.

Código MM 001178923.

72

18.3 ELABORACIÓN DE MOLDES EN SILICONA

Las probetas se elaboraron con moldes de silicona, en la elaboración de los moldes de

silicona se utilizo la silicona RTV 788-20, con catalizador beta 16.

Para las probetas plana se elaboró una caja de madera de 2cm de ancho por 20 cm de

largo y 1cm de alto, se utilizó una probeta plana para hacer el molde en silicona

Para las probetas cilíndricas se utilizó un tubo de 3/4 de pulgada de diámetro por 20 cm

de alto se utilizó una probeta cilíndrica, para hacer el molde

Se hicieron con este método de molde de silicona porque es la manera más viable de

hacer el desmoldeo sin dañar las probetas ya que con otros métodos al desmoldearlas se

dañaban las probetas.

La presentación es: de 1 Kg de silicona

El porcentaje de la mezcla es: Por 100 gramos de silicona se le agrega 10 gramos del

catalizador tiene un tiempo de curado de 4 horas.

Se observa en la figura 15 la preparación de la resina epóxica donde se mezcla con el

catalizador y se revuelve hasta tener una mezcla homogénea, esta mezcla presenta un

proceso exotérmico ya que aumenta de temperatura hasta llegar al punto de gel.

73

Figura 15. Preparación de la resina epóxica y toma de temperatura

18.4 PROBETAS PLANAS

Elaboración del molde de las probetas planas: se hizo una caja de madera de 4 cm de

ancho por 18 cm de largo por 1 cm de espesor, para cada molde se utilizaron 60 gr de

mezcla (silicona + catalizador), se hicieron 5 moldes.

Figura 16. Caja de madera para hacer los moldes en silicona, se utilizó una pieza

con la forma de una probeta plana para hacer el molde

74

Figura 17. Moldes de silicona de las probeta planas y cilíndricas

Fundida de los moldes de probetas planas: se utilizaron 20 gr de resina epóxica, el

tiempo de gelificado es de 12 horas, en los primeros 20 minutos sufre un incremento de

temperatura de 5 °C después se estabiliza y baja a temperatura ambiente.

Figura 18. Molde de silicona con las probetas planas de resina epóxica en tiempo

de gel

75

18.5 PROBETAS CILINDRICAS

Las probetas cilíndricas se elaboraron mitad en acero 1045 y la otra mitad en resina

epóxica, en la superficie donde hace contacto el acero con la resina se le hicieron tres

tipos de acabados para evaluar cual de estos presenta mayor adherencia entre la resina y

el acero, para su posible implementación en la fabricación de las cavidades del molde.

En la fabricación de estas probetas se utilizó un tuvo de PVC de ¾ de pulgada y 20 cm

de altura donde se metió una probeta cilíndrica según las normas ASTM D 638 donde se

vertió la silicona y posteriormente se retiro la probeta después del postcurado de la

silicona, como se muestra el la figura 19.

Figura 19. Fabricación de los moldes de las probetas cilíndricas

76

18.5.1. Tipos de probetas cilíndricas

Figura 20. De izquierda a derecha se observan los diferentes acabados como son: liso, acabado con 5 orificios de 2 mm de diámetro y 5 mm de profundidad, y acabado con un hueco roscado

Los anteriores acabados se hicieron para medir la adherencia de la resina al acero y así

poder evaluar el acabado que me de la mayor adherencia.

En el desmoldeo las probetas de acabado liso se partieron en la unión del acero y la

resina epóxica esto me lleva a la conclusión, no presenta una buena adherencia.

18.6 ELABORACION DE LA PROBETA DE CONDUCTIVIDAD TERMICA

Se hizo una caja de madera de 20 cm por 20 cm por 1.27 cm (1/2) de espesor se

prepararon 800 gr de resina epóxica para esta probeta con un tiempo de gelificado de 12

horas.

77

18.7 POSCURADO DE LAS PROBETAS

El poscurado consiste, en un tratamiento térmico muy similar a un alivio de tensiones

para organizar la estructura interna de la resina, este proceso consiste en un aumento

gradual de temperatura, cada hora se incrementa 20 °C, se comenzó en 50 °C y se

termino en 130 °C durante 5 horas, este proceso se llevó a cabo en el horno del

laboratorio de mecánica que se muestra en la figura 21 se realizó en este horno por que

es el más indicado para este tipo de proceso, se llevó el registro de la temperatura con

una termocupla para mayor exactitud en la medición, ya que la escala del horno no es

muy exacta.

Figura 21. Horno en el cual se realiza el poscurado de las probetas

78

Figura 22. Probetas después del poscurado en el horno

79

19. DESARROLLO DE LOS ENSAYOS Y PRUEBAS DE LABORATORIO

19.1 PARÁMETROS DEL ENSAYO DE TRACCIÓN

El anterior ensayo se realizó para la resina epóxica, para medir la carga de ruptura de la

probeta esta prueba se realizó con las normas ASTM D638 1 con los siguientes

parámetros iniciales los cuales fueron introducido a la maquina universal de ensayos

(UTS 200.3).

Distancia entre mordazas de 102 mm.

Altura del medidor de 50mm.

Fuerza máxima de 3000N.

Modulo elástico de 4.5KN/mm2

Velocidad de 5 mm/min.

Una precarga de 30N.

Intervalo de medición cada 50 N.

1

80

19.2 PRUEBA DE TRACCION PARA LAS PROBETAS PLANAS

Las siguientes tablas gráficas son las obtenidas de las probetas planas en el ensayo de

tracción:

Para la primera probeta plana.

Figura 23. Montaje en la UTS de la probeta plana para la prueba de tracción

81

Grafica 1. Gráfica de esfuerzo vs. deformación de la probeta plana 1

probeta plana 1

05

101520253035404550

0

0,000

8

0,00

19

0,00

28

0,003

7

0,00

46

0,00

54

0,006

4

0,00

74

0,00

85

0,009

6

0,01

27

deformacion mm

esfu

erzo

Mpa

En el anterior gráfico se observa un esfuerzo máximo de 43 M pa y una deformación de

máxima de 0.014 mm

Para la segunda probeta:

Grafica 2. Gráfica de esfuerzo vs. deformación de la probeta plana 2

probeta plana 2

05

1015202530354045

0

0,00

062

0,00

114

0,00

166

0,00

212

0,00

26

0,00

308

0,00

362

0,00

42

0,00

482

0,00

556

0,01

684

DEFORMACION mm

ES

FU

ER

ZO

M

pa

82

En el anterior gráfico se observa un esfuerzo máximo de 41.77 Mpa y una deformación

de máxima de 0.016 mm.

Gráfica 3. Gráfica de esfuerzo vs deformación de la probeta plana 3

probeta plana 3

05

1015202530354045

0

0,00

06

0,00

112

0,00

164

0,00

226

0,00

276

0,00

334

0,00

394

0,00

462

0,00

532

0,00

604

0,00

662

DEFORMACION mm

ES

FU

ER

ZO

Mp

a



Gráfica 4. Gráfica de esfuerzo vs. deformación de la probeta plana 4

probeta plana 4

0

10

20

30

40

50

0

0,00

052

0,00

104

0,00

158

0,00

22

0,00

286

0,00

358

0,00

434

0,00

512

0,00

594

0,00

684

0,00

786

0,00

988

DEFORMACION mm

ES

FU

ER

ZO

Mp

a

83



Grafica 5. Gráfica de esfuerzo vs deformación de la probeta plana 5

probeta plana 5

0

10

20

30

40

50

0

0,00

072

0,00

156

0,00

23

0,00

316

0,00

394

0,00

482

0,00

578

0,00

674

0,00

782

0,00

892

0,01

012 0

DEFORMACION mm

ES

FU

ER

ZO

Mp

a



Tabla 24. Promedio de todas las mediciones de σσσσ max, σσσσ ult, ∂ max, ∂ ult, E

promedio, estos valores son de las pruebas de tracción las probetas planas

probetas planas σ max σ ult ∂ max ∂ ult E promedio

1 42,998 7,7854 0,0104 0,01436 3913,8

2 41,7767 19,64 0,0058 0,01684 8155,45

3 42,1838 21,168 0,00654 0,00472 7187,45

4 44,575 12,212 0,0082 0,00988 6365

5 43,354 16,537 0,01012 0,0305 4537,93

Promedio 42,9775 15,46848 0,008212 0,01526 6031,926

84

En la anterior tabla muestra el promedio de esfuerzo y deformación máximos de las

probetas planas, soportando la resina un esfuerzo máximo de 42,9 Mpa, este resultado

se debe de tener en cuenta en el diseño de las cavidades del molde ya que las presiones

máximas en un molde son de 100 Mpa, este dato sirve para que el diseñador aumente o

disminuya los diámetros de los canales y la temperatura de inyección, ya que al

aumentar la temperatura la viscosidad disminuye, o al aumentar el diámetro del canal

disminuya la presión.

19.3 PRUEBA DE TRACCIÓN PARA LAS PROBETAS CILÍNDRICAS

Con estas probetas se busca evaluar la adherencia de la resina al acero, en busca de un

resultado óptimo se hicieron varias probetas cilíndricas las cuales se dividieron a la

mitad para complementarla con la resina epóxica o sea mitad acero y mitad resina, para

hacer el anterior proceso fue necesario hacer un molde en silicona para fundir en el la

resina epóxica, a las probetas en acero se le dieron diferentes acabados como se muestra

en la figura 20.

Se fabricaron 6 probetas para este ensayo:

• Dos con 5 orificios.

• Dos con un orificio grande roscado.

• Dos con acabado liso.

85

Figura 24. Montaje de la probeta cilíndrica en la UTS para la prueba de

adherencia

Para la primera probeta cilíndrica

Gráfica 6. Gráfica de esfuerzo vs deformación de la probeta cilíndrica 1

probeta cilindrica1

02468

101214

0

0,00

024

0,00

056

0,00

284

0,00

596

0,01

202

0,01

806

0,02

242

DEFORMACION mm

ES

FU

ER

ZO

M

pa

Esta probeta cilíndrica tiene acabado de 5 huecos según la gráfica anterior no presente

buena adherencia.

86

Para la segunda probeta cilíndrica


probeta cilindrica 2

05

1015202530354045

0

0,00

062

0,00

114

0,00

166

0,00

212

0,00

26

0,00

308

0,00

362

0,00

42

0,00

482

0,00

556

0,01

684

DEFORMACION mm

ES

FU

ER

ZO

Mp

a

Para la tercera probeta plana


probeta cilindrica 3

02468

1012141618

0

0,00

034

0,00

062

0,00

098

0,00

54

0,00

762

0,01

366

DEFORMACION mm

ES

FU

ER

ZO

Mp

a

87

Tabla 25. σσσσ max, σσσσ ult, ∂ max, ∂ ult, E promedio, estos valores son de las pruebas

de adherencia de las probetas cilíndricas

probetas cilíndricas σ max σ ult ∂ max ∂ ult E promedio

1 probeta de 5 huecos 11,55 1,2212 0,00064 0,0221 12084,375

2 probeta de un hueco

roscado

41,776 19,64 0,0058 0,0168 7427

3 probeta de un hueco

roscado

15,927 2,289 0,0013 0,00558 10781,47

Nota: para la probeta cilíndrica con acabado liso no se pudo realizar esta prueba porque

la resina no presentó una buena adherencia al acero ya que al desmoldarla se partía por

la pega entre la resina y el acero, esto me da a entender que no presenta buena

adherencia el acabado liso. El acabado de 5 huecos no garantiza el llenado de estos

huecos por lo tanto no presenta buena adherencia. El acabado que me da buena

adherencia es el roscado de un hueco ya que en la primera probeta me presenta un

esfuerzo máximo de 41.78 Mpa, de acuerdo con los resultados obtenidos en la práctica

de tracción de las probetas cilíndricas se puede concluir que, para una mejor adherencia

de la resina epóxica al acero se debe utilizar huecos roscados para obtener un mejor

resultado en la cavidad del molde.

19.4 TRANSFERENCIA DE CALOR UNIDIMENSIONAL Y UNIFORME A

TRAVES DE UNA PLACA PLANA

Condiciones:

Flujo de calor estacionario

Flujo de calor unidimensional

Flujo de calor uniforme

88

Figura 25. Diagrama de transferencia de calor de una placa

Donde:

0

q = Flujo de calor a través de la probeta h

BtuW ;

KR = Resistencia térmica de la probeta Btu

FhPie

W

K 0

;

L = Espesor m; Pie

T = Temperatura KF;´0

( )

KA

LR

R

TTq

TTL

AKq

dx

dtKAq

TT

R

K

=

−=

−=

−=

>

210

21

0

0

21

*

89

Tabla 26. Los anteriores datos son los obtenidos en el desarrollo de la práctica de

conductividad térmica que se hizo para la resina epóxica

AMPERIOS

(A) t1 (seg) t2 (seg) Te (c) Ts (c) V (ml) t3 (seg)

6,5 56,23 300 25 30 400 383

6,5 53,1 300 24 29 400 163

6,5 80 300 25 30 400 165

6,5 88 300 25 30 400 139

Los anteriores valores son tomados del banco de pruebas del laboratorio donde:

A= amperaje del banco de pruebas. (A)

t1=tiempo real de la practica. (seg)

t2=tiempo total de cada practica. (seg)

Te=temperatura de entrada del agua (refrigerante). (°C)

Ts=temperatura de salida del agua (refrigerante). (°C)

V=volumen de salida del agua. (ml)

t3= tiempo en que tarda en salir el volumen de agua (400ml). (seg).

La práctica de conductividad térmica consiste en colocar la probeta de resina epóxica en

medio de las dos placas del banco de pruebas del laboratorio como se ilustra en la figura

27, se aplica calor a la placa lateral izquierda este calor por conducción fluye a través de

la probeta y llega a la placa lateral derecha esta placa es refrigerada por agua

graduándole la entrada de agua para que la diferencia de temperaturas entre la entrada y

la salida no se mayor de 5 °C, las placas son censadas por 6 termocuplas tres en cada

placa.

90

19.5 DESARROLLO DE LA PRUEBA DE LABORATORIO DE

CONDUCTIVIDAD TERMICA DE LA RESINA EPOXICA

Si la ecuación de transferencia de calor para placas planas viene expresada por:

KA

LR

R

Tq =∴∆=0

`

Y el flujo de calor que evacua el agua viene dado por...

TCmq p∆=00

Donde: pC = Calor específico del agua a presión constante

KgK

J

o

m = Flujo masico del agua

s

Kg

T∆ = Diferencia de temperaturas

Tabla 27. Datos de la prueba de conductividad térmica de la resina epóxica

ρ*∀=m

(Kqm/seq)

eS TTT −=∆

(C)

TmCq pOH ∆=2

(W)

∑=1

2

1*

n T

ATVq

(W)

0.00104 5 5.6*102− 145

0.00245 5 0.170 132.8

0.0022 5 0.15 208

0.00287 5 0.20 228

91

La conductividad térmica para la resina epóxica se obtiene de la siguiente manera:

Para el primer ensayo.

( )( )( )

( )( )

mK

WK

m

mWK

TTL

KAq

T

75.0

6104.0

0127.0145

5

2

21

0

=

=

−=

=∆

Para el segundo ensayo.

( )( )( )

( )( )

mK

WK

m

mWK

TTL

KAq

T

631.0

32.6904.0

0127.08.137

5

2

21

0

=

=

−=

=∆

Para el tercer ensayo.

( )( )( )

( )( )

mK

WK

m

mWK

TTL

KAq

T

81.0

8104.0

0127.0208

5

2

21

0

=

=

−=

=∆

92

Para el cuarto ensayo.

( )( )( )( )( )

mK

WK

m

mWK

TTL

KAq

T

868.0

33.8304.0

0127.0228

5

2

21

0

=

=

−=

=∆

Promedio de los ensayos:

mK

WK 764.0

4

868.081.0631.075.0 =+++=

La conductividad térmica de la resina es de mK

W764.0 este dato es bajo comparado con

un acero como es el stavax que es 289W/m °K, esto indica que al momento de diseñar

el sistema de refrigeración del molde hay que tener en cuenta las variables como el área

de refrigeración, temperatura de entrada y salida del refrigerante para que el tiempo de

inyección de una pieza sea optimo. En algunos materiales de tipo elastomérico y

termoestables no es necesario la refrigeración por el contrario se debe calentar el molde

para que el material cure en la cavidad, por lo tanto la resina puede ser una alternativa

para procesar este tipo de materiales.

93

19.6 PARTES DEL BANCO DE PRUEBAS

Figura 26. Banco de Pruebas de la Universidad Autónoma de Occidente.

Programa de Ingeniería Mecánica

Figura 27. Placas del banco de pruebas

94

Figura 28. Termómetros, de la entrada y salida del agua

Figura 29. Placa 1, lateral izquierda

95

Figura 30. Placa 2, lateral derecha

19.7 PRUEBA DE DUREZA

Para medir la dureza de la resina epóxica se utilizó un durómetro tipo D, para utilizar

este durómetro se tuvo en cuenta el espesor de la probeta, y la dureza aparente del

material, ya que este tipo de durómetros se utiliza para medir el caucho duro, plásticos,

acrílico, delrin, kevlar, pvc, nilón y lexan, y resinas epóxicas.

Para esta prueba se deben hacer 5 mediciones sobre la superficie de la probeta debido a

que la estructura física de los polímeros coexisten zonas amorfas y zonas cristalinas,

según la norma ASTM D2240.2

Norma ASTM D2240 se deben realizar 5 mediciones de la probeta con 6 mm de separación en cada medida, se deben realizar las mediciones al menos a 12mm de los bordes.

96

Tabla 28. Resultados de la prueba de dureza que se le realizó a la resina epóxica

R 1248, presenta un promedio de dureza de 85 short D

Medición Dureza shore D

1 83

2 86

3 85

4 86

5 85

La resina presenta una dureza promedio de 85 short D este resultado es bueno ya que es

una resina muy dura comparada con otras de la misma clase, teniendo en cuenta que es

una dureza alta se puede utilizar en la fabricación de las cavidades de los moldes de

inyección de plásticos. Los materiales que se procesan mediante este método deben

detener una dureza inferior al dato de esta resina epóxica.

Figura 31. Lectura de la dureza de la resina epóxica con el durómetro tipo D

97

19.8 ENSAYO DE DENSIDAD

El ensayo de densidad se llevó acabo según la norma NTC 9073,

Volumen del picnómetro 49.912 cm³.

Peso picnómetro vacío 31.2 gr.

Peso del picnómetro con agua 81.1 gr.

Peso del picnómetro con solvente 73.3 gr.

Peso del polímero 2.0 gr.

Peso del picnómetro + líquido + polímero 74.5 gr.

Peso específico = dmab

a*

−+

Donde, d es el peso específico del solvente.

ρ Polímero =Pe * ρ OH 2

Se trabajó con un peso del polímero de 2 gr.

3 Norma NTC 907 y su equivalente (ASTM D792-00) se utiliza para hallar la densidad de los plásticos

98

OH

OH

V

WOH

OH

OH

2

22 912.49

9.49

2

2 ==ρ =0.9997 gr. /cm.

843.0912.49

1.423

===cm

gr

Vsolvente

Wsolventesolventeρ

Pe solvente= 8432.09997.0

843.0

2

==OH

solvente

ρρ

Pe polímero= 108.28432.0*5.740.23.73

0.2 =−+ grgrgr

gr

3

2

/1073.29997.0*108.2lim

*lim

cmgreropo

OHPeeropo

==

=

ρρρ

La densidad del polímero es de 2.1073 gr/cm³, esta densidad es alta porque esta resina

epóxica presenta una carga de aluminio para mejorar las propiedades mecánicas.

19.9 PRUEBA DE RUGOSIDAD

Esta prueba se realizó con el rugosímetro mitutoyo SJ-201p Modelo 178-923A. Código

MM 001178923.

Características:

El detector puede separarse del lector para medir en cualquier espacio.

Pueden adaptársele muchos accesorios opcionales.

99

Fijación Pasa-No Pasa en la pantalla.

Se apaga al estar sin uso guardando el último dato en memoria.

Se surte con patrón y estuche para transportarlo.

Especificaciones:

Parámetros de evaluación: Ra, Ry, Rz, Rq, S, Sm, Pc, R3z,

mr, Rt, Rp, Rk, Rpk, Rvk, Mr1, Mr2, A1, A2, V0.

Unidad de detección: palpador de diamante.

Rango de Medición: 350µm (-200µm, +150µm) 13780µin (-7880µin, +5900µin).

Salidas de datos: SPC, RS-232C, PC, Impresora.

Estándares de rugosidad: JIS, DIN, ISO, ANSI.

Ra: valor de rugosidad medio en µm es el valor medio aritmético de los valores

absolutos de las distancias y del perfil de rugosidad de la línea media dentro del tramo

de medición. El valor de rugosidad medio es equiparable a la altura de un rectángulo

cuya longitud es igual al tramo total lm y que tiene la misma superficie que la superficie

situada entre el perfil de rugosidad y la línea media.

Rz: la profundidad de la rugosidad media en µm es la media aritmética de las

profundidades de rugosidad por separado de cinco diferentes tramos de medición

colindantes.

100

Rugosidad del acero rectificado

Ra 0.63 µm.

Ry 6.26 µm.

Rz 3.32 µm.

Rq 0.86 µm

Figura 32. Rugosímetro midiendo la rugosidad del acero rectificado para

compararla con la de la resina epóxica

.… .....

Rugosidad de la resina epóxica

Ra 1.33 µm.

Ry 16.18 µm.

Rz 6.65 µm.

Rq 2.00 µm.

101

Figura 33. Medición de la rugosidad de la resina epóxica

Comparando los resultados obtenidos en la lectura de rugosidad que se le hizo a la

resina epóxica y al acero rectificado con acabado espejo, ya que este acero rectificado es

el utilizado en las cavidades de los moldes de inyección, se puede concluir que la

rugosidad de la reina epóxica y la del acero no difieren mucho en su lectura, esto indica

que una pieza inyectada ya sea en acero rectificado o resina epóxica presentara la misma

presentación, brillo y un buen desmoldeo.

102

20. ANALISIS DE LOS RESULTADOS

20.1 COMPARACIÓN DE COSTOS Y TIEMPOS DE FABRICACION DE LOS

MOLDES DE INYECCION DE PLASTICOS.

En la siguiente evaluación económica se compara la fabricación de un molde de acero y

uno fabricado, utilizando materiales de uso común combinados con resinas epóxicas, ya

que lo que se va a reemplazar es la parte donde va la placa que lleva las cavidades del

molde esta placa es una de las mas costosas en la fabricación, es hecha con un acero

especial para moldes que tiene ciertas características, la hecha de las cavidades, el

maquinado de las cavidades es costoso.

Molde de soporte de acero.

Para la elaboración de un molde de acero se tiene en cuenta lo siguiente:

• Materiales.

• Mano de obra (tiempo de fabricación).

• Tratamientos térmicos.

• Rectificados.

• Ensambles y pulido.

103

Materiales

Tabla 29. Costos de las placas en acero 1045

Cantidad de placas en

acero 1045

Dimensión (mm) Precio (pesos)

3 210*170*19 40226

1 210*170*25 52500

2 210*50*40 26600

2 210*250*19 60200

2 210*100*12 15700

Nota: las placas de 210*170*190 mm y 210*170*25 mm se fabrican en un acero especial para moldes que tiene un valor diferente dependiendo del proveedor y tipo de acero.

Axxecol s.a.

Stavax 210*170*190 mm tiene un valor de $253796.

210*170*25 mm tiene un valor de $322700.

Calmax 210*170*190 mm tiene un valor de $497800.


BOHLER M 238 210*170*190 mm tiene un valor de $117684.


Este molde lo fabricaron utilizando stavax, y las dos placas tienen un valor de $576496

104

Tornillos tienen un costo de $30000.

Racores tienen un costo de $30000.

Pines de expulsión tienen un costo de $40000.

Bujes 8620 cuestan $25000.

Columnas 4140 cuestan $18000.

Boquilla 4140 cuesta $15000.

Todo esto tiene un valor global de $158000.

Mano de obra y tiempos de fabricación

Tabla 30. Tiempos de fabricación, costo de la hora y costo total

Parte Horas Costo hora $ Costo total $

Paquete 32 50000 1600000

Cavidad 30 60000 1800000

Boquilla 2 40000 80000

Bujes 4 unidades 6 40000 240000

Columnas 4 unidades 6 40000 240000

Refrigeración 8 50000 400000

Expulsión 8 50000 400000

105

Tratamientos térmicos, el tratamiento térmico (temple) de las partes del molde

(cavidad, bujes, columnas, boquilla, pines o expulsores) tiene un costo global de

$400000.

Rectificados, todas las placas son rectificadas, este proceso tiene un valor global de

$600000.

Ensamble y pulido, en este proceso se demoran 12 horas con un costo de hora de

$40000, el costo total es de $480000.

El costo total de fabricación del molde de inyección de plásticos con las cavidades

en acero STAVAX es de $7316830.

Figura 34. Molde de comparación armado

106

Figura 35. Pieza inyectada en el molde de comparación

Figura 36. Cavidad del lado fijo

107

Figura 37. Boquilla con la placa de respaldo

Figura 38. Cavidad del lado móvil con la placa distribuidora

108

Figura 39. Molde de comparación

20.2 COSTO DEL MOLDE HECHO CON MATERIALES DE USO COMUN

COMBINADOS CON RESINAS EPOXICAS

En la elaboración de este mismo molde de inyección de plásticos, pero hecho con

materiales de uso común combinado con la resina epóxica R 1248 el costo de

fabricación baja considerablemente, en la fabricación del molde con la resina epóxica

los valores cambian en:

Mano de obra en la fabricación de la cavidad.

En el temple de la cavidad.

En el tipo de acero para la placas de la cavidad.

Columnas

Pernos guía Racores

Placa distribuidora

Placa de respaldo

109

El costo global de fabricación del molde teniendo en cuenta los costos pero hechos con

la resina epóxica.

En la fabricación de este molde se va un kilo de resina que tiene un valor total de

$45000.

Mano de obra de la cavidad hecho con la resina epóxica R 1248, lo puede hacer un

obrero que tenga capacitación, con un tiempo de 3 horas con un costo de hora de

$40000, costo total $120000.

Se necesita una pieza de la forma que se va a inyectar que tiene un costo de $30000.

Todo esto tiene un costo total de $200000.

El costo total de fabricación del molde de comparación, hecho con materiales de

uso común combinado con la resina epóxica R 1248 es de $4840330.

MOLDE DE COMPARACIÓN EN ACERO (MOLDE DE LETRAS)

Figura 40. Pines de expulsores

110

Figura 41. Placa expulsora

Figura 42. Cavidad superior

111

Figura 43. Cavidad inferior (molde de letras)

Figura 44. Vista global de las placas del molde de letras

112

Figura 45. Placas y pines expulsores

Figura 46. Placa del lado móvil, mecanismo de expulsión

El valor del molde varia dependiendo de la geometría de la pieza a inyectar, por

ejemplo en un molde para hacer letras como veremos a continuación el costo de la

cavidad es mayor ya que cada letra tiene un valor de $25.000 por letra y son 80 letras,

el modo de fabricación es pantografiado, mientras que este mismo molde, hecho con

materiales de uso común combinado con la resina epóxica R 1248 aminora el costo de

fabricación.

113

20.3 COSTO FIJO DE FABRICACIÓN DEL MOLDE

Este valor solo incluye las partes básicas del molde no se cotizan las cavidades que es la

parte a remplazar por la resina, no se meten las cavidades que es la parte a analizar,

todos los valores siguientes suman $5.040.300.

Tornillos tienen un costo de $30.000.

Racores tienen un costo de $30.000.

Pines de expulsión tienen un costo de $40.000.

Bujes 8620 cuestan $25.000.

Columnas 4140 cuestan $18.000.

Boquilla 4140 cuesta $15.000.

Todo esto tiene un valor global de $158.000.

Tratamientos térmicos, el tratamiento térmico (temple) de las partes del molde

(cavidad, bujes, columnas, boquilla, pines o expulsores) tiene un costo global de

$400.000.

Rectificados, todas las placas son rectificadas, este proceso tiene un valor global de

$600.000.

114

Ensamble y pulido, en este proceso se demoran 12 horas con un costo de hora de

$40.000, el costo total es de $480.000.

Nota: el costo del tratamiento térmico, rectificados, ensamble y pulidos disminuye por

que las cavidades no necesitan estos procesos.

Tabla 31. Costo fijo de fabricación del molde

Parte Horas Costo hora $ Costo total $

Paquete 32 50000 1600000

Boquilla 2 40000 80000

Bujes 4 unidades 6 40000 240000

Columnas 4 unidades 6 40000 240000

Refrigeración 8 50000 400000

Expulsión 8 50000 400000

115

Tabla. 32. Costo fijo de las placas en acero 1045, el molde no necesita aceros

especiales para moldes de inyección

Cantidad de placas en

acero 1045

Dimensión (mm) Precio (pesos)

3 210*170*19 40226

1 210*170*25 52500

2 210*50*40 26600

2 210*250*19 60200

2 210*100*12 15700

Costo del molde hecho con materiales convencionales $7.040.300.

Costo molde hecho con materiales combinados $5.235.300, se observa la diferencia

de costo y de tiempo de fabricación de cada molde.

Nota: el costo de fabricación del molde disminuye en un 30%, y el tiempo de

fabricación en un 40%.

116

21 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA IMPLEMENTACION DE LA

RESINA EPOXICA EN MOLDES DE INYECCION DE PLASTICOS

2.1 VENTAJAS

• El molde fabricado con resina epóxica presenta un menor costo y menor tiempo

de fabricación, ya que los materiales usados en este son de fácil manipulación,

se puede implementar este tipo de moldes de inyección en la mediana y pequeña

industria donde no se necesita series altas de fabricación de piezas.

• Se puede resanar las cavidades cuando presentan alguna ruptura.

• Un copiado excelente, igual al modelo prototipo.

• Rapidez de curado.

• Permita montar circuitos de refrigeración.

• No se necesita una operación de acabado (maquinado) en la cavidad.

• Permite inyectar un amplio abanico de termoplásticos.

117

2.2 DESVENTAJAS

• Se necesita una pieza prototipo.

• Se debe implementar para series pequeñas.

• El sistema de refrigeración se debe diseñar de manera tal que hay que tener en

cuenta el coeficiente de conductividad térmica de la resina epóxica y la

geometría de la pieza a inyectar, esto indica que el costo de producción de una

pieza aumente.

• La resistencia a tracción de una cavidad en resina es menor que en acero.

118

22. CONCLUSIONES

La investigación nos brinda una perspectiva mas clara acerca de las propiedades de la

resina epóxica R1257 y su posible utilización en la fabricación de las cavidades en

moldes de inyección de plásticos, ya que las características y propiedades que tiene esta

resina epóxica, como es, la adherencia al acero; resistencia a la tracción ; la rugosidad

de esta resina brinda una presentación final buena en la superficie de la pieza y una

aceptable conductividad térmica, con los resultados obtenidos en los diferentes ensayos

de laboratorio se puede decir que si se puede implementar en las cavidades de los

moldes de inyección.

La resina epóxica no tiene una alta conductividad térmica su valor es de 0.764 W/m°K,

el acero stavax presenta un coeficiente de conductividad de 289 W/m°K, esto nos da a

entender que el ciclo de inyección se demorara mas tiempo. Ya que la pieza tardará en

enfriarse, se debe diseñar un ciclo de refrigeración más eficiente como es en piscina

para optimizar el enfriamiento del molde, o tener en cuenta los parámetros de entrada

del refrigerante como es la temperatura.

Para evaluar la adherencia de la resina a la placa se hicieron tres tipos de probetas lisas

que no presentaron adherencia ya que al desmoldarlas se despegaban, las de acabado

con perforaciones, este acabado no presenta buena adherencia porque no se garantiza el

llenado de los agujeros y los valores son bajos, el acabado con perforaciones roscadas

presenta buen amarre por los hilos del filete alcanzando valores de 41 Mpa, estos

valores comparados con la resistencia a la tracción de la resina es alta y la fuerza de

expulsión de la pieza es baja para este valor de adherencia, entonces podemos decir que

este acabado es el que se puede utilizar satisfactoriamente, para implementarlo, la unión

entre la resina y el acero para la fabricación de las cavidades del molde.

La cavidad de un molde está sometida a esfuerzos de compresión y de tracción según la

geometría de la pieza siendo la prueba de tracción la variable a comparar, las presiones

típicas que se dan en los procesos de inyección son aproximadamente de 100 Mpa, la

119

resistencia máxima que nos da el material es de 45 Mpa, está en el criterio del diseñador

tener en cuenta los diámetros de los canales y la temperatura, ya que al aumentar la

temperatura la viscosidad disminuye, al aumentar el diámetro del canal disminuye la

presión estos son los factores para tener en cuenta a la hora del diseño del molde.

La resina epóxica R1257 presenta un promedio de dureza de 85 short D que es alta para

una resina epóxica, esto nos indica que nos da una dureza aceptable para el proceso de

inyección, este depende del ritmo de trabajo del molde, el cuidado de el y

mantenimiento que se le haga. Generalmente los materiales que se procesan presentan

durezas por debajo de 85 short D.

Si observamos y comparamos las rugosidades de la resina y el acero rectificado con

acabado espejo no se ve un margen amplio de diferencia, en conclusión la pieza no

necesitara de maquinarla, nos dará una buena presentación final, brillo, y un buen

desmoldeo.

La densidad de un termoplástico es de 0.9 y 1.2 para la mayoría de resinas, la densidad

de la resina es de 2.1 gr/cm³, esta resina presenta mayores propiedades que otras resinas,

por eso es utilizada en moldes de inyección de plásticos como se aprecia en el catálogo,

esta mejora en las propiedades mecánicas es debido a que contiene carga de aluminio.

El costo de fabricación del molde de inyección de plásticos fabricado con materiales de

uso común combinados con resinas epóxicas disminuirá en un 30% su costo, y el

tiempo de fabricación en un 40%, ya que la resina epóxica es de fácil manipulación y

curado rápido, comparándolos con los moldes de inyección fabricados en acero para

moldes, estos porcentajes de costo y tiempo aumentarán o disminuirán dependiendo del

tamaño de la pieza y la geometría, como se observa en los moldes de comparación del

trabajo; el costo del molde fabricado con resina epóxica aumentara o disminuirá

dependiendo de la geometría de la pieza a inyectar.

120

El molde fabricado con resina epóxica se debe utilizar para la mediana y pequeña

industria en donde se trabajan series pequeñas o donde la exigencia del molde en

presiones de inyección no es muy alta, este molde puede resanarse si presenta algún

tipo de falla, se puede reemplazar la cavidad por otra que tenga geometría diferente

aprovechando las otras partes del molde.

121

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MIEYSENBURG, CM. Tecnología de plásticos para Ingenieros. 4 ed. Bilbao: Urmo,

1973. 460 p.

RODRIGUEZ CHACON, Luís Carlos. Diseño de un molde didáctico para inyección

de plásticos con colada caliente. Santiago de Cali, 1991. 220 p. Trabajo de grado

(Ingeniero Mecánico). Universidad Autónoma de Occidente. Facultad de ingenierías.

123

ANEXOS

Tabla de resultados de esfuerzo y deformación para la primera probeta plana del

ensayo de tracción.

ITEM

FUERZA

(N) ∆L (mm)

Esfuerzo

Mpa Deformación ∂

1 87,521 0 2,188025 0

2 138,406 0,007 3,46015 0,00014

3 189,293 0,022 4,732325 0,00044

4 240,178 0,041 6,00445 0,00082

5 291,063 0,061 7,276575 0,00122

6 341,947 0,077 8,548675 0,00154

7 392,834 0,096 9,82085 0,00192

8 443,719 0,111 11,092975 0,00222

9 494,604 0,127 12,3651 0,00254

10 547,523 0,14 13,688075 0,0028

11 600,445 0,155 15,011125 0,0031

12 651,33 0,168 16,28325 0,00336

13 702,215 0,183 17,555375 0,00366

14 753,1 0,198 18,8275 0,00396

15 803,987 0,213 20,099675 0,00426

16 854,871 0,228 21,371775 0,00456

17 905,756 0,242 22,6439 0,00484

18 956,641 0,257 23,916025 0,00514

19 1007,527 0,272 25,188175 0,00544

124

20 1058,412 0,289 26,4603 0,00578

21 1109,297 0,304 27,732425 0,00608

22 1160,182 0,322 29,00455 0,00644

23 1211,066 0,337 30,27665 0,00674

24 1261,953 0,353 31,548825 0,00706

25 1312,838 0,37 32,82095 0,0074

26 1363,723 0,387 34,093075 0,00774

27 1414,607 0,404 35,365175 0,00808

28 1465,494 0,424 36,63735 0,00848

29 1516,379 0,442 37,909475 0,00884

30 1567,264 0,461 39,1816 0,00922

31 1618,148 0,479 40,4537 0,00958

32 1669,033 0,498 41,725825 0,00996

33 1719,92 0,52 42,998 0,0104

34 1015,668 0,633 25,3917 0,01266

35 311,416 0,718 7,7854 0,01436

125

Tabla de resultados de esfuerzo y deformación para la segunda probeta plana del

ensayo de tracción.

ITEM

FUERZA

(N) ∆L (mm)

Esfuerzo


1 85,486 0 2,13715 0

2 136,371 0,01 3,409275 0,0002

3 187,256 0,02 4,6814 0,0004

4 238,143 0,031 5,953575 0,00062

5 289,027 0,04 7,225675 0,0008

6 339,912 0,048 8,4978 0,00096

7 392,832 0,057 9,8208 0,00114

8 445,754 0,066 11,14385 0,00132

9 496,639 0,074 12,415975 0,00148

10 547,523 0,083 13,688075 0,00166

11 598,408 0,091 14,9602 0,00182

12 651,33 0,098 16,28325 0,00196

13 702,215 0,106 17,555375 0,00212

14 753,1 0,114 18,8275 0,00228

15 803,986 0,112 20,09965 0,00224

16 854,871 0,13 21,371775 0,0026

17 905,756 0,138 22,6439 0,00276

18 956,641 0,145 23,916025 0,0029

19 1007,525 0,154 25,188125 0,00308

20 1058,412 0,163 26,4603 0,00326

21 1109,297 0,172 27,732425 0,00344

126

22 1160,182 0,181 29,00455 0,00362

23 1211,066 0,191 30,27665 0,00382

24 1261,953 0,2 31,548825 0,004

25 1312,838 0,21 32,82095 0,0042

26 1363,723 0,22 34,093075 0,0044

27 1414,607 0,23 35,365175 0,0046

28 1465,492 0,241 36,6373 0,00482

29 1518,414 0,253 37,96035 0,00506

30 1569,299 0,265 39,232475 0,0053

31 1620,184 0,278 40,5046 0,00556

32 1671,068 0,29 41,7767 0,0058

33 1553,016 0,315 38,8254 0,0063

34 785,666 0,842 19,64165 0,01684

35 785,666 0,842 19,64165 0,01684

127

Tabla de resultados de esfuerzo y deformación para la tercera probeta plana del

ensayo de tracción

ITEM

FUERZA

(N) ∆L (mm)

Esfuerzo


1 54,955 0 1,373875 0

2 105,842 0,01 2,64605 0,0002

3 156,727 0,022 3,918175 0,00044

4 207,611 0,03 5,190275 0,0006

5 258,496 0,038 6,4624 0,00076

6 309,383 0,047 7,734575 0,00094

7 360,268 0,056 9,0067 0,00112

8 411,152 0,065 10,2788 0,0013

9 462,037 0,074 11,550925 0,00148

10 512,922 0,082 12,82305 0,00164

11 563,809 0,093 14,095225 0,00186

12 614,693 0,104 15,367325 0,00208

13 665,578 0,113 16,63945 0,00226

14 716,463 0,121 17,911575 0,00242

15 767,35 0,129 19,18375 0,00258

16 818,234 0,138 20,45585 0,00276

17 869,119 0,147 21,727975 0,00294

18 920,004 0,157 23,0001 0,00314

19 970,889 0,167 24,272225 0,00334

20 1021,775 0,176 25,544375 0,00352

21 1072,66 0,186 26,8165 0,00372

128

22 1123,545 0,197 28,088625 0,00394

23 1176,467 0,208 29,411675 0,00416

24 1227,352 0,219 30,6838 0,00438

25 1278,236 0,231 31,9559 0,00462

26 1329,121 0,242 33,228025 0,00484

27 1380,06 0,254 34,5015 0,00508

28 1432,928 0,266 35,8232 0,00532

29 1483,813 0,278 37,095325 0,00556

30 1534,697 0,29 38,367425 0,0058

31 1585,582 0,302 39,63955 0,00604

32 1636,469 0,314 40,911725 0,00628

33 1687,354 0,327 42,18385 0,00654

34 1618,15 0,331 40,45375 0,00662

35 846,73 0,236 21,16825 0,00472

129

Tabla de resultados de esfuerzo y deformación para la cuarta probeta plana del

ensayo de tracción

ITEM

FUERZA

(N) ∆L (mm)

Esfuerzo


1 42,744 0 1,0686 0

2 93,629 0,007 2,340725 0,00014

3 144,516 0,016 3,6129 0,00032

4 195,4 0,026 4,885 0,00052

5 246,285 0,036 6,157125 0,00072

6 297,17 0,045 7,42925 0,0009

7 348,055 0,052 8,701375 0,00104

8 398,941 0,06 9,973525 0,0012

9 451,861 0,069 11,296525 0,00138

10 502,746 0,079 12,56865 0,00158

11 553,633 0,089 13,840825 0,00178

12 604,518 0,1 15,11295 0,002

13 655,402 0,11 16,38505 0,0022

14 708,322 0,12 17,70805 0,0024

15 759,209 0,132 18,980225 0,00264

16 810,094 0,143 20,25235 0,00286

17 860,979 0,155 21,524475 0,0031

18 911,863 0,167 22,796575 0,00334

19 962,748 0,179 24,0687 0,00358

20 1015,67 0,192 25,39175 0,00384

21 1066,555 0,205 26,663875 0,0041

130

22 1117,439 0,217 27,935975 0,00434

23 1168,324 0,23 29,2081 0,0046

24 1219,211 0,243 30,480275 0,00486

25 1272,131 0,256 31,803275 0,00512

26 1323,016 0,269 33,0754 0,00538

27 1373,962 0,283 34,34905 0,00566

28 1424,787 0,297 35,619675 0,00594

29 1475,672 0,311 36,8918 0,00622

30 1526,557 0,326 38,163925 0,00652

31 1579,479 0,342 39,486975 0,00684

32 1630,363 0,359 40,759075 0,00718

33 1681,248 0,377 42,0312 0,00754

34 1732,133 0,393 43,303325 0,00786

35 1783,018 0,41 44,57545 0,0082

36 1335,229 0,36 33,380725 0,0072

37 488,498 0,494 12,21245 0,00988

131

Tabla de resultados de esfuerzo y deformación para la quinta probeta plana del

ensayo de tracción

ITEM

FUERZA

(N) ∆L (mm)

Esfuerzo


1 38,672 0 0,9668 0

2 89,559 0,009 2,238975 0,00018

3 140,443 0,021 3,511075 0,00042

4 191,328 0,036 4,7832 0,00072

5 242,213 0,047 6,055325 0,00094

6 295,135 0,063 7,378375 0,00126

7 346,02 0,078 8,6505 0,00156

8 398,939 0,09 9,973475 0,0018

9 449,826 0,103 11,24565 0,00206

10 500,711 0,115 12,517775 0,0023

11 551,596 0,127 13,7899 0,00254

12 604,516 0,142 15,1129 0,00284

13 657,438 0,158 16,43595 0,00316

14 708,322 0,17 17,70805 0,0034

15 761,242 0,183 19,03105 0,00366

16 812,129 0,197 20,303225 0,00394

17 863,014 0,21 21,57535 0,0042

18 913,898 0,226 22,84745 0,00452

19 964,783 0,241 24,119575 0,00482

20 1015,668 0,256 25,3917 0,00512

21 1068,59 0,272 26,71475 0,00544

132

22 1119,475 0,289 27,986875 0,00578

23 1170,359 0,305 29,258975 0,0061

24 1221,244 0,321 30,5311 0,00642

25 1272,131 0,337 31,803275 0,00674

26 1323,016 0,355 33,0754 0,0071

27 1373,9 0,372 34,3475 0,00744

28 1424,785 0,391 35,619625 0,00782

29 1477,707 0,409 36,942675 0,00818

30 1528,592 0,428 38,2148 0,00856

31 1579,477 0,446 39,486925 0,00892

32 1630,361 0,464 40,759025 0,00928

33 1683,283 0,485 42,082075 0,0097

34 1734,168 0,506 43,3542 0,01012

35 1506,203 0,833 37,655075 0,01666

36 661,508 1,525 16,5377 0,0305

133

Tabla de resultados de esfuerzo y deformación para la primera probeta cilíndrica del ensayo de adherencia (probeta de 5 huecos)

ITEM

FUERZA

(N) ∆L (mm)

Esfuerzo


1 103,807 0 2,595175 0

2 154,691 0,003 3,867275 0,00006

3 205,576 0,007 5,1394 0,00014

4 256,461 0,012 6,411525 0,00024

5 309,383 0,018 7,734575 0,00036

6 360,268 0,023 9,0067 0,00046

7 411,152 0,028 10,2788 0,00056

8 462,037 0,032 11,550925 0,00064

9 403,01 0,072 10,07525 0,00144

10 276,814 0,142 6,92035 0,00284

11 191,328 0,143 4,7832 0,00286

12 140,443 0,197 3,511075 0,00394

13 118,053 0,298 2,951325 0,00596

14 95,664 0,399 2,3916 0,00798

15 81,416 0,5 2,0354 0,01

16 71,238 0,601 1,78095 0,01202

17 67,168 0,702 1,6792 0,01404

18 61,063 0,807 1,526575 0,01614

19 56,992 0,903 1,4248 0,01806

20 50,885 1,005 1,272125 0,0201

21 48,85 1,105 1,22125 0,0221

22 48,85 1,121 1,22125 0,02242

134

Tabla de resultados de esfuerzo y deformación para la segunda probeta cilíndrica

del ensayo de adherencia (probeta de un hueco roscado)

ITEM

FUERZA

(N) ∆L (mm)

Esfuerzo


1 85,486 0 2,13715 0

2 136,371 0,01 3,409275 0,0002

3 187,256 0,02 4,6814 0,0004

4 238,143 0,031 5,953575 0,00062

5 289,027 0,04 7,225675 0,0008

6 339,912 0,048 8,4978 0,00096

7 392,832 0,057 9,8208 0,00114

8 445,754 0,066 11,14385 0,00132

9 496,639 0,074 12,415975 0,00148

10 547,523 0,083 13,688075 0,00166

11 598,408 0,091 14,9602 0,00182

12 651,33 0,098 16,28325 0,00196

13 702,215 0,106 17,555375 0,00212

14 753,1 0,1114 18,8275 0,002228

15 803,986 0,122 20,09965 0,00244

16 854,871 0,13 21,371775 0,0026

17 905,756 0,138 22,6439 0,00276

18 956,641 0,145 23,916025 0,0029

19 1007,525 0,154 25,188125 0,00308

20 1058,412 0,163 26,4603 0,00326

21 1109,297 0,172 27,732425 0,00344

135

22 1160,182 0,181 29,00455 0,00362

23 1211,066 0,191 30,27665 0,00382

24 1261,953 0,2 31,548825 0,004

25 1312,838 0,21 32,82095 0,0042

26 1363,723 0,22 34,093075 0,0044

27 1414,607 0,23 35,365175 0,0046

28 1465,492 0,241 36,6373 0,00482

29 1518,414 0,253 37,96035 0,00506

30 1569,299 0,265 39,232475 0,0053

31 1620,184 0,278 40,5046 0,00556

32 1671,068 0,29 41,7767 0,0058

33 1553,016 0,315 38,8254 0,0063

34 785,666 0,842 19,64165 0,01684

35 785,666 0,842 19,64165 0,01684

136

Tabla de resultados de esfuerzo y deformación para la tercera probeta cilíndrica

del ensayo de adherencia (probeta de un hueco roscado)

ITEM

FUERZA

(N) ∆L (mm)

Esfuerzo


1 77,346 0 1,93365 0

2 128,23 0,005 3,20575 0,0001

3 179,115 0,014 4,477875 0,00028

4 230 0,017 5,75 0,00034

5 280,887 0,022 7,022175 0,00044

6 331,771 0,026 8,294275 0,00052

7 382,656 0,031 9,5664 0,00062

8 433,541 0,037 10,838525 0,00074

9 484,428 0,042 12,1107 0,00084

10 535,313 0,049 13,382825 0,00098

11 586,197 0,056 14,654925 0,00112

12 637,082 0,065 15,92705 0,0013

13 386,727 0,27 9,668175 0,0054

14 158,762 0,279 3,96905 0,00558

15 91,594 0,279 2,28985 0,00558

16 81,416 0,381 2,0354 0,00762

17 81,416 0,482 2,0354 0,00964

18 81,416 0,583 2,0354 0,01166

19 79,381 0,683 1,984525 0,01366

20 79,381 0,784 1,984525 0,01568

137

Las siguientes tablas están acreditadas por la superintendencia de industria y

comercio, conforme a los criterios establecidos en los documentos. Decreto 2269 de

1993 y resolución 8728 de 2001 (Norma ISO/IEC 17025: 1999 NTC - ISO / IEC

17025:2001), la cual fue incorporada en la circular única básica Nº 10 titulo V,

para realizar los siguientes ensayos:

Producto o material a ensayar

Tipo de ensayo propiedades medibles rango de medida

Norma técnica o especificación utilizada

Plásticos rígidos y semirigidos

Resistencia a la tensión. Porcentaje de elongación. Modulo de elasticidad. Rango de carga y extensión (0-1.25KN y 0-75mm)

NTC 595(1996) ASTM D638(1993)

Películas y láminas plásticas

Resistencia a la tensión. Porcentaje de elongación. Modulo de elasticidad. Rango de carga y extensión (0-1.25KN y 0-75mm)

NTC 942 (1996) ASTM D882 (1991)

Plásticos rígidos Resistencia a compresión. Esfuerzo a fluencia. Modulo de elasticidad (0-300KN y 0-75mm).

ASTM D695 (1990)

Cauchos

Resistencia tensión. Porcentaje de elongación. Modulo de elasticidad. Rango de carga y extensión (0-1.25KN y 0-75mm)

NTC 444 (1996) ASTM D412 (1998)

Plásticos y cauchos Dureza short A short D . Rango: 0-100 short A y 0- 100 short D.

NTC 467(1996) ASTM D2240 (1991) NTC 2524

Plásticos rígidos Dureza Rockwell. Rango: 0-115 rockwell.

ASTM D785 (1989)

Plásticos rígidos Resistencia al impacto rango de energía del péndulo: 0-30 lb.pie

NTC 943 (1996) ASTM D256 (1993)

Plásticos Flexión. Esfuerzo y deformación máxima en fibras exteriores. Rango de carga y extensión (0-1.25KN y 0-50mm)

NTC 1769 (1982) NTC 3201 (1999) ASTM D790 (2002)

138

Producto o material a ensayar

Tipo de ensayo propiedades medibles rango de medida

Norma técnica o especificación utilizada

Espuma de poliuretano

Coeficiente de conductividad térmica. Rango: 0.1-0.4 Btu.h 1− ft 2 .°F 1−

ASTM C177(1997)

Películas y lámina plástica

Porcentaje de transmisión de luz directa y luz difusa Rango: 0-100%

NTC 3337 (19998) ASTM D1003 (1995)

Plásticos Densidad. Rango de masas 0-200 gr Rango dimensional 0-2 pulg

NTC 907 ASTM D792-00

Cauchos Densidad. Rango de masas 0-200 gr Rango dimensional 0-2 pulg

NTC 456 (1971) ASTM D297-93 (1998)

Plásticos rígidos Temperatura de deflexión bajo carga. Rango de temperatura: 23-200°C

ASTM D648 (1996)

Películas y lamina plástica

Velocidad de transmisión de oxígeno. Rango de humedad relativa: 0-75% y de temperatura de 21° C y 50° C.

ASTM D3985 (1995) ASTM F1307 (1990)

Cauchos Resistencia al desgarre. Rango de carga y extensión (0-1.25KN y 0-750mm).

ASTM D624 (1998)

Cauchos Deformación remanente por compresión. Rango de compresión: 50 a 90 %

ASTM D395-01


Densidad rango de masas 0-200 g. Rango dimensional 0-200 mm.

NTC 2019 ASTM D3574 (2001)


Resistencia a la tensión. Rango de carga y extensión (0-1025kn y 0-750mm)

NTC 2019 ASTM D3574 (2001)


Resistencia al desgarre. Rango de carga y extensión (0-1.25KN y 0-750 mm).

NTC 2019 ASTM D3574 (2001)


Deformación remanente por compresión. Rango de compresión: 50 a 90 %

NTC 2019 ASTM D3574 (2001)

edwin oswaldo montilla hernandez · 2019. 9. 18. · 16. materiales utilizados en la fabricaciÓn...

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