presentación producción de pzas plásticas v1

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Métodos de producción Métodos de producción de de

piezas plásticaspiezas plásticas

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Facultad de Ingeniería – Universidad de Buenos Aires 67.27 - Tecnología Mecánica II

Métodos de producción de piezas plásticas

• Plasticos. Definicion

• Se aplica a sustancias de distintas estructuras y naturalezas que• carecen de punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de• temperaturas, propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten• moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones.• Denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante• polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono, en largas

cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

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Plásticos: Características Generales

Baja densidadPor su bajo peso especifico, los envases diseñados con materiales plásticostienen ventajas en costo. Debido a que de un kilo de material, resultan grancantidad de envases. Resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes FlexibilidadResisten grandes esfuerzos sin dañarse y recobran fácilmente susdimensiones originales, cuando se les deja de aplicar fuerza. Bajo coeficiente de fricciónPermite correr, sin necesidad de lubricantes en las líneas de producción.Aislamiento térmico y eléctrico excelenteResistencia a la corrosiónAltamente resistentes a la humedad, oxigeno, algunos ácidos. Resistencia al impacto Viscoelasticidad:El material extruido “recuerda” su forma y trata de regresar a ella despuésde dejar el orificio del troquel.

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Las moléculas pequeñas, como las del etileno, que se puedenenlazar de esta forma se denominan monómeros. A la cadena de

monómeros se la denomina polímero y al proceso de juntar moléculas

entre sí se llama polimerización.

Estructura de los Plásticos

Etileno Polietileno

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Polímeros Clasificaciones Físicas

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Elastómeros

Se componen de largas cadenas que se encuentran unidas entre si, pormuy pocas uniones químicas.Esto les permite un gran movimiento intermolecular que se ve reflejado ensu buena flexibilidad.Son materiales que tienen memoria, es decir que al someterlos a unesfuerzo modifican su forma, recuperándola cuando se retira eseesfuerzo.

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Los termoplásticos, en cambio, no establecen enlaces entre losdistintos polímeros. Las fuerzas de atracción entre moléculas son las deVan Der Waals, fuerza de atracción entre moléculas que se mantienenunidas.Esta fuerza es mucho más débil que los enlaces entre átomos ydisminuye al calentamiento, razón por la cual este tipo de plásticos sedeforman cuando se calientan.La principal característica de estos, es que pueden ser llevados a unestado viscoso una y otra vez por medio del calentamiento y serprocesados varias veces.

Termoplásticos

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Termoestables

Los termoestables se preparan generalmente a partir de sustanciassemifluidas de peso molecular relativamente bajo, las cuales alcanzan,cuando se someten a procesos adecuados, un alto grado deentrecruzamiento molecular formando materiales duros.Estas uniones le otorgan una gran resistencia y rigidez al material,impidiendo su deformación incluso bajo grandes esfuerzos.

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ExtrusiónDefinición:Es un proceso continuo por el cual se fuerza al polímero en estado plástico a fluir por una boquilla con la forma de la sección transversal deseada con el objeto de obtener perfiles largos de sección constante. Luego éste se corta a la medida requerida.

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Máquina:

Camisa: ésta se rodea por su exterior de resistencias eléctricas que aportan parte del calor para fundir el material.

Los componentes principales de máquina extrusora son:

Tornillo: provee del movimiento de avance para el material y además provoca el “amasado” del mismo para fundirse.

Troquel, cubo o matriz: es la boquilla por la cual sale el polímero con la forma final deseada.

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Métodos de producción de piezas plásticasProceso principal:

Se puede separar en tres etapas:

1. Alimentación: ingresa el material al tornillo desde la tolva que está ubicada en extremo opuesto al troquel.

2. Compresión y fundido: La geometría del tornillo y la camisa provoca una compresión del material debido que se hace más chico el volumen que queda entre éstos.

3. Homogenización: en esta etapa se mezcla el material y genera la presión suficiente, ayudado por un filtro, para forzarlo a salir por la boquilla.

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Métodos de producción de piezas plásticasEquipos accersorios:

• Calibres: Se utilizan por lo general para perfiles huecos.

Son dos placas de acero que tienen un vaciado entre las dos la forma exterior del perfil extrudado. Por cada una de las placas circula, a través de conductos, agua fría. Además cuenta con orificios a través de los cuales se succiona el perfil mediante vacío para que se enfríe copiando la forma del calibre.

• Orugas de tiro:

Son dos cadenas provistas de paneles de poliuretano, una superior y una inferior, que traccionan al perfil una vez que sale de la extrusora.

• Sistema de corte: Es el módulo que realiza el corte del perfil estrudado al largo seteado.

P3080001.MOVP3080002.MOVP3080003.MOVP3080004.MOV

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Métodos de producción de piezas plásticasProductos extruidos:

Dependiendo de la configuración de la boquilla o matriz se pueden obtener:

• Perfiles sólidos

• Perfiles huecos

• Recubrimientos de alambre y cables

• Láminas y hojas• Filamentos

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Moldeo por Inyección:

Definición:

Un material Termoplástico, que es viscoso temperatura elevadas y es estable a temperaturas del ambiente, se mantiene caliente. El material es forzado desde el reservorio hasta unmolde que es mantenido a bajas temperaturas, el molde es abierto tan pronto como el material se enfría, la velocidad del ciclo es determinada por la rapidez con que el material usado se enfría, esto depende en la coductibilidad térmica del material.

El 60% de las máquinas de transformación de plástico sonmáquinas de inyección.

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Proceso:

El ciclo de inyección se puede dividir en las siguientes etapas:

• Cierre del molde.• Inyección.• Presión de sostenimiento.• Nueva plastificación.• Extracción.

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1. Cierre del molde:

Se cierra el molde vacío, mientras se tiene lista la cantidad de material fundido para inyectar dentro del barril.

El molde se cierra en tres pasos: primero con alta velocidad y baja presión, luego se disminuye la velocidad y se mantiene la baja presión hasta que las dos partes del molde hacen contacto, finalmente se aplica la presión necesaria para alcanzar la fuerza de cierre requerida.

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2. Inyección:

El tornillo inyecta el material, actuando como pistón, sin girar, forzando el material a pasar a través de la boquilla hacia las cavidades del molde con una determinada presión de inyección.

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3. Presión de sostenimiento :

Al terminar de inyectar el material, se mantiene el tornillo adelante aplicando una presión de sostenimiento antes de que se

solidifique, con el fin de contrarrestar la contracción de la pieza durante el enfriamiento. La presión de sostenimiento, usualmente, es menor que la de inyección y se mantiene hasta que la pieza

comienza a solidificarse.

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4. Nueva Plastificación :

El tornillo gira haciendo circular los gránulos de plástico desde la tolva y plastificándolos. El material fundido es suministrado hacia la

parte delantera del tornillo, donde se desarrolla una presión contra la boquilla cerrada, obligando al tornillo a retroceder hasta que se acumula el material requerido para la inyección.

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5. Extracción :

El material dentro del molde se continúa enfriando en donde el calor es disipado por el fluido refrigerante. Una vez terminado el tiempo de enfriamiento, la parte móvil del molde se abre y la pieza es extraída.

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Potencia :

En cuanto al consumo de potencia en cada una de las etapas del ciclo, se observa que:

• El cierre del molde apenas se requiere la potencia necesaria para vencer la fricción generada al desplazar la placa móvil.

• La etapa de inyección necesita la potencia máxima durante un período muy corto.

• El desplazamiento de la unidad de inyección y la apertura del molde requieren muy poca potencia.

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Duración del ciclo de inyección:

El tiempo que tarda un ciclo de inyección, permite establecer el costo y rentabilidad de una producción.

El cierre y apertura del molde consumen el mismo tiempo. La suma de estas etapas es el tiempo de ciclo en vacío, que es una constante de la máquina y la indica el fabricante; de igual manera, el fabricante señala el número máximo de ciclos en vacío por minuto.

El tiempo total del ciclo se compone de:

1. tiempo en vacío (tv)2. tiempo de inyección (ti)3. tiempo de aplicación de la presión de sostenimiento (tp)4. tiempo de solidificación o enfriamiento (ts)

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2. Tiempo de inyección (ti): También se denomina tiempo de llenado del molde, es el tiempo

necesario para que el material pase del barril a las cavidades en el molde. Este tiempo puede abarcar entre el 5 y el 30% del tiempo de ciclo total.

3. Tiempo de presión de sostenimiento (tp): En esta etapa lo que se busca es compensar la contracción que sufre

el material durante la solidificación, para evitar rechupes y distorsiones pronunciadas de la pieza. No existe una manera analítica de estimar este tiempo, por lo que en la práctica lo que se hace es determinar con prueba y error.

4. Tiempo de solidificación o de enfriamiento (ts): Este tiempo transcurre entre el final de la aplicación de la presión de sostenimiento y el comienzo de la apertura del molde. En este

tiempo se debe asegurar que el material ha solidificado y que al extraer la pieza, no se distorsionará.

Ts es el tiempo más largo del ciclo, llegando a alcanzar entre el 50 y el 85% del tiempo total.inyeccion.avi

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Máquina:Definición:

Según norma DIN 24450 una inyectora es una máquina cuya tarea principal consiste en la fabricación discontinua de piezas a partir de masas de moldeo de elevado peso molecular, con la ayuda de presiones elevadas.

Una inyectora se compone de cuatro unidades principales :

1. La unidad de inyección.2. La unidad de cierre.3. La unidad de control.4. La unidad de potencia.

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Métodos de producción de piezas plásticas1. Unidad de inyección:

Es la parte de la máquina que efectúa la alimentación,plastificación e inyección al molde del material plástico, el cual entra en estaunidad de inyección en forma de pellet o grano.

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Métodos de producción de piezas plásticas2. Unidad de cierre:

También es conocida como unidad de cierre del molde y es el componentede la maquina que sostiene el molde, efectúa el cierre y la apertura, generala fuerza para mantenerlo cerrado durante la fase de inyección y cuando elmolde se abre, expulsa la pieza moldeada.En la actualidad se han creado muchos sistemas de cierre, pero los másconocidos y utilizados son:

•Cierre por rodillera (simple o doble), •Cierre por pistón (también conocido como cierre directo) y cierre hidromecánico opistón bloqueado.

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3. Unidad de Control de proceso:

Este sistema básicamente contiene un controlador lógico programable (PLC) y controladores PID para las resistencias eléctricas del barril y de la boquilla.El PLC permite programar la secuencia del ciclo de inyección y recibe señales de alarma, por sobrepresión o finales de carrera, para detener el ciclo.Los controladores PID son los más adecuados para el control de temperatura debido a su elevada velocidad de respuesta para mantener la temperatura a los niveles requeridos

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4. Unidad de potencia :

Es el sistema que suministra la potencia necesaria para el funcionamiento de la unidad de inyección y de la unidad de cierre. Los principales tipos de sistemas de potencia se pueden clasificar como:

• Sistema de motor eléctrico con unidad reductora de engranajes• Sistema de motor hidráulico con unidad reductora de engranajes• Sistema hidráulico directo

Ventajas del motor hidráulico con respecto al eléctrico:

• Fácil variación de velocidades, regulando el volumen de fluido.• Permite arranques y paradas rápidos debido al pequeño momento de inercia.• Permite relaciones bajas de peso potencia, lo que posibilita alcanzar altas velocidades de inyección del material.

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Parámetros de una inyectora:

Las principales características utilizadas para dimensionar y comparar máquinas inyectoras son:

• Capacidad o fuerza de cierre: usualmente se da en toneladas (ton)• Capacidad de inyección: es el volumen de material que es capaz de suministrar la máquina en una inyección (cm3/inyección). Es común dar este valor en gramos, tomando como referencia la densidad del poliestireno.• Presión de inyección: es la presión máxima a la que puede bombear la unidad de inyección el material hacia el molde. Usualmente se trabaja a un 60% de esta presión o menos.• Capacidad de plastificación: es la cantidad máxima de material que es capaz de suministrar el tornillo, por hora, cuando plastifica el material; se da en kg/h.• Velocidad de inyección: es la velocidad máxima a la cual puede suministrar la unidad de inyección el material hacia el molde; se da en cm3/s.

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Imagen de Inyectora eléctrica

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Imágenes de inyectoras hidráulicas

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Moldes de inyección:

La función de los moldes es la de generar la forma deseada en el termoplástico y enfriar la pieza.

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Tipos de moldes:

Sistemas de dos placas:

Los moldes de dos placas o A y B son los más sencillos y comunes de todos los tipos demoldes. Estos moldes utilizan un lado A estacionario y un lado B móvil

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Sistemas de tres placas:

Los moldes de tres placas son una modificación del sistema de dos placas en la cual se añade una placa central entre las placas móvil y estacionaria.

La placa central aísla la corredera y el sistema de colada, de las piezas.El sistema de colada se forma entre la placa estacionaria y la central, y las piezas moldeadas se forman entre la placa central y la móvil.

Al abrirse el molde, las piezas permanecen en la placa móvil y se expulsan desde ahí. Sin embargo, el sistema de colada y la corredera se separan de las piezas moldeadas y permanecen entre las placas central y estacionaria.

Un sistema expulsor accionado por resortes que se encuentra en la placa central expulsa la colada.

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Ventajas del sistemas de tres placas frente al de dos:

• El corte de los puntos de inyección se realiza durante el proceso de expulsión de la pieza, no como una operación secundaria.

• Existe mayor libertad para seleccionar el número y ubicación de los puntos de inyección por medio de la colocación de los conos de inyección a través de la placa central.

• Se pueden colocar puntos de inyección en varios sitios de las piezas más grandes para facilitar el llenado.

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Molde de acero de dos cavidades para inyección de dos fuentes plásticas.

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Ubicación de los puntos de inyección:

Los puntos de inyección siempre se deben de ubicar en la sección más gruesa de la pieza para permitir el flujo de las secciones gruesas a las delgadas.

Las consideraciones cosméticas pueden dictar la ubicación de los puntos de inyección; sin embargo, no se aconseja el flujo a través de una sección delgada hacia una sección más gruesa.

Venteo:

Los orificios de ventilación en la cavidad del molde, permiten que el gas (aire) que se encuentra presente en la cavidad escape mientras la resina la llena.

El venteo inadecuado puede hacer que el gas se comprima en la cavidad y se caliente entonces hasta el punto de causar marcas de quemaduras en la pieza y un depósito en la superficie del molde.La ubicación de los orificios de ventilación depende de la distribución de la cavidad y puede predecirse con exactitud por medio de la simulación del flujo.

Por lo general, los orificios de ventilación se deben colocar opuestos a los puntos de inyección.

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Métodos de producción de piezas plásticasDiseño para la optimización del llenado.

Factores que influyen en la presión de inyección:

Donde: n Constante propia del material, rango entre 0.15 y 0.36

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Presión de inyección y longitud de flujo:

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Presión de inyección y espesor de pieza:

Presión de inyección y tiempo de llenado:

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Algunas piezas obtenidas por inyección:

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Soplado

El moldeo por Soplado es un proceso de producción derecipientes y artículos huecos, en donde una resina termoplástica esfundida, transformada en una preforma hueca y llevada a un molde final endonde, por la introducción de aire a presión en su interior, se expande hastatomar la forma del molde, finalmente es enfriada y expulsada como unartículo terminado.Genera piezas de plástico huecas de una sola pieza y con paredesdelgadas, como botellas.La producción es en masa.

Rango de pesos [Kg] 0,001~0,3Espesor mínimo [mm] 0,4~3Complejidad de forma BajaTolerancias [mm] 0,25~1Rugosidad [μm] 0,2~1,6Rentabilidad 1k~10000k

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El moldeo por soplado se lleva a cabo en dos etapas:

1ª- Fabricación de un tubo de inicio de plástico fundido, llamado “parison”.

2ª- Inflado del tubo hasta que adquiere forma final deseada.

El formado del parison, puede llevarse a cabo por extrusion o por inyeccion

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Moldeo por Soplado y Extrusión

1- Extrusión de Parison2- Se pincha la parte superior del parison y se sella en la inferior alrededorde un sello metálico de soplado conforme las dos mitades se juntan.3- El tubo se infla adoptando la forma de la cavidad del molde.4- El molde se abre para retiro de pieza solidificada.

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extrusion soplado.flv

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Moldeo por Soplado e Inyección

1. Se inyecta al parison moldeado alrededor de una barra de soplado.2. Se abre el molde de inyección y el parison se transfiere a un molde desoplado.3. Se infla el polímero suave para conformarlo al molde de soplado.4. Se abre el molde de soplado y se retira el producto

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inyeccion soplado horizontal.flv

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Moldeo por soplado por inyección y estiramiento:

El moldeo por soplado por inyección y estiramiento comienza con un

preformado moldeado por inyección que se recalienta y se estira con un

cilindro mientras simultáneamente se sopla en un molde. Este proceso de

conversión generalmente se utiliza para producir botellas PET.

Injection stretch blow moulding.flv

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Rotomoldeo

Este proceso se asocia con piezas grandes y huecas de plastico. Consiste en poner resina en polvo en un molde hueco, y luego rota el molde en dos ejes dentro de un horno. La resina se funde y cubre la superficie interior del molde. Este se enfria y la pieza es retirada.

Juguetes Tanques Depósitos

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RotMold2.swf

Rotomoldeo.flv

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Ventajas:Una pieza hueca se obtiene de una sola pieza sin lineas de rebaba ni juntasProducto final libre de tensionesMoldes poco costososEconómicamente viable para poca producciónNo hay desechos ya que la totalidad de la resina se usa en el conformadoPosibilidad de hacer productos multicapaSe pueden hacer diferentes productos a la vez en una maquinaPosibilidad de hacer insertosPiezas tienen resistencia y durabilidadEspesor de pared constante

DesventajasTiempos de fabricación largosObtener el polvo moliendo el material aumenta el precioAlgunas geometrías son difíciles de moldear

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Métodos de producción de piezas plásticasInmersion:

Se producen hojas y películas de espesores diversos por medio de extrusión convencional, con el uso de una rendija angosta como abertura del troquel. Ésta puede medir hasta 3 m de ancho y ser tan angosta como 0,4mm.

Este incluye un colector que distribuye el polímero en forma lateral antes de que fluya a través de la rendija (orificio del troquel).

Una de las dificultades, es lograr uniformidad de espesor a todo lo ancho del material.

Esto se debe al cambio drástico de forma que experimenta el polímero fundido durante su flujo a través del troquel, y a las variaciones de la temperatura y presión en éste.

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Métodos de producción de piezas plásticasPara lograr tasas altas de producción, debe integrarse al proceso de extrusión un método eficiente de enfriamiento y captura de la película.

Por lo general, esto se hace dirigiendo de inmediato el material extruido hacia una pileta de agua o hacia rodillos fríos:El proceso es notable por sus velocidades muy altas de producción 5m/s. Además, es posible alcanzar tolerancias estrechas para el espesor de la película.Debido al método de enfriamiento que se usa en este proceso, se le conoce como extrusión con rodillo frío.En contacto con los rodillos fríos, el extruido se enfría y solidifica con rapidez. El extrusor sirve como dispositivo alimentador para los rodillos fríos dando forma a la película

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Métodos de producción de piezas plásticasTermoformado:Termoformado:

El termoformado es un proceso de gran rendimiento para la realización de productos de plástico a partir de láminas semielaboradas, que hallan numerosos campos de aplicación, desde el envase a piezas para electrodomésticos y automoción

Proceso:

• Se contruye un molde. • Emplazar sobre el molde una plancha de materiale termoplástico. • Fijar de modo que el hueco entre molde y pieza sea estanco.• Calentar la plancha hasta su temperatura de reblandecimiento y • Se hace vacío, de modo que el material se estire y se adapte a la superficie del molde.• Una vez fría la pieza, se extrae, se recorta el material en exceso y se obtiene una pieza acabada.

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Como alternativa, en lugar de aplicar vacío entre el molde y lámina, puede aplicarse presión sobre ésta para obtener un resultado similar, o pueden combinarse ambas técnicas para embutidos profundos.

Otras alternativas:

Conformado con lámina apoyada:

Se utiliza para moldear láminas muy orientadas (OPS) o sensitivas al calor (PP, PE), que se calientan apoyadas sobre una chapa porosa. Al alcanzar la temperatura de moldeo, se aplica la lámina contra el molde hembra aplicando aire comprimido a través de los poros de la chapa o se hace el vacío entre lámina y molde.

Conformado por deslizamiento:

La lámina caliente no se sujeta fuertemente con el marco de cierre de modo que, al aplicar presión diferencial, se desliza sobre el borde y hacia adentro de la cavidad. En un momento dado, se aumenta la fuerza de cierre y se completa el moldeo por estiramiento de la lámina. El proceso es similar al embutido profundo de chapa metálica con prensa chapa.

termoformado.avi

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Aplicaciones:

La adaptabilidad del proceso a las grandes series, especialmente en cubetas de pequeño tamaño para la industria alimentaria, ha hecho que se desarrollasen máquinas de moldeo secuencial con moldes de cavidades múltiples, y sistemas automatizados de alimentación y transporte de la lámina, y troquelado y apilado de las piezas.

Sin embargo, se trata también de un proceso que se adapta a la fabricación de grandes piezas, Se han conformado una serie de embarcaciones moldeadas en plancha de ABS con una eslora de 4,70 m. Es también el procedimiento utilizado para fabricar grandes bañeras (spa) en lámina de metacrilato, reforzada luego con un respaldo de poliester/vidrio.

Moldes:

La variedad de materiales con que pueden fabricarse los moldes, que va desde la escayola reforzada con fibra de vidrio al acero, con especial preferencia por el aluminio, dados su conductividad térmica y fácil mecanizado, hacen a estos procedimientos especialmente adecuados para series cortas, partidas piloto e incluso prototipos.

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Lámina de Polietileno y piezas elaboradas por termoformado

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Procedimiento artesanal de conformado de láminas plásticas con modelo de madera para la obtención de la carrocería de un auto de juguete .

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Termoformadora GN-PLASTICS para producción en serie.

inyeccion.avi

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Calandrado:Definición:

El calandrado es un proceso que permite obtener láminas de distintos polímeros a través de rodillos que laminan la materia prima que se coloca en estado plástico. La máquina que lo realiza se llama Calandria. Ésta consta de 3 o más rodillos que proporcionan una lámina bruta la cual se refina y se ajusta en otra serie de cilindros de calibración. Es muy importante controlar la presión y la refrigeración de los rodillos para obtener productos sin variaciones en el espesor.

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Moldeo por Compresión:Definición: Es un proceso muy utilizado para polímeros termoplásticos que consiste en compactar entre dos moldes una cierta cantidad de compuesto y agregar presión y temperatura para que el mismo tome la forma de los moldes.

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Métodos de producción de piezas plásticasProceso principal:

Se pueden distinguir 4 etapas:

1. Carga: en esta etapa se carga en el molde inferior la cantidad precisa de compuesto para llenar la pieza. La materia prima puede ser en forma de pelets, líquida o polvo.

2. Compresión: las dos partes de las matrices se cierran obligando al material a llenar las cavidades del molde. Se aplica presión mediante cilindros hidráulicos.

3. Calentamiento: se aporta calor a través del calentamiento de los moldes para polimerizar y curar el material.

4. Retiro de pieza: se abre el molde y por medio de expulsores se extrae la pieza terminada.

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Para acortar los tiempos de producción se estila precalentar el material antes de colocarlo en el molde.

El precalentamiento se puede realizar a través calentadores infrarojos, convección en horno o por el uso de un tornillo giratorio caliente dentro de un barril.

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Las prensas para moldeo por compresión se orientan en forma vertical y contienen dos placas a las que se sujetan las mitades del molde. El movimiento del molde se realiza a través de pistones hidráulicos.

Máquina:

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Los materiales para moldeo por compresión incluyen fenoles, melamina, formaldehído de urea, epóxicos, uretanos y elastómeros.

Ventajas:

• los moldes son sencillos, más económicos y menor mantenimiento (comparado con los usados para inyección)• menor desperdicio • esfuerzos residuales bajos en las piezas moldeadas.

Desventajas:

• Ciclo de producción mas largo que los del proceso de inyección.

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