INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO

DMSIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA CIENCIAS

MAESTRÍAS EN INGENIERÍA Y

"APLICACIÓN DE SISTEMAS CAD/CAM Y PROTOTIPOS RÁPIDOS PARA EL DISEÑO Y FABRICACIÓN DE CAVIDADES DE

MOLDES PERMANENTES PARA PIEZAS DE PLÁSTICO."

TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD EN SISTEMAS DE MANUFACTURA AUTOMATIZADA

PRESENTA

FRANCISCO MIGUEL MORA CAMPOS

Asesor:

Comité de Tesis:

Jurado:

DR. PEDRO LUIS GRASA SOLER

DR. ARMANDO BRAVO ORTEGA M.C. IGNACIO ADRIÁN ROMERO

DR. ARMANDO BRAVO ORTEGA M.C. IGNACIO ADRIÁN ROMERO DR. PEDRO LUIS GRASA SOLER

Presidente Secretario Vocal

Atizapán de Zaragoza, México Mayo de 1999

l 5 OC11999

ÍNDICE

Lista de figuras. . ............................. viii

Capítulo 1 1. Introducción ................................. 1

1.1 Antecedentes. . ................................ 1 1.2 Justificación y Planteamiento del problema. . ....................... 5 1.3 Objetivos. . ................................ 9 1. 4 Trabajo propuesto. . ............................... 1 O

1.4.1 Investigación documental. . ............................... 10 1.4.2 Diseño de partes de plástico. . ............................... 10 1.4.3 Selección del proceso de fabricación

de piezas de plástico. . ............................... 11 1. 4. 4 Definición de cavidades de moldes

para piezas de plástico. . ............................... 11 1.4.5 Selección del proceso de maquinado

para la(s) cavidad(es) del molde. . ...................... 11 1.4.6 Maquinado de cavidades utilizando

sistemas CAD/ CAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.4. 7 Aplicación de la metodología propuesta

a una pieza en particular. . ...................... 11 1.4.8 Organización de la tesis. . ...................... 12

Capítulo 2. 2. Conocimientos fundamentales de moldes de partes de plástico ........ 13

2.1 Introducción. . ...................... 13 2.2 Procesos de fabricación de piezas de plástico ....................... 13

2.2.1 Extrusión. . ...................... 14 2.2.2 Termoformado. . ...................... 16 2.2.3 Soplo. . ...................... 22 2.2.4 Inyección. . ...................... 26 2.2.5 Compresión y transferencia. . ...................... 29

2.3 Tipos de moldes. . ...................... 33 2.3.1 Moldes de compresión. . ...................... 33 2.3.2 Moldes de transferencia. . ...................... 34 2.3.3 Moldes de inyección. . ...................... 34 2.3.4 Otras herramientas para plásticos. . ...................... 35

2.4 Métodos de fabricación de moldes. . ...................... 36 2.4.1 Maquinado con desprendimiento de viruta ............... 37 2.4.2 Electroerosionado. . ...................... 39

Capítulo 3. 3. Conocimientos fundamentales de sistemas CAD/CAM

y prototipos rápidos. . ..................... .41 3.1 Introducción. . ..................... .41

V

3.2 Sistemas CAD. . ..................... .41 3. 2 .1 Definición. . ..................... .41 3.2.2 Arquitectura o estructura de un sistema CAD ......... .41 3.2.3 Modelado geométrico. . ..................... .43

3.2.3.1 Modelos de alambre. . ..................... .44 3.2.3.2 Modelos de superficies. . ..................... .44 3.2.3.3 Modelos de sólidos. . ...................... 47

3.2.4 Manipulación del modelo. . ...................... 50 3.2.5 Geometria asociada y atributos. . ...................... 51 3.2.6 Ventajas. . ...................... 52

3.3 Sistemas CAM. . ...................... 54 3.3.1 Definición. . ...................... 54 3.3.2 Máquinas de control numérico. . ...................... 56

3.3.2.1 Definición de control numérico ................... 56 3.3.2.2 Componentes de un sistema de

control numérico. . ...................... 56 3.3.2.3 Aplicaciones del control numérico ............... 58 3.3.2.4 Beneficios del control numérico ................... 59

3.3.3 Programación de máquinas herramientas de control numérico. . ...................... 60 3.3.3.1 Programación manual. . ...................... 60 3.3.3.2 Programación asistida. . ...................... 62

3.3.4 Operaciones de maquinado dentro de los sistemas de CAD/CAM. . ...................... 66

3.3.5 Verificación de las trayectorias de maquinado .......... 69 3.3.6 Ventajas. . ...................... 70

3.4 Prototipos rápidos. . ...................... 71 3 .4 .1 Definición. . ...................... 71 3.4.2 Técnicas de fabricación. . ...................... 72

3.4.2.1 Estereolitografia por 3D System Inc. Ltd ...... 73 3.4.2.2 Laminated object manufacturing (LOM)

por Helisus, Inc. . ...................... 7 4 3.4.2.3 Selective Laser Sintering (SIS) por

DTM Cor¡>. . ...................... 76 3.4.2.4 Fused Depositation Modelling (FDM)

por Stratasys, Inc. . ...................... 77 3.4.2.5 Solid Ground Courding (SGC) por

Cubital, Inc. . ...................... 78 3.4.2.6 Ballistic Manugacturing (BPM) por

Perception Systems. . ...................... 78 3.4.3. Beneficios. . ...................... 80

Capítulo 4. 4. Diseño y fabricación de modelos integrando sistemas CAD y

prototipos rápidos. . ...................... 82 4.1 Introducción. . ...................... 82

VI

4.2 Proceso de diseño. 4.3 Síntesis de la necesidad y planteamiento

del problema. 4. 4 Diseño conceptual de la pieza. 4.5 Ingeniería del producto. 4.6 Ingeniería de detalle. 4. 7 Ejemplo de aplicación del proceso de diseño

a una pieza de plástico. 4.8 Generación del prototipo rápido.

Capítulo 5.

. ...................... 82

. ...................... 84

. ...................... 86

. ...................... 89

. ...................... 91

. ...................... 92

. ...................... 98

5. Diseño y fabricación de cavidades. . .................... 103 5.1 Definición del proceso. . .................... 103 5.2 Diseño de cavidades con sistemas CAD/CAM .................... 103 5.3 Fabricación de cavidades con sistemas CAD/ CAM ............. 105 5.4 Ejemplo de aplicación del proceso de diseño y

fabricación de una cavidad para una pieza de plástico ....... 109

Capítulo 6. 6. Conclusiones. . .................... 121

Anexos Anexo A. . .................... 125 Anexo B. ..................... 128

Bibliografia. . .................... 130

VII

LISTA DE FIGURAS.

Figura l. Utilización de materiales por el hombre [8] ......................... 6

Figura 2. Consumo de Plásticos en Latinoamérica 1996. [8] .................. 7

Figura 3. Gráfica de importaciones de moldes de inyección/compresión

de plástico. [ 10] ........................ 9

Figura 2.1. Partes principales de una Extrusora [5]

Figura 2.2. Proceso de Formado al Vacío.[5]

Figura 2.3. Formado a Vacío (Molde Macho).[5]

Figura 2.4. Formado a Presión Libre.[5]

Figura 2.5. Formado a Presión.[5]

Figura 2.6. Formado Mecánico [5]

Figura 2.7. Proceso de Extrusión - Soplo.[5]

Figura 2.8. Proceso de Inyección - Soplo. [5]

....................... 16

....................... 19

....................... 20

....................... 21

....................... 21

....................... 22

....................... 25

....................... 25

Figura 2.9. Esquema de una Máquina de Inyección.[5] ....................... 28

Figura 2.10. Etapas del Ciclo de Inyección.[5] ....................... 30

Figura 2. 11. Moldeo por Transferencia: a) Se inserta un trozo de

compuesto de moldeo; b) se cierra la prensa; el compuesto fluye a las

cavidades del molde a través de bebederos; c) Se abre el ensamble de tres

placas; la pieza se recupera desde el lado inferior, se extrae la espiga por

medio del miembro superior.[8] ...................... 32

Figura 2.12. Dado de extrusión.[9] ...................... 35

Figura 2.13. Proceso de maquinado.[9] ...................... 38

Figura 2.14 Proceso de electroerosión.[3] ...................... 39

Figura 2.15. Electroerosionado por penetración. . ..................... 40

Figura 3.1. Arquitectura de un sistema de CAD. [12] ..................... .43

Figura 3.2. Entidades geométricas disponibles en un

sistema CAD. [12] ..................... .45

Figura 3.3. Ejemplos de tipos de superficies. [12] ..................... .48

viii

Figura 3.4. Primitivos disponibles por un modelador de

sólidos. [ 12) ..................... .49

Figura 3.5. Operaciones Booleanas con un bloque y

un cilindro. [ 12) ....................... 50

Figura 3.6. Geometría asociada. [12) ....................... 52

Figura 3.7. Definición de las herramientas CAM. [6] ....................... 55

Figura 3.8. Ejemplo de una trayectoria de herramienta. [12] .............. 65

Figura 3.9. Trayectorias para el proceso de torneado. [12) .................... 67

Figura 3.10. Fresado por perfilado y vaciado. [12] ....................... 68

Figura 3.11. Maquinado de superficies en 3 y 5 ejes. [ 12] ..................... 69

Figura 3.12. Proceso de estereolitografia. . ...................... 74

Figura 3.13. Principio del proceso LOM. [13] ....................... 75

Figura 3.14. Principio del proceso SLS. [13] ....................... 77

Figura 3.15. Principio de trabajo del proceso FDM. [13] ....................... 79

Figura 3.16. El principio de trabajo del BPM. [13] ....................... 79

Figura 3.17. Aplicaciones de los prototipos rápidos. . ...................... 81

Figura 4.1. Proceso de diseño. . ...................... 83

Figura 4.2. Bosquejo inicial de la pieza de plástico. . ...................... 94

Figura 4.3. Modelo de sólido de la figura.

Figura 4.4. Diseño conceptual de la pieza propuesta.

Figura 4.5. Plano de la pieza diseñada.

. ...................... 95

. ...................... 96

. ...................... 97

Figura 4.6. Visualización del archivo .STL en MAESTR0 ...................... 99

Figura 4. 7. Máquina de prototipos rápidos SLA 250. . .................... 100

Figura 4.8 El prototipo en el sistema de lavado. . .................... 100

Figura 4.9 Pieza en el proceso de curado. . .................... 101

Figura 4.10. Prototipo rápido. . .................... 102

Figura 5.2 Maquinado de un electrodo y una cavidad. . .................... 106

Figura 5.3 Estrategias de maquinado de un sistema de CAD/CAM ..... 107

Figura 5.4 Plano de la cavidad del molde. . .................... 110

Figura 5.5 Modelo en superficies de una cavidad de un

molde de soplo ..................... 111

ix

Figura 5.6 Parámetros de la herramienta de corte.

Figura 5. 7 Trayectoria de desbaste.

Figura 5.8 Trayectoria de semi acabado.

Figura 5.9 Trayectoria de acabado.

Figura 5.10 Simulación del proceso de desbaste.

Figura 5.11 Simulación del proceso de semi acabado.

Figura 5.12 Simulación del proceso de acabado

Figura 5.13 Parámetros para el código CNC.

Figura 5.14 Proceso de desbaste.

Figura 5.15 Proceso de semi acabado.

Figura 5.16 Proceso de acabado.

Figura 5.17 Cavidad maquinada en cera.

. .................... 112

. .................... 113

. .................... 114

. .................... 114

. .................... 115

. .................... 116

..................... 116

. .................... 117

. .................... 118

. .................... 118

. .................... 119

. .................... 119

X

l. INTRODUCCIÓN.

1.1 ANTECEDENTES.

La industria del plástico ha sufrido un importante crecimiento en el ámbito

mundial, y actualmente resulta dificil encontrar algún sector de nuestra vida

diaria que prescinda del uso de los plásticos.

La palabra plástico viene de la palabra griega "plastikog', la cual significa "para

formar o ideal para moldeado". Una definición más explícita del término, la

podemos tomar de la Sociedad del Plástico Industrial [1], la cual lo define como:

"Un amplio y variado grupo de materiales, que tienen como ingrediente

principal el carbón con oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y otros elementos

orgánicos e inorgánicos. Los plásticos son sólidos en su estado final. pero en

alguna etapa de su manufactura son suficientemente suaves para ser

moldeados en varias formas, comúnmente a través de la aplicación, ya sea

independiente o simultánea de calor y presión."

Las materias primas básicas utilizadas para obtener las partes plásticas son: el

petróleo, el gas natural, la celulosa, el agua, el aire y diversas sales minerales.

A pesar de ello, los plásticos son casi en su totalidad materiales sintéticos, ya

que no es posible encontrar alguno en estado natural y tienen que ser

obtenidos a partir de un procesamiento químico y fisico de las materias primas

básicas ya descritas.

Generalmente, los plásticos se clasifican, de acuerdo a las propiedades fisicas y

químicas de las resinas que los constituyen, en dos grupos principales:

termoplásticos y termofijos [2].

1

Los plásticos termoplásticos son materiales con una estructura molecular

lineal, que durante el moldeo en caliente no sufren ninguna modificación

química. La acción del calor causa que estas resinas se fundan, solidificándose

rápidamente por enfriamiento con la intemperie o con el contacto con las

paredes de un molde.

Dentro de ciertos límites, el ciclo de fusión-solidificación puede repetirse; sin

embargo, debe tenerse en cuenta que el calentamiento repetido puede dar como

resultado la degradación del material.

Algunos ejemplos de estos materiales son: el polietileno, polipropileno, nylon,

policarbonato (PC), acrílico, poliestireno, cloruro de polivinilo (PVC), acrilonitrilo

- butadieno - estireno (ABS), el polioximetireno (PMO), o aleaciones entre alguno

de los anteriores.

Los plásticos termofijos o termoestables pueden ser fundidos una sola vez. Los

materiales de este grupo se caracterizan por tener una estructura molecular

reticulada o entrelazada, que funden inicialmente por la acción del calor, pero

enseguida, si se continúa la acción del calor, experimentan un cambio químico

irreversible, el cual provoca que las resinas se tornen infusibles (es decir, no se

plastifican) e insolubles. Este endurecimiento es causado por la presencia de

catalizadores o de agentes reticulantes. Algunos ejemplos de plásticos

termofijos son las resinas alquídicas, las resinas epóxicas, las resinas poliéster,

los silicones y la bakelita entre otros.

Existe otro grupo conocido como los elastómeros que comprende los hules

naturales y todos los hules sintéticos, y se caracterizan por una elevada

elongación del orden del 200 y el 1000 %.

Las propiedades elásticas de los hules naturales y sintéticos alcanzan sus

valores máximos después de un apropiado tratamiento de vulcanización o

2

curado con azufre o con peróxidos. Algunos de estos materiales son el

polibutadieno, el poliuretano y por supuesto el caucho.

A nivel industrial los plásticos se procesan a partir de materias primas básicas

por diversas compañías químicas, las cuales ofrecen a los moldeadores

diferentes presentaciones. Como ejemplo podemos citar el uso de resinas

líquidas para al obtención de acrílico o para moldear partes con fibra de vidrio.

También es posible obtener los componentes de moldeo en forma de polvos o

gránulos.

Además, al componente básico del polímero se le suele agregar diversos

aditivos, que de acuerdo con los requerimientos establecidos para la parte a

moldear, pueden actuar como agentes catalizadores, de refuerzo, plastificantes,

estabilizadores o colorantes.

Gracias a la variedad de propiedades que ofrecen estos materiales, es posible

utilizarlos en muy diversas aplicaciones. Como ejemplo de esto podemos

enlistar aplicaciones en distintas industrias como la del envase, la de consumo

(peines, plumas, cubetas, etc.}, la construcción, la automotriz, del transporte, la

eléctrica y electrónica, la mecánica, la agrícola, la medicina, de los muebles,

etc.

Un aspecto de suma importancia y que también ha ayudado a desarrollar las

distintas aplicaciones de estos materiales, son los métodos de procesamiento.

Algunos de los procesos más importantes a través de los cuales se moldean

partes plásticas son: el termoformado (método en el que un termo plástico, en

forma laminada, se calienta hasta que se reblandece, dándole forma con un

molde); la inyección (método en el que un termoplástico se funde y, en estado

líquido se inyecta a alta presión a un molde cerrado hasta llenarlo, enfriándose

dentro del molde para extraer la pieza); el moldeo por compresión y por

transferencia ( el cual consiste en colocar el material en polvo en un molde

3

montado en una prensa, calentando el material y comprimiéndolo hasta que se

obtiene el conformado de la parte); la extrusión (este método permite la

formación de perfiles y láminas a través de rodillos y dados especiales); el

soplado (método por el cual podemos obtener recipientes de líquidos que

utilizamos a diario, mediante el inflamiento de un termoplástico y un molde

especial).

El elemento más importante en la fabricación de las piezas de plástico es el

molde; el molde es un conjunto de ensambles mecánicos fabricados

generalmente por artesanos expertos; lo que significa que el diseño y la

fabricación de éstos es un proceso lento y dependiente de la habilidad de una

sola persona.

Hay varios tipos de moldes, moldes manufacturados en arena o cerámica que

son destruidos después de cada fundición y moldes permanentes fabricados en

metal que se utilizan varias veces. Moldes que también varían en complejidad.

Hay moldes sencillos que utilizan dos componentes unidos con bisagras, y

moldes muy complejos que utilizan varios tipos de componentes como:

botadores, corazones, insertos, etc. Los moldes permanentes son utilizados

para producir una gran cantidad de piezas, los cuales contienen cavidades que

dan forma al material para producir las piezas.

Existen diferentes métodos para la fabricación de moldes para plásticos; dentro

de los más comunes podemos encontrar:

• Depositación electrolítica

• Metal Spraying

• Hobbing

• Maquinado y otras formas de remoción de material.

• Rapid Tooling.

4

De estos procesos, el maquinado es el más utilizado; ya que probablemente el

90 °/o [3) de todos los moldes sean fabricados por este método.

Las operaciones básicas para la fabricación de un molde como el fresado,

taladrado, rectificado, torneado, etc. son realizadas con máquinas herramientas

convencionales y/o de control numérico. Para operaciones complejas como

maquinados de superficies irregulares y perfiles, donde se requiera una alta

precisión, es necesario utilizar centros de maquinado (fresado, torneado) de

CNC (Control Numérico Computarizado).

Otra tecnología que puede usarse para facilitar o complementar la fabricación

del molde, es el proceso de electro-erosión. Por medio de este proceso es posible

obtener formas de cavidades complejas; además de que permite obtener diverso

acabados superficiales. Adicional a ésto, las máquinas de electro-erosión

pueden remover materiales con alta dureza. La herramienta que utiliza este tipo

de máquinas es el electrodo, que puede ser de grafito, y el cual puede fabricarse

usando también el método de maquinado a través de tecnología CNC.

A continuación, se presenta un análisis de la situación actual de los plásticos y

la fabricación de moldes en el ámbito nacional.

1.2 JUSTIFICACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Actualmente resultaría dificil que alguno de los sectores de nuestra vida diaria

pudiera prescindir del uso de los plásticos. Sólo basta con observar nuestro

alrededor y analizar cuantos objetos son de plástico y visualizar la importancia

de estos materiales. De hecho, a nuestra era se le conoce como la era del

plástico, y la cual continuará por varios años más, como se muestra en la

figura 1 de la utilización de materiales por el hombre.

5

También es aceptado que la industria del plástico es la de mayor interacción

económica. Las escuelas de negocios de prestigio internacional mencionan que

en esta época y hasta finales del siglo XX, los negocios que generarán mayores

utilidades son: computación, envase y plásticos, sobresaliendo el último debido

a su incidencia en los dos anteriores [4).

La industria del plástico se distingue por ser una de las de mayor dinamismo a

nivel nacional, con un crecimiento del más del seis por cien to anual promedio

PRESENTE FUTURO

Figura l. Utilización de materiales por el hombre {8 J

(cerca de 900 millones de dólares de inversión acumulada de 1990 a 1996); con

exportaciones, que al culminar los procesos de inversión en curso, alcanzarán

los 400 millones de dólares anuales y estimaciones de nuevos proyectos por

200 millones de dólares por año en las próximas décadas.[5)

México es el segundo demandante de plásticos a nivel Latinoamérica (2

millones 200 mil toneladas anuales de productos manufacturados, figura 2);

con la ventaja que posee la materia prima básica (el petróleo) en abundancia y

cuenta con ventajas fundamentales, como son: su posición geográfica, el

6

tratado de libre comercio con el consumidor más grande del mundo, Estados

Unidos de Norteamérica, además de tener convenios con Sudamérica y la

Cuenca del Pacífico, que serán las regiones de mayor intercambio económico en

el futuro.

No obstante, México sólo cuenta con una capacidad instalada de un millón 525

mil toneladas al año que resulta insuficiente para enfrentar sus propias

necesidades, lo cual se traduce en un déficit comercial de casi un 30 por ciento

anual.

Consumo de plásticos en Latinoamérica 1996

3500 3,200

3000

2500 11)

"' ,:,

"* 2000 e: .s G>

~ 1500 l! ~

1000 650 600

500

o Brasil México Argentina Venezuela Colombia Chile

Figura 2. Consumo de Plásticos en Latinoamérica 1996. [8]

México cuenta con 2 mil 250 empresas orientadas a la producción de

monómeros, resinas, materias primas diversas, compuestos y productos

intermedios; y sólo 270 se dedican a la fabricación de productos finales de

mayor exigencia y funcionalidad, y como consecuencia con mayor valor

agregado.

7

El 39 % de la producción se dedica a la extrusión, el 19 % a inyección

(consumiendo 410 000 toneladas de materias primas); el 15 % se enfoca al

soplado, 3 % al calandreo y un 1 % al rotomoldeo. El restante 23% se dedica a

otros tipos de actividades relacionadas con la utilización del plástico como

materia prima [5].

Con los datos antes mencionados podemos darnos cuenta de la importancia de

desarrollar la parte de la industria que se dedica a la elaboración de productos

finales. Un problema muy importante que ha afectado al desarrollo de este

sector, es el diseño y fabricación de los moldes que se requieren en los distintos

procesos de fabricación de piezas de plástico.

Esto lo vemos reflejado en el aumento de las importaciones por concepto de

moldes de inyección/compresión de plásticos que se da anualmente (figura 3).

Además, el proceso de fabricación de moldes para partes de plástico no es un

proceso sencillo, es un proceso laborioso que requiere de mucha experiencia, y

es por eso que la fabricación de éstos consume mucho tiempo (6 a 18 meses,

dependiendo de la complejidad), para poder cumplir con los requerimientos de

diseño de la pieza a moldear.

250

en 200 Q.)

L.. ca

=o 150 "C

Q.) "C en 100 Q.) e: o

~ 50

o 1994 1995 1996 1997*

Periodo(* hasta el 31/10/97)

Figura 3. Gráfica de importaciones de moldes de inyección/compresión de plástico. [ 1 O J

8

Considerando ésto, podemos darnos cuenta de la necesidad de que en nuestro

país se desarrollen los conocimientos y habilidades en cuanto al diseño y

fabricación de moldes para piezas de plástico, utilizando la más avanzada

tecnología disponible para lograr una metodología que haga eficiente el proceso,

pudiendo reducir costos y tiempos de fabricación y de esa manera obtener

productos de excelente calidad.

1.3 OBJETIVO

Habiendo establecido la problemática que afecta a la industria del plástico se propone:

• Desarrollar una metodología, que integre las tecnologías de los sistemas

CAD/CAM y prototipos rápidos, para el diseño y fabricación de

cavidades de moldes permanentes para piezas de plástico.

• Aplicar la metodología desarrollada a un caso práctico.

1.4. TRABAJO PROPUESTO

Para el cumplimiento de los objetivos anteriormente planteados es

indispensable establecer una metodología de trabajo que contemple los

aspectos siguientes.

1.4.1 Investigación documental.

Es necesario profundizar en el estudio de la información técnica, acerca de

temas como: los procesos de fabricación de moldes, los componentes

principales de los moldes, materiales utilizados, tratamientos, el diseño de

cavidades para moldes, métodos de maquinado, herramientas disponibles,

9

aplicación de sistemas CAD/ CAM, y procesos de fabricación de prototipos

rápidos.

También se debe obtener información de carácter general acerca de la

fabricación de partes de plástico, haciendo énfasis en los ángulos de desmoldeo

y acabados para cada proceso de fabricación de piezas de plástico. Así como el

aspecto dimensional de las piezas finales; todo esto con el objeto de hacer las

consideraciones necesarias en el molde.

1.4.2 Diseño de partes de plástico.

El proceso de diseño de una pieza de plástico es muy importante, ya que de él

depende el diseño y la fabricación del molde; desde la conceptulización de la

idea hasta la generación de planos. Los sistemas de CAD ayudarán a modelar la

pieza a fabricar y a generar los planos de definición de la pieza. También es

importante la utilización de la tecnología de prototipos rápidos, la cual nos

ayudará a obtener la definición correcta de la pieza que deseamos fabricar.

1.4.3 Selección del proceso de fabricación de piezas de plástico.

Una de las partes fundamentales en la definición de las cavidades de un molde,

es el método de fabricación de la pieza de plástico (inyección, soplo, extrusión,

etc.), ya que dependiendo del proceso, tenemos que definir el tipo de cavidad, el

ángulo de desmoldeo, el sistema de extracción de la pieza, etc.

1.4.4 Definición de cavidades de moldes para piezas de plástico.

De acuerdo a la complejidad y al proceso de fabricación de la pieza, es

necesario definir la cavidad que dará la forma final a nuestra pieza, ya que

podemos utilizar distintas herramientas que nos ayudarán a poder facilitar el

proceso de fabricación.

10

1.4.5 Selección del proceso maquinado para la(s) cavidad (es) del molde.

Dependiendo del material a utilizar, y del tamaño y número de cavidades a

fabricar en un molde, es importante definir el método de fabricación de dichas

cavidades, ya que de este proceso dependerá la rapidez y acabado superficial

adecuado.

1.4.6 Maquinado de cavidades utilizando sistemas CAD/CAM.

Con la ayuda de los sistemas de CAM podremos agilizar la programación de las

máquinas CNC, para el maquinado de la cavidad o del electrodo en una

máquina electro-erosionadora, gracias a la verificación de las trayectorias de

herramienta y la rápida generación del código de control numérico.

1.4. 7 Aplicación de la metodología propuesta a una pieza en particular.

Para retroalimentar la propuesta de la metodología establecida en los pasos

anteriores, es necesario analizar un caso práctico con el objeto de establecer

posibles correcciones en la metodología y analizar su factibilidad. Para ello es

necesario seleccionar un caso de complejidad adecuada sin desatender las

limitaciones de tiempo y recursos que puedan estar involucrados en el

desarrollo de este trabajo. Después de seleccionar el caso de estudio se debe

elaborar una propuesta a través de dibujos normalizados en los cuales se

definirán los diferentes componentes y especificaciones de la cavidad.

En función del análisis de la propuesta se verificará y se harán las

modificaciones pertinentes.

1.4.8 Organización de la tesis.

El capítulo uno corresponde a la introducción y a lajustificación de la tesis. En

el capítulo dos se mostrarán los conocimientos fundamentales de los moldes

para piezas de plástico, así como los procesos donde se utilizan éstos; también

11

se mostrarán los distintos métodos de fabricación de los moldes. El capítulo

tres contendrá la información fundamental sobre los sistemas de CAD/CAM y

los prototipos rápidos, mostrando las ventajas y desventajas de este tipo de

tecnología. En el cuarto capítulo ·se diseñará un modelo de una pieza de

plástico y se obtendrá un prototipo de dicha pieza. El capítulo 5 contendrá la

información de como se elaborarán las cavidades del molde que se utilizará de

acuerdo al proceso de fabricación más adecuado para la pieza diseñada.

Finalmente en el capítulo 6 se presentarán las conclusiones del trabajo

realizado.

12

2. CONOCIMIENTOS FUNDAMENTALES DE MOLDES

PARA PARTES DE PLÁSTICO.

2.1 INTRODUCCIÓN.

El elemento más importante en la fabricación de las piezas de plástic'o es el

molde. El molde es un herramental, que da la forma deseada al plástico, al

pasar de su estado líquido a sólido. En la producción de partes moldeadas

existen varios tipos de dados o moldes, los cuales varían dependiendo del

proceso de fabricación de la pieza a moldear. A continuación se describen

los procesos más importantes en la fabricación de partes de plástico, lo

cual da un panorama amplio para identificar la importancia que tiene este

componente en cada uno de los procesos.

2.2 PROCESOS DE FABRICACIÓN DE PIEZAS DE

PLASTICO.

Las diferentes características presentes en los materiales plásticos nos

permite obtener productos de calidad a través de diferentes sistemas de

fabricación.

Los plásticos se pueden llevar hasta el estado líquido para ser introducidos

en alguna cavidad de un molde y obtener partes terminadas al ser

enfriadas. También es posible llevarlos hasta un estado plástico y por

medio de la aplicación de diferentes tipos de fuerzas tomar la forma de una

pieza y así obtener el producto final.

13

A continuación se describen diferentes procesos de manufactura básicos

de partes plásticas utilizados en la industria.

2.2.1 Extrusión.

Es un proceso continuo, en el que la resina o el material plástico es

fundido por la acción de la temperatura y la fricción, siendo forzado a

pasar por un dado que le proporciona una forma definida, y es enfriado

finalmente para evitar deformaciones permanentes. Se fabrican por este

proceso: Tubos, perfiles, películas, mangueras, láminas, filamentos y

pellets.

El proceso de extrusión presenta alta productividad y es el proceso más

importante de obtención de partes plásticas por su volumen de

producción. Su operación es de las más sencillas, ya que una vez

establecidas las condiciones de operación, la producción continúa sin

problemas siempre y cuando no exista un disturbio mayor. El costo de la

maquinaria de extrusión es moderado en comparación con los otros

procesos como inyección, soplado o calandreo, y con una buena

flexibilidad para cambios de productos sin necesidad de hacer inversiones

mayores.

La restricción principal es que los productos obtenidos por extrusión

deben tener una sección transversal constante en cualquier punto de su

longitud (tubo, lámina) o periódica (tubería corrugada); quedan excluidos

todos aquellos con formas irregulares o no uniformes. La mayor parte de

los productos obtenidos de una línea de extrusión requieren de procesos

posteriores con el fin de habilitar adecuadamente el artículo, como es el

caso del sellado o cortado para la obtención de bolsas, a partir de película

tu bular, o la formación de la unión en el caso de la tu hería.

14

En México, el proceso de extrusión es el más importante tomando en

cuenta el volumen de plástico transformado. En 1995, más del 50% de

todo el plástico moldeado se obtuvo por este proceso, sin considerar que

los procesos de soplado y termoformado involucran una fase de extrusión.

Dentro del proceso de extrusión, varias partes deben identificarse con el

fin de: aprender sus funciones principales, saber sus características en el

caso de elegir un equipo y detectar en dónde y cuando se puede generar

un problema en el momento de la operación.

La extrusión por su versatilidad y amplia aplicación, suele dividirse en

varios tipos, dependiendo de la forma del dado y del producto extruído. Así

la extrusión puede ser:

• De tubo y perfil.

• De película tu bular.

• De lámina y película plana.

• Recubrimiento de cable.

• De monofilamen to.

• Para palletización y fabricación de compuestos.

Independientemente del tipo de extrusión que se quiera analiza¡, ~odas

guardan similitud hasta llegar al dado extrusor. Básicamente, una

extrusión consta de un eje metálico central con álabes helicoidales llamado

husillo o tomillo, instalado dentro de un cilindro metálico, revestido de

una camisa de resistencias eléctricas. En un extremo del cilindro se

encuentra un orificio de entrada para la materia prima, donde se instala

una tolva de alimentación, generalmente de forma cónica; en ese mismo

extremo se encuentra el sistema de accionamiento del husillo, compuesto

por un motor y un sistema de reducción de velocidad. En la punta del

husillo se ubica la salida del material extruído y el dado que forma

15

finalmente al plástico. La figura 2.1 muestra las partes principales de una

máquina de extrusión.

CAJA DE ENGRANES

TOLVA

RESISTENCIAS

MOTOR

BARRIL HUSILLO CUBIERTA

Figura 2.1. Partes princi.pales de una Extrusora [5]

2.2.2 Termoformado.

Es un proceso de transformación secundario, donde una lámina de

material termoplástico se moldea por la acción de temperatura y presión.

La temperatura ayuda a reblandecer la lámina y por medio de moldes y la

intervención de vacío o presión, se adquiere la forma final.

La alta productividad es una de las ventajas del termoformado, favorecido

por ser un proceso de transformación secundario, en el que no se llega a la

fusión de la resina, sino únicamente a reblandecerla.

Una ventaja de esta técnica es que requiere de moldes muy sencillos, en

comparación a los moldes por inyección para la fabricación de la misma

pieza. La sencillez relativa en la construcción de moldes ofrece al proceso

16

de termoformado una mayor agilidad e inversiones bajas cuando se

cambia de diseño de producto.

En cuanto a las restricciones del proceso, se debe de partir de una lámina

de material de plástico en lugar de materia prima en forma de pellets o

polvos. Así, el costo de materias primas para el proceso es mucho mayor

que para los procesos de transformación primarios como la inyección, la

extrusión o el soplo.

Además, se tiene un límite en los espesores y dimensiones del producto.

En el primer caso, láminas muy gruesas no permiten un calentamiento

uniforme en su parte interna, por la baja conductividad térmica de los

plásticos, que impedirá el formado de la pieza. En el caso de las

dimensiones del producto, por ser un proceso basado en estiramientos de

una lámina, la forma final está restringida a las propiedades mecánicas de

la resina y el espesor de la lámina.

El proceso de termoformado tiene su mayor mercado en productos de vida

corta como aplicaciones para envase y embalaje de alimentos, medicinas y

artículos diversos, así como en productos desechables. Sin embargo,

también tiene aplicaciones de tipo industrial, por ejemplo:

Envase y Embalaje:

• Vasos de tapa pelable para alimentos.

• Charolas para embalaje de alimentos: Repostería como galletas y

confitería.

• Cápsulas para envase de productos farmacéuticos: Blister pack para

pastillas.

• Cápsulas para envase de artículos diversos: Blister pack para pilas,

rastrillos, tornillos, botones, etc.

17

• Recipientes para embalaje en panaderías: Charolas para pasteles y

gelatinas.

• Embalaje de artículos diversos: Clam shell.

Artículos de oficina:

• Protectores para teclados de computadora.

Artículos de consumo:

• Desechables: Vasos, platos.

• Formas decorativas de temporada: Motivos navideños.

Industrial:

• Interiores de refrigerador: Liners.

Otros:

• Burbujas para maquetas.

• Domos para tragaluz.

En 1993, el consumo de lámina para termoformado ascendió a 90,000

toneladas que se procesaron por empresas transformadoras que vendieron

su producto a otros usuarios con los que se han integrado y cuyo negocio

principal no es el termoformado, sino la producción de alimentos, de

medicamentos, aparatos domésticos, entre otros.

El proceso consiste en sujetar firmemente la lámina en el bastidor de

formado mediante pinzas u otros dispositivos que impidan el

desplazamiento lateral de la lámina. Si se moldea una lámina gruesa (

espesor mayor a 0.25 mm) se sujeta la misma con bastidor o pinzas, pero

si la lámina se alimenta en rollo o es delgada (espesor menor a 0.25 mm),

18

puede ser sujetada con clavos que la mantengan firmemente durante su

moldeo.

La lámina es calentada hasta reblandecerla a una temperatura de

formado, lo cual se puede realizar por diferentes métodos de transferencia

de calor, como: radiación, convección y conducción.

Posteriormente se realiza el formado, el cual consiste en forzar a la lámina

previamente sujetada y calentada, a tomar los contornos del molde. Para

ello, se requiere de una fuerza externa que puede ser de tres tipos: por

vacío (succión) (figura 2.2), por presión y mecánica. Cada una de estas

fuerzas hacen que la lámina se adhiera al molde y tome la forma de éste. A

continuación se muestran varios de estos métodos de formado:

LAMINA PINZAS

¡'(/ \I t y SELLO -...1.-.l!!======;---;:::===...l..:....

i VACIO

PIEZA. ;=:t __ • ____ ÍesQUINAS Y l FONDO DELGADOS

Figura 2.2. Proceso de Fonnado al Vado./5}

Formado al Vacío (Molde Macho).

19

En este caso, la lámina reblandecida se coloca sobre un molde macho y

debajo de éste, se aplica el vacío para que el material tome la forma del

mismo (ver figura 2.3).

Formado a Presión Libre.

En este proceso se carece de moldes, donde un sensor determina la altura

de la burbuja. Para fabricar la burbuja se fija la lámina reblandecida sobre

la cámara de presión y se inyecta aire, hasta que la burbuja alcanza la

altura deseada. La figura 2.4 ilustra el proceso.

Formado a Presión.

En este proceso se sigue el principio de vacío. Para ayudar a bajar la

lámina hasta el fondo del molde, se coloca sobre ésta una cámara de

presión y se inyecta aire; de esta forma, la lámina alcanza la profundidad

total y se puede reducir un poco el adelgazamiento de las paredes, al

ejercer dos fuerzas en el momento del formado (ver figura 2.5).

I I CALENTADOR ~~ 1 i 1 ~ l 1 1 \ 1 á

LAMINA_./ ( \ MOLDE

1~1~1...-;- SELLO

VACIO

/ SELLO

~1ffi:l~ BIBLIOTECA

AREAS GRUESAS ~ AREAS DELGADAS

~ PIEZA ,,

/O~ 8'Í3

Figura 2.3. Fonnado a Vacío (Molde Macho)./5]

20

Formado Mecánico.

Se realiza al presionar la lámina reblandecida entre un juego de moldes

hembra - macho como se muestra en la figura 2.6. La presión que se

aplica es de 50 psi (3.4 Kg/cm2) y llega a ser de 150 psi (10 Kg/cm2).

LAMINA @ ()t------<J \

-::. ~I

CANtARA

INDICADOR DE ALTURA

PRESION

Figura 2.4. Formado a Presión Libre.[5]

:~'~',· '-- SELLO CALENTADOR -.,. .-----~-- ----,

[> ._r~r,- ... , r 1 .-, m~ <J PINZAS

~1Cl0DeVAC10

AIRE '1

Figura 2.5. Formado a Presión.{5]

21

MOLDE MACHO

ORIFICIOS DE VcNTEO

e,, ... _,..---=-----,.: UNION DE MOL'C!ES 1

=======~============

Figura 2. 6. Fonnado Mecánico /5}

Después se deja la pieza sostenida en el paso de formado hasta que

solidifique, o bien, dependiendo de los requerimientos del proceso, se

implementa un sistema de enfriamiento. Por último, después de enfriada

la pieza se desmolda y desprende de las pinzas sujetadoras.

2.2.3 Soplado.

El moldeo por soplado es un proceso discontinuo de producción de

recipientes y artículos huecos, en donde una resina termoplástica es

fundida, transformada en una preforma hueca y llevada a un molde final,

en donde por la introducción de aire a presión en su interior, se expande

hasta tomar la forma del molde, donde es enfriada y posteriormente

expulsada como un artículo terminado. Para la producción de la preforma,

se puede considerar la mitad del proceso como conjunto utilizando el

proceso de inyección o extrusión, permitiendo que el proceso de soplado se

divida en dos grupos distintos: Inyección - soplo y extrusión - soplo.

22

El proceso de soplado tiene la ventaja de ser el único proceso para la

producción de recipientes de boca angosta; sólo comparte el mercado con

el rotomoldeo en contenedores de gran capacidad. Para el proceso de

extrusión - soplo, la producción de la pieza final no requiere de moldes

muy costosos. Otra ventaja es la obtención de artículos con paredes muy

delgadas con gran resistencia mecánica. Operativamente, este proceso

permite cambios en la producción con relativa sencillez, tomando en

cuenta que los moldes no son voluminosos ni pesados.

El proceso se encuentra en franco crecimiento, bajo la necesidad de

abastecer el mercado de alimentos que también está en constante auge.

Como ejemplos de la diversidad de aplicaciones tenemos:

Sector Cosméticos - Farmacéutico.

• Envases para tratamientos (tipo ampolletas).

• Envases pequeños para muestras médicas.

• Recipientes para medicamentos de pastillas.

• Recipientes para jarabes, soluciones y suspensiones.

Sector Alimentos.

• Botellas para aceite comestible.

• Botellas para agua potable.

• Botellas para bebidas carbonatadas.

• Botellas para bebidas alcohólicas.

• Envases para condimentos.

Sector Doméstico e Industrial.

• Contenedores de gran volumen para sustancias químicas o agua.

• Garrafas para solventes.

• Juguetes.

23

• Recipientes para reactivos y sustancias corrosivas.

• Tanques para gasolina de automóviles compactos.

El moldeo por soplado es complejo por sus dos etapas principales; requiere

de otros tantos procesos distintos: una es la preparación de la preforma

por extrusión o inyección y la otra es el proceso de soplo previamente

dicho. Con base en la manera con que se obtiene la preforma, el proceso

de soplado debe dividirse en dos tipos:

• Extrusión - Soplo

• Inyección - Soplo

Cada uno de los tipos mencionados tiene a su vez características que

requieren posteriores subdivisiones, pero a partir de esa división inicial se

puede describir con claridad el proceso.

El proceso de extrusión - soplo se utiliza principalmente para la obtención

de recipientes de boca angosta, con o sin cuerda y preferentemente para

materiales como PEAD, PEBD, PP Y PVC. En la figura 2.7 se muestra un

diagrama simplificado para la obtención de un objeto hueco mediante el

proceso de extrusión - soplo mostrando las cuatro etapas del ciclo.

El proceso de inyección - soplo se utiliza en los casos que se requiera

obtener recipientes de boca ancha, con o sin cuerda, con un cuerpo aún

más ancho o de forma tal que no pueda obtenerse por un proceso simple

de inyección. También es adecuado cuando la resina requerida para la

obtención del recipiente tenga una fluidez y viscosidad que no permita la

extrusión de una preforma o se tengan demasiados problemas para su

control.

24

Extrusión Preforma >. .. ,,

~¡f¡¡¡

EXTRUSIÓN

Áreas selladas

Molde de soplo

PRENSADO

Entrada de aire

Aire a presión

SOPLADO

Figu,ra 2. 7. Proceso de Extrusión- Soplo./5]

Producto

DESMOLDE

En la figura 2.8 se muestra el proceso de inyección - soplo, indicándose

las etapas de que consta el ciclo para la obtención del artículo fino.

MOidada soplado

Anillo del cueao

Núcleo

INVECCIÓ

Molde de soplo

DESMOLDE PRENSADO

Área de presión

~

SOPLADO

Figu,ra 2. 8. Proceso de Inyección - Soplo. /5)

Producto

w

DESMOLDE

25

2.2.4 Inyección.

El moldeo por inyección es un proceso intermitente para producir piezas

de plástico que consiste básicamente en: Un sistema de fusión y mezclado

de la resina, diseñado para inyectarla a alta presión, una vez que se

encuentra en estado líquido; un molde metálico hecho de dos o más

piezas, cuya cavidad tiene la forma exterior de la pieza deseada, y un

sistema de cierre del molde que evita que éste se abra al recibir la presión

interna del plástico fundido.

Para agilizar el ciclo productivo de la máquina se usa un sistema de

enfriamiento del molde, que es un elemento periférico.

El proceso de inyección tiene la ventaja de producir piezas con las

siguientes características:

• Superficies lisas.

• Resistencia mecánica excelente a pesar de espesores de pared delgados.

• Posibilidad de formar orificios, refuerzos e inserciones de partes

metálicas.

• Elevada productividad dependiendo del tamaño de la pieza.

• Obtención de piezas listas para ensambles o uso final.

• Piezas de gran exactitud en forma y dimensiones.

En cuanto a las restricciones, al planear la inyección para producir una

pieza, se debe considerar que:

Cada pieza requiere de un molde particular:

• La forma de la pieza puede ser complicada, por lo que se recurre a

moldes complicados y caros.

26

• Por tratarse de una proceso cíclico, una interrupción menor en una de

las etapas puede abatir gravemente la productividad del proceso.

• La construcción de un molde es costosa e implica la necesidad de tener

asegurada una alta producción; o el costo final de los artículos se

elevará.

• Existe un límite para el espesor de las paredes que se pueden formar

(aproximadamente de 15 a 20 milésimas de pulgada).

El proceso de inyección, a pesar de no alcanzar los volúmenes de

producción que se logran con el moldeo por extrusión, tiene su

importancia en la impresionante variedad de. artículos que se pueden

generar, y por tanto, la diversidad de mercados que puede abarcar.

Por medio de la inyección se logran desde piezas sencillas como una

pluma, una cuchara desechable, engranes de ingeniería, piezas

complicadas para implantes quirúrgicos y, con respecto a las dimensiones,

se puede moldear un objeto del tamaño de un botón, hasta una tarima

para embalaje de uso industrial.

La inyección es uno de los procesos de transformación de plásticos de

mayor interés por la cantidad de artículos que se producen y de resina

consumida, superada sólo por la extrusión en razón de volumen. Al

considerar la maquinaria, la inyección ocupa el primer lugar en cuanto al

número de equipos en funcionamiento. En el aspecto económico, se

requeriría un análisis detallado para determinar qué posición ocupa la

inyección en cuanto al monto en ventas logrado, pues si la extrusión es el

proceso que utiliza el mayor volumen de resina en comparación a

cualquier otro método de moldeo, la inyección se caracteriza por producir

piezas con mayor valor agregado que la extrusión.

27

El funcionamiento de una máquina de inyección está basado en un ciclo,

donde cada período consume un número determinado de segundos.

Durante el ciclo, entran en acción alternativamente las distintas partes de

la máquina de forma discontinua. La figura 2.9, muestra las partes de una

máquina de inyección.

AJUSTE DE ALTURA. DE MOLCE.

MOTOR MlDRAULICO~ DEL HUS1LLO UNIDAD

ACUMULADORA

UNIDAD DE: INYECClON

UN1CAD OE ClERRE

BOMBP. HIDRAULICA

Figura 2. 9. Esquema de una Máquina de Inyección./5}

El material plástico alimentado por la tolva en forma de pellets, pasa al

cilindro de la inyectora, donde por acción del giro del husillo se aplican

esfuerzos de fricción que generan calor y el polímero se funde, se

homogeneiza y se transporta hasta la punta de la unidad de inyección. El

constante transporte de material crea una presión en la parte frontal, que

es compensada con el retroceso del husillo que va tomando la posición

previa a la inyección.

28

Una vez acumulada la cantidad necesaria para llenar las cavidades de los

moldes, la unidad de inyección avanza hasta estar en contacto con el

bebedero, que es el orificio que permitirá el avance del material fundido

hacia el interior del molde. El molde, que ya se encuentra perfectamente

cerrado y bajo la presión de la unidad de cierre, recibe el material

inyectado a presión, por el movimiento del avance del husillo que,

funcionando como un émbolo, empuja el fluído por la boquilla hacia el

bebedero y de ahí pasa a todo el interior del molde, llenando las cavidades

y expulsando el aire que estaba contenido en ellas.

Una vez lleno, el husillo mantiene una presión constante para evitar que

el material que fue forzado a entrar regrese y se formen encogimientos en

la pieza al término del enfriamiento.

El sistema de enfriamiento del molde debe trabajar efectivamente durante

el tiempo que éste aloja a la resina fundida, con la finalidad de solidificar

la pieza rápidamente y poder iniciar un ciclo cuanto antes en beneficio de

la productividad del proceso.

Ya que el ciclo de inyección se repite continuamente y cada una de las

etapas consume algunos segundos, es importante resaltar que la

reducción de tiempo en que se desarrolla una etapa, aún en forma

mínima, puede reflejarse en un aumento en la productividad del proceso.

La figura 2.10 representa las tres etapas principales del ciclo de moldeo.

2.2.5 Compresión.

El moldeo por compresión es la técnica más antigua para producir en

masa materiales poliméricos. El método por compresión se usa casi

exclusivamente para moldear termoestables aunque éstos se transforman

también con el método de inyección.

29

'ETAPA 1: UfVEcaQl¡.

MOLDE PARCIALMENTE LLENO

BARRIL.

TilLVA

Re;1s~A &LECTRICA

ETAPA 2: PRES.ION DI! $0$T!NIMIENTO Y PLA$ TIFICAQIOM

IAOLDE LLENO ENFRIANDO.!IE

ETAPA :S; EXPULSION

N'ERTUAA DEL MOLOE

EXPULSION DElA PIEZA

HUlllC.LO EffAIIAlfCI!

GIRO DEL HU.CILLO AL U'RMIN~ DE LA PR&SIOH DE .COSTENIMIENTO

Figura 2.10. Etapas del Ciclo de Inyección.[5]

Los fundamentos del moldeo por compresión pueden describirse de la

sigui en te forma:

• El molde se sujeta entre platinas calientes de una prensa hidráulica

• Se coloca una cantidad preparada de compuesto de moldeo en el molde;

esto generalmente se hace a mano y el molde se coloca en la prensa.

• La prensa cierra con presión suficiente para evitar o minimizar la fuga

de material en la división del molde.

• El compuesto se reblandece y fluye para amoldarse al recipiente;

entonces se produce el curado químico conforme la temperatura

interna del molde se incrementa.

• Si es necesario, el molde se enfría, aunque para la gran mayoría de los

termoestables, no es necesario.

30

• La prensa se abre y se saca la pieza moldeada. Por lo común, se quita el

molde de la prensa y se abre en el banco para extraer la pieza

moldeada. Se carga con un lote nuevo antes de volver a colocarlo en la

prensa para moldear el siguiente ciclo.

En la práctica, a menudo el compuesto se pre-calienta para disminuir el

tiempo que dura el ciclo de moldeo y facilitar el flujo en el molde.

El proceso puede llevarse a cabo entre 60 y 100 ºC si se usan:

• Calentadores de infrarrojo.

• Hornos de calentamiento dieléctrico.

• Un tornillo caliente, que también compacta.

• Calentamiento por convección en un horno de aire caliente.

El ciclo de moldeo incluye a menudo una etapa de respiro o

descompresión, donde la presión se alivia momentáneamente para liberar

las sustancias volátiles (aire y productos gaseosos atrapados) y, luego, se

incrementa de nuevo para expulsar los gases.

La presión de moldeo varía según el material. Igual que el moldeo por

inyección, se requiere mantener la prensa cerrada, lo cual depende de las

propiedades del material que se moldea, en especial, de sus propiedades

de flujo.

Las dos características que distinguen al moldeo por compresión del

moldeo por inyección son:

1. El moldeo por compresión genera pocos desperdicios

2. La baja orientación en las piezas moldeadas; las ventajas del producto

que se tienen con ésto son:

• Los rellenos fibrosos se distribuyen bien y no se alteran u orientan

durante el tratamiento.

31

• El producto tiene bajos esfuerzos residuales; de ahí que se fabriquen

discos de fonógrafo por moldeo por compresión.

• Se mantienen las propiedades mecánicas y eléctricas debido a que hay

poco flujo de corte que provoque que se formen pistas conductoras.

• El costo de mantenimiento del molde es bajo; se desgasta poco debido a

las bajas fuerzas de corte, en comparación con el moldeo por inyección

donde el desgaste del molde puede resultar caro.

• Los costos de capital y herramentales son más bajos; la planta y las

herramientas son simples.

El moldeo por transferencia es una versión perfeccionada del moldeo por

compresión, en el cual se coloca un depósito del compuesto de moldeo en

el molde y, al cerrar, fluye por bebederos a las cavidades. Así, hay una

relación con el moldeo por inyección. En la figura 2.11 se ilustra el

proceso.

lb)

Figura 2.11. Moldeo por Transferencia: a) Se inserta un trozo de compuesto

de moldeo; b) se cierra la prensa; el compuesto fluye a las cavidades del

molde a través de bebederos; c) Se abre el ensamble de tres placas; la pieza

se recupera desde el lado in/ erior, se extrae la espiga por medio del miembro

superior.[B]

32

El moldeo de transferencia se usa:

• Para producir más fácilmente muchas partes pequeñas.

• Para reducir el daño o el movimiento de las partes delicadas o delgadas

del molde o de los insertos.

• Porque se considera más rápido debido a que transfiere mejor el calor a

través de los bebederos.

En casos apropiados, el moldeo por transferencia ofrece estas ventajas;

como se vio anteriormente, ningún proceso simple es el mejor para todos

los productos, y la labor del ingeniero de procesos y del diseñador es

encontrar el procedimiento más conveniente para cada caso en particular.

2.3 TIPOS DE MOLDES.

La variedad de materiales moldeables y los métodos de moldeo ha

requerido del desarrollo de diferentes tipos de moldes, procurando

aprovechar las ventajas de los distintos materiales. Tres tipos generales de

moldes son usados y estos pueden ser subdivididos en distintas clases.

Los tres tipos generales son: moldes de compresión, moldes de

transferencia y moldes de inyección.

2.3.1 Moldes de Compresión.

Los moldes de compresión hacen uso de la cavidad del molde para recibir

el componente cuando el molde está abierto, y una fuerza o un pistón

comprime el componente cuando el molde es cerrado. Estos moldes son

generalmente usados para plásticos termoestables y materiales moldeados

en frío. El moldeo puede ser tanto frío como caliente. Los moldes de

compresión son usados pocas veces para materiales termoplásticos,

33

porque se requiere de largos períodos para el calentamiento del material

para llevarlo a su estado plástico. [9]

2.3.2.Moldes de Transferencia.

Existen dos distintos moldes de transferencia. Uno de pistón ó molde de

pistón auxiliar de transferencia. Éste tiene un tubo empotrado, el cual está

separado desde las cavidades y está abierto por ambos lados manteniendo

la presión; la presión transferida es aplicada por dos pistones separados.

El tubo recibe el componente a moldear, y el molde es cerrado

herméticamente en la línea de partición por la brida de presión. Después,

el pistón de transferencia actúa aplicando la presión al material en el tubo.

El émbolo de transferencia entra en un extremo y empuja el material a

moldear por el extremo contrario del tubo, a través de las correderas y las

salas, hacia la cavidad. La cantidad de la presión generada dentro de la

cavidad depende completamente de la presión del émbolo de transferencia.

2.3.3 Moldes de Inyección.

El molde de inyección es esencialmente un molde cerrado (El molde es

cerrado sin tener material en su interior). El cilindro de presión es usado

para cerrar el molde y soportar la presión de inyección.

El material plástico fundido es forzado a entrar a la cavidad cerrada, por

una fuente de presión distinta a la que causa el cierre del molde. La parte

encargada de fundir el material plástico en el cilindro de la máquina de

inyección es llamada Plastificante.

La parte por la cual el material plástico fundido pasa de la corredera hacia

la cavidad es llamada la sala. La cavidad es el espacio entre la sección

macho y la sección hembra del molde donde el material plástico fundido

tomará la forma y el detalle deseado.

34

El punto en el cual el corazón y la cavidad se separan o mueven cuando el

molde es abierto es llamado línea de partición.

Los moldes de inyección son usados para moldear materiales

termoplásticos y termofijos. En caso del material termofijo, el molde es de

colada caliente, es decir, el molde está a una temperatura mayor a las del

material a moldear. En el caso de los termoplásticos, el molde es de colada

fría. Esto significa que el molde se encuentra a una temperatura inferior a

la que se encuentra el material a moldear.

2.3.4 Otras herramientas para plásticos.

Otras herramientas para el moldeo de plásticos son los dados de

extrusión. Estos no pueden ser clasificados como moldes, ya que

funcionan de manera diferente. El dado de extrusión es como un orificio,

que da la forma al material fundido, que es obligado a pasar por él. Un

ejemplo de un dado de extrusión se muestra en la figura 2.12.

Fi.gura 2.12. Dado de extrusión.[9}

35

Los moldes de soplo son otro tipo de herramientas especializadas, usadas

en el procesamiento de plásticos. Los moldes de soplo originales fueron

usados para soplar botellas de vidrio.

El moldeo por soplo puede ser comparado a inflar un globo dentro de una

caja (molde), la diferencia radica en que se utiliza material termoplástico

en vez de goma, donde aquél endurece cuando tiene contacto con la

superficie del molde frío. El inflado ocurre dentro del molde, usualmente

formado longitudinalmente, y el objeto inflado adquiere la forma y el

tamaño del interior del molde. El molde de soplo es una variación de un

molde bipartido. La mayor diferencia es que en este caso el molde es

separado, y el control de temperatura es proporcionado por cada mitad del

molde. El diseño y la construcción de estos moldes son completamente

diferentes de los moldes convencionales.

2.4 MÉTODOS DE FABRICACIÓN DE MOLDES.

Existen diversos métodos para la fabricación de moldes, los cuales son

utilizados dependiendo de las características y el número de piezas a

moldear.

A continuación se presentan distintos procesos que se utilizan en la

fabricación de moldes:

1. Corte de Metal: proceso por el cual el material es removido de una pieza

o bloque de material, usando la aplicación de una fuerza por medios

mecánicos, con una herramienta de corte con uno o más filos.

2. Electroerosionado: Proceso el cual utiliza la erosión del metal, causada

por el brinco de una chispa de un punto (el electrodo) a otro (la pieza de

trabajo). Otro proceso de electroerosión utiliza un alambre como

36

herramienta de corte. El alambre cargado eléctricamente se mueve a

través de la pieza de trabajo, siguiendo una trayectoria generada por

una computadora.

3. Desplazamiento de material: Proceso en el cual un dado maestro es

forzado a penetrar en una cavidad, usando fuerzas mecánicas pero sin

cortar al material.

4. Depositación de material: proceso donde el material depositado es

planchado o rociado sobre un modelo o patrón; para crear el negativo

del modelo deseado.

5. Fundición de cavidades: el cual puede ser producido por presión o

fundición por gravedad y aumentado por el uso de vacío para eliminar

huecos o porosidades en la fundición.

6. Erosión química o foto grabado: proceso generalmente usado para

tratamientos de superficies decorativas, para el acabado de cavidades.

7. Procesos diversos tales como pulido de banco y grabado a mano.

De estos procesos, los más importantes por el grado de empleo en la

industria, son el maquinado con desprendimiento de viruta y el

electroerosionado, los cuales describiremos a continuación.

2.4.1 Maquinado con desprendimiento de viruta ...

En este proceso, una herramienta de corte con uno o varios filos es

aplicada mecánicamente a la pieza de trabajo, con un rango controlado y

una fuerza estable. El material es removido hasta obtener la dimensión

deseada. Probablemente el 90 % de todos los moldes son fabricados por

operaciones de maquinado, principalmente torneado, fresado, taladrado y

rectificado. [3]

37

Actualmente, muchos talleres están equipados con máquinas modernas de

control numérico, con las cuales se obtiene gran precisión y proveen gran

eficiencia, lo que ayuda a reducir rechazos.

El maquinado libera esfuerzos residuales existentes, lo que puede causar

distorsiones inmediatas o durante un tratamiento térmico posterior. Esto

es deseable, sin embargo, se pueden liberar esfuerzos por recocido

después del desbaste. Cualquier distorsión ocurrida puede ser

compensada mediante un acabado, el cual no genera esfuerzos residuales

futuros.

Después del tratamiento térmico las piezas maquinadas son pulidas para

obtener un buen acabado superficial, porque las condiciones superficiales

de una cavidad son finalmente responsables de la calidad superficial de la

pieza a moldear.

En la figura 2.13 se muestra un proceso de maquinado.

Figura 2.13. Proceso de maquinado.[9)

38

2.4.2 Electroerosionado.

Actualmente no es posible la fabricación de un molde sin el uso de una

máquina electroerosionadora. Con esta ayuda, formas geométricas

complejas pueden ser alcanzadas en una sola operación, sobre aceros

endurecidos y prácticamente sin distorsión.

El electroerosionado es un proceso formado por reproducción, mediante el

efecto de remoción de material producido por descargas eléctricas entre el

electrodo y la pieza de trabajo, con un voltaje alterno de 20 kV en un fluido

dieléctrico (agua o hidrocarburos tales como el keroseno, naphtha etc.).

Con cada impulso consecutivo, un pequeño volumen de material de la

pieza de trabajo y el electrodo son calentados a una temperatura de

evaporación o fusión ( 1000 a 5000 ºC) y el material es arrancado del área

de trabajo por fuerzas electro-mecánicas. La figura 2.14 muestra el

principio del proceso de electroerosionado y en la figura 2.15 se ilustra un

electrodo, realizando una cavidad mediante este proceso .

Fluido l)ie1Qc1rico .Serw Control

Figura 2.14. Proceso de electroerosión. [3 J

39

Figura 2.15. Electroerosionado por penetración.

Básicamente, todos los buenos conductores de la electricidad pueden ser

empleados como electrodo, s1 ellos también presentan buena

conductividad térmica. En la mayoría de los casos estos materiales tiene

puntos de fusión suficientemente altos, lo cual previene un rápido

desgaste del electrodo.

Los electrodos pueden ser fabricados mediante torneado, fresado,

rectificado, por conformado frío o caliente o por electrodepositación. La

configuración, la precisión requerida y el material determina el modo de

fabricación.

Por la alta calidad requerida en la superficie de los moldes y el desgaste de

los electrodos, varios electrodos son usados para el desbaste y acabado de

las paredes de las cavidades del molde, especialmente para erosionado

vertical.

A pesar de eso, el proceso de electroerosionado es ampliamente utilizado

en lugares donde se fabrican moldes. La aplicación apropiada del proceso

permite fabricar un molde hasta un 40% menos caro. [3]

40

3. CONOCIMIENTOS FUNDAMENTALES DE SISTEMAS CAD/CAM Y PROTOTIPOS RÁPIDOS.

3.1 INTRODUCCIÓN.

Los sistemas CAD/ CAM y los prototipos rápidos se han convertido en

herramientas indispensables en el diseño y manufactura de nuevos

productos. El uso de estas tecnologías ha facilitado el desarrollo de

piezas con formas sumamente complejas y han acortado el tiempo de

desarrollo de un producto determinado. En este capítulo describiremos

las diferentes tecnologías mencionadas y algunas de sus aplicaciones

para el diseño y manufactura de moldes.

3.2 SISTEMAS CAD.

3.2.1 Definición.

CAD por sus siglas en inglés significa Computer Aided Design o en

español, Diseño Asistido por Computadora, es la tecnología que

aprovecha la capacidad de las técnicas gráficas por computadora,

apoyadas en software especializado, que permite solucionar problemas

analíticos, lo cual permite automatizar las tareas necesarias del proceso

de diseño.[11)

3.2.2 Arquitectura o estructura de un sistema de CAD

Un sistema CAD está constituido básicamente de cuatro elementos, que

son [12):

1. Hardware: La computadora y el equipo periférico asociado.

41

2. Software: El programa de computadora, el cual corre sobre el

hardware.

3. Datos: La estructura de datos creados y manipulados por el software.

4. Las capacidades y el conocimiento del usuario.

El software es el elemento más importante dentro de los sistemas CAD,

ya que contiene un número de diferentes elementos o funciones que

procesan los datos guardados de diferentes maneras. Esto se muestra en

la figura 3.1 la cual incluye elementos tales como:

• Definición del modelo: para agregar algunos elementos geométricos a

un modelo o desde un componente.

• Manipulación del modelo: para mover, copiar, borrar, editar o

modificar elementos en el diseño de un modelo.

• Generación de imágenes: para generar imágenes sobre la pantalla de

una computadora o sobre algún dispositivo de almacenamiento de

datos.

• Interface con el usuario: para la entrada manual de comandos por el

usuario y para presentar al mismo usuario las operaciones

resultantes del sistema.

• Administración de la base de datos: para la administración de

archivos que puede componer una base de datos.

• Aplicaciones: elementos del software que no modifican el diseño del

modelo, pero el uso de éstos genera información para evaluación,

análisis o man u factura.

• Utilerías: herramientas o funciones del software que no afectan

directamente el diseño de un modelo, pero pueden modificar las

operaciones del sistema de alguna manera (por ejemplo, las unidades

a ser utilizadas para la construcción de algún plano).

42

Estas características provistas por múltiples programas las cuales

pueden estar operando sobre una base de datos común ó, por un solo

programa conjuntando todos estos elementos.

Datos

Base de datos

Datos de trabajo

Componentes

Geometría

Dibujo~

Dalós .asociados

Acotaciones

Ma:nufactúra

Libn:rías. de daos

Funciones . . . .. . . . .

r·---- -- --·----·--· -----· ---------------,

j: •.. Defiliicióil del , Modelo

.] [ Mmúpulaáón 1

l lnted'ace 1

-~ ~t-0 1LJ~:j~ . . :• ·:

Administm:im dela.Base de d!tos

AplicaciOlies

Figu,ra 3.1. Arquitectura de un sistema de CAD. [12]

3.2.3 Modelado geométrico.

El modelado geométrico por computadora es la representación

matemática por medios electrónicos de la geometría de los objetos. Esta

representación es agrupada en bases de datos que incluyen la topología

de los modelos, así como también información vinculada como los

atributos.

Algunos usos del modelado geométrico en ingeniería, son los siguientes:

• Diseño conceptual de partes y ensambles.

• Ingeniería de detalle de partes, ensambles, instalaciones y

procedimientos.

43

Podemos realizar tres tipos de modelado, los cuales nos permitirán

representar modelos, tanto en 2 como 3 dimensiones, mediante software

especializado en una computadora, y son: Modelos de alambre, modelos

de superficies y modelos de sólidos.

3.2.3.1 Modelos de alambre.

Actualmente, los modelos de alambre se emplean normalmente para la

presentación de la ingeniería de detalle, es decir, los planos de

fabricación, de ensamble, esquemáticos, etc. Sin embargo, este tipo de

modelación sirve de apoyo para la construcción de superficies y sólidos,

los cuales representan formas tridimensionales.

Las figuras de alambres son representaciones integradas por elementos

simples como: puntos, líneas, polilíneas, arcos, círculos, elipses,

polígonos, textos y dimensiones.

En la figura 3.2 se muestran algunos elementos, también llamados

entidades, que componen un modelo de alambre.

3.2.3.2 Modelos de superficies.

Los modelos representados por superficies constituyen una poderosa

herramienta de modelación tridimensional. Liberan una gran carga de

trabajo al usuario, automatizando las tareas mediante el uso de

geometrías primitivas tridimensionales y geometrías de apoyo

bidimensionales en figuras de alambre.

44

+

Punto Línea

Spline

ººº Arco/Circulo Pollgono

Mesh

Elipse

Ashurado y Dimensionado

Pi.gura 3.2. Entidades geométricas disponibles en un sistema CAD. {12]

El uso de esta técnica permite el modelado de todo tipo de partes, no

importando su grado de complejidad. Usando superficies es posible

realizar la representación de partes de herramentales, como dados para

troquelado, cavidades de moldes de inyección y todo tipo de superficies

complicadas, para su aplicación en cualquier disciplina.

La construcción de modelos de superficies generalmente es un proceso

laborioso, el cual parte de un modelo de alambre tridimensional. Los

archivos que se generan suelen ser más grandes que uno de alambre, ya

que contiene más información que los descritos anteriormente.

En general se recomienda su aplicación cuando el modelo manifieste

formas geométricas imposibles de representar mediante sólidos, como las

cavidades de un molde para piezas de plástico.

Las superficies se pueden clasificar de acuerdo a su forma de

45

construcción. Entre las principales tenemos:

• Superficie primitiva: Se construye usando geometrías simples como

conos, esferas, o cajas.

• Superficie tabulada: la cual es definida por la proyección de una

curva generada a lo largo de una línea o vector.

• Superficie reglada: la cual es producida por la interpolación lineal

entre dos diferentes curvas generadoras o extremos de curvas. El

resultado es una superficie generada por el movimiento de una línea

recta, con sus extremos sobre los bordes de las curvas.

• Superficie de revolución: la cual se construye girando una curva con

respecto a una línea de centros o vector. Esta superficie es

particularmente usada cuando se modelan partes torneadas.

• Superficie de barrido: Es una extensión de la superficie de revolución,

donde la curva de definición es barrida a través de una curva

arbitraria en vez de arco circular.

• Superficie Mesh: Son los tipos de superficies más generales y son

definidas usando una familia de curvas generatrices.

• Superficie Fillet: la cual es análoga a un arco de construcción, y es

definida como una superficie que conecta a otras dos superficies en

una transición uniforme.

• Superficie Blend: Este tipo de superficie es generada a partir de otras

superficies, realizando una unión entre ellas mediante una transición

uniforme.

En la figura 3.3 se muestra algunos ejemplos de las superficies antes

mencionadas.

46

3.2.3.3 Modelos de sólidos.

La representación de objetos como modelos sólidos ha sido sujeta a

mucha investigación por lo menos los últimos 20 años o más, y continúa

siendo el principal tema de estudio del modelado geométrico. Para que

un programa de modelado de sólidos sea exitoso, deberá ser:

• Completo y sin ambigüedades.

• Apropiado para el mundo de objetos ingenieriles.

• Práctico de usar.

Existen siete métodos para la construcción de objetos tridimensionales

mediante un sistema modelador de sólidos CAD. Los cuales son:

Primitive intandng. Este método está basado en la noción de familias de

objetos o familias de partes. Todos los objetos que tienen la misma

topología pero diferente geometría, pueden ser agrupados en una familia

llamada de primitivos genéricos. Involucra la recuperación de

descripciones almacenadas de sólidos primitivos como cubos, esferas,

cuñas, conos, y cilindros (figura 3.4).

Spatial enumeratión. asheme. Este método subdivide el espacio 3D en

pequeños volúmenes y los clasifica como llenos, vacíos o parcialmente

llenos.

Cell decomposition. Un objeto puede ser representado como la suma de

celdas, las cuales a su vez pueden ser descompuestas. Usualmente las

celdas son cubos; así un modelo realizado por éste método contiene un

cubo grande con las dimensiones del objeto. Los objetos irregulares

requieren más subcubos para contabilizar los bordes curvos.

47

-- ,__

~ .... ... ...

• Plana Curva

• Superficie de barrido

• Cilindrica Tabulada

• Superficie de revolución

• Superficie mesh

• Filete entre un plano y un cilindro

Figura 3.3. Ejemplos de tipos de superficies. {12]

Analitical salid modeling. Es similar a los elementos hexahédricos de los

métodos de análisis por elementos finitos.

Sweeping. Involucra la noción de un polígono moviéndose por el espacio,

barriendo un volumen descrito por el polígono y su trayectoria. La forma

48

es conocida como la extrusión de sólidos y son creadas mediante un

barrido lineal o traslacional.

Constructive solid geometry. Esta técnica utiliza combinaciones

booleanas de sólidos de barrido y primitivos para construir la parte

deseada. Las operaciones booleanas son: adición, sustracción e

intersección. (figura 3.5)

Boundary representation. Consiste en la indicación de todos los bordes

de las superficies o región cerradas.

Cubo Cilindro Esfera

Cono Cuña Toroide

Figura 3.4. Primitivos disponibles por un modelador de sólidos. [12]

49

Primitivos Unión

Intersección Diferencia

Figura 3. S. Operaci.ones Booleanas con un bloque y un ci.lindro. {12]

3.2.4 Manipulación del modelo.

Normalmente, es necesario realizar diversas modificaciones a un dibujo

que se haya realizado, tales como mover alguna geometría, resaltar algún

detalle, etc. Esto implica una tediosa repetición de la construcción de la

geometría. Gracias a los sistemas de CAD es posible realizar todo este

tipo de modificaciones mediante cuatro tipo de funciones fundamentales

tales como:

• Transformaciones: como traslación, rotación y escalamiento de los

elementos de un modelo. Esto puede incluir también movimientos de

geometría o copiar para crear uno o más duplicados de distintas

entidades.

50

• Cortes o extensiones: Aquellos que permiten al usuario hacer

cambios a elementos geométricos individuales para cortarlos o

extenderlos para intersectarlos con otros elementos.

• Borrado: Funciones para borrar temporal o permanentemente

entidades del modelo (Borrado temporal se refiere a no desplegar las

entidades en la pantalla).

• Funciones misceláneas: como por ejemplo agrupar entidades.

3.2.5 Geometría asociada y atributos.

Además de las líneas y curvas, los dibujos también contienen otros

elementos que dan información, tales como las dimensiones, acabados

superficiales, materiales y tolerancias para el diseño. Los sistemas CAD

proveen funciones para generar estas anotaciones como entidades de

dibujo o geometria asociada; estas funciones también incluyen notas y

detalles como el rayado. En la figura 3.6 se muestra un ejemplo de esto.

Adicionalmente se puede asociar datos no geométricos a las entidades, a

través de los atributos. Estos son pares de valores típicos y nombres,

donde el nombre es un caracter alfanumérico y el valor un número.

Estos se pueden ligar a las entidades a través de puntos de cada entidad.

51

50 o +O.l • -0.2

Nota a una L entidad

R 18.0

Figura 3.6. Geometría asociada. /12}

3.2.6 Ventajas.

Podemos resumir muchas de las capacidades con que cuentan los

sistemas de CAD, con las principales ventajas que se pueden obtener al

utilizar esta tecnología.

• Producción de dibujos con mayor rapidez. Un diseñador que utiliza un

sistema CAD puede realizar un dibujo unas tres veces más rápido,

que sobre un restirador de dibujo. Esto acelera el proceso de diseño

de algún producto y ayuda a introducir dicho producto al mercado

con mayor rapidez.

• Mayor prec1s1on en los dibujos. La precisión de un dibujo

convencional está en función de la persona que realiza dicho trabajo y

52

de la calidad de las herramientas que utiliza, por lo contrario en un

dibujo realizado en un sistema de CAD tiene una precisión exacta;

además, con la utilización de algunas de las funciones disponibles

tales como el "zoom" (acercamiento), permite que una parte del dibujo

se amplíe para mostrar sus elementos con más detalle. Así pues, todo

dibujo realizado con esta tecnología es preciso.

• Dibujos más limpios. La presentación de un dibujo convencional

depende por completo del estilo de trabajo y de las herramientas de

dibujo de cada dibujante. En cambio el plotter (dispositivo de

impresión) de un sistema CAD produce líneas y textos de mayor

calidad, independientemente del operador del sistema. También

muchos dibujos convencionales se estropean a causa de las

raspaduras y rastros dejados por líneas borradas. El CAD permite

eliminar rápidamente cualquier número de líneas sin dejar rastro

alguno en el dibujo final.

• Dibujos no repetidos. Cuando se termina un dibujo, éste se puede

almacenar en la memoria de la computadora para usos posteriores.

Esto es especialmente importante cuando el dibujo contiene una gran

variedad de componentes de características análogas. Se puede

recuperar cualquier otro dibujo almacenado, para diseñar montajes

de maquinado, analizar cortes de herramientas y diseñar troqueles o

moldes a partir de una pieza. Otra ventaja que se obtiene con el uso

de la computadora, es que se pueden conseguir distintas librerías de

elementos que se utilizan frecuentemente en los dibujos y sin tener

que dibujarlos nuevamente.

• Alto nivel de diseño. Las potentes técnicas de modelado por

computadora, tales como el modelado de sólidos, han ayudado a los

53

diseñadores a librarse de las restricciones convencionales y les

permite desarrollar formas innovadoras. Estas formas se pueden

modificar y optimizar muy rápidamente hasta extremos en los que no

se había pensado, ahorrando costos.

• Menores requisitos de desarrollo. Las técnicas de análisis y de

simulación en un sistema CAD puede ahorrar drásticamente el tiempo

y dinero invertido en el proceso de desarrollo de nuevos productos,

como los prototipos.

• Integración del diseño con otras disciplinas. El amplio campo de las

telecomunicaciones a través de redes de computadoras integradas,

permite que los departamentos encargados del diseño trabajen más

estrechamente con otros departamentos de ingeniería.

3.3 SIATEMAS CAM.

3.3.1 Definición.

CAM por sus siglas en inglés significa Computer Aided Manufacturing, o

en español, Manufactura Auxiliada por Computadora. Lo cual se refiere a

cualquier proceso de fabricación o manufactura que sea controlado por

computadora. También un sistema CAM puede ser definido por la

intersección de tres campos: Las herramientas CAD, el trabajo en red y

las herramientas de manufactura (Máquinas herramientas de control

numérico, sistemas de control y programación de la producción,

sistemas de requerimiento de materiales, etc.). Los principales elementos

para implantar un sistema CAM a un ambiente de manufactura, se

muestran en la figura 3.7.

54

Herramientas de Manufactura + C:omputadora

Hardware

Software (GAD, CN, CAP.E>, MRP; etc;)

Trabajo en red

=CAM

(Mrobots, celdas dé manufactura, sistemas de manejo de rnater,iales, etc.)

Figura 3. 7. Definición de las herramientas CAM. f 6)

Existen factores primordiales para lograr la implantación. Primero, el

flujo de la información entre el CAD y el CAM debe ocurrir sin ningún

contratiempo. Las bases de datos del CAD deben contener los

requerimientos de manufactura, tales como tolerancias y características.

Los diseñadores deben pensar en términos de los requerimientos del

sistema de CAM cuando realizan su trabajo. El segundo factor que

decide el éxito de un CAM, es el hardware y el software de los diferentes

elementos de CAM, para automatizar los procesos de manufactura. De

hecho los diversos softwares llamados de CAD/ CAM se han limitado a

sólo automatizar el proceso de programación de máquinas de control

numérico, en los distintos procesos en que éstas pueden ser utilizadas.

55

3.3.2 Máquinas de control numérico.

3.3.2.1 Definición de control numérico.

El control numérico CN (en inglés numerical control, NC) es una forma de

automatización programable, en la cual un programa que contiene datos

alfanuméricos codificados, controla las acciones de algún equipo. Los

datos representan posiciones relativas entre un cabezal de sujeción y

una parte de trabajo [15).

El cabezal de sujeción representa una herramienta u otro elemento de

procesamiento y la parte de trabajo es el objeto que se procesa. El

principio funcional de CN es controlar el movimiento del cabezal de

sujeción, en relación con la parte de trabajo y la secuencia en la cual se

realizan los movimientos. La primera aplicación del control numérico fue

en el maquinado y ésta es todavía un área de aplicación importante.

3.3.2.2 Componentes de un sistema de control numérico.

Un sistema de control numérico tiene tres componentes básicos. 1) Un

programa, 2) una unidad de control de la máquina y 3) el equipo de

procesamiento o la máquina misma. El programa es el conjunto

detallado de comandos que va a seguir el equipo de procesamiento. Cada

comando especifica una posición o movimiento que realizará el cabezal

de sujeción, en relación con el objeto procesado.

Una posición se define por sus coordenadas x-y-z. En las aplicaciones de

máquinas herramientas, los detalles adicionales en el programa de CN

incluyen la velocidad de rotación del eje, la dirección del eje, la velocidad

de alimentación, las instrucciones del cambio de herramientas y otros

56

comandos relacionados con la operación.

Las máquinas actuales de CN contienen una unidad de control (en inglés

machine control unit, MCU) la cual es una microcomputadora que

almacena el programa y lo ejecuta, convirtiendo cada comando en

acciones, mediante el equipo de procesamiento, un comando a la vez. La

unidad de control está constituida por el hardware y el software. El

hardware está formado por la microcomputadora, los componentes para

hacer la interfaz con el equipo de procesamiento y ciertos elementos de

con trol de retroalimentación [ 12].

El software está formado por: el software que controla el sistema, los

algoritmos de cálculo y el programa de traducción para convertir el

programa de control numérico en un formato que pueda utilizar la

unidad de control. También incluye algoritmos de interpolación, con el

fin de que los movimientos del cortador sean fluidos. La unidad permite

editar el programa, en caso que éste contenga errores o se requieran

cambios en las condiciones de corte. Debido a que la unidad de control

es una computadora, se usa el término control numérico computarizado

(CNC) para diferenciar este tipo de control de las tecnologías que le

precedieron.

Podemos constar que la mayoría de las máquinas herramienta de control

numérico que se construyen actualmente, están equipadas con sistemas

de tipo CNC. La razón de esta orientación hacia los sistemas CNC, reside

en que estos sistemas ofrecen ventajas considerables tanto para el

constructor del armario de control, como para el fabricante de la

máquina herramienta.

Desde un punto de vista económico, el diseño modular de los sistemas

CNC es una ventaja importante. La modularidad permite construir con

57

un material de base idéntico, sistemas de control diferentes para

taladros, fresadoras o tornos, independientemente del número de ejes

controlados.

Desde un punto de vista práctico, los sistemas CNC permiten la

implantación del Control Numérico, a una gama de máquinas

herramienta extremadamente vasta, pudiendo ser tanto a máquinas

relativamente poco costosas, hasta máquinas especiales o universales de

un precio considerable. El sistema modular permite, añadir funciones

suplementarias, a un precio que representa una mínima parte con

respecto al costo total del armario de control numérico.

Desde un punto de vista de gestión de la producción, la principal ventaja

es que el CNC permite un aumento de las tasas de utilización de las

máquinas herramienta. Entre los factores que contribuyen a la

productividad, podemos citar básicamente [15]:

• La verificación más simple de los programas.

• La eliminación de fallas mayores durante la operación.

• Los sistemas de asistencia a la programación.

• Los sistemas de diagnóstico.

3.3.2.3 Aplicaciones del control numérico.

El maquinado es un área de aplicación importante para el control

numérico, pero el principio de operación es aplicable a otras actividades.

En muchos procesos industriales debe controlarse la posición de un

cabezal de sujeción, de acuerdo con la parte o producto en los que se

trabaja. Se puede dividir las aplicaciones en dos categorías, 1)

aplicaciones de máquinas herramientas y 2) aplicaciones que no son de

máquinas herramientas.

58

En la categoría de máquinas herramientas, el control numérico se

emplea ampliamente en operaciones de maquinado, tales como torneado,

taladrado y fresado. El uso del CN en estos procesos ha motivado el

desarrollo de máquinas herramientas altamente automatizadas,

llamadas centros de maquinado, las cuales cambian sus propias

herramientas para realizar diversas operaciones de maquinado, bajo un

programa de control numérico. Otras máquinas que podemos encontrar

en esta categoría son: 1) máquinas para esmerilado, 2) máquinas para

procesos de prensado de láminas metálicas, 3) máquinas para doblado

de tubos y 4) para procesos de corte térmico [15].

En la categoría de las que no son máquinas herramientas, las

aplicaciones de CN incluyen: 1) máquinas de colocación de cinta y

máquinas de devanado de filamentos para compuestos, 2) máquinas de

soldadura por fusión, tanto por arco como por resistencia, 3) máquinas

para inserción de ensamble de componentes electrónicos, 4) máquinas

para cobertura de alambre eléctrico, 5) máquinas de dibujo y 6)

máquinas de medición por coordenadas para inspección.

3.3.2.4 Beneficios del control numérico.

Entre los beneficios del control numérico, relacionados con el equipo que

se opera manualmente en las aplicaciones antes mencionadas, están

[ 15]]:

1. Menor tiempo no productivo, lo que provoca ciclos más cortos.

2. Reparaciones más sencillas.

3. Mayor flexibilidad de manufactura.

4. Mayor exactitud.

5. Menos errores humanos.

59

3.3.3 Programación de máquinas herramientas de control numérico.

3.3.3.1 Programación manual.

Algunos pasos son requeridos para producir una pieza utilizando una

máquina de CN. El primer paso es hacer un plan del proceso para la

pieza, utilizando los dibujos de ingeniería. En este paso se identifica qué

operaciones se requieren para la pieza, de acuerdo a la máquina que se

va a utilizar.

El segundo paso es realizar el programa mediante una persona

capacitada. El programador desarrollará trayectorias de herramienta

para cada operación. Para lo cual es necesario tener los parámetros de

corte, para cada herramienta que se utilice. Una trayectoria de

herramienta es la trayectoria que seguirá la herramienta de corte desde

la posición de "home" o inicio de la máquina, a la pieza a maquinar y su

regreso a la posición inicial. Normalmente una trayectoria es repetida

más de una vez hasta terminar la pieza en cuestión.

Una vez que las trayectorias son planeadas, el programador debe generar

los detalles de la trayectoria, lo cual incluye los cálculos de las

coordenadas X, Y y Z de los puntos necesarios de la trayectoria. Después

escribirá el programa con la sintaxis propia de la máquina.

Esencialmente, la máquina recibe las instrucciones del programa como

una secuencia de bloques, conteniendo los comandos de operación, así

como los datos de los parámetros de corte, velocidades y dimensiones.

Cada comando ha sido asociado con una letra e identificado con un

número. Estos se clasifican como sigue [ 12):

• Número de secuencia (N); éste simplemente identifica el número de

bloque, en orden ascendente (pero no es necesario que sea en una

60

secuencia continua).

• Funciones preparatorias (G); preparan a la unidad de control para

una operación dada, típicamente involucra un movimiento de corte.

Estas funciones son las de mayor importancia de ellas proviene el

nombre de tipo de programación en código G.

• Datos de dimensiones (X, Y, Z, A o B); definen el posicionamiento y

orientación de los ejes para los movimientos del cortador.

• Función de avance (F); es usada para especificar la velocidad de

avance del cortador.

• Función de velocidad (S); es usada para especificar la velocidad del

husillo.

• Función de herramienta (T); es usada para especificar el cortador a

utilizar, donde hay múltiples opciones; también sirve para especificar

las compensaciones de las herramientas.

• Funciones auxiliares (M); son usadas para designar un modo

particular de operación, típicamente para cambiar funciones de la

máquina, tales como encendido o apagado del refrigerante.

Hay diferentes maneras de presentar un comando. Por convención se

utiliza la siguiente secuencia para formar un bloque.

• N G XYZAB F S T M

Es posible realizar dos tipos de programación: absoluta e incremental. La

programación absoluta implica que las posiciones de las coordenadas

están dadas como valores absolutos, con respecto al sistema de

coordenadas de la máquina; mientras que la programación incremental

implica que cada movimiento está especificado por una posición previa.

Otro punto, de suma importancia en la programación manual de las

61

máquinas de CN; se refiere a la compensación de la herramienta de

corte. Por convención, la trayectoria de la herramienta muestra el

movimiento de la herramienta con respecto a su centro o al centro del

radio de la nariz de la punta de dicha herramienta, de tal forma es

necesario que el programador introduzca esta información en el

controlador, para que éste se encargue de realizar la compensación o en

su defecto realizar los cálculos necesarios, para que cuando programe la

trayectoria, considere la compensación necesaria para cada herramienta

de corte que desee utilizar.

Este proceso es relativamente sencillo cuando las formas que deseamos

obtener son igualmente sencillas; pero cuando las formas de las piezas

son bastante complejas la programación de las máquinas se convierte en

un proceso bastante dificil y casi imposible de realizar; más aún, en

formas tridimensionales, en las cuales es necesario que se programen el

movimiento simultáneo de tres ejes o más de la máquina que estemos

utilizando. Para estos casos podemos apoyarnos en la programación

asistida.

3.3.3.2 Programación asistida.

La primera ruta alternativa para auxiliar la programación manual es el

uso de un lenguaje de computadora, en el cual se define la geometría de

la parte y el movimiento de la herramienta, y permitir a la computadora

que realice los cálculos de las compensaciones. A través de la

computadora se libera al programador de muchas tareas de

programación; sin embargo, todavía es necesario definir la secuencia de

las operaciones, los avances y las velocidades de corte, las herramientas

a utilizar y los movimientos generales de corte. Las etapas de la

programación asistida las podemos resumir como sigue [12]:

62

l. Identificar la geometría de la parte, movimientos generales de corte,

avances, velocidades y parámetros del cortador.

2. Codificar la geometría, los movimientos e instrucciones generales de

la máquina a ser utilizados en el lenguaje de programación. Este

código es conocido como fuente. Lenguajes utilizados para realizar

esta tarea son APT (Automatical Programmed Tools) y COMPACT II.

3. Compilar o procesar el código fuente para producir un listado de

movimientos del cortador e información auxiliar de la máquina,

conocido como archivo CLDATA (cutter location data.file).

4. Post-Procesado (llamado así debido a que éste se ejecuta después del

procesado) El archivo CLDATA es traducido al lenguaje estándar ISO

(Código G).

5. Transmisión; el código es enviado a la unidad de control, para que el

programa sea probado y ejecutado.

Actualmente, el codificado de la geometría y los movimientos de las

herramientas, ha sido suprimido por la generación directa de los datos

mediante la utilización de un sistema CAD/CAM. Los lenguajes todavía

están en uso, y además de eso, han formado la base para el desarrollo de

la generación directa de los datos de las trayectorias de herramienta a

partir de la geometría de un CAD/CAM. En particular, muchos sistemas

de CAD/CAM producen archivos de salida en formato CLDATA y utilizan

el lenguaje APT para adaptar al sistema.

Actualmente la programación asistida se realiza directamente a partir de

una pieza dibujada en un sistema de CAD, también por el uso de

comandos de programación de CN incluidos en los sistemas CAD/CAM.

63

Los sistemas CAD/CAM tienen un sin número de ventajas sobre los

lenguajes de programación, la más importante es que elimina la

necesidad de codificar la geometría de la pieza y los movimientos de las

herramientas. Con esto se elimina el riesgo de cometer errores en la

interpretación o transcripción de la geometría, y reduce

considerablemente el tiempo tomado en la preparación de los datos de

las trayectorias de maquinado.

Los CAD/ CAM traen beneficios adicionales para la programación de las

partes a través del uso de gráficas interactivas, para la edición y

verificación de los programas generados. Los sistemas CAD/ CAM

generalmente proveen facilidades tales como:

• El desplegado de los movimientos programados del cortador con

respecto a la pieza de trabajo, con lo cual permite la verificación

visual del programa. Un ejemplo de esto se muestra en la figura 3.8.

• La edición interactiva de las trayectorias de herramienta con la

adición de movimientos, estándares y ciclos.

La segunda facilidad es normalmente de gran ayuda por el acceso a las

facilidades del sistema para la construcción y modificación de la

geometría; además de la manipulación de los sistemas de coordenadas.

Los sistemas de CAD/ CAM también incorporan los más sofisticados

algoritmos para la generación de programas de CN, en particular para la

remoción de material y el maquinado de superficies complejas.

64

., "

Figura 3.8. Ejemplo de una trayectoria de herramienta. {12]

La generación de un programa de CN a través de un sistema de

CAD/ CAM es como sigue:

l. Se genera la geometría de la parte. Ésta es muy importante para

propósitos del maquinado, ya que define las fronteras de los

movimientos de las herramientas. Tiene como ventaja que esta puede

ser modificada o se le pueda adicionar información geométrica para

los movimientos que se deseen añadir.

2. Se define la geometría de la herramienta, la cual también puede ser

seleccionada de una librería.

3. Se seleccionan las operaciones de maquinado y se define la secuencia

de cada una; las trayectorias de herramienta se definen

65

interactivamente por las principales operaciones de maquinado.

4. Los movimientos de las herramientas son desplegados y pueden ser

editados para afinarlos, y adicionar o modificar macros para

maquinados especiales o ciclos de operación.

5. Las trayectorias de las herramientas son verificadas interactivamente,

mediante programas auxiliares. Lo cual ayuda a eliminar colisiones.

6. El archivo CLDATA es generado para la edición de las trayectorias de

herramienta.

7. El archivo CLDATA es post-procesado, para obtener un archivo con el

programa de la parte y posteriormente es enviado al control de la

máquina herramienta.

3.3.4 Operaciones de maquinado dentro de los sistemas de CAD/CAM.

Los sistemas de CAD/ CAM soportan un amplio rango de operaciones de

maquinado, generalmente clasificados de la siguiente manera:

• Torneado. Dentro de las operaciones de torneado tenemos: Desbaste

(tuming), careado (facing), ranurado (grooving) y maquinado de roscas

o cuerdas (Thread-cutting). La figura 3.9 muestra algunos ejemplos de

estas trayectorias.

66

Torneado

Ranurado

Roscado Careado

Figura 3. 9. Trayectorias para el proceso de torneado. {12]

• Maquinado en 2 y 21h e1es. Incluye operaciones de fresado y

taladrado, movimientos punto a punto para taladrado y perfilado

(profiling) y vaciado de cajas (pocketing), como se muestra en la figura

3.11. El vaciado de cajas típicamente incluye facilidades para el

fresado de uno o más perfiles con cajas y con distintas estrategias en

remoción de material, como también se muestra en la figura 3.10. El

maquinado de 21h ejes implica que los movimientos de la máquina

están en planos paralelos al plano de trabajo. Los movimientos en la

dirección normal al plano de trabajo, los realiza solamente para

introducir o retraer la herramienta de corte.

67

--Corte de caja por contorno

1

A, .r

~ D ./ ~ /

Per1ilado

\.

' ' ' ' ' Corte de caja continuo

Figura 3.1 O. Fresado por perfilado y vaciado. /12]

• Maquinado de superficies. El maquinado de superficies puede ser

realizado utilizando fresadoras de 3 o 5 ejes. En cada caso el cortador

es transversal a una serie de trayectorias, con parámetros constantes

a la superficie, o a lo largo de líneas de contorno. En movimientos

dentro de una máquina de tres ejes, el eje de la herramienta se

mantiene vertical, mientras que el maquinado con cinco ejes el

cortador se mantiene normal a la superficie o a un ángulo fijo de la

normal de la superficie. La figura 3.11 ilustra esto.

68

Figura 3.11. Maquinado de superficies en 3 y 5 ejes. f 12}

• Corte. Esta operación incluye procesos tales como: el corte por flama,

plasma, chorro de agua y láser; y usualmente involucra movimientos

de formas de arcos a lo largo de un perfil definido por varias curvas.

Cuando se requiere remover una gran cantidad de material, el software

normalmente remueve el volumen de material a través de cortes de

desbaste y posteriormente con cortes de acabado, para dar la forma final

a la pieza. Algunas veces se utiliza un semi-acabado; todo depende de la

estrategia que se seleccione y de las características de la pieza a

maquinar.

3.3.5 Verificación de las trayectorias de maquinado.

Actualmente los programas de CN y las trayectorias de herramienta, que

guían las herramientas durante el maquinado, usualmente incluyen una

cantidad excesiva de valores de coordenadas, lo que hace casi imposible

hacer una verificación manual de éstas.

69

El desplegado gráfico de las trayectorias de herramienta es algo que

puede ayudar al proceso de verificación.

Un software de verificación puede simular el proceso de maquinado,

desplegando los movimientos de la herramienta de corte, definidos por la

trayectoria de maquinado con respecto a la pieza de trabajo y los

elementos de sujeción de la misma. Las formas de la herramienta y del

bloque de trabajo, son desplegados mientras la simulación se realiza.

Esto puede permitir al programador detectar cualquier error dentro de

los programas de CN.

Las ventajas de la verificación de las trayectorias son muchas, entre las

principales podemos enumerar las siguientes:

• Evita errores durante el proceso de maquinado;

• Ayuda al rápido desarrollo de un programa;

• Ayuda al aprendizaje de la programación de máquinas CNC sin

peligro;

• Evita tiempos muertos a la hora de hacer pruebas en la máquina

(pruebas al aire).

3.3.6 Ventajas.

En líneas generales, las ventajas del CAM están relacionadas con el

cumplimiento de los siguientes objetivos [15]:

a) Niveles de producción más altos con menor esfuerzo laboral.

b) Menor posibilidad de error humano y de las consecuencias de su falta

de confiabilidad.

70

c) Mayor versatilidad de los objetivos fabricados.

d) Ahorro de costos por incremento de la eficiencia de fabricación (es

decir, menor material estropeado) e incremento de eficiencia en el

almacenamiento y ensamble.

e) Repetitividad de los procesos de fabricación a través del

almacenamiento de los datos.

f) Productos de mayor calidad.

3.4 PROTOTIPOS RÁPIDOS.

3.4.1 Definición.

Un prototipo rápido es un modelo fisico fabricado a partir de la

información de un sistema de CAD en 3D, cuya fabricación se logra en

algunas horas. Estos prototipos se utilizan para la verificación de las

especificaciones de diseño, para corroborar que encajen en el ensamble

propuesto, probar su funcionalidad, comunicación de la geometría del

modelo en forma más adecuada a los fabrican tes de herramientas y

moldes, a mercadotecnia o a la gerencia.

La complejidad en el diseño se traduce en un aumento en el tiempo de

fabricación y este tiempo es un elemento valioso en la carrera por la

introducción de productos en el mercado.

Cuando se añaden procesos adicionales se pueden producir prototipos

funcionales con características muy similares a las del producto

terminado, se fabrican con materiales proyectados y se pueden efectuar

71

pruebas reales sobre dichos prototipos.

En el campo de la manufactura, la productividad se logra mediante la

dirección de un producto desde el concepto hasta su introducción rápida

y extensiva al mercado. Las tecnologías para la fabricación de prototipos

rápidos ayudan a este proceso. Automatizan la fabricación de las partes

de un producto, antes de ser fabricado a gran escala, partiendo de un

dibujo en 3D; debido a que un modelo tridimensional proporciona mayor

información que los simples planos, su utilidad es incalculable en los

ciclos preliminares de diseño. Por otra parte, el tiempo para fabricar un

prototipo por los medios convencionales, puede tomar desde semanas

hasta meses enteros, dependiendo del método que utilice. Con las

tecnologías de prototipos rápidos se tienen opciones para obtener

resultados inmediatos y baratos en comparación con los métodos

tradicionales.

3.4.2 Técnicas de fabricación.

Existen varios tipos de tecnologías disponibles comercialmente para la

fabricación de prototipos rápidos. Los procesos de fabricación se pueden

dividir en tres categorías importantes: sustractivo, aditivo y compresivo.

• Sustractivo: un bloque de material es esculpido para producir la

forma deseada.

• Aditivo: se construye un modelo uniendo partículas o capas de

materia prima.

• Compresivo: se forza a un material semi-sólido o líquido a adoptar la

forma deseada, entonces se induce la solidificación o endurecimiento.

La mayoría de los procesos convencionales, utilizados para la fabricación

de prototipos, caen en la categoría de procesos sustractivos. Esto incluye

72

a los procesos tradicionales de maquinado, como son: torneado, fresado

y esmerilado.

Tales métodos son dificiles de aplicar cuando se trabaja con partes con

cavidades muy pequeñas o geometrías complejas. Los procesos

compresivos, también convencionales incluyen la fundición y el moldeo.

Las tecnologías actuales para la fabricación de prototipos rápidos son

procesos aditivos y se clasifican de acuerdo al material utilizado:

fotopolímeros, termoplásticos y adhesivos.

Las tecnologías actuales para la fabricación de prototipos rápidos son:

3.4.2.1 Estereolitografia por 3D System /ne. Ltd.

Este proceso combina la tecnología de computadoras, láser, escaneo

óptico y fotoquímica, por medio del aprovechamiento de los fotopolímeros

que cambian de estado líquido a sólido, cuando son expuestos a la luz

ultravioleta [ 13].

Los componentes principales de un sistema de estereolitografia son: Un

tanque que contiene un fotopolímero líquido, espejos controlados que

dirigen un haz de láser ultravioleta hacia la superficie del líquido, y

justamente bajo la superficie una plataforma elevadora.

La primera capa del modelo se genera en el software, y esta información

se utiliza para controlar los espejos par dirigir el láser hacia la superficie

de la resina. Donde incide el láser al líquido y lo transforma en sólido

casi instantáneamente, a la profundidad adecuada y justamente dentro

del diámetro del haz.

Cuando se ha terminado una capa, el elevador baja para sumergir la

73

parte sólida del modelo. Entonces fluye más resina líquida hacia la

superficie, cubriéndola y preparándola para la siguiente capa.

Este proceso se repite hasta que el modelo ha sido terminado, para ese

tiempo estará totalmente sumergido en la resina líquida. En la figura

3.12 se muestra el proceso.

Proc:eso d:e Estereolitografía

,.., ,, .Supertl1.:le . . de~rtsina /Pro:to@pj! PI af'onna

1 • ! : .................... ~ .

·+~''''"'''. ·.·.1 ¡ t 1in;s ~ere$i"' : 1 :¡· ., ¡

!EtapaZ ! .. © ··---. -----------------·

1 - Principio de fabritacion idel prototi¡,o .sobre la plataforma

2 • La pialafcnna baja para continua( construyendó,el protCJtipo

capaporc~a

3• La últlma=capaes díbuJMtapor.e1 láser·

4 .•. Termlnmck> la:fabrlcaelón del prototipo¡ la plataforma

Sélevantaruera.de-latesina para.ql.ié el prototipo se pue~a remC>Yer

Figura 3.12. Proceso de estereolitografia.

3.4.2.2 Laminated Objets Manufacturing (LOM) por Helisys, lnc.

El esquema general del proceso se basa en que el material es alimentado

para unirse por capas, mientras se comprime y se eleva a una

temperatura determinada por medio de una roladora en caliente, que

pasa por el área laminada. Este proceso es seguido por el paso de un

74

láser C02 que corta la silueta de los contornos definidos en CAD. Una vez

que se completa el contorno, una mesa móvil baja o sube para dar la

propiedad de volumen (usualmente se refiere a ella como el eje Z) y así

sucesivamente hasta crear el modelo completo [13).

El sistema LOM de Helisys crea modelos a base de capas de papel. La

capa se proporciona en forma de rollo y pasa por encima de una mesa

móvil en forma vertical para enrollarse en forma de carrete. Al inicio de

cada capa, un rollo de papel precalentado pasa por encima de la

siguiente hoja de papel, causando que la anterior se adhiera a la capa.

Es entonces que el láser es dirigido por un dispositivo XY y unos espejos,

para que corte un rectángulo del bulto formado de papel.

El perfil de la capa es generada por el software del archivo .STL y el

dispositivo XY que dirige al láser para cortarlo, separando el modelo del

material que lo rodea. En cada capa el material de desperdicio que queda

dentro y alrededor se corta en pequeños cuadritos que son mucho más

fáciles de retirar del modelo. La figura 3.13 muestra un esquema de

como se realiza el proceso.

Figura 3.13. Principio del proceso LOM. {13]

75

3.4.2.3 Selective Laser Sintering (SLS) por DTM Corp.

El sinterizado selectivo con láser permite que los materiales en polvo

como el nylon, policarbonato, y cera para fundición experimental, sean

transformados en objetos sólidos por medio de un rayo láser modulado;

creando una sección transversal delgada a la vez. Este método no está

limitado a crear modelos y prototipos, también puede crear moldes

patrón y herramientas de vida corta en la producción (13]. El proceso es

el siguiente.

1. Al inicio del proceso, una capa muy delgada de polvo o partículas

fundibles es depositada en el área de trabajo del contenedor.

2. Está capa o película es calentada justo abajo de su punto de fusión.

3. La primera sección transversal del objeto a fabricar es trazada sobre

la película por un láser C02 generador de calor. La temperatura de

las partículas impactadas por el láser se incrementa hasta el punto de

sinterización, fundiendo las partículas de polvo y formando una masa

sólida. La intensidad del rayo láser es modulada para sinterizar

solamente las partículas que están dentro de las áreas definidas por

la geometría del diseño.

4. Otra película de partículas es depositada arriba de la película

anterior.

5. El proceso se repite para cada película sinterizada abajo de la nueva,

hasta que la parte esté formada.

6. La pieza final es retirada y el exceso de material es removido, algunas

partes requieren de un postproceso.

La figura 3 .14 muestra este proceso.

76

Mirror Lw;cr

)f- -' - - -fT:::) .I I l

1Mlr'~ ........ ~---. ,., .,. --­

:Elevator----4-

.>.,)t~ .... ...... r·, , .• I

<1;r~~~~· .. . {l:t ,-:-;'!~ -~~;{::v~

~~+i_ ~~~ _;·\ . ~- .. ' .

t Figura 3.14. Principio del proceso SLS. f 13}

3.4.2.4 Fused Depositation Modelling (FDM) por Stratasys, /ne.

La tecnología FDM es una operación limpia, de un solo paso, que utiliza

termoplásticos no tóxicos en forma de cables o polvos. Esta tecnología

esta diseñada para usarse incluso en ambiente tipo oficina.

En este proceso, el material inicial es un filamento largo de cera o un

polímero termoplástico con un diámetro de 1.27 mm. El filamento se

alimenta de una cabeza de trabajo de extrusión, en donde se calienta

ligeramente arriba de su punto de fusión y después se deposita sobre la

superficie existente de la parte.

Cuando la cera o plástico extruídos entran en contacto con la superficie

de la parte, se solidifican de inmediato adhiriéndose a la capa anterior.

La parte se fabrica de la base hacia arriba; usando un procedimiento de

laminado, similar a la estereolitografia y el sinterizado selectivo por láser.

77

Para cada capa, un archivo de datos de un sistema gráfico

computarizado, controla el movimiento X-Y de la cabeza de trabajo; los

datos son una aproximación en capas múltiples del modelo sólido de la

parte, y el archivo similar al que se usa en los procesos anteriores.

La tecnología FDM permite utilizar una gran variedad de materiales y

colores. Todos ellos son termoplásticos inertes y no tóxicos, con

características muy similares a los materiales finales de los productos

que representan. La figura 3.15 ilustra este proceso.

3.4.2.5 So/id Ground Courding (SGC) por Cubital, /ne.

Proceso por el cual se forman objetos por películas con profundos cortes

internos y paredes delgadas en un medio sólido.

3.4.2.6 Ballistic Particle Manufacturin (BPM) por Perception Systems.

Esta tecnología consiste en deposición de material en un patrón

controlado para construir una parte. El material debe ser fácilmente

moldeable y solidificable, como los termoplásticos, aluminio y cera. La

figura 3.16 muestra este proceso.

Todas estas tecnologías utilizan la información de un modelo de CAD

mediante un archivo con extensión .STL, el cual se obtiene mediante un

traductor. Los archivos .STL son una interfase estándar en la industria

entre los modelos sólidos en 3D y los sistemas de fabricación de

prototipos rápidos. El formato .STL fue desarrollado por Albert

Consulting Group para 3D Systems, Inc., para su máquina de

estereolitografia que fue el primer sistema comercial disponible.

78

Thermopl astic füarn.t>,nt

Figura 3.15. Principio de trabajo del proceso FDM. /13]

Workpiece

\ Figura 3.16. El principio de trabajo del BPM. /13]

El archivo .STL está formado por coordenadas X Y Z, que representan

triángulos, los cuales describen la forma del modelo cerrado en 3D, ya

que cualquier hoyo o discontinuidad en el modelo causará errores en el

traductor .STL o modelos defectuosos. Uno de los mayores problemas del

formato .STL es la representación de superficies con curvas, ya que los

79

triángulos pueden representar correctamente superficies planas, pero se

experimenta cierta complejidad al tratar de representar curvas mediante

triángulos y el tamaño del archivo crece considerablemente. Aún cuando

se utilice un menor número de triángulos para reducir el tamaño del

archivo, se reduce la precisión de la forma del objeto.

3.4.3 Beneficios.

Dentro de los principales beneficios que se pueden obtener de la

generación de prototipos rápidos tenemos:

• Los diseñadores y los ingenieros pueden obtener ejemplos de sus

conceptos para una fácil visualización, verificación, iteración y

optimización.

• Los modelos pueden servir como herramientas de comunicación para

la ingeniería simultánea.

• Los modelos pueden servir como ejemplos de prueba para estudios de

mercado y análisis de preferencias de clientes.

• Los prototipos rápidos pueden ayudar en la planeación de la

producción para determinar las herramientas y dispositivos

necesarios durante el proceso de producción.

• Estos son útiles para el diseño de empaques de piezas que se

necesitan enviar a otros sitios para su ensamble.

• Los Prototipos de metal que han sido realizados con tecnologías como

QuickCast, Laminated, LOM, SLS o FDM, pueden ser utilizados para

pruebas funcionales. Figura 3.17

• Y finalmente, la utilización de estos tecnologías para la fabricación de

moldes de corrida.

80

Figura 3.1 7. Aplicaciones de los prototipos rápidos.

El uso de este tipo de tecnologías puede resultar en una derogación

monetaria bastante fuerte. Pero, los costos incurridos pueden ser

justificados por el tiempo de respuesta que se puede obtener del proceso,

al poder sacar el producto final al mercado de una manera más rápida y

confiable.

Rl

4. DISEÑO Y INTEGRANDO RÁPIDOS.

FABRICACIÓN SISTEMAS CAD

4.1 INTRODUCCIÓN.

DE MODELOS Y PROTOTIPOS

Con frecuencia es dificil encontrar la forma, estilo y material, para

obtener un buen diseño de alguna pieza y algunas veces la casualidad o

un momento de inspiración, puede ayudar a resolver el problema. Por tal

razón es necesario seguir algunos pasos que conduzcan a una solución

adecuada, de una manera rápida y confiable.

En este capítulo se muestra una metodología que consiste en un

conjunto de procedimientos para realizar el diseño de un producto de

plástico, con el propósito de obtener un producto de buena calidad.

Se utilizarán las herramientas CAD y los prototipos rápidos para

auxiliarnos en este proceso.

4.2 PROCESO DE DISEÑO.

El proceso de diseño tradicional ha auxiliado a concretar muchas ideas

sobre productos que se han desarrollado y que utilizamos a diario. Sin

embargo, la necesidad de obtener un producto en el menor tiempo

posible, al menor costo y con la mejor calidad nos hace recurrir a

filosofias de trabajo distintas, esperando con esto una rápida colocación

en el mercado. La ingeniería concurrente o simultánea, el diseño para la

manufactura y ensamble, son ejemplos de estas filosofias de trabajo.

Considerando estos conceptos se propone el esquema de trabajo, que se

muestra en la figura 4.1.

82

1~tt~~~~!t~tt~r~~~~~~::~~~~::::~~~~~====~~~~=t~::=

MI

Figura 4.1. Proceso de diseño.

Estas etapas ayudan a obtener y mejorar el diseño que deseamos realizar

y se discuten a continuación.

83

4.3 SÍNTESIS DE LA NECESIDAD Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

En esta etapa se definen las metas u objetivos que se desean cumplir,

identificando claramente el problema a resolver.

El inicio del proceso de diseño puede ser una idea vaga, un bosquejo, o

bien, un producto o concepto y~ existente, el cual requiere de algunas

modificaciones. Las herramientas útiles para esta etapa, son: máquinas

de medición por coordenadas, fotografias, planos o la misma pieza

existente, así como el bosquejo o croquis de la pieza que se imaginó u

ocurrió, etc.

Para el proceso de diseño es recomendable la formación de un grupo

multidisciplinario de trabajo. Este equipo puede ser pequeño, de cuatro

personas o más, dependiendo de la magnitud del proyecto; el equipo de

trabajo deberá estar compuesto por personal o expertos en diversas

áreas, entre las que se puede citar entre otras: Diseño, ingeniería,

mercadotecnia, producción y finanzas. También es importante poder

contar con posibles clientes y proveedores, quienes serán los usuarios

finales del producto.

Para poder realizar el diseño de un producto es necesario conocer

algunas especificaciones, que consisten en una lista detallada de

requerimientos, para producir un producto o proceso exitoso. Las

especificaciones son los medios formales para comunicar al cliente con

el vendedor.

A continuación se presenta una lista de especificaciones que se deben

considerar para obtener el buen diseño de un producto [14].

84

Diseño e Ingenieria del producto.

• Función del producto.

• Ambiente de operación.

• Tiempo de servicio.

• Vida del producto.

• Estética, apariencia, y acabado.

• Material.

• Ergonomía.

• Cliente (gustos, requerimientos, etc.)

• Mantenimiento requerido.

• Optimización.

Producción o manufactura.

• Procesos requeridos.

• Cantidad de piezas a producir.

• Manufacturabilidad.

• Ensamblabilidad

• Tamaño.

• Peso.

• Empaque.

• Embarque.

Finanzas y mercadotecrua

• Costo objetivo del producto (cuanto se quiere gastar en producción).

• Conocer los productos de la competencia.

• Rentabilidad.

• Restricciones de la compañía.

• Restricciones de mercado.

• Tiempos de desarrollo del producto.

85

Calidad

• Procedimientos para el control y el aseguramiento de la calidad del

producto.

• Pruebas e Inspección.

Compromisos

• Normas y estándares

• Patentes.

• Factores políticos y sociales.

• Tiempos de entrega.

Esta lista puede parecer muy larga. Sin embargo, estos puntos se

pueden dividir en dos categorías, las restricciones y los requerimientos

de diseño. Las restricciones de diseño son las especificaciones que el

producto debe tener, mientras que los requerimientos son atributos que

el cliente o el diseñador le gustaría que los tuviera su diseño en la

medida de lo posible.

Un medio para obtener la información requerida se puede obtener

mediante un cuestionario como el que se muestra en ele anexo A.

4.4 DISEÑO CONCEPTUAL DE LA PIEZA.

En esta etapa del proceso, cada uno de los integrantes del equipo de

trabajo, deberá aportar sus ideas y conocimientos para obtener la

solución al problema planteado. Por ejemplo:

La persona de diseño plasma sus ideas iniciales en un sistema de CAD,

86

partiendo tal vez de un croquis en el cual bosquejó su idea inicial de la

pieza, o bien un plano de una pieza ya existente, a la cual se requiere

realizar alguna modificación, o también la geometría que se extrajo de

alguna otra pieza, la cual soluciona parcialmente el problema planteado.

La persona de producción o manufactura expondrá sus ideas para que el

diseñador, pueda obtener una pieza la cual sea fácil de fabricar y no se

tenga que recurrir a procesos demasiados costosos o a la necesidad de

realizar inversiones exageradas, para producir la pieza.

También la persona de mercadotecnia dará su opinión sobre las

preferencias del mercado, al cual se pretende dirigir el producto; tales

preferencias serían: forma, color, textura, tamaño, así como la demanda

que se desea satisfacer y la imagen corporativa que se desee incorporar.

En cuanto a la o las personas de ingeniería, éstas tendrán que pensar en

cuanto: A características de la pieza (color, textura, material, espesor,

resistencia mecánica, etc.), la cantidad de piezas a producir, el sistema

de moldeo a utilizar (termoformado, inyección soplo, etc), el tipo de molde

y número de cavidades y la máquina donde se realizará el moldeo.

También el área de finanzas o contabilidad dará su opinión sobre el

proyecto a realizar, dicha área se encargará de realizar un análisis costo

beneficio, para estimar la factibilidad económica del proyecto.

Es recomendable que los proveedores participen en el diseño de la pieza,

ya que podrán aportar ideas para obtener un buen diseño. Por ejemplo,

el proveedor de la materia prima (en este caso del plástico), deberá

conocer algunas especificaciones de la pieza, para poder proponer el

material adecuado para dicha pieza (anexo B). Dentro de las

consideraciones más comunes se deben contemplar:

87

Propiedades fisico químicas de pieza.

Mecánicas (carga, impacto, rigidez, etc.).

Térmicas (temperatura máxima o mínima de uso, etc.).

Consideraciones ambientales.

Esfuerzo químico, la temperatura, el tipo y tiempo de

contacto o exposición con algún ambiente químico.

Exposición a rayos UV o uso externo.

Transmisión de la luz (claro u opaco).

Resistencia a la fatiga y tennofluencia.

Regulaciones o normativas.

UL.

FDA.

SEMARNAP.

SECOFI

Manufactura.

moldeo por inyección.

moldeo por soplo.

Extrusión.

Tennofonnado.

Con la información recabada y considerando los datos expuestos por

cada uno de los miembros del equipo, el diseñador deberá obtener el

diseño (modelado en un sistema CAD); de una pieza que pueda

satisfacer, en la medida de lo posible, cada una de las consideraciones

planteadas. Logrando con esto la satisfacción de las necesidades del

cliente.

Después de haber obtenido el diseño de la pieza, mediante la modelación

(sólidos o superficies) de la misma, con un sistema CAD, se recomienda

88

realizar un prototipo rápido de ésta, ya que, con la ayuda del prototipo se

podrá apreciar cada una de las consideraciones planteadas. Alguna de

las técnicas descritas en el capítulo 3 pueden ayudar a la obtención del

prototipo.

Se puede ver que el diseño conceptual considera el problema planteado y

genera extensa cantidad de soluciones para éste, en forma de diseños

conceptuales. Esta fase del proceso del diseño es donde se demanda la

mayor creatividad del diseñador. El diseño conceptual se refiere a la

ingeniería, al saber cómo (Know-how), los métodos de manufactura y los

aspectos de negocios que necesitan ser considerados. En esta etapa es

donde la mayor cantidad de decisiones se toman, y dichas decisiones

repercuten significativamente en el diseño [ 14].

4.5 INGENIERÍA DEL PRODUCTO.

En esta etapa del proceso de diseño es donde se verifican cada una de

las características fisicas de la pieza que se ha diseñado, así como las

consideraciones que se deberán tener en la fabricación del molde para la

pieza de plástico. Los sistemas CAE (Ingeniería asistida por

computadora) mediante técnicas de FEA (Finite Element Analysis) y

análisis dinámico, son de gran utilidad para poder realizar el análisis de

ingeniería.

Con la obtención de la información que se despliegue en el sistema CAE,

se podrá validar la correcta interpretación de las consideraciones

expuestas en la etapa anterior o se realizarán pequeñas modificaciones al

diseño, las cuales ayuden a cumplir con todas las características que se

desean obtener.

89

A pesar de haber considerado las disposiciones del equipo de ingeniería

en el diseño conceptual de la pieza, es necesario realizar un análisis de

ingeniería lo suficientemente profundo, según los requerimientos y las

condiciones a las que estará sometida la pieza diseñada.

Los sistemas de ingeniería asistida por computadora, CAE (Computer

Aied Engineering), son herramientas de gran utilidad para esta etapa de

diseño. Mediante el análisis y la modelación de elementos finitos, los

sistemas CAE permiten realizar diversos estudios de ingeniería tales

como: Análisis estáticos, dinámicos y térmicos.

El método de elementos finitos es suficientemente general para poder

manejar problemas de formas y geometrías complejas, considerando las

propiedades del material, las condiciones de frontera, y cualquier

condición de carga.

Algunos de los sistemas CAE que podemos encontrar en el mercado son:

Ansys, Nastran, Patran, Cosmos, IDEAS Master Series, Algor, Moldflow,

Fluent, entre otros.

Con el uso de estos sistemas se extiende la capacidad del diseñador en

diversas formas. Primero, reduciendo el tiempo utilizado en organizar y

manejar la información y en operaciones repetitivas; ayuda al diseñador

a concentrarse en situaciones de diseño más complejas. Segundo, esto

permite al ingeniero analizar y resolver problemas complejos de una

manera rápida y completa. Finalmente, a través de los sistemas de

información basados en la computadora, el diseñador puede tener la

información de manera rápida de otras áreas de la compañía, como

ventas, mercadotecnia, manufactura, ingeniería, etc. [14)

Una consideración importante con el uso de estos sistemas es que, es

90

necesario tener una persona de experiencia y que sepa interpretar los

datos obtenidos, ya que el sistema desplegará información que tendrá

que ser analizada y validada por la persona encargada de realizar dicho

trabajo.

Hay que recordar que este sistema es sólo una herramienta, que ayuda a

realizar el trabajo y no es ella la que toma las decisiones.

4.6 INGENIERÍA DE DETALLE.

Esta parte del proceso consiste en la descripción completa del diseño, a

un nivel de detalle adecuado para man u factura. Esto consiste en el

arreglo, forma, dimensiones, tolerancias, y propiedades superficiales de

todas las partes individuales. Y donde los materiales y los procesos de

manufactura son especificados.

La eficiencia y la precisión con que se maneje la ingeniaría de detalle,

determina la rapidez con la cual el diseño se colocará en el mercado. La

utilización de los sistemas CAD en esta etapa del proceso de diseño

ayuda de forma significativa a lograr estos objetivos.

Existen cuatro factores de gran importancia en la ingeniería de detalle:

1- Estándares.

2- Componentes.

3- Tolerancias.

4- Materiales y procesos de manufactura.

La buena concepción de los estándares (puede tener una importante

influencia para lograr un diseño económico) sirve como una excelente vía

de comunicación tanto al interior como al exterior de la organización y se

91

refleja también, en el costo del producto.

La relación entre tolerancias cerradas y altos costos de manufactura es

generalmente reconocida. Sin embargo, el costo por reducir las

tolerancias dimensionales puede variar significativamente, dependiendo

de la criticidad de la dimensión que se pretende controlar. Un problema

común se presenta cuando se especifican tolerancias inadecuadas, desde

una superficie de referencia de manufactura. Es por eso que es muy

importante que el diseñador debe determinar cuidadosamente la

influencia de la precisión en el producto y especifiqqe las tolerancias

adecuadamente, basado en los requerimientos funcionales de la pieza.

A partir del diseño final de la pieza, es recomendable la fabricación de un

prototipo rápido, para tener una muestra del diseño final, mediante el

método que más convenga y se tenga disponible, lo que permitirá

depurar la pieza y atacar un mercado potencial en tiempo récord.

4.7 EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL PROCESO DE DISEÑO PARA UNA PIEZA DE PLÁSTICO.

Para demostrar la metodología que propone este trabajo, se desarrolla un

ejemplo práctico.

Síntesis de la necesidad y planteamiento del problema..

Se plantea la necesidad de realizar el diseño de una botella de plástico

para envasar agua potable para la compañía XXXX. S.A. de C.V.

El recipiente deberá tener las siguientes características:

92

• Capacidad: 500 ml.

• Resistente al impacto.

• Que resista la presión del líquido.

• Que resistente a la deformación permanentemente, al sujetarlo

firmemente.

• Transparente (cristalino).

• Forma ergonómica y cilíndrica.

• Vida útil de 5 años mínimo.

• Libre de mantenimiento

• Reciclable.

• Bajo costo.

• Fácil de transportar y almacenar.

• Espacio para pegar la etiqueta de la compañía.

• Tenga grabado el nombre de la empresa en alto relieve.

• Contenga las especificaciones de reciclado y el tipo de material.

• Que sea de una sola pieza.

• Pueda permanecer en equilibrio.

Diseño conceptual de la pieza.

Después de realizar un ejercicio de lluvia de ideas y revisando las

consideraciones deseables de la pieza a diseñar, se llegó a la siguiente

conclusión.

Forma: cilíndrica.

Tamaño:62 mm de diámetro X 206 mm de alto

Espesor de pared: 1 mm

Material propuesto: PET

Proceso de fabricación: Inyección - soplo

93

Considerando las características descritas en la sección anterior, se

presenta el siguiente bosquejo de la pieza. Figura 4.2

Figura 4.2. Bosquejo inicial de la pieza de plástico.

Considerando las opiniones del equipo de ingeniería y manufactura, se

propone el diseño que se muestra en la figura 4.3, donde se consideró

que el proceso más conveniente para la fabricación de la pieza deseada,

es inyección soplo. Por tanto se tendrá que fabricar un molde de dos

cavidades, ranurado para que la pieza sea: rígida, no sufra

deformaciones permanentes y facilite su sujeción con las manos.

Con la ayuda de los sistemas CAD, se obtiene el perfil de la forma de la

botella que se desea obtener. Con éste se genera un modelo de

superficies, el cual ayudará a crear el modelo de la pieza en sólido. Que

94

servirá para generar el archivo .STL para la fabricación del prototipo

rápido de la pieza.

J Figura 4.3. Modelo de sólido de la figura.

La figura 4 .4 muestra el diseño final, considerando el espacio para

adherir la etiqueta, con el nombre del producto a envasar y las

especificaciones reglamentarias.

Una vez obtenido el diseño deseado y que éste haya sido aprobado por el

grupo responsable de este trabajo, se propone que se construya un

prototipo rápido para tener una mejor apreciación de la pieza. En la

sección 4.8 se describe el procedimiento recomendado para la fabricación

de un prototipo rápido por estereolitografia.

Ingeniería del producto.

Debido a que no es propósito de esta tesis el realizar un análisis de

ingeniería, no se presentan los cálculos requeridos para realizar la

ingeniería de detalle de la pieza diseñada. Sin embargo, es importante

que se considere como parte del proceso de diseño de la pieza de

plástico.

Figura 4.4. Diseño conceptual de la pieza propuesta.

Ingeniería de detalle.

En la figura 4.5 se muestra el plano realizado con un sistema CAD de la

pieza diseñada.

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Figura 4.5. P

lano de la p

ieza diseñada.

97

4.8 GENERACIÓN DEL PROTOTIPO RÁPIDO.

Como ya se mencionó en el capítulo tres de esta tesis, la fabricación de

los prototipos rápidos presenta diversas ventajas. Por tal motivo se

recomienda en la metodología planteada, la fabricación de la parte que se

obtuvo del diseño conceptual y la pieza final.

Ya que se tiene la modelación geométrica del sólido mediante el sistema

de CAD, es necesario generar el archivo .STL, ya que éste es la base para

obtener el prototipo que se desea obtener. Para la generación del archivo

STL hay que considerar lo siguiente:

• Tecnología utilizada.

• Precisión requerida.

• Tipo de material a emplear.

Una vez que se obtiene el archivo .STL es necesario importarlo a un

software especializado, el cual generará la información necesaria para

que la máquina, donde se realizará el prototipo, pueda procesas la tarea.

En el caso del proceso de estereolitografía, el software se llama

MAESTRO (Figura 4.6), que genera los soportes necesarios para la

sustentación de la pieza, en la plataforma que estará sumergida en la

tina de resina, así como los parámetros de espesor de cada nivel de la

pieza y los movimientos que seguirá el rayo láser para el curado de la

resina.

98

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Figura 4. 6. Visualización del archivo . STL en MAESTRO.

Ya que se tiene la información necesaria (archivos), es necesario enviarla

a la máquina de estereolitografia (SLA-250, figura 4. 7), la cual es

controlada por una computadora.

Cuando la máquina SLA termina de fabricar el prototipo, es necesario

pasar éste por otros procesos, los cuales ayudarán a eliminar la resina

sobrante y darle una mejor consistencia así corno un mejor acabado.

Estos procesos son:

• Enjuague (solvente TPM).

• Lavado (agua).

• Curado.

• Acabado.

QQ

Figura 4. 7. Máquina de prototipos rápidos SLA 250.

Las figuras 4.8 y 4.9 muestran los procesos de lavado y curado

respectivamente.

Figura4.8 El prototipo en el sistema de lavado.

100

Figura 4.9 Aeza en el proceso de curado.

El tiempo de fabricación puede variar de acuerdo al volumen de la pieza,

a su forma, su colocación, y la precisión requerida.

En la figura 4 .1 O se muestra el prototipo rápido por estereolitografia que

tardó 32 horas en su fabricación.

En resumen, el realizar un buen diseño de la pieza y la fabricación de un

prototipo rápido, ayudará a eliminar retrasos o cambios de última hora,

lo que impactará positivamente en el costo y su éxito en el mercado.

Además auxiliará a que el diseño del molde y principalmente de las

cavidades del molde, puedan generarse rápida y correctamente.

101

Pi.gura 4.1 O. Prototipo rápido.

102

5. DISEÑO Y FABRICACIÓN DE CAVIDADES.

5.1 DEFINICIÓN DEL PROCESO.

La cavidad de un molde es una de las partes críticas que componen un

molde. Por tal motivo es muy importante que la fabricación de esta parte

se realice correctamente.

La generación de la cavidad de un molde, comienza con la forma de la

pieza que deseamos desarrollar. Los sistemas CAD/ CAM ayudan a

obtener de una manera rápida y segura la forma de la cavidad que

deseamos lograr, ya que la geometría generada en el diseño de la pieza,

se utiliza para obtener la forma que se desea en la cavidad.

5.2 DISEÑO DE CAVIDADES CON SISTEMAS CAD/CAM.

El diseño de las cavidades de un molde puede ser un proceso complejo o

sencillo, dependiendo de la forma de la pieza que se desea obtener. Para

realizar esta actividad es recomendado utilizar los pasos que se

establecen en el capítulo anterior referente al proceso de diseño de una

pieza de plástico (figura 4.1), pero aplicado en este caso al diseño de la

cavidad.

De la misma forma, se propone que exista un grupo interdisciplinario de

personas capacitadas que participe en este proceso, para lograr un

diseño correcto y confiable, donde estén incluidos los proveedores de las

materias primas, ya que podrán realizar algunas recomendaciones que se

deberán incorporar en el diseño de la cavidad, principalmente en lo que

se refiere a las contracciones de moldeo y al proceso de transformación

103

del plástico.

Para el desarrollo de este proceso se recomienda iniciar con la

fabricación del prototipo y la pieza (archivos CAD), lo cual facilita la

definición de la cavidad que le dará forma final a la pieza.

La modelación geométrica de sólidos, superficies y las operaciones que se

pueden realizar dentro de los sistemas CAD facilitan la realización de

este trabajo, ya que pueden ejecutar operaciones de escalamiento,

establecimiento de ángulos de desmoldeo u operaciones tales como la

unión, intersección o substracción.

Algunas cuestiones que pueden ayudar a definir la cavidad de un molde

son: Simetría, forma y estética del producto final, ensambles que se

necesiten realizar, complejidad de la forma, elementos en alto o bajo

relieve, así como partes huecas o con orificios internos, etc.

Algunas de las consideraciones de ingeniería que deberán considerarse

por el grupo que se encargue de realizar el diseño de la o las cavidades

de un molde, son (5):

• Material a moldear (tipo de plástico).

• Contracciones de moldeo.

• Desgaste y corrosión de la cavidad.

• Sistema de venteo.

• Proceso de fabricación.

• Acabado superficial de la pieza diseñada (textura).

• Tolerancias dimensionales.

Considerando los aspectos anteriormente mencionados, el grupo

104

encargado del diseño deberá definir cuestiones como: material con el

cual se fabricará la cavidad, tratamiento térmico, procedimiento de

fabricación (maquinado, electroerosionado, etc.), acabado superficial y el

o los mecanismos que formen la cavidad en caso de ser necesario,

incluyendo el orden adecuado en que se realizarán dichas operaciones.

5.3 FABRICACIÓN DE CAVIDADES CON SISTEMAS CAD/CAM.

El 90% de la fabricación de los moldes se realiza mediante procesos de

maquinado (3), y esto incluye la fabricación de las cavidades del molde.

Los procesos de maquinado más utilizados en la fabricación de cavidades

son: fresado, electroerosionado, sin omitir el torneado. Estos procesos

pueden ser realizados manual o automáticamente, mediante sistemas de

control numérico, como ya se mencionó en él capitulo 2 de esta tesis.

La utilización de los sistemas CAD/ CAM para la programación de las

máquinas de CNC, puede facilitar el proceso de manufactura de las

cavidades de un molde. Ya sea, para realizar el maquinado del electrodo

para generar la cavidad por el proceso de electroerosión o, el maquinado

mismo de la cavidad, directamente sobre el material (ver la figura 5.2), ya

que permite realizar la programación de los diferentes procesos de

maquinado de forma gráfica. Además, el sistema se encarga de generar

las trayectorias de maquinado óptimas (tool paths), de acuerdo a los

parámetros y condiciones que el programador defina.

Para realizar este proceso es recomendado contar con una persona que

conozca ampliamente los procesos de maquinado (fresado, torneado, etc),

y la utilización de las máquinas herramientas, ya que esta persona podrá

establecer los parámetros de maquinado adecuados, para obtener

buenos resultados.

105

Pi.gura 5.2 Maquinado de un electrodo y una cavidad.

Se recomienda seguir los sigui en tes pasos para la generación de las

trayectorias de herramienta, utilizando un sistema de CAD/ CAM; de

acuerdo al tipo de maquinado que se desee realizar.

1. Preparación de la geometría. En esta parte se deberá preparar la

geometría que se maquinará, mediante la modelación de superficies,

líneas y curvas, las cuales definen la forma de la pieza que se desea

obtener. Además es importante establecer la partición que tendrá la

cavidad, ya que esta generará la llamada línea de partición en la

pieza final.

2. Selección de la estrategia de maquinado. En esta etapa se definirá

la estrategia de maquinado que se utilizará durante la operación de

desbaste, semi-acabado o acabado, dependiendo de la cantidad de

material a remover y la forma que se desea obtener. Esto puede variar

106

de acuerdo a las capacidades del software de CAD/ CAM que se tenga

disponible. En la figura 5.3 se muestra unas las estrategias que

pueden ser seleccionadas del software Anvil Express.

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Figura 5.3 Estrategi.as de maquinado de un sistema de CAD/CAM.

3. Selección de la forma y el tamaño de la herramienta de corte.

Ésta es una de las partes más importantes del proceso de generación

de los tool paths, ya que dependiendo del tamaño y la geometría de la

herramienta de corte, el sistema calculará y realizará las

compensaciones necesarias para realizar los movimientos; los cuales

definirán la forma que se desea obtener. La selección de la

herramienta de corte se realizará de acuerdo a: tipo de material a

maquinar, tamaño de la pieza, proceso que se realizará y geometría

que se maquinará. El experto en el proceso de maquinado deberá

seleccionar de cada una de las herramientas que se utilizarán.

4. Definición de los parámetros de maquinado. En esta etapa se

introduce al software de CAD/CAM, los parámetros de maquinado a

que estará sometido el proceso. Esto se refiere al avance, la velocidad

y profundidad de corte, a la utilización de lubrirrefrigerante, a los

movimientos de entrada y salida de la herramienta de corte, los

107

movimientos de acercamiento y retiro, la distancia de seguridad, etc.

Todos estos parámetros se verán reflejados en el código que será

utilizado en la máquina de CNC.

5. Verificación y simulación de las trayectorias de herramienta.

Una vez que se ha generado la trayectoria de la herramientas por el

sistema de CAD/CAM, es necesario realizar una verificación de las

trayectorias. Algunos programas permiten realizar este proceso,

mostrando los movimientos que realizará la herramienta

seleccionada, así como el código que se generará para la máquina

herramienta o mediante la simulación del proceso en el monitor de la

computadora. Esto da la seguridad al programador como al operador,

de que la máquina realizará los movimientos adecuados para formar

la cavidad que se desea maquinar.

6. Postprocesado (generación del código). Una vez que se han

verificado y validado las trayectorias, es necesario generar el código

que el control de la máquina leerá y procesará. Esto se realizará

mediante un postprocesador que el sistema CAD/ CAM maneja. Los

postprocesadores pueden variar de acuerdo a la marca del

controlador y a la sintáxis que maneje. El programa obtenido del

postprocesado, tendrá que ser transmitido al controlador de la

máquina herramienta, lo que se logra mediante un disco flexible o

mediante un sistema de comunicación serial RS232 que se utiliza en

las computadoras; dependiendo de la capacidad de la máquina CNC.

7. Maquinado. Ya que la máquina contiene el programa a ejecutar, se

realiza la ejecución del programa. Previamente se tubo que haber

realizado los preparativos pertinentes para la correcta ejecución del

programa cargado, tales como: colocación de la pieza a maquinar,

definición del cero pieza y preparación de cada una de las

herramientas seleccionadas para el proceso.

Los pasos 3, 4 y 5 se realizarán las veces que sean necesarias, lo cual

108

permitirá obtener el mejor acabado posible, de acuerdo al plan definido

por el grupo encargado del diseño de la misma cavidad.

Posteriormente de haber realizado el maquinado del electrodo o de la

cavidad misma, se tendrá que continuar con los procesos subsecuentes

que requiere la cavidad; como: tratamiento térmico, rectificado y pulido.

Los cuales generalmente se realizan en forma manual y con

herramientas especiales.

5.4 EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL PROCESO DE DISEÑO Y MANUFACTURA DE UNA CAVIDAD PARA UNA PIEZA DE PLÁSTICO.

Continuando con el ejemplo propuesto en el capítulo anterior se tiene lo

siguiente.

Diseño c!-e la cavidad utilizando software CAD/CAM.

Se comenzó considerando la simetría de la pieza anteriormente diseñada

y se evaluó la complejidad para obtener algunas de las formas que

contiene el diseño y que se validaron en el prototipo.

Considerando que el material con que se fabricará la botella es PET, se

considera una contracción de la pieza del 3% por lo que el tamaño de la

cavidad tendrá que ser modificada en la misma proporción. La figura 5.4

muestra el plano de la cavidad a máquinar.

La figura 5.5 muestra el modelo en superficies de una de las cavidades

definidas.

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el molde.

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0

p;,gura S. 5 Modelo en supe,jicies de una cavidad de un molde de soplo .

.lfaqutnado de la cavidad uttltzando un software CAD/CAM.

Una vez establecida la sección a maquinar y el material a procesar, se

procede a generar las trayectorias de las herramienta que removerán el

material necesario para obtener la forma que se desea.

Previamente, es necesario realizar una revisión de las herramientas

disponibles en el taller y seleccionar cada una de ellas de acuerdo a los

procesos de maquinado a ejecutar. También, es necesario extraer los

parámetros de las herramientas que el sistema CAM requerirá, tales

como: tipo de cortador, diámetro, longitud de corte, longitud de la

herramienta. En la figura 5.6 aparecen algunos de los parámetros que

son requeridos por el software Anvil Express concernientes a la

herramienta seleccionada.

111

Figura S. 6 Parámetros de la herramienta de corte.

Una vez seleccionadas las herramientas, se procese a definir cada una de

las trayectorias. Es decir, el desbaste, los semi-acabados y el acabado

final. Con este fin, el sistema CAD/CAM cuenta con diferentes

estrategias para la generación de los tool paths correspondientes a cada

proceso.

Se definirán en forma sucesiva iniciando con la operación de desbaste,

luego las de semi-acabado y finalmente la del acabado. La cantidad

trayectorias para los procesos mencionados puede variar, de acuerdo a

los pasos de maquinado que se hayan decidido realizar. Para cada uno

de los procesos se tendrán que definir las parámetros de corte, tales

112

como: revoluciones a la que girará la herramienta (o la pieza en el caso

del torneado), velocidad de avance, profundidad máxima de corte,

utilización de lubrirrefrigerente, movimientos de entrada y salida de la

herramienta (ángulo de desplazamiento, movimientos de acercamiento o

retiro, distancia de seguridad para movimientos rápidos), el

sobrematerial, etc. Las figuras 5. 7 a 5. 9 muestran las diferentes

trayectorias de herramienta para el maquinado de la cavidad que

formará la botella.

Pi.gura 5. 7 Trayectoria de desbaste.

113

Figura 5. 8 Trayectoria de semi acabado.

Figura 5. 9 Trayectoria de acabado.

114

Una vez generadas las trayectorias de herramienta, éstas se deben

verificar. Existen programas de CAD/CAM que permiten efectuar la

simulación del maquinado, lo que es de gran ayuda porque se permite

hacer las modificaciones necesarias para obtener un buen maquinado y

ayudará a prevenir errores en el proceso.

Las figuras 5.10 a 5.12 muestran la simulación de cada una de las

trayectorias generadas.

Pi.gura 5.1 O Simulación del proceso de desbaste.

115

Fi.gura 5.11 Simulación del proceso de semi acabado.

Pi.gura 5.12 Simulación del proceso de acabado.

116

Finalmente, se tendrá que realizar el post-procesado de cada una de las

trayectorias que se generaron, para obtener el código CNC que se

trasmitirá a la máquina de control numérico. La figura 5.13 muestra los

parámetros que se introducen para la generación del código CNC.

Figura 5.13 Parámetros para el código CNC.

Después de tener el código, éste se envía a la máquina de control

numérico para ejecutar el programa generado y obtener la pieza

maquinada.

Las figuras 5.14 a 5.17 muestran el proceso de maquinado utilizando la

máquina de control numérico.

117

Pi.gura 5.14 Proceso de desbaste.

Pi.gura 5.15 Proceso de semi acabado.

118

Pi.gura 5.16 Proceso de acabado.

Figura 5.17 Cavidad maquinada en cera.

119

Con este ejemplo, es posible darse cuenta las ventajas que ofrece un

sistema de CAD/CAM integrado, el cual permite realizar desde el proceso

de diseño hasta la programación de las máquinas CNC para la

manufactura de un producto.

Las ventajas y desventajas que es posible destacar de éste tipo de

aplicaciones tecnológicas se discutirán a manera de conclusiones en él

capitulo siguiente.

120

6. CONCLUSIONES.

El trabajo realizado en esta tesis fue desarrollado de la siguiente manera:

El capítulo uno presentó los antecedentes, la introducción y a la

justificación de la tesis. En el capítulo dos se mostraron los

conocimientos fundamentales de los moldes para piezas de plástico, así

como los procesos donde se utilizan éstos; también se mostraron los

distintos métodos de fabricación de los moldes. El capítulo tres contiene

la información fundamental sobre los sistemas CAD/CAM y los

prototipos rápidos, mostrando las ventajas y desventajas de este tipo de

tecnología. En el cuarto capítulo se planteó la metodología propuesta

para el diseño de piezas de plástico, utilizando sistemas CAD y prototipos

rápidos; y se aplicó a un modelo de una botella de plástico y se obtuvo

un prototipo en estereolitografia de la pieza. El capítulo 5 contiene la

metodología para el diseño y la manufactura de las cavidades de un

molde, así como la aplicación de la metodología propuesta para el caso

de una botella de plástico. En este capítulo se muestra la utilidad de los

sistemas CAD/CAM tanto para la obtención de las cavidades del molde,

como para la programación asistida de la máquina de control numérico,

que se utilizó para la fabricación de la cavidad diseñada.

Después de realizado el trabajo, se concluye que se cumplieron los

objetivos planteados en la tesis, los cuales consisten en:

} Desarrollar una metodología, que integre las tecnologías de los

sistemas CAD/ CAM y prototipos rápidos, para el diseño y

fabricación de cavidades de moldes permanentes para piezas de

plástico.

} Aplicar la metodología desarrollada a un caso práctico.

121

Durante el desarrollo del trabajo de diseño se observó lo siguiente:

• Los sistemas CAD permiten realizar el diseño de un producto de

manera rápida y confiable.

• Los sistemas CAD/CAM permiten realizar en forma eficiente y

confiable, los cambios necesarios en el diseño de la cavidad del molde,

como son, los cambios dimensionales, causados por la contracción del

material, los ángulos de desmoldeo y el sistema de venteo.

• El modelado geométrico (modelos de alambre, superficies y sólidos)

permite visualizar el diseño conceptual de la pieza a desarrollar, en

forma rápida, transparente y confiable.

• El modelado geométrico ahorra tiempo, dinero y esfuerzo en la

generación y transmisión de la información, a otras áreas de la

empresa.

• El trabajo interdisciplinario permite ampliar el conocimiento que

posee cada uno de los integrantes del equipo, lo que agiliza el proceso

de diseño y manufactura.

• La participación de los proveedores en los grupos de diseño,

contribuye con sus conocimientos y experiencia; también puede

contribuir a encontrar soluciones adecuadas al problema que se

pretenda solucionar.

122

Durante el desarrollo del trabajo de manufactura se observó lo siguiente:

• Los sistemas CAD/ CAM permiten simular el maquinado y visualizar

el efecto de los parámetros tecnológicos y las trayectorias de

herramienta generadas. También permiten el aprendizaje de los

diferentes procesos de maquinado, de una manera segura y no muy

costosa.

• Los sistemas CAD/ CAM facilitan la programación de las máquinas

CNC, ya que la visualización de los movimientos de la máquina,

permite eliminar errores y optimizar el proceso de maquinado.

• La base datos del sistema CAD/ CAM guarda la información aportada

por los expertos del maquinado, lo que permite disponer de ella en

futuras ocasiones.

• Los prototipos rápidos permiten visualizar y palpar rápidamente la

pieza diseñada, lo que ayuda a detectar los errores cometidos y

modificarlos. También contribuyen a que el producto pueda colocarse

rápidamente en el mercado.

PERSPECTIVAS

Los avances que se están desarrollando en el ámbito de los sistemas

CAD/ CAM y los prototipos rápidos, permiten seguir trabajando con ellos

y ampliando su aplicación en el diseño y manufactura de partes para

moldes. A continuación se citan algunas posibilidades.

• La metodología presentada en la tesis puede ser aplicada en el diseño

y manufactura de otros componentes de los moldes, tales como:

123

Sistema de enfriamiento, mecanismos de expulsión de la pieza de

plástico (botadores), placas porta cavidades, canales de alimentación,

etc.

• Se propone mejorara y aplicar los cuestionarios de los anexos A y B,

así como su aplicación mediante sistemas expertos.

• Utilizar sistemas CAE y de simulación de procesos para verificar los

diseños realizados, de cada unos de los componentes de un molde; lo

cual ayudará a optimizar el trabajo realizado y a conservar los

conocimientos empleados en el proceso.

• Los prototipos rápidos se pueden utilizar en la manufactura de

cavidades para moldes de corridas cortas. Esta tecnología permite

realizar el molde de una pieza la cual no necesita una producción

muy grande de piezas. El molde se tendrá que fabricar mediante un

proceso de sinterizado de polvos.

• Se propone generar una metodología para la fabricación de réplicas de

prototipos mediante la generación de moldes por medio de resinas

(silicón).

124

ANEXO A

ITESM-CEM

DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE UN PRODUCTO

Diseño e ingenieria

• ¿ Qué función tendrá la pieza ( s) a diseñar?

• ¿ En qué ambiente realizará su función u operación?

• ¿ Cuál es el tiempo estimado de servicio?

• ¿ Requerirá de algún tipo de mantenimiento?

• ¿ Cómo será su uso?

• ¿ Cuál será su principio de funcionamiento?

• ¿ De qué tamaño desearía que fuera?

• ¿ Cuánto cree que pese?

• ¿ Tendrá que ser atractivo a la vista?

• ¿ Qué clase de acabado le gustaría que tuviera o necesitaría?

• ¿ De qué tipo de material se fabricaría?

• ¿ En cuanto tiempo se degradará el producto?

• ¿ Tendrá una forma ergonómica?

• ¿ Podrá reciclarse o utilizarse después de su vida útil?

• ¿ Qué normas de seguridad deberá cumplir?

125

Finanzas y Mercadotecnia

• ¿ Cuánto estima que será el costo del producto?

• ¿ Cuánto se quiere gastar en producción?

• ¿ Existe dicho producto en el mercado?

• ¿ Lo produce su competencia?

• ¿ Que ventaja competitiva tendrá su producto?

• ¿ Que clase de persona es la que utilizará su producto?

• ¿ En cuanto tiempo desea que su producto este en el mercado?

Producción y manufactura

• ¿ Mediante qué proceso de manufactura se produciría?

• ¿ Requerirá de procesos complicados?

• ¿ Dónde lo distribuirá?

• ¿ Tendrá que embarcarlo para su distribución?

• ¿ Cómo piensa empaquetarlo para su distribución?

• ¿ Cuántas piezas piensa producir?

• ¿ Será fácil de manufacturar?

Calidad

• ¿ Qué normas debe cumplir?

• ¿ Qué clase de pruebas de calidad deberá de pasar?

• ¿ Qué tipo de pruebas se someterá?

Compromisos

• ¿ Qué políticas de imagen y diseño establece la compañía?

• ¿ Qué clase de restricciones impone el mercado al producto?

126

• ¿ El producto ya está patentado?

• ¿ Qué factores políticos y sociales podrían afectar a su producto?

127

ANEXOB

ITESM-CEM DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

SELECCIÓN DE MATERIALES PLÁSTICOS.

Pasos para la selección de el material adecuado.

o Identifique los requerimientos para la aplicación que esta diseñando.

Mecánicas:

Carga

Impacto

Desgaste

Térmicas

Rango de temperatura

Temperatura máxima de exposición.

o Identificar el ambiente químico de trabajo.

Definir los esfuerzos químicos

La temperatura

El tipo y tiempo de contacto o exposición con el ambiente.

o Identificar las necesidades especiales

Regulaciones (UL, SEMARNP, NOM, etc.)

128

Exposición a rayos UV

Transmisión de la luz (Claro u Opaco)

Resistencia a la fatiga

o Definir los costos

o Definir las consideraciones de procesamiento

Moldeo por inyección

Moldeo por soplo

Moldeo por extrucción

Termo formado

o Definir los requerimientos de ensamble.

Adhesión

Pintado

o Revisar materiales utilizados en aplicaciones comerciales parecidas.

Con esta información recabada con este listado provee una base para la

selección apropiada de un plástico o una resina termoplástica para

alguna aplicación.

El uso de bases de datos electrónicas proporcionada por diversos

productores de plásticos pueden ayudar a realizar una buena selección

del material a utilizar.

129

BIBLIOGRAFÍA

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[2] Bodini,Gianni y Cacchi, Franco. Moldes y máquinas de inyección para la transformación de plásticos (tomo I y II). Edit. Me Graw Hill, México, 1993.

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