Capitulo 4 - Diseno de Piezas Plasticas

8/9/2019 Capitulo 4 - Diseno de Piezas Plasticas

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4.1 Filosofa de diseo.

El diseo es mucho ms que agregar las formas y color de los productos y no

solo es un gran lujo ni una reflexin en el desarrollo del producto. Formando por

la sofisticacin y las necesidades de consumidores que creciendo constantemente

y evolucionando rpidamente, un buen diseo ha llegado a ser un ingrediente

necesario para el xito en el mercado.1

Existen diversos criterios primarios de desempeo de cualquier parte que se

desea comercializar, entre los cuales tenemos:

y Factor de diferenciacin. Es la importancia que toma en el mercado cuandiferente es el producto que estamos diseando y los que ya estn en

circulacin. Es necesario considerar si estas diferencias nos dan una

ventaja competitiva. Es decir, si esta diferencia hace que el producto sea 3

veces ms caro es importante evaluar si el cliente est dispuesto a pagar

esta diferencia.

y Diseo global con enfoque de necesidades locales. Es importanteconsiderar los diferentes mercados y culturas en el proceso de diseo de

un producto plstico, ya que podemos encontrar diferencias culturales

importantes entre las personas de diferentes pases, con lo cual nuestro

diseo puede perder competitividad en mercados globales.

1V.Balakrishnan. Segundo ministro de comercio e industria de Singapur.


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y Sostenibilidad. Siempre debemos considerar, desde las primeras etapas deldiseo, que es lo que va a suceder con nuestro producto una vez finalizada

la vida til del mismo. Hoy en da la conservacin de los recursos no

renovables se ha convertido en un tema de primer orden para el diseador

de productos plsticos.

y Seguridad del producto. La seguridad es el tema de mayor importancia entodo el proceso de diseo del producto, cualquier riesgo fsico, psicolgico

o legal debe de ser prevenido mediante un anlisis detallado de las

posibles causas y efectos de falla.

y Desempeo. Una vez que el producto ha pasado a la etapa de prototipos esnecesario realizar un estudio de desempeo funcional. Existen diversos

tipos de pruebas para validar un producto, pueden ser a travs de

Ingeniera Asistida por Computadora (CAE)2, pruebas no destructivas,

pruebas destructivas, pruebas de fatiga y pruebas de desempeo

ergonmico.

y Bajo costo. Cuando se disea un producto se hace pensando en lasganancias que este traer a la compaa que est pagando por el desarrollo,

as que bajar los costos ha sido, y seguir siendo, el tema ms abordado

durante el proceso de diseo. El diseador deber entender que hacer

diseos de bajo costo de manufacturabilidad no debe poner en riesgo la

seguridad del usuario bajo ninguna circunstancia.

2CAE. Computer Aided Engineering.


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4.2 Tendencias del diseo de productos plsticos.

Es necesario observar que, bajo los principios de diseo antes mencionados, se

ha desarrollado una tendencia mundial de los diseadores de partes plsticas, las

cuales se pueden agrupar en dos principales:

y Consolidacin de partes. Las piezas plsticas tienen una infinidad de usosy aplicaciones, cuando el plstico comenz a ser un material elegible para

sustituir al metal cualquier cantidad de diseos fueros creados, no

importaba si haba algunas aplicaciones similares, simplemente se hacan

diseos distintos, la reduccin de costo por sustituir al metal ya era

bastante significativa como para poner atencin en disear piezas que,

funcionalmente cumplan tareas similares, fueran utilizadas en para

cumplir varias tareas distintas con el mismo diseo. Ahora es importante

disear piezas consolidadas, es decir, piezas multifuncionales, integrar

piezas en un solo diseo y de materiales iguales o compatibles.

Fig. 4.1 La consolidacin de diseos reducir los costos y aumentar la competitividad

global del producto.


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y Reduccin de peso. Uno de las principales desventajas del plstico, cuandoeste se comenz a utilizar, fue que su resistencia mecnica era muy

inferior a la del acero, es por eso que veamos piezas de plstico robustas,

con mucho material para satisfacer las cargas aplicadas. Hoy con las

diversas herramientas de diseo asistido por computadora podemos

analizar la distribucin de esfuerzos y as eliminar material de la pieza con

refuerzos o geometras que nos ayuden a distribuir mejor las cargas. Esto

nos trae por consecuencia piezas de paredes ms delgadas y, por

consecuencia, de menor peso y precio.

Fig. 4.2 Reduccin de costos a travs de quitar material slido y colocar costillas o

refuerzos a este soporte de parrilla de automvil.


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Estas tendencias han trado una consecuencia lgica: los diseos se han vuelto

cada vez ms complejos, las geometras se han convertido en un reto cada vez

ms difcil de enfrentar. Los diseadores han tenido que disear superficies que

con los mtodos tradicionales de dibujo bidimensional eran muy difcil de

visualizar. Es por eso que el Dibujo Asistido por Computadora (CAD)3

ha sido

de gran utilidad para cumplir con estas tendencias.

Fig. 4.3 Formas complejas en los productos plsticos, los hacen estticamente ms

atractivos y con mejores oportunidades de competencia en el mercado.

Esto tambin ha tenido efecto en la mecanizacin del acero, la Manufactura

Asistida por Computadora (CAM)4

tuvo que desarrollarse a la par de dibujo y la

validacin para poder hacer realidad en el taller lo que los diseadores intentan

3CAD. Computer Aided Drawing.

4CAM. Computer Aided Manufacturing.


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proponer: piezas plsticas cada vez ms complejas, estticas, baratas,

mecnicamente funcionales y, sobre todo, piezas seguras de usar por todos.

Fig. 4.4 La mecanizacin de superficies complejas ha sido posible gracias a la

utilizacin delCAM

.

La complejidad de la propiedad intelectual del diseo de producto, hace ms

difcil la competencia de crear productos equivalentes e irresistibles. Esto hace

que la hacer ms compleja la etapa de diseo de un producto plstico nos traiga

por consecuencia colocacin ms rpida en el mercado, ganancias mayores y

colocacin de una marca en el mercado.


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4.3 Requerimientos para la seleccin del material.Cuando se disean piezas plsticas es necesario considerar las cargas de corto y

largo plazo, as como impactos, desgaste, vibracin y cargas cclicas que pueden

causar fatiga. Es necesario evaluar tambin el efecto de las cargas mecnicas

pico an cuando sean de corta duracin. El diseador debe contemplar todas las

cargas estructurales que la pieza debe soportar durante su vida til, incluyendo

aquellas experimentadas durante la manufactura, ensamble, empaque y, por

supuesto, durante su aplicacin.

4.3.1 Magnitud de las cargas.La capacidad de la pieza para soportar las cargas de trabajo depende de su diseo

y del material seleccionado, ambas deben trabajar a la par. Siempre que sea

posible se deben usar geometras que ayuden a dar rigidez a la pieza. Por

ejemplo, una superficie con costillas se va a flexionar menos que una superficie

plana.


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Fig. 4.5 Curvas de factor de rigidez.

Las curvas de la figura 4.6 muestran como cambia la rigidez en del claro que

existe entre apoyos, o bien entre costillas de refuerzo.

Los plsticos varan enormemente sus propiedades fsicas, normalmente los que

poseen menor rigidez presentan una alta elongacin antes de su punto de

fluencia. Algunos otros contienen refuerzos de fibra de vidrio o kevlar que les

dan una excelente rigidez y excelente capacidad de carga.

Es importante que el diseador seleccione el grado de polmero que cumpla con

los requerimientos de rigidez y mantenga los puntos de plasticidad y fluencia en

los lmites admisibles, sin que esto implique disear espesores de pared tan

grandes que hagan incosteable el proyecto.

FACTORDEADELGAZAMIENTO

ALTURA VS. RESISTENCIA


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Fig. 4.6 Tabla de espesores equivalentes al acero.

Las partes moldeadas raramente presentan propiedades iguales a las

especificadas en las hojas de datos de los fabricantes de resinas polimricas, es

por eso que es necesario establecer un factor de seguridad al diseo del producto

para asegurar que las el lmite elstico del material no sea excedido.

ESPESOR EQUIVALENTE

MATERIAL REEMPLAZO DEL

ACEROMODULO DE FLEXIN FACTOR DE ESPESOR

EQUIVALENTE (ETF)


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Fig. 4.7 Grfica de Esfuerzo-Deformacin.

4.3.2 Duracin de las cargas.Adems de la magnitud de las cargas, el diseador deber considerar el tiempo

de duracin de las mismas. Los plsticos presentan una condicin deDeformacin Viscoelstica5 cuando estos son sujetos a cargas durante un periodo

largo de tiempo.

Para estas partes sujetas a cargas de largo plazo los efectos de la fluencia deben

ser considerados para asegurar que la deflexin no exceda los lmites admisibles

antes de tiempo.

5Tambin conocida como CREEP, es la tendencia de un slido a comportarse como un material viscoso ante la

presencia de cargas permanentes, es decir, presentan deformaciones permanentes an cuando la carga est

por debajo de su lmite elstico. Se dice entonces que el material fluye en la presencia de cargas

permanentes.

DEFORMACIN

ESFUERZO

LIMITE DE

PROPORCIONALIDAD

LIMITE ELSTICO

PUNTO DE

CEDENCIA

RESISTENCIA LTIMA

PUNTO DE

FRACTURA


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Fig. 4.8 Curvas Tiempo-Deformacin Viscoelstica.

Cuando la pieza plstica es sujeta a una carga constante, el esfuerzo resultante en

el plstico disminuye con el paso del tiempo. Imagine una pieza de metal

insertada en un plstico, o sobremoldeada a la cual se le aplica una carga de

tensin cualquiera, conforme al tiempo avance, el plstico va a sujetar al inserto

metlico cada vez con menos fuerza. Eventualmente el inserto se va a salir del

plstico, resultando en una falla funcional del ensamble.

DE

FORMACION

%

TIEMPO (HORAS)

RECUPERACIN

DEFORMACION

VISCOELSTICA

CARGA

REMOVIDA


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Fig. 4.9 Mdulo de Deformacin Viscoelstica Tiempo.

4.3.3 Impactos.Si la pieza va a estar expuesta a esfuerzos de impactos, el diseador deber

considerar est energa desde tempranas etapas del diseo. Estas consideraciones

deben incluir:

y Concentraciones de esfuerzos.y Disipacin de la energa de impactos.y Propiedades de impacto en los materiales.

MODULO DE DEFORMACION VISCOELSTICA VS. TIEMPO

TIEMPO (HORAS)

M

ODULODEDEFORMACIONVISCOEL

STICA(MPa)


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Es importante considerar las siguientes reglas bsicas para mejorar el desempeo

ante la energa de impacto.

y Si se est utilizando mltiples costillas, es necesario distribuirlas uorientarlas para prevenir la amplificacin de la resonancia de la energa

del impacto.

y Evitar, en medida de lo posible, formas tipo caja que concentren la fuerzadel impacto en orillas o esquinas rgidas.

y Usar, en medida de lo posible, geometras redondeadas para distribuir lasfuerzas a lo largo de toda el rea.

Cuando se selecciona un material plstica para aplicaciones de impacto,

considere las siguientes recomendaciones:

y Seleccionar el material con un buen desempeo contra impactos,considerando las variaciones de este desempeo con el rango de

temperatura de trabajo de la pieza.

y Considere todas las temperaturas y cargas de impacto, incluyendo aquellasque se puedan presentar durante la manufactura y el empaque.

y Considera la sensibilidad a la entalla (muescas) del material en aquellasaplicaciones donde no es posible evitar estos concentradores de esfuerzos.


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y Verificar como orientacin del flujo -especialmente en materialescargados con fibras- afecta las propiedades mecnicas de la pieza.

y Algunos plsticos son mejores para resistir impactos que otros,compuestos de policarbonatos son frecuentemente usadas para

aplicaciones de impactos. Materiales que contienen cargas, aunque

proporcionan rigidez, presentan pobres desempeos contra impactos.

4.3.4 Fatiga.Debido a la fatiga de los materiales, las partes plsticas expuestas a cargas

cclicas a menudo fallan a un mucho menor esfuerzo o tensiones menores que a

las que fallan con cargas estticas. La fatiga puede presentarse debido a intensas

vibraciones o repetidas cargas y deflexiones.

El desempeo a la fatiga de una parte depende de muchos factores, como lo sonla presencia de muescas, concentradores de esfuerzos, frecuencias de carga,

condiciones ambientales y la propiedad del material seleccionado. Es importante

saber que la orientacin de las fibras dentro del material va a mejorar las

propiedades de resistencia a la fatiga si la orientacin de las mismas es paralela a

las cargas.


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Fig. 4.10 Curvas de Esfuerzo-Ciclos antes de presentar fatiga.

4.3.5 Desgaste.La resistencia al desgaste puede llegar a ser importante tanto para el

funcionamiento como para la esttica de la pieza, esto es debido a que se pordesgaste se reduce el espesor de una seccin de la pieza, esta puede llegar a fallar

eventualmente. Otra condicin importante es la resistencia al rayado (dureza),

esto es primordialmente importante para partes pticas como lentes pticos.

Los mtodos para medir la dureza de un plstico son prcticamente los mismos

que se usan para los metales y materiales slidos:

y Durmetro Rockwell.

CICLOS

ESFUERZO(10

3)PSI

CICLOS DE FALLA POR FATIGA


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y Resistencia a la identacin no nos dar una relacin directa con laresistencia del material a la abrasin, ralladuras o resistencia al desgaste.

y Un mtodo comn para medir la resistencia a la abrasin es la pruebaTabor de Abrasin, la cual mide la prdida de volumen/peso como

resultado de un especfico proceso abrasivo.

4.3.6 Medio ambiente.Muchas de las fallas de las piezas son debidas a una pobre valoracin por parte

del diseador de las condiciones de servicio. El diseador deber considerar

cuidadosamente las condiciones ambientales extremas a las que la parte va a ser

expuesta, ms all de su uso normal, como por ejemplo, durante el empacado u

otros inesperados, pero no improbables, eventos.

El diseador deber anticipar y evaluar el efecto de la temperatura, qumicos,humedad, lubricantes, agentes de limpieza y rayos UV. Para partes en

movimiento que involucran friccin y desgaste, se debe poner especial atencin

en la posible presencia de polvo u otras partculas aerotransportadas que puedan

afectar al desempeo de la parte.

4.3.7 Temperatura.Muchas de las propiedades de los materiales plsticos resistencia al impacto,

mdulo de elasticidad, lmite elstico, deformacin Viscoelstica, por mencionar

algunas- varan con la temperatura. Se deber siempre considerar el rango


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completo de temperaturas de servicio, as como la temperatura a la que la parte

va a ser expuesta durante su manufactura, acabados y empaque. Recuerde que la

resistencia al impacto generalmente disminuye cuando se disminuye

considerablemente la temperatura.

Fig. 4.11 Comportamiento de la ductilidad y la fragilidad en funcin de la temperatura.

4.3.8 Qumicos.Se debe considerar y evaluar el efecto del ambiente qumico al que la parte va a

ser expuesto durante todo su ciclo de vida. La resistencia qumica de los

plsticos es mucho ms compleja que la de otros metales. Tambin diferentes

familias de plsticos presentan una gran variedad en su resistencia a los

qumicos. Los plsticos interactan con los ambientes qumicos de diferentes

maneras, como son por reaccin qumica, solubilidad, absorcin, plastificacin,

etc. Las reacciones qumicas incluyen la hidrlisis por agua, cidos y compuestos

alcalinos, as como oxidacin.

DEFORMACION

ESFUERZO DCTIL

FRGILBAJA TEMPERATURA

ALTA TEMPERATURA


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La exposicin a qumicos en la presencia de esfuerzos de tensin acelera la

reaccin qumica, la cual se acelera de igual forma en presencia de altas

temperaturas. La reaccin qumica se acelera an ms si existe a presencia de

ambas condiciones al mismo tiempo. Estas reacciones causan degradacin al

plstico, la cual se incrementa con el tiempo de exposicin.

Algunos ataques qumicos pueden atacar a los plsticos de una forma tan

agresiva que llegan s disolverlos. Los polmeros amorfos son mucho mssusceptibles a este tipo de ataques que los plsticos cristalinos. Grasas, aceites y

solventes orgnicos pueden interactuar con los plsticos causando que se

hinchen, ablanden y por ltimo se disuelvan.

4.3.9 Contracciones y pandeamientos.Durante el moldeo por inyeccin, a medida que el termoplstico se enfra en la

cavidad del molde, el volumen especfico disminuye, resultando en una pieza

con contracciones. La contraccin contina hasta que la parte alcance la

temperatura del medio ambiente y en algunos materiales es an ms grande.

Los materiales amorfos tienen contracciones menores como es comn en los

materiales isotrpicos. Si la parte moldeada tiene alto grado de orientacin

molecular, las contracciones se vuelven asimtricas, favoreciendo ligeramente

ms en la direccin de la orientacin molecular que en la direccin transversal.


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temperaturas del molde, si la direccin de llenado se da de una seccin delgada a

una gruesa y la orientacin de las fibras puede causar pandeamientos en las

partes moldeadas.

4.4 Requerimientos geomtricos.La geometra toma mucha importancia cuando se trata de piezas plsticas,

cualquier configuracin que no sea analizada detalladamente puede ir en

detrimento de la manufacturabilidad, funcionalidad, apariencia esttica,

funcionalidad o costo de la parte. Es importante conocer las restricciones yrecomendaciones para el diseo de partes plsticas, por lo cual a continuacin

conoceremos las ms importantes y comunes.

4.4.1 Radios.Proveer radios adecuados a las esquinas en las partes plsticas es mucho ms queespecificar redondear todas las esquinas. Una nota como esta en el dibujo no

le hace justicia al diseo de partes plsticas. El diseador deber considerar un

sinnmero de posibles problemas, como la concentracin de esfuerzos, los

esfuerzos residuales post-moldeo, rechupes, vacuolas, etc. Algunos de los cuales

son causados por radios muy pequeos y otros por radios muy grandes. Se

debern de especificar los radios de acuerdo con la geometra de la pieza y de los

requerimientos funcionales, para encontrar un balance entre lo que es mucho o

insuficiente, en lo que radios se refiere.


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Al especificar radio mximo permisible: 0.030in el diseador est abrindole

las puertas a los problemas. El fabricante del molde prefiere dejar las superficies

maquinadas de interseccin tal como salen de la operacin de mecanizado.

Desafortunadamente de esta prctica en ocasiones resultan esquinas cortantes,

internas y externas, generando concentracin de esfuerzos. Los radios externos

son fcilmente generados por un rebabeador o la rueda de rectificado. Idealmente

todas las esquinas deben de ser identificadas individualmente con su propio

radio, tratar de evitar radios universales que nos lleven a generar radios

innecesarios, inclusive donde son prejudiciales, como en la lnea de particin, lo

cual encarece enormemente la manufactura del molde.

4.4.2 Esquinas.Esquinas o radios internos son un sitio natural para la concentracin de

esfuerzos, estos tienen el mismo efecto en la resistencia al impacto que una

muesca en las probetas de la prueba Izod. En la siguiente figura observamos

como la resistencia al impacto Izod del policarbonato se reduce drsticamente a

1/9 (en el peor de los casos) cuando el radio de la muesca se reduce solo de su

tamao original.

Fig. 4.12 Resistencia al impacto Izod en una probeta de policarbonato.


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Esquinas internas tambin impiden el flujo del fundido durante el proceso de

inyeccin, produciendo esfuerzos cortantes localizados en esas zonas que

inclusive pueden a causar degradacin al polmero. Radios externos muy amplios

con esquinas internas causan restricciones de flujo que generan pobre

empacamiento en las secciones delgadas ms prximas.

Fig. 4.13 Ubicacin, distribucin y efectos de los radios.

4.4.3 Intersecciones en T.Radios ms grandes que los indicados en la siguiente figura pueden resultar en

vacuolas o rechupes en la pared que soporta la interseccin T, la costilla o el

soporte en voladizo.

RESTRICTOR DE FLUJO

PUNTO DE INYECCIN

CAMBIO BRUSCO

HUNDIMIENTOS VACUOLAS


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Fig. 4.15 Relacin del radio y el factor de concentracin de esfuerzos.

El diseador deber hacer un arreglo armonioso en este tipo de geometras.

Demasiado radio incrementar la posibilidad de rechupes y esfuerzos residuales.

Sin embargo radios demasiado pequeos incrementarn el factor de

concentracin de esfuerzos. Un factor entre 0.15-0.30 frecuentemente es un

arreglo conveniente.

4.4.4 Grabado.El grabado de leyendas es frecuentemente usado en partes moldeadas por

inyeccin como un sustituto econmico de la serigrafa o de las etiquetas. Por

razones econmicas, estas leyendas son generalmente grabadas en el molde, las

cuales aparecen en alto relieve en las piezas. Maquinar letras en alto relieve al

molde es mucho ms caro y generalmente innecesario.

FACTORDECON

CENTRACIONDE

ESFUERZO


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El grabado de leyendas en el molde, si no se hace adecuadamente, presenta

desgarres, rfagas o gotas alrededor de las letras. Estos defectos son causados

por la incapacidad del fundido de empujar el aire fuera de la cavidad de las

letras.

Para ayudar la evacuacin de este aire, el diseador deber agregar radios a todas

las esquinas de las letras, conservando la profundidad del grabado debajo de

0.010 y hacer el ancho de la letra sea al menos el doble de su profundidad. Las

paredes del grabado debern tener un ngulo de salida de al menos 30.

Grabados ms profundos que 0.010 son innecesarios ya que pocas veces se

desgastan estos bajos relieves durante toda la vida de la pieza.

Fig. 4.16 Radio y profundidad en el grabado de leyendas.


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4.4.5 Espesor de pared.Uno de las primeras y quizs ms importantes decisiones que toma un diseador,

antes de cualquier otra caracterstica del diseo, es la del apropiado espesor

nominal de pared para una pieza de inyeccin de plstico. Dependiendo de su

uso, el espesor de pared deber de ser el adecuado para cumplir con la

funcionalidad requerida en trminos mecnicos, pticos, trmicos y de

propiedades de resistencia a la flama.

Como diseador, an cuando el desempeo de la parte y su funcionalidad son de principal importancia, no se deber permitir ignorar los problemas de

moldeabilidad. El comportamiento del flujo del fundido tiene una relacin

estrecha con el espesor nominal de pared de la pieza. El adecuado llenado es

tambin influenciado por el espesor de pared. Cambios bruscos de seccin

pueden incrementar los esfuerzos residuales de la pieza. Por ltimo, problemas

de moldeabilidad pueden afectar al desempeo o funcionalidad del producto.

Sin embargo, espesores de pared gruesos causan que el peso y el tiempo ciclo

aumenten, lo cual se traduce en un mayor costo de la pieza. Generalmente

incrementar el espesor de la pieza reduce la deflexin durante el impacto e

incrementa la energa requerida para producir una falla. Para algunos materiales

incrementar el espesor puede incrementar tanto la rigidez hasta el punto que la

pieza no se flexione lo suficiente, resultando en una reduccin de la resistencia al

impacto.


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El espesor al cual la resistencia al impacto en muesca disminuye drsticamente

es conocido como espesor crtico del material. Para un policarbonato de media

viscosidad a temperatura ambiente es aproximadamente 3/16, tal como se

ilustra en la figura.

Fig. 4.17 Espesor crtico de pared para un policarbonato de media viscosidad.

ESPESOR CRITICO

RESISTENCIADEIMPACTOIZOD(lb-pie/in)

ESPESOR (in)


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espesor de pared para caso todos los termoplsticos deber conservarse por

debajo de las 0.25 (6 mm).

El uso de costillas es una solucin de ingeniera eficiente para incrementar la

rigidez, estas minimizan los problemas creados por un simple incremento del

espesor de pared. La siguiente figura muestra la comparacin de material

necesario para duplicar la rigidez de una pieza plana. En un caso se incrementa el

espesor en un 25% y en la segunda placa se agrega solamente el 7% con el uso

adecuado de costillas.

Fig. 4.18 Comparacin de material agregado para duplicar la rigidez de una placa.

Para estructuras sujetas a cargas flexionantes o torsionales se utilizan costillas

diagonales.


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4.4.7 Balanceo del llenado.Mantener un espesor de pared uniforme es la recomendacin ms acertada para

el diseo de partes plsticas, sin embargo siempre hay excepciones a la regla.

Algunas veces es sensato proponer un espesor de pared irregular para ayudar al

fundido a llenar y comprimir uniformemente.

Un punto de inyeccin central en una pieza plstica cilndrica normalmente llena

de manera uniforme. Sin embargo un punto de inyeccin central en una pieza

plstica rectangular no lo hace.

Considere una pieza rectangular con un espesor de pared constante y un punto de

inyeccin central como se muestra en la siguiente figura. Debido a las diferentes

longitudes de llenado, por la geometra de la pieza, el llenado radial desde el

centro de la base llegar primero a las paredes que a las esquinas. Idealmente el

flujo deber alcanzar todos los extremos ms alejados del punto de inyeccin de

manera simultnea para generar un llenado balanceado. Este balanceo evita sobre

empacamiento y/o falta de llenado que pudiese causar contracciones

diferenciales, pandeamiento e incrementar los esfuerzos residuales.


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Fig. 4.19 Balanceo con directores de flujo.

Colocar incrementos en el espesor de pared son conocidos como directores de

flujo, los cuales ayudan a equilibrar los frentes de llenado a travs de incrementar

la longitud de flujo, lo cual ayuda a eliminar el desbalanceo de llenado y

empacado.

Para evitar contracciones y pandeamientos cuando se usan materiales amorfos, se

deber limitar el espesor del director de flujo a 1.25 veces el espesor nominal de

pared. Para materiales semicristalinos este espesor no deber pasar de 1.15 veces

el espesor nominal.

DIRECTOR DE FLUJO


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Cuando, por alguna razn, no se puedan utilizar los directores de flujo en una

pieza, es posible usar restricciones de flujo. Estas restricciones pueden ser

utilizadas para retardar el flujo por dnde se mueve ms rpido el fundido.

Fig. 4.20 Restricciones de flujo en la pieza.

4.4.8 Piezas de pared delgada.Si la resistencia no es crtica y la reduccin de peso es el objetivo principal,

adelgazar el espesor de pared puede ser una buena opcin. Hay, sin embargo, un

lmite en el adelgazamiento debido a la longitud de flujo. En la medida que el

espesor de pared es reducido, la distancia que el fundido puede recorrer tambin

disminuye debido al rpido enfriamiento que se presenta en una pared delgada.

La presin de inyeccin necesaria para llenar una cavidad adelgazada es muy

elevada an con una pequea reduccin en el espesor. La presin de inyeccin es

mucho ms alta que la proporcionada por las mquinas de inyeccin

RESTRICTOR DE FLUJO


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tradicionales. Esto puede significar costos significativamente altos debido a la

necesidad de equipo especializado, como acumuladores de presin.

El moldeo de piezas de pared delgada es mucho ms sensitivo a las variaciones

del espesor de pared que el moldeo convencional, de manera que la uniformidad

en el espesor nominal es esencial. El sentido comn nos dice que los espesores

de costillas recomendados para el moldeo convencional no pueden ser aplicadas

para moldeo de paredes delgadas, ya que si utilizamos costillas con un 50% del

espesor de una pared delgada tendremos por seguro una pieza incompleta. Es por

esto que si es necesario agregar costillas, estas debern ser con una relacin 1:1.

Esta relacin funciona bien para espesores menores a 0.050 (1.27 mm).

El uso de resinas reforzadas con fibra ayuda a incrementar la rigidez estructural

de una pieza de pared delgada, pero no lo suficiente para contrarrestar el efecto

del adelgazamiento. Agregar, por ejemplo, 10% de fibra de vidrio al

policarbonato incrementar su resistencia en un 50%. La deflexin de una viga

simplemente apoyada de material sin refuerzo de fibra ser 1.5 veces mayor que

una viga con fibra. Sin embargo, la deflexin de una viga de 0.040 (1 mm) es 8

veces mayor que una de 0.080 (2 mm) de espesor.

4.4.9 Variaciones del espesor nominal.En la realidad, disear una pieza con el espesor de pared uniforme es una utopa.

Debido a los requerimientos funcionales de la pieza pueden ser necesarias

algunas geometras con paredes delgadas y paredes gruesas. Tambin, como ya


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lo hemos analizado, se presentan diferentes espesores de pared debido a los

directores o restricciones de flujo.

Si la geometra del diseo resulta en espesores de pared muy gruesas, es posible

eliminar material a travs de corazones, como se muestra en la siguiente figura,

es posible conservar el espesor nominal de la pieza con esta sencilla

recomendacin. Sin embargo se deber tener cuidado cuando se utilizan este tipo

de corazones, es necesario analizar si no se compromete la resistencia, rigidez o

funcionalidad de la pieza.

Fig. 4.21 Eliminacin de material a travs de corazones.


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4.4.10 Cambios de seccin.Cuando no sea posible evitar los cambios de espesor en las paredes es necesario

incorporar cambios suaves de un espesor a otro. Recuerde que cambios bruscos

de seccin provocan problemas de flujo, esfuerzos residuales y concentraciones

de esfuerzos.

Los cambios suaves se pueden conseguir a travs de ir disminuyendo

gradualmente, o bien utilizar radios para enlazar las paredes. Esto reduce el

esfuerzo de cizallamiento del fundido y ayuda a la salida del aire del molde.

Fig. 4.22 Cambios suaves de seccin.

Los cambios bruscos de seccin van en detrimento de la resistencia de la pieza.

Los espesores gruesos se siguen enfriando y contrayendo por mucho ms tiempo

que las paredes gruesas, lo cual trae por consecuencia en esfuerzos de

contraccin en la seccin ms delgada. Este es entonces un esfuerzo residual y se

concentra en los sitios de cambio brusco de seccin.

CONCENTRADOR DE

ESFUERZO

ESFUERZO DE

CONTRACCION

ZONA FRIA ESFUERZO DE

CONTRACCION

ZONA FRIA


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4.4.11 Costillas.

Las costillas son una forma eficiente de incrementar la resistencia de los

productos plsticos si agregar pesos excesivos. Estos son 4 puntos importantes a

considerar cuando se disean piezas de plstico con costillas.

y Costillas gruesas incrementan su seccin en la base, creando la posibilidadde rechupes.

y Costillas muy altas representan excesivos niveles de esfuerzo en las fibrasms alejadas de la base, generando dificultad para el llenado.

y Dar suficiente radio a los lados de la costilla para evitar concentracionesde esfuerzos.

Adems es recomendable no terminar las costillas de manera abrupta a lo largo

de su forma. Estas terminaciones abruptas pueden generar esquinas donde se

pueda presentar aire atrapado detrs del frente de flujo. Este puede generar

formaciones no deseadas, como marcas de flujo parecidas a las lneas de unin.

Proveer ngulos de salida generosos siempre es recomendado.

Fig. 4.23 Angulo de salida en costillas de refuerzo.

EVITAR PREFERIBLE

ATRAPES DE AIRE


37/60

195

4.4.12 Espesor base de las costillas.

Costillas de seccin gruesa incrementan su base, creando as la posibilidad de

rechupes. El espesor de la seccin de la costilla se incrementa an ms si son

usados radios en la base. Reducir el espesor de la seccin de costilla es posible si

al mismo tiempo incrementamos el nmero de costillas de la pieza, esto nos

ayudar a mantener la rigidez deseada y minimizar el efecto de rechupes en la

pared que las contiene.

Como regla general, para minimizar los rechupes, el espesor de la base de lacostilla deber ser la mitad del espesor de pared. Una excepcin a esta regla son

las piezas de pared delgada de 1mm o menos; en estas la base de la costilla

deber de ser al menos igual que el espesor de pared, para evitar problemas de

llenado.

Fig. 4.24 Espesor de la base de costilla.

EVITAR

MUY GRUESO

HUNDIMIENTO

PREFERIBLE


38/60

196

4.4.13 Altura de costillas.Costillas muy altas contribuyen al excesivo esfuerzo que soporta la fibra ms

alejada de la base durante la flexin, en el caso que la pieza est sujeta a este tipo

de cargas. Tambin es difcil expulsar el aire en la profundidad de la cavidad de

la costilla en el molde durante el llenado. Esto tambin puede causar efecto

Diesel o formar marcar de flujo o lneas de unin en la costilla.

El maquinado y pulido de cavidades profundas en el molde es mucho ms difcil

que las costillas cortas, ya que estas se vuelven ms delgadas en los puntos msprofundos. Si la cavidad no es pulida adecuadamente y en la direccin de salida,

se pueden presentar problemas de expulsin de la pieza.

Como una regla general, la altura de la costilla deber de ser mximo 6 veces el

espesor de la base de la misma. Se puede tener una rigidez estructural

equivalente si se sustituyen costillas altas por un mayor nmero de ellas. Las

costillas introducen a un nuevo nivel de complejidad de la pieza y con ello

tambin nuevos niveles de pandeamientos. Tambin, mientras la costilla se

vuelve ms alta, el diferencial de contracciones incrementa, empeorando as los

problemas de pandeamiento.


39/60

197

Fig. 4.25 Altura de costillas.

4.4.14 Espacio entre costillas.Incrementar el nmero de costillas excesivamente puede presentar diferentes

problemas. Un enfriamiento adecuado y uniforme en el molde se convierte en

todo un reto y puede crear problemas de pandeamiento. Esto ha generado una

regla prctica acerca que limita el nmero de costillas que se pueden poner en

una estructura sin que se presenten los problemas antes mencionados.

y Mantener un claro mnimo entre costillas de al menos el espesor nominalde pared, esto para tener un mejor control en el enfriamiento.

EVITAR RECOMENDADO

MUY ALTO


40/60

198

Es posible que sea requerida una rigidez mayor de la estructura y esta no se

pueda alcanzar con costillas debido a la limitacin de estas reglas. Es entonces

necesario que el diseador evale incrementar el espesor nominal de pared. Esto

pudiera no ser efectivo desde el punto de vista de la cantidad de material de la

pieza y el tiempo ciclo. Sin embargo evitar problemas de pandeamiento,

problemas de enfriamiento, manufactura y mantenimiento costoso del molde y

problemas de apariencia como rechupes o lneas de unin puede ser razones de

mayor peso para incrementar la cantidad de material.

Fig. 4.26 Claro entre costillas.

4.4.15 Angulo de salida y radios en costillas.Las costillas usualmente son diseadas en la pared principal de la pieza, paralelasa la direccin de apertura del molde y son formadas en ranuras ciegas en los

corazones del molde. Para facilitar la expulsin de la pieza, las costillas son

diseadas con al menos de ngulo de desmoldeo de cada lado. La nica

ventaja de utilizar ngulos de desmoldeo en las costillas es la de reducir la fuerza

REEMPLAZAR COSTILLAS ALTAS POR MULTIPLES COSTILLAS


41/60

199

requerida para la expulsin. Estos ngulos causan adelgazamiento de la costilla

en su punto ms alto, lo que genera dificultades de llenado. Por esta razn ms

de 1 de ngulo de desmoldeo debe de ser evitado en materiales de bajo ndice de

fluidez, como el policarbonato.

Fig. 4.27 Angulo de desmoldeo y radios recomendados en costillas.

La base de la costilla que deber de tener un radio de al menos 0.125 veces elespesor de la pared nominal donde se presentan las costillas. Radios muy grandes

reducen efectivamente la concentracin de esfuerzos, sin embargo contribuyen

con la formacin de una base de costilla mayor, incrementa los problemas de

hundimientos o rechupes, incrementa los esfuerzos residuales y puede alterar el

perfil de llenado. Por esta razn el radio de la base de las cotillas generalmente

se recomienda 0.25 veces el espesor nominal de la pared que las contiene.

Mientras que el ngulo de desmoldeo ayuda a reducir la fuerza de expulsin, este

tambin dificulta el uso de pernos expulsores para ayudar a este proceso. Pernos

MINIMO 0,5 POR LADO

DESMOLDEO


42/60

200

expulsores muy delgados son frgiles y algunas veces se incrustan dentro de la

costilla durante la expulsin. Los expulsores laminares son efectivos, pero son

caros y de costoso mantenimiento.

La solucin ms frecuentemente utilizada, la cual es muy prctica y econmica,

es el uso de bloques o almohadillas de expulsin. Estos bloques incrementan

efectivamente el rea de contacto de los pernos expulsores y reduce el esfuerzo

de compresin que causa la identacin en la costilla durante la expulsin. Estos

bloques o almohadillas de expulsin son usualmente iguales o ligeramente

menores que el espesor de la base de la costilla.

Fig. 4.28 Bloques de expulsin.

ALMOHADILLAS PARA

PERNOS EXPULSORES


43/60

201

4.4.16 Postes.Los postes son tpicas proyecciones cilndricas en la superficie de la pieza con

orificios diseados para recibir tornillos, insertos roscados u otra clase de

elemento de sujecin. El ensamble es realizado instalando un tornillo

autorroscante directamente en el orificio del poste o instalando un tornillo dentro

de un inserto de metal el cual ha sido preinstalado en el poste. Los insertos de

metal son instalados durante o despus del moldeo usando energa ultrasnica o

tcnicas de insercin por calor.

Los postes pueden ser utilizados como refuerzos alrededor de orificios de

montaje. Si los tornillos fuesen instalados directamente en la pared de la pieza, la

longitud de sujecin de la cuerda est limitada al espesor de la pieza, lo cual

pudiese no ser suficiente. Los postes son tambin tiles asegurando una altura

consistente de componentes ensamblados.

El dimetro del orificio del poste deber ser igual al dimetro menor del tornillo

o del inserto de metal. Todas las esquinas, especialmente las internas, debern

tener un radio apropiado. Otro aspecto importante que el diseador deber

considerar es la altura del poste, la profundidad del orificio y los refuerzos del

poste.


44/60

202

Fig. 4.29 Geometra recomendada para postes.

Las paredes del poste debern ser lo suficientemente gruesas para resistir el

esfuerzo de tensin generado por la instalacin del tornillo. Los tornillos

autorroscantes producen mucho ms esfuerzo que un roscado tradicional, por lo

tanto no son recomendados para policarbonato o aleaciones de policarbonato. El

moldeo con insertos tambin produce esfuerzos residuales alrededor de los,

debido al diferencial de enfriamiento entre el plstico y el metal durante el

proceso de inyeccin.

Debido a los esfuerzos de tensin, el espesor de pared en la parte superior del

poste es de crtica importancia. En postes con orificios ciegos, el espesor en labase es siempre mayor que en la parte superior debido al efecto del ngulo de

desmoldeo en cavidad y corazn. Un poste muy delgado en la parte superior

podra fallar bajo el esfuerzo de tensin. Un poste que es muy grueso en la base

tiene un efecto negativo en los hundimientos o rechupes.

t = ESPESOR DE PARED

D = DIMETRO EXTERIOR

DEL INSERTO O DEL

TORNILLO A UTILIZAR

d = DIMETRO DEL

BARRENO


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203

Fig. 4.30 Espesor de pared recomendado para postes.

Sin embargo los problemas de hundimientos pudiesen ser disminuidos a travs

de eliminar material alrededor del poste, extendiendo as la longitud del mismo.

Secciones gruesas en la base son creadas al limitar la profundidad del orificio

ciego del poste al dejar solo lo necesario para una buena longitud de cuerda de

sujecin. La longitud de estos orificios deber de ser lo suficientemente larga

para el tornillo pero lo suficientemente corta para que el tornillo no perfore la

superficie que sostiene al poste. Espacio extra en la parte inferior provee un buen

claro para que el material plstico resultante del autorroscado se deposite en el

fondo.

DIMETRO

ESPESOR DE SECCION (cs)


46/60

204

Fig. 4.31 Longitud recomendada para orificios ciegos.

4.4.17 Altura de postes.La altura ideal de un poste permite una adecuada longitud de agarre del tornillo

en el orificio ciego. Cuando el poste es tambin utilizado para propsitos de

ensamble exacto en la altura de dos componentes de paredes laterales altas, un

poste ms alto es requerido.

Sin embargo, postes 5 veces ms altos que su dimetro exterior pueden resultar

en espesores de pared muy delgados en la parte superior y secciones muy gruesas

en la base. El ngulo de desmoldeo en las paredes externas y el orificio son

crticos para una expulsin suave de la pieza, desafortunadamente ambas

condiciones trabajan juntas en la reduccin del espesor de pared en la parte

superior del poste cuando se incrementa el espesor de la base.

BNO.

PROFUNDO

BNO.

CORTO

RADIO

BASE MUY

LARGOBUEN

DISEO

BNO. MUY

PROFUNDO

PARED

GRUESA

RESTRICCIN PARED

GRUESA

PERNO FORMADOR

MUY CALIENTE


47/60

205

Secciones delgadas en la parte superior pueden generar problemas de llenado y

bases muy gruesas crean potenciales problemas de hundimientos. Secciones

gruesas tambin estn relacionadas con esfuerzos residuales post-moldeo.

Adicionalmente, as como la seccin superior se vuelve delgada, su resistencia a

esfuerzos de tensin es reducida, creando problemas de fractura cuando el

tornillo es instalado.

Los pernos formadores de postes muy largos pueden ser demasiado largos y

difciles de enfriar, acentuando el problema de rechupes en la base. Postes largos

y delgados son propensos a flexionarse en su extremo no soportado causando

espesores de pared irregulares. El diseador deber considerar colocar ncleos de

dos partes.

Fig. 4.32 Ncleos y refuerzos recomendados para postes largos.

Si el diseo lo permite, el diseador deber considerar compartir la altura del

poste entre las dos piezas a ser ensambladas. Esto permite que una parte del

ensamble tenga un poste ciego y la otra parte un poste con orificio ciego. Dividir

el poste tambin reduce los efectos negativos antes mencionados.

EVITAR RECOMENDADO EVITAR RECOMENDADO

PERNO

LARGO


48/60


49/60

207

Fig. 4.34 Ensamble correcto con postes.

Los postes tambin suelen ser ensamblados a otros postes o a las paredes de la

pieza a travs de costillas- Algunas veces son reforzados con costillas a la pared

base del poste. Los ensambles incrementan los esfuerzos de torsin y las cargas

de flexin de los postes. En raras ocasiones, si un ensamble es sujeto a fuerzas de

separacin, estos refuerzos pueden proveer soporte adicional al poste contra la

falla a la tensin. Generalmente esto no sucede, ya que es ms comn que

primero falle el poste ante el esfuerzo de tensin o que las cuerdas del tornillo

desgarren en orificio del poste.

Cuando se requiera de utilizar refuerzos para los postes, el diseador deber

prestar atencin a la distribucin de los mismos, as como a la separacin entre

los mismos. Postes demasiado cercanos uno de otro, generan dificultades de

enfriamiento. Tambin se deber evitar que los postes se unan a las paredes de la

pieza, ya que esto crear espesores de seccin muy gruesos y generar

hundimientos en las paredes. En lugar de eso, los postes se debern posicionar

CORRECTO

INCORRECTO


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208

alejados de las paredes y, si es necesario, usar costillas de conexin o soporte.

Una ventaja adicional de utilizar costillas de unin o de refuerzo es que estas

ayudan a llenar ms fcilmente al poste y permiten expulsar el aire fuera del

poste durante la inyeccin.

Fig. 4.35 Costillas de unin y de refuerzo para los postes.

4.4.19 ngulo de desmoldeo.Las piezas con superficies perpendiculares a la lnea de particin del molde

experimentarn atascamientos y desgarres cuando la pieza sea expulsada del

molde. Adems, una mayor fuerza de expulsin ser requerida para este

propsito. Durante el proceso de inyeccin, las partes hechas de materiales

rgidos pueden sufrir daos. Por otro lado, piezas que se intenten expulsar antes

de que se hayan enfriado lo suficiente pudiesen presentar deformaciones.

DISEO POBRE

BUEN DISEO


51/60

209

El diseador deber permitir que las superficies perpendiculares a la lnea de

particin del molde tengan una pequea inclinacin en la direccin de la apertura

del molde, para as facilitar que las superficies se separen fcilmente de las

paredes del molde, as como para permitir que el aire fluya ms fcilmente

rompiendo el efecto de vaci generado entre el plstico y el metal. Debido a esta

inclinacin la fuerza de expulsin solo ser requerida para romper estas dos

condiciones (adherencia y vaco), despus de que estas condiciones se hayan

roto, la pieza estar libre y la fuerza de expulsin ser casi nula.

El trmino de ngulo de desmoldeo o desmoldeo es utilizado para identificar a

esta inclinacin, el cual es utilizado en casi todas las piezas plsticas. Cuando por

requerimientos funcionales de la parte no se permiten ngulos de desmoldeo, es

necesario disear moldes con corazones colapsibles, lo cual encarecer el molde,

el proceso de inyeccin y mantenimiento.

La expulsin de la pieza es un proceso de dos pasos. El primero es el de separar

la pieza de la cavidad. El ngulo de desmoldeo hace esto muy sencillo, tambin

lo facilita la contraccin, la cual tiende a expulsar la pieza fuera de la cavidad.

Despus es necesario expulsar la pieza del corazn, el cual necesita tener un

adecuado ngulo de desmoldeo. Generalmente es utilizado el mismo ngulo en

corazn y cavidad para conservar un espesor de pared uniforme.


52/60

210

Fig. 4.36 ngulo de desmoldeo.

No existen frmulas precisas para calcular el desmoldeo. La experiencia nos dice

que un desmoldeo de 1 por lado provee una fcil expulsin en casi todas las

superficies. La profundidad de la pieza, la rugosidad del molde, la complejidad

de la pieza y el sistema de expulsin del molde son unos de los factores que el

diseador deber de considerar para la seleccin del desmoldeo. Tambin es

importante considerar las propiedades del material, como la resistencia

mecnica, la rigidez, lubricidad y porcentaje de contraccin para la seleccin

adecuada de dicho ngulo. Piezas moldeadas con altas presiones de inyeccin y

largos tiempos de enfriamiento pueden experimentar una dificultad adicional de

expulsin.

Un ngulo de desmoldeo de 5 es recomendado para una segura expulsin de

materiales rgidos como el policarbonato. Por otro lado, de desmoldeo ha

sido probado exitosamente en la mayora de las aplicaciones.

DESMOLDEO DESMOLDEO


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211

Fig. 4.37 Piezas con y sin desmoldeo.

4.4.20 Contraccin del material.La contraccin del material es mostrada en las hojas tcnicas de las resinas como

un porcentaje o como contraccin por unidad de longitud. Estos datos son

determinados en cuartos con temperaturas controladas. Muchos factores de

diseo y proceso determinan el valor de la contraccin. El diseador deber

utilizar los datos proporcionados en estas hojas con precaucin, ya que estas

contracciones son determinadas en laboratorio y no reflejan las condiciones

PIEZAS SIN

DESMOLDEO PIEZAS CON

DESMOLDEO

EVITAR RECOMENDADO

ANGULO PULIDO


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212

especficas de la geometra y procesamiento de cada pieza. Es importante

considera lo siguiente cuando se seleccione el porcentaje de contraccin.

y La tasa de enfriamiento y la temperatura del molde pueden afectar el nivelde cristalinidad y contraccin en resinas semicristalinas.

y Los espesores de pared gruesos se enfran ms lentamente y tienden acontraerse ms que los espesores de pared delgada.

y Materiales reforzados con fibras muestran tpicamente mucho menoscontraccin en la direccin del flujo.

y La contraccin vara con el nivel de empaquetamiento de la pieza.

La presin de sostenimiento o fuerza de empaque agrega material al interior del

molde para compensar la reduccin de volumen, disminuyendo la contraccin.

Cuando esta fuerza de sostenimiento disminuye aumentan las contracciones a

partir del punto de inyeccin, particularmente en las paredes gruesas ms

alejadas. El molde restringe significativos cambios dimensionales en la pieza

hasta que es expulsada. El tipo y duracin de esta restriccin pueden afectar a la

red de contracciones entre las diferentes geometras, extrusiones y

protuberancias de la pieza. Largos ciclos de enfriamiento restringen an ms las

contracciones iniciales, pero pueden inducir esfuerzos residuales que provocarn

contracciones adicionales una vez que el esfuerzo es liberado.


55/60

213

Los datos publicados en las hojas tcnicas de las resinas debern entonces ser

evaluadas por el diseador con mucha precaucin, ya que la seleccin adecuada

del valor de la contraccin requiere la aplicacin de un juicio razonado de

ingeniera y un bien entrenado sentido comn. He aqu algunas recomendaciones

basadas en la experiencia de muchos diseadores de piezas plsticas.

y Tienda a escoger los valores bajos del rango de contraccin para partescon un espesor nominal de pared menores de 0.1 (2.5 mm).

y Anticipe la orientacin del flujo en resinas reforzadas con fibra y apliquelas contracciones menores en la direccin paralela al flujo y evale la

conveniencia de los valores mayores para la direccin perpendicular.

y Las reas con flujo turbulento tendern a contraerse en un valor medioentre las contracciones paralelas y perpendiculares al flujo.

y Considere disear las caractersticas y dimensiones crticas en reas defcil acceso en el molde, para poder corregir cualquier error en la

prediccin de la contraccin.

4.4.21 Ensamble con mordazas o gachos flexibles.Las mordazas o ganchos flexibles son una simple, econmica y rpida forma de

unir dos componentes. Durante el ensamble, uno de los componentes que tiene

una saliente (en forma de gancho) es momentneamente flexionado para librar

una depresin (generalmente una ventana) en la pieza a ensamblar. El ensamble


56/60

214

es completado cuando el componente flexionado cae dentro de la depresin y

libera el esfuerzo hasta quedar en su estado original de reposo.

Debido a que el ensamble con gancho flexible existe un estado de reposo o de

cero esfuerzo en el elemento despus de realizado el ensamble, estos no pierden

fuerza en la medida que pasa el tiempo, ya que se observa una relajacin de

esfuerzos. Adems, debido a que los ganchos flexibles son parte de las piezas,

piezas adicionales o agentes de unin no son requeridos. Los ganchos solo

necesitan ser ensamblados, lo cual no requiere equipo sofisticado. Debido a estas

ventajas, los ganchos flexibles son preferidos sobre otras tcnicas de unin de

plsticos. En algunos casos si un carro de accin lateral es necesario para

moldearlos, el costo del molde se podra incrementar solo ligeramente.

La fuerza requerida para desensamblar una unin hecha a travs de ganchos

flexibles puede ser cambiada simplemente alterando la geometra del gancho.

Los ganchos pueden ser diseados de tal manera que el ensamble se convierta en

inseparable, si as se desea.

El mdulo de elasticidad en la mayora de los termoplsticos de ingeniera se

encuentra en un rango que los hace ideales candidatos para aplicaciones con

ganchos flexibles. Componentes adecuadamente diseados pueden ser

fcilmente flexionados durante el proceso de ensamble si sufrir una deflexin

permanente.


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215

Cuando se disean ensambles con ganchos flexibles, el diseador deber calcular

la fuerza necesaria para flexionar el componente y asegurar as que el esfuerzo

aplicado durante la deflexin est dentro de los lmites permisibles del material.

Otro criterio importante es el de la fuerza requerida para el ensamble y

desensamble. Siempre ser necesario agregar radios adecuados a las esquinas

internas.

4.4.22 Diseo de ganchos flexibles.Los ganchos flexibles usualmente requieren de una geometra quemomentneamente se flexione durante el ensamble. Algunas veces la flexin

tambin puede ser experimentada por el componente ensamblado tambin, pero

esto es usualmente mnimo. La flexin deber ser lo suficiente para librar el

gancho y que el ensamble sea realizado.

Los plsticos difieren en el nivel de esfuerzo y deformacin que pueden tolerar.

Debido a que el esfuerzo y la deformacin estn ntimamente relacionados, los

componentes pueden ser diseados basndose en los lmites de esfuerzo y

deformacin del material. La deflexin permisible Y para una viga simple en

voladizo con una seccin uniforme est dada por la ecuacin:

h

bY

267.0 !

Donde:


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216

y es la carga esttica permisible del material.y b es la longitud de la viga en voladizo.y h es el espesor de la viga.

Fig. 4.38 Deformacin de un gancho flexible simple.

La deflexin permisible depende no solamente de la geometra de la viga, sino

tambin del esfuerzo total permisible del material utilizado. Utilice estas guas de

diseo para aplicaciones que requieran ser ensambladas una sola vez. Para

ensambles y desensambles frecuentes con ganchos flexibles utilice estos valores

al 60%. Siempre desarrolle estos clculos de ingeniera para evitar fallas

prematuras de las uniones.

Disminuir el espesor de la viga en voladizo desde la base hasta la punta produce

una distribucin uniforme de esfuerzos a lo largo de la viga cuando esta es

ESFUERZO DE TENSIN

ESFUERZO DE COMPRESIN


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217

flexionada. La reduccin del ancho tambin proporciona resultados similares.

Ahora bien, para la misma flexin, el esfuerzo en una viga adelgazada es menor

que en una viga con una seccin transversal uniforme. La deflexin permisible Y

para una viga en voladizo adelgazada desde el espesor h en la base hasta el

espesor h/2 est dada por la ecuacin.

h

bY

209.1 !

I

El nico cambio de esta ecuacin en comparacin con la de la viga de seccin

transversal uniforme es que la constante cambia de 0.67 a 1.09. Esto significa

que un gancho flexible adelgazado desde la raz puede flexionarse 63% ms que

un gancho de seccin transversal uniforme de igual longitud y con una misma

magnitud de esfuerzo.

En la siguiente figura podemos observar ejemplos de uniones a travs de

ganchos flexible y de ganchos anulares. En ambos casos de unin por insercin,

la deformacin se presenta como el resultado de una carga de flexin. En

uniones por insercin torsional, la deformacin es producida por la torsin de la

rtula.


60/60

Fig. 4.39 Diferentes geometras para ensambles por insercin flexionante.

Capitulo 4 - Diseno de Piezas Plasticas

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