DESARROLLO Y FABRICACIÓN DE UNA MÁQUINA DE ROTOMOLDEO · 1 1. MOTIVACIÓN DEL PROYECTO En este...

DESARROLLOYFABRICACIÓNDEUNA

MÁQUINADEROTOMOLDEO

Departamentodemedioscontinuosyteoríadeestructuras

GradoenIngenieríaMecánica

Autor: RodrigoLassodelaVegaRomeroTutores: JesúsPernasSánchez JoséAlfonsoArteroGuerrero

Índice1. MOTIVACIÓNDELPROYECTO 1

2. INTRODUCCIÓNALPROYECTO 2

3. ESTADODELARTE 33.1 Introducciónalastécnicasdeproduccióndeplástico 33.2 Tiposderotomoldeo 53.3 Materiales 7

4. ELECCIÓNDELDISEÑO 94.1 Primeraopción: 104.2 Segundaopción: 104.3 Terceraopción: 114.4 Optimizacióndelasplacasdesujeción 164.5 Explicacióndeldiseño(enfuncióndecadaelementoimportante) 20

5. Funcionamientodelamáquinaycálculos 255.1 Factordegiroycalculodelalongituddelacorrea 255.2 Materialesdelmoldeypiezasaprocesar 27

6. Propiedadesdelmaterialaprocesar 286.1 ParámetrosdelanormaASTMD695-02 286.1.1 Definicióndelestándar 286.1.2 Maquinariadelensayo 286.1.3 Probeta 296.1.4 Parámetrosdelensayo 296.1.5 Resultadosquesesacandelensayo 30

6.2 Parámetrosinicialesdelensayo 306.2.1 Característicasdelamáquina 316.2.2 Característicasdelasprobetas 31

6.3 Realizaciónprácticadelensayo 336.3.1 ProbetassólidasderesinaE55yUrecast 336.3.2 Probetasdelrotomoldeo 346.3.3 Probetasimpresas 366.3.4 Otrascaracterísticasdelensayo 39

6.4 Conclusionesdelensayo 41

7. PRESUPUESTO 437.1 Presupuestoalternativo 44

8. CONCLUSIONES 47

9. BIBLIOGRAFIAASOCIADAALPROYECTO 48ANEXO 4910. RECOMENDACIONES 50

11. INTRUCIONESDEMONTAJE 51

13. PLANOS 59

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1. MOTIVACIÓNDELPROYECTOEnesteproyectodeingenieríasehabladecómohacerunamáquinaderotomoldeo

lacualseutilizaráprincipalmenteparafabricarpiezasdepoliuretanopararealizarunosensayosdealtavelocidaddeldepartamentodemedioscontinuosyteoríade

estructuras de la universidad Carlos III de Madrid. Esta máquina se crea en

respuesta a la demanda de piezas que se puedan hacer en un corto periodo detiempo. Con lamáquina de rotomoldeo de este proyecto se tarda en torno a 20

minutosen fabricarunapieza independientementedel tamañoque tenga.Conel

procesoqueseutilizabaanteriormente, la impresión3Ddelaspiezas,setardabaentornoa3-4horasenfabricardichapieza.Porlatécnicaderotomoldeo,gracias

alusodelaresinadepoliuretanolíquida,laspiezassalenigualquelapiezamodeloque se generapor impresión.Por estemotivo lamejora con respecto alproceso

anterioressignificativa.

Cuandosefabricaunapiezapormediodelrotomoldeo,hayunaetapaquesetarda

másqueelsistemaanterior.Esteprocesoeselque involucraa la fabricacióndelmoldedesiliconaparagenerarelrestodepiezas,elcual tarda90minutoshasta

que endurece por completo. Este molde se crea a partir de una pieza modelo

fabricadaporimpresión3Dysobreellaseviertesiliconaparaformarelmolde.Apesardeestetiempoperdidoeneldesarrollodelmolde,latécnicadelrotomoldeo

suponeunavanceen la fabricaciónde laspiezasparael ensayo.La razónpor la

quenoimportatantoestetiemposedebeaqueelnúmerodepiezasquesehacedeunmismotipo,yportantoconelmismomolde,esmuygrande.

Teniendo en cuenta estos criterios se tiene que este proceso si se realiza de un

modo óptimo esmuchomejor que el realizado anteriormente. Por esta razón la

opción de crear piezas por medio del rotomoldeo es un buen sustituto para elmétododeimpresión3D.

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2. INTRODUCCIÓNALPROYECTOElensayoencuestiónquerealizaeldepartamentodemedioscontinuosydeteoría

de estructuras se basa en hacer pruebas de impacto sobre diferentesmaterialesparavercomosecomportan.Estosproyectilessonaceleradospormediodesabots

alolargodeuncañónde60mmdediámetro.Esahícuandointervienelamáquina

de rotomoldeo. Estamáquina va a ser la encargada de producir las piezas paraacelerarlosproyectiles(sabots).Dondeporcadaensayoseutilizaunsabotnuevo

porque dichas piezas no se reutilizan de una prueba a otra. El método del

rotomoldeomejoralacadenciadepiezasrespectoalaimpresora3D,estogeneraque las pruebas de impacto se puedan hacer con una mayor continuidad y sin

sufrirningúntipodeparóndebidoalaroturadeestoselementos.

Duranteesteproyectoseharáusodesoftwaredemodelado3Dasícomosoftware

específicoparagenerarelcódigode instrucciones(gcode)paraque la impresoragenere laspiezasrequeridas.Elsoftwareutilizadoparagenerarelcódigopara la

impresoraeselSlic3rquecomoparticularidadescapazdegenerarrellenosdelaspiezas en forma de panal de abeja (honeycomb). Una vez generado el gcode se

manda a la impresora que tiene acceso el departamento que es una bq witbox

utilizandobobinas de PLAde 3mmde diámetro. Lamáquina de rotomoldeo hasidomodeladaporcompletoporelsoftwaredemodelado3DSOLIDWORKS®.

Para hacer este proyecto posible se ha estructurado el trabajo de la siguienteforma:

− 2,5mesesparalaelecciónydesarrollodelamáquina.

− 1mesparalacomparaciónyadquisicióndeloscomponentes.

− 3semanasparaajustarlaspiezasymontarlamáquina.

− 2semanasparahacerlaspiezasdepruebaylosensayos.

− De modo continuo a lo largo del desarrollo de la máquina se ha ido

redactandolamemoriadelproyecto.

Porlotantoparaeldesarrollodelamáquinaderotomoldeoseahanrequerido4

mesesyunasemanaparacrearladesdecero.

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3. ESTADODELARTE

3.1 Introducciónalastécnicasdeproduccióndeplástico

Elrotomoldeoesunadelasmúltiplestécnicasdefabricaciónqueenlaactualidadseutilizanparahacerpiezasdeplástico.Tienelacualidadcaracterísticadepoder

hacerpiezashuecascondiferentesespesoresdependiendodelacargadematerialque se aplique en el interior del molde. La razón por la que este proceso de

producciónnoestanconocidocomoelresto,talescomoeldeinyección,soplado,

extrusión,etc,sedebeaqueconestemétodosolosepuedenhacerpiezashuecas,locualreducemuchoelámbitoindustrialalquevadirigido.Otradelascausases

la capacidad de fabricación,mientras que otro proceso similar al rotomoldeo, el

soplado, es capaz de tener una gran producción, el rotomoldeo no tiene tantacapacidadysuproducciónserestringeaunaproducciónpequeñadepiezas.

Lastécnicasdeproduccióndepiezasdeplásticoalternativasyqueseancapacesde

tenerunaampliaproducciónsonlassiguientes:

• ExtrusiónConesteprocesosegeneranpiezasdemaneracontinuapormediodeuntornillo

sinfín que sirve para cargar el material constantemente. Debido a estacaracterísticalaspiezasfinalessonalargadasydeperfilconstantetalescomolos

tubos. El proceso productivo sigue las siguiente etapas: El plástico se carga en

formadepolvoalprincipiodeltornillosinfíndondelasparedessecalientanparaqueelpolvodeplásticosefundayasípoderpasarlomásfácilmenteporlaboquilla

con la geometría final que se quiera. Hay que tener en cuenta que los

termoplásticos extruidos se expanden una vez salen de la boquilla de extrusión,por tanto la forma de la boquilla se tiene que hacer de tal forma que tras la

expansión,elplásticoadquieralaformafinal.Estassonlasdiferentesgeometríasutilizadasparalasformasfinalesmásutilizadas.

Figura1: Boquillasdeloseyectores.

• InyecciónEsteprocesoesanálogoalanterior,peroenvezdetenerunprocesocontinuo, la

boquillainyectaelplásticoapresiónenunmoldeconlageometríadelapiezafinal.Dichapresiónsedebemantenerhastaelcompletoenfriamientodelplásticopara

asegurarunamayoruniformidadenelmaterialyunmejoracabado.Elmolde,para

enfriarlapieza,tieneunosconductosporlosquecirculaaguayasípoderreducirlostiemposdefabricaciónparatenerunamayorproducción.

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• SopladoElsistemadesopladoesanálogoaldeinyección,perolavariaciónquetieneconel

anterioresqueelplásticonoseintroduceapresiónenelmolde,sinoquelapieza,quehadeserhueca, se le introduceairegenerando lapieza final.Por logeneral

estaspiezassuelenserdepequeñoespesorylageometríaquesecopiadelmolde

sehallaporlapartequenoseinyectaelaire.

Figura2: Ejemplodepiezafabricadaporsoplado.

• PorVacío

Este proceso utiliza justo el sistema contrario al de soplado, donde en vez de

inyectaraireenelplásticosegeneraelvacío.Porunladosetieneunaláminadeplásticocalentadoypor tantoviscoso,yporelotro,ademásde lasalidadelaire

paragenerarelvacío,seencuentraelmoldeconlageometríafinalquesequiere.

Figura3: Procesodefabricaciónpormediodevacío.

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• CalandradoElcalandradoseutilizaprincipalmenteparafabricarlaminadosdeplástico.Estose

produce haciendo pasar el plástico proveniente de un proceso anterior deextrusiónporunaseriederodillosparaobtenerelgrosorquesequiera.Paratener

elgrosorrequeridosemodificaladistanciaexistenteentrelosrodillospudiéndose

hacerdeformagradualcomosisetrataradeunacero.

Figura4: Ejemplodecalandrado.

3.2 Tiposderotomoldeo

Comosunombremismoindica,esteprocesosebasaenelgiroparaconformarlapieza.Dichogiroparaquegenereunapiezacompletade360°debedeserendos

ejes (biaxial), uno horizontal y el otro perpendicular a éste para poder abarcar

todoelrangodelas3dimensionesdelespacio.Sinoseabarcanloscitados360°lapiezapudesufrirvariacionesdeespesorovacíosenlaspartesdondenosellegaba

ahacerungirocompleto.Elmétodoporelcualsevaformandolapiezaserealizapor gravedad principalmente, ya que por norma general la máquina tiene

velocidadesderotaciónpequeñas.

Dentrodelatécnicadelrotomoldeoseintegrandistintasformasotipos,loscuales

dependendelacadenciadeproducciónquesequiera,geometríaytamañodelas

piezas.Deacuerdoconestosetienenlosdistintostipos:

• Tipo“RockandRoll”

Este tipo es el utilizado para la producción de piezas de gran tamaño. Sufuncionamiento se basa en un giro en torno a un eje, que viene dado por la

direcciónlongitudinalde lapieza,yenvezdetenerunejedegirosecundario,se

tiene un movimiento de vaivén de aproximadamente 45° ya que la energíanecesariayelespacioquehaydisponiblenopermitenungirocompleto.Unbuen

ejemplodepiezashechasporestemétodosonloskayaks.

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• TipoClamshelloconchaEnestetipo,laestacióndecalentamientoydeenfriamientosealojanenelmismo

lugarporloqueesunmétodomuycompactoysecaracterizaportenertansolounbrazoquepuedeanclardesdeunpuntoodosalapiezarotadasegúnsutamañoy

peso.

• TipocarruselEldetipocarruseleselquemejorcadenciadeproduccióntienedebidoaquese

puedenutilizarhastacuatroestacionesa lavez(cargaydescarga,calentamiento,

pre-enfriamiento y enfriamiento). Dentro de este tipo se tienen a su vez otrasubdivisión: la de brazos dependientes y la de brazos independientes. Como su

nombremismoindicacadabrazoprincipalqueestáencadaestaciónpuedeactuarde forma independiente o dependiente del resto de brazos, siendo el

independiente mejor debido a que se pueden hacer más operaciones al mismo

tiempo,porquemientrassehaceladescargaycargadelmaterialelrestodebrazospueden seguir girando, pero esto implica tener un diseño de la máquina más

complejo.

• TipoShuttleolineal

Se basa en utilizar una plataforma donde se aloja la pieza y ésta avanza por las

distintasestacionesde calentamientoy enfriamientopormediodeunos carritosquesoportanlosmarcosquerotandeformabiaxial.Paramaximizarlaproducción

depiezassesuelenutilizarvarioscarritosalavezparaque,cuandounoestéenla

estacióndecalentamiento,elotroestéeneldeenfriamientoyasípoderduplicarlaproducción.Lomejordeeste tipode rotomoldeoesel espacioempleadopara la

maquinaria, que para tener una capacidad productiva parecida a la de tipocarrusel,ladetiposhuttleocupamuchomenosespacio.

Figura5: Rotomoldeotiposhuttle.

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Estos distintos tipos de máquinas de rotomoldeo son los que existen en la

actualidadenel ambiente industrial capacesde fabricar lotes grandesdepiezas.También existen sistemas cuyo fin es la fabricación de piezas con un número

pequeño de unidades, los cuales debido a su baja productividad son sistemas

sencillos. En este grupo se alojarían sistemas de rotomoldeo de un brazo o consistema de marcos perpendiculares. Este ultimo tipo es el utilizado para este

proyecto.

Figura6: Sistemabiaxialdeunsolobrazo.

3.3 Materiales

Porlogeneralenesteprocesodefabricaciónseutilizantermoplásticosloscualessereblandecenconunaumentodelatemperaturayseendurecenalenfriarse.Esta

capacidadesmuybuenaparapodermeterelplásticoyalíquidoenelmoldeoen

forma de granza, dependiendo de si el molde se calienta o no, para que así elplástico vaya conformando la pieza creando la geometría posándose el plástico

sobre los bordes del molde mientras gira. Por otra parte también se pueden

utilizartermoestablesperoéstosdebenserenformaderesinaqueseviertenenelmolde en forma líquida para que así el proceso de formación del polímero y el

endurecimientoseproduzcadentrodelmoldemientrasésteúltimorota.

En la actualidad en la industria se utilizan principalmente termoplásticos donde

parahacerqueelplástico fluyadentrodelmoldedebede ser calentadohasta latemperaturadefusióndelplástico,querondanlos200°C,porloqueelmoldedebe

desercalentado.Específicamente,eltermoplásticomásutilizadoeselpolietilenoensusdiferentesformas(reticulado,dealtadensidadHDPEyeldebajadensidad

LDPE)agrupandomásdel80%delaindustriadelrotomoldeo.Elresto,enorden

deimportanciaseencuentranelPVC,polipropileno(PP),poliésteresinsaturados,etc.Lostermoplásticossonlosmásidóneosparaesteprocesoporquealcalentarse

aunaciertatemperaturasevuelvenlíquidossinquesedegradencomopasaenlos

polímeros termoestables. Una vez se vayan enfriando se endurecen poco a pocohaciendoquelapiezasevayahaciendocapaacapaformandounúnicosólido.

Además de los termoplásticos, también se pueden utilizar termoestables, pero

dichopolímerotienequesertiporesinabicomponente.Larazónporlaquedichos

termoestablesdebendeserenresinassedebeaquelostermoestablescuandoson

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calentados en vez de fundirse y tener forma líquida, se degradan y las cadenas

poliméricas,queesloqueformaelpolímero,serompen.Estaresinabicomponentesecomponededosmonómeros,queintegranelpolímero,enformalíquidaqueal

juntarlos, por medio de un proceso de emulsión, se genera el polímero

bicomoponente. Este proceso es irreversible por tanto una vez producido eltermoestable,dichopolímeronopuedevolveraunestadodefluenciacomopasa

enlospolímerostermoplásticos.

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4. ELECCIÓNDELDISEÑOParaelegireldiseñohayquesabercualeselfinalquevadirigidolamáquina.En

esteproyectodeldesarrollodeunamáquinaderotomoldeotendrálautilidaddecrear sabots de ensayos balísticos para el departamento demedios continuos y

teoría de estructuras de la universidad Carlos III de Madrid. Estas piezas, por

motivos de diseño del ensayo, no excederán un diámetro de 60 milímetros(tamaño del cañón utilizado en el ensayo para acelerar los proyectiles) y una

longitud de 200 milímetros. Teniendo esto en cuenta, se delimita el tamaño

mínimoquesepuedehacerlamáquinademodoqueseaválida.Eldiseñoseguiráunmodeloporelquelamáquinaserácompactayquesepuedafabricarymontar

delaformamássencillaposible.Porestarazónningunodelosdiseñosinicialesnolleganaserigualdegrandesqueeldiseñofinaldebidoaquetodosloselementos

tienenque encajaren lamáquina final.Lamaquina finalpor tantoeseldiseño

másgrandedetodoslospropuestosyaquesino,conelgirodelamáquina,habríaelementosquechocasenentresíproduciendolaroturadelamisma.

Siguiendoestalógica,seproponeunbocetoinicialdecómohacerelmarcoexterior

quesuponelapartemásproblemáticaencuantoadiseñoserefiere.Estosedebea

que el marco exterior, que gira entorno a un eje horizontal, también tiene quegenerarotransmitirelmovimientodelmarcointerior,queenestamáquinagiraen

unejevertical.Elmovimientodeesemarcosecundarioointeriorsellevaacaboa

travésdeunsistemadepoleasyengranajes.Paratransmitirelmovimientofinaldedichomarco,sehacepasarunejeatravesandoelmediodelmarcoprincipalpara

queelsecundariosehallecentradoenlaestructura.

Teniendoencuentaesaspremisas, sediseñaelmarcoexteriordemodoquesea

fácildefabricarysupongaunamayorsimplicidadenelmontajedelamáquina.Losprimeros tres modelos propuestos son simples y fáciles de fabricar y vendrán

definidossegúnsepuedasuministrarlosmaterialesdeunamanerarápida.Estos

diseñosvienencaracterizadospor lageometríadelmarcoexterior,el cualpuedeestar hecho por medio de una chapa de aluminio, tubos rectangulares o tubos

circulares. Para hacer lamáquina lomás ligera posible todos los perfiles son depequeño espesor (≈1,5milímetros) y se baraja la idea de hacerlo de diferentes

materiales comoaluminio,PVCoacero,dependiendode la rigidezquesequiera

paralamáquina.

Aquíestánlastrespropuestasordenadassegúnseamenosválidaamásválidaalahoradesuutilidaddecaraallegaraldiseñofinaldelamáquina.

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4.1 Primeraopción:

Figura7: Marcoexteriordechapadeacerocortadaporlaser.

Como se puede ver en estemodelo, se utilizan geometrías simples en cuanto almarcoserefiere,peroa lahoradesoportarelejeencargadodelmovimientodel

ejesecundarioseaprecianalgunascomplicacionesy,portanto,sepuedenempezar

adescartardiseños.Estageometría,aunquesea laquemejorproporciónrigidez-peso tiene, es la más complicada para hacer el montaje. El eje que induce el

movimiento de rotación tiene que ser encajado en piezas específicas que seañadirían al marco de tal manera que encajen en el marco para que gire

solidariamente.Ademásdelejequelegeneraelgiro,estáelejequegeneraelgiro

almarcosecundario,quealserunmarcoplano,lavarilladebedetenerunciertoángulo de inclinaciónpara queno roce con elmarco exterior. Por estas razones

estemarcoesunodelosprimerosenserdescartados.

4.2 Segundaopción:

Figura8: MarcoexteriortubulardePVC.

Enelsiguientemodelolosejesderotaciónpuedenatravesarelmarcoparaqueelgiroestécentradoenlaestructura.SetratadeundiseñoligeroalsertubosdePVC

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de25milímetrosdediámetroyespesorde1,2milímetrosysepuedenencontrar

losmaterialesencualquierferreteríaespecializadahaciendoquelaconstrucciónyel suministro sea fácil. Por el contrario tenemos que la sujeción del eje que

transmiteelmovimientodegirodelmarcointeriorsecomplicaporqueelasiento

sobreelmarcoexteriortieneformacilíndrica.

En definitiva, si almarco se le pone algún tipo de pieza adicional, no sería una

pieza fácil de fabricar o de encontrar, si se optase por esa opción, debido a sugeometría.Asíquedaríaelsoportedeeseejedetransmisióndelmarcosecundario.

Figura9: MarcoexteriordePVCconsoporteparaelejedetransmisión.

4.3 Terceraopción:

Eltercerdiseñoestaformadoportubosrectangularesde30x15milímetroscon

un espesor de entorno a 1 milímetro. Como con este tipo de geometría laestructura ya es resistente, elmaterial utilizado puede ser tanto aluminio como

PVC.Altenerlascarasplanassepuedenadherirpiezasextrasamododesoporteyquequedenbienfijadas,nocomopodríapasarenelperfilanteriorconelmarcode

forma cilíndrica. Además, como ocurría con el diseño de los tubos de PVC, se

puedenhacerperforacionesenelmediodelostubosparapoderpasarporahílosejesquetransmitanelgiroalosmarcos.Sabiendocualpuedeserundiseñoviable,

secreaunprimermodeloparatenerunapautaaseguirdecaraahaceriteracionescadavezmás completas, yaque, comoseve en lapróxima imagen, esunmarco

simpledondetienelojustoparaserfuncional,peropodríaplantearalgúnqueotro

problemaalahoradefabricarlo.

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Figura10: Marcoexteriordetubosrectangulares.

Comosepuedeverenlaimagenanterior,alossoportesdelejedetransmisiónde

girodelejesecundariolefaltanmuchoparaconvertirseenalgofuncionalyquesepueda fabricar fácilmente. A pesar de las posibles complicaciones que puedan

ocurrir con este diseño, se realiza un boceto completo de lamáquina para ver

cualessonlospuntosfuertesydébilesdelamáquinaparapodersolucionarlosdecaraalarealizacióndelbocetofinal.

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Figura11: Marcoexteriordetubosrectangularesmásdesarrollado.

Una vez obtenido un diseño más o menos viable, hace falta estudiar como

mejorarlo para tener los menos problemas posibles y rigidizar la estructura

eliminando cualquier punto débil. Para ello hay que averiguar como hacer lasuniones entre tubos lo más estable posible. La mejor posibilidad es poniendo

escuadrasqueesténunidasenunángulode90°adostubosalavez.Estasoluciónimplicaque cada tubo sedebade cortar con lamáximaprecisiónparaque todo

encaje,sobretodolostubosdelosmarcosquedebendesercortadosenunángulo

de 45° y así formar las esquinas. Lo mismo pasa con los tubos verticales delsoporte,debidoaquesinoestándeltodorectolosagujerosnoestaránalineadosy

por tantohayunaaltaprobabilidaddeque lamáquina falle.Porestas razonesy

manteniendoeldiseñodelageometríadetuborectangularsedecideutilizartubosdeperfilNikaide20x20milímetros.

Conelusodeesteperfilnosetienentantosproblemascomoseteníanantesala

horade fijar laspartesperpendicularesentresí.Estosedebeaquehayapliques

específicos para el perfil que se encajan en las ranuras del perfil y sirven paraanclarescuadrasquemantienenfijosdosperfilesformando90°.Ademássiseelige

bieneldiámetrodelasvarillasquetransmitenelmovimiento,nosetendrátantoproblemaalahoraderealizarlasperforacionessobreelperfil.

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Figura12: SeccióndelperfilNikai.

Comosepuedeapreciarenlaimagenlaranuratieneunaaberturade6milímetros,porestarazónyparanotenerquetaladrarmásmaterialde lonecesarioseopta

porutilizarejesde5milímetrosdediámetro.Esosejesestánportodaslaspartes

delamáquinadebidoaquesonlosejesdegirodecadamarcoparaasíformarunaestructurabiaxial.Elejeprincipal,eldelejedegirodelmarcomásgrande,viene

dadoporladirecciónhorizontal,paraleloalsuelo,ysonlasquesoportanalmarcoexterior al ir tambiénatravesandoel soportede la estructura.El segundoejede

rotación, el que hace girar el marco pequeño, tiene un sentido vertical y se

transmitegraciasaunasvarillasqueatraviesanelcentrodelmarcosecundarioyelcentrodelmarcoprimario. Comoelgirodeestemarcosecundariopasaatravés

delmarcoprimariotodoelejedegirogirajuntoconelejeprimario.

Figura13: Movimientobiaxialconrelación2:1.

Sabiendocomosehacenpasarlasvarillasatravésdelosmarcoshacefaltasabercomo se transmite hasta ahí dicho giro y como hacer que los marcos giren

solidariamenteconlasvarillas.

Elmovimientodebedeestartransmitidoportodalaestructuradebidoaquesolo

hay un elemento que genera el par de giro. Por esta razón hace falta incluirelementosdetransmisióndepotenciacomopoleasyengranajes,loscualesiránen

elmarcoexteriorparaasípoderrealizarlarotacióndelmarcointerior.Paraellose

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utilizaunsistemadepoleasque transmitenelmovimientodesdeelejeprincipal

delmarcoexterior,queasuvereselejemotriz,hastaunacaradelmarcoexterior.Por eso la importancia de tener un sistema de sujeción de este eje sobre este

marco.Esteejedetransmisiónesparaleloalmotrizyportantotambiénloesdel

principal, para que sea perpendicular a dicho eje y convertirse en un sistemabiaxial se utilizan dos engranajes cónicos para transmitir esemovimiento en un

ángulode90°.

Para que losmarcos giren solidariamente junto con las varillas se utilizan unas

placas que van unidas a los marcos. Estas placas, de entre 2-1,5 milímetros deespesor, sirven para proteger los marcos del choque que puedan producir las

varillasconlosperfilescuandogiren,asísiserompeunapartedelamáquina,que

seaunadelasplacas,lascualessonfácilmentereemplazables.Estasplacassonlaclavedelamáquina,yaquetambiénsonlasquesoportantodaslaspartesmóviles

e impidenquesedesalineen losejesmientras lamáquina funciona.Son tambiénlasqueseutilizanparasujetarrodamientosy lapartedelejecomprendidaentre

las poleas y los engranajes manteniendo el eje recto con respecto a uno de los

ladosdelmarcoprincipal.

Solucionandotodoslosproblemasquepudieranhaberalahoradetransmitirlos

girosserealizaunúltimobocetoincluyendotodaslasmodificacionescitadas.

Figura14: Diseñofinalsinningunaevolucióndeplacas.

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Lasmodificacionesposterioressonvariacionesmenorescentradasprincipalmente

enquelaspiezasseanmásfácildefabricar.Porestarazónsevaríaligeramenteeldiseñodelasplacasquesoportanlosejes(mostradasenamarilloenlafigura14).

Debido a que dichas placas no aportan ningún elemento estructural se deciden

hacer por impresión 3D y así hacerlo personalizado para nuestro diseño demáquina.

4.4 Optimizacióndelasplacasdesujeción

Desde un primer momento se piensa en hacer unas placas hechas a base de

planchas de acero de 1,5mm de espesor como en la primera opción de diseño(como la figura7)ycon lamismaempresa.Teniendoencuenta lasmedidasque

hacen faltay lasoperacionesquepuedehacer laempresa, lacualhacecorteporlaserdechapasyelplegadodelasmismas.Sabiendoestosecreanunosmodelos

parapedirunpresupuestoalaempresaLasertekdandocomoresultadoquenose

puedenfabricarpiezascondosplieguesseparadosentresíunadistanciamínimade12-15mm.Estoconllevaarediseñardostiposdepiezaslascualesestánconla

denominación: Placas con forma de U, que sirve para soportar el eje de

transmisión junto con sus rodamientos y la Placa Rodamiento, que como sunombreindicasirveparaaguantaralosrodamientosensusitio.

LasoluciónaesteproblemaeshacerquelasplacasformadeUenvezdetenerdos

pliegues tengan solo uno, y para tener lamisma función que con la disposición

anterior, pasande ser 2 a ser 3 elementos. En el casode la placa rodamiento elplanteamientoeselmismo,deserunaplacacondiseñodemúltiplespliegues,pase

a ser un sistema de dos placas planas, una se encarga de separar el perfil delrodamientoylaotraplacaseencargadeevitarquesemuevaradialmente.

Figura15: Primeramejoradelasplacas.

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Lasiguientemodificaciónesmásradicalquelasanterioresporquenoestásujetaa

tantas restricciones como las anteriores hechas a base de planchas de acero. Enestaevoluciónsepasade lascitadasplanchasdeaceroa la impresión3D loque

simplifica todo, desde el precio hasta el diseño. Con este cambio de materiales

además se gana en ligereza aunque estas piezas no supongan una carga muygrandedentrodelconjuntodelamáquina.Conlautilizacióndeestetipodepiezas

los sistemas de placas se transforman en una sola pieza con un espesor y una

geometríacomosequieradentro lasrestriccionesquetiene la impresora,siendoestasrestriccionesmenoresquelasqueseteníanconelacero.

Figura16: MejoradechapadeaceroapiezaimpresadePLA.

Pese a que parece que estas piezas pueden ser las definitivas a un les faltadesarrollarsemásparaqueconsiganque lamáquina funcionede lamejor forma

posible.Estoseconsiguehaciendoqueloselementosquesujetantodoaquelloquetengamovimiento,semuevanlomínimoposibleyparaelloseajustanalmáximo

lastoleranciasyseaumentanlasprofundidadesdelasplacasdondesealojanlos

rodamientosdandolugaraqueelrodamientoapenasseleveporqueseencuentracasienvueltoporlapiezaimpresaquelosostiene.

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Figura17: ÚltimaiteracióndelaplacaquesoportaalrodamientoylaplacaformadeU.

Unadelasplacasquenosehahabladoporquenosehamodificadonadadesdeque

primerosepensóhacerenaceroyposteriormentesehaceenplástico, es laque

hace que los marcos giren solidariamente con su eje correspondiente. En unprincipio,siendounaplacadeacero,éstaibaapresiónparatransmitirelgiro.Al

hacerse enplástico esmásdifícil que la placa aguante el par de giro solo por elhecho de ir a presión. Por esta razón se hace de la siguiente geometría con una

aberturacircularenladireccióntransversalalagujeropordondepasaelejepara

hacerpasarporahíuntornilloprisioneroyasegurardeunaformamásseguraquelaplacagiresolidariamenteconeleje.

Figura18: Evolucióndelaplacade5mm.

Haciendosolounagujeroenestaplacasesolucionalatransmisióndelgirodeleje

a los marcos, pero se crea otro problema. Este problema se trata de ladesalineacióndel eje que aparece cuando el tornillo prisionero aprieta el eje. La

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soluciónparteenrepartiresafuerzadeaprisionamientoentresparaqueelejeno

se descentre de su agujero. Por esta razón en vez de haber un agujero para eltornillo prisionero hay tres con una diferencia angular de 120° para que así, al

estarequidistantesentresí,serepartanlasfuerzasequitativamenteenlosejesXe

Ydelespacioyasímantenerelejerecto.

Figura19: Evoluciónfinaldelaplacade5mmmodificada.

Contodasestasmodificacionesquedaríaconcluidoeldiseñofinaldelamáquinay

por tantoeldiseñoqueseutilizaráparacrear laspiezasa travésdelmétododelrotomoldeo.

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Figura20: Diseñofinal(elconstruido).

4.5 Explicacióndeldiseño(enfuncióndecadaelementoimportante)

Lasprincipalespremisasdeconstrucciónson:quesealomásresistenteposible,lomásbaratoposiblesinqueperjudiquealaresistenciayqueseafácildehaceryde

suministrar piezas. Para ello la mayoría de los componentes provienen de un

mismoproveedor,RSComponents.

LosperfilesNikaisondealuminio,loqueaportaalaestructuraunagranrigidezayudado también por los encajes que se atornillan a las ranuras que tienenquedando de estemodo los perfiles fijos entre sí. Los perfiles se reparten de la

siguienteformaenlaestructura:

o Elmarcointeriorosecundarioformauncuadradode100mmdeladoensu

parte interior,quevaa ser la zonadondesepongan laspiezasa fabricar.Estemarcoestácompuestopordosperfilesde140mmydosde100mm.A este último se le han practicado 3 agujeros para poder atornillar lasplacasyhacerpasarlosejesporahí.

o El marco exterior o primario tiene una forma rectangular dejando unespaciointeriorde230mmx187mm.Estemarcoestácompuestopordos

perfilesde270mmde longitudydosde187mmde longitud.Todos los

21

perfilesqueloformanselehanhechounosagujerosparapasarlosejes,en

un tipo de perfil (el 270 mm) para pasar el eje que genera el girosecundario,eldelmarcointerior,yenelotroperfil(el187mm)paraelgiro

delpropiomarcoexterior.Ademásdeesosagujerosenelperfilmáslargose

hacen dos agujeros de más para poder atornillar el soporte del eje detransmisión.

o El soporte es la última estructura formada por los perfiles Nikai. Loconstituyen cinco perfiles, dos de 220 mm, que se colocan en vertical ysoporta todo el peso de la estructura; dos de200 mm, que funcionan amododepatasysecolocantransversalmentealaestructurayunperfilde

340 mm que une los dos perfiles anteriores y se coloca de formalongitudinalalamáquina.Enestesoportesolosehanhechoagujerosadosperfiles,estosson losperfilesde220mmyseutilizanparapasar losejes

quevienendelmarcointeriorysoportantodoelpesodelosmarcos.

Figura21: MedidasdelperfilNikai.

Otroelementoimportantedelamáquinasonlas varillasde5mmdediámetro.Estas varillas se utilizan para que losmarcos pueden girar y está compuesto deaceroinoxidablededureza60HRCconunatoleranciah6(queesunatoleranciade

hasta6micraspordefecto)loqueayudaráainsertarlosrodamientos.Losejesde

acerosecortandemodoqueseobtengandeellos5varillasdemenortamaño.

Enelmarcoexteriorlasvarillassonlassiguientes:

o Ejemotrizqueseencargadegenerartodoelmovimientodelamáquinay

llegahastaelmarcoexterior,pasandoatravésdelsoporte,dondesefijaasus placas para que giren solidariamente. Este eje también pasa por una

polea para que el giro se pueda distribuir almarco interior. En el diseño

propuestoesteejetieneunalongitudde150mm.

o Para transmitir el giro al marco interior se utiliza una varilla (eje detransmisión) que se encuentra fija a una cara del marco exterior y sumovimientovienedadopor lapoleaantescomentadadelejemotriz.Asu

22

vezcomoestavarillatienelamismadirecciónqueelejemotriz,seleañade

un engranaje cónico para que pueda transmitir este movimiento en unángulode90°ygenerarelgirodelmarcointerioryportantohacerqueel

giroseabiaxial.Aestavarillatambiénseledenominaráejedetransmisión.

Este eje además de tener una polea y un engranaje cónico, contiene dosrodamientos cuya función es mantener el eje en su sitio y ofrecer un

movimiento relativo ente las fijaciones y el eje. Este es el eje más

importanteymás críticodebidoa su funcióny tieneuna longitudde165mm.

Lasvarillasdelmarcointeriorsonlassiguientes:

o Lasiguientevarilla(ejeengranaje-marcosecundario),eslavarilladondeel ejede transmisión transmiteel giro, tieneuna longitudde80mmyva

desdeelmarcoexterior,atravesándolo,hastaelmarcointerioralcualsefijaparagirarcomosifueseunsolosólido.Contienealigualqueelejeanterior

unengranajecónicoparapodergirarperpendicularmentealejemotriz.

Lasvarillasquenosehanexplicadosedebeaquesusfuncionessonsecundarias.

Estas solo sirven como punto de apoyo para que los marcos giren con más

facilidad.

Figura22: Ejedetransmisiónconsuscomponentes.

Las placas, dentrodeldiseñode lamáquina, cumplenuna función clavepara elfuncionamientode lamáquina yparaque ésta tengaunamayor vidaútil.Hay5

tiposplacas:placas5mm,placas6mm,placasrodamiento,placaenformadeUylaplacadesujeción.

o La placa de sujeción es la menos importante y su única labor es la de

ofrecerunpuntodeapoyodelostornillosquesujetanlaplacaenformade

U.

o Laplaca en formadeU sirveparamantenerelejede transmisiónaunacierta distancia del marco exterior y que no se mueva. Esto se hace

sujetando los rodamientos que tiene este eje para que así no haya

problemasdeinteraccióndepiezasmóvilesconpiezasestáticas.Enlafotoanterior se ve claramente ese mismo eje sin la inclusión de la placa en

formadeUaunquesulocalizaciónseríaentrelosdosrodamientos.

23

o LasplacasrodamientocuyafunciónesmuysimilaralaplacaenformadeU. En este caso además de evitar movimientos del rodamiento tantoradiales comoaxiales, también sirvepara separar lapartemóvil, el anillo

interior del rodamiento, del marco y que no se produzcan rozamientos

innecesarios.

Por último están las placas 5mm y 6mm con una utilidadmuy parecida entre

ellas.

o Lade6mm solosirveparaprotegerelperfildelgirodelejeparaquenogenereroturasnienunelementonienelotro.

o Lade5mmtienendosformasuna5mmnormaly la5mmmodificada.Paradistribuir elparde los ejes a losmarcos seutilizan lasplacas5mm

modificada.Estaplacatienelacaracterísticadetener3agujerosseparados120°paraquesepuedafijardelamejorformaposiblealeje(enlafigura19

semuestra unaplacade este tipo). Estos agujeros llevaránunos tornillos

prisioneros M4 para apretar el eje. La utilización de este número detornillos y su situación angular se debe a que sino el eje sufre

desalineacionesyportantomovimientosnodeseados.Lasplacas5mmsin

modificarseutilizansoloparaque lasanterioresnosemuevanytambiénsirvendeapoyoparalastuercasademásdeprotegeralperfildeleje.

Figura23: Posiciónrelativadelasplacas5mmmodificadasrespectoalsoporteysituaciónde

lasdistintasvarillas.

Resumiendotodo locomentadoanteriormente, lasiguientetablamuestradeuna

maneramásvisibleunalistadetodoslosmaterialesutilizadosenlamáquina:

24

Tabla1. Listademateriales.

LISTARESUMIDADEMATERIALES

PerfilesNikai

Marcos

2x100mm2x140mm2x187mm2x270mm

2x200mm

Soporte2x220mm

1x340mm

Ejes

Polea-Engranaje 165mmMotriz 150mmSoporte-Marcoprimario 70mm

Marcoprimario-Marcosecundario 70mm

Engranaje-Marcosecundario 81mm

Escuadras Conjuntodeescuadrasconencajede6mm x14

Rodamientos Tipo625 x6Engranajesdeingletes Calibre5mmy24dientes x2

Placasdesujeción

Calibre5mmy5mmmod x4+x4Calibre6mm x6Sujeciónrodamiento x4Sujeciónsimple x1

FormadeU x1

Poleas

36dientesy22,78mmdediámetrodeacople x1

18dientesy11,13mmdediámetrodeacople x1

Correa longitudde325,12mmypasode2,032mm x1

Tornillos M3concabezaAllen x18Tornillosprisioneros M4pavonado x13Tuercas M3 x18

25

5. Funcionamientodelamáquinaycálculos

Estamáquinasecreaparafabricarunaspiezasdetamañoreducido,deunaformamanual y utilizando unos recursos básicos. Todo esto condiciona el tipo de

máquina, su tamaño y losmateriales utilizados para hacer las piezas. Por estas

razonesestassonlascaracterísticasparticularesdelamáquina.

5.1 FactordegiroycalculodelalongituddelacorreaUn sistema de transmisión formado por dos poleas y una correa viene

caracterizado por el giro de una de ellas, la cual se le denominará como polea

conductora,y laotraquetieneunmovimientocondicionadapor laprimerase ledenomina conducida. Esta teoría es válida para aquellos sistemas donde el

movimiento de las poleas solo es de giro simple. En el rotomoldeo una de laspoleasgiraalrededordelaotracomosideplanetassetratase.

Si el sistema de poleas implementado en la máquina de rotomoldeo siguiese elmismomodelo de transmisión demovimiento simple se tendría unmovimiento

nuloenlaconsideradacomopoleaconducida(lasegundapolea).Larazóndeesta

faltademovimientovienedadoporlavelocidadrelativaentrelacorreaylapolea“conductora”,quecomolapolea“conducida”tienelamismavelocidadangularque

la polea “conductora”. Entonces para que la polea “conducida” tenga un girosimple, tiene que haber un giro relativo entre la correa y la polea “conductora”.

Parahaceresoposiblelaúnicaopciónesquelapolea“conductora”estéestática(a

partirdeahorapoleaestática).Generandoesemovimientorelativoentrelacorreay la polea estática, la polea conducida se mueve gracias al movimiento de

traslación de dicha polea alrededor de la polea estática. Con estemovimiento lacorrea es laquehace el trabajode lapolea conduciday es ellamisma laqueva

engranando dientes sobre la polea estática y generando un movimiento en la

correa pudiéndose ser transmitido a la polea conducida que se encuentra sobreunadelascarasdelmarcoexterior.

Figura24: Movimientorelativodelacorreaylaspoleas

26

Unavezgeneradoelmovimientoenlosdosmarcosortogonalesfaltaportratarlarelacióndegiroquedebendemantenerambosejesparaqueelgiroseaóptimoen

ambosejes.Paraellohayquesaber lasgeometríasadesarrollarycomosevana

colocar dentro de la estructura. La colocación delmolde y la pieza a fabricar sehacensegúnlafacilidadalahoradecargarelmaterialdentrodelmoldeyparaque

lamáquina sea lomás compacta.De esta formay tomandoestas condicionesde

diseño, se decide poner las piezas de modo que su dirección longitudinal seatransversalalosmarcosyportantotambiénasusejesderotación.

Peseaqueconesterotomoldeosevanahacermultituddepiezasycondistintas

relacionesdeaspectoseeligeunarelacióndegirode losmarcode2:1siendoel

marcoquemásgireelmarcointerior.

Haciendodichaeleccióndegirohacefaltasabereltamañodelaspoleaparaquesecumplalarelacióndegiroestimadaanteriormente.Paraelloseutilizaunapoleade

36dientesparalapoleaestáticay18dientesparalapoleaquevaencajadaenel

ejedetransmisióndelejesecundario.

Sabiendo las características de las poleas hay que buscar una correa cerrada

acordeconnuestrasespecificaciones.Teniendoescogidas laspoleasquesevanautilizar se realiza el cálculode la longitudnecesariapara la correa. Sabiendo los

diámetrosdeengranede lasdospoleas,11,13mmpara lapoleade18dientesy22,78mmparalapoleade36dientes,yladistanciaalacualsequieretransmitirel

giro,136mm,seutilizaunafórmulaparasaberlalongituddelapolea.

!p = ! !1 + !22 + !2 − !1 !

4! + 2!

Siendo:

D1=eldiámetrodelapoleademenortamaño(11,13mm)D2=eldiámetrodelapoleademayortamaño(22,78mm)

a=ladistanciaentrecentros(136mm).

ConestosdatosseobtienequelalongituddelacorreadebedeserdeLp=325,49

mm. Por tanto viendo el catalogo de productos de RS Componentes se elige la

correaconunalongitudde325,12mm.(12,8pulgadas).

Para que el movimiento fuese más fluido por parte del sistema de transmisiónpolea-correaselehapuestountensor.Setratadeunelementoqueseencuentra

situadopordentrodelperfil.Su funciónes ladegeneraruna tensiónextraen la

correa,ademásgraciasasuposición,hacequelapoleapequeñatengamásdientesengranadosalmismotiempohaciendoquesedisminuyalaposibilidaddequehaya

deslizamientoentrelosdientesdelapoleaylosdientesdelacorrea.

27

5.2 Materialesdelmoldeypiezasaprocesar

En la técnicadel rotomoldeo y en la industria del procesamientodel plástico en

general,seutilizantermoplásticosparaconfeccionarlaspiezas,yaqueestetipodeplásticossepuedencomprarmuyfácilmente,enformadegranzaopellets,ypara

dar forma a la pieza se calienta hasta que el plástico fluya. Una vez caliente seintroduceenelmoldeysedejaenfriaradquiriendolaformadeseada.Sinembargo,

comoesterotomoldeonosevaautilizardeunaformatanintensiva,seutilizauna

forma de procesamiento en frío utilizando unas resinas bicomponentes depoliuretano, la resinaE55 y laUrecast, ambas de la tienda Feroca. Estas resinas

fraguan entorno a unos 10 minutos tras la mezcla homogénea de los dos

monómerosqueconstituyenlaresina.Paracrearelmoldedelasprimeraspiezasagenerar por el rotomoldeo, que son las piezas utilizadas para hacer los ensayos

posteriores, se ha modificado una de las probetas impresas adhiriendo unaestructuratipoTparaquesemantengaensusitioysepuedahacerelmoldedela

formamáshomogéneaposible.Estapiezaseintroduceenunvasodeplásticoque

se utiliza para contener la silicona y de ese modo hacer el molde con la piezaimpresaamododepiezamodelo.Enlasiguienteimagensemuestraunafotografía

delapiezaquesehautilizadocomopiezamodelo.

Figura25: Piezamodeloparaelmolde.

Losmoldes, en el casode laspiezashechasdepruebaque seránutilizadaspara

realizarunensayodecompresión,serealizaconlasiliconaSilastic3481tambiénde Feroca que tarda en endurecer 24 horas pero gracias a la utilización de un

agentedecuradoeste tiemposereducea tansolo90minutosconun tiempode

preparación de 8 minutos. Su función es la de contener el material líquido delplásticobicomoponenteygenerarlageometríadelapiezarequerida.

28

6. Propiedadesdelmaterialaprocesar

6.1 ParámetrosdelanormaASTMD695-02

6.1.1 Definicióndelestándar

Para comprobar las propiedades mecánicas de los materiales que se disponen

(resinas de poliuretano) para utilizar en la máquina de rotomoldeo se le van ahacerunaseriedepruebasdecompresión.

Pararealizarestaspruebas,sesiguelanormadeestandarizaciónD695-02adela

AmericanSocietyforTestingMaterials(ASTM)paraquelosresultadospuedanser

verificadosdeformainternacional.Estanormaeslaqueregulacomosedebendehacer las pruebas de compresión a plásticos rígidos, como es el caso de los

materiales utilizados para procesar en el rotomoldeo. Esta norma regula losparámetros en los que se debe realizar los ensayos. La D695-02a se basa en la

realizacióndeensayosdecompresióndeplásticosrígidos,loscualespuedenestar

reforzadosonoreforzados.Enlarealizacióndelensayotambiénseestipulacomodebe ser laprobeta al igual que como realizar el procesode carga. Lanormade

ASTMD695-02a es técnicamente análoga a la norma internacional ISO 604 solo

quevaríalaformadeprobetautilizada.

EnelensayodecompresiónsesacandatostalescomoelmódulodeYoung,puntode fluencia, deformación tras el punto de fluencia y la resistencia a compresión.

Ésteúltimopuedequenosepuedasacarsielmaterialenvezdefracturarseono

tener ninguna discontinuidad en la carga aplicada alcanza un punto donde laprobetasetransformaenundiscoplanomientrasseaplicadichacarga.

6.1.2 Maquinariadelensayo

Lamaquinariaparahacerelensayodebeserestándaroalmenosquecumplalosrequerimientosmínimosqueproponelanorma.

− Máquina de ensayoà Ésta debe de ser capaz de medir la fuerza o cargaaplicadasobrelaprobetaysintenerenningúncasoinerciaquemodifiquelos

resultados.Tambiéndebetenerunmecanismoparacontrolarlavelocidadalaque se hace el ensayo ya que como se explicará posteriormente esta norma

tambiéndictalavelocidaddelensayo.

− Herramienta de compresiónà Este ensayo se hace con una probeta puesta

verticalmente y por ello la compresión se debe ejercer la carga con unassuperficies planas, horizontales al suelo y paralelas entre sí para garantizar

que se aplica una carga uniforme a la pieza ensayada. Esta herramienta decompresión también debe de tener una plaquita de sujeción para que la

probetanosemuevaduranteelensayoyundispositivoquepermitamedirla

29

distancia recorridao ladistanciaentre lasdossuperficiesplanasparapoder

sabercualesladeformacióndelamuestra.

− CalibreàDebede tenerunaprecisiónmínimade0,01mmyseutilizaparaverificar las cotas de la probeta para poder corroborar que se ajusta a los

márgenesdelensayoestandarizado.

6.1.3 Probeta

Eldiseñodelaprobetadependedelusoqueselevayaahacerdichaspiezashechascon el plástico en cuestión. La norma estándar D695-2a establece distintas

geometrías, desde prismática hasta cilíndrica dependiendo de si es un plásticolaminado o reforzado, piezas de pared gruesa o de paredes delgadas, etc. Las

probetas estándar de ensayo que rige esta norma suelen tener una relación de

esbeltezcomprendidaentrelaunidad(1:1)ydeldobledelongitudquesusección(2:1),aunquenoesraroencontrarseprobetasconrelacionesdeesbeltezentre11

hasta 16:1. Para el ensayo que se va a realizar, se va a optar por una de las

geometríasestándardondesubasetieneundiámetrodemediapulgada(12,7mm)yunaalturadeunapulgada(25,4mm),dandoasíunarelacióndeesbeltezde2:1.

Figura26: Probetaquesevaautilizarparacumplirlanorma.

6.1.4 Parámetrosdelensayo

El ensayo se hade realizar enun entorno adecuado y controlado, ya que el testdebedehacerseaunatemperaturaentronoalos23°C.Ademásdelascondiciones

ambientales,tambiénsetienequeregularlavelocidadalaqueserealizaelensayodebido a que en un principio es una prueba estática y si la velocidad aumenta

demasiadonosepodríacontarcomotal.Estavelocidadhadeserde1,3mm/min

aproximadamenteaunque,cuandoelmaterialpasasupuntodefluencia,sepuedeaumentarlavelocidadhastalos5-6mm/minhastaqueseproduzcalaroturadel

material.

30

Paradarporbuenoslosresultadosdelensayo,sedebenhacerpruebasaalmenos

5 probetas por cada muestra estudiada en materiales isotrópicos. Para losanisotrópicos, se deben hacer 5 pruebas por cada eje de anisotropía, por tanto

hastauntotalde10muestras.Silasmuestraspresentanalgúntipodefalloporel

cual hace que rompan debido a esto, estas prueban deben de descartarse yvolversea repetir. Sidichos fallos constituyenunavariableno sedescartanesas

piezas.

6.1.5 ResultadosquesesacandelensayoSi se ha seguido lospasos según indica la norma los resultadosque establece el

estándarcomoválidossonlosiguientes:

− Resistencia a compresión à Calculada por medio de la división de la

máximacargaaplicadaalapiezaylasecciónmínimadelapiezaalprincipiodelensayo.

− ResistenciaafluenciadecompresiónàVienedadoporelpuntoporelcuallapiezadejadeteneruncomportamientoelástico,paratenerunoplástico

(puntode fluencia). Suvalor se calculapormediodel valorque tiene esacargaentreeláreatransversaldeliniciodelaprobeta.

− MódulodeelasticidadàSecalculamediantelatangentedelapartelineal

detensión-deformaciónsiendoéstacalculadaengigapascales(GPa).AestetérminotambiénselellamamódulodeYoung.

− CargamáximaàEslacargamáximaquealcanzalaprobetaenelmomentodel ensayo. Suele darse durante la zona de plastificación justo antes de

romperselapieza.

− Rigidez en función de la deformación à Este valor vendrá dado parasustituir el módulo de elasticidad. Se aplicará a las piezas que se han

ensayadoynotienenunaseccióntransversalconstantelocualcorrespondeconlasprobetashuecas.

6.2 Parámetrosinicialesdelensayo

Esteensayose realizaparahacer comparaciónentreelmaterialque seutilizabaanteriormentepara losensayosdealtavelocidady losnuevosmaterialesquese

vanautilizarapartirdeahora,lasresinasdepoliuretano.

31

6.2.1 Característicasdelamáquina

LamáquinautilizadaparaelensayoesunaInstron8516conunacargamáximadehasta100KNyundesplazamientomáximode150mm.Para realizar la prueba a

compresión se acoplan a la máquina unos platos planos para que sirva como

asientoparaquea lasprobetasse leapliqueunafuerzadistribuidaensusbases.Estamáquinaademás tieneunajusteporel cual sepuedevariar lavelocidadde

desplazamiento de los platos. Para que esté acorde con la norma descrita

anteriormenteestavelocidadsefijaen1,3mm/min.

Figura27: Platosdepresióndelamáquinadeensayo.

6.2.2 Característicasdelasprobetas

La probeta utilizada para el ensayo son cilindros demedia pulgada de diámetro

(12,7mm)yunaalturadeunapulgada(25,4mm).Enlarealizacióndelensayosetomarán dos tipos de muestras. Las primeras vienen dadas por ser probetas

sólidas,elmaterialrellanantodoelvolumendelapieza,yestáncompuestasdelostiposderesinaquesequiereensayar.Elmotivodelarealizacióndelensayoaeste

tipodepiezasirveparasaberdeprimeramano laespecificacionesmecánicasde

losmaterialesquesevanautilizarenelensayodealtavelocidadapartirdeahora.El otro tipo de probetas son huecas, tienen vacíos en su interior. Éstas se

ensayaránpararealizarunacomparaciónentrelaspiezasutilizadasparaelensayodealtavelocidadantesdelrotomoldeoydespuésdetenerelrotomoldeo.Poresta

razónlosdostiposdeprobetasaensayarconestaspropiedadesestáncompuestas

dePLAydeunadelasresinasquesevanautilizarenadelanteenelrotomoldeo.Ademásestasprobetasfabricadasutilizandoelrotomoldeo,sirvenpararealizarlas

primeraspiezasdepruebaparaverificarelbuenfuncionamientodelamáquina.

Las piezas sólidas son creadas por medio del método de colada, y como se ha

comentadoantesseutilizaranparacomparar lascaracterísticasmecánicasde las

32

resinasentresíytambiénrespectoalPLA.Larazóndeesteaspectosedebeaque

conlaspiezassólidasseobtienenpiezasconunavariaciónmínimasentreellas.Estallasimilitudquetienen,queunavezcreadasladiferenciamáximaenmasaentre

dospiezasesde0,09gramos,verificandolaaltareproducibilidaddeestematerial.

Noserealizan laspruebasconpiezassólidasdePLAporquealcontrarioque lasresinas, estas piezas sólidas no se pueden crear debido a que la impresora no

permitehacerunapiezasólidaporqueelplásticonollegaasolidificarsedeltodo.

Cada capa que se genera derrite la anterior haciendo que fluya por los lateralesdeformandolapieza.

Enelcasodelmaterialimpresosecrean7tiposdistintosdeprobetas.Dosdeellas

tendrán un patrón de llenado tipo panal de abeja con un porcentaje de

compactación del 20% y 40%. Cuatro de ellas utilizan un patrón rectilíneo decompactación igual al de panal de abeja pero incluyendo también las

compactacionesde10%y30%.Laúltimaprobetase tratadeunaprobetahuecaconunaparedcompuestaportreshilos impresos.Paragenerarestasgeometrías

seutilizóelprogramaSlic3relcualescapazdehacerdichaconfiguracióndepanal

deabejapordefecto.

Figura28: Probetasdeensayoimpresas.

Porotro ladoestán lasprobetashechaspormediodel rotomoldeo, las cuales su

variacióndesecciónsolosepuedehacerpormediodelaumentoodisminucióndel

espesordelapareddelapieza.Esoseconsigueaportandomásomenosmaterialalmoldequeseutilizaráenlamáquina.Comopormediodeestemétodonosepuede

conseguir una precisión tan buena, además de las probetas vacías se hace la

pruebaapiezassólidasdelosdostiposderesinas.

33

6.3 Realizaciónprácticadelensayo

6.3.1 ProbetassólidasderesinaE55yUrecastPara averiguar de una forma más fiable las características de las resinas que

posteriormente se van a utilizar para fabricar las piezas por rotomoldeo, se

ensayan las piezas sólidas de resina. Estas piezas son prácticamente iguales entodos los aspectos y como se mostrará a continuación sus características

mecánicas apenas se verán diferenciadas entre unas piezas y otras. Esta pruebarealizadaa lasdos resinas sirvepara teneruna comparaciónde laspropiedades

quetienen.Paraqueseveamejorcomosecomportan lasresinasseadjuntauna

gráficadelprocesodecargadetodaslasprobetasrellenas.

Gráfica1: Cargavsdeformacióndelaspiezasderesinasólidas.

Como se puede apreciar la resina Urecast es más resistente que la resina E55.

Tambiénsevecomonohayapenasvariaciónentreensayosdeunmismomaterial.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0,0090

0,0130

0,0172

0,0213

0,0254

0,0295

0,0336

0,0377

0,0419

0,0459

0,0501

0,0541

0,0581

0,0623

0,0664

0,0705

0,0747

0,0788

0,0829

0,0870

0,0910

0,0952

Tensión(MPa)

deformación(ε)

TENSIÓN-DEFORMACIÓN

E55_R1

E55_R2

E55_R3

E55_R4

E55_R5

URECAST_R1

URECAST_R2

34

Tabla2. PropiedadesdepiezassólidasdelaresinaE55.

E55 Nºdeprobeta

Códigode

probeta

Peso(gramos)

Cargamáxima(KN)

Módulode

Young(MPa)

Resistenciaafluencia(MPa)

Rigidez(KN/mm)

Probetasresinade

poliuretanoAE55-PR55rellenas

1 E55_R1 3,67 3,4325 735,17 27,10 28,9442 E55_R2 3,62 3,2605 732,95 25,74 28,8563 E55_R3 3,69 3,0655 710,66 24,20 27,9794 E55_R4 3,71 3,491 749,14 25,92 29,4945 E55_R5 3,71 3,017 658,95 23,82 25,943

Media 3,68 3,2533 717,374 25,35 28,24Comosepuedeapreciarcomosuseccióntransversalnocambialosdatosarrojados

por este ensayo apenas cambian teniendo de una forma aproximada las

propiedadesdelaresina.

Los datosmostrados en la gráfica anterior de las probetas de la resina Urecast

vienen de la siguiente tabla que como se puede apreciar soportan una cargamáximamásalta.

Tabla3. PropiedadesdepiezassólidasdelaresinaUrecast.

Urecast Nºdeprobeta

Códigodeprobeta

Peso(gramos)

Cargamáxima(KN)

Módulode

Young(MPa)

Resistenciaafluencia(MPa)

Rigidez(KN/mm)

Probetasresinade

poliuretanoUrecastRellenas

1 Urecast_R1 3,74 4,224 843,65 33,34 33,2152 Urecast_R2 3,76 4,2375 850,25 33,45 33,474

Media 3,75 4,23075 846,95 33,40 33,3445

ComopasabaconlaresinaE55losdatosapenasvaríanentreunamuestrayotra.

6.3.2 Probetasdelrotomoldeo

En la realización de los ensayos de las piezas generadas por el rotomoldeo, serealizaunacomparacióndesuspropiedadesrespectoalpeso.Estopermitetener

unaciertarelaciónentrelosensayosdebidoaladispersiónyfaltadeuniformidad

entremuestras.Estafaltadeuniformidadsedebeaquelapiezaensayadaesmuypequeñaylaformaporlaquesehizoelvertidoespocoprecisoyaquesehizopor

mediode jeringuillas conuna graduación enmililitros (con escala cada0,2mL).Paragenerar lasprobetasdelensayo, lascualestambiénsirvieronparahacer las

pruebas de la máquina, se utilizaron distintas cargas del material. Primero se

utilizóunacargade3mLdecadacomponenterebosandoelmoldegenerandoportanto una pieza sólida. Las siguientes piezas por tanto se utilizan 2mL de cada

componente.Conestacargadematerial,elcualserealizaenunvasoparahacerla

35

mezcla de los componentes para posteriormente verterlo al molde. Con esto se

tieneunamasadeprobetacomprendidaentrelos2,18gramosylos3,41gramos.Como se puede apreciar no se tiene apenas uniformidad en el vertido y por esa

razón se opta por incluir la variable de la masa de la probeta. Realizando más

pruebas se generan probetas con una menor carga de material, 1 mL por cadacomponentemezcladoenunvasoyotrovertidode0,5mLde cada componente

vertidoendirectamenteenelmoldeymezcladoenél.Estasdosprobetas tienen

unacaracterísticaquesedemostrarámásadelante.Aquísemuestralatabladelosdatos obtenidos de las probetas realizadas con la resina E55 por medio del

rotomoldeo.

Tabla4. DatosdelasprobetasderesinaE55procesadasporrotomoldeo.

Nºdeprobeta

Códigodeprobeta Peso(gramos) Carga

máxima(KN)Rigidez(KN/mm)

Probetasresinade

poliuretanoAE55-PR55

1 E55_V1 2,46 0,9585 10,3412 E55_V2 2,87 1,3985 16,8273 E55_V3 3,41 1,9645 22,8144 E55_V4 2,57 1,0435 12,2335 E55_V5 2,18 0,4635 7,89846 E55_V6 1,35 0,653 7,69567 E55_V7 1,42 0,5625 6,3611

Media 2,322857143 1,006285714 12,0243

Como se puede apreciar hay bastante dispersión en los datos, no importa que

variablesecojasetienendistintosvalores.Estosedebeprincipalmenteaquelaspiezassonmuydistintasunasdeotras,solohayquefijarseenelpesoquevadesde

los1,35gramoshasta los3,41gramos loquehaceunadiferenciaentreellosdel

90% respecto a la pieza de menor peso. Para ver la relación que tienen lascaracterísticas de este material se hace una gráfica de la carga máxima que

soportanenrelaciónasupesodandolugaralasiguientegráfica.

Gráfica2: Cargamáximavspesodelasprobetashechasporrotomoldeo.

0,9585

1,3985

1,9645

1,0435

0,4635

0,653

0,5625

0,2

0,7

1,2

1,7

2,2

0 1 2 3 4

CARGA(KN)

PESO(gramos)

CARGAMAX-PESOE55VACIAS

E55_V1

E55_V2

E55_V3

E55_V4

E55_V5

E55_V6

E55_V7

36

Como muestra la gráfica hay una progresión en las probetas que más pesan

mientras que lasmenos pesadas se alejan de esa linealidad. Esto se debe, comomuestra la figura 29, a que lamayor parte delmaterial se queda alojado en las

basesenvezdedistribuirsedeformauniformealolargodetodoelinteriordela

probeta.Lasprobetasmás ligerasalnotenertantoexcedentedematerialquesequedeenlasbasessedistribuyemejoralolargodelinteriordandolugaraquehay

unamayorproporcióndematerialenlasparedeslateralesqueenlasprobetasmás

pesadas.

Figura29: Llenadodelaspiezasporrotomoldeo.

6.3.3 Probetasimpresas

Paratenerunaanalogíaconelmaterialutilizadoanteriormentesecreanlaspiezasde PLA impresas con características parecidas. Para ello se crean las 7 probetas

conlasdistintasdistribucionesinteriores.Aligualqueconlaspiezashuecas,para

comparar los distintos de relleno, se establece una dependencia de todas lasunidadesmedidasrespectoalpesodandolugaralasiguientetabla.Hayquetener

en cuentaqueno sehanensayado todas laspiezasdisponibles, almenosyparatenerunadispersiónsuficientesehanensayado3probetasporcadadisposición

como mínimo. En estas piezas no se dan datos de sus propiedades mecánicas

porquesonhuecas.Parapoderhacerunacomparacióncuantitativaserealizaunestudiodelasrigidecesdelasdistintasprobetas.

37

Tabla5. Datosdeloensayoshechoalasprobetasimpresas.

Piezasimpresas

Disposición Nºdeprobeta

códigodeprobeta

Peso(gramos)

Cargamáxima(KN)

Rigidez(KN/mm)

Cargamáximamedia(KN)

Rigidezmedia(KN/mm)

Pesomedio

Probetahueca

1 2,04

4,8048 41,6583 1,9882 2,03 3 H10A 1,94 4,6585 25,9434 H10B 2 5,0015 50,3165 H10C 1,93 4,7545 48,716

honeycomb20%

1 2,44

5,2241 52,8413 2,3642 2,34 3 H20A 2,35 5,2815 51,5574 H20B 2,36 5,133 52,9335 H20C 2,33 5,258 54,034

honeycomb40%

1 3,07

6,9623 65,123 3,0042 3,01 3 H40A 2,99 7,558 70,4674 H40B 2,97 6,6565 62,8155 H40C 2,98 6,6725 62,088

Rectilinear10%

1 1,65

3,6485 38,653 1,6122 1,58 3 R10A 1,6 3,571 37,9014 R10B 1,58 3,615 38,1225 R10C 1,65 3,7595 39,936

Rectilinear20%

1 2,06

4,5095 47,0223 2,07752 R20A 2,05 4,392 45,1723 R20B 2,11 4,557 48,7964 R20C 2,09 4,5795 47,0995 R20D

Rectilinear30%

1 2,53

5,3555 53,2343 2,4662 2,43 3 R30A 2,43 5,3155 54,6784 R30B 2,46 5,3235 51,1515 R30C 2,48 5,4275 53,874

Rectilinear40%

1 2,9

6,3062 62,0077 2,8242 R40A 2,81 6,3505 61,8283 R40B 2,8 6,2075 60,9064 R40C 2,81 6,2305 63,3475 R40D 2,8 6,4365 61,95

38

ComosepuedeapreciarasimplevistadelosdatosobtenidosdelaspiezasdePLA

esqueestematerialesmuchomásresistentequelaresinadepoliuretano.Lacargamáximadeladisposiciónmásligerallegahastaunacargamáximade3,5KNcon

un peso de 1,6 gramos. Como el proceso de construcción de estas piezas es

automático (pormedio de la impresora 3D), las piezas tienen unas propiedadesmuyparecidasunasaotrasyesosepuedeapreciarbienenlasiguientegráfica.

Gráfica3: Cargamáximavspesodelaspiezasimpresas.

Al contrario de lo que ocurría con las piezas creadas por el rotomoldeo, estassiguenunalinealidad.Estodemuestraqueloqueimportaenestaspiezaseselárea

de la secciónde la probetamás que la distribución que tenga. Por esta razón la

hueca,aunquesecreaquetienemenosáreaquelaR10,enverdadtienemásáreayelpesolocorrobora.Loqueocurreesqueenvezdetenerunaparedformadapor2

pasadasdelaimpresora,haciendoquesedepositemásmaterial,tiene3,haciendoquetodalasecciónseconcentreensuparteexteriorteniendoasíunmayorgrosor

depared.

Enlasiguientegraficasepuedevertambiénclaramenteelcomportamientodelas

distintasdisposicionesalolargodetodalapruebaquesehanhechoalasdistintas

probetas.

4,8048333335,224166667

6,962333333

3,6485

4,5095

5,3555

6,30625

3,4

3,9

4,4

4,9

5,4

5,9

6,4

6,9

7,4

1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1

CARGA(KN)

PESO(gramos)

Carga-Pesopiezasimpresas

Hueca

H20

H40

R10

R20

R30

R40

39

Gráfica4: Cargavsdeformacióndecadatipoderellenodelaprobeta.

A pesar de las diferencias que hay entre las probetas, las muestras tienen unaciertasimilitudentreellas.

Estos datos, para el departamento de estructuras y medios continuos es deespecial relevancia ya que estos datos se pueden extrapolar a los modelos

numéricosgeneradosporordenadordebidoaqueenelestudiodelasestructurastipo sándwich se utilizan estas disposiciones de relleno. Esto ayuda a tener una

correlación de la resistencia del elemento según la compactación del relleno

utilizado.Siporejemplosequiereestudiarunaestructuradeplacasconestructurainteriorhoneycomb,queeslamásutilizadaenestetipodeestructurasporsugran

resistencia y poco peso, y se realiza con PLA en vezmodelar toda la estructura

honeycomb, lo que supondría una mayor potencia de cálculo al añadir máselementosaltenerquefraccionarcadaelementoporelementosfinitos,seutilizan

losdatosdelensayoparacaracterizartodalaestructurahoneycombdePLA.

6.3.4 OtrascaracterísticasdelensayoCuandoserealizaronlosensayosseaprecióquealgunasprobetascuandollegaban

asucargamáximasemanteníaelvalorde lacargahasta formarundiscoplano,

aunquepormedidasdeseguridadnosellegóadichopunto.Esteeselmotivoporel que en ningúnmomento se hace referencia a la resistencia a compresión del

materialyaquecarecedeella.Otroaspectoaremarcareselcomportamientodelaspiezashuecas(lasproducidasporrotomoldeo).Estaspiezasunavezalcanzado

su punto de carga máxima, en vez de mantenerse la carga, disminuye

0

10

20

30

40

50

60

0,0000

0,0036

0,0067

0,0101

0,0133

0,0165

0,0199

0,0232

0,0265

0,0298

0,0331

0,0363

0,0396

0,0430

0,0462

0,0494

0,0526

0,0558

0,0593

0,0626

0,0659

0,0692

0,0724

0,0758

TENSIÓN(M

PA)

deformación(ε)

HONEYCOMBVSRECTILINEO

R40

R30

R20

R10

Hueca

H20

H40

40

paulatinamente. Esto se debe, tal y como muestra la siguiente figura, a que el

material pandea porque las paredes se deforman hacia dentro. Este pandeo sedebealarelaciónquehayentreelespesordelapareddelaprobetaylalongitud

queabarcadichoespesor.Esporelloqueesteefectono senotaen lasprobetas

vacíasdemayorpeso.Enlaimagenposteriorseveclaramenteelpandeoentodaslaspiezasmenosenla2queesunadelaspiezasdemayorpeso.

Figura30: Efectodepandeoenlaspiezasvacíascomparandoconlavacíademayorpeso.

Sehaobservadoenunelementoaisladodelaspiezasimpresas,específicamenteen

laR10A,que tambiénsehaproducidoesteefectodepandeo.Sinembragonoha

habido consecuencias sobre el ensayo ya que los valores que se han tenido encuentahansidolosdelacargamáximasoportadasobreelmismo.Elrestodelas

piezas se han comportado de una forma parecida entre sí, al cargarse han idoensanchándosetransversalmenteperosinllegarahaberroturadelmaterial.Enla

siguiente imagen se muestra claramente el efecto de pandeo en la pieza en

cuestión.

Figura31: Deizquierdaaderecha1)lapiezapandeada,2)unapiezanoensayaday3)una

concomportamientonormal.

41

Gráfica5: Ensayodemuestrapandeadaymuestraconcomportamientonormal.

(laspiezaselegidassonlasdelaimagenanterior)

6.4 Conclusionesdelensayo

El ensayo ha revelado algunas de las características de estos materiales que sedesconocíanenunprincipio.Elcualsebasaenquelacargamáximasemantienea

lolargodeladeformaciónplástica.Enunplásticorígido,durantelaplastificación

lacargaaumenta ligeramentehastaqueseproduce laroturadelmaterial.En losplásticos utilizados si no se genera el efecto de pandeo se mantiene la carga

durante la parte de deformación plástica, hasta que se transforma en un disco

plano. Para corroborar lo dicho aquí están las imágenes de unasmuestras de lodichoanteriormentejuntoconsusgráficascompletasdesucomportamientoenel

ensayo.

Figura32: Losdistintoscomportamientosdelosmaterialesenelensayo.

0

1

2

3

4

5

6

7

Carga(KN)

deformación(ε)

Pandeovsplastiiicación

R10C

R40D

42

Gráfica6: Comportamientodelasprobetasdelaimagen.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

Carga(KN)

deformación(ε)

Comportamientosdelensayo

E55_V1

E55_R4

43

7. PRESUPUESTOElpresupuestodelamáquinaeselqueserelataacontinuación.Hayqueteneren

cuentaquealgunosprecioscomoeldelastuercasylostornillossecuentasuparteproporcional debido a que las piezas restantes pueden ser utilizadas para otros

usos.Sinembargolaspiezasquesobrenyseanmásespecíficascomoeselcasode

losejesylosperfilesNikai,secuentaelprecioporelloteadquiridosinimportarlacantidad que haya sobrado. Otro aspecto a tener en cuenta en los precios aquí

mostrados,sonlasposiblesrebajasporadquisicióndeunnúmerodeterminadode

unidades,comohapasadoenelcasodelasescuadrasylosrodamientos.

Graciasalosmediosdelosquedisponeeldepartamentodeestructurasymedioscontinuossehapodidocontarconunanavedondesehacortadoyperforadolos

perfiles.Asuveztambiénsetieneaccesoaunaimpresora3D,dondesehanhecho

algunasde laspiezascomopuedenser lasplacas.Paracalcularel costedeestoselementos,serealizasegúnlacantidaddeplásticoutilizadoysupreciototalseráel

pesodelasplacasporelprecioporkilogramopromediodelplásticoutilizado,queeneste casoesPLA.Amodo comparativo se incluyeelpreciode loquehubiese

costadoestasmismasplacassisehubiesenencargadoaunaempresaexternaalgo

que se barajó enunprincipio en el proyecto. Estas piezas seríanunasplacas deacero de 1,5 mm de espesor procesadas por la empresa Lasertek y con una

geometríamássimplequeconlaimpresora3D.

Tabla6. Presupuestodelamáquinaconstruida.

PRESUPUESTOArtículo Lote unidades Costetotal

PerfilesNikai Barrasde3metros x1 25,56€Ejes Barrasde400mm x2 24,32€

Escuadras Kitdeescuadra,dostornillosyencajes x14 58,10€

Rodamientos Unitario x6 18,30€

Engranajesdeingletes Unitario x2 25,12€

Piezasimpresas Costetotal x1 1,85€

PoleasUnitariode18dientes x1 8,95€impresade36dientes x1 0,19470€

Correa Unitario x1 3,63€

TornillosM3 Bolsade30 x18 1,20€

Tuercas Bolsade80unidades x18 0,50€

TornillosPrisioneros Bolsade5unidades x13 4,65€Total 172,37€

44

Lasplacas,queenprincipioibanaserprocesadasporLasertek,teníanuncostede81€siendoésteelcostedelaspiezasdelaprimeraevoluciónyaexplicadasenel

apartadodelaeleccióndeldiseño.Estaspiezaseranlomássimplesposiblespara

quesepudiesenprocesarpordichaempresa.Comosepuedeapreciarladiferenciadeprecioesalgoatenerencuentayaqueladiferenciaesde79,15€,ademáscon

laspiezasimpresassepuedenhacerdiseñosmáscomplejos.Alcostepormaterial

delaspiezasimpresastambiénselehaañadidoelcostedelaelectricidadqueharequeridolamáquinapararealizarlaspiezas.Estecosteaunquefuesepequeñoen

comparaciónconeldelmaterialhayque tenerloencuentaparaque loscálculosdelcostedelamáquinaseanlomásfiableposibles.

Comosepuedeapreciarnose incluyeelprecionidelmoldedesiliconanide laspiezascreadasparahacer lasprobetas.Estosedebeaqueestecoste seengloba

dentrodeloscostesdeoperaciónynoenloscostesdelamáquina.Otroaspectoatenerencuentaesquenosehaincluidoelcostedeltiempoquehahechofaltapara

eldesarrollo,montajeyfabricacióndelamáquina.

Resumiendoloscostesanteriormentemostrados,sepuedeconcluirquegraciasa

la inclusión de las piezas hechas por impresión 3D se reduce de forma

considerableelprecio totalde lamáquina,debidoaquesino lasplacasdeacerosupondríanelmayordesembolsodelamáquina.

7.1 PresupuestoalternativoAligualqueconlasplacasdeacerotambiénsebarajóotrodiseñoválido.Porestarazón se ha realizado un presupuesto alternativo con las piezas con las que se

hubiese realizado la máquina si hubiese tenido más peso el motivo económico

antes que el estructural. El diseño en el cual se basa este presupuesto es elpresentadoanteriormenteenelapartadorelacionadoalaeleccióndeldiseñoque

teníapornombre“terceraopción”.Comosebasaenlosmismosprincipiosqueeldiseñofinal(lautilizacióndeperfilesconcarasplanas)sepuedenutilizarmuchasde las piezas presentes en el diseño final. Las únicas variaciones que sufre este

presupuestovienedadopor laeleccióndeperfilesrectangularesde30x15mm,loscualesvanunidosporescuadrasplanasquevanunidasalosperfilespormedio

dedostornilloscomomínimoporcadaescuadra.

45

Figura33: Escuadrasplanas.

En la siguiente tabla se adjunta el presupuesto propuesto anteriormente pero

variando los elementos que cambian en este segundo modelo. También como

prevalece que el valor económico de la máquina sea lo más bajo posible conrespectoalaestructural,sehanrealizadoloscálculoshaciendoquecadaescuadra

vaya fijadopor tan solo2 tornillos envezde los4 tornillosquepodría albergarparaaportaralaestructuraunamayorderigidez.

Tabla7. Presupuestodeldiseñoalternativo.

PresupuestoAlternativoArtículo Lote unidades Costetotal

Perfiles Pormetros x3 10,35€Ejes Barrasde400mm x2 24,32€

Escuadrasplanas90°

Escuadracontornillosenparalelo(loteunitario) x20 6€

Escuadracontornillosenperpendicular(loteunitario) x8 2,00€

Rodamientos Unitario x6 18,30€Engranajesdeingletes Unitario x2 25,12€

Piezasimpresas Costetotal x1 1,85€

PoleasUnitariode18dientes x1 8,95€Impresade36dientes x1 0,1947€

Correa Unitario x1 3,63€TornillosM3 Bolsade30 x74 5,00€Tuercas Bolsade80unidades x74 2,04€TornillosPrisioneros Bolsade5unidades X13 4,65€

Total 112,40€Como se puede apreciar la diferencia de precio entre los dos montajes es

claramente significativa, específicamente59,97€,pero alno ser el único factor ateneren cuentaenelmontajedefinitivo, lamáquina se realizópormediode los

46

perfilesNikai, siendosusencajesparamantenerlo firme lamayor carga sobreel

presupuestofinal.

Las características más significativas que cambiarían de un modelo a otro son

comounir losmarcos entre sí. En la siguiente foto semuestran losdos tiposdefijaciones.

Figura34: Fijacionesdelosperfiles.

47

8. CONCLUSIONESEnesteproyectosehaconseguidohacerunamáquinaderotomoldeototalmentea

medida y de bajo coste, pero a su vez utilizando unos materiales que si lascondiciones de las piezas fuesen distintas harían que el diseño siguiese siendo

válidoaunqueconunadistintaescala.Estosedebealautilizacióndelosperfiles

nikaiquerepresentanelpilarcentraldelsoportedelrestodepiezasdelamáquina.Estoesdebidoasusmúltiplesutilidadesdentrodelámbitoindustrialgraciasaque

esunbuenelementodesoporteestructural.

También aunque el rotomoldeo sea un método que tiene una capacidad de

producciónrelativamentebaja,enesteprocesoderotomoldeosepuedeaumentarlaproducción incluyendomásmoldes.Estosedebeaquemientras laspiezasya

pasadaspor el rotomoldeo se endurecen sepuede ir haciendootrapieza, por lo

quesepodríaincrementaraldoblelaproducciónnormal.Sisequiereincrementaraúnmásesaproducción,sepodríaadoptarlaopcióndetenermásdeunamáquina,

que gracias a su tamaño compacto, en un espacio reducido se podrían colocarvariasmáquinas.

Lamáquinahasidodiseñadademodoqueningunaoperaciónrequieradeutillajeespecialylasplacas,apesardeutilizarunatecnologíarelativamentenovedosa,no

sondifícilesdeconseguirgraciasalaugedelasimpresoras3Dtantoenelámbito

industrial comoeneldoméstico.Laspiezas3Ddebidoa lasdistintas toleranciasquetienenlasimpresorashayqueajustarlasmedidasparaqueencajenlaspiezas

sinholguras.

La manera de caracterizar las piezas ensayadas se han hecho de la forma más

simpleposibleperonoporellonoesválida.Alaspiezasimpresassepodríanhaberhechounestudiomásexhaustivohaciendounestudiotensionaldelasfuerzaspor

cadapartedelapieza.

Para trabajos futuros sobre la máquina de rotomoldeo queda pendiente la

inclusión de un motor eléctrico capaz de controlar de una manera uniforme lavelocidad de giro, además esto generaría un mejor acabado de las piezas. Otra

mejorafuturaeselhacerunenganchepolivalenteparaagarrardelamejorforma

posible los distintos moldes a los marcos. Éste debe de ser válido para toda lavariedaddepiezasqueserequieranhacerconlamáquinaenunfuturo.

48

9. BIBLIOGRAFIAASOCIADAALPROYECTOEstadodelarte Contenidoobtenidodelossitioweb:

Textoscientíficos.Moldeado,inyección,extrusión.Disponibleen:http://www.textoscientificos.com/polimeros/moldeado

TecnologíadePlásticos.RotomoldeoII.Disponibleen:http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.es/2011/12/rotomoldeo-

ii.html

Eleccióndeldiseño

SOLIDWORKS®3DCAD.Versión2014.

Propiedadesdelmaterialaprocesar

ASTMInternational.Standardtestmethodforcompressivepropertiesofrigidplastics.Designation:D695–02a.

Presupuesto

Artículosdelamáquina.

TiendaRscomponents.Disponibleen:http://es.rs-online.com/web/

Artículosdelpresupuestoalternativo.

TiendaAlcaglas.Disponibleen:

http://www.alcaglas.com/producto.php?codigo=tubo-cuadrado-aluminioal1506&foto=3

TiendaLeroyMerlin.Disponibleen:http://www.leroymerlin.es

Propiedadesdelasresinas

ResinadepoliuretanoE55confichatécnicaycaracterísticasdelos

monómeros.TiendaFeroca.Disponibleen:http://www.feroca.com/es/resinas-poliuretano/67-feropur-pr55-e55-

resina-poliuretano-rigida.html

49

ANEXO

50

10. RECOMENDACIONESTras la fabricación de la máquina y probarla se aconseja tener en cuenta las

siguientesrecomendacionessisequierenhacerdeunamaneraóptimalaspiezasenlamáquinaderotomoldeo:

• Antes de realizar cualquier acción con la máquina asegúrense de que lamáquinasehallesujetaaalgofirmeporpartedesuspatas.Estoayudaráa

quelamáquinagireconmásfacilidadademásdehacerquelamáquinanosetrasladedesuposición.

• Antesdemanipular losmonómerosdelbicomponente leerdetenidamentelasinstruccionesdeseguridaddeusoqueproveeelfabricantesobreestos

materiales ya que pueden provocar lesiones físicas si no se tienen lasconsideracionespertinentes.

• Al verter la resina de poliuretano en el molde, para tener un mejor

resultado en la pieza final, el material se tiene que distribuiruniformementepor lasparedesdelmolde. Para ello cuando se empiece a

darvueltasalmolde,laresinadebeserlomáslíquidaposibledeesemodo

el plástico se quedará alrededor del molde eficientemente. Si cuando seempieza a girar lamáquina y el poliuretanono fluyebien la piezapodría

quedarseincompleta.

• Al igualque la recomendaciónanterior,parasacar lapiezadelmoldehayque estar seguro que la pieza ha endurecido por completo. Si no ha

endurecido y se saca puede salir deformada y por tanto desechada. El

moldesepuedesacardelamáquinaderotomoldeocuandoseestáseguroqueelplásticonofluyeperodelmoldenosepuedesacarhastaquenoestá

dura.

• Antes de dar alguna vuelta a la máquina hay cerciorarse de que no hay

ningúnelementoenlatrayectoriadeningúnelementodelamáquina.Silohubiesenosedeberíamoverlamáquinahastaqueseapartenlascosas,en

casocontrariopodríaprovocarlaroturadelamáquinaolesionesfísicas.

• Paraevitardiscontinuidadesenelmaterial,hayqueasegurarsequeseechasuficientematerial comoparapoderrellenar todas lasparedesdelmolde,

encasocontrariolapiezatendráagujerosyportantolapiezanoseráválida

ydeberáserdesechada.

51

11. INTRUCIONESDEMONTAJE

Esta es una recomendación de cómo realizar el montaje de la máquina de unaformacorrectademodoquetodoencajeacordeacomosehadiseñadolamáquina.

Aunque haya muchas formas de montarla, aquí se indica la forma en la que se

procede en el proyecto. Por esta razón se recomienda que se sigan estasinstruccionesparaelbuenfuncionamientodelamáquina.

Pasosaseguir

Paso1: Serealizaelmontajecompletodelmarcointeriordemodoquesecolocan

los perfiles de longitud 140 mm a una distancia entre ellos de 100 mm

donde irán colocados los perfiles de 100 mm de longitud a los quepreviamentesehanfijadolasescuadras.Unavezpuestolosperfilesde100

mmensusitio,sefijanlasescuadrasalosperfilesde140mmquedandoelmarcorígido.

Paso2:

Para los ejes que salen del marco interior se colocan primero losrodamientosensuposiciónfinal,lacualserásobrelasplacassituadasenel

marcoexterior.Lomismopasacon laplaca5mmmodificadaquese fijanatornillandolos3tornillosprisioneros.

52

Paso3:

Unavezhechoestosecolocanlasplacasquesealojanporlaparteexternadelmarcointeriorysehacenpasarlosejesporlosagujerospracticadosen

elperfilhastaelfinaldondeseponelaplacadenominadacomoplaca5mm.Paramantenerlasplacasfijasseatornillanentresíalperfil.

53

Paso4:

Teniendo montado el marco interior se empieza el montaje del marcoexteriorfijandolasplacascorrespondientesalosperfiles270mmdondese

alojaránlosejesprovenientesdelmarcointerior.

Paso5:

Se colocan los perfiles de 270 mm haciéndolos pasar por los ejes antes

citados hasta su posición final definida por los rodamientos antescolocados.

54

Paso6:

Secolocaloquerestadelmarcoexteriorporelmismoprocedimientoqueenelmarcointerior(Paso1).Sefijanprimerolasescuadrasalosperfilesde

187 mm, se hacen deslizar hasta su posición final y se fija al perfil

perpendicular,elperfilde230mm,quedandoasímontadoelmarcointerioryelexterior.

Paso7: Losejesquerestanpasanatravésdelmarcoexteriorysemontancomoen

el marco interior (Paso 2). Se colocan primero los rodamientos en su

posiciónfinal,lacualserásobrelasplacassituadasenelperfildelsoportede lamáquina y las placas 5mmmodificadas se fijanpormediode los 3

tornillos prisioneros. Además en el eje que transmite el giro al marco

secundariosecolocalapolea.

55

Paso8:

AligualqueenelPaso3,secolocanlasplacasque5mmysefijanalperfilatornillándolasjuntoconlasplacas5mmmodificadaqueestánporelotro

ladodelprefil.

Paso9: Semontalabasedelsoportejuntoconunodelosperfilesverticales(perfil

de220mm)yseatornillan lasplacasque lecorresponde.Elperfilquesetienequecolocartienequeserelquetengala“”.Paratenerpreparadopara

luegoelotroperfil,tambiénseatornillanlasplacasalotroperfilverticalde

220mm.

56

Paso10: Sehacepasarelejemotriz(elquetienelapolea)porelagujeropracticado

alperfilhastaqueelrodamientocoincidaconsuemplazamientopegadoa

laplacayseatornillapoleaimpresaalperfilverticalquesehapuestoenelpasoanterior.

Paso11: Parapodersoportarlosmarcossecolocaelperfilverticalquefaltapasando

elejeporelagujerodelperfilhastasuposiciónysefijaelperfilalabasedelsoporte.

Paso12: Secolocaelengranajequesaledelejedelmarcosecundario.

57

Paso13:

Semontaunodelosrodamientosenelejedetransmisiónyposteriormentelaplacaquelosujeta(placaformadeU).Unavezpuestalaplacaseponeel

otro rodamiento que hace que la placa no se mueva de su sitio y seaprovechaparaponerelengranaje.

Paso14: Porúltimosecoloca lapoleaquefalta juntocon lacorreayseatornilla laplacaquesoportalosrodamientossobreelperfil270mm.

58

Conestolamáquinayaestaríacompletaylistaparaserutilizadaygenerarpiezas

pormediodelatécnicadelrotomoldeo.

187 2

0

43,50

21,75

71,75

R3 R1,50

21,75

43,50

33

270

113,25 50

20 R3

R1,50

R1,50 R1,50

6

R1,50

4

R3

1,50

5,50

20

Escala 1:1

Perfiles 270 mmy 187 mm

A4

HOJA 1 DE 16ESCALA:1:2

DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

20

100

21,75

43,50 28,25

R3

R1,5

0

6

R1,50

4

R3

1,50

5,50

20

140

20

Escala 2:1

Perfiles 100 mm y 140 mm

A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

200

20

340

20

220

20

21,75

43,50

R3 R1,50

6

R1,50

4

R3

1,50

5,50

20

Escala 1:1

Perfiles soporte A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

5

81

Eje engranaje-marco secundario

5

70

Eje marco primario-secundario

5

150

Eje motriz

165

5 Ejede transmisión

5

70

Eje soporte-marco primario

Ejes A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

5

16

15

48º

5

8,54

12,50

5

Engranaje yRodamiento

A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

5

15

R5,65

A

7

16,75

3

0,70

1,26

DETALLE AESCALA 8 : 1

Polea pequeña A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

1,5

0

47

33

20

7

3

22

3,50 5

60

7,50 8,5

0

33,

50

11

16

,90

22,

50

33

13,50

22

Placa simple

Placa forma de U

Placas impresas 1 A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

20

2 60

3,70

5,70

43,50

21,75

3,70

43,50

21,75

B

B

4

8

5,

70

13

,70

1,50

SECCIÓN B-B

Placa 5 mm modificada

Placa 5 mm



DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

2

20

6,70

3,70

60 43,50

21,75

16

,60

11

43,50

21,75

20

3,5

0

2

57 3,70

5,5

0 3,5

0

1

57

3,70

4,5

0

43,50 21,75

11

16

,60

20

Placa 6 mm

Placa rodamiento Placa rodamientomodificada



DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

5

R11,40 C

1,28

0,70

DETALLE CESCALA 4 : 1

3

3,1

8

13

7

27,70

1,7

0 1

,70

6,3

5

Polea impresa A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

145

20

6

2,50

70

C

20

15

4

5,70

15

DETALLE CESCALA 2 : 1

Manivela A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

100

100

120

140

N.º DE ELEMENTO N.º DE PIEZA MATERIAL CANTIDAD

1 Perfil 100 mm Aluminio 22 Perfil 140 mm Aluminio 23 Escuadra Aluminio 44 Placa 5 mm modificada PLA 2

5 Prisionero Acero 6

6 Placa 5 mm PLA 27 Tuerca Acero 48 Tornillo Acero 4

Marco interior A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

187

230

33

20

22,

50


1 Perfil 187 mm Aluminio 2


3 Escuadra Aluminio 4

4 Placa 6 mm PLA 2

5 Prisionero Acero 6

6 Placa 5 mm PLA 1

7 Placa 5 mm modificada PLA 2

8 Tuerca Acero 10

9 Tornillo Acero 10

10 Placa rodamiento PLA 2

11 Placa U PLA 212 Placa Simple PLA 1

Marco exterior A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

220

306

Placa rodamientomodificada

200

340

178

,25


1 Escuadra Aluminio 6




5 Placa 6 mm PLA 2

6 Tornillo Acero 4

7 Tuerca Acero 4

8 Placa rodamiento PLA 1

9 Placa rodamiento modificada PLA 1

10 Polea impresa PLA 1

Soporte A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

39

72

39 Extremo del marco interior

Extremo del marco exterior

Eje soporte-marco primario 41 Extremo del

marco exteriorExtremo del soporte

Eje engranaje-secundario

Eje marco secundario-primario


1 Eje engranaje-marco secundario Acero 1

1.1 Rodamiento Acero 1

1.2 Engranaje Acero 1

2 Eje marco secundario-primario Acero 1


3 Eje soporte-marco primario Acero 1


Ensamblajesejes 1

A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

60

Eje de transmisión

Extremo delmarco primario

Extremo de la manivela

156

133,96

68,96 8,21

Eje motriz


1 Eje transmisión Acero 1

1.1 Engranaje Acero 1

1.2 Polea impresa PLA 1

1.3 Rodamiento Acero 22 Eje motriz Acero 1


Ensamblajes ejes 2

A4


DIBUJOTÍTULO:

ROTOMOLDEO

DESARROLLO Y FABRICACIÓN DE UNA MÁQUINA DE ROTOMOLDEO · 1 1. MOTIVACIÓN DEL PROYECTO En este...

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