1.- Introducción
Su importancia estriba en el bajo coste de los productos obtenidos debido a que es muy fácil reproducir millones de piezas exactamente iguales, con acabados superficiales excelentes y hacerlo todo con gran rapidez. Esto es debido a la baja temperatura de fusión de los plásticos, que permite grandes ahorros de energía y reducir los tiempos de fabricación gracias a la velocidad de enfriamiento de las piezas.
La conformación de un material consiste en darle una forma predefinida y estable, cuyo comportamiento sea adecuado a las aplicaciones a las que está destinado. Los métodos de conformación serán distintos en función de la materia prima de partida, por lo que podemos clasificarlos, al menos las más importantes en:
- Conformación de Termoestables y Elastómeros: Estos polímeros endurecen bajo determinadas condiciones de presión y calor. Si mantenemos estas condiciones el tiempo necesario (tiempo de curado) se produce la reacción química necesaria para su estabilización, de manera que los enlaces serán permanentes incluso cuando cambien esas condiciones. Por ello, estos productos no se pueden reciclar.
- Conformación de Termoplásticos: Estos polímeros se comportan de manera plástica a altas temperaturas, solidificando de la manera deseada cuando se enfrían. Si volvemos a calentarlos, volverán a su estado plástico y podrán volver a ser conformados. Por ello, estos productos si se pueden reciclar.
2.- Conformación de Plásticos Termoestables
2.1.- Moldeo por Compresión
- En el Moldeo por Compresión se dispone de la materia prima en forma de grano y una prensa hidráulica en la cual se disponen los moldes (macho y hembra) con la forma a la cual se desea conformar las piezas
- Se vierte la materia prima en el molde (hembra) y se activa la prensa para presionar el contramolde (macho) contra la hembra, alineando ambos moldes con unas espigas de guía
- Se aplica calor y presión hasta que el material funde y se adapte completamente a la forma del molde
- Finalmente es necesario retirar las rebanadas sobrantes
- Se utiliza en pequeñas piezas eléctricas como interruptores o enchufes, mangos de cubiertos, tapones de botellas o pomos de puertas
2.2.- Moldeo por Transferencia
- El Moldeo por Transferencia se diferencia del Moldeo por Compresión en que la fase de fluidización tiene lugar en una cámara exterior a la cámara de moldeo.
- El material, en estado pastoso, se introduce en una concavidad desde donde un pistón la obliga a fluir hasta el interior del molde, donde polimeriza mientras se enfría
- Como el molde está previamente prensado, las piezas así obtenidas tienen menos rebanadas y son más homogéneas, por lo que pueden ser piezas más grandes.
- Es un proceso rápido y económico, lo que lo hace muy útil para fabricar en serie
3.- Conformación de Termoplásticos
3.1.- Moldeo por Extrusión
- El Moldeo por Extrusión se basa en hacer parar el material plástico por una máquina extrusora donde se pueden diferenciar varias partes según su función
- La Tolva de Alimentación donde se vierte el polímero en forma de grano
- Un Cañón o cilindro dentro del cual hay un Tornillo Sin Fin que, en su movimiento giratorio, empuja la masa de plástico caliente hacia el cabezal formador. El cañón está rodeado de una carcaza térmica que se encarga de proporcionar el calor para fundir el polímero.
- Un motor que hace girar el Tornillo Sin Fin mediante un sistema de correa. Este tornillo puede terminar en forma de pistón o émbolo que ayude a impulsar el material hacia el cabezal y, por tanto, favorezca la extrusión.
- Un Cabezal Formador en forma de boquilla o hilera, que confiere al plástico la forma del perfil deseado
- Una Unidad de Refrigeración a la salida de la hilera
- Se aplica en la obtención de perfiles o tubos de determinadas longitudes o hilos de plástico
3.2.- Moldeo por Inyección
- El Moldeo por Inyección consiste en inyectar a presión el material termoplástico fundido, a través de una boquilla, al interior de un molde donde solidifica mientras polimeriza
- El proceso se realiza en una extrusora que termina en una unidad de moldeo que abre y cierra el molde
- El polímero termoplástico se alimenta por la Tolva y se funde dentro del cañón por efecto de los calentadores.
- El Tornillo sin Fin va girando y desplaza el material fundido hacia la parte frontal del cilindro donde se encuentra el molde.
- Cuando hay suficiente material disponible en su parte frontal se activa el pistón hidroneumático, que crea un desplazamiento axial que fuerza al polímero fundido a penetrar en el molde cerrado.
- El polímero se enfría dentro del molde, con lo que la pieza adquiere la forma deseada.
- Una vez alcanzada la temperatura de enfriamiento final, el molde se abre y libera la pieza ya moldeada
- Es Un sistema que crea piezas muy precisas, hay gran aprovechamiento del material y gran velocidad de producción.
- Hay gran variedad de productos que se fabrican así, tales como cuencos, tarros, cubiertos, cubos, carcasas de electrodomésticos, juguetes y muebles de jardín.
3.3.- Moldeo por Soplado
- El Moldeo por Soplado consiste en hacer pasar el material termoplástico a través de una extrusora e inyectarlo perpendicularmente a la dirección de extrusión a través de una boquilla circular, proyectándolo en forma de cilindro hacia el interior del molde
- Posteriormente, se inyecta aire a presión desde el centro de la boquilla y se infla el material, proyectándolo literalmente contra las paredes y el fondo del molde, de manera que se crean piezas huecas con la forma del molde, con gran precisión y rapidez.
- El producto solidifica, se enfría y acaba siendo expulsado cuando se abre el molde.
- Permite crear objetos huecos, tales como botellas, barriles, bidones o tanques
- El Moldeo por Centrifugado o Rotomoldeo es un método de fabricación de cuerpos huecos de espesor muy homogéneo.
- Consiste en introducir una cierta cantidad de polímero en estado fluido dentro de un molde que está dentro de un horno caliente
- Luego se hace girar este molde a gran velocidad sobre su eje de simetría, de manera que la fuerza centrífuga hace que el material se distribuya uniformemente sobre las paredes del molde, sin orientaciones ni tensiones residuales.
- Por último, el objeto polimerizado se enfría y se extrae del molde.
- La masa debe ser suficiente para conseguir un objeto con el espesor deseado.
- Se utiliza para fabricar sólidos de revolución huecos de gran diámetro y no muy largos.
3.5.- Calandrado
- En el proceso de Calandrado, se hace pasar la materia prima caliente, procedente de una extrusora, entre varios cilindros, para obtener así diferentes láminas continuas.
- La máquina que se encarga de este proceso se llama "Calandria" y consta de tres o más cilindros que nos proporcionan una lámina en bruto.
- La lámina se refina y ajusta a continuación en otra serie de cilindros de calibración, enfriamiento, corte y recogida. Hay un último rodillo que le da al producto un aspecto brillante, mate o difuminado.
- El producto final puede cortarse en láminas de tamaño estándar o puede ser enrollado en bobinas para su almacenamiento o tratamientos de mecanizado posteriores.
- Las condiciones de presión y refrigeración deben ser estrictamente respetadas, ya que cualquier irregularidad puede producir variaciones inaceptables en el espesor de la lámina.
- Con este sistema se producen láminas de PVC, carpetas, portadocumentos, toldos, revestimiento de suelos, hules impermeables, etc.
3.6.- Impresión 3D
- A partir de objetos 3D previamente diseñados por ordenador, las modernas impresoras 3D de plástico funden un filamento de un termoplástico para depositarlo sobre una capa sólida depositada previamente, de tal forma que el calor del material fundido refunde la capa solidificada para que ambas se adhieran y formen una pieza impresa única.
- Esta adhesión entre capas también es promovida por la presión que ejerce el fundido saliente de la impresora 3D sobre la capa sólida.
- La gran variedad de filamentos disponibles para las impresoras de plástico profesionales hace que esta tecnología se pueda aplicar para la conformación de multitud de piezas.
- la impresión 3D permite personalizar las piezas sin sobrecoste alguno, adaptándolas a los cambios del mercado y a sus necesidades.
- También permite recuperar la fabricación de piezas descatalogadas.
- Este es uno de los sistemas de diseño y fabricación de prototipos para moldes que se está imponiendo últimamente.
4.- Mecanizado de Plásticos
Los procesos de conformado ya estudiados nos proporcionan piezas prácticamente terminadas, necesitando por lo general pequeñas modificaciones que pueden evitarse si los moldes están bien diseñados y mantenidos.
Aún así, en ocasiones es preciso eliminar cierta cantidad de material de un objeto conformado o bien unir diferentes piezas para obtener el producto deseado.
A la hora de mecanizar materiales plásticos debemos evitar dos grandes problemas que se nos pueden presentar:
- Desgarres: por lo que debemos mecanizar a velocidades altas y grandes radios de curvatura en el plegado y curvado
- Calentamientos: Una temperatura excesiva puede generar virutas pastosas que pueden adherirse a la pieza o a la maquinaria
4.1.- Torneado
- El Torneado se realiza en una máquina llamada "Torno", que proporciona un movimiento de giro a la pieza que se mecaniza, haciendo que esta gire alrededor de su eje de revolución.
- El torno consta de una bancada que soporta en uno de sus extremos un cabezal que provoca el giro de la pieza y un contrapunto donde se apoya la pieza.
- El arranque de viruta se realiza mediante una herramienta de corte que trabaja en dos movimientos principales: Avance y Profundización
- El torneado nos permite hacer ranuras circulares sobre la pieza, roscas para dar forma de tornillo o formas cónicas.
4.2.- Taladrado
- El Taladrado consiste en realizar orificios cilíndricos en las piezas, con una combinación de giro y avance de la herramienta principal, rematada con una broca.
- Las máquinas pueden ser manuales o de sobremesa, pero en cualquier caso dispondrán de un cabezal portabrocas motorizado y una columna fijada a la base dispuesta de manera perpendicular.
- La broca está dotada de movimientos de giro y avance, de manera que el primero de los movimientos provoca el corte y el otro la profundización.
- Debido al bajo punto de fusión de los plásticos, debemos detener el proceso de taladrado de vez en cuando para evitar un excesivo calentamiento que pueda degradar la pieza.
- Las brocas son de diferentes diámetros, según sea mayor o menor el diámetro del agujero que deseamos realizar.
4.3.- Fresado
- En el mecanizado por Fresado se combina el movimiento de rotación de una herramienta cilíndrica dotada de dientes cortantes en su periferia, llamada "Fresa", con el desplazamiento lineal de la pieza para generar superficies planas.
- La máquina consta principalmente de tres carros o mesas que se pueden desplazar en las tres direcciones del espacio.
- Según sea el ángulo de incidencia de la fresa podemos distinguir entre el Fresado Frontal (genera una superficie perpendicular al eje de la herramienta) o Fresado Tangencial (La superficie plana se obtiene perpendicular al eje de giro).
- Tiene multitud de aplicaciones, tales como el ranurado, el corte, arranque de formas circulares, hélices, engranajes, etc.
4.4.- Cepillado
- El Cepillado consiste en arrancar virutas de piezas planas para rebajar su grosor, mediante el corte con una hojilla insertada en la herramienta, denominada "buril"..
- El Cepillado puede ser Manual, con una cuchilla ancha y plana muy similar al cepillado de madera, o Eléctrico con movimientos de avance y giro de las cuchillas.
5.- Unión de Plásticos
- El diseñador de piezas de plástico debe tratar de diseñar todo el producto como un moldeado de una pieza o con la capacidad de ajustarse a presión o encajar a presión, ya que eliminará la necesidad de una operación de ensamblaje secundario.
- Sin embargo, las limitaciones mecánicas a menudo harán que sea necesario unir una parte a otra con un dispositivo de sujeción.
5.1.- Unión Mecánica
- Hay dos métodos de ensamblado mecánico para piezas de plástico:
- Usando sujetadores tales como tornillos de rosca, remaches o pasantes con arandela
- Usando un ajuste de interferencia como ajuste a presión o el uso de cuñas encontradas o insertos enroscados
- Las uniones plásticas fijas mecánicamente confiables requieren:
- Una conexión firme y fuerte, sin deslizamientos ni vibraciones
- Materiales que son estables con los cambios en el medio ambiente
- Geometría estable
- Tensiones apropiadas en las piezas, incluida una fuerza de sujeción correcta
- Evita el uso de agentes químicos
- Bajo Costo
5.2.- Unión con Adhesivos
- La Unión por Adhesivos de plásticos va a depender de tres factores:
- La Adhesión, que es la fuerza de unión entre el adhesivo y el sustrato. Este factor va a depender de las fuerzas de atracción y de adsorción intramoleculares
- La Cohesión, que es la fuerza interna del adhesivo
- Las Características Físicas de las Piezas a unir, ya sean sus características superficiales, las propiedades del material base, los agentes desmoldantes usados en el conformado o la rugosidad superficial. Frecuentemente, la unión con adhesivo sólo es posible si se hace un tratamiento previo de las piezas.
Los adhesivos pueden ser de tres tipos:
- Adhesivos de Contacto de un Componente (Supergen): Se suelen presentar en forma de dispersión acuosa o en disolventes orgánicos. Una vez aplicados, se deja evaporar el líquido durante un cierto tiempo (tiempo de curado) y finalmente se ponen en contacto las superficies antes de que estas terminen de secar.
- Adhesivos de Contacto Instantáneos (Superglue): Son muy potentes y rápidos. Se aplica el producto sobre una de las piezas y luego se une con la otra en pocos segundos y con bastante precisión, para evitar desplazamientos y desajustes.
- Adhesivos de Contacto de dos Componentes (Resinas Epoxi): Se presenta en dos envases. Uno de ellos es un monómero o polímero entrelazable y el otro es un agente entrelazante llamado acelerador. Pueden mezclarse rápidamente para luego aplicar la mezcla, o bien se pone uno en cada cara.
5.3.- Unión por Soldadura
- Para que exista una Unión por Soldadura entre polímeros tienen que combinarse determinadas condiciones de temperatura, tiempo y presión.
- La temperatura y el tiempo de exposición aplicada a la zona del material que deseamos unir produce la fusión y el reblandecimiento local del material, permitiendo una unión perfecta cuando aplicamos entre las piezas la presión necesaria.
- Una buena soldadura dependerá, pues, de cómo se trabaje en cuatro etapas a saber:
- Preparación Superficial: Las piezas termoplásticas tendrán restos de desmoldante aplicado a los moldes durante la conformación, por lo que se debe proceder a una buena limpieza superficial, ya sea mecánica o con disolventes abrasivos.
- Calentamiento: Debemos considerar las características de fusión de cada plástico, pues un calentamiento excesivo puede dar lugar a distorsiones de las fibras.
- Consolidación: Engloba parte del calentamiento y posterior enfriamiento. es aquí cuando la presión aplicada debe ser la adecuada para que haya un contacto íntimo entre los sustratos líquido-líquido de las piezas y la unión sea consistente.
- Enfriamiento: Es la etapa en la que la resina vuelve a la temperatura ambiente. También resulta crítica la presión ejercida sobre la matriz.
- Fricción: Por frotación mecánica de las dos superficies a pegar
- Ultrasonidos: Se aplican vibraciones ultrasónicas para calentar las dos superficies a pegar
- Inducción: Alteración del campo magnético, que afecta a un elemento susceptible a dichas variaciones situado en la entrecara de los dos sustratos.
- Resistencia: Debemos disponer de un elemento resistivo en la entrecara de los dos sustratos, que se calienta por efecto Joule al paso de la electricidad.
- Calor Radiante: Se aplica calor directamente sobre las superficies usando una fuente de radiación electromagnética
- Placa Caliente: Se calientan las superficies poniéndolas en contacto con una placa metálica calefactada
- Gas Caliente: Es similar a la soldadura oxiacetilénica, con un material de aporte y una antorcha o soplete. Como vemos en el dibujo adjunto, la diferencia principal es que lugar de usar una llama de acetileno con oxígeno se usará un chorro de gas caliente
