Andrés Felipe Soler Jiménez - 47141602

María Camila Guzmán Malagon

Andrés Felipe Díaz

Lina Cendales

Introducción

En el espacio académico de materiales y fundamentos de diseño se propuso crear una maquina inyectora de plástico con el fin de aplicar los conocimientos adquiridos en el curso. Para entender la importancia y desarrollo de los plásticos es necesario saber que son los materiales plásticos su clasificación y propiedades, mostrando los principales elementos de un sistema de inyección, asi como la descripción de cada una de sus partes para entender su funcionamiento.

Definición del sistema: temática a trabajar, función del sistema, aplicaciones

El propósito de la maquina inyectora de plástico es ser capaz de suministrar la materia prima requerida por el usuario al molde el cual debe tener un sistema de enfriamiento apropiado para que el producto se encuentre en buen estado y no pierda sus propiedades y especificaciones. Los sistemas que componen a la maquina son: sistema hidráulico, térmico, mecánico, de enfriamiento y de control.

Cuando se aplica calor a un material termoplástico (policaprolactona) para fundirlo se dice que se plastifica. El material ya fundido o plastificado por calor puede hacerse fluir mediante presión y llenar el molde donde el material solidifica y toma forma de molde, este proceso se le denomina moldeo por inyección.

La policaprolactona tiene muchas aplicaciones como; molduras que pueden ser creadas utilizando herramientas sencillas, ya que tiene un punto de fusión bajo con respecto a otros termoplásticos utilizados para la fabricación de moldes por inyección.

ALTERNATIVAS DE SOLUCION

1. TERMOFORMADO

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

El termoformado permite el moldeo de una amplia gama de tamaños: desde pequeñas unidades para envasado de alimentos hasta embarcaciones deportivas.

MAQUINA DE TERMOFORMADORA

Desde el punto de vista de la maquinaria y equipo, el proceso de termoformado puede analizarse según:

- la fuente de calentamiento;

- la estación de conformado, incluyendo el bastidor de la máquina, la mesa de conformado con el sistema de arrastre y el de expulsión;

- el sistema de vacío y presión de aire;

- el marco de estirado de la lámina y el mecanismo de transporte;

- el sistema eléctrico o electrónico para los automatismos;

- el equipo adicional (manejo de la lámina, ajuste, recorte).

Figura 1: Maquina termo formadora

2. MOLDEO POR SOPLADO

El moldeo por soplado es un proceso de fabricación multifásico continuo o discontinuo de producción de piezas huecas de pared delgada a partir de materiales termoplásticos.

El moldeo por soplado genera productos huecos por medio de la expansión de caños de plástico caliente contra la superficie interna de un molde. Diferentes procesos de moldeo por soplado ofrecen ventajas de acuerdo con el material utilizado, las necesidades de desempeño y la cantidad de producción.

MAQUINA DE MOLDEO POR SOPLADO

La máquina de moldeo por soplado es una máquina que puede soplar gránulos de plástico que se suavizan en las preformas generalmente de botellas de líquido o realizadas en diferentes formas de botellas a través de una determinada tecnología. Puede ser utilizado para fabricar botellas o sólidos con diferentes formas, huecas o contenedores. En general, hay máquinas moldeo por soplado neumático o máquinas de moldeo por soplado hidráulico. La primera se utiliza cuando las botellas o recipientes son más pequeños a 10 litros, mientras que el segundo se aplica cuando botellas u otros recipientes son más grandes a 10 litros de capacidad.

Figura 2: Proceso de moldeo por soplado.

Clasificación de la Maquina de Moldeo por Soplado de BotellasEn general, las máquinas de moldeo por soplado de botellas se pueden dividir en máquinas de moldeo por soplado de extrusión, máquinas de moldeo por soplado de inyección y máquinas de soplado de botellas de 2 fases, así como el proceso de fabricación que ellos establezcan.Además de las máquinas de moldeo por soplado de extrusión, máquinas de moldeo por soplado de inyección, hay varias nuevas máquinas desarrolladas de moldeo por soplado de múltiples capas y máquinas de moldeo por soplado de estiramiento.De acuerdo con las diversas materias primas, hay máquinas de molde por soplado de PET, máquinas de moldeo por soplado de plástico y las máquinas de moldeo por soplado de vidrio, etc.De acuerdo con su grado de automatización, hay máquinas automáticas de moldeo por soplado de botellas y máquinas semiautomáticas de moldeo por

soplado de botellas. La máquina automática de moldeo por soplado de botellas utiliza manipulador para combinar el proceso de formación de dos pasos juntos.

3. MOLDEO POR INYECCION DE PLASTICO

Cualquier sistema de inyección funciona con una serie de sistemas que obligue al material fundido a entrar en un molde. El material utilizado para la unidad de inyección podría ser un metal conductor de calor en forma de barril con un pequeño escape para la salida del material hacia el molde. El prototipo tiene que ser capaz de comprimir la policaprolactona con la ayuda de un embolo después de la fundición, con el fin de que obligue al material a entrar al molde para darle la forma deseada. Un ejemplo del modelo propuesto se puede ver a continuacion:

Figura 3: Prototipo de inyectora de plástico.

Criterios de selección de alternativas

Para el desarrollo de la maquina se deben tener en cuenta una serie de criterios como la importancia de las características físicas y químicas del material ya que debemos evitar problemas en la ejecución, como por ejemplo la solidificación del material antes de verterlo en el molde. Para esto debemos ver qué propuesta es la más eficiente y conveniente para nuestro proyecto.

Con este modelo horizontal debemos tener en cuenta que al llenar el molde este quede totalmente lleno, para esto se ha propuesto poner un embolo que tenga una presión determinada para poder verter el material por completo en el molde. El embolo debe ser de metal, para resistir la temperatura además de conducir el calor para que el tambor se mantenga caliente uniformemente para evitar solidificación del material. Otro criterio a tener en cuenta es el costo de materiales y su fabricación ya que se busca una alternativa al menor costo posible y que sea amigable con el medio ambiente.

Selección de alternativa

Dado lo criterios anteriormente se ha decidido selección la alternativa número 3 ya que es la que más se acomoda a las necesidades de nuestro proyecto de materiales y fundamentos de diseño.

Identificación de los subsistemas componente s de la alternativa solución: mecánico, eléctrico

Dentro del prototipo que se escogió para desarrollar tenemos en cuenta que se desprenden diferentes tipos de subsistemas, pero, para tener en cuenta la definición de los sus subsistemas se pueden identificar tres factores primordiales que tendrá el prototipo como tal. Entre ellas se identifican también como se puede llegar a dar una función más efectiva a los subsistemas componentes del proyecto en general.

Estos tres factores pueden ser también definidos como los principios básicos que darán mejor uso y mayor rendimiento:

1. Acrecentar la temperatura del plástico a un punto donde pueda fluir bajo la aplicación de presión. Esto se hace dentro del calentador luego de pasar por la tolva de la máquina.

2. Facultar la solidificación del material en el molde cerrado. En esta etapa el material fundido, se transfiere del calentador al molde donde toma la forma del producto final.

3. Apertura del molde para la extracción de la pieza. Esto se hace después de mantener el material bajo presión dentro del molde.

SUBSISTEMAS:

TOLVA: Se requiere de una tolva o tanque de almacenamiento en el cual sea vertido el material para la alimentación del calentador que va justo debajo de la tolva.

MOLDE: Luego de pasar por el calentador, pasa a un molde donde finalmente se enfría y solidifica el material para finalmente será retirado.

PALANCA DE EMPUJE: Este es un mecanismo desarrollado e idealizado para la inyección del material en los moldes por medio de un proceso de empuje y aumento de presión en la parte del calentador.

Estos 3 son subsistemas de solución mecánica en los cuales la manera de funcionamiento es netamente manual.

CALENTADOR: Una vez que el material está en la tolva, alimenta el calentador que previamente ha sido calentado con una resistencia que lo cubre, en este se efectúa la transformación del material sólido a una masa termoplástica casi líquida.

Este último subsistema es de solución es eléctrica ya que es desarrollado, alimentado y totalmente accionado por resistencias eléctricas alimentadas por una fuente de corriente.

MATERIALES QUE LO COMPONEN

Una inyectora se compone de cuatro unidades principales:

1. Unidad de cierre

Tiene una prensa conformada por dos placas porta moldes, una móvil y otra fija. El sistema de la placa móvil puede ser un mecanismo de palancas accionado hidráulicamente, un cilindro hidráulico o un sistema eléctrico de tornillo sin fin accionado por un motor. El parámetro para dimensionar una unidad de cierre es su fuerza para mantener el molde cerrado este valor en toneladas (ton). También existen otros parámetros de cierre como: la distancia mínima entre placas, la distancia máxima de apertura, las dimensiones de las placas y la distancia entre columnas, la carrera del sistema de expulsión.

2. Unidad de inyección

Está conformada por el tornillo y el barril de inyección, la boquilla y las resistencias alrededor del barril. El material sólido ingresa por la tolva a la zona de alimentación del tornillo, en esta zona es transportado, por efecto de la rotación del tornillo dentro del barril, hacia la zona de fusión donde se plastifica luego el material es bombeado hacia la parte delantera del tornillo en la zona de dosificación. Cuando se va a realizar la inyección hacia el molde, el tornillo actúa a manera de pistón, haciendo fluir el plástico fundido hacia el molde y llenando las cavidades.

2. La unidad de potencia

Los tipos de sistemas de potencia se pueden clasificar como.

Sistema de potencia eléctrico: Este sistema se emplea tanto para el giro del tornillo como para la apertura y cierre del molde. Cada uno accionado por un motor eléctrico independiente. El accionamiento del tornillo cuando realiza la inyección lo ejecuta un cilindro hidráulico. Los motores eléctricos generan grandes torques de arranque, por lo que debe tenerse precaución al usar tornillos con diámetros pequeños para evitar que se rompan.

Sistema de potencia hidráulico: Los motores hidráulicos su funcionamiento se basa en la transformación de la potencia hidráulica del fluido en potencia mecánica estos elementos tienen tuberías de conducción que llevan el fluido a presión a los pistones de inyección y de cierre del molde. El fluido que más se utiliza es el aceite debido, a sus propiedades lubricantes

3. La unidad de controlEste sistema contiene un controlador lógico programable (PLC) y controladores PID para las resistencias eléctricas del barril y de la boquilla. El PLC permite programar la secuencia del ciclo de inyección y recibe señales de alarma Los controladores PID son los más adecuados para el control de temperatura 

Parámetros de una inyectora

Velocidad de inyección: es la velocidad máxima a la cual puede suministrar la unidad de inyección el material hacia el molde

Capacidad o fuerza de cierre: usualmente se da en toneladas (ton) Capacidad de inyección: es el volumen de material que es capaz de

suministrar la máquina en una inyección (cm3/inyección). Presión de inyección: es la presión máxima a la que puede bombear la

unidad de inyección el material hacia el molde. Capacidad de plastificación: es la cantidad máxima de material que es

capaz de suministrar el tornillo.

Subsistema Forma Materiales de construccion

Tolva Metal resistente al calor

Dimension: 10 x 10 cmEn la parte superio de la tolva

Unidad inyectora Metal resistente al calorDimension: 20 milimetros de capacidad

Calentamiento FerroníquelDimension: según la unidad inyectora

Molde Material sugerido por el profesorDimension: según la capacidad

Palanca Metal resistente al calorDimension: 20 x 5 cm

Procedimiento de fabricación

Soldar el sistema de inyección a una base fija. Soldar la tolva al sistema de inyección. Introducir el embolo asegurándose que quede con una presión

determinada. Soldar el embolo a la palanca de empuje. Instalar las resistencias a los costados del sistema de inyección. Instalar el molde a una base fija para la inyección.

Para la realización de este proyecto es necesario contar con un soldador y herramientas varias de construcción como alicates, desarmadores, etc.