Un plástico reforzado está constituido por una matriz de resina polimérica combinada con algún agente de refuerzo. La matriz polimérica permite la conformación del material, dándole cohesión, y las fibras de refuerzo confieren propiedades mecánicas como resistencia y rigidez. Las fibras de refuerzo más utilizadas en aplicaciones para ingeniería son las de vidrio y las de carbono, pudiendo recurrir para aplicaciones específicas las fibras de boro o aramida.

Normalmente el material compuesto está formado por la matriz polimérica y un solo tipo de fibras, de diferente tamaño (cortas, continuas) y disposición (unidireccional, trenzada), siendo menos común la combinación de fibras de distinta naturaleza (vidrio y carbono).

La utilización de los materiales compuestos se ha incrementado en diversos campos de la ciencia y la tecnología debido a su elevada rigidez y resistencia específica, bajo peso, buena resistencia al desgaste y la corrosión, estabilidad dimensional, excelente relación resistencia a fatiga/peso y propiedades direccionales, ofreciendo claras ventajas sobre los materiales convencionales como componentes resistentes o estructurales en un gran número de aplicaciones en los sectores de aeronáutica, automoción, construcción de máquinas y biomecánica. La mayor funcionalidad y la menor necesidad de mantenimiento son también dos razones adicionales para el desarrollo de estos materiales.

Las fibras de vidrio constituyen el refuerzo utilizado de forma mayoritaria debido a que reducen la tasa de expansión, incrementan el módulo de elasticidad, tienen características deseables como su alta rigidez y durabilidad y resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión y su bajo precio.

Los materiales compuestos de matriz polimérica se utilizan ampliamente en diversas estructuras como aeronaves, robots, máquinas y prótesis. Estas aplicaciones requieren de una alta calidad superficial, incluyendo exactitud y integridad superficial.

El maquinado en torno

La utilización de los materiales compuestos de matriz polimérica requiere el desarrollo de adecuados proceso de fabricación para obtener componentes mecánicos con características dimensiónales rigurosas.

Los procesos de conformación primarios utilizados son numerosos (inyección, extrusión, bobinado, etc) y dependen tanto de la naturaleza termoplástico o termoestable del material como de la propia aplicación concreta (forma de la pieza, prestaciones deseadas, imperativos de producción). Por procesos de conformación secundarios entendemos las diferentes operaciones de maquinado (torneado, fresado, taladrado). El maquinado es un proceso de fabricación en el cual se utiliza una herramienta de corte para eliminar el exceso de material hasta conseguir la forma y dimensiones deseadas. En los últimos años ha crecido el interés por el maquinado de los materiales compuestos mediante técnicas convencionales y los esfuerzos han ido encaminados a predecir las fuerzas de corte observando los modos de fractura que cusan la separación de la viruta.

El torneado es una de las operaciones de maquinado mas utilizadas en la industria para producir una gran variedad de componentes de acuerdo con especificaciones estrictas de diseño. Las superficies de los acoplamientos mecánicos para diversas aplicaciones tribiologicas se consiguen en la actualidad mediante operaciones de torneado.

El proceso de torneado de los materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras es diferente al de los metales y el cuerpo de conocimientos teórico y experimental de los metales no es aplicable directamente.

Los materiales compuestos contienen dos fases con propiedades mecánicas y térmicas muy diferentes, que se traducen en interacciones complejas entre la matriz y el refuerzo.

Las propiedades físicas y térmicas del material compuesto dependen del tipo, porcentaje y orientación de la fibra, de las propiedades de la matriz polimérica así como de la variabilidad de la propia matriz.

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Introducción a los moldes de inyección de plástico

¿En qué consiste el proceso de inyección de plástico?

El proceso de inyección de plástico consiste en calentar los pellets de un material termoplástico para transformarlos en un tipo masa a través de un cilindro de plastificación, dándole la forma final al molde. Cuando el plástico está en el molde, se enfría por medio de circuitos donde fluye agua y finalmente, se abre el molde para obtener una pieza sólida.

Las máquinas de inyección tienen sistemas hidráulicos, los cuales controlan el movimiento de los sistemas de inyección y cierre; y sistemas eléctricos, que controlan las temperaturas, flujo de agua, aceite, etc.

El proceso de inyección de plástico se divide en tres etapas:

• Inyección.
• Plastificación.
• Expulsión.

Principales partes de la maquinaria usada en el proceso de inyección de plástico

El proceso de inyección de plásticos involucra el uso de maquinaria, la cual debe de contar con las siguientes características, principalmente:

• Unidad de inyección: La función principal de la unidad de inyección es la de fundir, mezclar e inyectar el polímero.

1. Engranes. 2. Cilindro hidráulico. 3. Motor. 4. Dosificador. 5. Pellets. 6. Tolva. 7. Husillo. 8. Calentadores y termopares. 9. Reserva de material fundido.

• Unidad de cierre: Una prensa hidráulica o mecánica, con una fuerza de cierre lo suficientemente grande para contrarrestar la fuerza ejercida por el polímero fundido al ser inyectado en el molde. Si la fuerza de cierre es insuficiente, el material escapará por la unión del molde.
• Molde: Es la parte más importante de la máquina de inyección. Es el espacio donde se genera la pieza. Para producir un producto diferente, solamente se cambia el molde.

Características técnicas de las máquinas de inyección de plástico

Dependiendo del material que se inyecte, se debe tomar en cuenta ciertas características técnicas de las máquinas en la inyección de plástico, dentro de las que se encuentra las siguientes:

Sistema de inyección

• Diámetro del husillo (mm): Diámetro externo del husillo que plastifica e inyecta el plástico.
• Relación L/D del husillo: Es la relación entre la longitud del husillo (L) y el diámetro del mismo (D).
• Máxima presión de inyección (kg/cm2): Presión que se aplica sobre el material al ser inyectado.
• Volumen teórico de inyección (cm3): Volumen generado por el husillo que se inyecta.
• Velocidad de inyección (cm3/s): Velocidad con el que se inyecta el material al molde.
• Velocidad de rotación del husillo (rpm): Velocidad de rotación que alcanza el husillo en la etapa de plastificación.
• Potencia del motor hidráulico (HP): Es la potencia disponible para hacer girar el husillo.

Sistema de cierre

• Fuerza de cierre (Ton.): Fuerza máxima con la que puede cerrarse el molde.
• Distancia entre columnas (mm): Máxima distancia entre las columnas de deslizamiento de la platina móvil.
• Carrera de la platina móvil (mm): Carrera máxima de la apertura del molde.

Especificaciones generales

• Potencia máxima instalada (HP): Potencia del motor eléctrico que activa el sistema hidráulico.
• Ciclos en vacío (ciclos/min): Número de ciclos que la máquina realiza en un minuto, sin realizar fase de inyección y plastificación.

Proveedores de moldes de inyección de plástico

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El proceso de extrusión del plástico

El plástico se compone de grandes moléculas formadas por la unión de otras más sencillas y resulta muy útil en la producción, envase y embalaje de múltiples productos. El plástico se consigue a través de la reacción química de derivados del petróleo y se moldea mediante el calor o la presión.

El proceso de extrusión

Los termoplásticos se fabrican utilizando el extrusor, una máquina que procesa estos materiales. La materia prima en forma de granos pequeños se introduce por un embudo en un cañón calentado, donde un cilindro con rosca de tornillo la transporta a lo largo del tubo.

El material se va fundiendo, por lo que ocupa menos espacio, y va saliendo por un extremo. Posteriormente, la fabricación del plástico se completa mediante dos procesos: la extrusión combinada con soplado y el moldeo con inyección a presión.

Moldeo con inyección a presión

El material de plástico se calienta hasta el punto de fusión, se inyecta a una alta presión en moldes con refrigeración, donde se enfría y se solidifica con la forma del objeto. El molde se construye en dos mitades que se separan después de la inyección para retirar el artículo de plástico. El proceso genera residuos sólidos, filtraciones de aceites hidráulicos y la utilización de aceites de refrigeración de herramientas.

Extrusión combinada con soplado

La materia prima plástica se funde y se procesa a través de una boquilla. Luego, mediante una serie de operaciones auxiliares, se obtienen los productos de material plástico. Este proceso incluye la generación de desechos sólidos, la utilización de agua para el enfriamiento, y, en algunos casos, de disolventes químicos que emiten compuestos orgánicos volátiles responsables de la formación del ozono troposférico.

Para realizar el proceso de inyección, se requiere de una máquina inyectora, molde, periféricos y materia prima. Una vez definido el diseño, proceso, material, periféricos para la manufactura del producto, se debe considerar el numero de cavidades del molde, ya este es directamente proporcional al costo, tanto del molde como de la producción de la pieza.

Diseño de moldes extrusión-soplo

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