1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………………………………………….. 2
2. TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN …………………………………………………………………………………………. 2
2.1. POR CALOR Y VACÍO………………………………………………………………………………………………………………… 2
2.2. POR CALOR Y SOPLADO …………………………………………………………………………………………………………… 2
2.3. POR INYECCION ……………………………………………………………………………………………………………………….. 2
2.4. POR EXTRUSIÓN. ……………………………………………………………………………………………………………………… 3
2.5. POR EXTRUSIÓN Y SOPLADO ……………………………………………………………………………………………………. 3
2.6. POR COMPRESIÓN…………………………………………………………………………………………………………………….. 3
2.8. MOLDEO CENTRÍFUGO. ……………………………………………………………………………………………………………. 3
2.9. CALANDRADO …………………………………………………………………………………………………………………………. 4
2.10. ESPUMACION O ESPUMADO …………………………………………………………………………………………………….. 4
3. TÉCNICAS DE MECANIZACIÓN DE PLÁSTICOS. APLICACIONES……………………………………. 4
3.1. TALADRADO. …………………………………………………………………………………………………………………………… 4
3.2. FRESADO………………………………………………………………………………………………………………………………….. 4
3.3. CEPILLADO………………………………………………………………………………………………………………………………. 4
3.4. TORNEADO. ……………………………………………………………………………………………………………………………… 4
3.5. ASERRADO. ……………………………………………………………………………………………………………………………… 4
3.6. ESMERILADO Y PULIDO……………………………………………………………………………………………………………. 5
3.7. GRABADO. ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 5
3.8. PLEGADO. ………………………………………………………………………………………………………………………………… 5
3.9. APOMAZADO……………………………………………………………………………………………………………………………. 5
4. TÉCNICAS DE UNIÓN DE PLÁSTICOS. ………………………………………………………………………………. 5
4.1. UNIÓN MECÁNICA ………………………………………………………………………………………………………………….. 5
4.2. UNIÓN DE PLÁSTICOS MEDIANTE ADHESIVOS …………………………………………………………………….. 5
4.3. UNIÓN POR COHESIÓN. ………………………………………………………………………………………………………….. 5
4.3.1. PEGADO CON BARRA CALIENTE ……………………………………………………………………………………………… 6
4.3.2. SOLDADURA DIELÉCTRICA O DE ALTA FRECUENCIA ………………………………………………………………….. 6
4.3.3. SOLDADURA CON GAS CALIENTE. …………………………………………………………………………………………… 6
4.3.4. SOLDADURA CON ÚTIL CALIENTE …………………………………………………………………………………………… 7
4.3.5. SOLDADURA POR INDUCCIÓN Y RESISTENCIA. ………………………………………………………………………….. 7
4.3.6. SOLDADURA CON HILO EXTRUIDO ………………………………………………………………………………………….. 7
4.3.7. SOLDADURA POR FRICCIÓN. ………………………………………………………………………………………………….. 7
5. CONCLUSIÓN…………………………………………………………………………………………………………………………. 7
“Materiales plásticos”. Instituto de Materiales y Plástico. “Un mundo de plástico”. Tecnología industrial nº 230, 1998
Temario tecnología. Editorial MAD.
1. INTRODUCCIÓN
El mundo que nos rodea está inundado de objetos de plástico. El diseño mecánico y su funcionalidad condicionan la selección del material básico y las técnicas de procesado a emplear en cada caso. También es importante su aspecto superficial de ello dependerá la aceptación por el consumidor final. A continuación se desarrolla las técnicas de conformación, mecanizado y unión de plásticos, el cual justifica que se encuentre en el currículo de Tecnología por su aplicación cotidiana y su frecuente uso. Como se explica en otro tema, hay 3 tipos de plásticos: termoestables, termoplásticos y elastómeros. Aquí mencionaremos las particularidades más apropiadas para cada tipo de plástico en cuanto a conformación, mecanizado y unión así como sus aplicaciones.
2. TÉCNICAS DE CONFORMACIÓN
2.1. POR CALOR Y VACÍO
Básicamente consiste en poner la plancha termoplástica encima de un molde. Se hace el vacío en la cavidad cerrada del molde. La plancha, en su estado elástico blando, es comprimida contra los contornos del molde en el espacio en que se ha hecho el vacío. Tras enfriarse la plancha se solidifica con la forma del molde y puede ser estirada.
2.2. POR CALOR Y SOPLADO
Consiste en calentar las planchas de material termoplástico hasta su punto de reblandecimiento, y trasladarlo a los contornos de un molde hembra soplando con aire comprimido.
En el proceso básico la plancha se coge encima de la cavidad de molde y se calienta hasta que se descuelga ligeramente. Se aplica aire comprimido y precalentado, dándole la forma requerida. El molde debe tener orificios para permitir la salida del aire atrapado, debajo de la plancha. Por esta técnica se obtienen objetos de poliestireno, de policloruro de vinilo y de polimetacrilato de metilo.
2.3. POR INYECCION
El moldeo por inyección es el procedimiento más conocido de fabricar piezas partiendo de polvos de material termoplástico. La masa se hace fluida fuera del molde y se inyecta a presión a través de una boquilla al interior del molde frío, donde se solidifica al instante.
El trabajo de las máquinas de moldeo por inyección consiste en expulsar con intermitencia las masas plastificadas por la extremidad, construida como una tobera, del cilindro inyector, lo que se hace con ayuda de un pistón
La masa plástica procedente de la tobera llena el útil de inyección cerrado manteniendo una temperatura inferior a la de solidificación del plástico, y allí se solidifica, estando en condiciones de ser retirado como pieza moldeada.
2.4. POR EXTRUSIÓN.
Este método se emplea para obtener perfiles de determinada longitud o fabricación continua. El material termoplástico pasa a través de una máquina llamada extrusora que consta de las siguientes partes: Una tolva de alimentación, cilindro, husillo o tornillo sinfín, una boquilla o hilera, que confiere al plástico la forma de perfil deseado, una unidad de refrigeración a la salida de la hilera y una bobinadora, cuando la fabricación es continua, que enrolla el producto terminado.
Algunas aplicaciones son perfiles, tubos, varillas, recubrimiento de cables eléctricos, etc.
2.5. POR EXTRUSIÓN Y SOPLADO
Donde se combina el método anterior con un molde independiente en donde se recoge el tubo de plástico recién extruído. Se usa para botellas u otros artículos huecos.
2.6. POR COMPRESIÓN.
El moldeo por compresión se emplea ampliamente con los materiales que se endurecen o se solidifican bajo presión y calor. En el moldeo por compresión se vierte la materia prima (polvo, gránulos, etc.) en el molde, se cierra éste, y mediante calor y presión se deja fundir el plástico para que adopte la forma del objeto que se quiere obtener.
En general estos moldes sólo se utilizan con materiales termoestables y con los que se moldean en frío. Los moldes de compresión se utilizan rara vez con materiales termoplásticos, debido a que se necesita mucho tiempo para calentar el material hasta su estado plástico.
Se aplica en piezas pequeñas como accesorios eléctricos (interruptores, enchufes, etc.), mangos de cazos, tapones de botellas, asientos de inodoros, etc.
2.7. POR TRANSFERENCIA
Se emplea para moldear polímeros termoestables como fenoles, ureas, melaminas. Este método difiere con el de compresión en la forma de entrar la masa al molde, donde aquí entra por una cámara exterior a la cavidad del molde. La ventaja es que no forma rebabas, puede fabricar muchas piezas al mismo tiempo y es muy útil para piezas pequeñas intricadas difícil de hacer por compresión.
2.8. MOLDEO CENTRÍFUGO.
Sirve para cuerpos huecos de espesor muy homogéneo. Se introduce cierta cantidad de polímero en estado fluido en un molde que gira por su eje de simetría a alta velocidad, dentro de un horno caliente. La fuerza centrífuga hace que el material sea distribuido uniformemente sobre las paredes del molde, cuya cantidad ha sido calculada. A continuación se enfría y se extrae del molde. Se emplea para la fabricación de objetos que tienen la forma de sólidos de revolución huecos y para tubos de gran diámetro y no muy largos
2.9. CALANDRADO
La materia prima caliente es laminada entre varios rodillos para formar una lámina continua.
La máquina que lo realiza se llama calandria y consta de tres o más cilindros.Esta primera lámina se refina y ajusta a continuación en otra serie de cilindros de calibración, enfriamiento, corte y recogida. El último rodillo proporciona el acabado superficial a la lámina: brillante, mate o difuminado.
Un caso particular es el laminado, que consiste en recubrir, con un film de plástico, una lámina de otro material.
Ejemplos son: planchas de PVC, carpetas, toldos, láminas para la agricultura, hules impermeables, etc.
2.10. ESPUMACION O ESPUMADO
El proceso consiste en introducir aire u otro gas en el interior de la masa de plástico de manera que se formen burbujas permanentes. Se consigue por agitación, por insuflado, o añadiendo un agente espumante. Ejemplos son: bolas, envases para alimentos, placas aislantes térmicas en construcción, etc.
3. TÉCNICAS DE MECANIZACIÓN DE PLÁSTICOS. APLICACIONES.
El mecanizado de plásticos sirve para dar forma a los objetos de plástico. El manejo de las máquinas y de las herramientas es similar a las técnicas dé mecanizado de piezas metálicas y de la madera. Y las diferencias entre las máquinas utilizadas en el mecanizado de plásticos y las empleadas en el trabajo de los metales o la madera son los diferentes valores de los ángulos de los elementos cortantes y velocidades de corte.
Es preciso que las máquinas-herramientas posean altas velocidades de corte, con objeto de que las piezas de plástico no se astillen ni se resquebrajen.
Son utilizables las máquinas normales del trabajo de la madera y de los metales ligeros, debiendo proporcionar a la herramienta una eficaz refrigeración en todas las operaciones de arranque de viruta, debido a la poca conductibilidad térmica de los plásticos.
Si no se proporciona una refrigeración enérgica a la zona de trabajo, los plásticos termoestables corren el riesgo de descomposición y los termoplásticos pueden llegar a deformarse por fusión.
La refrigeración puedo hacerse, según los casos, mediante aire comprimido, emulsión para taladrar, agua y petróleo, dependiendo siempre del material de la pieza.
A las herramientas de corte para trabajar los plásticos se les exige mucho en cuanto a resistencia al desgaste y al calor. Por ello es preciso utilizar herramientas fabricadas a base de acero o de metal duro.
3.1. TALADRADO.
En el taladrado hay que considerar la escasa conductibilidad térmica de los plásticos y la elevada-dilatación por el calor, lo que obliga a levantar, con frecuencia y de forma alternativa, la broca en movimiento. Los agujeros grandes se pueden hacer con fresas de copa.
3.2. FRESADO.
Para el fresado se recomienda un paso amplio de la fresa, así como un fresado oblicuo. Para evitar que cuando la fresa llegue al extremo de la pieza el borde de ésta se quiebre.
3.3. CEPILLADO.
Es conveniente una sujeción análoga con contraasiento. Los termoplásticos pueden trabajarse además de con el cepillo mecánico, con el cepillo de mano utilizado para el trabajo de la madera,
3.4. TORNEADO.
Hay que tener prevista un tipo de herramienta que permita una salida continua de las virutas. Los plásticos termoestables producen una viruta corta.
3.5. ASERRADO.
Se puede usar desde la sierra de metal hasta el láser. Se utilizan sierras circulares de acero rápido con dientes
sin triscar, vaciados lateralmente. Si se utilizan sierras de cinta, deben estas triscadas.
3.6. ESMERILADO Y PULIDO.
Sólo reviste interés el esmerilado húmedo en los plásticos termoestables. Para ello se emplea discos de carborundo o piedras areniscas. Para esmerilado en seco se emplean esmeriladoras de cinta o muelas de plato. Los discos tronzadores se emplean con granulado grueso. El pulido puede ser por abrasión, manual, a máquina o con llama.
3.7. GRABADO.
El grabado se hace con desfondadoras de fresas de pequeño diámetro, montadas sobre pantógrafos.
3.8. PLEGADO.
El plegado se usa para plegar piezas. Consiste en calentar localmente la pieza por la generatriz de doblado con una resistencia calorífica y plegarlo con el ángulo deseado. Esta resistencia puede ser hilo de niquel-cromo alimentado con 24-48 voltios.
3.9. APOMAZADO.
El apomazado es necesario para rectificar los cantos de corte grosero o suprimir pequeños defectos de superficie, como las rayas. Se hace bajo regado de agua para limitar el sobrecalentamiento.
4. TÉCNICAS DE UNIÓN DE PLÁSTICOS.
La unión de plásticos se puede realizar de tres formas: mecánica para ser desmontables y mediante adhesivos o cohesión con calor y presión si la unión va a ser permanente.
4.1. UNIÓN MECÁNICA
Se realiza mediante atornillado con tornillos metálicos pasantes con arandela. El inconveniente es la formación de la rosca interna en la pieza de plástico, pues debilita su resistencia al impacto por efecto del entallado.
4.2. UNIÓN DE PLÁSTICOS MEDIANTE ADHESIVOS
Una técnica es la adhesión o encolado ya que hay que evitar, en todo posible, las uniones remachadas o atornilladas. No todos los plásticos pueden pegarse. La unión puede ser de: componente único, de dos componentes o unidos por disolventes.
Los adhesivos de componente único suelen pertenecer a dispersiones acuosas o de disoluciones en disolventes orgánicos. Donde el agua o el disolvente no es absorbido por la unión, y queda un tiempo llamado “al descubierto” que va desde la aplicación hasta que se une.
Hay adhesivos de dos componentes. Que se juntan cuando se aplican, ya que contienen un elemento entrelazable (monómero o polímero) y un agente entrelazante, llamado acelerador. Algunos adhesivos de dos componentes se utilizan aplicando uno en cada superficie.
Cuando se trata de materiales termoplásticos solubles en disolventes orgánicos pueden adherirse mediante una simple aplicación del disolvente sobre las superficies que se han de unir. Como es el caso del polimetacrilato de metilo con la acetona
4.3. UNIÓN POR COHESIÓN.
Es la unión de dos piezas de material termoplástico mediante calor y presión. También llamado de pegado o soldadura.
Se pueden diferenciar los siguientes tipos de soldadura y pegado:
a) Pegado con barra caliente
b) Pegado dieléctrico o con alta frecuencia
c) Soldadura con gas caliente
d) Soldadura con útil calentado
e) Soldadura por inducción y por resistencia
f) Soldadura con hilo extruido.
g) Soldadura por fricción.
4.3.1.Pegado con barra caliente
El pegado con barra caliente es la más utilizaba para pegar termoplásticos. En él, las dos piezas de película termoplástica se unen con una soldadura solapada. La fusión de las superficies se realiza por la presión y el calor aplicado por las barras calientes. Todo el calor tiene que alcanzar la zona de pegar mediante transmisión calorífica a través de una de las películas. La principal aplicación de esta técnica es la fabricación de bolas de polietileno y en el pegado de recipientes de este mismo material.
Las barras calientes se caracterizan por el hecho de que permanecen a una temperatura uniforme y controlada durante la operación de pegado. Esta temperatura se mantiene gracias a una resistencia eléctrica colocada en el interior de la barra.
Otra técnica de soldar una barra es la del soldador continuo o rotatorio. En este aparato, la película se sujeta fuertemente entre dos bandas sin fin estrechas, y pasa a través de una zona de calentamiento y después por otras de refrigeración. La presión sobre la zona que se va a soldar se aplica usualmente por medio de pequeñas ruedas de guía situadas entre la zona de calefacción y la de enfriamiento La presión sobre estas ruedas se mantiene mediante muelles de presión o por medio de aire comprimido. La tensión de las bandas sin fin se controla con muelles de presión situados en las zapatas. La banda puede estar recubierta con una laca de teflón.
Otro soldador continuo es el de tipo de rueda rotatoria de soldar construido en aluminio generalmente y con adecuados elementos de calefacción y control termostático. La superficie de la rueda tiene unos 3 mm de ancho, con bordes suaves y redondeados. La rueda, después de haber sido recubierta por teflón se monta en una máquina normal de pegado por calor. La rueda gira sobre una mesa y la película pasa entre la rueda y la mesa. La rueda está equilibrada con un peso ajustable y su velocidad se regula de acuerdo con la velocidad con que pasa la película por la mesa. Una cinta de teflón cubre la mesa en el punto de contacto de ésta con la rueda contra la mesa. Se ha podido soldar polietileno en forma tubular a velocidades variables hasta más de 30 m/min. La temperatura debe ser lo suficiente alta para conseguir una buena soldadura, no siendo necesario un control demasiado preciso de la temperatura.
4.3.2. Soldadura dieléctrica o de alta frecuencia
Es una técnica reciente. El termoplástico a soldar se coloca como dieléctrico entre dos electrodos o barras de soldadura. Los electrodos transmiten una corriente de alta frecuencia al termoplástico y al mismo tiempo ejercen la presión necesaria sobre él. Con esta combinación de presión y calor se realiza la soldadura.
Algunos termoplásticos útiles para ser soldados por alta frecuencia son: el propianato de celulosa, el nailon, el polimetacrilato de metilo, el policloruro de vinilo. El polietileno y el poliestireno no pueden ser soldados eficazmente por este procedimiento.
El equipo electrónico necesario para producir la energía de radiofrecuencia necesaria para soldar, consiste en una fuente de energía u oscilador y un circuito de control.
Las máquinas electrónicas de coser son aquellas que hacen soldaduras continuas. Este tipo de máquina tiene el electrodo superior en forma de disco. Algunos ejemplos de aplicación son: impermeables, envases para alimentos, etc.
4.3.3. Soldadura con gas caliente.
Utilizada para soldar termoplásticos, en la que el material se calienta con un chorro de aire caliente o de un gas inerte dirigido por un soplete de soldar. Esta unión generalmente necesita una varilla de aportación, de composición similar al material que se une.
Para calentar el gas se usa o un dieléctrico calentado o una espiral calentada por la llama de un gas. De ahí que se usen unas pistolas o sopletes.
En la pistola de soldar de gas la regulación de la temperatura se hace con la cantidad de llama que calienta la espiral. En la pistola eléctrica se regula con un transformador variable.
4.3.4. Soldadura con útil caliente
Donde las superficies a soldar se unen con un útil caliente. Cuando han alcanzado la temperatura deseada, se retira el útil y las superficies que han de unirse se aprietan rápido entre si. Después de enfriarse, se retira la presión y la soldadura está terminada. Se emplea para tuberías de polietileno, fabricación de juguetes y artículos domésticos.
4.3.5. Soldadura por inducción y resistencia.
Son dos técnicas de soldar donde el calor generado en un alambre se usa para fundir y soldar superficies adyacentes de plástico. Un sistema emplea una corriente inducida en una espiral cerrada de alambre que es la soldadura por inducción, y el otro aplica una corriente eléctrica a través de un alambre de resistencia llamada soldadura por resistencia.
1. La soldadura por inducción emplea el calor generado por un campo electrodinámico de alta frecuencia en un circuito de resistencia.
2. La soldadura por resistencia. Se utiliza en la unión de accesorios de tuberías. El accesorio se aprieta contra la tubería a la que debe ser unida y se aplica una corriente a las terminales del alambre de resistencia. También se usa para tareas de montaje con un generador de corriente transportable.
4.3.6. Soldadura con hilo extruido
En la soldadura con hilo extruido se unen dos secciones de un termoplástico, extrayendo un hilo del mismo material entre ellas. El hilo extruido tiene calor suficiente para la fusión de las superficies adyacentes a él. Dando una estructura homogénea al enfriarse el termoplástico.
La generación de calor en el hilo se realiza mecánicamente en el extrusor. Esta técnica se aplica a la unión de películas de polietileno.
4.3.7. Soldadura por fricción.
Utiliza el calor de fricción que es generado por la rotación de dos superficies en contacto para obtener la unión. El proceso de soldadura por fricción implica la rotación en un eje de una parte que ha de ser soldada contra la otra parte, que está estacionaria. La fricción por contacto se mantiene a una velocidad y presión que generan calor por fricción y funden las superficies adyacentes. La soldadura por fricción ofrece ventajas económicas debido a la rapidez y sencillez de la operación. Con las mordazas y elementos de sujeción, los tomos y prensas de taladrar normales se pueden usar para la soldadura por fricción
5. Conclusión
Como se ha visto, hay unos determinados procedimientos de conformación, mecanización y de unión que dependen del tipo de plásticos y los fines a conseguir. Por eso es importante conocer estos mecanismos para tener las mayores prestaciones posibles.