Manufactura Avanzada

Actividad de Aprendizaje 7Maestro: Dr. Conrado Rosales

Jesús Alfredo Estrada Virgil A01230619

Campus Puebla

27 de Febrero de 2015

Introducción

El objetivo de esta actividad de aprendizaje es conocer los diferentes procesos de manufactura empleados. En este caso se comprara el uso del plástico y un metal, con la finalidad de medir sus características físicas presentes en la elaboración del producto.

Desarrollo

1.   Inspeccione una cubeta metálica y una de plástico, de forma y tamaño similares.

a) Indique las diferencias en cuanto a: Proceso de manufactura empleado.

Metal: Acero Galvanizado

La fabricación de un acero galvanizado empieza generalmente por el proceso de colada continua ya que se desean láminas de bajo espesor. En este proceso el metal fundido se limpia y luego se iguala su temperatura soplando gas nitrógeno durante cinco o diez minutos. Después se vierte en un recipiente intermedio de colada, revestido de refractario (distribuidor), donde se retiran las impurezas. El metal fundido se mueve hacia abajo a través de moldes de cobre enfriados por agua y se comienza a solidificar en una trayectoria soportada por rodillos (llamados rodillos de apriete).

Kalpakjian, S. (2008). Manufactura, ingeniería y tecnologia. México: PEARSON.

Posteriormente se sigue un proceso de inmersión en caliente para galvanizar la placa. En la inmersión en caliente, la pieza de trabajo (por lo general acero o hierro) se sumerge en un baño de metal fundido, como zinc, para lámina de acero galvanizado. Primero, la hoja laminada se limpia electrolíticamente y se restriega con un cepillo. Después la lámina se recuece en un horno continuo con atmósfera y temperatura controladas, posteriormente se sumerge en zinc fundido a unos 450 °C (840 °F).

Kalpakjian, S. (2008). Manufactura, ingeniería y tecnologia. México: PEARSON.

Una vez elaborada la lámina y galvanizada esta es enroscada por medio del método de engargolado, este es el tipo de sujeción mecánica más común en latas, cubetas, tanques de almacenamiento y/o botes. El engargolado se ensamblan dos laminas metálicas de bajo calibre por medio de presión y sellado.

Plástico

En el moldeo por inyección los pellets alimentan a un cilindro que es calentado por fuera para estimular la fusión del polímero y el fundido se fuerza dentro del molde mediante un sistema de tornillo giratorio. Conforme aumenta la presión a la entrada del molde, el tornillo giratorio empieza a retroceder por la presión hasta una distancia predeterminada. Después el tornillo deja de girar y empuja hidráulicamente hacia delante el plástico fundido dentro de la cavidad del molde. Después de que la parte se ha enfriado lo suficiente, los moldes se abren y se extrae la pieza por medio de expulsores. Los moldes se cierran y el proceso se repite en forma automática.

Kalpakjian, S. (2008). Manufactura, ingeniería y tecnologia. México: PEARSON.

Calidad superficial.

Metal

El acabado superficial de la cubeta de acero galvanizado esta influenciado por el proceso de galvanizado, debido a este se puede sentir una textura rugosa, ademas de que el espesor de pared varia de acuerdo a la zona.

Plastico

Como se puede observar el acabado superficial de la cubeta de plastico en su mayoria es uniforme sin embargo se observan algunas cavidades dispersas que pueden ser debido a una presion muy alta a la hora de inyectar el material, creando burbujas de aire que pueden ser apreciadas una vez enfriado el material.

Espesor de pared.

En la imagen número uno se puede observar la medición del espesor de la cubeta metálica, en el cual se tuvo una medición de 0.43 mm. En la figura numero dos se puede observar la medición del espesor de la cubeta de plástico el cual dio un espesor de 1.52 mm.

Costillas de refuerzo presentes.

Metal

En la cubeta metálica se pudieron observar dos tipos de costillas, las primeras en la superficie del material y las segundas en la base de la cubeta. Dando como resultados 5.30 mm en la superficie y 1.78 mm en la base.

Plástico

En la cubeta de plástico se pudieron observar tres diferentes tipos de costillas, debido a las propiedades mecánicas de este material. El primero tipo de costilla se encuentra en las laterales, dando como resultado 1mm, el segundo tipo son las costillas de la base, dando como resultado 2.26mm y el tercer tipo son las costillas en la boca de la cubeta, dando como resultado 1.38 mm.

Características de perforaciones en el objeto.

Las perforaciones en el objeto son de suma importancia debido a que a partir de estas y con la ayuda de una agarradera el objeto puede ser transportado de un lugar a otro. Únicamente existe un tipo de perforación en ambos objetos y posiblemente fue elaborado con una operación de barrenado. Los resultados fueron los siguientes: Para el metal 6.80 mm y plástico 7.10 mm.

Rugosidad de la superficie.

Metal

Con la ayuda de un rugosimetro obtuvimos que el coeficiente de rugosidad para la cubeta metálica es de 0.151 micras.

Plástico

Igualmente con la ayuda del rugosimetro se obtuvo para la cubeta de plástico se obtuvo un coeficiente de rugosidad de 0.068 micras.

En conclusión la superficie de acero galvanizada tiene una superficie más rugosa debido a los procesos de manufactura que sigue. La cubeta de plástico al ser fabricada por un único proceso de manufactura, tiende a ser menos rugosa.

b) Haga el mismo análisis anterior para otro objeto, fabricado tanto con metal como con plástico.

Proceso de manufactura empleado.

Metal

En el proceso de cámara fría, se vacía metal fundido dentro del cilindro de inyección (cámara de inyección). Esta cámara no se calienta, de ahí el término cámara fría. El metal se fuerza dentro de la cavidad de la matriz a presiones que generalmente van de 20 a 70 MPa (3 a 10 ksi). Normalmente, las aleaciones de alto punto de fusión de aluminio, magnesio y cobre se funden mediante este método, aunque también pueden fundirse otros metales (incluyendo los ferrosos).

También proporciona una buena precisión dimensional y detalles de la superficie, por lo que las partes requieren muy pocas (o ninguna) operaciones de maquinado o terminado. Permanecen las marcas de los expulsores, al igual que pequeñas cantidades de proyecciones (material delgado comprimido entre las matrices) en la línea de partición de la matriz.

Kalpakjian, S. (2008). Manufactura, ingeniería y tecnologia. México: PEARSON.

Plástico

Para la elaboración del exprimidor de plástico se utilizó el mismo principio de fabricación que para la cubeta: Inyección de plástico. Se pueden observar marcas de los botadores presentes en este y el acabado superficial es similar al de la cubeta.

Calidad superficial.

Metal

La calidad superficial del exprimidor de metal es bastante buena, puede apreciarse una textura bastante lisa. El único defecto con el que cuenta es alrededor de sus bordes de la circunferencia, donde se encuentra un acabado un poco rugoso y con marcas transversales de maquinado.

Plástico

Espesor de pared.

Metal

Los resultados obtenidos para el espesor de pared para el exprimidor de metal fueron encontrados midiendo varias partes del exprimidor y obteniendo un promedio lo que dio como resultado 2.28 mm.

Plástico

Para el exprimidor de plástico se utilizó la misma metodología que para el exprimidor metálico, dando como resultado 4.22 mm.

Costillas de refuerzo presentes.

Metal

En el exprimidor metálico se pudieron encontrar dos tipos de costillas, las primeras fueron localizadas en el perno que une una pieza con otra y las segundas en la parte que une la circunferencia con el mango, ambas dieron como resultado 3.90 mm.

Plástico

En el exprimidor de plástico se pudieron localizar tres tipos de costillas, debido a las propiedades mecánicas del material, se entiende que es necesario reforzarlo más durante el proceso de manufactura. El primero tipo de costilla se localizó en la circunferencia superior con un resultado de 5 mm, la segunda costilla fue localizada en el perno que une la parte inferior con la superior y la medición fue de 7.65 mm. Por último se localizó un par de costillas presentes en el mango del exprimidor y ambas midieron 6.40 mm.

Características de perforaciones en el objeto.

Metal

Las perforaciones en el objeto, tanto en el exprimidor de metal y en el de plástico, tienen la función más importante del exprimidor que es proveer el jugo por medio de estos. La medición para el exprimidor de metal fue de 2.82 mm.

Plástico

Las perforaciones localizadas en el exprimidor de plástico fueron de 3.64 mm. Cabe recordar que ambas perforaciones (Plástico y metal) fueron elaboradas por un proceso de barrenado posterior.

Rugosidad de la superficie.

Metal

De acuerdo a los datos obtenidos en el rugosimetro los resultados arrojados para el exprimidor de metal fueron de 0.118 micras.

Plástico

Los resultados obtenidos en la prueba de rugosidad para el exprimidor de plástico fueron de 0.146 micras. Comprobando lo expuesto en los resultados superficiales donde se mencionaba que el exprimidor de metal tenía una superficie más limpia.

c) En cuanto a la pieza de plástico y el segundo objeto analizado por usted, ¿Qué diferencias o coincidencias existen con respecto a las características sugeridas para la pieza inyectada?

Las coincidencias se presentan en las superficies donde se observan espesores de pared similares, además de la mayoría de los defectos de fabricación presentes en el proceso de inyección de plásticos. Como sucede en otros procesos de formado, el diseño del molde y el control del flujo de material en las cavidades de la matriz son factores que determinan la calidad del producto y, por lo tanto, sirven para evitar defectos.

Los defectos más comunes observados en el moldeo por inyección son: Porosidad o huecos por contracción, líneas de soldadura, rebaba, marcas de hundimiento (chupado), etc.

Las diferencias son muy pocas debido a que se utiliza el mismo proceso de fabricación, únicamente difiere el tamaño del producto final.

Objeto Espesores   de Pared

Criterio   para   la Colocación de Costillas

Ángulos   de Desmoldeo

Posible   Colocación   de Insertos

Criterio Para secciones promedio van desde 1.5 mm (0.060 in) hasta 2.4 mm (0.093 in)

Las costillas deben ser entre 40 y 60 % más delgadas que el espesor de pared a reforzar.

Altura no más de 2.5 a 3 veces el espesor de pared.

Perpendiculares a la línea de partición, para

Polyethylene 1⁄4°

Polystyrene 1⁄2°

Nylon 0–1⁄8°

Acetal

Si existen y deben eliminarse las esquinas agudas.

Son económicos y únicamente deben usarse para refuerzo, anclaje y soporte.

permitir una Re monición de la pieza más fácil.

0–1⁄4°

Acrylic 1⁄4°

Cubeta 1.52 mm.

SI CUMPLE

Costillas laterales: 1mm, costillas de la base: 2.26mm y costillas en la boca de la cubeta: 1.38 mm.

SI CUMPLE

Polyethylene 1⁄4°

No existen insertos

Exprimidor 4.22 mm.

NO CUMPLE

Circunferencia superior: 5 mm, perno que une la parte inferior con la superior: 7.65 mm y mango del exprimidor: 6.40 mm.

SI CUMPLE

Polystyrene 1⁄2° Insertos visibles a la altura del mango, donde es evidente el uso de botadores o expulsores.

2.   Haga una tabla comparativa entre los diferentes proceso de fabricación de componentes de plásticos:

Tipo   de Fabricación

Aplicaciones

Materiales Procesables

Espesores de Pared

Criterio para la Colocación de Costillas

Ángulos   de Desmoldeo

Posible Colocación de Insertos

Inyección Juguetes, utensilios de cocina, Refractarios, partes de Refrigeradores, Calzado, herramientas y algunos componentes automotrices.

Polietileno, Polipropileno, Poliestireno, Cloruro de Polivinyl (vinyl o PVC), Nylon, Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), y Acrílico

Los espesores de pared más delgados son comunes.

El espesor de pared está delimitado por el material a ser utilizado.

Las costillas deben ser entre 40 y 60 % más delgadas que el espesor de pared a reforzar.

Altura no más de 2.5 a 3 veces el espesor de pared.

Costillas

Polyethylene 1⁄4°

Polystyrene 1⁄2°

Nylon 0–1⁄8°

Acetal 0–1⁄4°

Acrylic 1⁄4°

Si existen y deben eliminarse las esquinas agudas.

Son económicos y únicamente deben usarse para refuerzo, anclaje y soporte.

Para secciones promedio van desde 1.5 mm (0.060 in) hasta 2.4 mm (0.093 in)

dobles solo en caso de refuerzo necesario.

Perpendiculares a la línea de partición, para permitir una Re monición de la pieza más fácil.

Existen marcas de rechupes gracias a las costillas.

Deben tener un radio generoso de 0,5 ° a 1,5 ° por lado.

Radio de filete en su base del 25%-40% del ancho de pared.

Moldeo de Compresión

Partes de transmisión, frenos, fibras, cestos sanitarios, regaderas y aplicaciones decorativas

Resinas básicas, fenol, urea, melamina (melamina y fenólico), ftalato de dialilo

(iso y orto), poliéster (compuestos granulares, a granel, o

Los espesores de pared para piezas promedio van desde 2.0–3.0 mm (0.078–0.125 in) hasta 2.5–4.8 mm (0.100–0.187 in)

La anchura de la base de la costilla debe ser menor que el espesor de la pared a la que está unido.

El uso de dos o más costillas es mejor que el aumentar la

Superficies interiores tienen mayor necesidad de ángulos debido a que una pieza moldeada tiende a encogerse.

Al menos ángulos de 1⁄2° hasta 1 °

Los insertos internos pueden causar problemas.

Insertos metálicos externos pueden aflojarse debido a la contracción del material

moldeo por hoja), alquidas EPoX-s, siliconas, poliamidas, poliuretano, bismaleimidas

altura de una única costilla.

se sugiere en las secciones de pared lateral.

plástico.

Inserciones internas pueden presentar problemas con el material debido a la formación de grietas alrededor de ellos.

Moldeo por Transferencia

Conectores eléctricos y componentes electrónicos, partes de hule y silicón y el encapsulado de dispositivos micro electrónicos

Poliestireno, poliestireno, acrilonitrilo, acetato de celulosa, propionato de celulosa, acetato de celulosa, nylon, policarbonato, polipropileno

Rango de espesor de 0,025 mm (0,001 in) en hojas muy delgadas y de 0,25 mm (0,010 in) a 13 mm (0,50 in) en otros componentes.

Costillas moldeadas pueden ser incorporadas para aumentar la fuerza o disminución de la deformación de partes termoestables.

Se requieren ángulos en las paredes laterales para facilitar la fácil extracción de la pieza de trabajo.

Por lo menos desde un 1⁄4° hasta 1°

Los insertos metálicos no son factibles con estas piezas debido a que las paredes de tales partes son muy delgadas y no son lo suficientemente fuertes para sostener una pieza de inserción.

Referencias

Kalpakjian, S. (2008). Manufactura, ingeniería y tecnologia. México: PEARSON.

Bralla, J. (1999). Design for manufacturability handbook. New York: McGraw-Hill.