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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SONORA CAMPUS GUAYMAS CARRERA: INGENIERÍA EN MANUFACTURA

Proyecto Integrador de Ingeniería en Manufactura

TEMA: Máquina inyectora de plástico por moldeo

Integrantes: Cortez Canizalez Aylin Verónica Echeverría Ríos Anahí Fernanda Martínez Hernández Karen Abril Muñoz Martínez Jonathan Roberto Napoles Serrano Alexia Ravena Morales Lizbeth Cervantes Lizárraga Daniel

A Guaymas, Sonora. Mayo del 2019.

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Introducción

En este proyecto desarrollaremos una máquina de inyección de plástico de escritorio, esto quiere decir que sus dimensiones no serán muy grandes, ya que se planea que la máquina sea lo más portátil posible. La máquina se diseñará y construirá para trabajar como prototipo para producir piezas de plástico muy pequeñas. El diseño, la operación y el ensamblaje de los componentes también se llevará a cabo. Esta máquina es el método más común al hacer partes hechas de plástico. El proceso de manera simplificada se puede resumir en la inyección de plástico derretido dentro de un molde, donde este último tiene una forma determinada. El fin de la máquina inyectora de plástico es producir las partes más pequeñas de plástico que se puedan necesitar, en nuestro caso haremos guasas y cruces. El uso del plástico esta justificado por el simple hecho que usarlo reduce la basura y nos fomenta el hábito de reciclar para obtener cosas nuevas a partir de algo que ya haya terminado su vida útil.

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Índice

Introducción .................................................................................................................. 2 Objetivos ........................................................................................................................ 4 General ........................................................................................................................ 4 Específico .................................................................................................................... 4 Marco teórico ................................................................................................................. 5 Máquina inyectora ....................................................................................................... 5 Plástico Polipropileno ................................................................................................ 11 Aluminio 6061 ............................................................................................................ 14 Materiales..................................................................................................................... 19 Materiales para realizar la maqueta........................................................................... 19 Materiales para realizar la máquina inyectora de plástico. ........................................ 19 Desarrollo .................................................................................................................... 21 Piezas mecanizadas .................................................................................................... 22 Resultados ................................................................................................................... 25 Conclusión ................................................................................................................... 26 Bibliografía .................................................................................................................. 27 Diseño .......................................................................................................................... 31

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Objetivos

General -

Diseñar una máquina de inyección de plástico eficiente y funcional con las herramientas de corte que se encuentran dentro del Laboratorio de Procesos de Manufactura para su posterior uso, ya que la máquina se quedará como inventario para las prácticas.

Específico -

Diseñar una máquina de moldeo por inyección de plástico.

-

Hacer funcionable la máquina, es decir, que pueda producir piezas de plástico gracias al moldeo.

-

Añadir la máquina realizada por el equipo dentro de las instalaciones del laboratorio para que se use posteriormente en prácticas.

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Marco teórico Máquina inyectora

El proceso que se esta llevando a cabo en la máquina es de inyección, entonces, se partirá de este concepto. La inyección es el proceso adecuado para piezas de gran consumo (que se fabriquen en masa). Esto porque la materia prima se puede transformar en un producto acabado en un solo paso. Con este proceso se pueden obtener piezas de variado peso y con geometrías complicadas. Las características del proceso son que la pieza se obtiene en una sola etapa, en la mayoría de los casos se necesita poco o ningún trabajo final sobre la pieza obtenida, el proceso puede ser fácilmente automatizable, las condiciones de fabricación son fácilmente reproducibles y que las piezas acabadas son de una gran calidad. Pero, como en cualquier proceso de fabricación, se tienen ciertas restricciones. -

Las dimensiones de la pieza

Tienen que ser reproducibles y de acuerdo con unos valores determinados, lo que implicará minimizar las contracciones de esta. -

Propiedades mecánicas.

La pieza deberá resistir las condiciones a las que se vea sometida durante su vida útil. -

Peso de la pieza

Es de vital importancia, sobre todo, por las relaciones que hay con sus propiedades. -

Tiempo de ciclo

Para tener una producción alta, se debe minimizar, lo más posible, el tiempo de ciclo de cada pieza. (El tiempo que dura fabricándose) -

Consumo energético

Por último, pero no menos importante, la disminución del consumo energético implicara un menor coste de producción, que, si se permite aclarar, esto le importa a cualquier ingeniero o trabajador. (Mariano, 2011) Las máquinas de inyección por moldeo ofrecen muchas ventajas como alternativa para manufacturar, incluyendo el uso de plástico reciclado (dado que es derretido y moldeado). Las ventajas de este proceso es que se puede lograr una buena superficie, no hay mucha basura y además que, ya construida la máquina, el proceso de crear

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piezas deja de generar mucho costo. El propósito de la construcción de una máquina como estas nos ayuda a crear un artefacto que es eco friendly además de la producción de piezas pequeñas hechas de plástico. Pero ¿Cómo funciona la máquina inyectora de plástico? Básicamente consiste en inyectar plástico en un cilindro con un tornillo sin fin, calentándolo hasta que se derrita la cantidad correcta. Una vez hecho y mediante presión hidráulica, se inyecta en un molde (este molde debe estar frío y cerrado a presión) y así es como obtenemos una pieza de plástico sólido. (Shakurahmed, 2013) En la actualidad, el moldeo por inyección aplicado al plástico es uno de los procesos más utilizados en la producción de piezas como juguetes, artículos de uso doméstico, partes de automóviles, componentes de aeronaves, entre otras. Un aspecto importante del proceso de inyección de plástico es que no produce contaminación directa al no emitir gases contaminantes ni altos niveles de ruido.

Básicamente, el funcionamiento de la máquina inyectora de plástico consta de tres principios:

1. Se eleva la temperatura para fundir el plástico a un grato tal que pueda fluir cuando se le aplica presión.

Imagen

1.1.

La

máquina

Este incremento de temperatura suele llevarse a cabo en

inyectora que se llevará a cabo.

una parte de la máquina conocida como barril. En este

Se le espera un uso para crear

barril se depositan gránulos del plástico que, al

piezas de plástico pequeñas,

calentarse, forman una masa viscosa y de temperatura

como las que se muestran en la

uniforme. Es importante mencionar en este punto que el

imagen. (Korotkov, 2017)

plástico no es un buen conductor de calor, por lo que el proceso de incremento de temperatura debe combinarse con un proceso de corte a velocidad para que sea más eficiente el fundido.

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2. La masa viscosa que se obtiene de la fundición de los gránulos de plástico se inyecta por medio de un canal que irá disminuyendo su profundidad de forma gradual. De esta manera, la presión ejercida dentro de ese canal “empujará” la masa viscosa para que pase a través de la compuerta directamente al molde.

3. Dentro del molde, la masa viscosa es sometida a la presión de este hasta que se enfría y se solidifica. Ya en estado sólido, la pieza es retirada para su posterior decoración o empaque, según la finalidad que se le llegue a proporcionar.

Cuando se obtiene una pieza ya solidificada, el proceso de inyección de plástico puede Imagen 1.2. Explica parte del proceso para convertir el plástico en nuevas piezas creadas por el molde.

reiniciarse para continuar con la producción. (Quiminet, 2011)

(ProcessIndustry,

2018) Resumido en etapas, el proceso de inyección solo llevaría a cabo cuatro: -

Cierre de molde.

-

Fases de llenado y mantenimiento.

-

Plastificación o dosificación y enfriado de la pieza.

-

Apertura del molde y expulsión de la pieza. [Anexo 1.1.]

Existen dos tipos de máquinas inyectoras de plástico [Imagen 1.3.], la simple, que es la

Imagen 1.3. Tipos de máquinas inyectoras que existen. (Milacron, 2018)

que llegaremos a hacer, y la de doble inyección. Se puede observar que, en la simple, solo existe una forma de entrada del plástico, que viene acompañada del tornillo sinfín

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(que traslada el plástico desde el inicio, hasta el final) y lo compacta, el plástico, en un molde hasta que se enfría. (Engineering, 2017) Como resumen del funcionamiento de la máquina, podemos decir que existen cuatro elementos mayores que influyen en el proceso. Estos son: -

El molde

-

El material (plástico, en este caso)

-

La máquina inyectora

-

El operario (ya sea programación o persona)

De estos cuatro, la máquina inyectora y el molde son los más variados y mecánicamente diversos (Ejemplo Imagen 1.4.). (SME, 2013) También en este punto sabemos que una máquina

de

moldeo

por

inyección

consta

de

dos

componentes principales: la unidad de inyección de plástico u la unidad de inyección. La primera es muy parecida al extrusor, mientras que la segunda se relaciona con la operación del molde. Sus funciones son mantener las dos mitades del molde alineadas en forma correcta una con otra, Imagen 1.4. Molde de

mantener cerrado al molde durante la inyección, por medio

acero para soplado de

de la aplicación de una fuerza que sujeta lo suficiente para

una galonera plástica de

resistir la fuerza de inyección y abrir y cerrar el molde en los

64 oz (Soberón, 2017)

momentos apropiados del ciclo de inyección. El molde a grandes rasgos es la herramienta especial.

Esta diseñado sobre medida y se fabrica para la pieza especifica que se ha de producir. Cuando termina la corrida de producción de esa pieza, el molde se reemplaza por otro para la pieza siguiente. Existen moldes de dos placas y de tres, pero en este caso solo se hará un molde de una placa.

Ahora tenemos que hablar de las variables más importantes a la hora de que se realice el proceso de inyección. A continuación, mencionaremos todas de vital importancia, cabe destacar que no esta en orden ascendente ni descendente, al

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contrario, todas son igual de importantes, porque una variable que no tengamos en cuenta puede provocar fallos y eso no es el resultado que esperamos obtener. 

Temperatura de Inyección

Es importante, ya que los materiales poliméricos requieren alcanzar cierto valor de temperatura, para obtener condiciones idóneas de viscosidad y fluidez para inyectarlo. Como sabemos, el moldeo por inyección:

Es un proceso con el que se calienta un polímero hasta alcanza un estado muy plástico y se le fuerza a que fluya a alta presión hacia la cavidad de un molde, donde se solidifica. (Groover, 2007)

Se debe destacar la información, ya que todo ello contrasta con que esta temperatura debe ser lo suficientemente baja, como para que no se aceleren los procesos fisicoquímicos que conduzcan a la degradación del material. Una vez que es introducido el material a la tolva, pasa al cilindro de inyección. La fusión de este se debe, fundamentalmente, al calor provocado por la fricción, que produce el movimiento de giro del husillo en la unidad de plastificación. Las resistencias cerámicas se utilizan principalmente para mantener el plástico a la temperatura requerida. Es importante refrigerar la salida de la tolva por tres motivos: -

Evitar que se forme un tapón de material.

-

Prevenir la degradación del fluido hidráulico del motor que acciona el husillo, debido a las altas temperaturas.

-

Favorecer el arrastre del material para una correcta plastificación.

En la zona de alimentación la temperatura se ha de mantener relativamente baja, obligado por el diseño que tienen los husillos. Por último, en la zona de la boquilla, la temperatura que ha de tener sea uniforme, para evitar la degradación del material, a causa del estrechamiento de esa zona o de un tiempo de permanencia demasiado grande en el cilindro. 

Temperatura de molde

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Es muy importante en el proceso, ya que afecta de forma directa a la calidad de la pieza inyectada. El objetivo al enfriar el molde es extraer el calor para que disminuya la temperatura hasta que la pieza llegue a solidificarse, así que este enfriamiento tiene que ser homogéneo. Este enfriamiento puede ser a través de un pequeño ventilador o de un líquido refrigerante. 

Distancia de carga

Debe ser suficiente para que se pueda llenar el 90 - 99% del molde, durante la fase de inyección. 

Tiempo de inyección

Se relaciona con la velocidad de inyección de manera inversa. Así pues, tiempos de inyección pequeñas implican velocidades muy elevadas. Normalmente, las velocidades del principio y del final de la etapa de inyección y del molde. 

Tiempo de enfriamiento



Tiempo de plastificación …etcétera.

Los defectos que se pueden presentar en las piezas moldeadas a partir de inyección pueden ser principalmente ocasionados por errores durante el proceso de inyección; los defectos provocan que la pieza no cumpla con las especificaciones deseadas y se rechace la pieza inyectada y esto conlleva a problemas no deseados, como la pérdida de tiempo y dinero. Por eso es bueno conocer los defectos que puede tener una pieza, como lo es: -

Defectos en los moldes.

-

Efecto Diesel (áreas quemadas por concentración de gases).

-

Grietas.

-

Pulido no uniforme.

-

Propiedades mecánicas diferentes. …etcétera.

Imagen 1.5. Efecto Diesel – Defecto. Foto ilustrativa. (Interempresas, 1995)

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Plástico Polipropileno Ahora hay que analizar el material que estaremos usando como materia prima: el plástico. Pero ¿Qué plástico exactamente? Según un artículo de semana sostenible ¿Por qué se reciclan tapas plásticas? (MedioAmbiente, 2016) publicado en 2016, el plástico se convirtió en una compañía inevitable para el ser humano. Su uso indiscriminado es una de las principales fuentes de contaminación y usarlo apropiadamente es de vital importancia para conservar el medioambiente. Hoy los plásticos representan más del 12% de la cantidad de residuos sólidos cuando en 1960 la cifra era de apenas 1%. Por ejemplo, en 2010 la humanidad generó 31 millones de toneladas de residuos plásticos y solo recuperó el 8%. Poco a poco el reciclaje se convirtió en un negocio productivo y necesario. Su temperatura de fusión va desde los 150 – 160º C. Como principal objetivo del uso de estas tapitas, tomamos en consideración la contaminación del medio ambiente y como aportación reciclar el plástico y no hacer uso de este como desecho. Dichas tapitas de plástico están hechas de Polipropileno

Imagen

(plástico 5, PP), un tipo de plástico diferente al de las botellas

Polipropileno.

1.6.

(PET). Ahondando más en lo que es el propileno, llegamos a que es un polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las poliolefinas y es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen empaques para alimentos,

tejidos,

componentes

equipo

automotrices

de

laboratorio,

y

películas

transparentes. Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra Imagen 1.7. Tapitas hechas con polipropileno. Imagen ilustrativa de la materia prima.

álcalis y ácidos. (MedioAmbiente, 2016) Existe otro material con el que se fabrican las tapas, este es el polietileno de alta densidad

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(PEAD) pero igualmente es un polímero termoplástico perteneciente a la de la familia de los polímeros olefínicos como lo es el polipropileno. Las propiedades del polipropileno (así es como es conocido comercialmente, pero también se le conoce como polipropileno isotáctico, PP o Hpp) se pueden encontrar comparándola con un similar pero no igual, como lo es el polietileno: -

Menor densidad: el PP tiene un peso específico entre 0,9 g/cm³ y 0,91 g/cm³, mientras que el peso específico del PEBD (polietileno de baja densidad) oscila entre 0,915 y 0,935, y el del PEAD (polietileno de alta densidad) entre 0,9 y 0,97 (en g/cm³)

-

Temperatura de reblandecimiento más alta

-

Gran resistencia al stress cracking

-

Mayor tendencia a ser oxidado (problema normalmente resuelto mediante la adición de antioxidantes)

-

El PP tiene un grado de cristalinidad intermedio entre el polietileno de alta y el de baja densidad.

También se conocen sus propiedades mecánicas, como lo es su módulo elástico, su alargamiento de rotura en tracción, etcétera, que son presentadas en la siguiente tabla: PP

PP

homopolímero

copolímero

Módulo elástico en 1.1 a 1.6

Comentarios

0.7 a 1.4

tracción (GPa) Alargamiento

de 100 a 600

450 a 900

Junto al polietileno, unas de

rotura en tracción

las más altas de todos los

(%)

termoplásticos.

Carga de rotura en 31 a 42

28 a 38

tracción (MPa) Módulo de flexión 1.19 a 1.75

0.42 a 1.40

(GPa) Tabla 1.1. Propiedades mecánicas del polipropileno (plástico). (TotalPetrochemicals, 2006)

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Recalcando que el polipropileno presenta una muy buena resistencia a la fatiga, por ello la mayoría de las piezas que incluyen bisagras utilizan este material. Estas propiedades se recalcan como parte de las características del material que usaremos, pero realmente no son cosa relevante a menos que sea su temperatura de fusión, ya que se estarán derritiendo más no sometiéndose a ensayos de tracción, pero es importante señalarlos para prácticas a posteriori. En todo caso, entre las propiedades térmicas que caracterizan a este plástico en especial que será nuestra materia prima, se destacan variables muy importantes para nosotros, como es la temperatura de fusión que es de 160 a 170º C (comparándola al polietileno, esta es superior) y la temperatura de uso continuo, que es de 100º C. El uso de este material puede ser visto en múltiples aplicaciones, principalmente porque ha sido uno de los plásticos con mayor crecimiento en los últimos años y se prevé que su consumo continúe creciendo más que el de los otros grandes termoplásticos (PE, PS, PVC, PET). En 2005 la producción y el consumo del PP en la Unión Europea fueron de 9 y 8 millones de toneladas respectivamente, un volumen sólo inferior al del PE.1 El PP es transformado mediante muchos procesos diferentes. Los más utilizados son:

-

Moldeo por inyección de una gran diversidad de piezas, desde juguetes hasta parachoques de automóviles.

-

Moldeo por soplado de recipientes huecos como por ejemplo botellas o depósitos de combustible.

-

Termoformado de, por ejemplo, contenedores de alimentos. En particular se utiliza PP para aplicaciones que requieren resistencia a alta temperatura (microondas) o baja temperatura (congelados).

-

Producción de fibras, tanto tejidas como no tejidas.

-

Extrusión de perfiles, láminas y tubos.

-

Impresión 3D, recientemente se ha empezado a usar en formato de filamento para la impresión 3D FDM.

…etcétera.

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El polipropileno siendo termoplástico, su gráfica

de

esfuerzo

deformación

se

describe con una curva corta y un punto de quiebre con tan poco esfuerzo. En la gráfica podemos observar un experimento con un nano compuesto de polipropileno. Según un artículo publicado por Omnexus (SpecialChem, 2017), la temperatura para la inyección en el molde debe ser de 10 – 80º C. En este proyecto usamos el aluminio como material para las placas de los

Imagen

moldes y las placas que sujetan, así

polipropileno. Gráfica esfuerzo deformación.

entonces, ¿de que aluminio estamos

(Mallick, 2003)

1.8.

Comportamiento

del

hablando? El aluminio en específico del cual estamos haciendo uso es el Aluminio 6061, que es una aleación de aluminio endurecido que contiene como principales elementos aluminio, magnesio y silicio. Originalmente denominado "aleación 61S" fue desarrollada en 1935. Tiene buenas propiedades mecánicas y para su uso en soldaduras. Es una de las aleaciones de aluminio más comunes para uso general. Se emplea comúnmente en formas pre templadas como el 6061-O y las templadas como el 6061-T6 y 6061-T651. En su composición química tenemos que el aluminio forma al menos el 95.85 y el 98.56% mientras que el resto de los elementos de la aleación tienen un margen [Tabla 1.2.] sin que existan otros elementos distintos a los mostrados.

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Como el aluminio 6061 es parte de una aleación, su gráfica general es la que se presenta en la gráfica 1.9. Sin embargo, las pruebas que se han realizado al aluminio en sí demuestran una gráfica más corta.

Imagen 1.9. Gráfica general de esfuerzo deformación

para una

aleación

de

aluminio. (Camargo, 2015)

Elemento

Mínimo

Máximo

(%)

(%)

Silicio

0.4

0.8

Imagen

Hierro

0

0.7

deformación de aluminio 6061. (T,

Cobre

0.15

0.4

Manganeso 0

0.15

Magnesio

0.8

1.2

Cromo

0.04

0.35

Zinc

0

0.25

Titanio

0

0.15

1.10.

Gráfica

esfuerzo

2015) Su maquinabilidad como material (un factor muy importante que siempre se debe tomar en cuenta a la hora de hacer este tipo de proyectos, ya que estas piezas se maquinan constantemente) es Aceptable, si se les da las variables adecuadas. Tiene una muy buena

Tabla 1.2. Composición química del Aluminio. (UBA, 2015)

resistencia a la corrosión, así como también un muy buen corte de viruta. Su módulo elástico

es de 69,500 Mpa y su rango de fusión es de 575 – 600º C. Esta fue una de las razones por las que elegimos usar este material, ya que no debe derretirse a la temperatura de las resistencias cerámicas, ya que la máquina se puede echar a perder si no

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equilibráramos las temperaturas a las que llega tener la máquina en varias de sus partes. (Desconocido, Aluminios y metales UNICORNIO, 2014) Usualmente su uso se centra en los moldes de inyección y soplado, construcción de estructuras de aeronaves, como las alas y el fuselaje de aviones comerciales y de uso militar; en refacciones industriales, en la construcción de yates, incluidos pequeñas embarcaciones, en piezas de automóviles, en la manufactura de latas de aluminio para el empaquetado de comida y bebidas. Las ventajas de usar este material como lo es el aluminio 6061 es su resistencia superior a otras aleaciones, tiene excelentes características para la soldadura fuerte y al arco, tiene excelente conductividad, ligereza, nula toxicidad y que no produce chispa, además de que tiene gran resistencia a la corrosión. (Wetzel, 2017) En esta máquina se estará usando un taladro portátil como motor, dado que el motor no gira lo suficiente como lo

Imagen 1.11. Ilustrativa del Aluminio 6061

hace el taladro de mano. Para la T que sostiene el eje grande y la tolva, se uso galvanizado. Es un recubrimiento de zinc sobre hierro o acero, por inmersión en baño de zinc fundido, a una temperatura aproximada de 450o C. A esta operación se la conoce también como galvanización por inmersión o al fuego. El proceso de galvanizado tiene como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y la contaminación. (GalvanizacosLacunza, 2018) El zinc hace a la pieza más resistente al proteger de dos formas. Por un lado, el zinc es muy resistente a la oxidación. De igual forma es un metal muy duradero resistente a las ralladuras y que ofrece un aspecto satinado que puede hacer el acabado del acero galvanizado más atractivo para muchos consumidores. La duración de una pieza de acero galvanizado puede dependiendo de varios factores. Una pieza de acero galvanizado industrial con una capa de zinc de tan solo 0.1 mm de grosor puede durar hasta 70 años en condiciones normales y sin necesidad de un mantenimiento especial.

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Además de ser duradero y resistente, al acero galvanizado es barato y se puede reciclar varias veces, lo que hace sea muy utilizado para una amplia variedad de propósitos: piezas de automóviles, embarcaciones y otros vehículos, estructuras de edificios o piezas de maquinaria. (Curiosoando, 2015) La variedad del uso del acero galvanizado es muy amplia: acero estructural, rejas, láminas, alambres, cables, placas, piezas de fundición, tuberías, tornillos, tuercas. Imagen

1.12.

Producto de acero galvanizado

Las industrias que utilizan el acero galvanizado lo emplean en puentes, carreteras, armaduras para cubiertas y columnas, vigas, largueros, luz y señalización, barandas, cercas. La composición del revestimiento de zinc es básicamente

zinc (>99%) y no contiene plomo, y la apariencia visual son estrellas cristalinas de zinc que ofrece un aspecto muy estético. La resistencia contra la corrosión proporcionada por el revestimiento de zinc está estrechamente relacionada con el grosor del revestimiento. El revestimiento de zinc (Z) es capaz de soportar grandes deformaciones gracias a su ductilidad y buenas características de fricción. Por tanto, los aceros revestidos con zinc se pueden someter a los mismos procesos de conformado que aquellos aceros sin revestir, sin sufrir modificaciones significativas de las condiciones del tratamiento. (ATEG, 2014)

El material fue elegido por diversas características que favorecen al proyecto, ya que, una vez galvanizado el material, no es necesario pintar ni realizar ningún tipo de mantenimiento y asegura un recubrimiento de la pieza por dentro y por fuera, pero sobre todo por su resistencia a la corrosión.

Página18

Las resistencias tipo banda son elementos que suministran energía en forma de calor a procesos industriales con elementos de superficies cilíndricas. Las resistencias tipo banda tienen forma cilíndrica hueca, varían según las especificaciones de cada proyecto. La fabricación de una está en función de las características del proceso a calentar, dimensiones, montaje y capacidades

Imagen 1.13. Resistencias

eléctricas,

para

ello

existen

tres

formas

de

tipo banda

manufactura utilizadas. La temperatura máxima que estas pueden alcanzar son 300º C.

Cada una es diseñada con rigurosas pruebas de ingeniería para cumplir cada vez mayor demanda de equipo con gasto eficiente de energía con alta eficiencia de operación. Se eligieron de este tipo para el proyecto, ya que, son prácticas y se adecuaron al tamaño necesitado, como de igual forma, al trabajo, ya que el plástico puede derretirse fácilmente.

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Materiales Estos son los materiales que se han desde que se realizó la maqueta como bosquejo. Cabe destacar que hubo materiales reciclados, pero esos se identificaran más adelante. Materiales para realizar la maqueta. -

Madera

-

Pegamento

-

Cuello de plástico

-

Broca

-

Barras de plástico

Materiales para realizar la máquina inyectora de plástico. Las barras fueron sacadas de una impresora HP cuyo objetivo en su vida útil había terminado. Estas barras se usaron como ejes y sujeciones para mantener el equilibrio de la máquina, ya que se encuentran en las esquinas contrarias de la placa, logrando que todo se mantenga en su lugar y no se tambalee. Se usaron también los siguientes materiales: -

Aluminio 6061 (Placas)

-

Polipropileno (Tapitas)

-

Motor Nema 17

-

Brocas de distintos diámetros (adelante se especifican que se

usó para cada operación)

Imagen

2.1.

Impresora

HP

-

Vernier

-

Flexómetro

-

Fresas

-

Resistencias cerámicas

donde se sacaron

Como máquinas usadas para mecanizar usamos el torno y la

las barras

fresadora que se encuentran en el laboratorio de Procesos de

Manufactura. Otras máquinas que usamos fue el serrucho eléctrico, el esmeril, el taladro de mano y el de banco, etc.

Página20

La fresadora que usamos fue una convencional marca Bridgeport vertical. En la realización de la máquina y de la placa usamos los tres carros que forman parte de la fresadora. Cabe aclarar que a esta máquina no le funciona el lector de velocidades. El torno que usamos fue un torno marca Hardinger; a pesar de que fallaba continuamente, este se uso cuando fue debido. Tiempo después recibió mantenimiento. Esto nos recuerda lo importante que es que las máquinas del laboratorio se mantengan estables para su uso. [Anexo 1. 2..]

Imagen

2.2.

Bridgeport

Fresadora

Página21

Desarrollo Lo primero que hicimos para empezar a hacer el proyecto fue realizar una maqueta que nos ayudará a visualizar la idea y el proceso de inyección. La maqueta fue echa a partir de madera y plástico, no es una representación exacta ya que la maqueta se quiso hacer de la manera más económica posible. El primer boceto como tal en SolidWorks fue la de la Imagen 3.1. Sin embargo, con el paso del tiempo la idea ha ido perfeccionándose hasta llegar a donde esta. Después de tener algo en mente,

nos

buscar

propusimos

que

a

materiales

podíamos juntar en conjunto, sin que uno se derritiera o se provocara fallo entre ellos. Por lo mismo se uso el Aluminio 6061 como material para la placa, pero como la placa tenía dimensiones muy grandes, se procedió

a

cortarlas

en

Imagen 3.1. Primer boceto en SolidWorks pedazos más pequeños con serrucho eléctrico para fácil manipulación. Para proceder a cortarlos, antes se debieron de hacer marcas para establecer límites y no obtener piezas tan pequeñas. Todas las placas miden aproximadamente 84.30 mm x 95.75 mm. Obteniendo las placas, procedimos a conseguir las barras que serán las guías de nuestra máquina. Estas se consiguieron de una impresora HP. Teniendo las placas, vamos al laboratorio de

Imagen

3.2.

Placa

siendo

cortada

Procesos de Manufactura a rectificar cada lado, rebajando hasta que queden superficies planas y lisas, más que por estética, por ligereza y, como hay placas que se mueven, para facilidad de manipulación.

Página22

Piezas mecanizadas Para las placas de aluminio 6061 usamos la fresadora para planeado. La fresadora trabaja de manera vertical. Para proceder a realizar esta operación (planeado), colocamos marcas tal vez no exactas para realizar los debidos cortes y tener dimensiones más precisas. Realizadas estas marcas, procedíamos a preparar la máquina, acomodando en Z, abriendo el portaherramientas y colocando la pieza, en la realización de las placas de 85 x 96 mm (aprox.) fueron realizadas todas juntas (en total unas 4) para que no tuvieran dimensiones diferentes por si lo hacíamos de una por una. El resultado fue lo que se muestra en la imagen 4.2. y las dimensiones se encuentran en el apartado Diseño, al final de este documento. Se realizó esta operación para eliminar el excedente de material, tener dimensiones óptimas y para estética, también. Además, el diseño de la máquina nos pedía usar esto, pues pueden ser sostenidas por las barras de la impresora. Se uso la fresadora por obvias razones, ya que es la mejor opción para este tipo de trabajos con este tipo de materiales. Para esta operación se usó 25

una fresa de 0.392 in o dicho mejor de 64 in. Hicimos otra placa, que son los soportes. Estos miden aproximadamente 9.7 x 10 cm y tienen un orificio de 8 mm en el centro, donde se sostiene un eje. Para sostener todas las placas sobre la base

Imagen 4.2. Planeado de los lados de la placa

se usan remaches. A varias de las placas se le realizo un avellanado con el propósito de que pudieran quedar los remaches. Del avellanado no se tienen medidas exactas.

Página23

Para realizar la base en la que posteriormente se montará la máquina moldeadora. Se optó por utilizarse madera como material, ya que, su principal beneficio es que no requiere ningún tipo de proceso industrial, no provoca ningún tipo de contaminación y posteriormente podría reciclarse y darle un uso distinto. La máquina-herramienta utilizada para hacer las modificaciones referentes a las medidas necesitadas con base a la máquina moldeadora, fue, la cortadora de madera, la cual consta de un tamaño fácil de utilizar y muy práctico a la hora de cortar el material. La operación

Imagen 4.3. Base de la máquina

realizada fue solo de corte, dándole las medidas necesarias, sin retirar nada espesor ya que, se debe asegurar sea un buen soporte para el proyecto. Para realizar el corte, principalmente, se marcó el material con ayuda de una regla y un plumón para que las líneas sirvieran de guía a la hora de realizar la operación. Las barras utilizadas en la máquina moldeadora, se decidió fueran de aluminio, ya que, es un material poco costoso y ligero, pero, a la vez resistente para poder cumplir con el fin propuesto. Este material fue encontrado en una impresora vieja, por lo tanto, se reciclaron, dándoles un muy buen segundo uso. Ya encontradas las barras de aluminio que pudiesen ser un buen prospecto para lo necesitado en la máquina moldeadora, pasó a realizar la planeación de las modificaciones que tendrían que

Imagen Barras

4.4.

realizarse en ellas para que pudiera adaptarse fácilmente al objetivo. La operación que se realizó en ellas fue, el refrentado, la cual se realiza en la máquina-herramienta torno, mediante la cual, se

mecanizan extremos de las piezas en un plano perpendicular al eje de giro y a lo cual es necesario llevarse a cabo en un ángulo de 60º respecto al porta herramientas asignado en el torno. Para hacer posible la operación se utilizó como herramienta un collet para que la barra se ajustara y las plaquitas para realizar el corte.

Página24

El uso de las barras consta de ser el eje de deslizamiento de las placas de la máquina moldeadora. El material elegido para el espárrago enroscado se seleccionó con distintas características, entre ellas, que fuera de acero galvanizado, ya que, la característica de este tipo de material con un galvanizado proporciona diversos beneficios que favorecen al proyecto, entre ellos su resistencia ante altas temperaturas. Una vez elegido el material ideal para la pieza se pasó a realizar las modificaciones necesarias que lograran se adaptara de mejor forma a objetivo que se le definió en el proyecto. Para la operación necesitada se optó por

utilizar

la

cortadora de metal, la cual fue la mejor opción para darle Imagen

4.6.

Esparrago

soldado por arco eléctrico

los acabados y medidas necesarias, dejando un poco

de

margen

en

ambos extremos por si existiera algún tipo de error al

Imagen 4.5. Soldando el espárrago con una tuerca. En

la

foto

Daniel

Cervantes

momento de unir a la pieza correspondiente. Para finalizar se utilizó soldadura por arco eléctrico para fijar el espárrago roscado de una forma firme y segura, ya que su cometido será, ser pieza clave en ayuda del movimiento de la placa que empuja el molde hasta la parte donde el plástico es eyectado.

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Resultados Al final nos quedó nuestro primer prototipo como queríamos. Aunque en las pruebas que se realizaron, como las de adhesión, salieron muy exitosas, nos dimos cuenta de que necesitábamos demasiado plástico para poder realizar todo lo que es un molde. Para un avance más detallado, ver los primeros 15 segundos del video en YouTube, escaneando el código QR al inicio de este reporte. Tenemos las ecuaciones de movimiento, requisito para la materia de dinámica, usando las especificaciones del Taladro de mano M18 RedLithium XC 5.0 y del diámetro de la broca. El diámetro es de 11.20mm que viene siendo 0.0112 metros. Las revoluciones por minuto pueden ir desde 0 – 1800 rpm, mientras que su velocidad puede ir de 0 – 450 m/s.1 Teniendo esto en cuenta: 𝑓 = 30𝑟𝑃 𝑠 𝑉 = 450𝑚 ⁄𝑆

𝑟 = 0.0056 𝑚

𝜔 = 2𝜋𝑓 = 60𝜋 𝜃 = 60𝜋𝑡 𝑉𝑇 = 𝜔𝑟 = 60𝜋(0.0056) = 0.365𝜋 𝑚⁄𝑠 Se realizó una prueba del plástico sobre una de las placas de aluminio 6061 y resultó que el plástico no se adhiere, al contrario, se quita muy fácilmente y dura alrededor de un minuto en enfriarse (fueron como 56 segundos, pero le sumamos el hecho de que hayamos influido en el enfriamiento).

Sin embargo, en las últimas pruebas que

realizamos, el plástico duró más de un minuto (1 min 40 seg) en enfriarse. Esto es por las diferentes situaciones en las que lo planteamos. Con las prisas, se olvido medir la temperatura, pero sabemos que las resistencias alcanzan los 300 grados.

1

https://www.youtube.com/watch?v=geSMVR9s8R8

Página26

Conclusión Un proyecto educativo nace de la idea de nombrar un conjunto de acciones que se ejecutan coordinadamente con el objetivo de alcanzar una meta en específico. Es una propuesta formativa que alguien va planeando en un tiempo determinado y en cierto ámbito, de igual forma, involucra la formación de un proceso en el cual se ponen ciertos objetivos de aprendizaje y, como muchas de las cosas que nos rodean, surge a partir de la detección de una necesidad o un problema, como también el hecho de convertir algo controversial en una operación más sencilla. En la carrera de Ingeniería en Manufactura destaca por mucho la palabra “proceso”, siendo ésta la base de la mayoría de los enfoques de las áreas a las que va destinada. Proponer la realización de la máquina moldeadora por inyección como proyecto final fue considerado, con el fin de aplicar los diversos conceptos y operaciones aprendidas a lo largo de diversos cursos, de ciencias aplicables a lo que conlleva su formación. Entre ellos cabe destacar: maquinabilidad, dinámica, circuitos eléctricos, resistencia de materiales… los cuales sirvieron como base principal para poder llevar a cabo el proyecto y desarrollarlo, aplicando así lo aprendido, poniendo en práctica muchas de las operaciones, cálculos y ejercicios vistos a lo largo del semestre. En el desarrollo del proyecto se fueron presentando diversas dificultades y contratiempos, haciendo hincapié sobre todo en la imprecisión con la que se realizaron algunas medidas en conjunto de la falta de experiencia del equipo de trabajo, recalcando la importancia de un equipo de herramientas en condiciones óptimas y bien calibradas, al igual que, la selección de un material adecuado para poder realizar la operación correspondiente y así llegar a un resultado satisfactorio, que cumpla con las metas establecidas al inicio, pero sobre todo y como factor más importante lograr un proyecto funcional. Este tipo de cosas nos harán más aptos para cualquier tipo de obstáculo que se nos presente, gracias al trabajo que realizamos en tan poco tiempo. Para finalizar este reporte, nos gustaría terminar con una frase que nos describe como alumnos y equipo que somos, dicha por Alexander Graham Bell, inventor del teléfono y de las celdas solares: Grandes descubrimientos y mejoras Implican invariablemente la cooperación de muchas mentes

Página27

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6061

Alloy

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Aluminum:

Página30

Anexos

Anexo

1.2.

Torno

Hardinger.

Foto de archivo. Anexo 1.1. Etapas del proceso de inyección (Mariano, 2011)

Anexo 1.3. Taladro de mano M18

convencional

Página31

Diseño

Página32

T que sostiene la tolva con el eje principal

Página33

Resistencias cerámicas

Página34

Tolva

Página35

Base

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Placa inyectora

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Página39

Eje principal