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• Maicol Pilco

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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE MECÁNICA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

PROCESOS DE MANUFACTURA

Docente: ING. MIGUEL ESCOBAR

Estudiante: MICHAEL PILCO

Código: 7884

Semestre: QUINTO A

RIOBAMBA-ECUADOR

PROCESOS DE CONFORMADO PARA PLÁSTICOS PREGUNTAS DE REASO 1. ¿Cuáles son algunas de las razones por las que son importantes los procesos de conformado de plásticos? • La variedad de los procesos de formado y la facilidad con que se procesan los polímeros permiten una diversidad casi ilimitada de formas geométricas de las piezas por formar. • Muchas piezas de plástico se forman por moldeo, que es un proceso de forma neta; por lo general no se necesita una conformación adicional. • Debido a que en el procesamiento se emplean temperaturas menores, el manejo del producto se simplifica durante la producción. • No se requiere dar a los plásticos acabados con pintura o recubrimientos. 2. Identifique las categorías principales de los procesos para conformar plásticos, según se clasifican por la configuración geométrica del producto resultante. Las categorías son: • Extrusión • Moldeado • Formación de láminas y películas continuas • Fibras • Productos de espuma • Piezas discretas hechas de hojas y películas formadas 3. En los procesos de conformación de plásticos, la viscosidad es una propiedad importante de un polímero fundido. ¿De qué parámetros depende la viscosidad? La viscosidad de un polímero fundido depende de (1) la temperatura y (2) la velocidad de cizallamiento. Además, (3) el peso molecular del polímero afecta la viscosidad. 4. ¿En qué difiere la viscosidad de un polímero fundido de la mayor parte de fluidos newtonianos? Una masa fundida de polímero presenta pseudoplasticidad, lo que significa que su valor disminuye al aumentar la velocidad de cizallamiento. 5. ¿Qué significa viscoelasticidad, si se aplica a un polímero fundido? La viscoelasticidad es una combinación de propiedades viscosas y elásticas que hacen que la masa fundida muestre memoria: la tendencia a volver a su forma anterior, como se muestra en el hinchamiento de la matriz en la extrusión. 6. Defina la expansión del troquel en el proceso de la extrusión. El hinchamiento de la matriz es la tendencia del extruido a expandirse en las dimensiones de la sección transversal inmediatamente al salir del orificio de la matriz.

7. Describa brevemente el proceso de extrusión de plástico. En la extrusión de plástico, se comprime un polímero fundido para que fluya a través de un orificio de la matriz y, por tanto, la longitud continua del plástico asume una forma de sección transversal que es aproximadamente la misma que la del orificio. 8. El barril y tornillo de un extrusor por lo general se dividen en tres secciones; identifique cada una de ellas. Las secciones son (1) la sección de alimentación, en la que la materia prima se alimenta desde la tolva y se calienta; (2) la sección de compresión, en la que el polímero cambia a un fluido viscoso; y (3) la sección de dosificación, en la que se desarrolla presión para bombear el plástico a través del orificio de la matriz. 9. ¿Cuáles son las funciones del paquete de la pantalla y placa rompedora en el extremo del troquel del barril extruidor? Las funciones son: • filtrar suciedad y grumos • generar presión • enderezar el flujo • eliminar la memoria 10. ¿Cuáles son las diversas formas extruidas y los troqueles correspondientes? Las formas son (1) perfiles sólidos, como redondos y formas en L; (2) perfiles huecos, como tubos; (3) revestimiento de cables y alambres; (4) hoja y película; y (5) filamentos (fibras continuas). 11. ¿Cuál es la diferencia entre hoja y película de plástico? La distinción se basa en el grosor. El material laminado tiene un grosor superior a 0,020 pulgadas (0,5 mm), mientras que el material de película tiene un grosor inferior a 0,020 pulgadas (0,5 mm). 12. ¿Cuál es el proceso de soplar película para producir ésta? El proceso de película soplada es un proceso ampliamente utilizado para fabricar una película fina de polietileno para embalaje. Combina extrusión y soplado para producir un tubo de película delgada. El proceso comienza con la extrusión de un tubo que se estira inmediatamente hacia arriba mientras aún está fundido y simultáneamente se expande en tamaño mediante el aire que se infla a través del mandril de la matriz. 13. Describa el proceso de calandrado. El calandrado es un proceso para producir láminas y películas de caucho o termoplásticos gomosos como el PVC plastificado. En el proceso, la materia prima inicial pasa a través de una serie de rodillos para trabajar el material y reducir su espesor al calibre deseado.

14. Las fibras y filamentos de polímero se utilizan en varias aplicaciones; ¿cuál de éstas es la de mayor importancia comercial? Textiles 15. Técnicamente, ¿cuál es la diferencia entre una fibra y un filamento? Una fibra es una hebra larga y delgada de material cuya longitud es al menos 100 veces su diámetro; un filamento es una fibra de longitud continua. 16. Entre los materiales de fibra sintéticos, ¿cuáles son los más importantes? El poliéster es el más importante comercialmente, seguido del nailon, los acrílicos y el rayón. 17. Describa brevemente el proceso de moldeo por inyección. El moldeo por inyección es un proceso en el que un polímero se calienta a un estado altamente plástico y se fuerza a fluir a alta presión a una cavidad de molde, donde se solidifica. A continuación, se retira la moldura de la cavidad. 18. Una máquina de moldeo por inyección se divide en dos componentes principales; identifíquelas. Los componentes de una máquina de moldeo por inyección son (1) la unidad de inyección y (2) la unidad de sujeción. 19. ¿Cuáles son los dos tipos básicos de unidades de sujeción? Las unidades de sujeción son: (1) abrazadera de palanca mecánica y (2) hidráulica. Además, existen unidades hidromecánicas que combinan accionamientos hidráulicos y mecánicos. 20. ¿Cuáles son las funciones de las puertas en los moldes de inyección? Las funciones de las compuertas en un molde de inyección son (1) aumentar la velocidad de cizallamiento para aumentar la viscosidad y la temperatura del polímero fundido, (2) la sección transversal más delgada de la compuerta se congela más rápidamente para sellar la cavidad; y (3) las partes se pueden romper más fácilmente del corredor en la puerta. 21. ¿Cuáles son las ventajas de un molde de tres placas sobre uno de dos, en el moldeo por inyección? A medida que se abre el molde, el molde de tres placas separa automáticamente las piezas moldeadas del sistema de canal. 22. Analice algunos de los defectos que ocurren en el moldeo por inyección de plástico. Los defectos incluyen (1) disparos cortos, en los que el polímero fundido solidifica antes de llenar la cavidad; (2) tapajuntas, en el que el polímero fundido se aprieta en las superficies de separación entre las mitades del molde y alrededor de los pasadores de expulsión; (3) marcas de hundimiento, en las que la superficie se introduce en la moldura por contracción del material interno; y (4) líneas de soldadura donde la masa fundida ha fluido alrededor de un núcleo u otro detalle convexo en la cavidad del molde, se encuentra en direcciones opuestas y puede tener propiedades mecánicas inferiores a las del resto de la pieza.

23. Describa el moldeo de espuma estructural. El moldeo de espuma estructural es un proceso de moldeo por inyección en el que un gas o un ingrediente productor de gas se mezcla con el polímero fundido antes de inyectarlo en la cavidad del molde; esto da como resultado que la pieza tenga una piel exterior resistente rodeada por un núcleo de espuma. 24. ¿Cuáles son las diferencias significativas en el equipo y procedimientos de operación entre el moldeo por inyección de termoplásticos y el moldeo por inyección de termofijos? Las diferencias en el moldeo por inyección de termo endurecibles son (1) menor longitud del cilindro, (2) temperaturas más bajas en el cilindro, estas dos primeras razones para evitar un curado prematuro; y (3) uso de un molde calentado para provocar la reticulación del polímero TS. 25. ¿Qué es moldeo por inyección de reacción? El moldeo por inyección de reacción implica la mezcla de dos ingredientes líquidos altamente reactivos e inmediatamente inyectar la mezcla en una cavidad del molde donde ocurren reacciones químicas que conducen a la solidificación. Los dos ingredientes forman los componentes utilizados en los sistemas termoendurecibles activados por catalizador o activados por mezcla. 26. ¿Qué clase de artículos se producen por medio del moldeo soplado? El moldeo por soplado se utiliza para producir envases huecos y sin juntas, como botellas. 27. ¿Cuál es la forma del material de inicio en el termoformado? El termoformado comienza con una lámina o película termoplástica. 28. En el termoformado, ¿cuál es la diferencia entre un molde positivo y uno negativo? Un molde positivo tiene forma convexa; un molde negativo tiene una cavidad cóncava. 29. ¿Por qué los moldes del termoformado mecánico por lo general son más costosos que en el de presión o vacío? En el termoformado mecánico, se requieren mitades de molde a juego; mientras que, en otros procesos de termoformado, solo se requiere una forma de molde. 30. ¿Cuáles son los procesos con los que se producen las espumas de polímero? Hay varios procesos de formación de espuma: (1) agitación mecánica: mezcla de una resina líquida con aire y luego endurecimiento del polímero mediante calor o reacción química; (2) mezclar un agente de expansión físico con el polímero, un gas como nitrógeno (N2) o pentano (C5H12) que se puede disolver en el polímero fundido bajo presión, de modo que el gas salga de la solución y se expanda cuando la presión es menor posteriormente reducido; y (3) mezclar el polímero con compuestos químicos, llamados agentes químicos de soplado, que se descomponen a temperaturas elevadas para liberar gases como CO2 o N2 dentro de la masa fundida.

31. ¿Cuáles son algunas de las consideraciones generales que los diseñadores de productos deben tener en cuenta al diseñar componentes hechos de plástico? Algunas de las consideraciones generales son las siguientes: (1) Los plásticos no son tan fuertes o rígidos como los metales y no deben usarse en aplicaciones donde se encontrarán tensiones elevadas. (2) La resistencia al impacto de los plásticos es buena en general, mejor que muchas cerámicas. (3) Las temperaturas de servicio de los plásticos están limitadas en relación con los metales y la cerámica de ingeniería. (4) La expansión térmica es mayor para los plásticos que para los metales; por lo que los cambios dimensionales debidos a variaciones de temperatura son mucho más significativos que para los metales. (5) Muchos tipos de plásticos se degradan con la luz solar y algunas otras formas de radiación.

CUESTIONARIO DE OPCION MULTIPLE 1. Al movimiento hacia delante de un polímero fundido en un barril extrusor le opone resistencia el flujo por arrastre, que es ocasionado por la resistencia a pasar por el orificio del troquel: a) Verdadero b) Falso 2. ¿Cuáles de las siguientes son secciones de un barril extrusor convencional para termoplásticos? (tres respuestas son las mejores): a) sección de compresión b) sección del troquel c) sección de alimentación d) sección de calentamiento e) sección de medición f) sección de conformado 3. ¿Cuáles de los procesos siguientes se asocian con la producción de hoja y película de plástico? (hay tres respuestas correctas): a) proceso de extrusión de película soplada b) calentado c) extrusión por rodillo frío d) método del bisturí e) hilado f) termoformado g) moldeo por transferencia 4. ¿Cuáles de los siguiente son los dos componentes principales de una máquina de moldeo por inyección?: a) unidad de sujeción b) tolva c) unidad de inyección

d) molde e) unidad de eyección de la pieza 5. ¿Cuál de las siguientes es la línea de separación en el moldeo por inyección?: a) líneas que se forman donde el polímero fundido se encuentra después de fluir alrededor de un núcleo en el molde b) las secciones estrechas de la puerta donde las piezas se separan del vaciadero c) donde la unidad de abrazaderas se une con la de inyección en la máquina moldeadora d) donde se unen las dos mitades del molde 6. ¿Cuál de las siguientes es la función del sistema de eyección?: a) mover el polímero fundido hacia la cavidad del molde b) abrir las mitades del molde después de llenarse la cavidad c) retirar las piezas moldeadas del sistema de vaciadero después del moldeo d) separar la pieza de la cavidad después del moldeo 7. ¿Cuáles de las ventajas siguientes ofrece un molde de tres placas, en comparación con uno de dos? (dos respuestas son las mejores): a) separación automática de las piezas de los vaciaderos b) la puerta por lo general está en la base de la pieza para reducir las líneas de soldadura c) el bebedero no se solidifica d) piezas moldeadas más fuertes 8. ¿Cuáles de los siguientes defectos o problemas se asocian con el moldeo por inyección? (tres respuestas son las correctas: a) bambú b) expansión del troquel c) flujo por arrastre d) rebabas e) fractura fundida f) disparos cortos g) marcas de hundimiento 9. En el moldeo rotacional, la fuerza centrífuga se usa para forzar al polímero fundido contra las superficies de la cavidad del molde en que ocurre la solidificación es: a) Verdadero b) Falso 10. ¿El uso de un parison se asocia con cuál de los siguientes procesos para dar forma a los plásticos?: a) moldeo por inyección doble b) moldeo por soplado c) moldeo por compresión d) termoformado de presión

e) moldeo sándwich 11. ¿Cuál de las denominaciones siguientes recibe el molde termoformado con forma convexa? (puede haber más de una): a) troquel b) molde negativo c) molde positivo d) molde de tres placas 12. El término encapsulamiento, ¿se refiere a cuál de los procesos siguientes para dar forma a los plásticos?: a) fundición b) moldeo por compresión c) extrusión de formas huecas d) moldeo por inyección en el que un inserto de metal se introduce en la pieza moldeada e) termoformado al vacío con molde positivo 13. ¿Cuáles de las siguientes son las espumas de polímero más comunes?: a) poliacetato b) polietileno c) poliestireno d) poliuretano e) cloruro de polivinilo 14. ¿En cuál de las categorías de propiedades que siguen es frecuente que las piezas de plástico se comparen en forma favorable con los metales? (dos respuestas son las mejores): a) resistencia al impacto b) resistencia a la radiación ultravioleta c) rigidez d) resistencia e) razón resistencia a peso f) resistencia a la temperatura 15. ¿En cuál de las categorías de propiedades que siguen es frecuente que las piezas de plástico se comparen en forma favorable con los metales? (dos respuestas son las mejores): a) moldeo por soplado b) moldeo por compresión c) moldeo por inyección de reacción d) termoformados e) moldeo por transferencia f) recubrimiento de alambres

16. ¿Cuáles de los procesos siguientes son aplicables a la producción de cascos de botes pequeños? (tres respuestas son las mejores): a) moldeo por soplado b) moldeo por compresión c) moldeo por inyección d) moldeo rotacional e) termoformado al vacío

PROBLEMAS (EXTRUSIÓN) 1. El diámetro de un barril extrusor es de 65 mm, y su longitud es de 1.75 m. El tornillo gira a 55 rev/min. La profundidad del canal del tornillo es de 5.0 mm y el ángulo de las cuerdas es de 18º. La presión piezométrica en el troquel en el extremo del barril es de 5.0 x 106 Pa. La viscosidad del polímero fundido se da como de 100 Pas. Encuentre el gasto volumétrico del plástico en el barril. Qd = 0.5π2(65x10-3)2(55/60) (5x10-3) sin 18 cos 18 = 95,560x10-9(0.3090) (0.9510) = 28.081 x 10-6 m3/s p = 5 MPa = 5x106 n/m2 Qb = π(5x106) (65x10-3) (5x10-3)3(sin 18)2/12(100) (1.75) = 5.804(10-6) m3/s Qx = 28.081 - 5.804 = 22.277 x 10-6 m3/s. 2. Un extrusor tiene un diámetro de 5.0 in y una razón de longitud a diámetro de 26. El barril calienta el polipropileno a 450 ºF, lo que da una viscosidad al líquido fundido de 0.0025 lb-s/in2. La separación de las cuerdas del tornillo es de 4.2 in, y la profundidad del canal es de 0.15 in. Durante la operación, el tornillo gira a 50 rev/min, y se genera una presión piezométrica de 450 lb/in2. ¿Cuál es el gasto volumétrico del polipropileno desde el troquel en el extremo del barril? A = tan-1(p/(πD)) = tan-1(4.2/(5π)) = 15° Qd = 0.5π2 D2 N dc sinA cosA = 0.5π2 (5.02) (50/60) 0.15 sin 15 cos 15 = 3.9 in3/sec Qb = pπDdc3sin2A/(12ηL) = 450π (5.0) (0.153) sin215/ (12(0.0025) (5.0) (26)) = 0.41 in3/sec Qx = Qd – Qb = 3.9 – 0.41 = 3.5 in3/sec 3. Un barril extrusor tiene un diámetro de 110 mm y una longitud de 3.0 m. La profundidad del canal del tornillo es de 7.0 mm, y la separación entre sus cuerdas es de 95 mm. La viscosidad del polímero fundido es de 105 Pas, y la presión piezométrica en el barril es de 4.0 MPa. ¿Cuál es la velocidad rotacional del tornillo que se requiere para lograr un gasto volumétrico de 90 cm3/s? A = tan-1(p/(πD)) = tan-1(95/110π) = 15.37° Qd = 0.5π2 D2 N dc sinA cosA = 0.5π2(0.110)2(N) (7.0x10-3) sin 15.37 cos 15.37 = 106.8 N x 10-6 m3/s Qb = π(4x106) (0.110) (7x10-3)3(sin 15.37)2/12(105) (3.0) = 8.81 x 10-6 m3/s Qx = Qd - Qb = 106.8 N x 10-6 – 8.81 x 10-6 = 90 x 10-6 m3/s 106.8 N = 90.0 + 8.81 = 98.81

N = 98.81/106.8 = 0.9252 rev/s = 55.51 rev/min 4. Un extrusor tiene un diámetro de barril de 2.5 in y longitud de 6.0 ft. El tornillo tiene una profundidad de canal de 0.25 in, un ángulo de cuerdas de 20º y gira a 55 rev/min. El material que se extruye es polipropileno. Con las especificaciones presentes, el gasto volumétrico del polímero fundido es de 1.50 in3/s y la presión piezométrica es de 500 lb/in2. a) Con estas características de operación, ¿cuál es la viscosidad del polipropileno? b) Con el uso de la figura 13.2, diga la temperatura aproximada en °F del polipropileno. (a) Qd = 0.5π2 D2 Ndc sinA cosA = 0.5π2(2.52) (55/60) (0.25) sin 20 cos 20 Qd = 2.27 in3/sec Qb = Qd – Qx = 2.27 – 1.50 = 0.78 in3/sec η = pπDdc3 in2 A/ (12 QbL) = 500π (2.5) (0.253) sin2(20) / (12(0.78) (6) (12)) = 0.011 lb-s/in2 (b) El eje X es la escala logarítmica. Por lo tanto, LOG (0.011) = -1.96 Esto está muy cerca de –2, que está en la marca de almohadilla 10-2 en el eje y. Esto produce alrededor de 410 ° F. 5. Un extrusor tiene un diámetro de 80 mm y longitud de 2.0 m. Su tornillo tiene una profundidad de canal de 5 mm, ángulo de cuerdas de 18 grados y gira a 1 rev/s. El plástico fundido tiene una viscosidad cortante de 150 Pas. Determine la característica del extrusor con el cálculo de Qmáx y pmáx, y luego encuentre la ecuación de la línea recta entre esos valores. Qmax = Qd = 0.5π2(0.08)2(1) (5x10-3) sin 18 cos 18 = 0.158 x 10-3(0.3090) (0.9510) = 46.4 x 10-6 m3/s pmax = 6π (0.08) (1)(2) (150) (cot 18)/(5x10-3)2 = 452.4(3.077)/25x10-6 = 55 x 106 Pa = 55 MPa Qx = 46.4 x 10-6 - (46.4x10-6/55) p Qx = 46.4 x 10-6 - 0.8436 x 10-6 p, donde p tiene unidades de MPa 6. Determine el ángulo A de la hélice de modo que la separación entre las cuerdas del tornillo p sea igual al diámetro de este D. En la extrusión de plásticos, esto se llama el ángulo “cuadrado”, aquel que provee un avance de las cuerdas igual a un diámetro por cada rotación del tornillo. Suponga que el avance = cero. De Eq. (15.4), tan A = Dtor / πD Si Dtor = D, entonces A = tan-1 (1 / π) = 17.66 ° 7. Un barril extrusor tiene un diámetro de 2.5 in. El tornillo gira a 60 rev/min, la profundidad de su canal es de 0.20 in y el ángulo de sus cuerdas de 17.5º. La presión piezométrica en el extremo del troquel del barril es de 800 lb/in2 y la longitud de éste es de 50 in. La viscosidad del polímero fundido es de 122 x 10–4 lib-s/in2. Determine el gasto volumétrico del plástico en el barril. Qd = 0.5π2(2.5)2(1) (.2) sin 17.5 cos 17.5 = 0.5(12.337) (0.3007) (0.9537) = 1.769 in3/sec Qb = π (800) (2.5) (.2)3(sin 17.5)2/12(122x10-4) (50) = 0.621 in3/sec Qx = 1.769 - 0.621 = 1.148 in3/sec.

8. Un barril extrusor tiene un diámetro de 4.0 in y una razón L/D de 28. La profundidad del canal del tornillo es de 0.25 in y la separación de sus cuerdas es de 4.8 in. Gira a 60 rev/ min. La viscosidad del polímero fundido es de 100 x 10–4 lbs/ in2. ¿Cuál es la presión piezométrica que se requiere para obtener un gasto volumétrico de 150 in3/min? A = tan-1(pitch/πD) = tan-1(4.8/4π) = 20.9° Qd = 0.5π2(4)2(1) (0.25) sin 20.9 cos 20.9 = 19.74(0.3567) (0.9342) = 6.578 in3/sec = 394.66 in3/min Qx = Qd - Qb = 394.66 - Qd = 150 Qb = 394.66 - 150 = 244.66 in3/min = 4.078 in3/sec L = 4(28) = 112 in. Qb = πp (4) (0.25)3(sin 20.9)2/(12(100x10-4) (112)) = 4.078 0.0018592 p = 4.078 p = 2193.4 lb/in2 9. Una operación de extrusión produce tubería continua con diámetro exterior de 2.0 in e interior de 1.7 in. El barril extrusor tiene un diámetro de 4.0 in y longitud de 10 ft. El tornillo gira a 50 rev/min; tiene una profundidad de canal de 0.25 in y ángulo de cuerdas de 16º. La presión piezométrica tiene un valor de 350 lb/in2 y la viscosidad del polímero es de 80 x 10–4 lb-s/in2. En estas condiciones, ¿cuál es la tasa de producción en longitud de tubo/min si se supone que el extruido se empuja a una tasa que elimina el efecto de la expansión del troquel (es decir, el tubo tiene los mismos diámetros exterior e interior que el perfil del troquel)? Qd = 0.5π2(4)2(50/60) (.25) sin 16 cos 16 = 16.45(0.2756) (0.9613) = 4.358 in3/sec Qb = π (350) (4) (.25)3(sin 16)2/(12(80x10-4) (120)) = 0.453 in3/sec Qx = 4.358 - 0.453 = 3.905 in3/sec. Ax = 0.25π(22 - 1.72) = 0.872 in2 vx = 3.905/0.872 = 4.478 in/sec = 22.39 ft/min. 10. Un extrusor tiene un barril con diámetro y longitud de 100 mm y 2.8 m, respectivamente. La velocidad rotacional del tornillo es de 50 rev/min, profundidad de canal de 7.5 mm y ángulo de cuerdas de 17°. El plástico fundido tiene una viscosidad cortante de 175 Pas. Determine: a) la característica del extrusor, b) el factor de forma Ks, para una abertura circular de troquel con diámetro de 3.0 mm y longitud de 12.0 mm y c) el punto de operación (Q y p). Qmáx = Qd = 0.5π2 (.1) 2 (50/60) (7.5x10-3) sin 17 cos 17 = 308.4 x 10-6 (0.2924) (0.9563) = 86,2 x 10-6 m3 / s pmáx = 6π (.1) (50/60) (2.8) (175) (cot 17) / (7.5x10-3) 2 = 44.75 x 106 Pa = 44.75 MPa Qx = 86.2 x 10-6 - 1.926 x 10-12 p, donde p tiene unidades de Pa (b) Dado: Dd = 3 mm, Ld = 12 mm. Ks = π (3 x 10-3) 4 / (128 (175) (12 x 10-3)) = 0.9467 x 10-12

(c) 0.9467 x 10-12 p = 86.2 x 10-6 - 1.926 x 10-12 p 2,8727 x 10-12 p = 86,2 x 10-6 p = 30,0 x 106 Pa = 30 MPa Qx = 0,9467 x 10-12 (30 x 106) = 28,4 x 10-6 m3 / s 11. Para el problema 13.10, suponga que el material es acrílico. a) Con el uso de la figura 13.2, determine la temperatura del polímero fundido, b) Si la temperatura baja a 20 ºC, estime la viscosidad resultante del polímero fundido. (Orientación: el eje y de la figura 13.2 está en escala logarítmica, no lineal). (a) Cuando la viscosidad = 175 Pas, Log (175) = 2.243 y la temperatura es aproximadamente 260 ° C. (b) A 240 ° C, Log (viscosidad) es aproximadamente 2,7 y viscosidad = 102,7 = 500 Pas. (Nota: debido a la escala logarítmica, pequeños cambios en la estimación resultarán en grandes cambios en la viscosidad. 12. Considere un extrusor en el que el diámetro del barril es de 4.5 in con longitud de 11 ft. El tornillo extrusor gira a 60 rev/min; tiene una profundidad de canal de 0.35 in y ángulo de cuerdas de 20º. El plástico fundido tiene una viscosidad cortante de 125 x 10–4 lb-s/in2. Determine: a) Qmáx y pmáx; b) el factor de forma Ks para una abertura circular en el troquel, en la que Dd = 0.312 in y Ld = 0.75 in; y c) los valores de Q y p en el punto de operación. (a) Qmax = 0.5π2(4.5)2(1) (0.35) sin 20 cos 20 = 34.975(0.342) (0.9397) = 11.24 in3/sec pmax = 6π (4.5) (1) (132) (0.0125) (cot 20)/ (0.35)2 = 3139 lb/in2 (b) Dado: Dd = 0.312 in., Ld = 0.75 in. Ks = π (0.312)4/128(0.0125) (0.75) = 0.024808 (c) De (a), Qx = Qmax - (Qmax/pmax) p = 11.24 - 0.003581p De (b), Qx = 0.024808p Combinado, .024808p = 11.24 - .003581p 0.02839p = 11.24 p = 395.9 lb/in2 Qx = 11.24 - 0.003581(395.9) = 9.82 in3/sec 13. Un extrusor tiene un diámetro de barril de 5.0 in y longitud de 12 ft. El tornillo extrusor gira a 50 rev/min; tiene profundidad de canal de 0.30 in y ángulo de cuerdas de 17.7º. El plástico fundido tiene una viscosidad cortante de 100 x 10–4 lb-s/in2. Calcule: a) la característica del extrusor, b) los valores de Q y p en el punto de operación, dado que la característica del troquel es Qx = 0.00150 p. (a) Qmáx = 0.5π2 (5) 2 (50/60) (0.3) sen 17.7 cos 17.7 = 30.84 (0.3040) (0.9527) = 8.93 pulg3 / seg pmáx = 6π (5) (50/60) (144) (0.01) (cot 17.7) / (0.3) 2 = 3937.6 lb / in2 Qx = Qmáx - (Qmáx / pmáx) p = 8,93 - 0,002268p

(b) Dado: característica del dado Qx = 0.0015p Qx = 8,93 - 0,002268p = 0,0015p 0,00377p = 8,93 p = 2370 lb / pulg2 Qx = 8,93 - 0,002268 (2370) = 3,55 pulg3 / seg 14. Un extrusor tiene un barril con diámetro de 3.5 in y longitud de 5.0 ft. La profundidad del canal del tornillo es de 0.16 in y ángulo de cuerdas de 22º. El tornillo extrusor gira a 75 rev/min. El polímero fundido tiene una viscosidad cortante de 65 x 10–4 lb-s/in2 a la temperatura de operación de 525 ºF. La gravedad específica del polímero es de 1.2, y su resistencia a la tensión es de 8 000 lb/in2. Se extruye una sección transversal en forma de T a razón de 0.11 lb/s. La densidad del agua es de 62.5 lb/ft3. a) Encuentre la ecuación para la característica del extrusor. b) Determine el punto de operación (Q y p), y c) la característica del troquel indicada por el punto de operación. (a) Qmáx = 0.5π2 D2 Ndc sinA cosA = 0.5π2 (3.5) 2 (75/60) (0.16) sen 22 cos 22 = 4.199 pulg3 / seg pmáx = 6πDNLη cot A / dc2 = 6π (3.5) (75/60) (60) (0.0065) (cot 22) / (0.16) 2 = 989.8 lb / in2 Qx = Qmáx - (Qmáx / pmáx) p = 4,199 - 0,004242p (b) Dado: sección transversal en forma de T extruida a 0,14 lb / seg. Densidad del polímero ρ = gravedad específica del polímero x ρ agua = 1,2 (62,4 lb / ft3) = 75 lb / ft3 Convierta a lb / in3: ρ = 75 lb / ft3 / (123 in3 / ft3) = 0.0433 lb / in3 Qx = 0,11 / 0,0433 = 2,540 pulg3 / seg. 2.540 = 4.199 - 0.004242p 0.004242p = 4.199 - 2.540 = 1.659 p = 391,1 lb / pulg2 (c) Qx = Ks p Ks = Qx / p = 2.540 / 391.1 = 0.00649 Qx = 0,00649 p

MOLDEO POR INYECCION 1. Calcule el porcentaje de contracción volumétrica de una pieza moldeada de polietileno, con base en el valor de contracción que se da en la tabla 13.1. S = 0.025 para polietileno de la Tabla 13.1. Contracción volumétrica = 1.0 - (1 - .025) 3 = 1.0 - 0.92686 = 0.07314 = 7.314% 2. La dimensión especificada para cierta pieza moldeada por inyección hecha de ABS es de 225.00 mm. Calcule la dimensión correspondiente a la que debe maquinarse la cavidad del molde, con el uso del valor de contracción que se da en la tabla 13.1. S = 0.006 para ABS de la Tabla 13.1. Dc = 225,00 + 225,00 (0,006) + 225,00 (0,006) 2 = 225,00 + 1,35 + 0,0081 = 226,36 mm.

3. La dimensión de cierta pieza moldeada por inyección hecha de policarbonato se especifica como de 3.75 in. Calcule la dimensión correspondiente a la que debe maquinarse la cavidad del molde, con el uso del valor de contracción que se da en la tabla 13.1. S = 0,007 para policarbonato de la tabla 13.1. Dc = 3,75 + 3,75 (0,007) + 3,75 (0,007) 2 = 3,75 + 0,0263 + 0,0002 = 3,7765 pulg. 4. El supervisor en un departamento de moldeo por inyección dice que una de las piezas de polipropileno producida en una de las operaciones tiene una contracción mayor de la que los cálculos indican que debería tener. La dimensión importante de la pieza se especifica como de 112.5 ± 0.25 mm. Sin embargo, la pieza real moldeada mide 112.02 mm. a) Como primer paso, debe revisarse la dimensión correspondiente de la cavidad del molde. Calcule el valor correcto de la dimensión del molde, dado que el valor de contracción para el polietileno es de 0.025 (de la tabla 13.1), b) ¿Qué ajustes deben hacerse en los parámetros del proceso para reducir la cantidad de contracción? (a) Dado: S = 0.025, Dc = 112.5 + 112.5 (.025) + 112.5 (.025) 2 = 115.383 mm (b) Los ajustes para reducir la contracción incluyen: • aumentar la presión de inyección • aumentar el tiempo de compactación • aumentar las temperaturas de moldeo. 5. Una pieza de polietileno moldeada por inyección tiene una dimensión de 2.500 in. En el mismo molde se usa un material nuevo de policarbonato. ¿Cuál es la dimensión esperada correspondiente del moldeo con policarbonato? Para el polietileno, la contracción es de 0.025 in / in (de la tabla 13.1). Cavidad de matriz = Dc = Dp + DpS + DpS2 = 2.500 + 2.500 (0.025) + 2.500 (0.025) 2 = 2.564 in Para el policarbonato, la contracción es de 0,007 pulg. Dimensión de la pieza = Dc / (1 + S + S2) = 2.564 / (1 + 0.007 + 0.0072) = 2.546 in

OTRAS OPERACIONES DE MOLDEO Y TERMOFORMADO 1. El troquel de extrusión para un parison de polietileno que se usa en el moldeo por soplado tiene un diámetro medio de 18.0 mm. El tamaño del anillo que abre el troquel es de 2.0 mm. Se observa que el diámetro medio del parison se expande a un tamaño de 21.5 mm después de salir del orificio del troquel. Si el diámetro del contenedor moldeado por soplado ha de ser de 150 mm, determine a) el espesor de pared correspondiente del contenedor y b) el espesor de pared del parison. (a) rsd = Dp/Dd = 21.5/18.0 = 1.194 tm = rsd2 td Dp/Dm = (1.194)2 (2.0) (21.5)/150.0 = 0.409 mm (b) tp = rsd2 td = (1.194)2(2.0) = 2.851 mm

2. Una operación de moldeo por soplado produce una botella de 6.25 in de diámetro a partir de un parison que se extruye en un troquel cuyo diámetro exterior es de 1.25 in e interior de 1.0 in. La razón observada de expansión del diámetro es de 1.24. ¿Cuál es la presión máxima de aire que debe usarse si la fuerza al esfuerzo máximo permisible para el polímero es de 1 000 lb/in2? Diámetro medio de la matriz de extrusión Dd = (1,25 - 1,00) / 2 = 1,125 pulg. y espesor de pared td = (1.25 - 1.0) / 2 = 0.125 in Espesor de la pared de moldeo por soplado tm = (1.24) 3 (.125) (1.125) /6.25 = 0.0429 in Presión de aire máxima p = 2 (1000) (0.0429) /6.25 = 13.73 lb / in2 3. Un parison se extruye desde un troquel con diámetro exterior de 11.5 mm e interior de 7.5 mm. La expansión observada del troquel es de 1.25. El parison se usa para moldear por soplado el contenedor de una bebida cuyo diámetro exterior es de 112 mm (tamaño estándar de una botella de refresco de 2 litros). a) ¿Cuál es el espesor de pared correspondiente del contenedor? b) Obtenga una botella vacía de plástico de refresco de 2 litros y córtela (con cuidado) a través de su diámetro. Con el uso de un micrómetro mida el espesor de pared y compárelo con su respuesta para el inciso a). (a) Dd = (11,5 + 7,5) / 2 = 9,5 mm y td = (11,5 - 7,5) / 2 = 2,0 mm tm = (1,25) 3 (2,0) (9,5) / 112 = 0,331 mm (= 0,013 pulgadas) (b) El valor medido debe estar cerca del valor calculado. Algunos espesores de pared son menores. 4. Una operación de moldeo por soplado se utiliza para producir una botella con diámetro de 2.250 in y espesor de pared de 0.045. El parison tiene un espesor de 0.290 in. La presión que se usa para inflar el parison es de 38.0 lb/in2. La razón observada de expansión del troquel es de 1.30. a) ¿Cuál es el diámetro requerido del parison? b) ¿Cuál es el diámetro del troquel? c) ¿Cuál es el esfuerzo a la tensión en la botella conforme alcanza su tamaño inflado? (a) Dp = tmDm/tp = (0.045) (2.250)/0.290 = 0.349 in (b) Dd = Dp/rsd = 0.349/1.30 = 0.268 in (c) σ = pDm/(2tm) = 38.0(2.250)/ (2(0.045)) = 950 lb/in2 5. Una operación de extrusión se utiliza para producir un parison cuyo diámetro medio es de 27 mm. Los diámetros interior y exterior del troquel que produce el parison son 18 mm y 22 mm, respectivamente. Si el espesor de pared mínimo del contenedor moldeado por soplado ha de ser de 0.40 mm, ¿cuál es el diámetro máximo posible del molde soplado? Dd = (22 + 18) / 2 = 20 mm y td = (22 - 18) / 2 = 2 mm rsd = 27/20 = 1,35 Reorganización de la ecuación. (13.25) en texto, Dm = rsd3tdDd / tm = (1.35) 3 (2) (20) / (0.40) = 246 mm

6. Una operación de moldeo rotacional va a usarse para moldear una pelota hueca hecha de polipropileno. La pelota tendrá un diámetro de 1.25 ft y el espesor de su pared debe ser 3/32 in. ¿Cuál es el peso del polvo PE que debe cargarse en el molde a fin de cumplir esas especificaciones? La gravedad específica del grado PE es de 0.90 y la densidad del agua es de 62.4 lb/ft3. Densidad ρ = gravedad específica del polímero x ρagua = 0,90 (62,4 lb / ft3) = 56,2 lb / ft3 Convierta a lb / in3: ρ = 56.2 lb / ft3 / (1728 in3 / ft3) = 0.0325 lb / in3 Volumen = π (Do3 - Di3) / 6 = 0.16667π [(1.25x12) 3 - (1.25x12 - 3/16) 3] = 10.91 in3 Peso W = (10,91) (0,0325) = 0,355 lb. 7. El problema en cierta operación de termoformado es que hay demasiado adelgazamiento de las paredes de una pieza grande en forma de taza. La operación es de termoformado a presión convencional que usa un molde positivo, y el plástico es una hoja ABS con espesor inicial de 3.2 mm. a) ¿Por qué ocurre el adelgazamiento en las paredes de la taza? b) ¿Qué cambios podrían hacerse en la operación, a fin de corregir el problema? (a) A medida que la hoja plana de partida se coloca sobre el molde convexo en forma de copa, la parte que entra en contacto con la base de la copa experimenta poco estiramiento. Sin embargo, las partes restantes de la hoja deben estirarse significativamente para adaptarse a los lados de la copa. Por tanto, se produce un adelgazamiento en estos lados. (b) El problema podría resolverse: (1) fabricando un molde negativo para reemplazar el molde positivo actual, ya que un molde negativo distribuirá el material de manera más uniforme y dará como resultado un adelgazamiento aproximadamente igual en toda la hoja; o (2) preestirar la hoja como se muestra en la Figura 13.38 del texto.