diseño con plasticos

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VERIFICACIÓN VIABILIDAD DEL DISEÑO

PRINCIPIOS GENERALES PARA EL DISEÑO CON MATERIALES PLÁSTICOS. COMPROBACIONES A REALIZAR EN EL DISEÑO ANTES DE DARLO COMO BUENO Para conseguir buenos resultados en piezas fabricadas con materiales plásticos, se necesitan ideas claras y experiencia. El diseño de un buen producto plástico requiere el conocimiento de los materiales, de sus propiedades, de los métodos de transformación, de los moldes y de los procesos o procedimientos de mecanización posterior de las piezas, si es el caso. Así, el transformador debe estar en contacto con el diseñador y conocer sus ideas, fundamentalmente en los primeros días del desarrollo del diseño, y viceversa. Frecuentemente los materiales plásticos a emplear para una pieza se preven al inicio y el que se trate de un material u otro puede condicionar mucho el diseño de la pieza. Recuérdese el caso de las contracciones tan diferentes entre un termoplástico amorfo o cristalino. De esta forma, se imponen una serie de exigencias, y como el transformador está por lo general bastante familiarizado con una aplicación particular y con sus necesidades, aconseja al diseñador con respecto a tolerancias, conicidad, etcétera, sugiere materiales y advierte sobre las técnicas de transformación y los equipos a emplear. En este punto, es también importante que el diseñador tenga un contacto previo con el moldista, para poder incorporar aquellos cambios en el diseño que, quizás no sería posible llevarlo a la práctica en el molde. En general, cuando se diseñan objetos de plástico debe pensarse en una serie de variables que generalmente no pueden ser previstas. Por ejemplo, los valores de rigidez de una poliamida, cambian bruscamente si ésta absorbe humedad. Así, tendrá que tenerse en cuenta, para los cálculos de esfuerzos y consecuentemente, en el diseño de las zonas reforzadas de la pieza, en qué condiciones ambientales, va a trabajar la pieza en cuestión. Por otro lado, al diseñar un objeto con plástico, hay que considerar dos formas distintas de contracción: la contracción inicial del material en el moldes y la otra, a más largo plazo, la postcontracción, que es la que se da a las 24 horas de la transformación y que, en muchos casos, es la que provoca las mayores deformaciones de la pieza respecto al diseño inicialmente previsto. Este punto, hace que sea necesario conocer con que material se va a trabajar, para poder incluir las tolerancias que el material permite en los planos de pieza. El diseño del molde, y en concreto el número de cavidades y como se van a realizar tanto los canales de alimentación de material como las propias entradas de inyección son muy importantes para poder prever deformaciones, por pérdida de presión efectiva en zonas alejadas de los puntos de entrada, y por tanto para poder diseñar la pieza en las mejores condiciones.

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VERIFICACIÓN VIABILIDAD DEL DISEÑO Hay que tener en cuenta también si la pieza va a sufrir con posterioridad a su inyección algún proceso de ensamblado, acabado, mecanización, montaje, etcétera. En algunas ocasiones un buen diseño integra en una sola pieza la funcionalidad de varias por separado, reduciendo así los tiempos y costos de montaje. Asimismo, se pueden prever ciertos elementos de clipado o anclaje en la pieza para un ensamblado más fácil o más efectivo con la otra pieza a montar. La necesidad de un buen acabado superficial, nos ha de condicionar en el diseño de algunos elementos, como son los nervios, que pueden provocar zonas de rechupado, que al pintar, o lacar la pieza se pueden ver como defectos mucho más marcados. Así, hay toda una serie de variables que deben de tenerse en cuenta antes de dar como definitivo un diseño de pieza de plástico. A continuación enumeraremos toda una serie de preguntas que el diseñador debe hacerse antes de dar por terminado su trabajo.

1. ¿Se ha previsto el diseño de la o las entradas de material?: Líneas de flujo y soldadura. Alabeos: Para obtener la máxima resistencia alrededor de orificios, acanaladuras y aberturas, el material debe fluir en una sola dirección, pues de esta forma se suavizan las líneas de soldadura. En general, es bueno para conseguir una buena línea de soldadura que los frentes de flujo que se encuentran no lo hagan frontalmente, sino con un ángulo de 45 º o inferior, con un ángulo ideal de 0 º. Las entradas y las espigas extractoras dan lugar a marcas y defectos. Con el fin de ayudar a situar adecuadamente las entradas y espigas extractoras, al dibujar las piezas se indicarán superficies en las que no importa que se produzcan marcas. El alabeamiento que se permite y la dirección del mismo, ha de indicarse en el dibujo del proyecto, así como la instalación de refrigeración, los materiales y las técnicas de transformación, con el fin de obtener los mejores resultados de acabado. Hay que prever las líneas o señales de flujo que aparecen siempre alrededor de orificios, relieves, refuerzos y entradas opuestas. Las piezas largas y planas se alabean. Para evitar esto se deben colocar zonas de refuerzos. Si se utilizan entradas laterales, deben cambiarse por una entrada central múltiple, o entradas en film, con lo cual se consiguen mejores resultados. Los plásticos que fluyen primeramente a través de las secciones gruesas, empujan aire y gases hacia las secciones delgadas superiores, de tal forma que el gas queda atrapado, provocando marcas. Es importante tanto el intentar evitar diferentes grosores de pieza, como el situar la entrada de inyección en la zona más adecuada. FUNDACIÓ ASCAMM

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VERIFICACIÓN VIABILIDAD DEL DISEÑO 2. ¿Se han eliminado los resaltes, o se han hecho factibles para el desmoldeo, en el molde? Las zonas de partage y las correderas para los resaltes (zonas con negativo) exteriores darán lugar a juntas o líneas de unión en la pieza moldeada, que pueden ser aceptables o no. Estas juntas pueden disimularse situándolas en el momento de diseñar la pieza y el molde en zonas de poca visibilidad. Siempre que sea posible hay que evitar los negativos especialmente en orificios pequeños y en salidas. En todo caso, hay que tener en cuenta la capacidad de alargamiento máxima admisible del material plástico, para intentar no superar la misma, en casos de desmoldeo forzado de un negativo.

3. ¿Tienen las secciones de pared el espesor, los radios y la conicidad adecuados? Evitar secciones desiguales, que son causa de deformaciones, alabeos, roturas, rechupes y en general, tensiones internas debidas a distinto nivel de contracción del material en cada una de las zonas. Las secciones de pared desigual contribuyen a marcas de flujo, que deben ser controladas para obtener los mejores resultados en el producto final. En algunos casos, se regruesa o se estrangula el espesor de algunas zonas de la pieza con el objeto de aumentar o frenar, respectivamente, el paso de material, para así, controlar el recorrido del material del modo que nos interese; por ejemplo para evitar atrapamientos de gases, o para cambiar la posición de una línea de unión. Cuando hay zonas en donde debe ir una unión roscada, debe tenerse en cuenta todo lo relativo al diseño de este tipo de elementos, que se trata en otro capítulo. Las piezas que tienen secciones transversales gruesas, son sometidas a ciclos más largos de transformación. En ellas se da con más facilidad los problemas de laminaciones del material, deformaciones, vacuolas de aire y, por supuesto, un coste de fabricación mucho mayor. Cuando se moldean materiales de alta rigidez provistos de fibra de vidrio o similares, algunas veces las secciones delgadas pierden resistencia a causa de que las fibras no fluyen dentro de los espacios más estrechos del molde. Hay que tener en cuenta todo lo relativo a espesores de nervios para evitar la presencia de rechupes. Hay que tener en cuenta todo lo relativo al diseño de esquinas, para evitar deformaciones. Del mismo modo, y para no tener zonas con mayor tensión interna que pueden provocar fácilmente roturas, hay que eliminar todos los cantos vivos y proveer a estas aristas de un redondeo, aunque sea pequeño (ej. radio 1 mm).

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VERIFICACIÓN VIABILIDAD DEL DISEÑO 4. ¿Están los orificios rodeados por material y grosor suficientes para que el moldeado sea de calidad? Los agujeros que no se pueden realizar en el moldeado, deben taladrarse. Pero no conviene que estén demasiado próximos a los bordes o esquinas, ya que podrían dar lugar a roturas. Como los agujeros de pequeño diámetro son difíciles de taladrar hasta grandes profundidades, lo más práctico es moldearlos en parte de su recorrido y el resto taladrarlos posteriormente. Los orificios moldeados con roscas o que posteriormente han de aterrajarse, deben moldearse con abocardadura para evitar astillamientos y rebabas. En general, para tornillos autorroscantes, insertos y tornillo pasantes, repasar todo lo relativo al diseño de este tipo de elementos. Los diámetros exteriores de inserciones agrupadas deben ser tan pequeños como sea posible, para que haya el mayor espesor de pared posible entre cada dos inserciones. Cuando los orificios están demasiado próximos a los bordes o esquinas de la pieza, el material no suelda correctamente alrededor del agujero. Así, es conveniente alejar estos orificios hacia el interior de la pieza.

5. ¿Tienen las paredes exteriores de la pieza el espesor, radio y conicidad adecuadas? En general, repasar todas ellas con el moldista para asegurar el desmoldeo suficiente de la pieza. En el caso concreto de las inserciones, vigilar que la capa de plástico que hay sobre la inserción no sea demasiado delgada, ya que puede ocasionar zonas de mala soldadura e incluso agujeros por falta de llenado. Hay que evitar que las secciones transversales sean tan delgadas que puedan llegar a romperse, que los bordes sean tan vivos que se astillen o rompan y que los orificios estén tan cerca de los bordes que puedan dar lugar al astillamiento de éstos. Las secciones nunca deben ser tan delgadas como para que el material no fluya con facilidad y suelde en sus bordes más delgados.

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VERIFICACIÓN VIABILIDAD DEL DISEÑO 6. Las inserciones moldeadas en la pieza o metidas a presión, ¿están diseñadas con el anclaje correcto? En general, tener en cuenta todo lo que se refiere al diseño de inserciones metálicas que se trata en otro capítulo. En concreto, tener en cuenta que los plásticos se separan del metal durante el enfriamiento del material plástico. Así, conviene por un lado, que los insertos que se sitúan en los moldes hayan sido precalentados, para evitar una poca fluencia del material plástico al contacto con ellos y un enfriamiento demasiado prematuro, que impida la compactación del material alrededor del inserto metálico. De otro lado, para evitar que la contracción del material plástico no sea excesiva y se separe del inserto metálico, no hay que diseñar zonas de gran espesor alrededor de un inserto metálico. En general, todo lo que se recomienda para el diseño de tetones, vale para el caso de los insertos metálicos. En general, las paredes delgadas pueden romperse y las paredes demasiado gruesas pueden dar lugar a rechupes y depresiones superficiales que impiden un anclaje correcto del inserto. En el caso de insertos metálicos, debe de procurarse que los que se utilicen no contengan los cantos excesivamente marcados (cantos vivos).

7. ¿Están de acuerdo las tolerancias con las características de los materiales elegidos? En el dibujo del proyecto deben indicarse las medidas de las aberturas que han de llevar conicidad y que han de tener un tamaño exacto.

8. ¿Qué dimensiones del molde pueden requerir un aumento de su tamaño con posterioridad a la primera inyección? Zonas de medida muy exacta En algunos casos las tolerancias sobre todo muy ajustadas en el perímetro exterior de piezas, como cajas o salientes, pueden resolverse previendo una medida menor en molde que, luego por un ajuste del molde puede hacerse más grande, de un modo gradual y hasta lograr el ajuste requerido. Estas zonas, deberían de preverse con anterioridad a la fabricación del molde.

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VERIFICACIÓN VIABILIDAD DEL DISEÑO 9. ¿Han sido reducidas al mínimo las operaciones de acabado? Si se preven operaciones de mecanizado de las piezas con posterioridad a su moldeo, siempre debe de estudiarse si se han agotado todas las posibilidades de reducirlas, por moldeo directo en el molde.

10. ¿Está la línea de partición del molde situada en lugar apropiado? Considerar las líneas de partición del molde cuando se diseñan piezas que pueden requerir radios especiales o diferentes, contornos y líneas de partición escalonadas. Tener en cuenta que por desgaste las zonas de partición del molde pueden dar lugar a rebabas. En el caso de engranajes o zonas vistas es importante prever la localización exacta de la línea de partición que se precisa.

11. ¿Serán aceptables las desalineaciones (“gap”) entre dos piezas que deban montar conjuntamente? Hay que conocer el nivel de precisión mínimo aceptable requiere el conjunto, para en el caso de tener que ser muy alto, poder prever el diseño de nervaduras o salientes en el perímetro de montaje que faciliten tanto el acoplamiento como que el desajuste quede compensado.

12. ¿Han sido revisados los diseños articulados? Para todas aquellas articulaciones film o bisagra que se hayan previsto, confirmar que las medidas dispuestas en el diseño estén de acordes con los valores de cálculo para el material en concreto. Revisar todo lo referente a cálculo de elementos bisagra. De otra parte, y sobre todo para materiales como el polipropileno, si no se ha previsto ningún elemento bisagra, considerar su posibilidad si ello puede facilitar un montaje o bien puede permitirnos el integrar dos o más piezas en una sola.

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VERIFICACIÓN VIABILIDAD DEL DISEÑO 13. ¿Ha sido considerada o revisada la situación de la entrada de inyección? Para seleccionar un tipo de entrada u otra, hay que considerar tanto el material utilizado, como los factores de diseño y de condicionantes de fabricación ( por ejemplo, la utilización de cámaras calientes para evitar el corte de la colada). Hay que considerar que cuando las entradas se rompen o cortan a mano, pueden quedar resaltes o muescas en la pieza, que por otro lado, nunca son iguales y que en según que zona de la pieza se produzcan pueden presentar un problema de calidad superficial.

14. Cuando se diseñan las piezas ¿deben tenerse en cuenta los posibles respiraderos (salidas de gases) y métodos de extracción? Es bueno tenerlo todo previsto. Así, sobre las líneas de unión deberán de procurarse salidas de gases. En algunos casos la entrada de inyección del tipo de las submarinas puede empla-zarse directamente sobre un expulsor. Esta posibilidad nos obliga a prever conjuntamente tanto la localización de los expulsores como de la entrada de inyección. En zonas profundas, en las que es difícil extraer el calor del molde, pueden producirse arrapes de la pieza al molde durante su desmoldeo. Es conveniente, prever expulsores en estas zonas. Si se quieren grabados profundos, debe tenerse en cuenta que pueda desmoldearse en todas las zonas previstas inicialmente.

15. ¿Se requiere un ensamblado mecánico o por adhesivado? Si el ensamblado ha de ser mecánico tanto con autoroscado, o con inserto metálico, deberían repasarse primero todos los condicionantes de diseño que se detallan para este tipo de elementos de fijación. Si el montaje se produce por clipado, debe asegurarse que el diseño esté de acuerdo con los valores de cálculo que para este tipo de fijaciones y para un material determinado, se hayan realizado anteriormente. Si, por el contrario, el ensamblado debe de realizarse por adhesivado, debe de haberse tenido en cuenta que el tipo de material elegido sea susceptible de poder pegarse. Si, se considera un sistema de soldadura por Ultrasonidos, en caliente o por fricción, debe de tenerse en cuenta que hay unos diseños específicos de todas las zonas de contacto que favorecen o desfavorecen el soldado.

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VERIFICACIÓN VIABILIDAD DEL DISEÑO En los próximos capítulos se describen temas relacionados con las características de los materiales plásticos a tener en cuenta para un buen diseño (la plastodeformación o pérdida de propiedades con el tiempo, por ejemplo), y con el diseño y la base de cálculo para elementos de fijación, bisagras, etc. a los que hemos aludido en estas consideraciones preliminares a tener en cuenta en el diseño de cualquier pieza de plástico. Algunos de los conceptos enunciados se desarrollaron en el Curso Diseño 1, el resto se tratan en el siguiente curso Diseño 2.

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