10_INYECTORA

8/9/2019 10_INYECTORA

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U N I V E R S I D A D D E G U A D A L A J A R ACENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS

DEARTAMENTO DE MECANICA ELECTRICA

X EXPODIME FEBRERO 2005

MAQUINA DE INYECCION DE PLASTICOCervantes Hernanadez Luis Eduardo [email protected] Hernanadez [email protected] Meza Constantino Israel [email protected]

Soto Vazquez Franscisco [email protected]

RESUMENEl propsito de la maquina inyectora de plstico es ser capaz de suministrar la materia primarequerida por el usuario al molde el cual debe de tener un sistema de enfriamiento apropiadopara que el producto se encuentre en buen estado y no pierda sus propiedades yespecificaciones indicadas. Los sistemas que componen a la maquina son: sistemahidrulico, trmico, mecnico, de enfriamiento y de control. Cuando se aplica calor a un

material termoplstico para fundirlo se dice que se plastifica. El material ya fundido oplastificado por calor puede hacer se fluir mediante presin y llenar un molde donde elmaterial solidifica y toma forma del molde. Este proceso se le nombra moldeo por inyeccin.

El principio bsico de la maquina inyectora comprende las tres operacionessiguientes.v 1.- Elevar la temperatura del plstico a un punto donde pueda fluir bajo la aplicacin de

presin. Normalmente esto se hace calentando los grnulos slidos del material hastaformar una masa fundida con una viscosidad y temperatura uniforme. Actualmente, estose hace dentro del barril de la maquina.

v2.- Permitir la solidificacin del material e el molde cerrado. En esta etapa el materialfundido ya plastificado, se transfiere a la parte inferior del can o sea a la boquilla, queinyecta hacia los varios canales del molde hasta llegar a las cavidades donde toma laforma del producto final.

v 3.- Apertura del molde para la extraccin de la pieza. Esto se hace despus demantener el material bajo presin dentro del molde y una vez que el calor es removidopara permitir solidificar el material en la forma deseada.

En la construccin de la mquina inyectora se tiene en cuenta la siguiente indicacin hechapor el cliente. El diseo de la figura y la materia prima que se quiere el producto terminado y

de esta forma obtener datos importantes como son, la temperatura de fusin y la viscosidaddel material, de esta forma comenzar a calcular y disear las partes de la maquina que semencionan a continuacin. El sistema de alimentacin encargado de contener la materiaprima conservando sus propiedades especificas para obtener los terminados deseados.Sistema de inyeccin. Consta de un barril (cilindro) de acero capaz de soportar altaspresiones, dentro de el se encuentra una barra de acero muy duro, que tiene un movimientoaxial para la inyeccin del polmero. El sistema de calentamiento se calcula para mantener latemperatura del barril constante y uniforme obteniendo una plastificacin homognea delpolmero, esto se realiza colocando resistencias elctricas tipo banda a lo largo del barril.


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El sistema de moldeado, su diseo y clculo es muy delicado por la cantidad de accesoriosque se tienen que colocar en forma estratgica alrededor de las cavidades destinadas alllenado con polmero. Adems, se realizan los mismos puntos para la fuerza con que cierrany abren las platinas.

Lo que corresponde al clculo y diseo del sistema hidrulico es la fuerza y velocidadpara que el pistn de inyeccin se mueva de arriba y abajo. Esto se hace al circular aceiteenviado por una bamba que pasa por el motor y diferentes tipos de vlvulas que se utilizanpara cada uno de los movimientos que se mencionan.

El sistema de enfriamiento es diseado para que la temperatura del molde se mantengainferior con respecto a la del polmero inyectado, obteniendo una contraccin uniforme. Eslogrado por la circulacin de un lquido que circula por los canales de condicionamientoasegurando el intercambio de calor.

El diseo de el sistema de control es con el fin de que la maquina funcioneautomticamente, accionando relevadores, temporizadores, interruptores de limite, botones,incluyendo los pistones de cierre del molde, el avance y retroceso del tornillo y el giro delmismo. Todo esto se realiza por las seales que son mandadas por un controladorprogramable.

Por ultimo la estructura de la maquina tiene el diseo y calculo con la finalidad de sersegura y estable bajo las cargas ejercidas sobre ella durante el tiempo de uso adems degarantizar los movimientos mecnicos que se realizan en ella.

Plsticos, materiales polmeros orgnicos (compuestos formados por molculas orgnicasgigantes) que son plsticos, es decir, que pueden deformarse hasta conseguir una formadeseada por medio de extorsin, moldeo o hilado. Las molculas pueden ser de origennatural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho (hule) natural, o sintticas, como elpolietileno y el nylon.

Los plsticos se caracterizan por una alta relacin resistencia/densidad, unas propiedadesexcelentes para el aislamiento trmico y elctrico y una buena resistencia a los cidos,lcalis y disolventes.

Las molculas lineales y ramificadas son termoplsticos (se ablandan con el calor),

mientras que las entrecruzadas son termoestables (no se ablandan con el calor).

El desarrollo de estas sustancias se inici en 1860, cuando el fabricante estadounidense debolas de billar Phelan and Collander ofreci una recompensa de 10.000 dlares a quienconsiguiera un sustituto aceptable del marfil natural. Una de las personas que optaron alpremio fue el inventor estadounidense Wesley Hyatt, quien desarroll un mtodo deprocesamiento a presin de la piroxilina, un nitrato de celulosa de baja nitracin tratadopreviamente con alcanfor y una cantidad mnima de alcohol.


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Si bien Hyatt no gan el premio, su producto, patentado con el nombre de celuloide, seutiliz para fabricar diferentes objetos, desde placas dentales a cuellos de camisa. Elceluloide tuvo un notable xito comercial a pesar de ser inflamable y deteriorarse alexponerlo a la luz.

Durante las dcadas siguientes aparecieron de forma gradual ms tipos de plsticos. Seinventaron los primeros plsticos totalmente sintticos: un grupo de plsticos termoestableso resinas desarrollado hacia 1906 por el qumico estadounidense de origen belga LeoHendrik Baekeland, y comercializado con el nombre de baquelita. Entre los productosdesarrollados durante este periodo estn los polmeros naturales alterados, como el rayn,fabricado a partir de la celulosa, del nitrato de celulosa o del etanoato de celulosa.

Durante la II Guerra Mundial, tanto los aliados como las fuerzas del Eje sufrieronreducciones en sus suministros de materias primas. La industria de los plsticos demostrser una fuente inagotable de sustitutos aceptables. Alemania, por ejemplo, que perdi susfuentes naturales de ltex, inici un gran programa que llev al desarrollo de un cauchosinttico. La entrada de Japn en el conflicto mundial cort los suministros de cauchonatural, seda y muchos metales procedentes de Asia a Estados Unidos. La respuestaestadounidense fue la intensificacin del desarrollo y la produccin de plsticos. El nailonse convirti en una de las fuentes principales de fibras textiles, los poli steres se utilizaronen la fabricacin de blindajes y otros materiales blicos, y se produjeron en grandes

cantidades varios tipos de caucho sinttico..

TIPOS DE PLASTICOS.Por el proceso de polimerizacin, los plsticos se pueden clasificar en polmeros decondensacin y polmeros de adicin. Las reacciones de condensacin producen diferenteslongitudes de polmeros, mientras que las reacciones de adicin producen longitudesespecficas. Por otro lado, las polimerizaciones por condensacin generan pequeascantidades de subproductos, como agua, amonaco y etilenglicol, mientras las reaccionesde adicin no producen ningn subproducto. Algunos polmeros tpicos de condensacinson el nailon, los poliuretanos y los poli steres. Entre los polmeros de adicin seencuentran el polietileno, el polipropileno, el poli clorur de vinilo y el poli estireno. Lasmasas moleculares medias de los polmeros de adicin son generalmente mayores que lasde los polmeros de condensacin.

Posibilidades de procesado El plstico se procesa de formas distintas, segn seatermoplstico o termoestable. Los termoplsticos, formados por polmeros lineales oramificados, pueden fundirse. Se ablandan cuando se calientan y se endurecen alenfriarse. Lo mismo ocurre con los plsticos termoestables que estn poco entrecruzados.No obstante, la mayora de los termoestables ganan en dureza cuando se calientan; elentrecruzado final que los vuelve rgidos se produce cuando se ha dado forma al plstico.


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FABRICACIN

La fabricacin de los plsticos y sus manufacturados implica cuatro pasos bsicos:obtencin de las materias primas, sntesis del polmero bsico, obtencin del polmerocomo un producto utilizable industrialmente y moldeo o deformacin del plstico hasta suforma definitiva.

Materias primas En un principio, la mayora de los plsticos se fabricaban a partir deresinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodn), el furfural (de la cscara de laavena), aceites de semillas y derivados del almidn o del carbn. La casena de la lecheera uno de los materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la produccin del nailonse basaba originalmente en el carbn, el aire y el agua, y de que el nailon 11 se fabricatodava con semillas de ricino, la mayora de los plsticos se elaboran hoy con derivadosdel petrleo. Las materias primas derivadas del petrleo son tan baratas como abundantes.No obstante, dado que las existencias mundiales de petrleo tienen un lmite, se estninvestigando otras fuentes de materias primas, como la gasificacin del carbn.

SNTESIS DE POLIMEROS

El primer paso en la fabricacin de un plstico es la polimerizacin. Como secomentaba anteriormente, los dos mtodos bsicos de polimerizacin son las reaccionesde condensacin y las de adicin. Estos mtodos pueden llevarse a cabo de variasmaneras. En la polimerizacin en masa se polimeriza slo el monmero, por lo general enuna fase gaseosa o lquida, si bien se realizan tambin algunas polimerizaciones en estado

slido. Mediante la polimerizacin en disolucin se forma una emulsin que se coagulaseguidamente. En la polimerizacin por interfase los monmeros se disuelven en doslquidos inmiscibles y la polimerizacin tiene lugar en la interfase entre los dos lquidos.

ADITIVOSCon frecuencia se utilizan aditivos qumicos para conseguir una propiedad

determinada. Por ejemplo, los antioxidantes protegen el polmero de degradacionesqumicas causadas por el oxgeno o el ozono. De una forma parecida, los estabilizadores loprotegen de la intemperie. Los plastificantes producen un polmero ms flexible, loslubricantes reducen la friccin y los pigmentos colorean los plsticos. Algunas sustanciasignfugas y antiestticas se utilizan tambin como aditivos.

Muchos plsticos se fabrican en forma de material compuesto, lo que implica la adicin dealgn material de refuerzo (normalmente fibras de vidrio o de carbono) a la matriz de laresina plstica. Los materiales compuestos tienen la resistencia y la estabilidad de losmetales, pero por lo general son ms ligeros. Las espumas plsticas, compuestas deplstico y gas, proporcionan una masa de gran tamao pero muy ligera.


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FORMAS Y ACABADOS

Las tcnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plsticosdependen de tres factores: tiempo, temperatura y deformacin. La naturaleza de muchosde estos procesos es cclica, si bien algunos pueden clasificarse como continuos osemicontinuos.

Una de las operaciones ms comunes es la extrusin. Una mquina de extorsin consisteen un aparato que bombea el plstico a travs de un molde con la forma deseada. Losproductos extorsionados, como por ejemplo los tubos, tienen una seccin con formaregular. La mquina de extorsin tambin realiza otras operaciones, como moldeo porsoplado o moldeo por inyeccin.

Otros procesos utilizados son el moldeo por compresin, en el que la presin fuerza al

plstico a adoptar una forma concreta, y el moldeo por transferencia, en el que un pistnintroduce el plstico fundido a presin en un molde.

El calandrado es otra tcnica mediante la que se forman lminas de plstico. Algunosplsticos, y en particular los que tienen una elevada resistencia a la temperatura, requierenprocesos de fabricacin especiales. Por ejemplo, el politetrafluoretileno tiene unaviscosidad de fundicin tan alta que debe ser prensado para conseguir la forma deseada, ysintetizado, es decir, expuesto a temperaturas extremadamente altas que convierten elplstico en una masa cohesionada sin necesidad de fundirlo.

MATERIA PRIMA

El polietileno (PE) es un material termoplstico blanquecino, de transparente atranslucido y es frecuentemente fabricado en finas lminas transparentes. Las seccionesgruesas son translcidas y tienen una apariencia de cera. Mediante el uso de colorantespuede obtenerse una gran variedad de productos coloreados.

Calculo de la estructura:

Calculo de momentos de la estructura

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )( )( ) ( )( )

( )

( )mkgM

M

MMM

bL

L

BPaL

L

aPLMLLMLM

=

=

=+

=+++

=+++

026.13481902

512250

272250240000110802

55110110

55604080

80

4010011011080280

2

2

2

2222

321

22

2

2

122

1

1

1

2321211


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Momentos de las 2 vigas

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

kgR

mkgRM

aPLRM

15.3380

4000026.1348

026.134840*10080*

**

1

180

11180

=+

=

==

=

( ) ( ) ( )

kgR

mkgRM

74.17110

3300026.1348

026.134855*60110*

3

3110

=+

=

==

( )( )

kgRR

mkgPL

M

kgkgP

R

kgkgP

R

80

66004

8000

4

11060

4

30

2

60

2

302

60

2

22

3

3

2

=+

======

===

Calculo de la carga sobre una columna de aceroDeterminacion de la carga critica en una columna con un factor de diseo (n =3)

Datos:v L = 1000 mmv Seccion transversal cuadradav

b = 57 mm por ladov Ambos extremos fijos K = 0.65v Columna de acero AISI 1040 (estirado en frio)v Sy = 565 MPav E = 207 GPa = 207 x 109 N/m2

El factor de fijacion en los extremos para una columna de extremos fijos es de k = 0.65 unvalor dado.

Calcular:Le = longitud efectiva

( ) mmmmKLLe 650100065.0 ===

r = valor minimo del radio de giro. mmmmb

r 45.31612

57

12===

SR = razon de esbeltez

( )( )mkg

PLM

kgkgP

R

kgkgP

R

===

===

===

20004

8000

4

80100

4

50

2

100

2

502

100

2

1

2

1


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( )( ) 51.3945.16

1000065

==== rKL

rLSR e

Cc=constante de columna para una resistencia de cedencia de 545 MPa

( )04.85

10*565

10*20722

6

922

===

y

cS

EC

Al comparar Cc y Le /r la relacion de esbeltez es menor que la constante de columnaentonces se usara la formula de jonson

=E

r

LS

ASp

e

y

ycr 2

2

41

El area de la seccion transversal cuadradaes:

( ) 222 324957 mmmmbA ===

Entonces:

( )( ) ( )( )( )

KNmN

mNmNmmpcr 56.1637

/10*2074

87.21/10*5651/5653249

292

226

22 =

=

Pa = carga permisible

KNKN

N

PP cra 86.545

3

56.1637===


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Calcular la carga critica de una columnacon factor de diseo (N = 3)

Datos.

v L = 1000 mmv Seccion transversal rectangularv B = 57 mmv H = 57 mmv Ambos extremos fijos K = 0.65v Columna de acero AISI 1040 (estirado en frio)v Sy = 565 MPav E = 207 GPa = 207*109 N/m2

El valor de fijacion de los extremos esta dado es K = 0.65

Le = Longitud efectiva

( ) mmmmKLLe 650100065.0 ===

r = radio minimo de giro

SR = razon de esbeltez

mmr

mmr

br

hr

y

x

y

x

45.1612

57

45.1612

57

12

12

==

==

=

=


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( )( )

( )( )51.29

45.16

100065.0

51.2945.16

100065.0

====

====

=

yy

e

xx

e

e

r

KL

r

LSR

r

KL

r

LSR

r

LSR

Cc=constante de columna para una resistencia de cedencia de 545 MPa

( )04.85

10*565

10*20722

6

922

===

y

cS

EC

Al comparar Cc y Le/r la relacion de esbeltez es menor que la constante de columnaentonces se usara la formula de jonson

=E

r

LS

ASp

e

y

ycr 2

2

41

El area de la seccion transversal cuadrada es:

( )( ) 232495757 mmbhA ===

( )

( )( ) ( )( )( )

( )( ) ( )( )( )

KNmN

mNmmNmmp

KNmN

mNmmNmmp

bS

cr

cr

y

03.16389/10*2074

91.25/10*5651/5453249

03.16389/10*2074

91.25/10*5651/5453249

5.308656

57

6

292

226

22

292

226

22

33

=

=

=

=

===

Pa = carga permisible con un factor de diseo N = 3


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KNKN

N

pP

KNKN

N

pP

cra

cr

a

3.5463

03.16389

3.546

3

03.16389

===

===

Clculos para la potencia de la resistencia elctrica.

Utilizando la ley de joules obtendremos los watts de las resistencias de acuerdo con lasiguiente formula.

Q = 2 ?K L ( Ti To ) / ln ( Ro / Ri )

En donde:

Q = Transferencia de calor en watts.K = ( 16.3 ) w / m CL = Longitud.Ti = Temperatura interna.To = Temperatura externa.Ro = Radio externo.Ri = Radio interno.

Para obtener los ampere de la resistencia se utiliza la ley de volt, la cual dice.

P = I V despejando obtenemos que I = P / V

Clculos de la Resistencia a.

Datos:Q = K = 16.3 W / m CL = 20 cm 0.2 mTi = 91 CTo = 20 CRi = 20.08 mm 0.0208 mRo = 24.15 mm 0.02415mV = 220 volts.

Sustituyendo:Qa = 2 (16.3 w/mC) (0.2m) (91C 20C) / ln (0.02415m 0.0208m)

Qa= 7879.81 watts.


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La corriente necesaria es.

P = I V I = P / V

Por lo tanto

I = ( 7879.81 watts ) / (220 volt) I = 22.91 Ampere

TOLVA.La tolva es otro elemento a mencionar ya que es el deposito en forma de pirmide invertida rectangular, donde

se depositara el material a utilizar (plstico). Esta tolva es capaz de almacenar un volumen de 9131.96026 cm3

el cual nos proporciona una cantidad de 64 vasos ya que el volumen de vasos a producir es de 142.62 cm3.

Donde altura que le estamos proporcionando es de 300mm. El rea de la tolva en la parte inferior tiene

4,800mm2, pro lo tanto a largo de la base tienes 160mm y a lo ancho de la base 30mm.

A2 = a * b30mm A2 = (30mm)(160mm) = 4,800 mm2

160 mm

El rea de la tolva de la parte superior tiene 68,400 mm2,, por lo tanto a lo largo tenemos unalongitud de 342 mm, y a lo ancho tenemos 200mm.

200mm

342.0mm

A1 = a * b

A1 = (200mm)(342mm) = 68,400mm2

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICASv GIANNI BODINI, FRANCO CACCHI PESSANI . Moldes y maquinas dev inyeccin para la transformacin de plsticos. Editorial. Mc. Graw Hillv Dr. Ing. G. Menger. Moldes para la inyeccin de plstico. Editorial. g. gili.v Norton Jones. Procesamientos de plsticos, Inyeccin, Moldeo, Hule, PVC. Editorial. Limusa.v Irvin I. Rubin. Injection holding Theory and Practice. Editorial. Wiley Interscience.v Robert L. Mott. Resistencia de materiales aplicada. Editorial Prentice Hall.

v Manual de formulas tcnicas.v Manual de taller mecnico.

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