escuela superior de ingenieria mecanica y...

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD AZCAPOTZALCO

TESIS PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO MECANICO

“FORMADO AL VACIO DE CHAROLAS DE SERVICIO”

ALUMNO:

PEREZ LARA FELIPE

BOLETA:

2006360273

ASESORES:

ING. FERNANDO VERGARA CAMACHO

ING. MARCO ANTONIO CARDENAS

T0136PER

Line

Formado al Vacio de Charolas de Servicio

Felipe Pérez Lara 3

INDICE

CAPITULO 1 INTRODUCCION 4

Componentes Principales de los Plásticos 5

Naturaleza de los plásticos 5

Clasificación de los plásticos 5

Características Generales de los plásticos 9

Polímeros adecuados para el formado al vacio 11

Poliestireno de Alto Impacto 12

Factores que influyen en el Formado al vacio 12

Forma de fabricación 15

CAPITULO 2 ANTECEDENTES TEORICOS 17

Productos Fabricados por Formado al vacio 18

Maquinas y partes del Formado al Vacio 21

Estación de conformado (mesa y bastidor) 22

Sistema de calentamiento 22

Moldes 25

Consideraciones para el Diseño del Producto 26

Criterios para el diseño del molde 27

Materiales empleados en la fabricación de moldes 30

Bomba de Vacio 32

CAPITULO 3 METODOS DE FABRICACION MEDIANTE EL FORMADO AL VACIO 34

Formado mecánico 35

Técnicas Combinadas 36

Formado al Vacio 36

Características del Material 37

Proceso de Fabricación 39

CAPITULO 4 COSTO - BENEFICIO 53

Costos Directos 53

Costos Indirectos 55

CAPITULO 5 CONCLUCIONES 59



CAPITULO 1

INTRODUCCIÒN

Desde la aparición de los plásticos los productos terminados y producidos en base a las materias primas llamadas polímeros han sido muchísimos ya que a finales del siglo XIX las aplicaciones en las que este material a substituido a otros, especialmente a la madera, los metales y a las fibras textiles naturales. Estos materiales tienen muchas ventajas, como su fácil obtención, gran resistencia, propiedades aislantes de calor o frio, fácil limpieza, entre otras.

El término plástico en su significado más general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido restringido, se debe a que denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

Los plásticos son sustancias formadas por macromoléculas orgánicas llamadas polímeros. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización.

Estos materiales han evolucionado desde su aparición, debido a una serie de propiedades físicas y químicas que lo hacen único y que permiten moldearlo a temperaturas relativamente bajas que además, le proporcionan una gran resistencia.

Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.

Estas propiedades hacen que los plásticos se apliquen en una gran variedad de envases y embalajes extendiéndose su uso a un mercado cada día más amplio.



-Componentes Principales de los Plásticos

La composición de los plásticos se genera a partir:

- Materia básica: se constituye de los monómeros que entran en la reacción química y se comercializan en forma de granulo, denominados granza.

- Cargas: se añaden a la materia básica con objeto de abaratar el producto obtenido y de mejorar sus propiedades físicas, químicas o mecánicas. Se suelen utilizar fibras textiles, fibra de vidrio, papel, sílice y otros materiales.

- Aditivos: Tiene como misión mejorar las cualidades del polímero y algunos de ellos son colorantes (solubles en polímero le aportan un color mas atractivo), antiestáticos (evitan la acumulación de cargas estáticas) y los estabilizantes (aumentan la resistencia a la degradación de la luz).

- Catalizadores: Su misión en la mayoría de los casos es iniciar y acelerar el procedimiento de la reacción química.

-Naturaleza de los plásticos

Los plásticos naturales:

Se obtienen directamente de materias primas vegetales (celulosa y el látex) o animales (caseína, una de las principales proteínas de la leche de vaca)

Los plásticos sintéticos:

Se elaboran a partir de compuestos derivados del petróleo, el gas natural o el carbón, la mayoría de los plásticos pertenecen a este grupo.

La transformación industrial de estas materias primas y compuestas en plásticos se lleva a cabo mediante procesos de síntesis o polimerización, que consisten en la unión repetida de grandes moléculas para dar lugar al polímero.

-Clasificación de los plásticos

En la actualidad se conocen más de 15000 tipos diferentes de plásticos, pero solamente se comercializan unos pocos ya que el resto no aporta ninguna novedad destacable y son más caros de obtener, los plásticos se pueden clasificar en tres grandes grupos, dependiendo de su comportamiento frente al calor, utilización y propiedades mecánicas.



1.- Termoplásticos:

Son aquellos plásticos que, al ser calentados a temperaturas de entre 50 y 200º C, alcanzan un estado de plasticidad que les permite ser moldeados con facilidad, se podría comparar con la cera, que a temperatura ambiente es solida, pero en cuanto se calienta este material se ablanda pudiéndose moldear de nuevo haciendo notoria la característica de que los materiales termoplásticos son reciclables. Estos materiales se pueden someter a múltiples actos de calentamiento y enfriamiento, sin alterar sustancialmente su estructura molecular, por lo tanto son reciclables; esta familia contiene cientos de materiales y la cantidad crece constantemente por lo tanto mencionaremos los principales que en le actualidad se reciclan y que según la norma a nivel mundial se deben identificar con un número dentro de un triangulo, el cual debe estar a la vista en el deposito o contenedor, como se muestra en la tabla 1.1.

CLASIFICACION DE LOS TERMOPLASTICOS

POLIETILENTERAFTALATO

DESCRIPCION USO Se produce a partir del acido Tereftálitico y Etilenglicol, por poli condensación; existiendo dos tipos: grado textil y grado botella. Para el grado botella el polímero se debe pos condensar, para obtener diversos colores se le agrega el pigmento deseado.

-Botellas para embasar agua, vinagre, aceite comestible o automotriz, mayonesa, salsas. -Películas transparentes, fibras textiles, laminados plásticos. -Envases al vacio, bolsas para horno y bandejas para horno de microondas. -Cintas de video y audio, películas radiográficas.

POLIETILENO ALTA

DENSIDAD

Es un termoplástico fabricado a partir del Etileno el cual se obtiene del Etano, uno de los componentes del gas natural. Este material es muy versátil y se puede transformar por inyección, soplado, extrusión o rotomoldeó.

-Botellas para cremas alimenticias, derivados de la leche como el yogurt depósitos para crema de uso humano, aceite automóvil, cloro, artículos de limpieza, suavizantes, bolsas de supermercados, tubos para gas.



CLORURO DE POLIVINILO

Se produce a partir de dos materias primas 43% de gas y 53% de cloruro de sodio. En su preparación se utilizan aditivos para obtener productos con diversas propiedades, los procesos de producción más aptos son: Inyección, extrusión, soplado.

-Garrafón de agua de 20 Lts. –“Plástico aprobado de grado alimenticio”, para tuberías hidráulicas y drenajes en instalaciones eléctricas que son tanto flexibles o rígidas. -Envases para agua mineral, aceites y jugos. -Películas flexibles para envolturas de golosinas, carnes, verduras.

POLIETILENO DE BAJA

DENSIDAD

Se produce a partir de gas natural (etileno). Se procesa por inyección, extrusión, soplado y rotomoldeó

Se utiliza para la fabricación de empaques de alimentos congelados, se utiliza en el embasado de alimentos como leche, refrescos, productos industriales, contenedores herméticos.

POLIPROPILENO

Es un material rígido de alta cristalinidad y elevado punto de fusión, excelente resistencia química y de baja densidad al agregarle cargas (talco, caucho, fibra de vidrio) obteniendo un polímero de ingeniería. Se procesa por inyección, extrusión, soplado, formado al vacio Se obtiene por polimerización del propileno.

-Películas/films para empacaralimentos, golosinas, chicles,hilos, cordeles, jeringas,desechables, pañalesdesechables.

Botes para pintura, helados,vasos para uso domestico opara promoción de algunabebida.

Fibras para tapizar muebles. Partes para automóvil tableros,parachoques, molduras.

Crema alimenticia, derivados de la leche, recipiente paraalimentos (tuper weere) sillería(el casco “asiento”) fabricaciónde portafolios.



POLI ESTIRENO

Existen tres tipos: PS cristal: es un polímero de estireno monómero cristalino y de gran brillo. PS alto impacto: este material es estireno monómero con inclusiones de polibutadieno que le confiere resistencia al impacto. PS impregnado de pentano da la propiedad de expandible.

-Vasos transparentes para tomar agua, envases de productos alimenticios. -Partes para refrigerador (panel interior, puerta, charola de deshielo, molduras), hieleras, mangos de rastrillo para afeitarse. - Aislamiento evaporador del refrigerador, vasos térmicos para tomar café, placas aislantes (unicel).

Tabla 1.1.Clasificación de Termoplásticos.

El tamaño mínimo recomendado del acrónimo es de 2 cm. En un lugar visible según permita la geometría del articulo. Para los envases pequeños se recomienda que el símbolo sea proporcional.

TERMOPLÁSTICOS

Nombre Siglas

Acetato de celulosa CA

Acetato buritaro de celulosa CAB

Polimerizado de PVC en emulsión E-PVC

Polietileno alta densidad HD-PE

Polietileno baja densidad LD-PE

Polietileno densidad media (no normalizada) MD – PE

PVC poliemrizado en masa M-PVC

Poliamida PA

Polietileno PE

Polipropileno PP

Poliestireno PS

Politetrafluoretileno PTFE

Acetato de polivinilo PVAC

Cloruro de polivinilo PVC

Tabla 1.2. Siglas de algunos Polímeros

Como se observa en la tabla 1.2, la familia de los termoplásticos contiene una amplia gama de polímeros los cuales son ocupados en diferentes servicios.



2.- Termofijos:

Son aquellos que una vez moldeados no pueden recuperar su forma primitiva, estos plásticos son comparables a la arcilla, que una vez endurecida, ya no es posible que vuelvan a adquirir la forma moldeable, algunos de estos se muestran en la tabla 1.3. Estos plásticos son duros, aunque frágiles. Si se calientan, lo que se consigue es carbonizarlos, pero no ablandarlos.

TERMOFIJOS NOMBRE Siglas

Resinas o masas de colada melanina ± formaldehido

MF

Resinas o masas de moldeo de fenol ± formaldehido

PF

Polimetil ± metacolato PMMA

Polimetil penteno PMP

Poliacetal POM

Poliuretanos PUR

Resinas o masas de moldeo de urea ± UF

Formaldehido -

Hule natural -

Hule sintético -

Tabla 1.3. Plásticos termofijos.

3.- Elastómeros:

Este grupo de materiales posee una estructura molecular que le proporciona gran elasticidad. Los hules sintéticos o elastómeros después de haber sido deformados por la aplicación temporal de una fuerza ligera regresan rápidamente a sus dimensiones iníciales. Tienen el inconveniente de que no se pueden fundir de nuevo. Ejemplos de los elastómeros son: los poliuretanos nítricos, silicones y butadieno-estírenos.

-Características Generales de los plásticos

1.- Baja densidad

Debido al bajo peso específico de los plásticos, los envases en estos materiales tienen enormes ventajas tanto en su costo original como en los costos de transporte y almacenamiento. 2.- Flexibilidad Pueden soportar grandes esfuerzos sin fractura y recobrar su forma y dimensiones originales cuando la fuerza es removida.



3.- Resistencia a la Fatiga Algunos plásticos tienen un comportamiento satisfactorio a la fatiga que los hacen muy aptos para resistir esfuerzos dinámicos tales con dobleces. 4.- Bajo coeficiente de Fricción La interface plástico/plástico o plástico metal presenta bajo coeficiente de fricción lo que puede eliminar el uso de lubricantes. 5.- Baja conductividad térmica Los plásticos tienen un alto coeficiente de aislamiento térmico lo cual puede ser ventajoso a veces para controlar variaciones de temperatura externas. 6.- Resistencia a la corrosión Son altamente resistentes a la humedad, oxigeno, ácidos débiles y soluciones salinas. Algunos plásticos tienen alta resistencia a los solventes orgánicos. 7.- Resistencia al impacto Por naturaleza, los materiales plásticos tienen una buena resistencia al impacto, que en algunos casos puede ser mejorada mediante la incorporación de aditivos. 8.- Propiedades ópticas Hay materiales plásticos transparentes, translúcidos y opacos. Esta propiedad puede ser fácilmente modificada mediante la adición de pigmentos dispersos o colorantes. 9.- Integración de diseño Los procesos de producción y las propiedades del plástico ofrecen la posibilidad de diseñar y manufacturar formas poli-funcionales sin la necesidad de ensamblaje posterior. 10.- Economía Tomando en cuenta su densidad, la materia prima del plástico es relativamente económica 11.- Higiene Un diseño adecuado del envase en cuanto a materia prima y hermeticidad hacen a los envases plásticos altamente higiénicos. 12.- Seguridad El usuario de un objeto de plástico difícilmente puede sufrir cortaduras y otras lesiones.



Si bien existen más de cien tipos de plásticos, los más comunes son sólo seis, y se los identifica con un número dentro de un triángulo a los efectos de facilitar su clasificación para el reciclado, ya que las características diferentes de los plásticos exigen generalmente un reciclaje por separado. -Polímeros adecuados para el formado al vacio

Básicamente todos los polímeros termoplásticos son adecuados para el proceso de formado al vacio. Dichos materiales, cuando son sometidos a un calentamiento presentan una variación en su módulo de elasticidad, dureza y capacidad de resistencia bajo carga.

Con un incremento de temperatura que rebase el comportamiento del material tenderá a volverse dúctil, teniendo como valor crítico la temperatura de revenido del polímero termoplástico. Esto puede observarse en el rápido pandeo de la hoja calentada, cuando la fuerza de gravedad se vuelve suficiente para causar esta deformación.

Ya que no todos los plásticos que se encuentran comercialmente presentan las características adecuadas para poder ser utilizados bajo este proceso, se presenta la tabla 1.4 con los polímeros adecuados que se pueden utilizar.

POLÍMEROS TEMPERATURA DE DEFLECCIÓN AL

CALOR TEMPERATURA DE FORMADO AL

VACIO

A 264 PSI (ºC)

A 66 PSI (ºC)

SIN CARGA

(ºC)

TEMP. DE LA HOJA

(ºC)

TEMP DEL

MOLDE (ºC)

TEMP DEAYUDA

(ºC)

Acrílico extruido 94 98

135-175 65-75

Polietileno de alta densidad

60-80 100 145-190 95 170

Polipropileno 55-65 110-115 140 145-200

Poliestireno 70-95 70-100 100 140-170 45-65 90

Poliestireno alto impacto

85-95 90-95 120 170-180 45-65 90

ABS 75-115 80-120 95 120-180 70-85 90

Cloruro de polivinilo (PVC)

70 75 110 135-175 45 80

Policarbonato 130 140 160 180-230 95- 120 140

Tabla 1.4 Polímeros adecuados para Formado al Vacio

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El vacio es fundamental en el proceso del formado al vacio debido a que este procedimiento forza a la lámina a que adopte la forma del molde empleado, para crear un vacío se extrae el aire contenido entre la lámina y el molde mediante una bomba de vacio, a medida que se va extrayendo el aire quedan menos moléculas de aire en el interior. Con lo que se reduce la presión en su interior creando por lo tanto una presión negativa. La manera en que se puede conocer la presión en el interior de una cámara es mediante esta relación de presiones:

Presion absoluta Presion atmosferica Presion vacuometrica Donde: Presión absoluta: es el resultado de obtener ya sea una suma o diferencia entre las presiones atmosférica y manométrica. Presión atmosférica: presión ejercida por la atmosfera y su valor es 101.3 kPa (14.7psi). Presión manométrica: es la medida de la presión que se obtiene por medio del manometro y su valor puede ser positivo o negativo. -Propiedades térmicas Uno de los aspectos que menos se toma en cuenta en la práctica del formado al vacio, es el de las propiedades térmicas de los polímeros, siendo éste uno de los aspectos más relevantes y críticos del proceso. La correcta comprensión de estos factores disminuirá el riesgo de evitar piezas de mala calidad por el efecto de calor agregado a la lámina, al hablar de propiedades térmicas es indispensable establecer los conceptos relacionados a este tema los cuales son el calor especifico y la conductividad térmica, ya que son dos de las propiedades físicas de los polímeros que se usan extensivamente en el formado al vacio. -Calor específico: Es la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado y viene dada por la ecuación siguiente:

cQ

m ∆T Q mc∆t

Donde: Q= cantidad de calor (J) m= cantidad de masa (Kg. c= calor especifico ( · °⁄ ) ∆ = diferencia de temperatura (° )



Los materiales utilizados son siempre termoplásticos con bajo calor específico, es decir, de rápido enfriamiento y calentamiento y que además cuenten con buena transmisión de calor. Estas características son de gran importancia, ya que permiten una importante reducción del ciclo de producción de cada pieza al disminuir el tiempo de calentamiento y enfriamiento del material. -Calor de Fusión Es el calor por unidad de masa necesario para cambiar la sustancia de la fase solida a la liquida y se puede expresar matemáticamente:

Q m L Donde: m = Masa (Kg)

= Calor de fusión ⁄ -Calor Requerido Es la proporción de calor requerida para elevar la temperatura en los plásticos y para estimar el calor requerido en una hoja, se puede calcular mediante la siguiente formula:

QR L A e ρ c ∆T L Donde: QR = Calor requerido L= Longitud A= Ancho e = Espesor ρ = Densidad del material c = Calor especifico ∆ = Diferencia de temperatura

= Calor de Fusión -Temperatura La temperatura se conoce como la diferencia de temperatura entre dos cuerpos y es una medida del grado de calor o frío de un objeto y por lo tanto esta representa una propiedad. Existiendo tres escalas para medir la temperatura de una substancia o cuerpo, estas son, la escala en grados centígrados (ºC), Farenheit (ºF) y Kelvin (ºK), siendo las primeras dos, las más utilizadas.



-Expansión térmica La expansión térmica es el resultado de incrementar la temperatura de una substancia u objeto y como consecuencia esta se expande, en lo que se refiere al formado al vacio, cuando un polímero es calentado se incrementa la movilidad de las cadenas moleculares, por lo tanto tienden a separarse unas con respecto a otras aumentando el volumen y el área del polímero. Esta propiedad es de suma importancia sobre todo en piezas que están expuestas a cambios bruscos de temperatura. -Forma de fabricación Con la información antes mencionada, podemos darnos cuenta que en el formado al vacio intervienen varios factores para la fabricación de este producto, por eso la importancia de mencionarlos, además de que varios factores influyen en la fabricación de una charola de servicio.

Debido a que se va a fabricar una charola de servicio a partir de un material reciclable, se debe de optar por un método de fabricación rápido y eficaz, para nuestra investigación se opta por hacer uso del formado al vacio, este método nos beneficia debido a que la operación es menos compleja de ejecutar, se consigue una fácil producción de las piezas a fabricar además es un proceso económico e incluso mas versátil en comparación con otros.

En el método de formado al vacio se emplea una lámina de material termoplástico delgada, la cual es sujeta y colocada sobre el molde de la forma a reproducir, posteriormente se calienta por medio de unas resistencias para ablandar el material, una vez echo esto, se extrae el aire de la parte inferior de esta manera la lámina se adhiere al molde tomando su forma y una vez enfriado, se abre el molde para extraer la pieza.

Es un proceso que se utiliza ampliamente en industrias tales como el empaque, alimenticia, automotriz entre muchas otras. Aunque este proceso suele limitarse a la formación de piezas de plástico que son recipientes de pared delgada y poco profundas como pequeños vasos, bandejas, gabinetes y muchas aplicaciones más.

El formado al vacio consta de dos pasos principales:

a) -Calentamiento b) -Formado

El calentamiento se realiza generalmente mediante resistencias eléctricas en uno o ambos lados de la lámina de plástico, a una distancia considerable de la lámina. La duración del ciclo de calentamiento necesita ser suficiente para ablandar la lámina, dependiendo del polímero y de los espesores a trabajar.



Los métodos de formado pueden clasificarse en tres categorías básicas:

1. Formado al vacio. 2. Formado mecánico. 3. Técnicas combinadas.

La selección de una fuerza de formado en el proceso de formado, generalmente está condicionada al tamaño del producto, volumen a producir y la velocidad de los ciclos de formado. Es conveniente distinguir aquí entre moldes negativos y positivos, se diferencian los moldes negativos porque tienen cavidades cóncavas mientras que un molde positivo tiene una forma convexa, aquí, en el caso del molde positivo, la lámina caliente recubre la forma convexa, y se usa presión negativa o positiva para forzar al plástico contra la superficie del molde.

Adicionalmente a este criterio, también deben ser considerados los factores que enseguida se mencionan, ya que cualquiera de éstos puede marcar una diferencia en la selección de la fuerza de formado:

a) Las limitaciones de cada material termoplástico. b) La construcción y material del molde. c) El equipo de termoformado disponible.



CAPITULO 2

ANTECEDENTES TEORICOS

El formado al vacio comercial comenzó a finales de 1800 cuando el nitrato de celulosa era formado en láminas para que posteriormente fuera calentado por vapor y presionado contra moldes metálicos. Entonces era empleado para producir pequeños artículos de plástico, por lo cual los avances tecnológicos se estancaron.

Desde principios del siglo XX se han conocido algunas técnicas del formado de láminas, usando materiales como el metal, vidrio y fibras naturales. Los verdaderos principios del formado al vacio se dieron con el desarrollo de los materiales termoplásticos, lo cual fue durante la segunda Guerra Mundial, cuando se utilizaron acrílicos de alto espesor para formar los parabrisas y las cabinas de los bombarderos.

Desde esa época ha habido avances en cuanto a resinas, maquinaria y tecnología de moldes. Los años de postguerra trajeron los grandes volúmenes de comercialización y el rápido desarrollo de equipos y maquinaria capaces de adaptarse a los métodos modernos de manufactura, para producir productos más útiles y más rentables.

Durante los años cincuenta, los volúmenes de producción de materiales termoplásticos y los productos hechos con ellos alcanzaron cifras impresionantes. La década de los 60's fue una era que cimentó las bases del futuro desarrollando la industria del formado al vacio.

En los años 70's, los grandes consumidores y la competencia entre productos, demandaron máquinas de alta velocidad y productividad. Los productores de equipo satisficieron tales necesidades con máquinas capaces de producir cerca de cien mil piezas individuales formadas al vacio por hora. También hubo necesidad de sofisticar los controles.

Desde la década de los 80's hasta la fecha, las máquinas de formado al vacio han ganado tal confianza en su proceso, que han ido mas allá de sus expectativas y han establecido líneas continuas capaces de producir artículos a partir ya no de lámina, sino del pellet de resina; además de reciclar su desperdicio con un mínimo de control. Los equipos se han computarizado y hoy permiten un automonitoreo y funciones de diagnóstico.

Actualmente, los equipos muy complicados no requieren más de una persona para su manejo y control gracias a los avances de la electrónica.

Por lo anterior, se cree que el mercado de trabajo de la industria del formado al vacio experimentará una escasez de personal técnico entrenado y experimentado, ya que los



conocimientos tradicionales ya no serían suficientes; por lo tanto, conferencias, seminarios, cursos, servirían para incrementar el conocimiento general en el proceso de formado al vacio, y darían mayor madurez a ésta bien cimentada industria.

-Productos Fabricados por Formado al vacio

Muchos de los productos que son elaborados mediante el formado al vacio actualmente, han sido hechos para reemplazar sus formas de uso original; esta situación se ha dado tan rápidamente que ya casi se ha olvidado cuales eran éstas; por ejemplo, no es fácil recordar en que se empacaban las hamburguesas antes de los empaques de una sola pieza de poliestireno o de que material se recubrían los interiores de los refrigeradores.

El listado que a continuación se proporciona, inicia con el producto de mayor número de piezas termoformadas producidas y va en orden descendente hasta el de menor producción.

-Industria del empaque

Desde el inicio del proceso de formado al vacio, la industria del empaque ha sido la más beneficiada debido a la alta productividad y las bondades que ofrece por costo-beneficio.

Actualmente, la mayor parte de los equipos de empacado (blister) son de alimentación automática de alta velocidad. Estos equipos se denominan "forma-llena-sella" y sirven para el empacado de cosméticos, carnes frías, dulces, artículos de papelería, etc.

-Industria de la comida para llevar

En la creciente industria de la "comida para llevar", existe una gran cantidad de productos formado al vacios utilizados, que abarca desde contenedores de comida completa (contenedores con divisiones) hasta los empaques para hamburguesas, sandwiches, refrescos, etc.

Generalmente, la industria mencionada requiere una impresión en los paquetes formados al vacio. Esta impresión podría realizarse antes o después del formado al vacio; ejemplos de estos productos son charolas, vasos, contenedores de sándwich, hamburguesas, hot dogs, etc.

-Industria del empaque para alimentos

Los supermercados son los grandes usuarios de contenedores que utilizan este método, los materiales utilizados son termoplásticos de bajo costo. Estos contenedores están diseñados para ser apilados o acomodados en diferentes formas. Ejemplos: contenedores para carne, frutas, verduras.



-Transporte

El transporte público y privado como el camión, tren, metro, avión, automóvil, cuentan dentro de su equipo con numerosas partes de plásticos formadas al vacio; la mayoría de estos son usados para el acabado de interiores o partes externas que no sean estructurales. Entre otros: asientos, respaldos, descansabrazos, vistas de puertas, mesas de servicio, parabrisas, protectores de instrumentación, guardas, spoilers, etc.

-Señalización y anuncios

Son fabricados generalmente en acrílico y pueden ser de una sola pieza y de grandes dimensiones. En estos anuncios o señalizaciones, usualmente se emplea acrílico transparente (cristal) y el color es pintado por el interior con pinturas base acrílica.

El uso del acrílico en exteriores hace que los anuncios sean resistentes a la intemperie y virtualmente libres de mantenimiento, además de soportar condiciones extremas de frío o calor. Como ejemplos de éstos se tienen los anuncios luminosos exteriores, interiores, señalamientos en lugares públicos, oficinas, etc.

-Artículos para el hogar

Existe una gran cantidad de artículos para el hogar las cuales son producciones de alto volumen. Se encuentran, por ejemplo, en gabinetes, lavadoras, lavaplatos, secadoras de ropa, refrigeradores, ventanillas de aire acondicionado, humidificadores, gabinetes de televisión y radio, etc.

-Industria alimenticia

Uno de los más antiguos y mayores consumidores de productos es la industria alimenticia. El uso de charolas y otros accesorios tienen un potencial de consumo mayor, puesto que, además de los grandes usuarios como son hospitales, guarderías, escuelas, ferias y otros, se agregan el sector militar y organizaciones de ayuda internacional. Ejemplos: charolas, vasos y platos.

Industria médica

La industria médica requiere de una gran variedad de productos y empaques esterilizados para hospitales, clínicas y consultorios. Las especificaciones de estos productos suelen ser muy estrictas y el uso del reciclado de materiales, es inaceptable.



-Agricultura y horticultura

La comercialización de plantas de ornato en supermercados y tiendas especializadas ha generado, desde hace tiempo, la necesidad de fabricar macetas y pequeños contenedores, inclusive hasta de múltiples cavidades para la exposición y venta. Este tipo de contenedores son fabricados con plásticos reciclados y a bajo costo. Como ejemplos se pueden citar: macetas, contenedores de diferentes tamaños de una o varias cavidades, pequeños invernaderos, charolas para crecimiento de semillas, contenedores para siembra, etc.

-Construcción y vivienda

Hay una gran cantidad de productos que fácilmente se han sustituido por piezas formadas al vacio; de hecho, hay productos que no se podrían fabricar de otra forma, como los domos o arcos cañón. El acrílico en este sector se ve ampliamente utilizado por sus propiedades de resistencia a la intemperie y termoformabilidad.

Ejemplos de estos son: domos, arcos cañón, tinas de hidromasaje, módulos de baño, lavabos, cancelería para baños, mesas, sillas, bases para lámparas, artículos de cocina, relojes, fachadas, escaleras, divisiones.

-Equipaje

Algunas empresas fabricantes de equipaje, están optando por usar el proceso de formado al vacio puesto que presenta ventajas sobre los productos por inyección, ya que por ser un moldeo libre de esfuerzos, se reducen las posibilidades de fracturas en los equipos de las piezas termoformadas. Ejemplos: maletas de todo tipo, portafolios, etc.

-Equipo fotográfico

Uno de los productos más antiguos en el formado al vacio, son las charolas para revelado, además de los cubos para flash (el reflector metálico) y el magazine para cámaras de piso, aún cuando su producción requiere una técnica de formado al vacio de precisión.



-Maquinas y partes del Formado al Vacio

Básicamente existen dos tipos de máquinas para el formado al vacio:

1. Máquinas de estación simple 2. Máquinas de múltiples estaciones.

La primera recibe su nombre porque el calentamiento del material se da básicamente en la misma estación como se muestra en la figura 2.1. Generalmente el sistema de calentamiento se lleva hasta en donde se encuentra el material y después se retira para su posterior moldeo. El tiempo necesario para los subprocesos de calentamiento, formación y enfriamiento del material se encuentran realizados en un solo ciclo.

Fig. 2.1. Maquina de Formado al Vacio

La segunda es la máquina con múltiples estaciones que recibe su nombre porque los subprocesos se dan en estaciones distintas como se muestra en la figura 2.2, en donde el material es el que se va transportando por las distintas estaciones.

Fig. 2.2. Maquina de múltiples estaciones.



A estas máquinas se les puede alimentar con el material de forma manual o automática. Si es en película o rollo de plástico, si el material viene en láminas las máquinas tienen generalmente un sistema para la introducción de este. El espesor que generalmente se utiliza puede variar entre 0,1 a 12 mm. Para que el proceso se simplifique, de manera de que se pueda realizar procesos en masa, se recomienda la utilización de películas de plástico que vienen hasta de 2,5 mm de espesor así la alimentación puede ser continua y mucho más ágil.

Básicamente las partes que componen una máquina de formado al vacio son las siguientes:

- Estación de conformado (mesa y bastidor) - Sistema de calentamiento (banco de resistencias) - Molde - Equipo de vacio (Bomba de vacio) - Caja para el vacio

A continuación se da una breve explicación de cada una de las partes que lo componen:

- Estación de conformado (mesa y bastidor)

El bastidor es el encargado de soportar y de servir de base a todos los componentes que están colocados sobre la estructura.

La mesa de formado es la responsable de contener el molde que le dará la forma a la lamina, aquí la lamina de poliestireno de alto impacto es colocada sobre esta y sujetada para posteriormente ser calentadas por el grupo de resistencias.

- Sistema de calentamiento

Debido a los avances que se han tenido en la maquinas de formado al vacio hoy en día se cuentan con diferentes sistemas de calentamiento ocupadas para reblandecer la lámina, dentro de estos sistemas de calentamiento tenemos los siguientes:

a) Hornos de Convección

Fueron utilizados en los primeros equipos para el calentamiento de hojas plásticas y hasta hoy en día se mantiene esta preferencia para el calentamiento de láminas de diferentes espesores y para una distribución uniforme de la temperatura.



Éste proporciona calor uniforme y temperatura constante con el mínimo riesgo de sobrecalentar la lámina. Estos a su vez se subdividen por el tipo de forma de calentamiento, estos son:

- hornos de gas. - hornos eléctricos.

Los hornos de gas requieren de intercambiadores de calor para prevenir la acumulación de tizne provocado por el flujo de gas, así como controles para interrumpir el paso de gas en caso de ser necesario.

Necesitan una recirculación forzada de aire y deflectores para lograr que el aire circule ya que son cruciales para obtener una temperatura homogénea mostrada en la figura 2.3. En esta clase de hornos la temperatura del horno debe ajustarse a la temperatura de formado del plástico.

Las partes que conforman a un horno de gas se pueden dividir en los siguientes subsistemas:

1. Estructura. 2. Fijación de la lámina. 3. Sistema eléctrico. 4. Instalación de gas. 5. Controles.

Fig. 2.3. Estructura de horno de gas con recirculación de aire.



Por otra parte tenemos los hornos eléctricos que pueden ser calentados utilizando grupos de resistencias las cuales se controlan mediante termopares o termistores y el calentamiento de la lámina se establece en relación al tiempo, esta clase de resistencias resultan mas económicas en comparación con los de radiación infrarroja, el inconveniente de esta clase de resistencias radica en que se deterioran rápidamente por la oxidación.

b) Hornos de Calentamiento Infrarrojo

Es comúnmente utilizado en las máquinas automáticas, calentando la lámina por medio de radiación a una velocidad de 3 a 10 veces más rápido que en un horno con circulación forzada de aire (mostrado en la figura 2.4), proporcionando así, ciclos de calentamiento muy reducidos, aquí la relación temperatura-tiempo se vuelve crítica y es más difícil obtener un calentamiento uniforme del material.

Fig. 2.4 Horno de Recalentamiento Infrarrojo

Esto de debe a que el calentamiento por radiación infrarroja el tiempo es extremadamente corto, la energía calorífica que absorbe la lámina puede provocar un sobrecalentamiento, que inclusive, repercutirá en la degradación del material si no se controla.

El calentamiento por radiación infrarroja se puede obtener usando elementos tubulares de metal, resistencias eléctricas de espiral (tipo resorte), o agrupando lámparas de luz infrarroja, pero el orden de importancia es el siguiente:

1. Filamentos de tungsteno en tubos de cuarzo o lámparas (2,200° C de temperatura).

2. Resistencia tipo resorte de nicromio en bases de cerámica refractaria. 3. Resistencias de nicromio protegidas por tubular de lámina o acero inoxidable.



La figura 2.5 es una muestra del tipo de resistencias que se pueden emplear físicamente en los hornos de recalentamiento Infrarrojo.

Fig. 2.5 Resistencia de cuarzo.

c) Resistencias eléctricas de Calentamiento lineal

En este tipo de calentamiento las resistencias lineales son de alambre figura 2.6, encerradas en tubos de cerámica Pyrex, esta clase de resistencias no entran en contacto con el material debido a que puede producir marcas en la superficie.

Cuando se va a calentar por este procedimiento material de más de 4.0 mm. de espesor, es aconsejable colocar resistencias en ambos lados del mismo.

Fig. 2.6 Resistencia eléctrica.

- Moldes

Uno de los aspectos más importantes que se deben tomar en cuenta para el formado al vacio de piezas, es la técnica a emplear, ya que si por las características del producto se utiliza una técnica inadecuada, lo más probable es que se presenten problemas antes de obtener una pieza con las especificaciones que se desean.



Por eso, antes de proceder a fabricar un molde debemos considerar lo siguiente:

1. La forma y dimensiones de la pieza. 2. La apariencia deseada. 3. La técnica de formado al vacio.

Con base en estos factores, se podrá planear y anticipar posibles defectos de las piezas, la siguiente figura 2.7 muestra la pieza de un molde.

Fig. 2.7 Pieza formada.

- Consideraciones para el Diseño del Producto.

Hay que mencionar que la técnica de formado al vacio aunque versátil y flexible, difiere en cuanto a apariencia y características en comparación a los productos fabricados por otros tipos de procesos, ya que cada proceso realiza ciertos productos con diferentes ventajas.

Por ejemplo para el diseño de piezas formadas al vacio es necesario establecer los siguientes criterios cuando se vaya a optar por este tipo de tecnica:

1. Deberá considerarse un adelgazamiento en el espesor del material, esto dependerá más que nada de la forma, tamaño. En términos generales se puede considerar que el adelgazamiento en el espesor del material es directamente proporcional a la altura de la pieza.

2. Deberá considerarse un ángulo de salida de moldeo entre 3° y 5°. 3. Deberá tomarse en cuenta la contracción en la pieza al enfriarse. 4. Por lo general, la superficie de la pieza formada será lisa, aunque es posible

obtener algunas texturas.



5. En el diseño de la pieza es conveniente incluir radios grandes; es posible obtener aristas, pero podrán causar rasgaduras en el material.

Debido a que en la actualidad existen infinidad de procesos para la transformación de los plásticos, se muestra a continuación las diferencias entre el proceso de inyección y el proceso de formado al vacio mostrada en la tabla 2.1, esto con la finalidad de conocer cuánto difieren los procesos conforme a sus variables.

VARIABLES PROCESO

INYECCIÓN FORMADO AL VACIO Espesor Constante. Variable. Ángulos de salida del molde

0.5° a 1°. 3°- 5°.

Temperatura de moldeo 200° C – 240° C. 160° C – 180°C. Tolerancia dimensional Excelente. Relativamente buena, no para piezas de precisión.

Insertos Es posible la inserción de elementos en otros materiales.

Se puede preparar la superficie del molde para admitir insertos.

Acabado superficial Se pueden lograr superficies lisas o con cualquier textura.

Sólo superficies lisas.

Producción Alta producción, cientos o miles de piezas diarias.

Media producción algunas decenas de piezas diarias

Molde Son de acero con aleaciones o tratados, alto costo, diseño complejo, molde macho hembra.

Variedad de materiales, costo relativamente bajo, diseño sencillo, se puede utilizar molde hembra o macho.

Scrap (Desperdicio de material)

Depende de la forma de la pieza, aproximadamente un 25% de desperdicio y es recuperable.

Radios Es necesario redondear las aristas, aproximadamente 1.5 del espesor del material.

Se requieren radios comparativamentemás grandes, desde 1cm. A 5 cm. Depende de la forma y profundidad.

Tiempo del molde De 3 a 6 meses. 1 mes máximo.

Tratamiento y acabados posteriores

Se puede aplicar cualquier tratamiento o acabado (pintado, metalizado, serigrafía, etc.)

Se puede aplicar cualquier tratamiento o acabado (pintado, metalizado, serigrafía, etc.)

Tabla 2.1 Diferencias entre el proceso de inyección y el formado al vacio.

-Criterios para el diseño del molde.

Los criterios que se presentan a continuación, son los factores base para la producción de piezas formadas al vacio. Estos son el punto medular para cualquier desarrollo que se pretenda fabricar, pero también es de vital importancia profundizar en estos conceptos.

Estos criterios básicos y las consideraciones en el diseño de moldes son parámetros fundamentales para la construcción de moldes de formado al vacio, no importa la complejidad que éstos puedan tener.



Hay que hacer mención también que en la construcción de moldes es necesaria la evaluación de los siguientes conceptos:

1. Forma y dimensiones de la pieza. 2. Apariencia de la pieza. 3. Volumen estimado de fabricación.

De estos conceptos, posiblemente el más importante sea el del volumen estimado de producción, ya que de éste dependerá la definición del tipo de molde, material, acabado y técnica de formado al vacio. A continuación se presentarán los criterios para el diseño del molde:

1. Un molde macho es más fácil de usar figura 2.8.1, cuesta menos y es el más adecuado para formar piezas profundas. Con lo que respecta a los moldes tipo hembra no deberá emplearse para formar piezas que requieran una profundidad mayor de la mitad del ancho de la pieza y se usará cuando la pieza terminada requiera que la cara cóncava no tenga contacto con el molde.

Fig. 2.8.1 Molde Macho

2. Los moldes deberán contar con suficientes orificios de vacío para que la lámina revenida pueda conformarse a las partes críticas del molde, figura 2.8.2, los orificios de vacío deberán hacerse en las partes más profundas y en las áreas en donde el aire pueda quedar atrapado, deben ser lo suficientemente pequeños para no causar marcas (se recomiendan diámetros de 1/32" a 1/8"). Se puede lograr un vacío más efectivo si el orificio es agrandado por la parte interna.

Fig. 2.8.2 Salidas de Aire.



3. Se debe proveer de conductos que permitan la circulación de agua o aceite a través del molde cuando se requiera un control de temperatura en el mismo, figura 2.8.3.

Fig.2.8.3 Sistema de enfriamiento

4. Cuando las dimensiones de la pieza formada sean críticas, los moldes deberán construirse de dimensiones mayores para compensar la contracción del material. La contracción que debe esperarse de la temperatura de moldeo a la temperatura ambiente es de 1% máximo.

5. Se puede realizar una pequeña curvatura del molde en las partes planas de las áreas grandes Figura 2.8.4, esto con el fin de permitir obtener áreas planas al enfriar el material.

Fig. 2.8.4 Curvatura en molde.

6. No se podrán obtener piezas con paredes a 90°, el molde deberá tener un ángulo de salida de por lo menos 3°, figura 2.8.5.

Fig. 2.8.5 Angulo de salida.



7. Se recomienda redondear las aristas, ya que en los vértices se acumulan esfuerzos internos, figura 2.8.6. Para mejorar la resistencia de la pieza se pueden diseñar orillas, esquinas y cantos redondeados.

Fig. 2.8.6 Curvatura en molde.

8. En partes donde el espesor sea delgado o débil se pueden reforzar con costillas de refuerzo, figura 2.8.7, estas costillas reforzarán también áreas planas de gran tamaño.

Fig. 2.8.7 Reforzamiento con costillas.

-Materiales empleados en la fabricación de moldes.

En el formado al vacio se tiene la ventaja de utilizar presión y temperatura relativamente bajas, por esta razón se pueden utilizar una gran variedad de materiales para la fabricación de los moldes.

Además, su puesta en servicio es rápida, al igual que el cambio de molde, lo que permite una gran flexibilidad del proceso, lo que hace que resulte un proceso muy económico.

Los materiales que se utilizan en la fabricación de moldes son:

1. Madera 2. Minerales 3. Resinas plásticas 4. Metales



Los moldes de madera, se fabrican a partir de maderas previamente secadas al horno, esto con la finalidad de evitar deformaciones debidas al ciclo térmico del proceso, para evitar estos cambios dimensionales se puede sellar con barniz fenólico o resina epóxica. Para mejorar el acabado de un producto, se deberá hacer que la veta de la madera, sea lo mas paralela posible a la longitud del molde.

La característica esencial en los moldes de madera es su baja conductividad térmica, ya que esta favorece a que la hoja no se enfríe rápidamente al primer contacto, la desventaja en esta clase de moldes se presenta cuando se tiene una mediana o alta producción ya que los moldes de madera son inadecuados, generalmente se emplean para una baja producción.

Los moldes fabricados con cargas minerales, resinas poliester o de poliuretano rígido tienen la facilidad de poder vaciarse en un molde y obtener múltiples cavidades. Las propiedades térmicas de las resinas poliéster o epoxicas las hacen adecuados para producciones medianas.

Los moldes metálicos son los mejores para altas producciones, se pueden emplear materiales tales como el aluminio o el acero, estos son fáciles de maquinar con lo cual se pueden obtener buenos acabados en la superficie. Debido al calentamiento y por su conductividad térmica de estos materiales se hace necesario que cuenten con un sistema de enfriamiento.

Para producciones en serie grandes será necesario incorporar un termostato para asegurar que exista la menor fluctuación de temperatura en la superficie del molde, evitando así un calentamiento o un enfriamiento excesivo.

A continuación se presenta la tabla 2.2 con los diferentes materiales que se emplean, además de presentar las ventajas y desventajas que poseen.



GRUPO MATERIALES EMPLEADOS

VOLUMEN DEPRODUCCIÓN

CARACTERISTICAS

Maderas Pino, Caoba, Cedro, Triplay.

Baja -Moldes de bajo costo. -Tiempo de fabricación corto. -Acabado superficial corto. -Moldes fabricados de triplay tienen mayor duración. -Se pueden reforzar las aristas para aumentar el tiempo del molde.

Minerales Yeso (carbonato de calcio) Fluosilicato de sodio

Baja Mediana

-Moldes de bajo costo. -Poseen mayor duración que un molde de madera. -Alta resistencia -Reforzados en el interior con malla metalica, fibra de vidrio. -Los recubrimientos a base de resina proporcionan una superficie resistente.

Resinas plásticas

Resina poliéster, epóxica, Resina fenólica, Laminados plásticos, Nylon

Mediana -Ofrecen mayor duración. -Superficies tersas -Buena estabilidad dimensional. -Son mas costosos y elaborados que los de yeso o madera.

Metálicos Aluminio, Cobre-berilio, Fierro,acero

Alta -Altas presiones. -Pueden usarse moldes de aluminio, acero, latón o bronce o cualquier otra aleación de bajo punto de fusión. -Son los más costosos. -Tiempo de fabricación es largo. -Excelente acabado superficial. -Costo de mantenimiento relativamente bajo. -Estabilidad dimensional excelente. -Es forzoso utilizar sistema de enfriamiento, así como evitar enfriamientos rápidos en la pieza.

Tabla 2.2 Materiales empleados en moldes.

-Bomba de Vacio

Finalmente en el proceso de formado se necesita desalojar todo el aire comprendido en la cámara, este aire es extraído por los pequeños orificios que se encuentran en el fondo del molde y debido a la misma extracción del aire se provoca una fuerza en toda la superficie de la lamina obligándola a adoptar los contornos de nuestro molde, ayudada en gran parte por la presión atmosférica ya que el vacio provocado en el interior de la cámara es mucho menor a esta, haciendo que la misma presión atmosférica comprima a la lamina contra las paredes del molde.

Al realizar la extracción del aire lo que se hace es crear un vacio y para realizarlo se emplean las bombas de vacio. Existe una gran variedad de bombas de vacío: tales como



las de pistón reciprocante, de diafragma, de paletas, de rotor excéntrico y todas estas proporcionan un buen vacío.

Las más usuales en la industria para el formado son las rotativas con paletas deslizantes, mostrada en la figura 2.9.

Dos características fundamentales de toda bomba de vacío son: la presión límite o presión mínima de entrada que es la presión más baja que puede obtenerse, y el tiempo necesario para alcanzarla. Ambos factores no dependen sólo de la bomba utilizada, sino también del volumen del recipiente a evacuar

El funcionamiento de una bomba de vacío está caracterizado por su velocidad de bombeo y la cantidad de fluido evacuado por unidad de tiempo, Un adecuado sistema de vacío requiere de una bomba capaz de desplazar de 710 a 735 mm Hg, lo cual dependerá en gran medida de la pieza a fabricar.

Fig. 2.9 Bomba de vacio de paletas deslizantes.

Unas de las consideraciones en el proceso de vacío es mantener el tiempo suficiente para que se enfríe y resista la fuerza interna del material que tenderá a conservar la forma original, causando ondulaciones y pandeo. Como sugerencia, entre más rápido se haga el vacío, la apariencia de la pieza será mejor, ocasionalmente es conveniente una velocidad de formado lenta para piezas muy profundas.



CAPITULO 3

MÉTODOS DE FABRICACIÓN MEDIANTE EL FORMADO AL VACIO

Los materiales plásticos que se obtienen industrialmente se presentan de diferentes formas, estos materiales se someten posteriormente a técnicas de conformación muy variadas según las aplicaciones a las que se destinen y la forma que se les quiera dar.

La conformación de un material consiste en darle una forma predefinida y estable, cuyo comportamiento sea adecuado a las aplicaciones a las cuales está destinado. Es muy fácil conformar polímeros, admitiendo los mismos procesos que los metales.

Los métodos de conformación son distintos dependiendo de la materia prima de la cual se parte. Los polímeros termoplásticos se comportan de una forma plástica a elevadas temperaturas y al enfriarse se solidifican con la forma deseada. Pueden ser conformados en caliente, enfriados y posteriormente ser recalentados de nuevo sin variar su comportamiento, así pues se pueden hacer conformados sucesivos.

El formado al vacio es el término generalmente utilizado para el proceso de producción de artículos formados a partir de una hoja plana, con ayuda de presión y temperatura.

Consiste en la formación de bandejas u otro tipo de productos a partir de una película plástica que por medio de calor y sobre un molde predeterminado que está conectado a una fuente de vacío, hace que el material tome la forma requerida y plasmada en dicho molde. Otra manera de conformar la lamina plástica es inyectando aire a presión sobre la película para que ésta tome la forma exacta del molde.

Este procedimiento para el proceso de algunos materiales plásticos es uno de los más sencillos, aparentemente, pero contiene gran cantidad de variables que lo hacen complejo a la hora de medir los estándares de la calidad que requieren los clientes.

En su forma más elaborada, los productos obtenidos por formado pueden alcanzar tolerancias exigentes, finos detalles y especificaciones precisas y cuando se utilizan técnicas avanzadas de terminación o acabado de alta tecnología pueden alcanzar resultados similares a los productos obtenidos a través del moldeo por inyección.

Las fuerzas de formado más comúnmente utilizadas en el proceso de formado al vacio son:

-Formado mecánico.



-Técnicas combinadas.

-Vacío o aire a presión.

La selección de una fuerza de formado, generalmente está condicionada al tamaño del producto o volumen a producir.

-Formado mecánico

Es un proceso en el que no se utilizan presión de aire ni vacío para conformar la pieza, en este caso la hoja calentada es acomodada sobre la superficie de un molde que usualmente tiene una superficie suave y la gravedad es suficiente para curvar la hoja; es necesario que el borde de la hoja sea sujetado para mantenerlo en posición hasta que la pieza enfríe.

En esta clase de técnica se pueden emplear moldes macho-hembra para el formado de piezas complicadas, figura 3.1, en esta técnica de moldeo, una hoja calentada es formada entre dos moldes opuestos entre si pero con contornos similares (macho-hembra).

Cuando los moldes se unen entre si, los contornos forzarán a la hoja a tomar idéntica forma, entre el espacio creado entre los dos moldes. Cualquier protuberancia en el molde macho, mecánicamente forzará al plástico en la contraparte del molde hembra.

Fig. 3.1 Moldes para formado mecánico.

Este procedimiento requiere un excelente acabado de los moldes para reducir al mínimo las marcas de los mismos.



-Técnicas Combinadas

En el formado mecánico el molde macho-hembra no depende solamente de las fuerzas que se empleen; usualmente este tipo de formado puede ser combinado con vacío, aire a presión o las dos al mismo tiempo. Consecuentemente, el molde macho-hembra no tiene que coincidir exactamente, el molde macho podrá ser relativamente inferior en dimensiones y substancialmente diferente en forma al molde hembra.

Cuando están hechos de esta forma pueden actuar como "empujadores" en la hoja plástica. Este tipo de asistencia se denomina ayuda mecánica, porque presiona el material reblandecido en el molde hembra. El propósito de esta ayuda es el de preestirar el material para que la forma final sea lograda en combinación de vacío y/o presión de aire, como se muestra en la figura 3.2.

Fig. 3.2 Empleo de técnicas combinadas.

Usando ayudas mecánicas en el proceso, se tiene la ventaja de una mejor distribución del espesor del material. Con la combinación de estas técnicas se puede obtener muchas variantes en el proceso. Dichas variantes pueden ser cambios en la presión de vacío, el tiempo de aplicación de vacío o presión, la velocidad de cierre de los moldes, o los ciclos de formado.

-Formado al Vacio

El principio básico del proceso de formado al vacío es contar con una lámina termoplástica reblandecida en un molde perfectamente sellado y donde el aire atrapado será evacuado por la fuerza de vacío o succión. A medida que el aire es evacuado del molde, causa una presión negativa sobre la superficie de la hoja y por lo tanto, la presión atmosférica natural cederá para forzar a la hoja calentada a ocupar los espacios vacíos.



El formado es un proceso que consiste en dar forma a una lámina plástica por medio de calor entre los 120 ºC y los 180 ºC dependiendo del material a utilizar y un vacío de 600 a 760 mmHg, utilizando un molde fabricado de madera, resina epóxica o aluminio, cabe señalar que un exceso de temperatura puede "fundir" la lámina y la falta de calor o una mala calidad de vacío incurrirá en una pieza defectuosa y sin detalles definidos.

A diferencia de otros procesos como la inyección, el soplado y el rotomoldeado, el formado al vacio parte de una lámina rígida de espesor uniforme realizada por el proceso de extrusión y no en forma de pellets, con lo cual se permite realizar pequeñas producciones por su bajo costo llegando a ser rentable en altas producciones también.

-Características del Material

Para realizar la charola de servicio tomaremos en cuenta el uso que brindara, por lo tanto debera contener caracteristicas especificas y adecuadas, por ejemplo:

Se necesitara que sea de un material con excelente resistencia al impacto que otorge una buena resistencia termica y que sea un material adecuado para nuestro proceso, ademas que sea reciclable y que se pueda disminuir la contaminacion del medio ambiente debido al proceso generado. El material que nos otorga estas propiedades es el poliestireno de alto impacto, pero es necesario conocer las caracteristicas de este polimero, estas caracterisiticas las obtenemos conforme a la ficha tecnica del poliestireno que se encuentra en el anexo 1:

HIPS

Temperatura de defleccion al calor

Temperatura de formado Densidad Conductividad

termica

Calor de Fusion

ºC Temp. de la hoja

(ºC)

Temp. del molde (ºC)

g/cm3

W / m·K Cal/g

85-95 140-170 45-65 1.06 0.16 30.55

Tabla 3.1 Caracterisitcas del HIPS.

Estos valores mostrados en la tabla 3.1 son utiles cuando se necesitan saber las condiciones a las que se debe de trabajar con la lamina de poliestireno en el proceso de formado al vacio.

Otro dato importante que se debe de considerar en la lamina de poliestireno de alto impacto son las medidas generales mostradas en la tabla 3.2, ya que conforme a estas se podra saber el tamaño de la mesa de formado :



Medidas de la Lamina Espesor 3mm Largo 1.50 mts. Ancho 1.20 mts. Colores Blanco, Negro, Naranja Acabado Suave Descripicion -Permite el contacto con alimentos,No se corroe ni

expide gases tóxicos,100% reciclable.

Tabla 3.2 Medidas de la lamina de HIPS.

La forma de presentacion del poliestireno puede venir en forma de lamina la cual es obtenida mediante el proceso de extrusion o en forma de pellets los cuales son pequeños granulos que pueden venir en sacos de 25 Kg, en cajas de 500Kg. e inclusive en presentaciones de 750Kg. Para nuestro trabajo se opta por la presentacion en forma de hoja o lamina la cual es apta para este proceso.

Fig. 3.3 Presentacion del HIPS.

Este tipo de polimero se comercializa bajo el nombre de poliestireno de alto impacto (HIPS), el poliestireno de alto impacto se puede encontrar en el mercado en varios colores, medidas y espesores, inclusive se pueden mandar a fabricar bajo medidas o espesores especiales.

Ya que conocemos las caracteristicas y medidas de nuestra hoja de poliestireno de alto impacto se deben de conocer las medidas de la charola a fabricar mediante el formado al vacio, mostradas en la tabla 3.3, las caracteristicas generales de la charola de servicio son las siguientes:

Medidas Largo 61.5 cm. Ancho 30.5 cm. Altura 5.6 cm.

Tabla 3.3 Dimensiones de la Charola.



Como se puede apreciar en el plano del anexo 2, la charola de servicio posee estas medidas ademas de que sera una charola doble debido a la configuracion como se muestra en el dibujo.

Para realizar esta charola doble el proceso de formado al vacio constara de multiples etapas para la comformacion del producto final, por lo tanto a continuacion se explica el procedimiento de fabricacion.

-Proceso de Fabricación

Para la fabricacion de la charola de servicio mediante el formado al vacio, primeramente se tendra que cortar la lamina en varias partes iguales para obtener el mayor numero de charolas dobles,como se muestra en la figura 3.4.

Fig. 3.4 Corte de la lamina.

Obteniendo en total 25 charolas por cada lamina de poliestireno de alto impacto, las dimensiones a las que se corta la lamina son de 22.8 x 30.5 cm aproximadamente.

Una vez que se ha cortado la lamina a las medidas mencionadas, lo que se hace es colocar una de las hojas previamente cortadas sobre el marco de la maquina, este marco se encuentra dividido en dos partes.



La primera parte del marco se encuentra apoyado sobre la mesa de formado, lo cual se puede considerar como la parte fija del marco, mientras que la otra parte del marco es la encargada de sujetarla durante la fase de vacio, la cual la convierte en la parte movil del marco.

La siguiente figura muestra el corte de una maquina de formado al vacio, como se puede observar el marco sujeta a la lamina plastica para evitar que se mueva mientras el vacio actua en la camara interior de la maquina.

Bajo esta condicion se asegura que la lamina queda perfectamente sujetada en todo su contorno, figura 3.5, ademas de ayudar a sellar completamente la caja de vacio.

Fig. 3.5 Forma de sujecion de la lamina.

Una vez colocada la lamina sobre la mesa de formado el siguiente paso es calentar la lamina por medio de resistencias.

Las resistencias con las que se calienta la lamina estan colocadas en la parte interna de la caja de la maquina y son las responsables de transmitir el calor requerido a la misma, figura 3.6. En algunos casos el calentamiento se puede generar en ambos lados de la hoja y es a lo que se conoce como calentamiento tipo sandwich, en este caso el calentamiento de la hoja solo se dara en una sola cara debido a que el espesor de la lamina es de tan solo 3 mm de espesor, mientras que el calentamiento tipo sandwich solo se emplea para espesores mayores a 6 mm.

Cabe destacar que durante el proceso de calentamiento en la lámina, la temperatura es el factor más importante; por lo que ésta deberá controlarse cuidadosamente. Ya que temperaturas bajas ocasionan esfuerzos internos excesivos en la pieza formada, disminuyendo su resistencia y tornándose susceptible a la deformación y a la fractura.



Mientras que a altas temperaturas se puede provocar que el material presente en la superficie una serie de burbujas en la superficie, reduciendo su resistencia durante el formado, también se pueden producir marcas debidas por el molde.

El rango de temperatura adecuado de formado para el poliestireno de alto impacto está entre los 140° C y los 170° C. por lo tanto, la determinación está basada en el comportamiento de la hoja.

Lo que sucede con el aumento de temperatura en el material durante el calentamiento, es la disminiucion de la fuerza de tensión dandonos por resultado que la hoja se vuelva mas maleable.

Fig. 3.6 Calentamiento de la lamina.

En este proceso es de suma importancia pues dependiendo de esto se realiza un formado de alta o baja calidad, en esta etapa del proceso el material es calentado desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de formado

Por lo tanto es indispensable considerar tambien el calor ya que la operación de calentamiento es una de las etapas en las que se pueden presentar las mayores dificultades, ocasionando el mal aprovechamiento de recursos materiales y humanos.

Otro de los factores a considerar en la etapa del calentamiento es el tiempo que se emplea en la lamina, ya que no todos los materiales pueden terner las mismas condiciones.

Las caracterisiticas para determinar el tiempo que debe someterse al poliestireno de alto impacto al calentamiento, depende del espesor de la lámina, equipo de calentamiento y el tipo de formado que se emplee.



En este caso estos parametros son conocidos y son de utilidad para poder conocer el tiempo requerido que permaneceran las resistencias para transmitirle el calor requerido durante el periodo de reblandecimiento del poliestireno.

Existe una formula empleada para conocer el tiempo de exposicion del material al calentamiento, esta formula contempla tan solo el espesor del material por una constante.

t 2.1 · e

Por lo tanto el tiempo para el poliestireno de alto impacto es de 6 minutos y 18 segundos. Aunque cabe señalar que existen variables que pueden modificar esta fórmula, tales como: la temperatura ambiente donde se encuentra localizado el equipo, la época del año (especialmente en climas extremosos), la fluctuación en el espesor del material y las condiciones del equipo entre otras.

Fig. 3.7 Temperatura de la lamina adecuada.

Una vez que la lamina a llegado a su punto de reblandecimiento aproximadamente alrededor de los 140º C, figura 3.7, que es la temperatura conveniente para la lamina de poliestireno de alto impacto, el banco de resistencias electricas deja de funcionar para que posteriormente se haga el vacio y la lamina adopte la forma del molde obteniendo la charola de servicio como se muestra en la figura 3.8.



.

Fig. 3.8 Reblandecimeinto de la lamina.

La siguiente etapa del proceso consiste en extraer completamente el aire contenido en el interior del molde, para realizar esto se necesitara que el molde cuente con salidas de aire.

Como se ha descrito con anterioridad el molde juega un papel fundamental para la elaboración de nuestro producto, ya que la lámina adoptara la forma final de este.

Como se sabe una de las ventajas que tenemos al emplear este tipo de proceso es que se cuenta con una diversidad y tipos de moldes que se pueden fabricar a un costo muy bajo y en tiempos relativamente cortos.

Para fabricar cualquier clase de molde se necesitara de un modelo o en su defecto de una pieza original para fabricar. Cuando se cuenta únicamente con especificaciones y pIanos, el modelo se puede fabricar en yeso, madera o pasta epoxi, tomando en consideración el grado de dificultad de la pieza. En ocasiones el modelo se puede fabricar combinando espuma de poliuretano o placas de poliestireno cubiertas con una capa delgada de yeso o pasta epoxi.

Cabe señalar que cuando el molde se encuentre terminado es conveniente disminuir sus asperezas por medio de lija de agua y a continuación aplicar un sellador que elimine la porosidad del material. Este sellador en la mayoría de los casos es una laca de nitrocelulosa que se aplica por aspersión o bien una disolución de goma laca en alcohol.

Una vez que se ha lijado la superficie del molde, se hace una aplicación de un agente desmoldante, material cuya función específica consiste en evitar la adherencia del plástico con el molde. Los agentes desmoldantes pueden clasificarse en tres tipos:



El primero de ellos es en forma de soluciones, generalmente son acuosas como el metil celulosa y este tipo de separadores se aplica en cada operación de moldeo, también existen en forma de cera o emulsiones de cera y esta clase de desmoldante se aplica con una franela o paño y por ultimo existen lo desmoldeantes internos los cuales son agentes separadores que se mezclan con gel-coat ofreciendo una mayor facilidad de moldeo.

Una vez escogido el desmoldeante se procede a aplicar una película de acabado “gel-coat” cuyas características le proporcionaran al molde:

-Formar una superficie uniforme.

-Impedir que el material de refuerzo aflore a la superficie.

-Mejorar las propiedades de resistencia a la intemperie.

Como se menciono el molde deberá de contar con salidas de aire, teniendo por lo regular orificios de vacio de 1/32” (0.7mm) a 1/8” (3.17mm) de diámetro los cuales estarán presentes en las partes mas profundas de nuestro molde (figura 3.9) , ya que esto evitara que pequeñas cantidades de aire queden atrapadas entre el molde y la lamina de poliestireno de alto impacto.

Fig.3.9 Salidas de aire

Ya que se conoce las características con las que cuenta el molde el último paso en nuestro proceso es realizar el vacio para que la lámina adopte la forma del molde.

Para poder crear el vacio se necesitara que la maquina de formado cuente con una bomba de vacio, la bomba de vacio es la encargada de extraer completamente el aire



contenido en la cámara, este tipo de bomba para nuestra aplicación es una bomba de paletas la cual nos proporciona una buena evacuación del aire.

Y una vez que la lámina se encuentra a la temperatura mencionada con anterioridad, la bomba de paletas que nos proporciona un vacio de 635 mm Hg. empieza a succionar todo el aire contenido entre el molde y la lámina de poliestireno de alto impacto, dando como resultado que se tenga una presión negativa sobre la superficie de la hoja y por lo tanto la presión atmosférica hará que la lamina de poliestireno ceda, para que ocupe todas las cavidades del molde como se muestra en la figura 3.10.

El vacío que se provoca en la parte formada debe ser mantenido el tiempo suficiente para que se enfríe y resista la fuerza interna del material que tenderá a conservar la forma original.

Fig. 3.10 Se crea vacio en la cámara.

Como criterio general, entre más rápido se haga el vacío, la apariencia de la pieza será mejor, ocasionalmente es conveniente una velocidad de formado rápida para piezas muy pequeñas y viceversa, se tendría que emplear una velocidad alta para piezas muy profundas y grandes.

Bajo esta condición en la lámina, se crea un adelgazamiento en el espesor de nuestro material, obteniendo que la superficie del área se vuelva más larga, para estimar este adelgazamiento se deberá de conocer el área de la hoja disponible para el formado y dividirla entre el área de la pieza final. Cabe resaltar que siempre será deseable que el molde y la pieza formada tenga radios de curvatura generosos. Teóricamente existe una fórmula para determinar el porcentaje de adelgazamiento del material, la cual es.

% de adelgazamientoee



Obteniendo el porcentaje de adelgazamiento entre el espesor final y el espesor inicial tenemos lo siguiente; el espesor inicial que tiene nuestra lamina es de 3mm mientras que el espesor final de nuestra lamina es de 2mm dándonos como resultado que el porcentaje de adelgazamiento es del 66.6%, ya que nuestro molde, al ser un molde tipo hembra debido a la configuración que posee, hace que los vértices de la lamina de poliestireno se alarguen hasta la superficie del molde por lo cual nos da un espesor extremadamente delgado en la lamina de nuestra charola.

Fig.3.11 Adopción de la lámina en el molde.

Una vez que la lámina ha adoptado la forma de nuestro molde (figura 3.11), la pieza deberá de enfriarse, el enfriamiento de una pieza formada es tan importante como el calentamiento, pero en algunos casos podrá consumir más tiempo que el calentamiento dependiendo de las características de la pieza, en nuestro caso la mayor parte del calentamiento absorbido durante el ciclo de calentamiento deberá disiparse del plástico antes de que se retire del molde, de otra forma pueden ocurrir distorsiones en la pieza.

La conducción y convección son prácticamente los únicos métodos para disipar el calor, en vista de que la conductividad térmica en los plásticos es baja, un enfriamiento largo se presentará en piezas que tengan un espesor superior de 4 mm.

Y debido a que nuestra charola de servicio tiene 3 mm se puede enfriar a temperatura ambiente, con lo que también se puede ahorrar en energía eléctrica al no tener que utilizar ventiladores eléctricos, ya que es lo más común para el enfriamiento de piezas.

Una vez enfriada la charola de servicio el último de los pasos es desmoldear la charola (figura 3.12) y hacer el corte del material excedente, rara vez alguna de las piezas no requerirá del corte, para remover el material excedente en el contorno de la pieza se hace el uso de la sierra cinta ya que es el equipo indicado para hacer curvas en hojas planas y para refiletear piezas formadas.



Es conveniente utilizar las cintas especiales para cortar metal o para plásticos; también es necesario ajustar la guía lo más cercana al material para evitar estrellamientos en la línea de corte y reducir al mínimo la vibración en la sierra.

Fig. 3.11 Extracción de pieza.

Para una mayor claridad el material excedente seria en nuestro caso el contorno de la pieza, es decir, es la parte en donde fue sujetada por las mordazas ya que cuando hoja de plástico esta en la fase de calentamiento se expande más rápido en el marco metálico, provocando marcas cercanas al marco, inclusive algunas de estas marcas desaparecerán cuando la hoja se contraiga pero en la mayoría de los casos estas son visibles después del enfriamiento

Otra de las características que posee nuestra charola es la forma de presentación en que se puede fabricar para ser ofrecida en el mercado.

Como se observa en la fotografía (a) la charola puede fabricarse en una sola pieza, de color negro y además sin ceja en su contorno.

Como se podrá observar al emplearse un molde tipo hembra en la fabricación de nuestro producto, los cuatro vértices de nuestra hoja se extendieron hasta la superficie del molde haciendo que el espesor de la misma hoja disminuya.



Fotografía (a). Vista en planta de charola.

Además la charola de servicio cuenta con las características para el formado al vacio, como son; se cuenta con curvaturas o radios amplios para evitar la acumulación de esfuerzos internos y evitar así una posible falla en el producto, la fotografía (b) muestra como se pueden obtener curvaturas en nuestro producto.

Fotografía (b). Vista inferior de la charola.

Como se menciono la siguiente forma de presentación puede ser de una charola doble con ceja en su contorno, esta charola doble con respecto de la otra difiere en las medidas generales con las que cuenta.



Como se observa en la fotografía (c) se pueden fabricar diferentes presentaciones a partir de un mismo modelo.

Fotografía (c). Charola doble.

Para fabricar una charola doble se necesitaría cortar la hoja de poliestireno de alto impacto a diferentes medidas, además de que posiblemente las condiciones de formado sean diferentes.

Fotografía (d). Vista inferior de la charola doble.

Al emplear un molde tipo hembra la profundidad de la pieza no excede la mitad del ancho de la misma dando como resultado que la distribución del material sea mas uniforme, como se observa en la fotografía (e).



Fotografía (e).la altura de la charola doble es menor a lo largo y ancho.

La fabricación de la charola de plástico se fabricara en una máquina de moldeo por vacio modelo 1210 la cual cumple con las especificaciones técnicas para la fabricación de nuestra charola de servicio.

Las características que ofrece esta clase de modelo son que las piezas conformadas al vacio son de alta calidad y con alta definición, ya que asegura de forma rápida, eficaz y consistente los productos fabricados.

La máquina comprende características de diseño y técnicas de fabricación capaz de poderse operar fácilmente, ya que a la larga el operario contara con la capacidad de manipulación segura y eficaz.

La recomendación de los fabricantes de la máquina de formado para el funcionamiento de esta, recomienda que el operario se familiarice con los controles con los que cuenta la maquina y una vez que conozca a detalle el funcionamiento de cada uno de los dispositivos en la máquina se recomienda realizar un ciclo en frio para poder observar que no exista alguna falla en el sistema.



La forma de operación de la máquina es básicamente que cuenta con indicadores tipos led, uno de estos es de color verde el cual proporciona la indicación de que la máquina esta energizada, mientras que un led encendido de color ámbar indica que en el banco de resistencias existe corriente y por lo tanto se están calentando para iniciar el ciclo de calentamiento.

Un enclavamiento mecánico de seguridad evita que la caja que resguarda al banco de resistencias se levante mientras está en pleno proceso de calentamiento

La recomendación para la utilización de estas máquinas para el formado de piezas es que se puede emplear con cualquier clase de molde, siempre y cuando resista el calor, este estará montado sobre una base de contrachapado que corresponde a la superficie de la placa de 204 x 280 mm.

Mientras que la lámina termoplástica se sujeta bajo el bastidor de fijación y se calienta hasta que se vuelva plástica, para que posteriormente la bomba de vacio actué, mientras que a su vez el banco de resistencias se apaga totalmente dejando de calentar a la lámina.

El formado se consigue cuando la bomba de vacío elimina el aire atmosférico entre la lámina de plástico y el molde mientras la presión atmosférica exterior empuja el material sobre el molde y una vez la lámina formada se ha enfriado, la pieza moldeada se puede extraer.

El proveedor de esta máquina recomienda utilizar ciertos materiales termoplásticos ya que no todos se adaptan al proceso de formado al vacio, otorgándonos una lista de cuales materiales se pueden emplear con mayor facilidad de uso y popularidad estos son:

- Poliestireno - PVC - Polipropileno - Acrilico extruido - ABS (Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno) - Policarbonato - Acrilico colado

Por último las recomendaciones en caso de vacio es comprobar que la junta inferior de la placa esté en buen estado y que sobresalga al borde de la placa 2 mm como mínimo de forma que haga un cierre completo para evitar que exista fuga, además de no exista tubos sueltos o fuera de sitio en el interior de la máquina.

Pero si el problema se concentra en el banco de resistencias donde pueda existir un calentamiento irregular esto se puede hacer encendiendo la máquina en frío y observando si todos los calentadores se calientan durante los primeros segundos después de conectar.



Si uno de los calentadores no funciona, puede haber una conexión suelta o corroída por encima del reflector. Si todo el banco de resistencias no funciona, compruebe el disyuntor en el panel de control.

Estas resistencias se podrán ver si funcionan cuando aparecen encendidos en color naranja con la luz natural. Las especificaciones técnicas de la máquina se encuentran en el anexo 3.



CAPITULO 4

COSTO-BENEFICIO

A continuación se presentara el costo-beneficio que se obtendría en la fabricación de las charolas de servicio, ya que toda inversión en un proyecto requerirá del capital para poder comprar materia prima, maquinaria, mano de obra entre otros factores decisivos para realizar el producto final y que a su vez este producto otorgue ganancias a determinado tiempo.

Todos estos costos se basan pensando en que la fabricación de las charolas se realizara en una pequeña empresa, con un horario de lunes a viernes y los turnos son de 8 horas diarias, por lo cual el total de empleados a ocupar son menos de 100.

Otro factor para la fabricación de las charolas, es estimar el numero de maquinas. El número de máquinas a emplear son 6 de formado al vacio, las cuales estarán en completa operación durante todo el turno para evitar tiempos muertos de fabricación.

A partir de esta estimación se pueden conocer los costos directos e indirectos, que participan en la fabricación de las charolas de servicio.

Como principio se definirá lo que es el costo, el costo es todo el dinero que la empresa emplea en la fabricación y venta de los productos y/o servicios con el objetivo de efectuar labores para producir un producto y comercializarlo.

En nuestro caso, es el dinero con el que se pagara el proceso de fabricación para la charola de servicio. Estos costos pueden ser directos e indirectos.

-Costos Directos

Los costos directos representan el valor de aquellos recursos que se pueden identificar y cuantificar para cada unidad de producción, tales como la Materia Prima Directa (MPD) y la Mano de Obra Directa (MOD).

Las materias primas directas corresponden a la fórmula (ficha técnica) del producto, mientras que la mano de obra directa es el valor de los salarios de los trabajadores (obreros u operarios) que interviene directamente en la elaboración de un producto o en la prestación de un servicio.



-Costo de la materia prima:

Es el costo de materiales integrados al producto.

Materia prima Cantidad Costo

Lamina de poliestireno de alto impacto

1 (150cm x120cm) $ 115.00

Cera desmoldeante 1Kg. $ 90.00Lija (1 paquete) 12 pzas. $ 30.00

-Costo de la mano de obra (sueldo diario):

Es el costo que interviene directamente en la transformación del producto, estos son los sueldos en un turno de ocho horas, aplicando deducciones como seguro social.

Personal Cantidad Sueldo

Técnico 18 $140.00Auxiliar de taller 12 $110.00Cortadores 6 $110.00

A su vez, los costos se dividen en variables y fijos, y se definen de acuerdo con los volúmenes de producción, ventas o prestación de servicios.

Los costos variables son aquellos que aumentan o disminuyen (en cantidad y valor) según el número de unidades producidas o vendidas.

En nuestro caso esta clase costos variables son las charolas que se fabrican estos costos pueden ser ajustados rápidamente a los niveles de producción o ventas.

Los costos fijos se presentan sea cual fuere el volumen de producción o ventas y este valor no depende del número de unidades producidas o vendidas.

Como por ejemplo la depreciación de las maquinas de formado, el mantenimiento de máquinas y equipos, el arrendamiento y el salario de directores y supervisores

Por otro lado, por definición, los costos variables (mano de obra directa y materias primas directas) se consideran directos, mientras que los costos fijos, se consideran indirectos.

Por lo tanto el costo de la materia prima estimada para un turno de 8 hrs, dependerá la lámina de poliestireno de alto, la cera desmoldeante ocupada para evitar que la hoja se pegue con las paredes del molde y por ultimo las lijas ocupadas para disminuir las asperezas en la charola de servicio.



Materia prima Costo 1 Turno Total

Lamina de poliestireno de alto impacto

$ 115.00 12 laminas

$ 1,380.00

Cera desmoldeante $ 90.00 6 lts. $ 540.00 Lija $ 30.00 6 paq. $ 180.00

Costo total $ 2,100.00

Mientras tanto el costo para la mano de obra directa involucrada en la fabricación de la charola de servicio, en un turno de 8 horas, consta de 6 técnicos los cuales son los encargados de manejar las maquinas de formado al vacio, auxiliares de taller que se emplearan en diversas actividades tales como; lijar las charolas, limpiarlas, apilarlas en una área adecuada. Mientras que los cortadores son empleados para realizar los cortes a la lámina de poliestireno de alto impacto, ya que la maquina emplea un tamaño adecuado para realizar el formado.

Empleados No.

empleados Sueldo

Horas de trabajo

Total

Técnico 6 $140.00 8 $ 840.00 Auxiliar de

taller 4 $110.00 8 $ 440.00

Cortadores 2 $110.00 8 $ 220.00 Costo total $ 1,500.00

-Costos Indirectos

Los costos indirectos son propios de las industrias de transformación de las materias primas y se definen como aquellos costos que siendo importantes para elaborar un producto, no se pueden considerar como materias primas directas o mano de obra directa.

Esto quiere decir que estos costos agrupan desembolsos de producción que no son fácilmente asignables a cada unidad producida, como por ejemplo:

- Mano de obra indirecta y materiales indirectos. - Luz y energía de fábrica. - Arrendamiento del edificio de fábrica. - Depreciación del edificio y del equipo de fábrica. - Impuesto sobre el edificio de fábrica



-Costo de la mano de obra indirectamente (sueldo diario):

Son los costos que intervienen en la transformación de los productos, con excepción de la materia prima y la mano de obra directa.

En este caso, debido a que el director no realiza directamente el trabajo de fabricar las charolas se considerara como un costo indirecto, al igual que los supervisores, el equipo de mantenimiento y los encargados del almacén.

Estos sueldos al igual que los gastos directos se basan en un turno equivalente a 8 horas de trabajo.

Empleados Cantidad Sueldo Subtotal Gerente 1 $ 358.00 $ 358.00

Contador 1 $ 200.00 $ 200.00 Supervisor 2 $ 170.00 $ 340.00

Mantenimiento 1 $ 155.00 $ 155.00 Almacenista 1 $ 135.00 $ 135.00

Total $ 1188.00

-Costos indirectos del personal (sueldo diario):

Es el costo indirecto son los que debido a que no participan en la fabricación de nuestro producto se considera así que esta clase de gastos son empleados para el personal de vigilancia, el personal de aseo y el chofer dedicado a transportar las charolas a los puntos de venta.

Personal Cantidad Sueldo Subtotal Vigilante 4 $ 138.00 $ 138.00

Personal de aseo 2 $ 100.00 $ 200.00 Chofer 1 $ 145.00 $ 145.00 Total $ 483.00

-Costo por máquina es de $22,000.00 como requerimos 6 son $132,000.00, considerando la depreciación en 10 años, obtenemos 13,000.00 anuales. Además consideramos 12 meses y cada mes de 22 días laborables para efecto de cálculo, por lo considerados que anualmente son 264 días. El costo por día es $4.10

-El costo de la renta mensual del área considerada 150 metros cuadrados con los todos los servicios es de $6,000.00. Por lo que agregaremos al costo por día $ 200.00

Estos son los costos totales directos e indirectos que se obtuvieron por día.

A continuación se hace una estimación de cuantas charolas se pueden fabricar en un día con un de turno de 8 horas:



Esto se deduce a partir que en un turno deberá de existir 6 técnicos operando las máquinas de formado al vacio, las cuales deberán estar en completo funcionamiento sin existir falla alguna.

Durante la fabricación se requiere para el calentamiento de 6.18 minutos; por lo tanto se estima que para obtener una charola el tiempo es de 10 minutos, esto se debe a que se suman los tiempos de calentamiento más el tiempo de succión (vacio) y el tiempo de enfriamiento.

Por lo tanto como se obtiene una charola cada 10 minutos, en una hora se pueden fabricar 6 charolas, por lo tanto en un turno completo se fabricarían 48 charolas por cada técnico.

En total se fabricarían 288 charolas fabricadas en turno, empleando seis técnicos, uno en cada máquina de formado al vacio.

Con los datos anteriores obtendremos el costo de fabricación de 288 charolas de servicio

Costos Total

Maquinaria y servicios $ 204.10

Materia prima $ 2,100.00

Mano de obra directa $ 1,500.00

Empleados $ 1188.00 Personal $ 483.00

Costo Total $ 5,475.10

El costo de fabricación de una charola es $5,475.10 / 288 = $ 19.01

Técnico Horas de trabajo Charolas/ hora Charolas fabricadas

A 8 6 48 B 8 6 48 C 8 6 48 D 8 6 48 E 8 6 48 F 8 6 48

Total 288



Por lo tanto el costo total para la fabricación de una charola de servicios resulta económico, debido a que los costos de la materia prima son relativamente bajos ya que en comparación con los otros procesos, la materia prima y la mano de obra directa resulta excesivamente cara por las condiciones de fabricación.

Como se observo los costos de la materia prima son reducidos, ya que son mínimos los requerimientos, dándonos como resultado una producción diaria de 288 charolas que se pueden vender en establecimientos de comida rápida, restaurantes, y establecimientos como súper mercados para que las personas que los compren los utilicen como botaneros.



CAPITULO 5

CONCLUSIONES

Para finalizar con el tema concluimos que el formado al vacio es un término genérico, utilizado para describir un proceso que nos sirve para producir piezas de plástico a partir de una hoja plana de plástico. Como se sabe la lámina de plástico se calienta a una temperatura de formado, contando a su vez con una forma específica en un molde, en el cual se extrae todo el aire contenido en el molde provocándose el vacio y por ultimo cuando sale la pieza se le hacen los cortes necesarios para eliminar la rebaba y este material excedente se recicla.

Este proceso suele limitarse a la formación de piezas de plástico que son más bien poco profundas. Piezas relativamente profundas pueden ser formadas al vacio si la hoja plástica se extiende mecánicamente o neumáticamente antes del contacto con la superficie del molde y antes de que el vacio se aplique.

Como se dio a conocer existen tres tipos de técnicas empleadas en el formado al vacio, en donde se puede hacer uso de ayudas mecánicas o neumáticas, ya que estas ayudas son principalmente para piezas de gran área y profundidades considerables.

Ya que la charola cuenta con tan solo 5.6 cm de altura, incluyendo su espesor, no necesita de ninguna ayuda mecánica o neumática, debido principalmente a que la profundidad es pequeña.

Uno de los parámetros importantes es la temperatura de la lámina, la cual esta definida por el tiempo de ciclo que es de 6.18 minutos, tiempo necesario para el calentamiento de la lamina, este es el parámetro de procesamiento que más influencia tiene sobre la distribución final de espesores de la pieza moldeada.

Ya que un periodo de tiempo excesivo en la lámina da como resultado que el material se vuelva más dúctil dificultando el vacio y se formen arrugas en la lámina o inclusive si la temperatura no es la adecuada en la lámina se podría producir una decoloración en la hoja, dando como resultado una calidad en el acabado mala.

Para evitar esta situación de un calentamiento excesivo, el banco de resistencias solo aporta calor por una de las caras de la lámina de poliestireno, ya que además su espesor no permitiría un calentamiento tipo sándwich.

La elección de escoger lamina de poliestireno de alto impacto de 3 mm de espesor fue debido a que es el material más económico y popular, debido a su baja temperatura de



formación y a su transición casi inmediata al estado plástico, se forma al vacío de forma rápida y con un excelente grado de definición de la pieza fabricada.

Como se describió con anterioridad los plásticos que se prestan mejor para el formado al vacio son: el acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), poliestireno de alto impacto (HIPS), el cual es el empleado para la fabricación de la charola, polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de alto peso molecular (HMWPE), polipropileno (PP), policloruro de vinilo (PVC), de polimetacrilato de metilo (o "acrílico") (PMMA), y tereftalato de polietileno.

Con respecto al molde empleado, cabe recalcar que existen dos formas diferentes de clasificarlos; este puede ser molde macho o molde tipo hembra, nuestra pieza es formada en un molde tipo hembra, debido a que la lamina cuando adopta las paredes de nuestro molde ocasionado por el vacio, entra en las cavidades existentes para adoptar la forma física de la charola.

El molde esta fabricado a base de fibra de vidrio y es el material de refuerzo más utilizado. La fibra de vidrio le confiere al molde resistencia al envejecimiento y a la intemperie y también a los productos químicos que pudieran emplear, además de que al utilizar este tipo de material en nuestro molde no es inflamable.

Ya que como se sabe la fibra de vidrio cuenta con características tales como; una alta resistencia a la tracción y a la compresión, buena rigidez, buena tenacidad al impacto, y buena resistencia a la temperatura.

Ya que cuando la lamina se enfría después de haber adoptado la forma de la charola, esta queda con un acabado liso en la superficie, dándonos como resultado que nuestra pieza tenga un excelente acabado final sin necesidad de hacerle alguna clase de pulido.

Los orificios para la salida de aire durante el vacio son de 1/8” de diámetro, localizados en la parte mas profunda de nuestro molde, esto con el fin de que todo el aire sea evacuado correctamente.

Ya que con este diámetro la evacuación del aire contenido en el molde, hará que la lámina de poliestireno de alto impacto tenga una distribución homogénea en todos los vértices del molde, pero si en dado caso los barrenos fueran demasiado pequeños o demasiado grandes la lamina presentaría pequeñas arrugas o marcas circulares.

Con respecto al vacio este se produce con una bomba de vacio de paletas, la cual desplaza alrededor de 635 mmHg. esta bomba otorga un buen desplazamiento del aire y es capaz de mantener el tiempo suficiente al material junto con el molde para que adopte la forma de la charola.

Las posibilidades de crear productos cotidianos con este proceso son infinitas ya que pueden fabricarse productos de uso muy cotidianos. Esta clase de proceso difiere del



moldeo por inyección, moldeo por soplado, moldeo rotacional, así como otras formas de transformación de plásticos.

Una de las razones para optar por este proceso es que es ideal para prototipos y desarrollo de productos, debido a la baja los costos directos e indirectos que se involucran. En muchos casos, una parte formada al vacío es de mayor calidad y dura más que una pieza idéntica hecha por un proceso diferente.

Ya que nuestra charola de servicio es una pieza que por su configuración y las medidas que posee son perfectas para emplearse por este método, por la única razón de que no necesita un proceso de elaboración complicado.

Por lo tanto las características físicas de nuestra charola de servicio dependerán de condiciones tales como la elección del material a transformarse en el producto final ya que como se comento con anterioridad todos los materiales tienen diferentes características que nos van favoreciendo durante el desarrollo del proceso.

Otra de las condiciones que alterarían las condiciones de producción con respecto a la cantidad de piezas fabricadas en un turno, son el tipo de enfriamiento a considerar ya que dependiendo de la dimensión de nuestra pieza se optaría por el sistema adecuado de enfriamiento, debido a que el periodo fabricación entre una pieza y otra dependerá de la temperatura a la cual la pieza puede ser removida del molde sin distorsionarse

En nuestro caso para la charola de servicio el tipo de enfriamiento puede darse a la temperatura ambiente debido a que la hoja del poliestireno de alto impacto no supera los 4mm de espesor que son el límite recomendado para la convección libre.

Dándonos como beneficios adicionales el ahorro de energía y de mantenimiento a equipos tales como ventiladores eléctricos, los cuales serian los encargados del enfriamiento de las piezas fabricadas ya que a largo plazo un mantenimiento preventivo daría como resultado un incremento en los costos.

Los beneficios de ocupar el formado al vacio son la eficacia y la rentabilidad para la producción de muchas charolas de plástico, cabe señalar que dependiendo de la pieza a fabricar dependiendo del tamaño y la forma se podría obtener parámetros similares pero muy variables.

Las ventajas de utilizar esta clase de proceso son:

‐ El costo de la maquina es relativamente mas barato. ‐ El costo del poliestireno de alto impacto es barato. ‐ El costo por pieza de fabricación es menor para el cliente. ‐ El costo de operar una maquina es menor debido a la falta de detalle en las piezas

fabricadas.



‐ La operación es menos compleja de ejecutar. ‐ La producción es más fácil.

Esto es especialmente cierto cuando se compara con una pieza que contenga dimensiones iguales, para ser fabricada por inyección de plástico o formada al vacío. La formación por medio del vacío también es ideal para cualquier pieza que no supere un volumen de 50.000 piezas o más.

A diferencia de otros procesos en el formado al vacio los costos iníciales del proyecto son generalmente mucho más bajos, debido a que existe una gran libertad de diseño, en los que se pueden crear pequeños detalles que se puedan añadir, como por ejemplo el uso de insertos, los cuales si se consideran deben de estar en el mismo diseño de la pieza.

Además de que en el mercado existe una amplia gama de láminas de plástico de color, las cuales están disponibles en una variada selección de patrones, texturas y acabados, la cual a su vez proporciona una excelente relación de calidad y precio.

Si hacemos una tabla comparativa en costos podemos observar lo siguiente:

Fabricación Costo de Herramientas. Costo de producción.

Formado al vacio Bajo Bajo / Medio Rotomoldeo Medio Medio

Inyección Alto Medio

Como se observa el formado al vacio es el que cuenta con los costos más bajos tanto en producción como en herramientas a emplear.

Por ultimo la maquina de formado al vacio a emplear, es el modelo 1210 la cual es considerada para la fabricación de la charola y cuenta con características suficientemente adecuadas el proceso, la decisión de haber elegido este modelo se debe a que su ficha técnica cuenta con una variedad de materiales, con los que se puede trabajar, la forma de operación es muy sencilla sin necesidad de contar con personal altamente especializado y sobre todo las medidas para el formado son adecuadas para charola de servicio.

El sistema de seguridad con el que cuenta la maquina, sirve durante la etapa de calentamiento, ya que en esta etapa las resistencias se calientan aportándole el calor necesario a la lamina, este sistema evita que la caja superior de la lamina sea levantada durante este proceso, evitando así posibles quemaduras al personal de operación, dando como resultado la prevención y disminución de accidentes de trabajo.



La ficha técnica que se encuentra en los anexos nos da las medidas con las que cuenta, además de la forma física que tiene.

Anexos:

1.- Tabla técnica del HIPS.

2.- Dibujo de charola Doble y Sencilla.

3.- Características de la maquina.

4.- Bibliografía.



Anexo 1:



Anexo 2:



Anexo 3:

ESPECIFICACIÓN TÉCNICA: Modelo 1210 Tamaño de la lámina cortada

228 x 305 mm

Apertura máxima de formado

204 x 280 mm

Grosor máximo del material

6 mm

Vacío (típico)

635 mm

Anchura x Profundidad x Altura 500 x 840 x 560 mm

Tensión

110-120 V y 220-240 V

Intensidad (máxima) 12,9 Amps 5,9 Amps



Anexo 4:

-Manual Técnico de Formado. -Formado al vacio. -Plastiglas de México, 2003. -Tecnología del plástico para Ingenieros. -John William L. -Urmo, 1990. -Apuntes de Diseño -Selección y Aplicación de Materiales -Ing. Fernando Vergara Camacho -Ciencia de los plásticos. -Schwarz O. -Ed. Costa nogal, 2002. -Administración Financiera. -Fundamentos y Aplicaciones. -García Oscar León. -McGraw Hill, 1999. -Tecnología del termoformado. -Hanser Verlag. -Munich, 1996. Sitios Web. www.plastico.com.mx www.wikipedia.org www.ambienteplastico.com.mx www.curbellplastics.com

escuela superior de ingenieria mecanica y...

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