Termoformado
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  • 1. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO UNIDAD ACADÉMICA PROFESIONAL TIANGUISTENCO “TERMOFORMADO” TRABAJO ELABORADO EN LA MATERIA DE: TEMODINÁMICA PRESENTA(N): DOMINGUEZ AGUILAR FABIÁN GARDUÑO VILLA ALIX CINDY QUIROZ ESQUIVEL FRANCISCO RODRÍGUEZ BARBOSA PAMELA XIADANI SÁNCHEZ MEZA IVONNE GRUPO P1 PROFESORA: FLORES VÁZQUEZ ANA LILIATIANGUISTENCO, ESTADO DE MÉXICO A 31 DE MAYO DE 2012
  • 2. ÍNDICEINTRODUCCIÓNCapítulo 1. PREÁMBULO DEL TERMOFORMADO.1.1. Concepto de termoformado1.2. Procesos1.3. Parámetros del termoformado1.4. Ciclo del termoformado1.5. Métodos de termoformadoCapítulo 2. MATERIALES PLÁSTICOS A LOS QUE SE PUEDE APLICARTERMOFORMADO.2.1. Concepto de plástico2.2. Propiedades de los plásticos para su uso en el proceso de termoformado2.3. Equipos y utillaje 2.3.1. Materiales para moldes 2.3.2. InstalacionesCapítulo 3. APLICACIONES HABITUALES3.1. Aplicaciones del termoformado3.2. Áreas industriales donde se aplica el termoformadoBibliografía
  • 3. INTRODUCCIÓNEn el presente trabajo de investigación se analizara el tema de termoformado, quetiene como objetivo principal dar a conocer en que consiste y profundizarnos más enel tema.En la actualidad es difícil idealizarse que algún sector, productivo o económico,pueda prescindir de los plásticos. Basta una simple visualización a nuestro alrededorpara percibir la importancia que tienen estos materiales en nuestro diario vivir. Laproducción de plásticos seguirá creciendo, abarcando cada vez más distintossectores, debido principalmente a sus propiedades y a su relación costo-beneficio.Desde principios del siglo XX se han conocido algunas técnicas del formado deláminas, con materiales como el metal, vidrio y fibras naturales.Los verdaderos principios del termoformado se dieron con el desarrollo de losmateriales termoplásticos, lo cual fue durante la segunda Guerra Mundial. Los añosde postguerra trajeron los grandes volúmenes de comercialización y el rápidodesarrollo de equipos y maquinaria capaces de adaptarse a los métodos modernosde manufactura, para producir productos más útiles y más rentables.El nacimiento del termoformado inicia a finales de la 2da guerra mundial con el iniciode la fabricación de materiales termoplásticos que permitieron llegar a un velozdesarrollo de maquinaria y equipos para procesos de comercialización cada vez másacelerados.Para los años 60’s las bases del proceso de formado al vacío ya eran sólidas, y losconsumidores demandaban procesos de producción de termoformado aún másveloces, los cuales fueron cubiertos por maquinaria capaz de producir grandescantidades de piezas por hora.
  • 4. Por otra parte en la década de los 80s hasta la fecha, los termoformadores hanganado tal confianza en su proceso, que han ido mas allá de sus expectativas y hanestablecido líneas continuas capaces de producir artículos terminadostermoformados a partir ya no de lámina, sino del pellet de resina; además de reciclarsu desperdicio con un mínimo de control.Las ventajas del termoformado es la utilización de pocas herramientas, costo deingeniería baja y menos tiempo, lo que hace que el termoformado sea ideal para eldesarrollo de prototipos y un bajo volumen de producción.
  • 5. Capítulo 1 PREÁMBULO DEL TERMOFORMADOEn este capítulo se analizará que es el termoformado, se conocerán sus ciclos oetapas que necesitan tener este proceso, sin dejar de lado los diversos tipos determoformado que existen.1.1. Concepto de termoformadoEl concepto de termoformado es un término genérico para elproceso que consiste encalentar una plancha olámina de termoplástico, de forma que al reblandecersepuedeadaptarse a la forma de un molde por acción depresión, vacío o mediante uncontramolde. [Murillo, 2012].1.2. ProcesosEl termoformado de láminas de materiales plásticos es un proceso detransformación. Cuando se calienta un material termoplástico a temperaturas ytiempos adecuados puede adoptar diferentes formas predeterminadas. Al enfriarsepuede recobrar su rigidez y conservar la forma que se le ha prestablecido medianteuna matriz. Se emplean diferentes alternativas y combinaciones de ellas; en elproceso de termoformado están involucradas distintas herramientas que interactúanpara obtener el producto deseado.Estas herramientas se consideran indeformables o bien de comportamiento conpequeñas deformaciones, frente a las grandes deformaciones que se presentan en lalámina durante el proceso.Las herramientas utilizadas son: un sistema de calentamiento que permite obtener latemperatura de termoformado, la matriz sobre la cual la lámina se apoya y quedará laforma al producto deseado y el sistema de enfriamiento para que el material recuperelas características de su rigidez original. Alternativamente existe el dado o
  • 6. contrapunzón que es el elemento que empuja a la lámina sobre la matriz (esteelemento no siempre está presente) y el pisador llamado también anillo prensa-lámina, que tiene por finalidad el evitar la formación de arrugas y pliegues en elproceso.En este proceso, la plancha se sujeta por encima del molde y se calienta a unatemperatura a la que se le puede dar nueva forma. El molde va provisto denumerosos orificios a través de los cuales puede hacerse el vacío que hará que lahoja reblandecida se adapte a las paredes del molde para tomar la forma deseada[Dubois, 1965].En la fabricación de gabinetes de refrigeradores, específicamente, se obtiene unaforma finalprestablecida a partir de una lámina de material termoplástico. En esteproceso participan variados componentes y/o herramientas (matriz, punzón,pisadores, calefactor,etc.), durante la realización de las distintas etapas(calentamiento, inflado, posicionamiento de la matriz, enfriamiento, desmontado) quese describen a continuación. En la figura 1.1, se muestra esquemáticamente unproceso típico de termoformado.Figura 1.1.Lámina y herramientas de un proceso de termo conformado.Tomado: [Garrido, 2004].
  • 7. En general las etapas del proceso de conformado, como se observa en la figura 2,son:Etapa 1. Preparación de la lámina. Precalentamiento a la temperatura determoformado.Etapa 2. Soplado de la lámina.Etapa 3. Penetración de la matriz o punzón.Etapa 4. Definición de la forma mediante vacío.Etapa 5. Enfriado.El análisis termomecánico de cada etapa así como sus interacciones inevitablementerequieren de simulaciones numéricas las que, basadas en modelos constitutivas ytécnicas numéricas robustas y apropiadas las cuales, representen lo másacertadamente posible el evento en estudio. Para tal fin es necesario realizar unavalidación experimental adecuada de las mismas.Figura 1.2. Esquematización de las diferentes etapas del proceso de termoformadode láminas de materiales plásticos.Tomado: [Garrido, 2004]
  • 8. 1.3. ParámetrosAdemás en esta técnica de transformación de plástico deben tenerse siempre encuenta una serie de parámetros, que son: Temperatura de conformado, que depende sobre todo del material a transformar, aunque también de la complejidad y el espesor de la pieza. Tiempo de calentamiento, que depende sobre todo del espesor del material, aunque también del coeficiente de transmisión del mismo. Este es de gran importancia, y ha de ser suficiente para que la lámina alcance uniformemente en superficie y espesor la temperatura de conformado. Tiempo de enfriamiento, que depende de los mismos factores que el tiempo de calentamiento, y ha de ser suficiente para que el elaborado final sea resistente y no se deforme al desmoldar.La presión o vacío, dependen sobre todo del espesor de la lámina aunque tambiénde la complejidad de la pieza. Debe controlarse, ya que si es insuficiente no seobtendrán todos los detalles y si es excesiva se pueden producir agujeros o marcas.[Wikipedia, 2012].1.4. Ciclos del termoformado 1. Calentamiento: el material alcanza una temperatura en el rango termoelástico. 2. Formación (Moldeo): se le da la forma utilizando la herramienta de termoformado. 3. Enfriamiento: disminución de temperatura hasta alcanzar una pieza dimensionalmente estable. 4. Desmoldeo: expulsión de la herramienta de termoformado. 5. Acabado: Corte, soldadura, pegado con adhesivos, sellado al calor, impresión o decoración, metalización [Pito, 2008].
  • 9. 1.5. Métodos de termoformadoLos métodos de formado pueden clasificarse en tres categorías básicas: 1)termoformado al vacío,2) termoformado a presión y3) termoformado mecánico.1) TERMOFORMADO AL VACIO:El método más antiguo es el termoformado al vacío (llamado simplemente formado alvacío en sus inicios, en los años cincuenta) en el cual se usa presión negativa paraadherir la lámina precalentada dentro la cavidad del molde. El proceso se explica enla figura 1.3 en su forma más básica, describiendo lo siguiente (1) se suaviza unalámina plana de plástico por calentamiento; (2) se coloca sobre la cavidad de unmolde cóncavo; (3) el vacío atrae la lámina hacia la cavidad, y (4) el plástico seendurece al contacto con la superficie fría del moldé, la parte se retira y luego serecorta de la hoja. Los agujeros para hacer el vacío en el molde son del orden de 0.8mm de diámetro, así sus efectos en la superficie del plástico son menores.Figura 1.3. Termoformado al vacíoTomado: [Molina, 2008].
  • 10. 2) TERMOFORMADO A PRESIÓNUna alternativa del formado al vacío involucra presión positiva para forzar al plásticocaliente dentro de la cavidad del molde. Esto se llama termoformado a presión oformado por soplado; su ventaja sobre el formado al vacío radica en que se puedendesarrollar presiones más altas, ya que en el método anterior este parámetro selimita a un máximo teórico de una atmósfera. Son comunes las presiones de formadode tres a cuatro atmósferas. La secuencia del proceso es similar a la anterior, ladiferencia es que la lámina se presiona desde arriba hacia la cavidad del molde. Losagujeros deventilación en el molde dejan salir el aire atrapado. La parte del formadode lasecuencia (pasos 2 y 3) se ilustra en la figura 1.4.En la figura 1.4 se puede observar que en (2), la lámina se coloca sobre una cavidadM molde y en (3) la presión positiva fuerza a la lámina dentro de la cavidad. [Molina,2008]Figura 1.4.Termoformado a presión.Tomado: [Molina, 2008]
  • 11. 3) TERMOFORMADO MECÁNICOEl tercer método, llamado termoformado mecánico, usa un par de moldes (positivo ynegativo) que se aplican contra la lámina u hoja de plástico caliente, forzándola aasumir su forma. En el método de formado mecánico puro no se usa vacío ni presiónde aire. El proceso se ilustra en la figura 1.5. Sus ventajas son un mejor controldimensional y la posibilidad de detallar la superficie en ambos lados de la pieza.La desventaja es que se requieren las dos mitades del molde, por tanto, los moldespara los otros dos métodos son menos costosos.Figura 1.5. Termoformado mecánico(1) 1,1 lámina caliente de plástico se colocasobre el molde negativo y (2) se cierra el molde para conformar la láminaTomado: [Molina, 2008]En el siguiente capitulo 2 se mencionaran los materiales plásticos que se necesitanutilizar para la aplicación de termoformado, así como también conoceremos lascaracterísticas de estos materiales.
  • 12. Capítulo 2. MATERIALES PLÁSTICOS A LOS QUE SE PUEDE APLICAR TERMOFORMADO.En este capítulo se analizaran las características base que deben de tener losmateriales plásticos para poder aplicarles el termoformado, además se conocerá elutillaje y equipos.2.1. Concepto de plásticoPlásticos es una palabra que deriva del griego que significa “capaz de ser moldeado”.Los plásticos son sustancias químicas denominadas polímeros, se trata de ciertosmateriales sintéticos que pueden moldearse fácilmente y en cuya composición seencuentran principalmente derivados de celulosa, proteínas y resinas. De hecho lapalabra plástico se trata de un estado material pero no al material del que está hecho(polímeros sintéticos etc.) que pueden alcanzar el estado plástico, generalmente porcalentamiento ya que es más fácil manipularlos de esta forma.Los plásticos se dividen en termofijos, termoplásticos, solubles en aceite. Basandoseen su origen se pueden agrupar como resinas naturales, derivados de celulosa,productos proteínicos y resinas sintéticas.Según William D. Callister, Jr. Del departamento de ciencia de los materiales eingeniería de la universidad de Utah describen a los polímeros como “Materiales quevan desde los familiares plásticos hasta el caucho. Se trata de compuestosorgánicos, basados en el carbono, hidrogeno y otros elementos no metálicoscaracterizados por la gran longitud de las estructuras moleculares, que poseendensidades bajas y extraordinaria flexibilidad”. [Callister, 1996].
  • 13. 2.2. Propiedades de los plásticos para su uso en el proceso de termoformadoLos materiales utilizados son siempre termoplásticos con bajo calor específico, esdecir, de rápido enfriamiento y calentamiento, y que además cuenten con buenatransmisión de calor (alta conductividad térmica). Estas características son de granimportancia, ya que permiten una importante reducción del ciclo de producción decada pieza al disminuir el tiempo de calentamiento y enfriamiento del material.Los termoplásticos más usados son PS, PVC, ABS, PMMA, TPRF entre otros; sinembargo, hay algunas excepciones como son los acetales, las poliamidas y losfluorocarbonos, que no se utilizan. Normalmente, las láminas de termoconformadocontienen solamente un plástico básico, aunque también se puede utilizarcombinaciones de varios materiales.En la tabla 2.1 se presenta un cuadro de temperaturas sugeridas para eltermoformado, al igual que también se pueden apreciar los materiales que se utilizan:Figura 2.1. Cuadro de materiales a temperaturas sugeridas para la aplicación determoformadoTomado: [Pito, 2008]
  • 14. 2.3. Equipos y utillajeEn general se puede afirmar que el coste del utillaje necesario para eltermoconformado es bajo, debido a que las bajas presiones de trabajos permitenfabricar moldes muy económicos. Además, su puesta en servicio es rápida, al igualque el cambio de molde, lo que permite una gran flexibilidad del proceso, lo que haceque resulte muy económico para series pequeñas.La mayor complejidad del molde se encuentra en los pequeños orificios de los quedeben disponer para hacer vació o presión y los sistemas de eliminación de calor,que solo son incorporados si procede. En el caso de los orificios siempre sonpreferibles y más eficaces las ranuras que los agujeros para permitir que se elimineel aire del interior del molde, y se deben fabricar con un diámetro inferior a 0,65 mmpara evitar defectos en la superficie de la pieza acabada. Normalmente se sitúan enlas zonas bajas o que no están conectadas al molde.Muchos equipos incorporan una chimenea de equilibrio para asegurar un vacíoconstante que suele estar entre los 500 y 760 mm de mercurio. Los moldes suelenincluir siempre ángulos de salida para extraer fácilmente la pieza (entre 2 y 7º).[Wikipedia, 2012].2.3.1. Materiales para moldesLos materiales que se emplean para la fabricación de moldes se detallan acontinuación: Poliéster o epoxi reforzados con fibras para series cortas. Aluminio o acero para series largas. Nylon, goma o madera para pistones.
  • 15. Las principales características de los moldes son: Agujeros para evacuar aire entre lámina y molde. Refrigeración y control de temperatura mediante circulación de líquido en conductos internos en el caso de moldes metálicos. Coste reducido (en comparación con moldes para inyección).Hay muchos procesos de moldeo de plásticos. En esta sección enumeramos loslineamientos que se aplican al moldeo por inyección (el proceso de moldeo máspopular), moldeo por compresión y moldeo por transferencia.Complejidad de la pieza.Aunque las formas más complejas de las piezas significan moldes más costosos, decualquier manera puede ser más económico diseñar un molde complejo si laalternativa implica ensamblar muchos componentes individuales.Una ventaja del molde de plásticos es que permite combinar múltiples característicasfuncionales en una parte.Espesor de las paredes.El espesor de la sección transversal es generalmente indeseable; representadesperdicio de material, probabilidad de causar arrugas debido a la contracción ymás tiempo para endurecer.Se pueden usar costillas de refuerzo para lograr incrementar la rigidez sin espesoresexcesivos de pared.Las costillas deben hacerse más delgadas que las paredes que refuerzan paraminimizar las marcas hundidas en el exterior de la pared.
  • 16. Radios de las esquinas y bordes.Las esquinas agudas, tanto externas como internas, son inconvenientes en laspartes moldeadas; interrumpen el flujo laminar de la fusión, tienden a crear defectossuperficiales y causan concentraciones de esfuerzo en las partes acabadas.Agujeros.Los agujeros son posibles en los moldeados plásticos, pero complican el diseño delmolde y la remoción de la parte. También causan interrupciones en el flujo de lafusión.Ángulo de salida.La parte moldeada debe diseñarse con un ángulo de salida en sus lados para facilitarsu remoción del molde. Esto es especialmente importante en las paredes interioresde una parte en forma de copa, porque el plástico moldeado se contrae contra elmolde positivo. El ángulo recomendado para termoestables está entre ½º y 1º y paratermoplásticos varía usualmente entre 1/8 y ½º.2.3.2. InstalacionesPara el proceso de termoconformado existen varios tipos de instalaciones. Haymaquinas simples que realizan el calentamiento y moldeo en una sola estación, seemplean en series cortas y prototipos y suelen ser manuales.Otro tipo de instalaciones son las industriales, que constan por lo general de distintasestaciones en cada una de las cuales se realiza una operación sobre el material, queva pasando de forma continua. Generalmente constan de:
  • 17. Estación de suministro de lámina, que surte de material al resto de estaciones. Estación calefactora, que calienta el semielaborado hasta la temperatura adecuada. Estación de conformado, da forma a la lámina. Estación de troquelado, elimina el material sobrante y recoge el desperdicio. Estación de apilado, recoge las piezas conformadas. [Pito, 2008].En el capítulotres se mencionaran las aplicaciones del termoformado y semencionaran las áreas industriales donde se lleva acabo.
  • 18. Capítulo 3 APLICACIONES HABITUALESEn este capitulo se conocerán las aplicaciones mas comunes que los materiales determoformado suelen tener, así como también conoceremos las áreas en donde seocupa el termoformado.3.1. Aplicaciones del termoformadoLas aplicaciones del termoformado son múltiples, algunos de los materiales que sepueden utilizar son: acrílico, estireno, pvc, ptg y trovicel entre otros.El mayor mercado del proceso esta en productos de vida corta, tales como:aplicaciones para envase y embalaje de alimentos y medicinas, desechables yalgunas aplicaciones de tipo industrial, también en artículos de oficina y de consumo.Otras aplicaciones son: charolas, platos desechables, protectores y separadores defrutas, protecciones de cosméticos, protecciones de fármacos, productos de BlisterPack, todo el bubble pack y protecciones que sean medio esféricas, también eltermoformado se usa para hacer piezas de superficies que sean muy detalladas,para materiales difíciles de procesar como el PP.Interiores automotrices, contenedores para empaque y transporte, equipo deportivo yrecreacional.Películas laminadas con excelentes propiedades de protección,conservación y transparencia.Exhibidores: de porta vasos, cajas postformadas de accesorios para baño; ladofrontal y trasero de exhibidores, bases para exhibidores, copetes de exhibidor. Cajasde luz para menú de maquinas, maquetas de juguetes. Base porta equipo médico,protector para mesa de pingpong. Banco de ampolletas, banco para empaque dechocolates, mosaicos par fachadas de tiendas.Entre muchas aplicaciones más que se pueden encontrar en los diferentes sectores.
  • 19. 3.2. Áreas industriales donde se aplica el termoformadoEl proceso de termoformado se encuentra las siguientes áreas de la industria:EMPAQUES: También conocido como BLISTER, ésta área es la que tiene mayoresvolúmenes de producción, y se utiliza para el empacado de alimentos, autopartes,cosméticos, juguetes, esferas, etc.ALIMENTICIA: El termoformado se utiliza para la fabricación de platos y vasosdesechables (no de unicel) así como para los empaques de materiales médicos,ampolletas, cápsulas, pastillas, verduras, huevo, frutas, carnes frías, etc.AUTOMOTRÍZ: En esta área de la industria encontramos piezas internas fabricadaspor termoformado para automóviles o externas que no sean estructurales.PUBLICIDAD: Su uso puede ser para señalización y material punto de venta, parapiezas con impresión y que generalmente van ensambladas con otros materialescomo por ejemplo estructuras de alambrón.LINEA BLANCA Y ELECTRÓNICOS: Actualmente se utiliza el termoformado pararecubrimiento de refrigeradores, lavaplatos, para gabinetes de televisión, radio,ventiladores, etc.MEDICA: Generalmente para charolas o empaque, contando con regulacionesestrictas de producción, como por ejemplo, el no uso de materiales reciclados.
  • 20. BibliografíaDubois J.H. y Pribble W.I. [1965]. “Ingeniería de Moldes para Plástico”. España:Ediciones Urmo.Garrido, D. y Flores F. [2004]:“Mecánica Computacional Vol. XXIII”.Bariloche,Argentina pag.3 Disponible en:http://www.cab.cnea.gov.ar/enief/dirjobs/S06/CGarrido_final.pdfMolina V. [2008]: Diseño de una termoformadora. Disponible en:http://es.scribd.com/doc/73666677/29/DEFINICIONConsultado: 06/05/12Murillo E. [2012]: “CONCEPTO DE TERMOFORMADO”. Disponible en:http://es.scribd.com/doc/89560343/TERMOFORMADO Consultado 05/05/12Pito E. [2008]: “Ingeniería mecánica”. Disponible en: http://inme4055.tripod.com/Consultado: 04/05/12Rodríguez M. [2010]: Termoformado o formado al vacío. Disponible en:http://www.slideshare.net/dimiguelangel/formado-vacio Consultado 06/05/12Wikipedia [2012]: “TERMOFORMADO” Disponible en:http://es.wikipedia.org/wiki/Termoconformado Consultado: 03/05/12William D. Callister [1996] “introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales”.Department of materials science and engineering, the University of Utah, páginas 15y 16 Consultado: 02/05/12.