CONCRETO PRECOMPRIMIDO

Diseño y fabricación de un molde de termoformado utilizando herramientas CAD/CAE

MORALES R. A., CANDAL M. V.

Departamento de Mecánica, Sección de Polímeros, Grupo de Polímeros, Universidad Simón Bolívar Apartado 89000, Caracas 1080-A, Venezuela. e-mail: rmorales@usb.ve, mcandal@usb.ve

RESUMEN

El objetivo principal de este estudio consiste en la evaluación de un molde de vasos termoformables para detectar fallas que pueden estar ocurriendo durante su funcionamiento y considerar las recomendaciones para corregir las mismas de forma tal de obtener piezas con dimensiones y apariencia requeridas. Con este trabajo se busca establecer la importancia del uso de herramientas computacionales CAD/CAE para la evaluación del proceso de termoformado de forma tal de validar los resultados experimentales obtenidos en máquina durante el proceso de manufactura de las piezas. Para lograr esto, se termoformaron vasos desechables en una Termoformadora Brown S-1150 con la finalidad de observar las piezas defectuosas y en buen estado que se producían. Seguidamente, se validó el molde, para lo cual se construyeron modelos en tres dimensiones de los vasos y del molde utilizando un programa modelador de sólidos y se establecieron, en base a corridas experimentales con una resina polimérica como el Poliestireno de Alto Impacto (PSAI), doce condiciones en las que se variaron tanto la presión de vacío como el tiempo de ciclo. Al comparar los datos obtenidos en la simulación con los experimentales se observaron tendencias similares con variaciones de 30,59% para las paredes y 137,75% para el fondo de los vasos, atribuibles al desgaste de los machos y a las aproximaciones del proceso utilizadas. Se concluyó que la temperatura de la lámina, definida por el tiempo de ciclo, es el parámetro de procesamiento que más influencia tiene sobre la distribución de espesores finales de la pieza moldeada. Además, en los moldes machos o positivos, la zona correspondiente al fondo de las piezas siempre va a presentar mayores espesores. Por último, se puede decir que mediante la simulación de proceso de termoformado se pueden identificar fallas del moldeo de la pieza a fin de corregirlas durante el diseño del molde y el proceso de manufactura de las piezas.

Palabras Claves: termoformado, ingeniería asistida por computadora, diseño asistido por computadora, piezas plásticas, validación.

DESIGN AND MANUFACTURING OF THERMOFORMING MOLD BY USE OF CAD/CAE TOOLS

ABSTRACT

The main purpose of this study was to evaluate a thermoforming drinking glasses mold for detecting flaws that can be happening during the manufacturing operation and for considering recommendations to correct it, in such way of obtaining pieces with required dimensions and appearance. With this work, it is looked for to establish the importance of the use of CAD/CAE computational tools for the thermoforming process evaluation in such way of validating the experimental results obtained in machine during the manufacturing process of the pieces. To achieve this, the disposable drinking glasses were made in a Brown S-1150 Thermoforming with the purpose of observing the default and good pieces. Subsequently, the mold was validated using CAD software. For that, three-dimensional representations of the glasses and the mold were made using solid modeler software and they settled down, based on experimental races with a polymeric resin (High Impact Polystyrene HIPS). Twelve conditions related with the variation of the vacuum pressure and cycle time were made. When comparing the data obtained in the simulation with the experimental ones similar tendencies were observed with variations of 30,59% for the walls and 137,75% for the bottom of the glasses, attributable to the plugs waste and to the approaches used about the process. The principal conclusion is based on the sheet temperature, defined by the cycle time, because is the prosecution parameter that more influence has on the pieces final thickness distribution. In addition, in the male or positive molds, the area corresponding to the pieces bottom will always present bigger thickness. Moreover, with the thermoforming simulation, flaws can be identified in the piece model in order to correct them during the design of the mold and the pieces manufacturing process.

Keywords: thermoforming, computer assisted engineering, computer assisted design, plastics pieces, validation.

Recibido: noviembre de 2004 Revisado: marzo de 2006

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, la industria de termoformado de plásticos se ha visto revolucionada por la implantación de herramientas computacionales avanzadas, sobretodo en las áreas de simulación del proceso y de elaboración de prototipos. La aplicación de estas herramientas, permite entre otras cosas, optimizar el proceso de producción y disminuir drásticamente los tiempos de elaboración de prototipos y moldes, lo cual directamente implica una reducción en los costos de fabricación.

Existen en el mercado herramientas de Diseño Asistido por Computador (CAD) y de Ingeniería Asistida por Computador (CAE) que permiten: (a) el modelamiento de sólidos en tres dimensiones; (b) llevar los conceptos del diseño a una representación gráfica manipulable y (c) realizar simulaciones para la mayoría de los procesos de producción de piezas plásticas. Mediante estas simulaciones se puede predecir, para la manufactura de piezas termoformadas (caso que implica este estudio), el comportamiento de la distribución de espesores de la pieza, perfiles de temperatura en el tiempo y las deformaciones de la lámina, en un ambiente gráfico de fácil visualización. La implantación de este tipo de tecnologías en la industria polimérica no sólo reportaría beneficios económicos sino que permitiría ofrecer a los consumidores una mayor calidad en los artículos producidos. Es importante reseñar que proyectos de investigación en esta área son necesarios para que los empresarios consideren el uso de herramientas CAD/ CAE como una necesidad. A medida que la información sea difundida, aumentará la confianza en estas tecnologías y se creará un ambiente propicio para su implantación.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y ANTECEDENTES

Proceso de termoformado

Termoformado es un término genérico que engloba varias técnicas de procesamiento por las cuales se obtienen artículos plásticos a partir de láminas planas de distintos polímeros. Estos procesos involucran tres etapas fundamentales: (a) calentamiento de láminas de material polimérico hasta la temperatura de procesamiento; (b) deformación de las láminas hacia la superficie de un molde, a menor temperatura, con la forma deseada;

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