Sillas Plasticas 4m4v3l

Proceso de fabricación de sillas plásticas

PRESENTADO POR: CAMILO ANDRES ARCHILA RINCON 2093132 JAIME JEANPIERRE BERNAL OLARTE 2093217 JHON JAIRO FORERO PINZON 2103068

PRESENTADO A: ING. HENRY VERA GONZALES

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENÍERIAS FISICOMECÁNICAS ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA PROCESOSDEMANUFACTURA BUCARAMANGA 2012 1

INTORDUCCIÓN Con la realización de este trabajo se quiere comprender y analizar el proceso de fabricación de sillas plásticas ya que este tipo de objetos plásticos los tenemos presentes en nuestra sociedad y son muy utilizados para el confort y el descanso ke proporciona a una persona el uso de estas. Además, queremos conocer los diferentes procesos de producción de estos productos para en el caso de iniciar un proceso de producción de un elemento de estas características, se pueda analizar qué proceso es el más adecuado para hacer en la fabricación una reducción de tiempo y costo en la producción.

OBJETIVO GENERAL:  Conocer e identificar los procesos de fabricación de los materiales plásticos; en este caso las sillas. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:  Identificar los materiales utilizados en el proceso de fabricación de sillas de plástico.  Conocer los diferentes procesos de manufactura y las herramientas utilizadas en la producción de sillas.  Conocer que tipos de pruebas se utilizan para garantizar la calidad de una silla.  Establecer la importancia que tienen el costo y el tiempo de fabricación en el proceso de fabricación de una silla.

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Proceso de fabricación de sillas plásticas MATERIA PRIMA Polipropileno Copolímero. Presenta excelente resistencia a bajas temperaturas, es más flexible que el tipo Homopolímero, su resistencia al impacto es mucho mayor y aumenta si se modifica con hule EPDM, incrementando también su resistencia a la tensión al igual que su elongación; sin embargo, la resistencia química es inferior que el Homopolímero, debilidad que sé acentué a temperaturas elevadas.

POLIPROPILENO Descripción: El polipropileno (PP) es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de las poliolefinas y es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen

empaques

para

alimentos,

tejidos,

equipo

de

laboratorio,

componentes automotrices y películas transparentes. Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos.

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Propiedades mecánicas:

PP

PP

Homopolímero

Copolímero

1,1 a 1,6

0,7 a 1,4

Módulo elástico en tracción (GPa) Alargamiento de

Comentarios

Junto al polietileno, una

rotura en tracción

100 a 600

450 a 900

(%)

de las más altas de todos los termoplásticos

Carga de rotura en tracción (MPa) Módulo de flexión (GPa)

31 a 42

28 a 38

1,19 a 1,75

0,42 a 1,40 El PP copolímero posee la

Resistencia al impacto Charpy

4 a 20

9 a 40

(kJ/m2)

mayor resistencia al impacto de todos los termoplásticos Más duro que el

Dureza Shore D

72 a 74

67 a 73

polietileno pero menos que el polietileno o el PET

Propiedades térmicas:

Temperatura de

PP

PP

Homopolímero

Copolímero

160 a 170

130 a 168

4

Comentarios Superior a la del

fusión (ºC)

polietileno Superior al polietileno, al

Temperatura

LDPE y al PVC pero

máxima de uso

100

100

inferior al HDPE, al PET y

continuo (ºC)

a los "plásticos de ingeniería"

Temperatura de transición vítrea

-10

-20

(ºC) A baja temperatura el PP homopolímero se vuelve frágil (típicamente en torno a los 0ºC); no tanto el PP copolímero, que conserva su ductilidad hasta los -40ºC.

PPC Polipropileno Copolímero Es un polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización Pertenece

del al

propileno grupo

de

(o las

propeno). poliolefinas.

Al añadirse entre un 5 y un 30% de etileno en la polimerización, se obtiene el copolímero que posee mayor resistencia al impacto. Propiedades: Densidad:0,9g/cm3 La temperatura de fusión, varía en función del contenido del copolímero. Modificaciones: Material de refuerzo y aditivos funcionales. - Fibra de vidrio. - Carga mineral. - Carbón black. 5

Se pueden obtener productos ignífugos con aditivos halogenados y productos exentos de halógeno y fósforo rojo. Prestaciones: Óptima

resistencia

- Muy

baja

química.

absorción

de

agua.

- A diferencia del polipropileno homopolímero, el copolímero presenta una mejor resistencia en caso de choque a las bajas temperaturas, y un alargamiento

de

rotura

más

elevado.

- Decaen ligeramente las características térmicas. Aplicaciones: Respaldos

y

asientos

- Material

para

interno

sillas,

muebles

del

sector

de

jardín. público.

- Componentes eléctricos que operan a baja temperatura.

PROCESOS DE MANUFACTURA Y HERRAMIENTAS

El Proceso de Inyección El proceso de inyección de termoplásticos se fundamenta en fundir un material plástico y hacerlo fluir hacia un molde, a través de una boquilla en la máquina de inyección, en donde llena una cavidad que le da una forma determinada permitiendo obtener una amplia variedad de productos. El moldeo por inyección es la técnica de procesamiento de mayor utilización para la transformación de plásticos. Su popularidad radica en la versatilidad para obtener productos de variadas geometrías y para diversos usos.

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En la actualidad, la mayoría de las máquinas inyectoras utilizan el principio del tornillo de Arquímedes para plastificar y bombear el material. En un tornillo de inyección se produce el fenómeno de plastificación debido al calor generado por la fricción del material con las paredes del barril y por el aporte de calor de las resistencias eléctricas alrededor del barril. La inyección es un proceso secuencial que está conformado por un conjunto de etapas que se denomina ciclo de inyección. El parámetro más importante, desde el punto de vista económico, es la duración o el tiempo de ciclo, pues finalmente de este dependen la productividad y el costo del proceso. La Máquina de Inyección

Una máquina inyectora es un equipo capaz de plastificar el material polimérico y bombearlo hacia un molde en donde llena una cavidad y adquiere la forma del producto deseado. Una inyectora se compone de cuatro unidades principales: La unidad de cierre La unidad de inyección La unidad de potencia La unidad de control

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Unidad

de

cierre

Consiste de una prensa conformada por dos placas portamoldes, una móvil y otra fija. El sistema de accionamiento de la placa móvil puede ser un mecanismo de palancas acodadas, accionado hidráulicamente, un cilindro hidráulico o un sistema eléctrico de tornillo sin fin accionado por un motor. El parámetro fundamental para dimensionar una unidad de cierre es su fuerza para mantener el molde cerrado. Usualmente se da este valor en toneladas (ton). Otros parámetros importantes en una unidad de cierre son: la distancia mínima entre placas, la distancia máxima de apertura, las dimensiones de las placas y la distancia entre columnas, la carrera del sistema de expulsión. Estos datos se utilizan para dimensionar los moldes.

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Unidad

de

inyección

La unidad de inyección está conformada por el tornillo y el barril de inyección, la boquilla y las resistencias alrededor del barril. El material sólido ingresa por la tolva a la zona de alimentación del tornillo, en esta zona es transportado, por efecto de la rotación del tornillo dentro del barril, hacia la zona de fusión donde se plastifica; finalmente el material es bombeado hacia la parte delantera del tornillo en la zona de dosificación. Durante el proceso de plastificación del material el tornillo gira constantemente. Cuando se va a realizar la inyección hacia el molde, el tornillo deja de girar y actúa a manera de pistón, haciendo fluir el plástico fundido hacia el molde y llenando las cavidades.

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Es bien sabido que la conductividad térmica de los plásticos es muy inferior a la de los metales, por lo que su procesamiento debe hacerse en capas delgadas para que la transferencia de calor sea lo más rápida posible y sostenible económicamente. Esto se logra aprovechando el fenómeno de plastificación, que consiste en la fusión de la capa de material directamente en o con la superficie del barril, la cual transmite el calor, por convección forzada, al material sólido en las capas inferiores hasta que se plastifica completamente la masa de material.

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En las inyectoras comerciales aproximadamente un 50% del calor requerido para fundir el material lo aporta la fricción viscosa, generada por el giro del tornillo con respecto al barril, y el otro 50% lo aportan las resistencias eléctricas. La

unidad

de

potencia

Es el sistema que suministra la potencia necesaria para el funcionamiento de la unidad de inyección y de la unidad de cierre. Los principales tipos de sistemas de potencia se pueden clasificar como. Sistema de motor eléctrico con unidad reductora de engranajes Sistema de motor hidráulico con unidad reductora de engranajes Sistema hidráulico directo Sistema de potencia eléctrico: El sistema eléctrico se utiliza generalmente en máquinas relativamente pequeñas. Este sistema se emplea tanto para el giro del tornillo como para la apertura y cierre del molde. La máquina emplea dos sistemas mecánicos de engranajes y palancas acodadas, uno para el cierre del molde y otro para el tornillo. Cada uno accionado por un motor eléctrico independiente. El accionamiento del tornillo cuando realiza la inyección lo ejecuta un cilindro hidráulico. En los sistemas con motor eléctrico, la velocidad puede ajustarse sólo en un determinado número de valores, lo cual puede ocasionar problemas en la reproducción de parámetros de operación y dificultar la obtención de piezas con una calidad constante. Los motores 1 1

eléctricos generan grandes torques de arranque, por lo que debe tenerse precaución al usar tornillos con diámetros pequeños para evitar que se rompan.

Sistema de potencia hidráulico: Los motores hidráulicos son los más comúnmente utilizados, su funcionamiento se basa en la transformación de la potencia hidráulica del fluido en potencia mecánica. A diferencia de los sistemas electromecánicos, donde la potencia es transmitida a través de engranajes y palancas, en un sistema con fluidos estos elementos se sustituyen, parcial o totalmente, por tuberías de conducción que llevan el fluido a presión a los pistones de inyección y de cierre del molde. El fluido que más se utiliza es el aceite debido, principalmente, a sus propiedades lubricantes en aplicaciones que involucran grandes cargas. En los sistemas hidráulicos es común utilizar presiones que varían entre los 70 y 140 kg/cm 2. Las ventajas del motor hidráulico con respecto al eléctrico pueden resumirse principalmente en: Fácil variación de velocidades, regulando el volumen de fluido. La relación entre el torque y la velocidad es aproximadamente lineal. El límite de torque se determina por la presión limitante y el torque de arranque es aproximadamente igual al de funcionamiento. Permite arranques y paradas rápidos debido al pequeño momento de inercia. Permite relaciones bajas de peso potencia, lo que posibilita alcanzar altas velocidades de inyección del material.

La

unidad

de

control

Este sistema básicamente contiene un controlador lógico programable (PLC) y 1 2

controladores PID para las resistencias eléctricas del barril y de la boquilla. El PLC permite programar la secuencia del ciclo de inyección y recibe señales de alarma, por sobrepresión o finales de carrera, para detener el ciclo. Los controladores PID son los más adecuados para el control de temperatura debido a su elevada velocidad de respuesta para mantener la temperatura a los niveles requeridos.

Parámetros

de

una

inyectora

Las principales características utilizadas para dimensionar y comparar máquinas inyectoras son:

Capacidad o fuerza de cierre: usualmente se da en toneladas (ton) Capacidad de inyección: es el volumen de material que es capaz de suministrar la máquina en una inyección (cm 3/inyección). Es común dar este valor en gramos, tomando como referencia la densidad del polietileno. Presión de inyección: es la presión máxima a la que puede bombear la unidad de inyección el material hacia el molde. Usualmente se trabaja a un 60% de esta presión o menos. Capacidad de plastificación: es la cantidad máxima de material que es capaz de suministrar el tornillo, por hora, cuando plastifica el material; se da en kg/h. Velocidad de inyección: es la velocidad máxima a la cual puede suministrar la unidad de inyección el material hacia el molde; se da en cm 3/s.

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El Ciclo de Inyección

El ciclo de inyección se puede dividir en las seis siguientes etapas: Se cierra el molde vacío, mientras se tiene lista la cantidad de material fundido para inyectar dentro del barril. El molde se cierra en tres pasos: primero con alta velocidad y baja presión, luego se disminuye la velocidad y se mantiene la baja presión hasta que las dos partes del molde hacen o, finalmente se aplica la presión necesaria para alcanzar la fuerza de cierre requerida.

Cierre del molde e inicio de la inyección

El tornillo inyecta el material, actuando como pistón, sin girar, forzando el material a pasar a través de la boquilla hacia las cavidades del molde con una determinada presión de inyección.

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Inyección del material

Al terminar de inyectar el material, se mantiene el tornillo adelante aplicando una presión de sostenimiento antes de que se solidifique, con el fin de contrarrestar la contracción de la pieza durante el enfriamiento. La presión de sostenimiento, usualmente, es menor que la de inyección y se mantiene hasta que la pieza comienza a solidificarse.

Aplicación de la presión de sostenimiento

El tornillo gira haciendo circular los gránulos de plástico desde la tolva y plastificándolos. El material fundido es suministrado hacia la parte delantera del tornillo, donde se desarrolla una presión contra la boquilla cerrada, obligando al 1 5

tornillo a retroceder hasta que se acumula el material requerido para la inyección.

Plastificación del material El material dentro del molde se continúa enfriando en donde el calor es disipado por el fluido refrigerante. Una vez terminado el tiempo de enfriamiento, la parte móvil del molde se abre y la pieza es extraída.

Enfriamiento y extracción de la pieza El molde cierra y se reinicia el ciclo.

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En cuanto al consumo de potencia en cada una de las etapas del ciclo, se observa que en el cierre del molde apenas se requiere la potencia necesaria para vencer la fricción generada al desplazar la placa móvil. La etapa de inyección necesita la potencia máxima durante un período muy corto. El desplazamiento de la unidad de inyección y la apertura del molde requieren muy poca potencia. En el siguiente diagrama se esquematiza el consumo de potencia durante el ciclo de inyección.

CONTROL DE CALIDAD Fundamentales para controlar el comportamiento de los plásticos Los métodos de análisis térmico tienen gran importancia en la caracterización de los materiales termoplásticos debido a la gran relación existente entre sus propiedades y la temperatura. Los ensayos normalizados, como el Índice de Fluidez o la Temperatura de reblandecimiento Vicat, son los más utilizados por la industria debido a su rapidez, sencillez y comodidad. Otras técnicas muy usadas

son: Calorimetría

diferencial

de

barrido (DSC), Análisis

termogravimétrico (TGA) y elAnálisis térmico mecánico dinámico (DMTA). Índice de Fluidez (UNE 53200, DIN 53735) Consiste en calentar una muestra del material en un horno y aplicar sobre dicha masa fundida un pistón con una carga normalizada. Se cuantifica la

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cantidad de material fundido que atraviesa una boquilla por unidad de tiempo. El ensayo se realiza con poca velocidad de cizallamiento. Un peso molecular promedio elevado se traduce en índices de fluidez bajos, es decir, la masa fundida tiene una viscosidad elevada, como la que se requiere para la extrusión. Un peso molecular promedio bajo equivale a índices de fluidez altos, es decir, la masa fundida presenta una viscosidad baja, ideal para la inyección. Los índices de fluidez habituales se sitúan en el intervalo de 0,5 g/ 10 min a 40 g/ 10 min. A partir de la diferencia de índices de fluidez antes y después de la transformación se puede sacar la conclusión acerca de la degradación sufrida por el material durante la misma, es decir, el peso molecular promedio es menor debido a la rotura de las cadenas moleculares. Temperatura de reblandecimiento Vicat (UNE 53118, DIN 53460, ISO 306) Este método permite estudiar el reblandecimiento de los termoplásticos cuando la temperatura aumenta. El ensayo consiste en determinar la temperatura a la que un punzón cilíndrico de acero ha penetrado dentro de la probeta una profundidad de 1± 0,1 mm. Para ello, se sumergen las probetas en un líquido de acondicionamiento térmico, después se carga el punzón con un peso constante y se calienta el líquido a 50 ó 120 º C/h. El peso utilizado es de 10 N para el método A y de 50 N para el método B. Las probetas tendrán un espesor entre 3 y 6 mm y unas dimensiones de 10 x 10 mm. Calorimetría diferencial de barrido. (DSC) Es la más simple y universalmente empleada de las técnicas térmicas. En la calorimetría de barrido diferencial la muestra y la referencia se someten a una temperatura que aumenta en forma continua; en este caso, se agrega calor sobre la muestra o la referencia, a modo de mantenerlas a una temperatura 1 8

idéntica. El calor agregado que se registra, compensa el que se pierde o se gana como consecuencia de reacciones endotérmicas o exotérmicas que tienen lugar en la muestra. El material de referencia debe de cumplir una serie de carácterísticas para no desvirtuar la medida realizada: no debe experimentar eventos o procesos térmicos en el intervalo de temperatura a estudiar, no debe reaccionar con el crisol que lo contiene o con los termopares y su conductividad térmica debe ser similar a la de la muestra. Generalmente, se utiliza como referencia un crisol vacío. La preparación de la muestra es importante para reducir la resistencia térmica en el sensor del equipo. Así se evitan gradientes de temperatura dentro de la muestra y el consiguiente fallo de la señal registrada. Por esta razón, las muestras ideales son films o muestras que ocupen perfectamente la parte inferior del crisol. Suele ser necesario cortar las muestras voluminosas en los trozos más pequeños posibles y presentarlas antes de meter en el crisol. A continuación, se sella el crisol con una tapa. Puede emplearse una purga de gas por varias razones: para eliminar el gas y vapores formados en la célula durante el análisis -la célula de medida es así protegida de gases corrosivos (por ejemplo, halógenos)-; para desplazar el oxígeno atmosférico y evitar la oxidación no deseada de la muestra; para la introducción de un gas reactivo para investigar su reacción química con la muestra. Tiene varias aplicaciones: determinación de puntos de fusión de fases cristalinas; estudios sobre la influencia de la historia térmica en la fusión de polímeros; estudios sobre la influencia de la densidad del polietileno u otros polímeros en los fenómenos de fusión y cristalización; estudios sobre la influencia de los pretratamientos; determinación de pureza; determinación de procesos de fusión y de cristalización y determinación de tiempos de inducción en oxidaciones isotérmicas de polímeros. 1 9

Otras aplicaciones: determinación de transiciones vítreas de 2 orden; determinación de re cristalización exotérmica y fusión de polímeros semicristalinos; medición de capacidades caloríficas, entalpías de fusión, temperaturas de transición, calores específicos, datos sobre procesos cinéticos, datos sobre polimerización isotérmica, sobre reacciones químicas resultantes de aditivación de polímeros a alta temperatura.

Análisis Termogravimétrico (TGA) En este análisis se mide el cambio de peso de una muestra bajo condiciones isotermas o bajo calentamiento o enfriamiento programado, usualmente en forma lineal. La deflexión de la escala de la balanza se compensa automáticamente por medio de una unidad moduladora eléctrica, y utilizando sensores adecuados se logra que la señal eléctrica sea directamente proporcional a la variación en peso de la muestra. Este método se usa principalmente para investigar procesos de secado (desorción); reacciones de descomposición; pirólisis bajo gas inerte como el nitrógeno;

o

la

oxidación

en

aire

de

oxígeno.

Descomposiciones

estequiométricas permiten determinar el contenido. Mezclas de sustancias orgánicas indican la cantidad de material volátil (orgánico) y de cenizas (cargas). En muchos casos, el rango de temperatura de descomposición hace posible la identificación y caracterización de la muestra. En resumen, la TGA se puede emplear para investigar cualquier proceso físico o químico que incluya un cambio de peso en el material. Una atmósfera de gas alrededor de la muestra tiene una importante influencia sobre los análisis termogravimétricos. Son varias las ventajas que supone su introducción: retirar gases o vapores producidos en la célula de medida que podrían alterar el balance final; reducir la condensación de productos en las 2 0

partes frías del equipo; eliminar la presencia de gases corrosivos; reducir las reacciones secundarias; desplazar el oxígeno por medio de un gas inerte y evitar oxidaciones no deseadas; introducir un gas reactivo que actué sobre la muestra y actuar como refrigerante para el mecanismo de la balanza. Aplicaciones: detección de aditivos en plásticos; detección de contenido en agua, componentes volátiles y cenizas y examen

de

procesos de

descomposición. Análisis térmico mecánico dinámico (DMTA). El ensayo consiste en someter a la muestra a un movimiento oscilatorio forzado de frecuencia fija y medir en función de la temperatura el desfase en la respuesta del material. Esto permite obtener una gráfica de la variación del módulo elástico dinámico en función de la temperatura y de la frecuencia empleada. Esta técnica es muy sensible y permite medir temperaturas de transición vítrea mejor que la calorimetría diferencial de barrido (DSC). También es adecuada para

determinar

temperaturas

máximas

de

utilización

de

materiales

termoplásticos. Ensayos mecánicos Los ensayos mecánicos permiten la determinación de datos específicos de los termoplásticos (resistencia y módulo elástico) necesarios para su aplicación en el diseño de ingeniería o en el control de calidad. Tracción (UNE 53 023, ASTM D 638, DIN 53455, ISO 527) Consiste en deformar una probeta haltera, a lo largo de su eje mayor, a velocidad constante y aplicando fuerza hasta su rotura. Las probetas pueden ser moldeadas por inyección, o mecanizadas a partir de placas moldeadas por

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compresión. Se les da un acondicionamiento normalizado. Su espesor es alrededor de 3 ó 4 mm. Ambos extremos de la probeta se sujetan fuertemente en las mordazas de una máquina de ensayo (Ilustración 4). Las mordazas se separan a velocidad constante de 1, 2, 5, 10, 10, 50, 100, 200, 500 mm/ min., tirando de la probeta desde ambos extremos. El esfuerzo es registrado gráficamente frente a la deformación (alargamiento). Las propiedades de tracción son la mejor indicación de la resistencia de un material. La fuerza necesaria para tirar la probeta se determina conjuntamente con el alargamiento de rotura. El módulo elástico, es la relación del esfuerzo a la deformación por debajo del límite proporcional del material. Es el dato de tracción más útil, porque las piezas se deberán diseñar de tal manera que los esfuerzos estén por debajo de este valor. Hay un gran beneficio en el alargamiento moderado, pues esta cualidad permite absorber los impactos y choques rápidos. Así, el área total bajo la curva esfuerzo-deformación, es un índice de la tenacidad global del material. Una material con una resistencia a la tracción muy alta y poco alargamiento será quebradizo. Para medir el alargamiento con precisión se necesita un dispositivo electrónico (extensómetro) de medición fina del mismo, sobre todo para determinar el módulo de elasticidad. Si la longitud de la probeta sufre un estiramiento muy considerable (>50 mm), como puede ser en el caso de termoplásticos biorientados o láminas blandas, basta con medir la variación de distancia entre mordazas para determinar el alargamiento. Flexión (UNE 53022, DIN 53452, ASTM D 790, ISO 178) Las probetas se fabrican por prensado o inyección. Son rectangulares. Ésta se coloca en un equipo similar al empleado en el ensayo de tracción, pero que 2 2

dispone de dos soportes distanciados entre sí de 16 x espesor (mm). Se aplica una carga en el centro de la probeta a una velocidad determinada y al igual que en tracción se registra la gráfica fuerza – deformación (flecha). La resistencia y el módulo elástico se determinan a partir de los valores de fuerza máxima y la relación fuerza – flecha. Los valores obtenidos en flexión son similares a los obtenidos por tracción. Para materiales flexibles o que no rompen por doblado no se realiza este ensayo. Impacto Hay dos métodos de ensayo: el Impacto Charpy, descrito por las normas UNE 53021, ASTM D 256, DIN 53453, y el Impacto Izod, definido en las normas UNE 53193 y ASTM D 256. Los resultados de ambos ensayos no son comparables debido a las diferencias en cuanto a la geometría de las probetas y de las entallas. En general, los plásticos son muy sensibles a los esfuerzos súbitos de un impacto y especialmente si las probetas tienen una entalla. En

el

impacto Charpy los

extremos

de

las

muestras

descansan

horizontalmente sobre apoyos y el martillo impacta en el punto central, entre los dos apoyos. Por el contrario en el ensayo Izod la probeta se sujeta por un extremo y el martillo golpea en el otro. Los valores de resiliencia (J / mm²) obtenidos en ensayos de impacto no son utilizables para el cálculo o diseño de piezas. Sin embargo, permiten diferenciar entre plásticos a tenor de su diferente sensibilidad al impacto con o sin entalla, por lo que son ampliamente utilizados como ensayos de control de calidad. Ensayos físicos 2 3

Son ensayos normalizados sencillos, que permiten una caracterización fiable de material. Densidad (UNE 53020, ASTM D 1505, DIN 53479) Consiste en determinar la masa por unidad de volumen, normalmente se expresa en g/cc. Las normas describen hasta cuatro métodos para determinar esta magnitud. Los más sencillos son mediante empuje hidrostático y mediante picnomómetro. En ambos casos, el material necesario es muy corriente (balanza y picnométro). Absorción de agua (UNE 53028, DIN 53495, ISO 62) Consiste en cuantificar el agua retenida por el termoplástico en condiciones normalizadas. Es una prueba muy sencilla que sólo precisa de una balanza y un baño termostático. Se expresa en mg o en % y se suele hacer por inmersión de las probetas a 23º C durante 24 h aunque también pueden realizarse ensayos a largo plazo para representar la absorción de agua en función del tiempo de inmersión, o del tiempo hasta saturación. Por o con el agua o por acción de la humedad del ambiente, las piezas de plástico absorben agua en una cantidad que depende en gran manera de la estructura y composición del plástico. Los plásticos polares como la PA absorben mucha humedad; en cambio, los no polares como el PE, PP, PS Y PTFE muy poca. La velocidad con que se absorbe el agua depende en gran medida de la relación superficie/ volumen de la pieza. Por ello los ensayos comparativos deberán efectuarse con probetas de medidas exactas e idénticas. La absorción de agua implica una alteración de las características de la pieza o del material. En general se reducen la resistencia y la dureza, aumentando la tenacidad. El aspecto puede resultar perjudicado por la aparición de zonas 2 4

mates o lechosas. Empeoran las características dieléctricas. La absorción de agua puede significar también hinchamiento y alteración de las dimensiones. Dureza Shore (UNE 53130, ASTM D 2240, ISO 868) Consiste en evaluar la dureza superficial del material midiendo la profundidad que alcanza una punta de acero normalizada cuando se presiona contra el material. Se puede medir con instrumentos simples. La superficie de apoyo y de la muestra deberán ser lisas y de caras paralelas. El durómetro se coloca sobre la muestra con paralelismo de caras con ayuda de un dispositivo apropiado. La presión aplicada por estos aparatos es de 12,5 N en la Shore A y de 50 N en la Shore D. El método Shore A se aplica a plásticos blandos, por ejemplo PVC plastificado. El método Shore Dse emplea para plásticos más duros. La dureza Shore se expresa en unidades de Shore A o D. Son posibles deferencias de 2-3 unidades Shore. Es muy importante realizar la medida siempre al mismo tiempo, 3 ó 15 s. Contenido en materiales volatites. (UNE 53090, UNE53269, ASTM D 2584) Permite cuantificar el contenido en cenizas de los materiales. Consiste en determinar la variación de masa experimentada por el material al someterlo a calcinación. Para realizar el ensayo se introduce un crisol con la muestra en el interior de horno mufla a 600º C y se mantiene hasta pesada constante. Debido a la sencillez de sus medios (horno mufla, balanza, mechero) y la información suministrada (contenido en refuerzo o en carga inorgánica) se emplea frecuentemente en el control de calidad de materiales.

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Ensayos de aspecto Este conjunto de ensayos merece un apartado especial debido a la gran importancia que tienen especialmente en piezas decorativas o simplemente exteriores. En estos casos se hace fundamental que el color y el brillo de la pieza sean idénticos a las del resto del equipo. Otro problema relacionado con el aspecto es cuantificar cuándo y cómo va a deteriorarse el aspecto de pieza con el uso. Color, brillo y transparencia. (UNE 53386, UNE 53387, ASTM D 2244, DIN 5033, DIN 6174) Son ensayos sencillos que se realizan mediante equipos altamente automatizados (colorímetro, brillómetro o espectrofotómetro ultravioleta visible). La medición del color consiste en determinar la intensidad de luz que atraviesa tres filtros normalizados (triestímulos X, Y, Z) en condiciones de exposición definidas (geometría y fuente de iluminación). Existen diversos parámetros para caracterizar el color, su relación con los valores de X, Y, Z están descritos en las normas anteriormente indicadas. En general los colorímetros hacen las conversiones para expresar las medidas en el parámetro deseado (Ilustración 6). El brillo se determina midiendo la cantidad de luz reflejada por la muestra cuando incide una luz con una geometría definida. La transparencia se determina como la cantidad de radiación absorbida por el material en función de su frecuencia. Se emplea un espctrofotómetro.

RIMAX

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Plásticos Rimax LTDA, es una empresa Colombiana que desde 1953 se dedica a la producción y comercialización de productos plásticos en Colombia, exportando a países de América, Europa y Asia1 Esta empresa cuenta con un amplio portafolio de productos dividido en: Línea de Ferretería, Línea de Hogar, Línea Industrial y Línea de Muebles &Jardín. Silla Dinastía, una silla apilable verticalmente, en torres de36 sillas, icono de la silla plástica en colombiana silla Dinastía hace parte del portafolio de productos ofertado en la Línea Mueble & Jardín, dentro de la misma categoría ofrecida por Rimax LTDA y producidas mediante el proceso de inyección de plásticos(90% material virgen + 10% material

reciclado)2,

con

tintes

en

polvo

inyectados

en

un

molde

monobloquede origen y diseño Italiano adquirido en 19873. Para la Producción de estas sillas es necesario a demás del uso de los recursos tecnológicos anteriormente mencionados, mas la materia prima4 (polipropileno) que se transforma en el nuevo producto, un espacio físico para la producción almacenamiento y comercialización de los satisfactores, a demás de energía eléctrica que pone en funcionamiento la empresa y los recursos fungibles, (como agua y capital económico) sumado a todo lo que implica el mantenimiento y funcionamiento de una empresa, todo esto coordinado y suministrado por el recurso más importante de toda empresa; el recurso humano.

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Actualmente, Plásticos Rimax LTDA, produce y comercializa artículos plásticos que cumplen con todos los requisitos de calidad establecidos en las normas ISO 9001 de 200-2007 y BACS de 2007,garantizando su confiabilidad y satisfacción para los clientes5. Por tanto Rimax cumple como entidad legalmente constituida bajo los marcos legales Colombianos, con los derechos de protección alconsumidor6, los derechos del Ministerio de Medio Ambiente, Vivienda y Desarrollo7 y las condiciones, requisitos y aranceles que las políticas de exportación determinan. Flujo del proceso de producción en una escala de micro empresa/artesanal Se presenta el flujo del proceso productivo a nivel general, referente al producto seleccionado del giro y analizado con más detalle en esta guía. Sin embargo, éste puede ser similar para otros productos, si el proceso productivo es homogéneo, o para variantes del mismo. Al respecto, se debe evaluar en cada caso la pertinencia de cada una de las actividades previstas, la naturaleza de la maquinaria y el equipo considerados, el tiempo y tipo de las operaciones a realizar y las formulaciones o composiciones diferentes que involucra cada producto o variante que se pretenda realizar.

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1. Diseño: Se elabora el diseño de las sillas solicitadas.

2 9

Nota: Estos productos sólo se producen a petición expresa, con el estilo, formas, tamaño y adornos señalados por el cliente. 2. Dimensionar la pieza: Una vez aprobado el diseño por el cliente, se procede a dimensionar la pieza para conocer la cantidad y tipo de materia prima a utilizar. 3. Elaboración de muestra: Se procede a elaborar una silla muestra para que el cliente determine si es lo que desea o se tome nota de las correcciones, adornos, terminado solicitado y solicitar la materia prima que se requiera. 4. Recepción e inspección de materia prima: Se recibe el hierro forjado que se solicita, normalmente acero al carbón, el cual permite que se trabaje en frío por ser acero dulce con aleación de carbón que le da maleabilidad. Se revisa que sea la forma solicitada que puede ser: ángulo, cuadrado de solera, vigueta o redondo. 5. Configurar mesa de trabajo: Se procede a configurar la mesa de trabajo, colocando topes o salientes de acero de acuerdo con la figura de las partes de la silla, para proceder después a los doblados y a la elaboración de piezas. 6. Traslado de materia prima a mesa de trabajo: El hierro se traslada a las mesas de trabajo manualmente o en carritos con ruedas.

3 0

7. Elaboración de piezas: Se toma la solera, ángulo, cuadrado o redondo que se va a trabajar y se procede a la elaboración de piezas, doblándolas y cortándolas al tamaño necesario. 8. Traslado a acabado: Las sillas se trasladan al área de acabado manualmente o en carritos de ruedas. 9. Acabado: En esta sección, se quitan los bordes y rebabas de la soldadura a las sillas y se procede a pintar o a darles color mediante ácidos. Lo común es ser pintadas. 10. Traslado al almacén de productos terminados: Las sillas terminadas se trasladan mediante carritos con ruedas. 11. Almacén: Las sillas se almacenan para su entrega. Un día tradicional de operaciones El proceso productivo para la elaboración de sillas se realiza de forma continua y coordinada; se recomienda un solo turno de trabajo, a partir de las 8:00 horas y dar a los trabajadores una hora para que ingieran sus alimentos. Al finalizar el turno, se efectúan las operaciones de limpieza en el taller y de los utensilios utilizados en el día, actividad que realizan por los propios operadores.

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Distribución Interior de las Instalaciones: Los factores a considerar en el momento de elaborar el diseño para la distribución de planta son: Determinar el volumen de producción Movimientos de materiales Flujo de materiales, y Distribución de la planta. Se recomienda utilizar, como esquema para la distribución de instalaciones, el flujo de operaciones orientado a expresar gráficamente todo el proceso de producción, desde la recepción de las materias primas hasta la distribución de los productos terminados, pasando obviamente por el proceso de fabricación.

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Flujo de materiales

Además de la localización, diseño y construcción de la planta es importante estudiar con detenimiento el problema de la distribución interna de la misma, para lograr una disposición ordenada y bien planeada de la maquinaria y equipo, acorde con los desplazamientos lógicos de las materias primas y de los productos acabados, de modo que se aprovechen eficazmente el equipo, el tiempo y las aptitudes de los trabajadores. Las instalaciones necesarias para una pequeña empresa de este giro incluyen, entre otras, las siguientes áreas: Almacén de materia prima Área de trabajo Fragua Área de acabado Almacén de producto terminado Baños y sanitarios Comedor 3 3

Enfermería Oficinas Generales Atención al público Área de carga y descarga

Determinación de costos y márgenes de operación: En la determinación de los costos, se debe tomar en cuenta que su valor cambia por posibles fluctuaciones en los precios o por diversos grados de utilización de la capacidad instalada. En términos generales, el precio se puede establecer por debajo o por encima del de la competencia o ser igual al de ella. El costo de los productos finales deberán estar integrados por: Materia prima

50 %

Mano de obra indirecta y directa

23 %

Impuestos y seguros

10 %

Servicios, renta y mantenimiento Depreciación de equipo y maquinaria Imprevistos y gastos varios

5% 10 % 2% 100

TOTAL

%

A los costos anteriores se les debe agregar un margen de utilidad y una vez obtenido el precio del producto final se pondera en relación con el precio de los 3 4

productos similares en el mercado y la situación de oportunidad (oferta demanda). Silla Dinastía

Características Datos Técnicos Largo: 54.2cm Ancho: 55.5cm Alto: 74.5cm Largo: 59cm Ancho: 55.5cm Alto: 235cm 2.3Kg 26 2184 2184

Colores

3 5

Blanco 2101

Rojo 2150

Beige 2154

Azul Navy 2157

Verde Cazador 2161

Estas sillas en el mercado Colombiano tienen un precio que oscila entre (22000 y 27000 pesos colombianos por unidad) y tienen una duración aproximada de uso entre (5 y 7 años), por tanto su precio determinado por el costo del producto en el mercado de productos sustitutos es muy económico, hecho que determina la popularidad del producto Rimax hasta tal punto que hoy por hoy un producto fabricado por otras empresas colombianas como la silla Majestic de Vanyplas, no se identifica en el mercado como una silla Vanyplas, sino como una silla Rimax. 3 6

Duración del Ciclo de Inyección

El tiempo que tarda un ciclo de inyección, permite establecer el costo y rentabilidad de una producción. El cierre y apertura del molde consumen el mismo tiempo. La suma de estas etapas es el tiempo de ciclo en vacío, que es una constante de la máquina y la indica el fabricante; de igual manera, el fabricante señala el número máximo de ciclos en vacío por minuto. El tiempo total del ciclo se compone de el tiempo en vacío (t v), el tiempo de inyección (ti), el tiempo de aplicación de la presión de sostenimiento (t p), el tiempo de plastificación (tf) y el tiempo de solidificación o enfriamiento (t s). 

Tiempo de inyección(ti ): También se denomina tiempo de llenado del molde, es el tiempo necesario para que el material pase del barril a las cavidades en el molde. Este tiempo puede abarcar entre el 5 y el 30% del tiempo de ciclo total. Para calcular ti, se requiere conocer el volumen que puede desplazar la máquina por segundo o sea la velocidad de inyección, que es indicada por el fabricante de la máquina. En algunos casos la velocidad de inyección es indicada en gramos de poliestireno. Para conocer la capacidad de inyección con otro material, se determina así:

ti se puede estimar así:

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Bown, en Injection Molding of Plastics components, McGraw-Hill, UK, 1979, muestra resultados experimentales en los cuales t i se relaciona con el espesor y otras características geométricas de la pieza y de factores adimensionales dependientes de la temperatura del fundido, de la temperatura del molde y de la temperatura de deflexión bajo carga (HDT).

Donde: S : Espesor de pared mínimo de la pieza (cm) Debe observarse que esta relación es deducida suponiendo que el material comienza a solidificarse al entrar en o con las paredes de la cavidad del molde, reduciendo así, paulatinamente, el área a través de la cual puede circular el material fundido que va entrando. Por lo cual, si se aumenta la temperatura del molde mayor será el tiempo de inyección, pues mayor tiempo se requerirá para que el material se solidifique. Fm:

Recorrido

máximo

del

fundido

desde

la

entrada

al

molde

(cm)

Fl: Relación entre el recorrido de flujo y el espesor de pared para el material a Tx:

inyectar Temperatura

Tm:

de

distorsión

bajo

Temperatura

carga, del

HDT,

del

molde

material

(ºC) (ºC)

Tc: Temperatura del fundido (ºC) 

Tiempo de presión de sostenimiento(t p ): En esta etapa lo que se busca es compensar la contracción que sufre el material durante la solidificación, para evitar rechupes y distorsiones pronunciadas de la pieza. No existe una 3 8

manera analítica de estimar este tiempo, por lo que en la práctica lo que se hace es determinar con prueba y error, el t p adecuado para que el producto salga con la calidad deseada; esto es, sin distorsiones inisibles o con las dimensiones dentro de la tolerancia permitida. No se justifica mantener la presión de sostenimiento durante todo el tiempo de solidificación de la pieza pues esto hace aumentar el tiempo de ciclo y el gasto de energía.



Tiempo de solidificación o de enfriamiento (t s ): Este tiempo transcurre entre el final de la aplicación de la presión de sostenimiento y el comienzo de la apertura del molde. En este tiempo se debe asegurar que el material ha solidificado y que al extraer la pieza, no se distorsionará. T s es el tiempo más largo del ciclo, llegando a alcanzar entre el 50 y el 85% del tiempo total. La siguiente fórmula puede ser utilizada para determinar teóricamente el tiempo de enfriamiento:

Donde: ts:

tiempo

S:

espesor

:

mínimo

de

máximo

difusividad

de

térmica

la del

enfriamiento

(s)

pieza

(cm)

material

(cm 2/s)

Tx: temperatura a la que se extrae la pieza (comúnmente se usa la temperatura Tm:

de

distorsión

temperatura

bajo del

carga, molde

HDT,ºC) (ºC)

Tc: temperatura del material fundido (ºC)

Debe anotarse que este tiempo es teórico y sólo se utiliza para estimar el tiempo 3 9

de enfriamiento requerido; por lo que el tiempo real deberá establecerse inyectando la pieza y mirando su calidad. Pueden presentarse dos tipos de ciclos totales. El primero, en que la etapa de solidificación termina después o al mimo tiempo que la fase de plastificación, por lo que el tiempo total del ciclo (tt) será: tt = tv + ti + ts Otro ciclo es en el que la fase de solidificación termina antes que la fase de plastificación, donde el tiempo total será: tt = tv + ti + tp + tf

CONCLUSIONES Luego de realizar el estudio de producción de un producto; en este caso una silla de plástico, pudimos ver la importancia que tiene en este la planeación previa de un esquema que permita el debido desarrollo de operaciones que conllevan a obtener el producto final analizando los diversos factores que influyen en este tipo de procesos como lo son el tiempo y el costo de fabricabilidad. Otro ítem importante se basa en el control de calidad que se debe hacer en un proceso de producción para garantizar el producto a generar con sus debidas especificaciones y siguiendo las normas establecidas para dicho proceso.

BIBLIOGRAFÍA

4 0

http://furn-20.blogspot.com/2011/02/alianzas-estrategicas-sobre-el-cvp-de.html http://www.rimax.com/node/182 http://es.wikipedia.org/wiki/Moldeo_por_inyecci%C3%B3n http://www.opyme.gob.mx/guiasempresariales/guias.asp? s=14&guia=105&giro=8&ins=510 http://bogotafusion.blogia.com/2011/021704-silla-dinastia-rimax.php

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