Defectos en Materiales y Procesos de Fabricación

Defectos de Planitud, Ondulación y Rugosidad

Se define el defecto de planitud como la distancia mínima entre dos planos paralelos a un plano de referencia (obtenido por mínimos cuadrados) que incluyen entre ambos toda la superficie de medida. Las desviaciones de planitud se pueden obtener a partir de rectitudes en diagonal o en cuadrícula. Midiendo rectitudes de dichos puntos se obtiene un análisis topográfico. Por ejemplo, se puede medir con un palpador, como se ilustra en la práctica.

La ondulación se debe a vibraciones durante el mecanizado u oscilaciones en el movimiento de la pieza o herramienta. La rugosidad está relacionada con las condiciones de corte (avance) o las características de la herramienta (tamaño, grano, filo).

Rectitud y Redondez

Se define la rectitud como la cualidad de ser recto. La observación de esta cualidad se mide con diferentes instrumentos (anteojo con mira, regla óptica, autocolimador de espejos, palanca con comparador, niveles).

Medida de redondez (Sistema máximo de círculo inscrito, mínimo círculo circunscrito, centro de la zona mínima, centro de mínimos cuadrados).

Características y Clasificación de Polímeros

Cadenas Poliméricas y Estructuras Amorfas

Cadenas poliméricas: Los polímeros amorfos se caracterizan por tener cadenas fuertemente ramificadas, lo que dificulta la adopción de una estructura uniforme. La transparencia es una característica distintiva de los plásticos amorfos.

Clasificación según Comportamiento Térmico

• Termoplásticos: Moldeables con calor (trasformables), lineales y ramificados, amorfos (transparentes).
• Termoestables: No moldeables con calor (trasformables), fuertemente reticulados, rígidos y frágiles.
• Elastómeros: Comportamiento elástico, tipo reticulado, termoestables.

Comportamiento Viscoelástico y Viscoso

Comportamiento Viscoelástico:

• Los materiales termoplásticos responden a comportamientos viscoelásticos.
• Relación no lineal entre tensión y deformación.
• Propiedades mecánicas extremadamente dependientes del tiempo y de la temperatura.

Comportamiento Viscoso:

• Comportamiento no Newtoniano: relación entre esfuerzo cortante y velocidad de corte (Shear-Rate) no lineal.
• La viscosidad no es constante, sino que depende de la velocidad de corte.
• Reómetro: instrumento para medir la viscosidad en una amplia gama de velocidades de corte.

Temperatura de Transición Vítrea (Tg) y Temperatura de Fusión (Tm)

La Temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la que los enlaces secundarios intermoleculares en las zonas amorfas se debilitan significativamente. Esto confiere al polímero elasticidad y capacidad de deformación plástica sin fractura. Los polímeros amorfos presentan solo la Tg al calentarse. Los polímeros semicristalinos presentan dos transiciones: la Tg y la temperatura de fusión (Tm) (temperatura a la cual las fuerzas intermoleculares desaparecen y el material se encuentra en estado fundido).

Procesos de Fabricación de Polímeros

Rotomoldeo

El rotomoldeo es un proceso que utiliza calor y rotación biaxial para producir piezas de plástico huecas. Se trabaja a baja presión y alta temperatura. El plástico en polvo o líquido (habitualmente en polvo) se introduce en el molde, se cierra y se hace rotar en torno a dos ejes mientras se calienta. El plástico se funde y se adhiere a las paredes del molde en capas sucesivas. Una vez fundido completamente, se enfría manteniendo la rotación hasta que se solidifica. Finalmente, se extrae la pieza (desmoldeo). También se puede usar para materiales termoestables, en cuyo caso el material se polimeriza sobre la superficie del molde al aplicar calor (a menores temperaturas).

Aplicaciones: Automoción, mobiliario, juguetes, embarcaciones. Ofrece un buen acabado superficial, ciclos de 30 a 60 minutos, permite piezas de gran tamaño y cantidades limitadas, y espesores de pieza uniformes.

Fases:

1. Carga
2. Calentamiento
3. Enfriamiento
4. Desmoldeo

Al calentar el molde, aumenta la temperatura del aire interior, que se expande. Si no hay venteo, aumenta la presión. Es mejor tener alta tensión superficial entre el plástico y el molde para una mejor extensión sobre la superficie del molde.

Tipos de Máquinas de Rotomoldeo:

• Máquina tipo “Rock and Roll”: Giro completo en uno de los ejes y giro de 45º en el otro.
• Máquinas biaxiales: Giro completo en ambos ejes.
• Flama abierta: El molde se calienta con mecheros al aire libre (sin horno aislante).
• De horno: El molde se calienta en un horno aislado térmicamente.
• Tipo shuttle (lanzadera o de desplazamiento lineal): El molde se desplaza linealmente sobre un carril para entrar en el horno desde la zona de enfriamiento y carga.
• Tipo almeja (estación simple): Cuenta con un único brazo portador que se encuentra en una posición fija, donde se cierra el horno (a modo de almeja) y se calienta.
• Tipo carrusel: Desarrollada para grandes producciones de piezas. Es uno de los tipos más comunes.

Extrusión-Soplado e Inyección-Soplado

Extrusión-soplado: Proceso en el que la masa fundida se introduce en el cabezal en dirección vertical en forma de tubo. El molde de la botella se cierra alrededor del tubo, atrapándolo por la parte inferior. El tubo, aún semifundido, se sopla con aire comprimido dentro del molde. Finalmente, la pieza se enfría, se expulsa y se troquela el sobrante.

Inyección-soplado: Se parte de una preforma obtenida por inyección. Esta preforma se calienta dentro del molde de soplado hasta superar la Tg y se inyecta aire para que adquiera la forma del molde. Finalmente, se enfría, se abre el molde y se expulsa la pieza.

Tipos de Cabezales de Extrusión

• Cabezal de plato: El más sencillo y económico. El plato tiene la forma de la geometría del perfil. No hay transición entre el flujo circular (o anular) y el irregular del plato. Baja estabilidad dimensional (poca relajación, mucho «swelling»). Se usa para pequeños perfiles de PVC con bajas velocidades de extrusión y en elastómeros.
• Cabezal paso a paso: Varios cabezales de plato en serie. Transición escalonada, pero con zonas de estancamiento. Para geometrías sencillas.
• Cabezal con cambio gradual en su sección: Para alta precisión dimensional. Más costosos por su complejidad. Evitan zonas muertas, aceleraciones excesivas y buscan un diseño simple y fácilmente desmontable para limpieza. Constan de una zona de entrada, una de transición y una zona final de relajación (para reducir el «swelling»).