# Diseño, Cálculo y Fabricación de Piezas y Productos Plásticos

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# Introducción

El diseño con plásticos exige una gran experiencia debido a la diversidad de materiales, procesos y aplicaciones. Los primeros plásticos se elegían como sustitutos de otros materiales con suerte desigual dependiendo de la aplicación. Los materiales compuestos de polímeros tienen una mayor complejidad que los homopolímeros, pudiendo conseguir cualquier ley de comportamiento, según las necesidades de diseño.
En la década de 1980 la aparición del diseño asistido por ordenador (CAD), la fabricación asistida por ordenador (CAM) y la fabricación de moldes asistidas por ordenador han revolucionado el diseño de piezas, perfeccionando: 1. El diseño 2. La productividad de la mano de obra 3. La competencia en el mercado 4. La calidad y la rentabilidad 5. El rendimiento del capital En la mayoría de los diseños debe conseguirse un equilibrio entre el comportamiento, buen aspecto, producción eficaz y reducción de costes. Para conseguirlo, han de tomarse ciertas consideraciones sobre: 1. El material, respecto a medidas económicas, impacto ambiental, propiedades ... 2. El diseño, aspecto y consideraciones 3. La producción, procesos de fabricación, tolerancias, moldes, contracción del material...

# Consideraciones sobre los materiales

Se deben seleccionar materiales que posean las propiedades adecuadas para satisfacer las condiciones de diseño, economía y servicio. Generalmente, el cliente marca las especificaciones en un documento que resume los requisitos a satisfacer por el producto, así como una serie de normas. Conviene tener en cuenta al seleccionar un material, que los plásticos dependen de la temperatura más que los demás materiales, con lo que se debe considerar el material final.
Para ello, se usan diferentes métodos utilizados en la selección de materiales, desde convencionales, gráficos o con ayuda de software (bases de datos).
Ejemplo de tabla de selección de materiales.

## Consideraciones medio ambientales

Las condiciones físicas, químicas y térmicas del entorno resultan muy importantes al diseñar un producto de plástico, por lo que se debe considerar:
1. El intervalo de temperatura práctico menor que 200ºC, se puede dar descomposición superficial que hace perder sus propiedades (Temperatura de servicio: Temperatura máxima a la que se puede manipular un plástico sin que pierda alguna de sus propiedades. ). Utilización de aditivos como siliconas o carboamidas para intervalos de temperatura mayores de 230ºC
2. En el caso de que los olores y aromas sea un problema hay que elegir plásticos adecuados, o tratar el material en cuestión para eliminar los olores
3. Resistencia al fuego según su aplicación.
Una de las características típicas de todos los plásticos es su escasa resistencia a las llamas. La demanda de materiales de auto-extinción está aumentando continuamente debido a la necesidad de ofrecer niveles de seguridad más elevados en los ambientes de vida cotidiana y de trabajo y también para la construcción de piezas técnicas y mecánicas.
4. La humedad en materiales compuestos puede deteriorar y debilitar la unión fibra-matriz. La humedad también puede influir en el curado del material, en algunos casos positivamente, como es el caso de las aminas.

## Consideraciones eléctricas

Una de las características fundamentales de los plásticos es su gran eficacia al ser empleados como aislantes eléctricos, debido a que los electrones no pueden fluir libremente por los atomos de carbono, y el flujo de electrones es lo que se conoce como electricidad, teniendo una gran aplicación en este sector. Empresa fabricante de aislantes.
Los plásticos no solo se utilizan como aislantes, sino también como revestimientos y para la protección de componentes electrónicos. Esto es debido a la caráteristica impermeable que poseen la mayoría de los plásticos.

## Consideraciones químicas

La naturaleza química y eléctrica de los plásticos están muy ligada a su composición molecular. No existe una regla general para saber la resistencia química de un plástico, debiendo realizar comprobaciones en cada uno de ellos. Fluocarbonatos, poliolefinas y poliéteres clorados se encuentran entre los más resistentes químicamente.
Algunos plásticos actúan como membranas semipermeables y permiten el paso de ciertas sustancias, tales como envases de frutas y carnes.
La naturaleza química también determina la dureza superficial, flexibilidad... en definitiva, prácticamente cualquier propiedad depende de la naturaleza química de un polímero, aunque materiales con la misma composición química pueden tener diferentes comportamientos en función de la disposición de sus enlaces y las moleculas. Un ejemplo es el caso de los materiales cis o trans. O el comportamiento mecánico de los plásticos en función del grado de polimerización.

## Factores mecánicos

Los factores que se incluyen en este apartado son la resistencia a fatiga, a tracción, a torsión, resistencia a esfuerzos cortantes ... Los productos en los que se requieran estabilidad dimensional exigen una atenta selección del material.
--> En ingeniería y, en especial, en ciencia de materiales, la fatiga de materiales se refiere a un fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas. Un ejemplo de ello se tiene en un alambre: flexionándolo repetidamente se rompe con facilidad. La fatiga es una forma de rotura que ocurre en estructuras sometidas a tensiones dinámicas y fluctuantes (puentes, aviones, etc.). Puede ocurrir a una tensión menor que la resistencia a tracción o el límite elástico para una carga estática. Es muy importante ya que es la primera causa de rotura de los materiales metálicos (aproximadamente el 90%), aunque también ocurre en polímeros y cerámicas. Para determinar este parámetro se realiza un ensayo de fatiga.
-->El factor resistencia-masa (resistencia a traccíón/densidad del material) se ha de tener en cuenta para ello. Respecto a los materiales compuestos, hay que tener muy en cuenta el tipo y orientación de las fibras pues tiene gran influencia en las propiedades del producto final. Si colocamos las capas de fibras todas en la dirección de la carga, conseguimos valores tanto del módulo elastico E como de la tensión de fluencia σy muy elevados, por lo que el material es muy resistente en la dirección de la fibra, sin embargo, no se podría decir lo mismo tras aplicar la carga en la dirección perpendicular, obteniendo unos resultados catastróficos. Esto se soluciona colocando las fibras en distinta orientación consiguiendo así una mejora en las propiedades mecánicas, solventando el problema de anisotropía pues en realidad lo que conseguimos con ello es un material más isótropo. Algunas memorias descriptivas especiales especifican la relación entre la resistencia definitiva y esfuerzo de trabajo tolerable denominada factor de seguridad, la cual varía en función de la aplicación. Ensayo de tracción
--> En ingeniería, torsión es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas. La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él (ver torsión geométrica). El estudio general de la torsión es complicado y existen diversas aproximaciones más simples para casos de interés práctico (torsión alabeada pura, torsión de Saint-Venant pura, torsión recta o teoría de Coulomb). Para determinar este parámetro se realiza un Ensayo de torsión.
--> La resistencia a esfuerzos cortantes es también un factor a considerar en el diseño de piezas de plástico. La fuerza de cortante o esfuerzo cortante es el esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma mecánico como por ejemplo una viga o un pilar. Este tipo de solicitación formado por tensiones paralelas está directamente asociado a la tensión cortante. Para determinar este parámetro se realiza un Ensayo de cizallamiento.

## Consideraciones económicas

No es aconsejable considerar el coste del material en la selección preliminar de los materiales candidatos, ya que podría dar lugar a desechar candidatos potencialmente adecuados para la aplicación en cuestión. Los plásticos suelen tener un coste por pieza acabada menor que en los metales y entre los mismos plásticos, el precio puede variar sustancialmente entre diferentes materiales, procesos de producción... pudiendo estar ligados los materiales a los procesos de producción, y a otros factores: almacenamiento, transporte, impuestos... cualquier aspecto puede ser condicionante de otro, por eso debemos evaluar los costes en conjunto. La densidad aparente y los factores de volumen son de interés en el análisis de coste de cualquier operación de moldeado. El aspecto económico tambien debe prever tanto el método de producción como las limitaciones de diseño del producto. La inversión en nuevas herramientas, equipos o espacios, pueden dar lugar a considerar diferentes materiales y /o tratamientos. Por último, destacar que el volumen de las ventas es un factor muy importante que debemos considerar.
No abstante, en ingenieria, se trabajará para una empresa, cuyo objetivo será maximizar beneficios. Así el aspecto ecónomico será el unico a tener en cuenta, considerando los demás aspectos como restricciones, ya sea a la producción, al funcionamiento de la pieza en servicio, o la imposibilidad de producir con la tecnología existente.

## Consideraciones de aspecto

El color, la forma y la textura del material puede hacer que un producto sea atractivo o no para el consumidor. Para muchas aplicaciones es probable que el plástico sea el único material en el que se den los rasgos necesarios al producto debido al amplio abanico de posibilidades que tienen los plásticos. Para un diseño correcto es necesario de una compenetración entre los encargados del molde, los fabricantes, y los que llevan a cabo la producción y el tratamiento. Además es necesario una reflexión profunda para conseguir la mejor combinación de propiedades. Una de las consideraciones a tener en cuenta es el posible alabeo de superficies planas debido a las tensiones residuales existentes en la pieza. No existen reglas prácticas y sólidas para determinar el espesor de pared más práctico de una pieza moldeada, así que lo que se suele hacer es: 1. Añadir nervaduras, grabados, flecos y perlas para aumentar la resistencia, así como incidir pequeñas curvaturas en superficies planas grandes. 2. Conseguir un espesor uniforme de pared. 3. Debe evitarse hacer incisiones en la pieza en la medida de lo posible pues suelen aumentar el coste de herramientas. En esta tabla se refleja la complejidad de las piezas para varios tratamientos.
| TRATAMIENTO | GROSOR SECCION MAX (mm) | GROSOR SECCION MIN(mm) | GRABADOS | MUESCAS | INSERTOS | ORIFICIOS |
| Moldeo por soplado | 6.35 | 0.264 | posible | si, pero reduce velocidad de producción | si | si |
| Moldeo por inyección | 25.4 | 0.381 | si | posible pero no deseable, reduce velocidad de producción y aumenta coste | si | si, también ciegos |
| Extrusiones cortadas | 12.7 | 0.254 | si | si, sin dificultad | si | si, pero solo en direccion extrusion 0.5-1 mm |
| Termoconformado | 76.2 | 0.00635 | si | si, pero reduce velocidad de producción | si | no |
| Moldeo por embarrado | | 0.508 | si | si, la flexibilidad del vinilo permite muescas pronunciadas | si pero evitar insertos delicados finos y largos | si |
| Moldeo de compresión | | 0.889\3.175 | posible | posible pero no recomendado | si, se pueden usar inserciones delicadas | si, tambien ciegos, pero no redondos, en angulos rectos respecto a la superficie de la pieza |
| Moldeo de transferencia | | 0.889\3.175 | posible | posible pero debera evitarse, reduce la velocidad de produccion | si | si |
| Moldeo de plástico reforzado | bolsa 25.4 troquel acoplado 6.35 | bolsa 2.54 troquel acoplado 0.762 | posible | bolsa si, troquel acoplado no | bolsa si, troquel acoplado no | bolsa solamente agujeros grandes, troquel acoplado si |
| Coladas | | 3.175\4.762 | si | si pero solo con moldes cortados o agujereados | | si |

# Consideraciones de diseño

Principalmente debemos tener en cuenta el fin de la pieza que vayamos a diseñar, con base en ello podemos tratar otros aspectos tales como:

## Limitaciones de diseño

Tanto las herramientas como el tratamiento influyen bastante en las propiedades y calidad de los productos plásticos. Relacionado con la producción está el modelo del producto y el diseño del molde para producirlo.
La velocidad de producción, las tolerancias dimensionales, el acabado, las líneas de división y la contracción deben ser tenidos en cuenta en el diseño del molde y de las herramientas. Los problemas asociados a la producción de artículos de plástico suelen exigir la selección de las técnicas de producción antes de considerar el material.
Se suele crear un prototipo para ver si el comportamiento simulado durante la etapa de diseño se adecua a la realidad y ver si existen errores.
El problema de la contracción del material suele ser uno de los más relevantes, y debe ser tenido en cuenta tanto por el diseñador de moldes como por el diseñador de productos moldeados. Se debe considerar la contracción térmica del material que en los plásticos suele tener valores elevados, lo que supone una ventaja para extraerlos del molde pero si se quieren tolerancias dimensionales hay que prestarle una especial consideración. Hay que especificar con exactitud lo que se requiere, pues una mala gestión de este aspecto puede desembocar en un gasto innecesario, o un fallo de la pieza en servicio.
La disponibilidad del material también debe de tenerse en cuenta, los proveedores pueden tardar un tiempo más o menos amplio en atender nuestras necesidades a partir del día de pedido (plazo de aprovisionamiento).
La producción por un determinado método puede requerir un personal cualificado del que no se dispone, tendremos que tener en cuenta qué productos estamos capacitados a producir.

## Procesos de fabricación

El procesado constituye un factor competitivo fundamental. Actualmente existen menos limitaciones en el procesado de materiales termoendurecibles y termoplásticos. Es posible abaratar costes gracias a la capacidad de moldeo, los índices de producción y otras propiedades.
En la siguiente tabla se muestra una comparación entre los factores de tratamiento y económicos.
| MÉTODO DE PRODUCCIÓN | MÍNIMO ECONÓMICO | VELOCIDAD PRODUCCIÓN | COSTE DE EQUIPO | COSTE HERRAMIENTAS |
| - Autoclave - Moldeo inyección - Calandrado - Procesos colada - Procesos recubrimientos - Moldeo compresión - Procesos expansión - Extrusión - Bobinado filamentos - Moldeo inyección - Estratificado - Laminado - Mecanizado - Troquel coincidente - Conformado mecánico - Bolsa de presión - Conformado estirado - Pultrusión - Colada rotacional - Pulverizado - Termoconformado - Moldeo por transferencia - Bolsa al vacío | - 1 100 - 1000 10000 - 1000 10000 - 100 1000 - 1 1000 - 1000 10000 - 1000 10000 - 1000 10000 - 1 100 - 10000 100000 - 1000 10000 - 1 100 - 1 100 - 1000 10000 - 1 100 - 1 100 - 1000 10000 - 1000 10000 - 100 1000 - 1 100 - 100 1000 - 1000 10000 - 1 100 | - baja - alta - alta - baja/alta - alta - alta - alta - alta - alta - baja - alta - baja - baja - alta - baja/alta - baja - baja/alta - baja/alta - baja - baja - alta - alta - baja | - baja - baja - alta - baja - baja/alta - baja - baja/alta - alta - baja/alta - alta - baja - baja - baja - alta - baja - baja - baja - alta - baja - baja - baja - baja - baja | - baja - baja - alta - baja - baja - baja - baja/alta - baja - baja - alta - alta - baja - baja - alta - baja - baja - alta - baja/alta - baja - baja - baja - alta - baja |
Los distintos grosores de pared de la pieza puede causar tensiones residuales y producirse rechupes en las zonas más gruesas. También puede producirse contracción diferencial, por lo que, generalmente:
1. Los materiales cristalinos moldeados por inyección tienen mayor contracción que los materiales amorfos.
2. Los materiales plásticos moldeados por inyección sin carga se contraen más en la dirección del flujo.
3. Los polímeros reforzados con fibras (material compuesto) se contraen más en sección transversal y es un tercio o la mitad de la contracción de los reforzados.

# Consideraciones de producción
## Tolerancias

El moldeo de piezas con tolerancias de precisión exige una selección más cuidadosa del material, aumentando, por consiguiente, el coste de las herramientas utilizadas en el moldeo. Para la extracción de la pieza se deja una conocida la cual está tabulada según la pieza. Existen tres clases de tolerancias dimensionales para el moldeo de piezas de plástico, las cuales se expresan como variaciones tolerables mínimas y máximas en mm/mm. 1. Tolerancia fina. Es el límite más ajustado posible de la posible variación en producción controlada. 2. Tolerancia patrón. Es el control de las dimensiones que se puede mantener en condiciones medias de operación. 3. Tolerancia aproximada. Es la aceptable en piezas en las que no son cruciales las dimensiones exactas.

## Diseño del molde

El diseño del molde es muy importante para determinar la producción, requiere buena conicidad, grosor de pared uniforme, enfriada correcto, aceros apropiados, eyección suficiente y soporte del moldeo amplio. Las partes fundamentales del molde son:
1. Bebedero 2. Canales de entrada, sección trapezoidal, semicircular o redondos. 3. Cavidad del molde. Se puede usar un sistema de entrada capilar, que aunque exigen presiones de moldeados más altas, reduce los problemas de acabado, por lo que disminuye el coste de mecanizado posterior que hay que darle a la pieza según la aplicación. Los moldes pueden tener una o varias cavidades, pero para cada una de ellas tenemos una entrada que es el punto de partida. Las entradas pueden tener cualquier forma o tamaño pero suelen ser pequeñas para que sean mínimas las imperfecciones y tienen muchas imperfecciones. Generalmente se enfrían los bebederos, entradas y canales antes de retirarlos del molde con las piezas en cada ciclo. Luego estos elementos se han de separar de la pieza, aunque sea caro y lento. Para paliarlo tenemos el sistema de moldeo de canal caliente en el que se mantienen calientes los elementos comentados anteriormente aprovechando ese material en el siguiente ciclo. Un sistema similar es el denominado moldeo de canal aislado o sin canal, en el que se usan canales grandes, y cuando pasa el material fundido, se crea un forro de plástico que funciona como aislante del material fundido.

### Diseño del moldeo por compresión

El moldeo por compresiónconsiste en el mezclado y precalentado previo del material (parcialmente reticulado) más el moldeo por compresión entre dos semimoldes (curado por presión y calor). Estos moldes son generalmente de acero templado capaz de soportar una elevada presión y la acción abrasiva del compuesto plástico. Existen tres tipos de moldes:
1. Molde de rebaba
El molde de rebabas es el tipo de molde más simple y todavía se usa para piezas con una geometría simple tales como los ceniceros. Este tipo de molde se construye con unos platos donde se alojan los postizos y otros donde se aplica la fuerza de cierre del molde, as´ı mismo se colocan unas guías que aseguran el perfecto alineamiento cuando el molde abre y cierra. El acero que se debe de utilizar para construir las cavidades debe ser un acero de trabajo en caliente endurecido para poder soportar las altas presiones de compresión. Así mismo el acabado superficial de las superficies de las cavidades debe ser muy bueno, siendo lo normal que estén muy bien pulidas y cromadas. 2. Molde positivo
Tal como se ve en la figura, la fuerza de la parte superior del molde se transmite en la cavidad, situada en la parte inferior del molde, dejando un espacio entre las dos mitades (clearance), lo cual permite que la presión se aplique directamente sobre el compuesto situado en la cavidad del molde.
Los moldes positivos actúan de manera similar a un pistón dentro de un cilindro, y necesitan tener correctamente calculado el espacio entre las dos mitades del molde. Si estos huecos son demasiado grandes, el compuesto se escapa a través de ellos y las piezas no se llenan completamente. Cuando el hueco que queda entre las dos mitades es demasiado pequeño, el aire no se escapa y se producen atrapamientos de aire en la pieza.
Como en todos los moldes de compresión, estos se deben de cargar en exceso de material. Al exceso de material se le debe permitir el escape en sentido vertical mediante la construcción de unos huecos situados en la parte del pistón. Una ventaja de este tipo de moldes es que las rebabas siempre salen en sentido vertical y, por tanto, son muy fáciles de eliminar. Este tipo de moldes muy a menudo son multicavidad y suelen ser semiautomáticos mediante la utilización de preformas que se colocan en cada cavidad de manera manual o bien mediante la utilización de un tablero de carga. Las preformas se colocan en los agujeros del plato A, que se encuentra en línea con las cavidades del molde. Esta carga se realiza previamente al ciclo de moldeo. Con el molde abierto y listo para recibir la siguiente carga de preformas, el plato de carga se coloca adecuadamente sobre las cavidades y el plato B se mueve para colocar sus agujeros justo debajo de los agujeros de los del plato A, permitiendo a las preformas caer en las cavidades. Existen platos de carga que incorporan calentadores eléctricos, por lo que, cuando las preformas caen en las cavidades, tienen ya la temperatura adecuada. 3. Molde semipositivo Los moldes semipositivos se asemejan a los moldes positivos excepto en que la parte que realiza la fuerza besa de plano la parte de la cavidad.
El efecto que produce el besar de plano las dos mitades del molde es que se ejerce un mejor control del espesor de la rebaba y de las dimensiones, que se determinan a partir de la línea de partición. Al igual que en los moldes positivos, se colocan placas endurecidas para soportar la presión de la parte móvil de molde y no dañar la parte de las cavidades ni la zona de la parte macho que besa de plano con la mitad de las cavidades. Tanto en los moldes positivos como en los semipositivos la colocación de la fuerza en el interior de las cavidades produce una buena alineación de las dos mitades del molde y produce piezas con densidad superior a la del resto de tipos de moldes.

#### Principales aplicaciones

1. Materiales duroplásticos y elastómeros, para piezas de pequeñas dimensiones. 2. Compuestos reforzados con fibras de vidrio (a partir de resinas epoxi, de poliéster…): a). BMC (bulk molding compounds): reforzados con fibras de 3-12mm. Ejemplo: cuerpo de taladradora eléctrica. b). SMC (sheet molding compounds): se sitúan en el molde alternativamente capas de fibras de ~ 25mm y capas de mezcla de resina y otros componentes. Preferentemente para piezas de gran superficie y pequeño espesor. Ejemplo: paneles para vehículos. c). TMC (thick molding compounds): combinación en capas de BMC y SMC, para placas de gran espesor. 3. (Modificación de la técnica) Estampado de chapas y preformas de termoplásticos (thermoplastics sheet stamping), reforzados con fibras textiles o de vidrio. 4. Ya no utilizada para termoplásticos (ejemplo: era el método para la producción de discos LP).

#### Ventajas

1. Fluido en pequeñas distancias: menores tensiones internas. 2. Bajo coste de mantenimiento y de fabricación de moldes. 3. Diseño sencillo de moldes, al no haber entrada y canales.

#### Inconvenientes

El molde debe mantenerse a temperatura no excesiva, para que las paredes no curen mucho más rápido que el interior. Por tanto, tiempos largos de curado.

### Diseño de molde de soplado

El moldeo por soplado es un proceso de moldeo que se usa para hacer partes huecas sin costura a partir de polímeros termoplásticos. Las piezas varían en tamaño, desde pequeñas botellas plásticas de unas cuantas onzas hasta grandes tambores de almacenamiento de 38000 litros de capacidad. El moldeo por soplado es más apropiado para la producción en masa de recipientes pequeños desechables, mientras para adaptar grandes formas huecas, se utiliza el moldeo rotacional.

#### Moldeo por soplado y extrusión

Esta variante del moldeo por soplado funciona según el ciclo ilustrado en la figura. En la mayoría de los casos el proceso se diseña como una operación de producción a muy alta velocidad. La secuencia está automatizada y usualmente integrada con operaciones posteriores como el llenado de los envases y el etiquetado. Es un requerimiento usual que el recipiente soplado sea rígido y la rigidez depende entre otros factores del espesor de las paredes. Podemos relacionar el espesor de las paredes del envase soplado con el parison extruido inicial, asumiendo una forma cilíndrica para el producto final. El efecto de la dilatación en el dado del parison se muestra en la figura. El diámetro medio del tubo que sale del dado se determina por la media del diámetro del dado Dd . La dilatación en el dado causa la expansión a un diámetro medio del parison Dp. Al mismo tiempo, el espesor de la pared se dilata de td a tp . La relación de dilatación de diámetro del parison está dada por:
$rsd=Dp/Dd$ Donde la relación de dilatación para el espesor de la pared es: $rst=tp/td$ La dilatación del espesor de la pared es proporcional al cuadrado del diámetro $rst=rsd^{2}$ Y por tanto: $tp=(rsd^{2})td$ Cuando se infla el parison al diámetro del molde Dm con la correspondiente reducción del espesor de la pared a Tm, y suponiendo un volumen constante de la sección transversal tenemos: $Dptp=Dmtm$ Al resolver para tm, obtenemos: $tm=(rsd^{3})tdDd/Dm$ La magnitud de la dilatación en el dado, en el proceso de extrusión inicial, se puede medir por observación directa, y las dimensiones del dado son conocidas. Entonces podernos determinar el espesor de la pared en el envase moldeado por soplado. Con el espesor de la pared del recipiente moldeado se puede desarrollar una expresión para la presión máxima de aire, la cual evitará que el parison se reviente durante el soplado. Una ecuación tomada de la resistencia de materiales relaciona los esfuerzos con la presión interna p en un tubo, dado D y el espesor de su pared t: $(sigma)=PD/Dt$ Suponiendo que el máximo esfuerzo ocurre justamente antes de que se expanda el parison al tamaño del diámetro del molde (esto es, cuando D sea máximo y t sea mínimo) y remplazando en la ecuación para resolver p obtenemos: $P=2sigmatm/Dm$ Donde: p = presión de aire durante el moldeo por soplado, en Pa. $sigma$= esfuerzo a la tensi´on m´axima permisible en el polímero durante el soplado, Pa. tm y Dm son espesor de la pared y diámetro respectivamente del molde, mm. La dificultad para usar esta fórmula es la determinación del esfuerzo permisible, ya que el polímero está caliente y en una condición altamente plástica. En una operación industrial los parámetros del proceso se afinan por prueba y error.

#### Moldeo por inyección y soplado

En este proceso el parison inicial se moldea por inyección en lugar de extrusión. Una secuencia simplificada se puede apreciar en la figura, comparado con su competidor basado en extrusión, el moldeo por inyección y soplado tiene una velocidad de producción más baja lo cual explica por qué no es tan ampliamente usado.

#### Moldeo por extensión y soplado

El tubo de soplado se extiende hacia abajo dentro del parison moldeado por inyección, el plástico suave se alarga y se crea un esfuerzo más favorable en el polímero, que en el moldeo por inyección pero este proceso no es real y soplado convencional, o que en el moldeo por extrusión y soplado. La estructura resultante es más rígida, con mayor transparencia y mayor resistencia al impacto. El material que se usa más amplia mente en el moldeo por extensión y soplado es el tereftalato de polietileno, TPE (en inglés PET), un poliéster que tiene una permeabilidad muy baja y se fortalece por el proceso de moldeado por extensión y soplado. Su combinación de propiedades lo hace ideal para envase de bebidas carbonatadas.

#### Materiales y productos

El moldeo por soplado se limita a los termoplásticos. El polímero más común para moldeo por soplado es el polietileno, en particular, el de alta densidad y alto peso molecular, PEAD y PEAPM (en inglés HDPE y HMWPE, respectivamente). Al comparar sus propiedades con las del polietileno de baja densidad, y además los requerimientos establecidos de rigidez del producto final, resulta más económico usar estos materiales que si bien son más costosos porque las paredes del recipiente pueden hacerse más delgadas. Se hacen otras piezas por soplado de polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), y tereftalato de polietileno (PET). Los envases desechables para envasar líquidos de consumo constituyen la mayor parte de los productos hechos por soplado; pero no son los únicos. También se fabrican grandes tambores para embarcar líquidos y polvos (cuya capacidad alcanza los 250 litros), grandes tanques de almacenamiento (con capacidad para 9000 litros), tanques para gasolina de automóviles juguetes y cascos para veleros y botes pequeños. En este último caso, se hacen dos cascos de bote en un solo molde de soplado y después se cortan en dos cascos abiertos.

### Líneas divisoras

Se suelen colocar en el radio más largo de la pieza moldeada. Si no está en el plano de la longitud mayor, el molde debe tener materiales o moldes flexibles o piezas móviles en el molde. No se puede colocar la línea divisoria en un borde oculto o poco visible.

### Pasadores extractores

Sirven para sacar las piezas endurecidas del molde. El contacto con la pieza debe producirse en zonas tapadas o poco visibles, tratando de evitar el contacto con superficies planas a no ser que tengan dibujos para ocultar señales. Estos pasadores no deben aplastar las zonas más delgadas y se suelen unir a una barra o placa pasador principal. Por último mencionar que se pueden modificar los pasadores para facilitar la ventilación del molde.

### Insertos y agujeros

Deben ser colocados y diseñados con extremo cuidado en la cavidad del molde o en la pieza. Una regla general es que la profundidad del orificio no supere el cuádruple del diámetro de la espiga o clavija. Las espigas restrigen a menudo el flujo de material y puede producirse señales, líneas de soldadura o un posible agrietamiento debido a las tensiones producidas en el proceso del moldeo. Las roscas internas y externas pueden moldearse en piezas de plásticos dejando un espacio de 0,8 mm en el extremo de las roscas. Además puede que requieran un mecanismo de desenroscado para separar la pieza del molde. Para agujeros de espigas de núcleo ciegos se debe dejar un espacio mínimo de 0.04 mm para tuercas, insertos y otros dispositivos de sujeción.

### Diseño de molde acoplado

Los parámetros de diseño son similares a los del moldeo por compresión. Se realizan piezas de compuestos grandes a partir de SMC y muchas de las operaciones se hacen con material cortado que no requieren estrangulamiento ni produce rebaba. Son posible los grabados, inserciones y nervaduras. Si se aplica capas o piezas habrá que hacer la unión superpuesta lo mayor posible para evitar la fractura por esfuerzo.

### Diseño de molde abierto

Debe dedicarse una especial atención a la formación de la matriz y a la orientación de los esfuerzos ya que pueden influir en las propiedades finales. Se suelen usar realces y nervaduras para conseguir mejor resistencia aunque deben inclinarse con holgura. Son ideales para diseños de piezas simples con cambios graduales de espesor. Para favorecer la extracción del molde se suelen aplicar agujeros de soplado en la parte inferior del molde.

### Diseño del molde pultrusión

Con este tratamiento de refuerzo continuo no son posibles grabados, agujeros, números en relieve o superficies texturizadas. Las esquinas pronunciadas o transiciones gruesas dan lugar a zonas con abundancia de resinas con fibras rotas.

### Diseño de enrollado de filamentos

Es un proceso de refuerzo continuo de molde abierto en el que se orientan las fibras para que se ajusten a la magnitud y dirección de la tensión. La colocación de filamentos controlado por ordenador tienen la compensar el ángulo, reforzar el contorno, ensanchar la banda, rectificar el equipo y otras consideraciones de diseño. Los diseños pueden utilizar mandriles permanentes o extraíbles. Para algunas aplicaciones, tales como recipientes a presión, el mandril no se elimina y se convierte en parte integrante de la estructura compuesta. La admisión del mandril proporciona una capa y/o barrera impermeable de superficie adherida al material compuesto y, por tanto, evita las fugas de gas comprimido o líquido en el interior de la vasija de presión. La figura presenta un esquema del proceso de la formación de la capa, donde se aprecia como las fibras devanadas, previamente en una jaula, entran a un baño de resina y son impregnadas con la ayuda de una espátula, la funcionalidad de la espátula o lamina es de evitar el exceso de la resina y crear un material compuesto uniforme entre la fibra y la resina, para luego entrar en un punto de entrega y conformar un material compuesto que se enrolla y se adhiere en el mandril fijo.

### Diseño estratificado

El principal criterio de diseño se refiere a la orientación del refuerzo de cada una de las placas. Un diseño casi perfecto que resiste todas las cargas es el que consiste en pliegues de estratificado a 0º, +45º, -45º, 90º, con el mismo número de pliegues de -45º y +45º para evitar la deformación del estratificado. Debe orientarse el estratificado en la dirección principal de las tensiones (la disposición aleatoria o isótropa nos proporcionará un mismo comportamiento en cualquier dirección).

# Enlaces

Consideraciones sobre el impacto ambiental en el ciclo de vida de envases y embalajes
diseño de moldes video de diseño de moldes Moldeo por compresión moldeo por soplado Pultrusión Materiales compuestos

# Bibliografía

Richardson & Lokensgard. Industria del Plástico: plástico industrial. Paraninfo (Madrid (1999)).
Pagina web de Omniaplastica FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. Materiales, procesos y sistemas. Pearson/Prentice Hall. Autor: Mikel P. Groover.
ASM INTERNATIONAL. Metals Handbook. ASM, 1998. Procesos de Manufactura. Departamento de Ingeniería Mecánica. Universidad de Valencia.