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Manual Técnico TERMOFORMADO

Manual Técnico de Termoformado

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  • Manual TcnicoTERMOFORMADO

  • 2 Manual de termoformado

    NDICE

    Principios del termoformado - Historia de la industria del termoformado - Productos fabricados por termoformado

    Polmeros adecuados para el termoformado - Propiedades trmicas- Temperatura - La medicin del calor - Calor especfico - Conductividad trmica

    Lmina acrlica- Lmina acrlica uso general - Lmina acrlica de formado profundo

    Sensacryl FP

    Calentamiento del plsticos- Transferencia de calor: conduccin,

    conveccin y radiacin - Propiedades trmicas de los plsticos- Medios de transmisin de calor - Temperaturas y ciclos de formado - Determinacin de la temperatura correcta

    en el material

    Equipos de termoformado- Hornos de gas con circulacin forzada de

    aire - Horno de calentamiento infrarrojo - Resistencias elctricas de calentamiento

    lineal

    Equipo complementario: vaco, aire a presin yfuerzas mecnicas

    - Formado al vaco - Formado con aire a presin - Formado mecnico - Tcnicas combinadas - Diseo de ayudas mecnicas

    4

    8

    11

    17

    25

    33

  • 3 Manual de termoformado

    Moldes de termoformado- Eleccin del tipo de tcnica de termoformado - Criterios para el diseo de productos

    termoformados - Criterios para el diseo del molde de

    termoformado - Consideraciones en el diseo de moldes de

    termoformado - Materiales empleados en la fabricacin de

    moldes de termoformado

    Tcnicas de termoformado- Termoformado bidimensional - Termoformado tridimensional (con moldes) - Tcnicas de moldeo en horno de

    calentamiento infrarrojo

    Enfriamiento de piezas termoformadas- Mtodos convencionales de enfriamiento - Mtodos no convencionales de enfriamiento

    Corte de piezas termoformadas- Equipos de corte - Tcnicas de corte

    Variables del termoformado.- Variables del material - Variables del molde - Variables en el pre-estirado - Variables en las ayudas mecnicas

    Gua de problemas y soluciones

    Apndice

    - Glosario de trminos - PIstico reforzado con fibra de vidrio - Tabla de conversin de unidades

    41

    56

    62

    63

    68

    73

    79

  • 4 Manual de termoformado

    Principios del termoformado

    Desde principios del siglo XX se han conocido algunas tcnicas del formado de lmi-nas, con materiales como el metal, vidrio y fibras naturales. Los verdaderos principiosdel termoformado se dieron con el desarrollo de los materiales termoplsticos, lo cualfue durante la segunda Guerra Mundial. Los aos de postguerra trajeron los grandesvolmenes de comercializacin y el rpido desarrollo de equipos y maquinaria capacesde adaptarse a los mtodos modernos de manufactura, para producir productos mstiles y ms rentables.

    Durante los aos cincuenta, los volmenes de produccin de materiales termoplsti-cos y los productos hechos con ellos alcanzaron cifras impresionantes. La dcada delos 60's fue una era que ciment las bases del futuro desarrollando la industria del ter-moformado. En los 70's, los grandes consumidores y la competencia entre productos,demandaron mquinas de alta velocidad y productividad. Los productores de equiposatisfacieron tales necesidades con mquinas capaces de producir cerca de cien milcontenedores individuales termoformados por hora. Tambin hubo necesidad desofisticar los controles.

    Desde la dcada de los 80's hasta la fecha, los termoformadores han ganado tal con-fianza en su proceso, que han ido mas all de sus expectativas y han establecidolneas continuas capaces de producir artculos terminados termoformados a partir yano de lmina, sino del pellet de resina; adems de reciclar su desperdicio con un m-nimo de control. Los equipos se han computarizado y hoy permiten un automonitoreoy funciones de diagnstico. Actualmente, los equipos muy complicados no requierenms de una persona para su manejo y control gracias a los avances de la electrnica.Por lo anterior, se cree que el mercado de trabajo de la industria del termoformadoexperimentar una escasez de personal tcnico entrenado y experimentado, ya quelos conocimientos tradicionales ya no seran suficientes; por lo tanto, conferencias,seminarios, cursos, etc., serviran para incrementar el conocimiento general del ter-moformador, y daran mayor madurez a sta bien cimentada industria.

    Muchos de los productos termoformados en uso actualmente, han sido hechos parareemplazar sus formas de uso original; esta situacin se ha dado tan rpidamente queya casi se ha olvidado cuales eran stas; por ejemplo, no es fcil recordar en que seempacaban las hamburguesas antes de los empaques de una sola pieza de polies-tireno o de que material se recubran los interiores de los refrigeradores.

    El listado que a continuacin se proporciona, inicia con el producto de mayor nmerode piezas termoformadas producidas y va en orden descendente hasta el de menorproduccin.

    Historia de laindustria del

    termoformado

    Productosfabricados portermoformado

  • 5 Manual de termoformado

    Industria del empaqueDesde el inicio del proceso de termoformado, la industria del empaque ha sido la msbeneficiada debido a la alta productividad y las bondades que ofrece por costo-beneficio.

    Actualmente, la mayor parte de los equipos de empacado (blister) son de alimentacinautomtica de alta velocidad. Estos equipos se denominan "forma-llena-sella" y sirven parael empacado de cosmticos, carnes fras, refrescos, dulces, artculos de papelera, etc.

    Industria de la comida para llevarEn la creciente industria de la "comida para llevar", existe una gran cantidad de pro-ductos termoformados utilizados, que abarca desde contenedores de comida com-pleta (contenedores con divisiones) hasta los empaques para hamburguesas, sand-wiches, refrescos, etc.

    Generalmente, la industria mencionada requiere una impresin en los paquetes ter-moformados. Esta impresin podra realizarse antes o despus del termoformado;ejemplos de estos productos son charolas, vasos, contenedores de sandwiches, ham-burguesas, hot dogs, etc.

    Industria del empaque para alimentosLos supermercados son los grandes usuarios de contenedores termoformados. Losmateriales utilizados son termoplsticos de bajo costo. Estos contenedores estn di-seados para ser apilados o acomodados en diferentes formas. Ejemplos: contene-dores para carne, frutas, huevo, verduras.

    Transporte El transporte pblico y privado como el camin, tren, metro, avin, automvil, etc.,cuenta dentro de su equipo con numerosas partes de plsticos termoformados; lamayora de estos son usados para el acabado de interiores o partes externas que nosean estructurales. Entre otros: asientos, respaldos, descansabrazos, vistas de puer-tas, mesas de servicio, parabrisas, protectores de instrumentacin, guardas, spoilers, etc.

    Sealizacin y anunciosSon fabricados generalmente en acrlico y pueden ser de una sola pieza y de grandesdimensiones. En estos anuncios o sealizaciones, usualmente se emplea acrlicotransparente (cristal) y el color es pintado por el interior con pinturas base acrlica.

    El uso del acrlico en exteriores hace que los anuncios sean resistentes a la intemperiey virtualmente libres de mantenimiento, adems de soportar condiciones extremas defro o calor. Como ejemplos de stos se tienen los anuncios luminosos exteriores, inte-riores, sealamientos en lugares pblicos, oficinas, etc.

  • 6 Manual de termoformado

    Artculos para el hogarExiste una gran cantidad de artculos para el hogar que tienen partes termoformadas;de hecho, son producciones de alto volumen. Se encuentran, por ejemplo, en gabi-netes, lavadoras, lavaplatos, secadoras de ropa, refrigeradores, ventanillas de aireacondicionado, humidificadores, gabinetes de televisin y radio, etc.

    Industria alimenticiaUno de los ms antiguos y mayores consumidores de productos termoformados, es laindustria alimenticia. El uso de charolas y otros accesorios tienen un potencial de con-sumo mayor puesto que, adems de los grandes usuarios como son hospitales,guarderas, escuelas, ferias y otros, se agregan el sector militar y organizaciones deayuda internacional. Ejemplos: charolas, vasos y platos.

    Industria mdicaLa industria mdica requiere de una gran variedad de productos y empaques esterili-zados para hospitales, clnicas y consultorios. Las especificaciones de estos produc-tos suelen ser muy estrictas y el uso del reciclado de materiales, es inaceptable.

    El uso del acrlico, por ser un material fisiolgicamente inocuo, se esta incrementandoda con da. Ejemplos: equipo quirrgico, jeringas y agujas, mesas quirrgicas, gabi-netes, incubadoras, sillones dentales y platafornas de ejercicio, etc.

    Agricultura y horticulturaLa comercializacin de plantas de ornato en supermercados y tiendas especializadasha generado, desde hace tiempo, la necesidad de fabricar macetas y pequeos con-tenedores, inclusive hasta de mltiples cavidades para la exposicin y venta. Este tipode contenedores son fabricados con plsticos reciclados y a bajo costo. Como ejem-plos se pueden citar: macetas, contenedores de diferentes tamaos de una o variascavidades, pequeos invernaderos, charolas para crecimiento de semillas, contene-dores para siembra, etc.

    Construccin y viviendaLa industria de la construccin ha empleado productos termoformados desde hacevarios aos, acelerndose rpidamente la popularidad de stos. Hay una gran canti-dad de productos que fcilmente se han sustituido por piezas termoformadas; dehecho, hay productos que no se podran fabricar de otra forma, como los domos oarcos can. El acrlico en este sector se ve ampliamente utilizado por suspropiedades de resistencia a la intemperie y termoformabilidad.

    Ejemplos de estos son: domos, arcos can, tinas de hidromasaje, mdulos de bao,lavabos, cancelera para baos, mesas, sillas, bases para lmparas, artculos de coci-na, relojes, fachadas, escaleras, divisiones, ventanera, acuarios, etc.

  • 7 Manual de termoformado

    EquipajeAlgunas empresas fabricantes de equipaje, estan optando por usar el proceso de ter-moformado puesto que presenta ventajas sobre los productos por inyeccin, ya quepor ser un moldeo libre de esfuerzos, se reducen las posibilidades de fracturas en losequipos de las piezas termoformadas. Ejemplos: maletas de todo tipo, portafolios, etc.

    Equipo fotogrficoUno de los productos ms antiguos en el termoformado, son las charolas para revela-do, adems de los cubos para flash (el reflector metlico) y el magazine para cmarasde piso, an cuando su produccin requiere una tcnica de termoformado de precisin.

  • 8 Manual de termoformado

    Polmeros adecuados para el termoformado

    Bsicamente, todos los polmeros termoplsticos son adecuados para el proceso determoformado. Dichos materiales, cuando son sometidos a un calentamiento presen-tan una variacin en su mdulo de elasticidad, dureza y capacidad de resistencia bajocarga. Con un incremento de temperatura que rebase el H.D.T., el comportamiento delmaterial tender a volverse en un estado ahulado, teniendo como valor crtico la tem-peratura de revenido del polmero termoplstico. Esto puede observarse en el rpidopandeo de la hoja calentada, cuando la fuerza de gravedad se vuelve suficiente paracausar esta deformacin.

    La Tabla num. 1 contiene los polmeros adecuados y ms comunes para el termofor-mado, as como su temperatura de formado.

    POLMEROS

    TEMPERATURA DEDEFLECCIN AL CALOR

    A 264 PSI(C)

    A 66PSI(C)

    SINCARGA

    (C)

    TEMP. DELA HOJA

    (C)

    TEMP DELMOLDE

    (C)

    TEMP DEAYUDA

    (C)

    TEMPERATURA DETERMOFORMADO

    Acrlico extruidoAcrlico cell-castAcetobutirato de celulosaPolietileno de alta densidadPolipropilenoPoliestirenoPoliestireno alto impactoSANABSPolivinilo de cloruro (RV.C.)Policarbonato

    94 96

    65-75

    55-6570-9585-95100

    75-11570

    130

    98 110

    75-8060-80

    110-11570-10090-95105

    80-12075

    140

    120-150100 140 100 120

    95 110 160

    135-175160-180140-160145-190145-200140-170170-180220-230120-180135-175180-230

    65-7565-75

    95

    45-6545-65

    70-8545

    95- 120

    170

    90 90

    90 80

    140

    Uno de los aspectos que menos se toma en cuenta en la prctica del termoforma-do, es el de las propiedades trmicas de los polmeros, siendo ste uno de losaspectos ms relevantes y crticos del proceso. La cabal comprensin de estos fac-tores disminuir el riesgo de largas corridas de pre-produccin o la mala ade-cuacin del producto al entorno.

    Propiedadestrmicas

  • 9 Manual de termoformado

    AI hablar de propiedades trmicas es indispensable establecer los conceptos rela-cionados a este tema. En primer lugar es necesario recordar que la energa es fre-cuentemente disipada a travs de la friccin y entonces aparece en forma de calor ode la energa trmica interna de un cuerpo. Desde luego algunas veces en formadeliberada se incrementa el calor a una substancia para cambiar su temperatura o paraalterar su forma.

    El calor especfico y la conductividad trmica son dos de las propiedades fsicas delos polmeros que se usan extensivamente en el termoformado.

    En el debate del fenmeno trmico es indispensable incluir algunos trminos y con-ceptos. La primera de estas propiedades trmicas es la temperatura. La temperaturaes una medida del grado de "calor" o "fro" de un objeto. Siendo indispensable esta-blecer una escala de temperatura, se tom como parmetro las propiedades del agua,en particular el punto de fusin del hielo y el punto de ebullicin del agua. Existen tresescalas para medir la temperatura de una substancia, la escala en grados centgrados(C), Farenheit (F) y Kelvin (K), siendo las primeras dos, las ms utilizadas.

    El calor es simplemente una de las formas de energa y por eso la unidad fsica apro-piada para medir el calor es la misma que para la energa mecnica y esta es el joule.Como en el mismo caso de las escalas de temperatura, el agua es usada comoparmetro de sustancia para la definicin de la unidad de calor. La cantidad de calorrequerida para elevar la temperatura de 1 kg. de agua en un grado (actualmente setoma como 14.5 C a 15.5 C) es definida como 1 calora (cal.).

    Cuando 1 calora es suministrada a 1 kg. de agua, la temperatura del agua se incre-mentar 1 grado, por ejemplo, si la misma cantidad de calor es suministrada a lamisma masa de alcohol metlico, la temperatura se incrementar en aproximadamentea 1.7 grados, o si 1 cal. es suministrada a 1 kg. de aluminio, la temperatura del metalse incrementar unos 5 grados. De hecho cada substancia responder en diferentegrado cuando se somete a calor. La cantidad de calor requerido para elevar 1 kg. deuna substancia en un grado es denominado calor especfico de esa substancia. Elagua sirve como parmetro y se ha determinado como 1 cal./kg., tomndose comobase para comparar con todos los materiales. Con excepcin del agua, la mayor partede los materiales tienen un calor especfico ms bajo que los plsticos.

    Temperatura

    La medicindel calor

    Calorespecfico

  • 10 Manual de termoformado

    La conductividad trmica es una de las tres formas por la cual energa calorfica pudeser transferida de un lugar a otro; tiene lugar como resultado del movimiento molecu-lar y por lo tanto, requiere de la presencia de materia. La energa calorfica es trans-ferida por colisiones en donde el rpido movimiento de tomos y molculas del objetoms caliente pasa parte de la energa al objeto ms fro o con movimiento ms lentode tomos y molculas. Cuando una substancia es calentada se expande, el calorprovoca que el volumen de una substancia se incremente y que su densidad disminu-ya. La conductividad trmica del acrlico es de 5 x 10-4 cal./seg. cm2.

    La expansion trmica es el resultado de incrementar la temperatura de una substan-cia, y como consecuencia esta se expande, de hecho; casi todas las sustancias, sli-dos, lquidos o gases tienen la propiedad de incrementar su tamao, cuando se elevasu temperatura. En lo que se refiere al termoformado, cuando un polmero es calenta-do se incrementa la movilidad de las cadenas moleculares, por lo tanto tienden a se-pararse unas con respecto a otras, aumentando el volumen y rea del polmero. Estapropiedad es de suma importancia sobre todo en piezas termoformadas que estnexpuestas a cambios bruscos de temperatura o intemperismo. En el termoformado lahoja de plstico se expande ms rpido que el marco metlico, provocando arrugascercanas al marco, estas arrugas desaparecern cuando la hoja se contraiga. Losvalores numricos de los coeficientes para el calentamiento y enfriamiento son idnti-cos; esto quiere decir que toma el mismo tiempo para calentarse que para enfriarse.Hay que tomar en cuenta que se pueden presentar problemas cuando las partes ter-moformadas deban estar dentro de una tolerancia dimensional muy cerrada, otro tipode problemas se puede presentar, cuando el encogimiento ocurre en un molde macho,dificultndose desmoldar la parte. EI coeficiente de expansin trmica del acrlico esde 9x10-5 cm./cm./oC.

    Conductividadtrmica

    Expansintrmica

  • 11 Manual de termoformado

    Lmina acrlica

    CaractersticasEl polmero termoplstico del metacrilato de metilo, tiene una estructura molecular de tipolineal y amorfo, que no forma enlaces transversales. El acrlico es un material termopls-tico utilizado en aplicaciones donde se requiere estabilidad a la intemperie, alta trans-misin de luz, peso ligero, resistencia a ciertos agentes qumicos y estabilidad de color.

    Disponibilidad PLASTIGLAS, lmina acrlica es fabricada por el proceso de vaciado en moldes (cell-cast), siendo el mtodo ms comn y flexible para obtener una amplia gama de lmi-nas de diversos grados, espesores, tamaos y colores.

    La lmina acrlica PLASTIGLAS se fabrica para aplicaciones de uso general, para usointerior y exterior, lmina para formado profundo con propiedades superiores en cuan-to a termoformabilidad, resistencia qumica y al desgaste, adems de la lmina acrli-ca ImpactaMR con propiedades de impacto superiores a las de cualquier acrlicoimpacto del mercado.

    Los productos de PLASTIGLAS se encuentran disponibles en una gama de ms deochenta colores como son transparentes, translcidos, opacos, marmoleados, fluo-rescentes, perlescentes y acabado mate.

    Lmina acrlicade uso general

  • 12 Manual de termoformado

    PROPIEDAD* MTODO DEPRUEBA ASTM

    UNIDAD VALOR UNIDAD VALOR

    Peso especficoPoder de dispersin ndice de refraccinTrans. de luz (Cristal) Trans. de luz UV a 320 mu Haze

    Resistencia a la tensinRupturaMdulo de elasticidadElongacin a la rupturaResistencia a la flexin Ruptura Mdulo de elasticidadResist. a la compresinResist. a esfuerzo cortanteResistencia al impactoCharpy IzodDureza (rockwell)

    Temperatura de formadoCoeficiente de expansinCoeficiente de expasinX volumen

    Temp. mxima de servicioConductividad trmicaFlamabilidadCalor especfico

    Resistencia dielctrica Constante dielctrica 60 ciclos 102 ciclos 106 ciclos Resistencia al arco Resistencia (volumen)Resistividad (superficie)

    D792-64T

    D542-50 D1003-61

    D1003-61

    D638-64T

    D790-63

    D780-63T D732-46 D256-56

    D785-62

    D696-44

    D-635

    D149-61 D150-59T

    D495-61 D257-66 D257-66

    ND % % %

    PSI PSI %

    PSI PSI PSI PSI

    ft/lbs. ft. Ibs./in

    F in/in/F

    F BTU/hr. ft.2

    in/min. BTU/lb. F

    volt/mil

    ohm-cm ohm

    ND % % %

    Kg/cm2

    Kg/cm2

    %

    Kg/cm2

    Kg/cm2

    Kg/cm2

    Kg/cm2

    Kg/m Kg-cm/cm

    C cm/cm/C

    C

    cal/seg. cm2

    cm/min. cal/grC

    Kvolt/mm

    ohm-cm ohm

    1.19 0.0174 1.49 92 5 3

    700-760 28,000-30,000

    4.5

    1,050- 1,125 28,000 1,260

    630-700

    0.483 x 104

    M-100

    140-180 9 x 10-5

    2.7x10-4

    80 5x10-4

    3 0.35

    20

    4 4 3

    sin huella 1.6 x 1016

    1.9 x 1015

    1.19 0.0174 1.49 92 5 3

    10,000-11,000 400,000-425,000

    4.5

    15,000-16,000 400,000 18,000

    9,000-10,000

    35 0.4-0.5 M-100

    280-360 4 x 10-5

    176 14 1.2

    0.35

    500

    4 4 3

    sin huella 1.6 x 1016

    1.9 x 1015

    PTICAS

    MECNICAS

    TRMICAS

    ELCTRICAS

    Absorcin de agua 0.2-0.3% por peso despus de 24 de inmersin

    * Determinacin con muestras de 3.0 mm de espesor Estos valores son tpicos y de carcter informativo y no representan ninguna especificacin.

    Propiedadesfsicas de

    lmina acrlica

  • 13 Manual de termoformado

    SUBSTANCIA QUMICA SUBSTANCIA QUMICA

    cido actico (10%) cido acticoAcetonaCloruro de amoniaHidrxido de amoniaBenzenoCloruro de calcioTetracloruro de carbonoCloroformocido crmico (10%) cido crmico (concentrado)terDioctilpftalatoAcetato de etiloAlcohol etlico (30%) Alcohol etlico (95%) DicloroetilenoEtilenglicol Gasolina GlicerinaHexanocido clorhdrico

    RL N N R R N R

    RL N RL N N RL N RL N N R

    RL R R R

    R RL R N RL N N N R N N R R R R R N N N R R N

    Perxido de hidrgenoAlcohol isoproplico KerosenoThinnerAlcohol metlico (30%) Alcohol metlico (100%) Metil etil cetonaCloruro de metilenocido ntrico(10%) cido ntrico (100%) Fenol (5%) Cloruro de sodioHidrxido de sodio (10%) Hidrxido de sodio (60%) Hipoclorito de sodiocido sulfrico (3%) cido sulfrico (con.) ToluenoTricloroetileno TerpentinaAgua destiladaXileno

    La clave es usada para describir la resistencia qumica como sigue:R = ResisteEl acrlico cell cast resiste esta substancia por largos perodos y a temperatura dehasta 49C (120F).RL = Resistencia limitadaEl acrlico cell cast resiste solamente la accin de esta substancia por cortos pero-dos a temperatura ambiente.N = No resisteEl acrlico cell cast no resiste esta substancia. Puede hincharse, disolverse, atacarseo daarse de alguna manera.

    Estos valores son tpicos y de carcter informativo y no representan ninguna especificacin.

    Propiedadesqumicas de

    lmina acrlica

    Tabla No.4

    CLAVE CLAVE

  • 14 Manual de termoformado

    ProteccionesPara proteccin, facilidad de manejo y de acuerdo a las necesidades de maquinadode la lmina acrlica PLASTIGLAS, ofrecemos cuatro diferentes tipos de proteccin:

    Papel tipo KraftEsta proteccin es aplicada en ambas caras de la lmina para protegerla contra daosque pudiera sufrir durante su transporte, manejo, almacenaje y transformacin. Por sualta resistencia esta proteccin es recomendada para procesos de transformacinmuy largos. Adems, permite efectuar trazos con marcador, lpiz o crayn.

    Pelcula antiestticaEsta es una proteccin menos resistente que el papel, a base de una pelcula plsticaantiesttica transparente la cual es aplicada en ambas caras de la lmina para prote-gerla de daos que pudiera sufrir durante el transporte, manejo, almacenaje ymaquinado.

    Pelcula plstica adhesivaEsta proteccin plstica transparente es recomendada para largos procesos demaquinado ya que por su alta resistencia permite que la lmina quede protegidadurante los diferentes procesos de manufactura, presentando una resistencia al trans-porte, manejo y almacenaje similar a la de la proteccin de kraft.

    Pelcula TermoformableEsta proteccion plstica termoformable (transparente) es aplicada en una cara de lalmina; resulta ideal para la manufactura de productos termoformados con gran pro-fundidad (tinas de bao), permite una proteccin durante el transporte, manejo, alma-cenaje y transformacin similar a la de la pelcula plstica adhesiva. Su uso serecomienda en hornos de gas con circulacin forzada de aire y temperaturas entre180C 200C.

    La lmina acrlica PLASTIGLAS se ofrece en Mxico con proteccin esttica en ambascaras sin costo adicional en espesores de 1.5 hasta 6.0mm y con proteccin de papelkraft en espesores de 8.0 a 32.0mm., sin embargo usted puede elegir con cargo adi-cional y bajo pedido otro tipo de proteccin.

    CaractersticasSensacryl FPMR es un polmero termoplstico de metacrilato de metilo, parcialmentereticulado con excelentes propiedades de termoformado, resistencia qumica a sol-ventes, resistencia al desgaste y al manchado, lo que lo hace que sea un material conmayores posibilidades en el diseo y fabricacin de muebles de bao, spas, partesautomotrices y aplicaciones en general en donde la parte termoformada es reforzadacon fibra de vidrio.

    Lmina acrlicade Formado

    ProfundoSensacryl FPMR

  • 15 Manual de termoformado

    La lmina acrlica Sensacryl FPMR presenta propiedades superiores de termoformadoque la lmina acrlica de uso general y uso en interiores. Entre las ventajas que estematerial presenta sobresale el que puede ser formada ms fcilmente, requiriendo unamenor fuerza de trabajo, alcanza un mayor estiramiento sin rasgarse, presenta unamayor resistencia a la temperatura permitiendo una mayor flexibilidad en la operacin.

    SUBSTANCIA QUMICA

    NaftaAlcohol etlicoAcetato de amilo Solucin de amonia (10%)Solucin de cido ctrico (10%)Urea (6.0%)

    Perxido de hidrgeno (3%) Hipoclorito de sodio (con.)Fenol (5% en agua)Tolueno Acetato de etilo Acetona

    PROPIEDADES UNIDAD MTODO

    Tamao

    Espesor 180 X 120 cm. 180 X 180 cm.

    Resistencia a la tensin (min.) Elongacin a la ruptura (min.) Dureza Barcol (min.) Impacto Izod ranurado Temperutura de formado Temperatura de deformacin bajocarga a 264 psi (C) Conductividad trmica Estabilidad trmica (dos horas a180 C) ndice de flamabilidad Grado de flamabilidad Resistencia qumica Resistencia al cigarrillo Resistencia a la luz UV (mil horas, arco de carbn) Retencin de impacto (720 horas arco de carbn) Absorcin de agua Resistencia al manchado

    180 X 120 180 X 180 4 +- 0.4 4 +- 0.8

    9200 4

    48 0.44

    180-200 87

    1.4 No evidencia de

    degradacin 0.6 94

    Pasa prueba Pasa prueba

    Sin degradacin

    100

    0.33 Pasa prueba

    cm. cm. mm. mm. psi %

    No. Barcol lb-ft/pulg2

    C C

    BTU/hr. ft2

    in/min HB

    %

    %

    PG 60POE-03-02B PG 60POE-03-02B

    ASTM D638 ASTM D638

    ASTM D2538 ASTM D256

    ASTM D648

    P MIL-8184

    ASTM D635 UL-94

    ANSI Z 124.1 ANSI Z 124.1 ANSI Z 124.1

    UL 1563

    ASTM 570 ANSI Z 124.1

    Tabla No. 6. Resistencia qumica de la lmina acrlica de moldeo profundo SensacrylFPMR

    Tabla No.7 Propiedades de la lmina de moldeo profundo Sensacryl FPMR

    VALOR

    Generales

    Mecnicas

    Trmicas

    Varios

    Todos los valores estn referidos a la lmina acrlica 3.0 mm.Estos valores son tpicos y de carcter informativo y no representan ninguna especficacin.

  • 16 Manual de termoformado

    Propiedades fsicasLa lmina acrlica Sensacryl FPMR tiene excelentes propiedades mecnicas y de retar-dancia a la flama, tomando en consideracin que la lmina acrlica de uso general tieneuna velocidad de quemado en prueba horizontal (ASTM-D635) de 25-30.4 mm/min.; lalmina acrlica Sensacryl FPMR tiene 15.2 mm/min. La tabla No.6 resume las propiedades tpicas de este material.

    Propiedades qumicasLa lmina acrlica Sensacryl FPMR, adems de resistir a las substancias qumicas quese enIistan en la tabla No.4; aprueba la norma ANSI-Z124.2.1980.

    Manejo y proteccinPara la proteccin y manejo de SensacryI FPMR, lmina Plastiglas de moldeo profundo,sta se presenta con tres tipos de proteccin:

    Tipo PJ: Papel protector tipo kraft, adherido a ambas caras de la lmina. Protege con-tra daos que pudieran causarse durante su transporte, manejo, almacenaje ymaquinado. Este papel permite poder trazar sobre l con un marcador, lpiz o crayn,facilitando as las operaciones posteriores.

    Tipo PP: Es una proteccin menos resistente que el papel, a base de una pelcula pls-tica esttica, que tambin resiste los daos que pudiera sufrir el material durante eltransporte, manejo, almacenaje y maquinado.

    Tipo PF: Pelcula plstica termoformablej24 (incolora por una cara), bajo pedido, idealpara productos termoformados, con una resistencia al transporte, manejo, almacena-je y transformacin igual al tipo PJ. Por sus caractersticas, es ideal en la fabricacinde piezas termoformadas con profundidad (tinas de bao ). Su uso se recomienda enhornos de gas con recirculacin forzada de aire y temperaturas entre 180 C y 200 C.

    Certificacin del materialLa lmina acrlica Sensacryl FPMR ha sido sometida a pruebas de certificacin de cali-dad en laboratorios especializados en los Estados Unidos de Norteamerica, de acuer-do a las normas ANSI-Z 124.2.1980 para tinas de bao fabricadas con materiales pls-ticos, y UL-94; pasando las pruebas de resistencia al cigarrillo y al desgaste. Despusde mil horas de exposicin en un intempermetro de arco de carbn, la lmina no pre-sent cambio de apariencia o color, conservando su resistencia al impacto en un100%.

    Ciclos de termoformadoEn el proceso de termoformado de la lmina acrlica, la temperatura es el factor msimportante; por lo que sta deber controlarse cuidadosamente. Bajas temperaturasocasionan esfuerzos internos excesivos en la pieza formada, disminuyendo su

  • 17 Manual de termoformado

    resistencia y tornndose susceptible a la deformacin y al craqueo. Altas temperaturaspueden provocar que el material se ampolle (hierva), reduciendo su resistencia al ras-gado durante el formado, tambin pueden producirse marcas del molde.

    El rango de temperatura adecuado para el termoformado de Sensacryl FPMR, est entrelos 180 C y 200 C. El tiempo que debe someterse el material a calentamiento, dependedel espesor de la lmina, equipo de calentamiento y el tipo de formado que se empleen.El equipo de calentamiento recomendado para el termoformado de la lminaSensacryl FPMR es en un horno con recirculacin forzada de aire, puede utilizarse gaso resistencias elctricas, y un buen control de temperatura y de tiempo. Considerandoque este material tiene un espesor de 3.2 mm., se sugiere que permanezca dentro delhorno a la temperatura indicada durante un periodo de ocho a diez minutos paraobtener el reblandecimiento ms adecuado. Si el material es colgado dentro del hornoen forma vertical, el calentamiento ser ms homogneo y, por consiguiente, el for-mado ms detallado. No debe esperarse una mejor distribucin del espesor, lo cualslo puede ser controlado utilizando ayuda mecnica o pantallas que permitan la dis-tribucin controlada de la temperatura por reas. El mejor ciclo de formado, tempe-raturas, tiempos y tcnicas para cada tipo de pieza, deber ser determinado en cadaequipo en particular, revisando la lmina hasta que est perfectamente reblandecida,esto se puede determinar cuando la lmina se agita y se forman pliegues uniformes alo largo de la superficie.

  • 18 Manual de termoformado

    Calentamiento de plsticos

    En el proceso de termoformado, la operacin de calentamiento es una de las etapasque emplea ms tiempo y en la que se pueden presentar las mayores dificultades, oca-sionando el mal aprovechamiento de recursos materiales y humanos. Es por eso, queeste captulo est dedicado a la transferencia de calor, teniendo como objetivo el tratarde aclarar los fenmenos que se presentan en la operacin del calentamiento de pls-ticos.

    An cuando los cientficos han dividido la transferencia de calor en tres fenmenosdistintos: conduccin, conveccin y radiacin, ya en la prctica los tres son concur-rentes.

    ConduccinEs la transferencia de calor de una parte de un cuerpo a otra del mismo cuerpo, o biende un cuerpo a otro que est en contacto fsico con l, sin desplazamiento apreciablede las partculas del cuerpo.

    ConveccinEs la transferencia de calor de un punto a otro, dentro de un fludo, gas o Iquido(mediante la mezcla de una porcin de fludo con otra). En la conveccin natural, elmovimiento del fludo se debe totalmente a diferencias de densidad como resultado dediferencias de temperatura. En la conveccin forzada, que es la que nos interesa, elmovimiento se produce por medios mecnicos. Cuando la velocidad es relativamentebaja, se debe entender que los factores de conveccin libre, tales como las diferenciasde tempratura y densidad, pueden tener una influencia importante.

    RadiacinEs la transferencia de calor de un cuerpo a otro que no se encuentra en contacto conl, por medio del movimiento ondulatorio a travs del espacio.

    Para propsitos del proceso de termoformado, se consideran tres medios para latransmisin de calor, stos son:a) Contacto con un slido, lquido o gas caliente. b) Radiacin infraroja. c) Excitacin interna o por microondas.

    Los dos primeros son muy empleados en el termoformado de plsticos y para variosde ellos el rango de temperatura es entre 120 C y 205 C (250 F y 400 F).

    Transferenciade calor:

    conduccin,conveccin y radiacin

  • 19 Manual de termoformado

    Los plsticos son pobres conductores de calor; por lo tanto, las lminas de espesoresgruesos requieren un tiempo de calentamiento considerablemente largo. En la TablaNo. 8 se enlistan algunas propiedads trmicas de algunos materiales para su com-paracin. En el termoformado de plsticos es importante tomar en consideracin laeleccin del mtodo de calentamiento y el tamao del equipo de calentamiento.

    El calentamiento de la hoja por ambos lados (calentamiento tipo sandwich) ayuda adisminuir el tiempo empleado en esta operacin. En algunos casos, el tiempo decalentamiento puede ser reducido si la hoja es precalentada y mantenida en una tem-peratura intermedia, sin embargo, esto rara vez se emplea en materiales de menos de6 mm. de espesor.

    Adicionalmente, la proporcin de calor requerida para elevar la temperatura en los pls-ticos es alta, comparada con cualquier otro material; el agua es la excepcin. Para esti-mar el calor requerido en una hoja, se puede calcular mediante la siguiente formula:

    Calor Requerido = Largo X Ancho X Espesor X Densidad del Material X (Calor especfico X Diferencia de temperatura + Calor de fusin)

    Propiedadestrmicas de

    los plsticos

    MATERIALESGRAVEDADESPECFlCA

    g/cm3

    CALORESPECFICO

    Btu/ Ib 0F

    CALOR DEFUSIN Btu/lb

    CONDUCTIVIDADTRMlCA

    Btu ft/sq ft hr 0F

    COEFICIENTETRMICO DEEXP. LINEALin/in 0F10-5

    Aire AguaHieloMadera suaveMadera duraR. fenlicasR. epxicas Polietileno AcrlicoPolicarbonatoGrafitoVidrioCuarzoAluminioAceroCobre

    0.0012 1

    0.92 0.5 0.7 1.5

    1.6-2.1 0.96 1.19 1.2 1.5 2.5 2.8 2.7 7.8 8.8

    144 144

    55

    171 171 88

    0.24 1

    0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.37 0.35 0.30 0.20 0.20 0.20 0.23 0.10

    0.092

    0.014 0.343 1.26

    0.052 0.094 0.2

    0.1-0.8 0.28

    0.108 0.112

    87 0.59 4 y 8 90 27

    227

    2.8 1.5 1.5 3-5

    1.5-2.8 7

    3.5 3.7

    0.44 0.5

    0.4 y 0.7 1.35 0.84 0.92

    Tabla No.8 Propiedades trmicas de algunos materiales

  • 20 Manual de termoformado

    Medios detransmisin

    de calor

    Para efectos prcticos vamos a dividir los medios de transmisin de calor en cuatrotipos y que son:

    Calentamiento por contactoEl mtodo ms rpido de calentamiento, es colocar la hoja de plstico ntimamente encontacto con una placa caliente de metal. Se usa especialmente para la produccin enmasa de artculos pequeos y delgados.

    Calentamiento por inmersinEste mtodo consiste en sumergir la hoja de plstico en algn Iquido que transfiera elcalor lo ms uniforme posible y rpidamente, pero su uso est restringido al moldeode partes con lminas muy grandes o muy gruesas, ya que la manipulacin y lalimpieza de la pieza es difcil.

    Calentamiento por conveccinLos hornos con conveccin de aire son ampliamente usados, porque proveen uncalentamiento uniforme y pueden, en cierto grado, secar algunos materiales que con-tengan cierto porcentaje de humedad. Estos hornos proveen un gran margen deseguridad con respecto a las variaciones en tiempo de los ciclos de termoformado.

    Nota importante: Todos los medios de calentamiento mencionados anteriormente, requieren un tiempoconsiderable de precalentamiento del equipo.

    Calentamiento por radiacin infrarojaEste mtodo puede proporcionar calentamiento instantneo y por lo tanto, sus ciclosde exposicin son muy cortos, a veces basta con algunos segundos. Las principalesfuentes que proporcionan este tipo de energa son:

    - Lmparas de cuarzo que emiten en el visible y el cercano infrarojo. - Resistencias cermicas o metlicas que emiten mayor energa y en el lejano infrarojo.

    La superficie de estos calentadores por radiacin puede estar entre los 315 C a 705 C.Debe observarse que a temperaturas ms altas, la masa de la radiacin ocurre a lon-gitudes de onda ms baja. En contraste, a temperaturas ms bajas, la radiacin seesparce sobre longitudes de onda mayores; y esto es sumamente importante, puestoque cada plstico absorbe radiacin infraroja en distintas regiones. Solo la radiacinabsorbida se utiliza para calentar el plstico directamente.

    Calentamiento internoEste mtodo no ha tenido suficiente aplicacin en el termoformado, en virtud que elequipo es muy costoso. Adems, no es aplicable a todos los termoplsticos y lostiempos de enfriamiento son demasiado largos, siendo aplicable a los procesos de for-mado donde se requiere calentamiento localizado en una zona especfica del material,

  • 21 Manual de termoformado

    por ejemplo, el formado de cantos de material que tienen un alto factor de prdida,como el P.V.C.En ciertas aplicaciones, los productos termoformados presentan secciones de paredno uniformes, an cuando la lmina ha sido uniformemente calentada. El encogimien-to heterogneo de la lmina se debe al propio diseo de la parte. En estos casos espe-ciales, controlando el calentamiento por secciones dar zonas de pared ms uni-formes. Este procedimiento se llama sombreado o empantallado, y consiste en colo-car un filtro no flamable que regule el calor (una malla de alambre, asbesto; etc.) entrela lmina y la fuente de calor, con esto disminuir el flujo de calor hacia ciertas reasdel material y evitar excesivos estiramientos de esa zona.

    En los equipos ms sofisticados hoy en da, se tienen controles electrnicos y ele-mentos de cermica parablicos que permiten calentar con variabilidad diferenteszonas de la lmina.

    Antes de iniciar con las temperaturas y ciclos de formado, se establecern ciertos tr-minos como son:

    a) Temperatura de desmoldeo b) Lmite inferior de operacin c) Temperatura normal de formado d) Lmite superior de operacin

    Temperatura de desmoldeoTemperatura a la cual la pieza puede ser removida del molde sin distorsionarse. Enocasiones se puede remover a mayores temperaturas si se utilizan dispositivos deenfriamiento.

    Lmite inferior de operacinEste representa la temperatura ms baja a la que el material puede ser formado sincrear esfuerzos internos. Esto significa que la lmina plstica debe tocar cada esquinadel molde antes de que alcance su Imite ms bajo. El material que se procesa abajode este lmite presentar esfuerzos internos que posteriormente causarn distorsiones,prdida de brillo, craqueo u otros cambios fsicos en el producto terminado.

    Temperatura normal de formadoEs la temperatura a la cual la lmina deber ser formada en una operacin normal. Estatemperatura deber alcanzarse en toda la lmina. Termoformados de poca profundi-dad con ayuda de aire o vaco permitirn manejar temperaturas un poco ms bajas yse traduce en ciclos ms cortos; pero, por otra parte, se requieren temperaturas ele-vadas para formados profundos o para operaciones de pre-estiramiento, detalles oradios intrincados.

    Temperaturasy ciclos de

    formado

  • 22 Manual de termoformado

    Lmite superior de operacinEs la temperatura en la cual la lmina termoplstica comienza a degradarse, as tam-bin, se torna demasiado fluida y no se puede manipular. Estas temperaturas sepueden exceder, pero solamente con formulaciones modificadas que mejoren laspropiedades fsicas de la lmina. El moldeo por inyeccin y extrusin utiliza, de hecho,temperaturas mucho ms altas, pero slo por periodos de tiempo muy cortos.

    Recomendaciones generalesa) Las caractersticas del producto terminado sern determinadas por el tipo de tc-

    nica de termoformado que se aplique.

    b) El material debe ser calentado uniformemente al punto de revenido y formado, antes de que se enfre por debajo de su temperatura de moldeo.

    c) El acrlico debe de enfriarse lenta y uniformemente mientras est en el molde.

    d) La pieza formada debe de enfriarse antes de darle cualquier acabado, como pinturapor aspersin o serigrafa.

    e) En el diseo de la pieza debe tomarse en consideracin un encogimiento del 2% en ambas direcciones y un aumento del 4% en el espesor, as como una contraccin del 0.6% al 1% al enfriar.

    Temperaturas y ciclos de formadoComo ya se mencion con anterioridad, uno de los pasos ms importantes en el pro-ceso de termoformado, es la determinacin de la temperatura correcta en el material.En el acrlico, una adecuada seleccin de la temperatura de revenido o temperaturanormal de formado, evitar que:

    A baja temperatura: Se concentren esfuerzos internos en la pieza termoformada que, posteriormente, concambios bruscos en la temperaratura ambiente se revelan en forma de fisuras ocraqueo.

    A alta temperatura: En la pieza se produzcan burbujas y marcas de molde, por un excesivo calentamien-to.

    En la Tabla No. 9 se definen los rangos de temperatura para la lmina acrlica Plastiglasde uso general y Sensacryl FPMR, lmina de moldeo profundo.

  • 23 Manual de termoformado

    En Mxico, debido al alto costo de la energa elctrica, es mas comn utilizar un hornode conveccin con recirculacin forzada de aire por medio de gas para lo cual es degran utilidad una frmula muy prctica para determinar el tiempo de permanencia deuna lmina de acrlico, tomando en cuenta el rango de temperatura de revenido previa-mente ajustado.

    Frmula: 2.1 x E (mm) = T (minutos) En donde: 2.1 = Factor, E = Espesor del material en milmetros, T = Tiempo en minutos

    Esta frmula es aplicable a lminas Plastiglas de espesor delgado (1 a 6 mm). Paraespesores mayores es necesario cambiar el factor, quedando as:

    Frmula: 3 X E (mm) = T (minutos)

    Y como se ha mencionado anteriormente, existen variables que pueden modificarestas frmulas, tales como: la temperatura ambiente donde se encuentra localizado elhorno, la poca del ao (especialmente en climas extremosos), la fluctuacin en elespesor del material y las condiciones del equipo entre otras.

    Temperaturas de formadoTodos los materiales termoplsticos tienen una temperatura especfica de proceso.Estos rangos aplican sin tomar en cuenta como va a ser procesado el material. A con-tinuacin se enlistan los materiales ms utilizados comparados con el acrlico:

    TIPO DE MATERIALLMITE INFERIOR

    (OC)LMITE SUPERIOR

    (OC)

    RANGO DE TEMPERATURA

    Lmina acrlica PLASTIGLAS (Uso general)Lmina acrlica Sensacryl(Moldeo profundo)

    160

    180

    180

    200

    Tabla No.9

  • 24 Manual de termoformado

    Otro de los factores importantes en el proceso de termoformado, es la determinacinde la temperatura correcta en el material plstico. Se debe considerar que, independi-entemente del medio de transmisin de calor, la hoja debe ser calentada al rango detemperatura recomendado (rango de revenido), adems de que la hoja deber tener uncalentamiento uniforme.

    Ya en la prctica, no es fcil el establecer con precisin la temperatura de la hoja, inclu-sive con termmetros de contacto; por lo tanto, la determinacin est basada en elcomportamiento de la hoja. El cambio gradual en el cual la hoja cede durante el pro-ceso de calentamiento (punto de revenido), es uno de los signos que sirve paraestablecer una temperatura adecuada. Se han desarrollado algunos controles paraequipos de termoformado por radiacin infraroja, donde la lmina es sujetada en posi-cin horizontal, y que utilizan el fenmeno del "cede" o "pandeamiento" y controlan eltiempo y/o temperatura de calentamiento, por medio de clulas fotoelctricas.

    MATERIALTEMP. DELA HOJA

    (0C )

    LIMITEINFERIOR

    (0C )

    LMITESUPERIOR

    (0C )

    TEMP. DELMOLDE

    (0C )

    TEMP. DELA AYUDAMEC. (0C )

    TEMP. DEDESMOLDEO

    (0C )

    NORMAL(0C )

    Acrlico PLASTIGLAS Acrlico Sensacryl FPABS PolicarbonatoPolietileno AD

    160- 180180-200125-180200-250160-220

    160 180125 200160

    170190165235190

    180200180250220

    100140170

    12013085

    14085

    65-7570-8070-85

    90-12090-100

    Tabla No. 10. Rangos de temperatura de formado

    Determinacinde la

    temperaturacorrecta en el

    material

    Clamp

    MarcoCaja de vaco

    Celdas fotoelctricasVlvula solenoide controladapor celdas fotoelctricas

  • 25 Manual de termoformado

    Sin embargo, este criterio no puede ser aplicado indiscriminadamente a todos losplsticos, ya que algunos materiales pueden sobrecalentarse antes de empezar aceder o pandearse. An cuando se establece un rango de temperatura, puede noobtenerse el resultado que se espera como temperatura en la lmina; esto puede sercausado por:

    a) Fluctuaciones en el espesor del material.b) Cambios de temperatura del equipo y/o medio ambiente.c) Fluctuaciones mnimas en el voltaje de la lnea (para equipo de calentamiento infrarojo).d) Probablemente el regulador del equipo de gas con circulacin forzada de aire no es

    el adecuado, no existe la suficiente presin de gas; no es el quemador adecuado o este ltimo est tapado con olln, etc.

    Existen pirmetros en forma de cono, tablillas para calentamiento por radiacininfraroja o por gas (aire caliente), que pueden dar una medicin ms exacta. Aunqueposiblemente, la mejor forma de medir la temperatura en la lmina es mediante unapistola infraroja, que la mide por zonas; an cuando este equipo es costoso, es elnico que mide con exactitud y confiabilidad la temperatura de la hoja.

  • 26 Manual de termoformado

    Equipos de termoformado

    Originalmente, los hornos de conveccin fueron los primeros equipos para el calen-tamiento de hojas plsticas para termoformado y hasta hoy en da se mantiene estapreferencia para el calentamiento de lminas de diferentes espesores y para una dis-tribucin uniforme de la temperatura.

    El calentamiento puede ser suministrado por medio de gas o por unidades de resisten-cias elctricas. La recirculacin forzada de aire y deflectores para lograr que el aire cir-cule de 4,500 a 6,100 cm3/min (150 a 200 pies3/min), son cruciales para obtener unatemperatura homognea. La temperatura del horno debe ajustarse a la temperatura deformado del plstico.

    El calentamiento por radiacin infraroja, en comparacin con la de inmersin en aceiteo calentamiento por contacto (las dos ltimas muy limitadas en la prctica), esextremadamente rpida. Por ejemplo, el tiempo de calentamiento por radiacin infraro-ja en una lmina de 3.0 mm. se puede lograr en un minuto a 10 watts/pulg2, aproxi-madamente.

    Debido a que en el calentamiento por radiacin infraroja el tiempo es extremadamentecorto, la energa calorfica que absorbe la lmina puede provocar un sobrecalen-tamiento que inclusive, repercutir en la degradacin del material (burbujas o que-maduras) si no se controla. Es importante considerar que en corridas largas, es nece-sario disminuir gradualmente la temperatura del horno.

    En algunos casos, cuando el producto tenga secciones intrincadas o muy profundas,se correr el riesgo de un adelgazamiento considerable en el espesor del material; aques necesaria la utilizacin de pantallas (pueden ser hechas con lmina perforada odesplegada metlica) para evitar el sobrecalentamiento.

    Los elementos de radiacin infraroja se pueden obtener en una gama muy amplia dediseos, en orden de importancia son:

    1. Filamentos de tungsteno en tubos de cuarzo o lmparas (2,200 C de temperatura). 2. Resistencia tipo resorte de nicromio en bases de cermica refractaria. 3. Resistencias de nicromio protegidas por tubular de lmina o acero inoxidable.

    Existen fabricantes de mquinas termoformadoras de radiacin infraroja en una granvariedad de tamaos, capacidad, grado de automatizacin y versatilidad.

  • 27 Manual de termoformado

    Horno de gascon circulacnforzada de aire

    Las especificaciones para la adquisicin de una mquina termoformadora varan,dependiendo del producto terminado que se pretende obtener y por lo tanto es nece-sario considerar:

    Voltaje, wattaje, amperaje, rea til de formado, nmero de calefactores (inferior ysuperior), controles de regulacin de temperaturas por zonas, grado de automati-zacin, capacidad para aceptar ayudas mecnicas, tipo de sujecin de la lmina (clamps mecnicos, neumticos, etc.), ventiladores para el enfriamiento de la pieza,dimensiones generales, capacidad de produccin, costo-beneficio.

    ste proporciona calor uniforme y temperatura constante con el mnimo riesgo desobrecalentar la lmina acrlica. Se deben utilizar ventiladores elctricos para forzaral aire caliente a circular por la lmina acrlica a una velocidad aproximada de 4,500a 6,100 cm3/min., y dispositivos para distribuir el aire hacia todas las zonas del horno.

    Los hornos de gas requieren de intercambiadores de calor para prevenir la acumu-lacin de tizne provocado por el flujo de gas, asi como controles para interrumpir elpaso de gas en caso de ser necesario.

    Los hornos elctricos pueden ser calentados, utilizando grupos de resistencias de1000 watts. En el caso de usar un horno con capacidad de 10 m3, se consumirn,aproximadamente 25,000 watts de potencia y la mitad de sta ser utilizada paracompensar la prdida de calor por fugas, transmisin del aislamiento y por el uso depuertas. Se sugiere que el espesor de aislamiento sea de 2" como mnimo y que laspuertas del horno sean lo ms angostas posibles, para reducir al mximo la prdidade temperatura.

    Se deben utilizar dispositivos automticos para el control estricto de temperaturaentre los 0 C y 250 C. Para obtener un calentamiento ms uniforme de la lmina esimportante que se cuelgue en forma vertical y esto se puede lograr contando con unsistema que sujete el material a lo largo con broches o canales con resortes y questos se recorran por medio de carretillas que se deslicen sobre rieles tipo clset.

    Criterios bsicos para la construccin de un horno de gas con circulacin forzadade aireLa mejor sugerencia que se puede hacer al respecto, es solicitar a cualquier fabri-cante de hornos industriales la construccin de uno con las caractersticas ya men-cionadas anteriormente, ya que la construccin sobre todo del sistema de calen-tamiento y la puesta en operacin es muy riesgosa para cualquier persona conconocimientos superficiales sobre el tema.

    Este tipo de equipo debe ser aprobado por especialistas en instalaciones de gas asmismo debe ser registrado ante las autoridades correspondientes.

  • 28 Manual de termoformado

    Es tambin importante resaltar que la informacin que aqu se proporciona, slo esten funcin de la estructura metlica y sistema de fijacin para la lmina de acrlico. Laconstruccin del horno se puede dividir en los siguientes subsistemas:

    a) Estructura b) Fijacin de la lmina acrlica c) Sistema elctrico d) Instalacin de gas e) Controles

    Recomendaciones para la fabricacin del hornoFabricacin de la estructura con tubular de fierro comercial de 1 1/2" X 1 1/2" 2"X 2".

    a) Cortar el tubular a las medidas, segn diseo adaptado a las necesidades.b) Soldar las paredes laterales.c) Soldar la pared superior, inferior y trasera; para unirlas con las paredes laterales

    y as contar con la estructura completa.d) Forrar la parte interna de la estructura con lmina negra cal. 18, remachada con

    "pop" o punteada con soldadura elctrica. e) Cubrir los huecos (espesor del tubular) con placa rgida de fibra de vidrio para ais-

    lamiento trmico clave RF-4100, u otro similar.f) Forrar la parte exterior de la estructura con lmina negra cal. 18 y remachar con

    "pop" o soldar.g) Fabricar las puertas con estructura de tubular de PTR 1" X 1" y hacerla en la misma

    forma que las otras paredes; estas debern ser ms cortas para que pasen las guas. h) Colocar las puertas en el horno por medio de bisagras.i) Colocar en el horno guas tipo clset, stas debern ser del doble de largo que el

    horno. Se fijarn por medio de tornillos en la pared superior del horno. Una vez suje-tas al horno y ya en el lugar en donde va a quedar fijo ste, se sujetarn las guas por medio de soportes al techo o estructura del local.

    ESTRUCTURA DEL HORNO DE GAS CON RECIRCULACIN DE AIRE

    Guas tipo clset

    Soportes de placa en U de 1/4

    En esta seccin se ubicael ventilador elctricopara forzar el aire

    Todas las uniones debern ir soldadas con soldadura elctrica

    Perfil tubular rectangular de1 1/2 X 1 1/2 2 X 2

  • 29 Manual de termoformado

    Placa de fierro de 1/4

    Bisagra de fierro

    Resorte

    RondanaTuerca

    Perfil tipo C cal No. 18

    Lmina de acrlico

    Manija de solerade 1/4

    Barra de Cold-rolled de 5/16

    SISTEMA DE FIJACIN DE LA LMINA DE ACRLICO

    VISTA FRONTAL Y DETALLE DE LA PUERTA DEL HORNO Y SISTEMA DE CORREDERA

    Sujecin al techo del local por mediode cable trenzado de acero

    Barra de cold-rolled de 1/2 de dimetro en forma de gancho

    Ensamble al sistema de sujecin de la lmina de acrlico

    ngulo de fierro de 1 1/2 x 1 1/2

    Barra de Cold-rolledde 1/2 de dimetro

    Perfil tipo clset de1 3/4 x 2 (riel 1500)

    Carretilla del No. 50

    Puerta del horno

  • 30 Manual de termoformado

    Es comnmente utilizado en las mquinas termoformadoras automticas, calentandola lmina por medio de radiacin a una velocidad de 3 a 10 veces ms rpido que enun horno con circulacin forzada de aire, proporcionando as, ciclos de calentamientomuy reducidos, es necesario subrayar que la relacin temperatura-tiempo se vuelvecrtica y es ms difcil obtener un calentamiento uniforme del material.

    Horno decalentamiento

    infrarrojo

    VISTA LATERAL Y DETALLE DE LA PUERTA DEL HORNO Y SISTEMA DE CORREDERA

    Sujecin al techo dellocal por medio de cabletrenzado de acerongulo de fierro de

    1 1/2 x 1 1/2

    ngulo de fierro de2 1/2 x 2 1/2

    Perfil tipo clset de1 3/4 x 2 (riel 1500)

    Carretilla del No. 50

    Puerta del horno

  • 31 Manual de termoformado

    La energa infrarroja es absorbida por la superficie expuesta del acrlico, alcanzandorpidamente temperaturas sobre 180 C para despus ser transmitida al centro delmaterial por la conduccin de temperatura.

    El calentamiento por radiacin infrarroja se puede obtener usando elementos tubularesde metal, resistencias elctricas de espiral (tipo resorte), o agrupando lmparas de luzinfraroja. Para lograr una distribucin del calentamiento ms uniforme, se puede mon-tar entre los elementos de calentamiento y el material una red o malla metlica quefuncione como difusor de temperatura. Asimismo, es conveniente colocar la planchade calentamiento infraroja, aproximadamente a 30 cms. del material y la plancha infe-rior a aproximadamente 50 cms. de distancia.

    Para regular la entrada de energa alequipo, es recomendable utilizar disposi-tivos tales como transformadores varia-bles o medidores de porcentaje que ayu-den al control de temperatura. Es reco-mendable tambin hacer una planeacinde las cargas de energa elctrica, losequipos de gran capacidad, inclusivenecesitarn una subestacin elctrica.

    Una resistencia elctrica puede usarse nicamente para formar dobleces en lnearecta; para sto, es necesario contar con una resistencia elctrica de tipo resorte (No.20) o del tipo blindada (aproximadamente 1 Kw. X 1.2 Mts.).

    Las resistencias lineales son de alambre, encerradas en tubos de cermica Pyrex. Elmaterial no deber entrar en contacto con el tubo para evitar marcas en la superficie.Se recomienda una distancia de 6 mm. del tubo al material para lograr un calen-tamiento uniforme en material delgado.

    Cuando se va a calentar por este procedimiento material de ms de 3.0 mm. de espe-sor, es aconsejable colocar resistencias en ambos lados del mismo. En la siguienteilustracin, se ejemplifica como una dobladora con placas de asbesto al principio dela produccin proporcionar un doblez adecuado, pero conforme se avanza en la pro-duccin la zona de calentamiento se amplifica dando por resultado un doblez conradio mayor, es por esto que una resistencia con recirculacin de agua es mucho msconveniente para el doblez de acrlico.

    Resistenciaselctricas de

    calentamientolineal

  • 32 Manual de termoformado

    Lmina de acrlico Zona de calentamiento

    Resistencia elctrica

    Placas de asbesto

    Lmina de acrlico Zona de calentamiento

    Resistencia elctrica

    Placas de asbesto

    Criterios bsicos para la construccin de una resistencia elctrica de calentamiento linealEl termoformado bidimensional o doblez lineal, se puede realizar con una resistenciatipo resorte o una resistencia tubular. La construccin de estos equipos estar condi-cionada al espesor, tipo de doblez y volumen a producir. Generalmente, una resisten-cia de 1.2 mts. de largo es lo ms usual, aunque una de 60 cms. tambin es acep-table, las especificaciones para esta resistencia sern de 1 Kw. por cada 1.2 mts, ascon una regIa de tres es posible deducir el consumo ya sea para una resistencia demayor o menor longitud.

    Las dobladoras de acrlico ms comunes son las construidas con placas de asbestocomo paredes laterales, stas son adecuadas siempre y cuando no se requiera unvolmen a producir alto, ya que las placas de asbesto al estar sometidas a la mismaradiacin infraroja tender a calentarse y por lo tanto, aumentar el rea de calen-tamiento, con la consecuente desviacin de los estndares de produccin de unapieza. Es decir, al inicio de la produccin, se tendrn radios pequeos y, conforme seavanza en la produccin, la zona de calentamiento ser ms ancha, provocando unradio mayor.

    Una dobladora de resistencia elctrica con recirculacin de agua ser ms eficaz y seproducirn piezas con una mejor calidad de doblado. Este equipo requiere de perfilestubulares que permitirn la recirculacin de agua, misma que mantendr fra la super-ficie y slo permitir una zona de calentamiento uniforme. A continuacin se enlistanlos materiales requeridos para la construccin de estas dobladoras.

    La incorporacin de un restato para controlar la intensidad de temperatura en la lmi-na de acrlico es importante, ya que proporcionar el ritmo adecuado en una produc-cin y, obviamente, una disminucin en el costo de la energa elctrica.

  • 33 Manual de termoformado

    DOBLADORA CON PLACAS DE ASBESTO

    DOBLADORA CON RECIRCULACIN DE AGUA

    Resistencia tipo resorte, tubular o cinta denicromio. Cable del No.16 o 18 con aislante de fibra de vidrio.Terminales. Cable de uso rudo 2 X 14. Clavija. Dimmer 500, 1000, 2000 3000 watts. Placa de asbesto de 1/8", 3/16" o 1/4".

    Resistencia tipo resorte, tubular o cinta denicromio. Cable del No.16 o 18 con aislante de fibra de vidrio.Terminales. Cable de uso rudo 2 X 14. Clavija. Dimmer 500, 1000, 2000 3000 watts. Perfil tubular de aluminio de 3/4" x, 3/4".Manguera, 6 mts.Abrazaderas.Tanque de almacenamiento de 10 a 20 lts. aprox.Bomba de agua para jardn.

  • 34 Manual de termoformado

    Equipo complementario: vaco, aire a presin yfuerzas mecnicas

    El proceso de termoformado consiste en calentar y reblandecer una hoja de cualquiermaterial termoplstico y someterla a que adopte la configuracin del molde corres-pondiente para as, obtener un producto casi terminado con una morfologa particular.

    A veces ser necesario utilizar una fuerza externa para darle forma a una hoja plana enotra forma diferente y que se le obligue a que copie todo el contorno y los detalles delmolde. El nivel de energa o gasto de esta fuerza debe ser ajustable para que la hojade plstico pueda ser fcilmente obligada a adoptar otra forma.

    Las fuerzas de formado ms comunmente utilizadas en el proceso de termoformadoson: vaco o aire a presin, fuerzas mecnicas y la combinacin de estas tres. La selec-cin de una fuerza de formado en el proceso de formado, generalmente est condi-cionada al tamao del producto, volumen a producir y la velocidad de los ciclos de for-mado.

    Adicionalmente a este criterio, tambin deben ser considerados los factores que enseguida se mencionan, ya que cualquiera de stos puede marcar una diferencia en laseleccin de la fuerza de formado:

    a) Las limitaciones intrnsecas de cada material termoplstico. b) La construccin y material del molde. c) El equipo de termoformado disponible.

    El mtodo ms antiguo para formar una hoja de plstico en una pieza utilitaria, es elformado al vaco. La descripcin original para el proceso de termoformado fue pre-cisamente el de "formado al vaco".

    El principio bsico del proceso de formado al vaco es el contar con una lmina ter-moplstica reblandecida en un molde perfectamente sellado y donde el aire atrapado

    Formado alvaco

    ser evacuado por la fuerza de vaco osuccin. A medida que el aire es evacua-do del molde, causa una presin negativasobre la superficie de la hoja y por lotanto, la presin atmosfrica natural ce-der para forzar a la hoja calentada aocupar los espacios vacos, tal como sepuede apreciar en esta ilustracin.

    LminaAcrlica

  • 35 Manual de termoformado

    Equipos de vacoExiste una gran variedad de bombas de vaco: de pistn reciprocante, de diafragma,de paletas, de rotor excntrico, etctera. Todas estas proporcionan un buen vaco,pero no son capaces de evacuar un volumen grande de aire a gran velocidad; por estarazn es necesario conectar un tanque de reserva que sirva como un "acumulador devaco". Por otra parte, hay compresores que pueden desplazar un gran volumen deaire pero son limitados en cuanto a fuerza de vaco.

    Un adecuado sistema de vaco requiere de una bomba capaz de desplazar de 710 a735 mm. de Hg. (28 a 29 Pulg. Hg o de 0.5 a 1 Psi absoluto) en el tanque de almace-namiento previo al ciclo de formado.

    La lnea, ducto o tubera entre el tanque de almacenamiento y el molde deber ser loms corta posible y con un mnimo de codos. Es importante eliminar fugas de aire portubera daada, mangueras perforadas, copIes o niples flojos, asi como vlvulas nonecesarias. Se recomienda utilizar vlvulas de accin rpida o de bola. Las bombas devaco estn disponibles en uno o dos pasos. Una bomba de vaco de dos pasos puedeevacuar presiones abajo de 10 Psi; la capacidad de desplazamiento o evacuacin parauna bomba de un paso se reduce a la mitad. En la Tabla No.11 se muestran las capaci-dades tpicas para bombas de vaco.

    Tabla No. 11 Especificaciones tpicas para bombas de vaco

    ESPECIFICACIONES CAPACIDAD TERICA DE VACO

    No. DEClLINDROS

    12 2 2 2 3

    DIMETRO(mm)

    76 76 102 127 140 140

    CARRERA(mm)

    70 70 70 80

    102 102

    POTENCIA

    REQUERIDA

    (Kw)

    0.56 0.74 1.48

    2.2/3.73.7 5.6

    DIAM. DE

    SALIDA DE

    LA TUBERA

    19 25 32 38 52 52

    DOS PASOS

    (M3/MIN)

    ----0.2550.4530.850 1.40 2.80

    UN PASO(M3/MIN)

    0.2550.5100.906 1.70 2.804.22

    VELOCIDAD

    (RPM)

    800 800 800 750900 900

    Tanques de vacoCon excepcin de algunos equipos de vaco, la mayor parte son suministrados con untanque de almacenamiento. Tomando en cuenta que la presin de trabajo es de aproxi-madamente 10 Psi (alrededor de 21 Pulg. Hg /530 mm. Hg) de vaco, entonces el vo-lumen del tanque de almacenamiento deber ser 2.5 veces mayor al volumen com-prendido entre el molde, la caja de vaco y la tubera. Doblando el volumen del tanquede almacenamiento (y con otras condiciones similares) se podr incrementar la presinen un 15% (11.5 Psi), conforme a lo establecido, el lmite terico para el proceso deformado al vaco es de slo 14.7 Psi.

  • 36 Manual de termoformado

    Tanque de almacenamiento (400 lts)

    Manguera flexible de 2

    Vlvula de bola

    Vlvula solenoide Deflector de aire

    Soportes

    En muchos de los casos un rpido desplazamiento de vaco es de gran importancia.Esto slo puede ser efectuado localizando el tanque de vaco lo ms cercano al moldey reduciendo lo ms posible la friccin en la tubera, esto se puede lograr mediante:

    a) Un mayor dimetro de la tubera. b) Contar con curvas generosas en la tubera, evitando codos a 900. c) Cambios en la seccin transversal de la tubera (cambios de dimetros).

    Muchos equipos que se ofrecen en el mercado transgreden estas reglas. En general,se requiere un dimetro de 1 pulg. en la tubera para desplazar 1 pie3 de aire, parapiezas grandes un dimetro de 2 3 pulg. ser adecuado. Es recomendable tambincontar con una manguera flexible de plstico reforzada en su interior con una alma dealambre u otro material para que no permita que se colapse; esto es convenienteconectarlo entre el molde y la tubera, como se muestra en la siguiente ilustracin:

    Aplicacin de las fuerzas de vacoEn general, las bombas operan constantemente para mantener el vaco en el tanquede almacenamiento, existiendo una variacin en la lectura del vacumetro con cadaciclo. El vaco que se provoca en la parte formada debe ser mantenido el tiempo sufi-ciente para que se enfre y resista la fuerza interna del material que tender a conser-var la forma original, causando ondulaciones y pandeo.

    Como regIa general, entre ms rpido se haga el vaco, la apariencia de la pieza sermejor, ocasionalmente es conveniente una velocidad de formado lenta para piezasmuy profundas o de secciones intrincadas. Cuando un molde hembra es muy profundo

  • 37 Manual de termoformado

    y donde la configuracin se vuelve un problema, un vaco lento puede dar al plstico mstiempo para contraerse en la seccin transversal, de este modo se puede eliminar una con-figuracin deficiente.

    En operaciones donde la fuerza de vaco es reemplazada por aire a presin, se debeconsiderar que es ms difcil obtener un sellado satisfactorio del molde. La fuerza deformado fcilmente puede multiplicarse hasta 10 veces si el aire a presin est a 100Psi. Sin embargo pocas veces los moldes pueden resistir tal presin.

    Para el formado con aire a presin, es necesario tomar todas las precauciones posi-bles. Un molde de tamao regular requiere eventualmente una presin de cierre dealgunas toneladas, que naturalmente una prensa comn (tipo "C") no resiste. Es con-veniente entonces utilizar una serie de "clamps" o sujetadores de accin rpida queson muy apropiados para este uso. Un molde pobre en construccin con la presinque se ejerce, puede actuar como una bomba y explotar. Un molde de aluminio o metalmaquinado es una buena seleccin; moldes hechos con madera o resinas no debernser utilizados a menos que se refuercen con metal.

    El equipo de formado a presin debe ser ms fuerte que el de formado a vaco.Igualmente deber contar con tanque similar para el compresor. La tubera no requierede especificaciones estrictas ya que la caida de presin es despreciable. Si en unatubera la caida de presin es de 5 Psi, la prdida de presin en el sistema de vacoser de 10 Psi, el 50% de la presin, pero si el sistema de presin es de 100 Psi,entonces ser del 5%. Es conveniente tambin instalar una vlvula de reduccin depresin y un manmetro, as como un baffle o filtro a la entrada del molde, para que elaire fro nunca est en contacto directo con la hoja caliente. Algunas veces ser nece-sario incorporar calentadores al sistema de aire que ayudarn en grandes soplados,que debern permanecer calientes hasta que la parte se forme en el molde.

    De ser posible, es tambin necesario contar con filtros para eliminar el agua que tiendea condensarse en el sistema y que a la larga puede corroer el equipo, adems de quecombinados con partculas del aire podrn tapar los orificios de ventilacin en losmoldes. Un mantenimiento peridico del equipo es indispensable.

    Formado con aire a

    presin

    El molde cuando as lo requiera debercontar con orificios para ventilacin delaire atrapado y as evitar arrugas o for-mados deficientes.

    El formado con presin de aire se havuelto popular sobre todo en piezaspequeas. Las ventajas de este mtodo

    Acrlico

    Acrlico

    Molde

    Molde

    Orificios de vaco

    Salida de aire

    VACO

    AIRE A PRESIN

  • 38 Manual de termoformado

    son: mejoras en las tolerancias dimensionales, la velocidad de formado se puedeincrementar considerablemente, as como una mejor definicin de los detalles finos.

    Formadomecnico

    El proceso de termoformado no est limi-tado a las tcnicas neumticas; sonvarias las fuerzas mecnicas que sepueden aplicar. La forma ms simple delformado mecnico es utilizado en el for-mado bidimensional, en este caso la hojacalentada es acomodada sobre la super-ficie de un molde curvo que usualmentetiene una superficie suave y la gravedades suficiente para curvar la hoja; es nece-sario que el borde de la hoja sea sujetadopara mantenerlo en posicin hasta que la pieza enfre. Este es el caso de la fabricacindel arco can donde los extremos son firmemente sujetados y no hay variacin en elespesor.

    Formado mecnico molde macho-hembraEl moldeo macho-hembra es usado entre otras cosas, para el formado de piezas com-plicadas. En esta tcnica de moldeo, una hoja calentada es formada entre dos moldesopuestos entre si pero con contornos similares (macho-hembra). Cuando los moldesse unen entre si, los contornos forzarn a la hoja a tomar idntica forma, entre el espa-cio creado entre los dos moldes. Cualquier protuberancia en el molde macho, mecni-camente forzar al plstico en la contraparte (molde hembra). Para una mediana o altaproduccin se utilizan equipos mecnicos para el cierre de los moldes; en otros casosel movimiento es producido por servomotores. Si ambos moldes, tienen una tempera-tura controlada, se puede lograr una reduccin en el tiempo de enfriamiento.

    Hay tres criterios bsicos para tener un buen desempeo en el termoformado me-diante esta tcnica:

    El primero consiste en que la fuerza aplicada, cualquiera que sea la fuente (neumtica,hidrulica o mecnica) deber tener la fuerza suficiente para inducir al plstico a defor-marse, naturalmente una superficie muy grande o un molde muy intrincado requeriruna mayor fuerza de presin.

    El segundo se refiere a una adecuada ventilacin del aire atrapado. La presin que seejerce entre los moldes provoca que entre stos y la hoja quede aire atrapado quedeber ser removido para una buena configuracin de la pieza. Esto se puede lograrbarrenando uno o los dos moldes en las zonas donde se detecte la anomala.

    El tercero est en relacin a la profundidad lmite de estiramiento, que es el resultadode las fuerzas empleadas en el proceso. Es fcilmente comprensible que un esti-

  • 39 Manual de termoformado

    ramiento mximo slo tiene xito cuando el molde tiene ngulos de salida mayores alos 5 y radios de curvatura muy grandes y suavizados, los ngulos muy cercanos a90 pueden llegar a disminuir el estiramiento e inclusive rasgar el material plstico.

    Este mtodo sofisticado de termoformado no debe ser empleado en la totalidad de laconfiguracin del molde, estando limitado su uso a slo algunas partes del molde.

    El formado mecnico molde macho-hembra no depende solamente de las fuerzas quese empleen; usualmente este tipo de formado puede ser combinado con vaco, aire apresin o las dos al mismo tiempo. Consecuentemente, el molde macho-hembra notiene que coincidir exactamente, el molde macho podr ser relativamente inferior endimensiones y substancialmente diferente en forma al molde hembra.

    Cuando estn hechos de esta forma pueden actuar como "empujadores" en la hojaplstica. Este tipo de asistencia se denomina ayuda mecnica, porque presiona elmaterial reblandecido en el molde hembra. El propsito de esta ayuda es el de pre-estirar el material para que la forma final sea lograda en combinacin de vaco y/o pre-sin de aire.

    Usando ayudas mecnicas en el proceso, se tiene la ventaja de una mejor distribucindel espesor del material, sobre cualquier otro proceso. Con la combinacin de estastcnicas se puede obtener muchas variantes en el proceso. Dichas variantes puedenser cambios en la presin de vaco, el tiempo de aplicacin de vaco o presin, lavelocidad de cierre de los moldes, o los ciclos de formado.

    Usualmente las ayudas mecnicas se construyen en madera. Las maderas duras otropicales son las ms usadas en la fabricacin de ayudas. En algunos casos es posi-ble incorporar postizos de otros materiales plsticos como nylon, poliuretano rgido,acrilamidas, aluminio o acero que son fcilmente maquinables.

    En casos en que el volumen a producir lo requiera, es posible incorporar un sistemade enfriamiento y/o calentamiento. La decisin de calentar y/o enfriar la ayuda, sedebe tomar en cuenta desde el diseo ya que posteriormente ser muy difcil si noimposible el tratar de acondicionar un elemento calefactor, por este motivo debernrealizarse los maquinados necesarios para la incorporacin del sistema.

    Cuando la ayuda est muy fra, la hoja seguramente se enfriar sobre sta. El enfria-miento suele ocurrir entre los puntos que comprenden la ayuda y la hoja y entre la hojay el molde. En casos muy extremos, la hoja podr encogerse sobre la ayuda duranteel formado.

    Si la ayuda mecnica esta muy caliente, la hoja se deslizar sobre el borde de la ayuda,en este caso la ayuda simplemente presionar sobre la hoja. Puede ocurrir un esti-ramiento en la hoja entre el rea que comprende la ayuda y el borde del molde.

    Tcnicas combinadas

    Diseo de ayudas

    mecnicas

  • 40 Manual de termoformado

    La forma de la ayuda va a tener unainfluencia determinante en la pared oespesor de la pieza final. En la siguienteilustracin se pueden apreciar tres tiposdiferentes de ayuda.

    Ayuda tipo superficie planay cantos romos Ayuda tipo envase de lata

    Ayuda tipo esfrica

    Ayuda tipo superficie plana y cantos romossta permite que la hoja tenga un estiramiento entre la ayuda y el borde del molde ymientras tanto se presentar un enfriamiento de la hoja en la parte en contacto con laextremidad o borde de la ayuda. Una pieza formada por este mtodo tendr un fondogrueso y paredes delgadas.

    Ayuda tipo envase de lataEn esta segunda alternativa, la hoja entra en contacto y se enfra rpidamente slo enla pequea zona perimetral de la ayuda. El estiramiento es similar al tipo de ayudaplana, pero la zona central en la ayuda permite un estiramiento adicional.

    Ayuda tipo esfricaPor otro lado, en este tipo slo un rea pequea entra en contacto con la ayuda. Puedeocurrir que en este caso exista un estiramiento significativo mientras la ayuda avanza,por lo tanto el rea perimetral entre el borde y la ayuda disminuir.

  • 41 Manual de termoformado

    Eleccin deltipo de

    tcnica de termoformado

    Citerios para el diseo

    de productos termoformados

    Moldes de termoformado

    Uno de los aspectos ms importantes que se deben tomar en cuenta para el termo-formado de piezas, es la tcnica de termoformado a emplear, ya que si por las carac-tersticas del producto se utiliza una tcnica inadecuada, lo ms probable es que sepresenten problemas antes de obtener una pieza con las especificaciones que sedeterminaron desde un principio y en muchos de los casos se puede tener un fracasocon las consecuentes prdidas de tiempo, dinero y recursos. Por eso, antes de pro-ceder a fabricar un molde debemos considerar lo siguiente:

    1. La forma y dimensiones de la pieza.

    2. La apariencia deseada.

    3. La tcnica de termoformado.

    Con base en estos factores, se podr planear y anticipar posibles defectos de laspiezas. En este captulo se analizarn todas las variables que se presentan cuando serequiere fabricar un molde de termoformado.

    Hay que mencionar que la tcnica de termoformado aunque verstil y flexible, difiereen cuanto a apariencia y caractersticas en comparacin a los productos fabricadospor moldeo en inyeccin. En la siguiente tabla comparativa se podrn analizar susdiferencias bsicas. En conclusin, para el diseo de piezas termoformadas es nece-sario establecer los siguientes criterios:

    1. Deber considerarse un adelgazamiento en el espesor del material, esto depender ms que nada de la forma, tamao y tcnica utilizada (Captulo 8). En trminos gene-rales se puede considerar que el adelgazamiento en el espesor del material es direc-tamente proporcional a la altura de la pieza.

    2. Deber considerarse un ngulo de salida de moldeo entre 3 y 5.

    3. Deber tomarse en cuenta una contraccin en la pieza del 0.6 al 1% al enfriar.

    4. Por lo general, la superficie de la pieza termoformada ser lisa, aunque es posible obtener algunas texturas.

    5. En el diseo de la pieza es conveniente incluir radios grandes; es posible obtener aristas, pero podrn causar rasgaduras en el material.

  • 42 Manual de termoformado

    VARIABLESPROCESO

    INYECCIN TERMOFORMADO

    Espesor. ngulos de salida del molde.Temperatura de moldeo .Tolerancia dimensional.

    Insertos.

    Acabado superficial .

    Produccin.

    Molde.

    Posibilidad de hacer nervaduras, agujeros de todo tipo, roscas, etc.Scrap. Desperdicio de material.

    Radios.

    Tiempo de desarrollo de la pieza(desde el diseo, molde y pruebas).Tratamiento y acabados posteriores.

    Constante. 0.5 a 1.

    200 C - 240 C. Excelente.

    Es posible la insercin de elementos en otros materiales.Se pueden lograr superficieslisas o con cualquier textura.

    Alta produccin, cientos o milesde piezas diarias.

    De acero con aleaciones o tratados alto costo, diseo

    complejo, molde macho hembra.

    Si.

    Muy poco.Es recuperable.

    Es necesario redondear las aristas, aproximadamente

    1.5 del espesor del material.

    De 3 a 6 meses.

    Se puede aplicar cualquiertratamiento o acabado (pintado,

    hot-stamping, metalizado, serigrafa, etc.).

    Variable.3- 5.

    160 C - 180C. Relativamente buena, no para

    piezas de precisin.Se puede preparar la superficiedel molde para admitir insertos.Slo superficies lisas y algunas

    texturas no muy profundas. Media produccin algunas decenas de piezas diarias

    Variedad de materiales, costo relativamente bajo, diseo

    sencillo, se puede utilizar moldehembra o macho.

    No.

    Depende de la forma de la pieza,aproximadamente un 25% dedesperdicio y es recuperable.

    Se requieren radios comparativa-mente ms grandes, desde 1cm.a 5 cm. depende de la forma y

    profundidad.1 mes mximo.

    Se puede aplicar cualquiertratamiento o acabado (pintado,

    hot-stamping, metalizado, serigrafa, etc.) .

    Tabla No.12 Diferencias Bsicas entre el Proceso de Inyeccin y el de Termoformado

  • 43 Manual de termoformado

    Los criterios que se presentan a continuacin, son los factores clave en el xito parala produccin de piezas termoformadas. Estos son el punto medular para cualquierdesarrollo que se pretenda fabricar, pero tambin es de vital importancia profundizaren estos conceptos, ms adelante se analizar a detalle aquellas consideraciones enel diseo de moldes. Luego entonces estos criterios bsicos y las consideraciones enel diseo de moldes sern los parmetros fundamentales para la construccin demoldes de termoformado, no importando la complejidad que stos puedan tener. Hayque hacer mencin tambin que en la construccin de moldes es necesaria la evalua-cin de los siguientes conceptos:

    1. Forma y dimensiones de la pieza.

    2. Apariencia de la pieza.

    3. Volumen estimado de fabricacin.

    Ponderando estos conceptos, posiblemente el ms importante sea el del volumenestimado de produccin, ya que de ste depender la definicin del tipo de molde,material, acabado, tcnica de termoformado, etc. A continuacin se presentar los cri-terios para el diseo del molde:

    Criterios parael diseo del

    molde de termoformado

    1. Un molde macho es ms fcil de usar,cuesta menos y es el ms adecuado paraformar piezas profundas. En general unmolde hembra no deber emplearse paraformar piezas que requieran una profun-didad mayor de la mitad del ancho de lapieza. El molde hembra se usar cuandola pieza terminada requiera que la caracncava no tenga contacto con el molde.

    2. Los moldes debern contar con sufi-cientes orificios de vaco para que lalmina revenida pueda conformarse a laspartes crticas del molde, los orificios devaco debern hacerse en las partes msprofundas y en las reas en donde el airepueda quedar atrapado, deben ser losuficientemente pequeos para nocausar marcas (de 1/32" a 1/8" de di-metro). Se puede lograr un vaco msefectivo si el orificio es agrandado por laparte interna.

  • 44 Manual de termoformado

    3. Deber proveerse de conductos quepermitan la circulacin de agua o aceite atravs del molde cuando se requiera uncontrol de temperatura en el mismo.

    4. Cuando las dimensiones de la piezaformada sean crticas, los moldes de-bern construirse de dimensiones mayo-res para compensar la contraccin delmaterial. La contraccin que debe esperarse de latemperatura de moldeo a la temperaturaambiente es de 1% mximo.

    5. Una pequea curvatura del molde enlas partes planas de las reas grandes,permitir obtener reas planas al enfriar elmaterial.

    6. No se podrn obtener piezas con pare-des a 90, el molde deber tener un ngu-lo de salida de por lo menos 3.

    7. Es recomendable redondear las aris-tas, ya que el formado en vrtice acumu-la esfuerzos internos. La resistencia de lapieza ser mayor diseando orillas,esquinas y cantos redondeados.

    30

  • 45 Manual de termoformado

    8. Las partes delgadas o ms dbiles,pueden reforzarse con costillas de refuer-zo. Las costillas reforzarn tambin reasplanas de gran tamao.

    9. Si es necesario moldear incrustando uninserto permanente, debe considerarse,la diferencia del coeficiente de expansinde los diferentes materiales, de lo con-trario podr fallar a causa de un insertoforzado, por la diferencia de expansionesy contracciones de los materiales en con-tacto.

    10. La superficie de los moldes puede serforrada con franela de algodn, fieltro,terciopelo, gamuza u otros materialespara disminuir las marcas del molde. Loms usual es utilizar franela de algodn.

    Consideracionesen el diseo de

    moldes de termoformado

    Una de las grandes ventajas del proceso de termoformado es la diversidad y tipo demoldes que se pueden fabricar a un costo muy bajo y en tiempos relativamente cor-tos, teniendo una gran aceptacin en varias aplicaciones sobre otros procesos.

    Generalmente y a diferencia de los moldes para inyeccin, slo la mitad del molde senecesita y depende de la forma del producto, la apariencia deseada y la tcnica selec-cionada (puede ser molde macho o hembra).

    La eleccin de cual es la indicada se vuelve ms importante cuando la parte a termo-formar es ms profunda. Cuando son piezas poco profundas, perfiles pequeos ocuando el adelgazamiento en el espesor del material es despreciable, entonces laeleccin depender de la apariencia de la pieza. Si el detalle del molde es importante,entonces el lado de la hoja de plstico que toca la superficie del molde, deber ser lavista de la pieza.

    AIgunas veces un radio mayor o apariencia suave es deseable o si la hoja de materialpresenta una superficie agradable, entonces en estos casos la cara que no toca lasuperficie del molde ser la vista de la pieza, adems de que se puede obtener uncontrol dimensional ms cerrado con la superficie del molde.

    Adelgazamiento en el espesor del materialBajo todas las condiciones de termoformado donde las piezas son formadas por unahoja o lmina de plstico, el rea de la superficie se volver ms larga, habr un esti-ramiento y por lo tanto el espesor del material se volver ms delgado.

  • 46 Manual de termoformado

    Uno de los factores decisivos para este adelgazamiento es el radio, definido general-mente como el radio mximo de profundidad o altura con el mnimo espacio a travsde la abertura. Para estimar este adelgazamiento, uno deber determinar el rea de lahoja disponible para el termoformado y dividirla entre el rea de la pieza final, incluyen-do el desperdicio. Siempre es deseable que los moldes y las piezas termoformadastengan radios de curvatura generosos. Tericamente existe una frmula para determi-nar el porcentaje de adelgazamiento del material, considerando que el material es uni-formemente revenido y estirado.

    A=3B=4C=2D=1E=1

    A=3B=4C=2D=1E=1

    En la prctica, con un micrmetro o calibrador se puede determinar el espesor direc-tamente en la pieza termoformada, cortando pequeos pedazos en las distintas sec-ciones; otros mtodos son usar hojas translcidas y correlacionando la intensidad delcolor contra el adelgazamiento de la hoja. Tambin se puede determinar el espesor,cuadriculando con un marcador de aceite la hoja antes de termoformarla y observar elestiramiento del material.

    % de adelgazamiento= = =espesor final de materialespesor original del material

    rea disponible de la hojarea total de la pieza formada

    A X BA X B X E (2C + 2D)

    Una consideracin que debe tomarse encuenta es la posibilidad de que se for-men arrugas en alguna zona crtica o enla parte inferior de un molde macho ohembra. Si la hoja revenida no es capazde contraerse de la dimensin A a la E, elexceso de material formar arrugas.

  • 47 Manual de termoformado

    En el caso de un molde hembra ocurrelo contrario, la hoja se alargar hasta loscuatro vrtices de la superficie delmolde, resultando extremadamente del-gada. Este efecto puede observarse enla mayora de las tinas termoformadas.

    A continuacin se muestran algunas tcnicas para prevenir arrugas.

    Cuando se utiliza una temperatura baja de moldeo, la hoja conservar una mayortenacidad y elasticidad. Para piezas grandes, se recomienda incrementar el tiempo otemperatura de moldeo con zonas difciles de termoformar y as se minimiza este tipode defecto. En el caso de una lmina de moldeo profundo, por tener una estructuraparcialmente entrecruzada (cross-linking) tiende a minimizar el defecto de las arrugas.Cuando se tienen moldes mltiples se debe de prever el espacio suficiente para pre-venir las arrugas, una distancia de 1.75 veces la altura de la pieza , ser adecuada.

    Encogimiento y tolerancias dimensionalesEl encogimiento y tolerancias dimensionales en el termoformado son diferentes parapiezas formadas en molde macho y aquellas formados en molde hembra. En un moldemacho el encogimiento puede disminuir si la pieza se enfra el mayor tiempo en elmolde. Si el enfriamiento se produce hasta la temperatura ambiente en el molde, elencogimiento ser mnimo. Esto tendr por resultado que la dimensin interna de lapieza ser muy cercana a la dimensin del molde, pero con un ciclo de operacin bas-tante improductivo.

  • 48 Manual de termoformado

    El hecho es, sin embargo, que en los moldes machos la pieza deber desmoldarsetodava cuando est caliente, de lo contrario ser difcil el desmoldeo. A esto precisa-mente se refiere el encogimiento trmico, que es la diferencia proporcional entre latemperatura ambiente y la temperatura al momento de desmoldar. De esta manera,para conservar la dimensin especificada de la pieza, ser necesario que el modelosea ligeramente ms grande.

    En comparacin, con el molde hembra la pieza formada empezar a encogerse tanpronto como la temperatura del material est por debajo de la temperatura de mol-deo. Para mantener una tolerancia cerrada continuamente, la dimensin del moldedeber ser considerablemente incrementada y mantenida la presin de vaco durantetodo el tiempo de operacin.

    Como gua se puede asumir que el encogimiento para moldes macho ser de .127mm/mm (0.005 in/in) y para moldes hembra ser mayor. Para acrlico, policarbonato,polister termoplstico y poliestireno orientado se puede considerar aproximadamente.203 mm/mm (0.008 in/in). De todas maneras, estos valores se deben de tomar concautela, ya que las siguientes condiciones pueden hacerlos variar significativamente:

    1. Temperatura del molde: con una diferencia de 10 C (15 F), podr cambiar el enco- gimiento arriba de .0254 mm/mm (0.001 in/in).

    2. Tamao y espesor: Se refiere al ngulo de salida limitado por el molde y al efectoque tiene un mayor espesor con respecto al perfil de temperatura.

    3. Temperatura final de uso: Debido a la expansin y contraccin proporcional al coe-ficiente de expansin lineal, la pieza termoformada continuamente variar con los cambios de temperatura ambiente.

    4. Condiciones extremas de uso: El encogimiento puede alcanzar valores tope des-pus de la primera exposicin a la ms alta temperatura de uso.

    5. Orientacin molecular: Pueden existir encogimientos mayores en relacin a la orien-tacin molecular del material.

    Algunas veces ser necesario para