Determination of paramet=
ers
for design, manufacture and production of plastisol stamps
=
Miguel
Ángel Escobar Guachambala. [1], =
Sócrates
Miguel Aquino Arroba. [2=
],
Edwin Rodolfo Pozo Safla. [3] &=
amp;
Luis Santiago Choto Chariguaman.[4]
Recibido: 19-04-2019 / Revisado: 25-0=
5-2019
/Aceptado: 24-06-2019/ Publicado: 15-07-2019
In this research, the
different stages for production of stamps in plastisol. In the first stage,=
the
stamp modeling are developed and it is correspon=
ding
mold are generated by computer-aided design software. In the second stage, =
the
machining methods used to manufacture the details of aforementioned stamp w=
ere
determined; The partial machining of cavities is done by computer numerical
control and the finishing is developed by the process of electroerosion
by penetration, being necessary to manufacture several electrodes in the
graphite by computer-aided manufacturing software.
In the third stage, the mo=
ld
for the production of stamps was obtained, the plastisol was deposited with
dyes in the cavities by means of a micro-injection process, then the curing=
was
carried out by means of heat at 300 ° C. In the production stage the propor=
tions
of mixture of resin with the dyes, curing temperature, curing times and coo=
ling
are produced. Finally, we obtained a product of good quality according to t=
he
design specifications, getting the stated objective. It is recommended to
automate the process of micro injection of plastisol in the cavities of the
mold, to reduce the production time.
Keywords: CAD CAM, Mold, Plastisol
Resumen.
En
esta investigación, se desarrolló las diferentes etapas para la producción =
del sello
en plastisol. En la primera etapa se desarrolló=
el
modelado del sello y su correspondiente molde mediante software de diseńo
asistido por computador. En la segunda etapa, se determinó los métodos de m=
ecanizado
que se emplean para lograr mecanizar los detalles que tiene el sello
anteriormente mencionado; el mecanizado parcial de las cavidades se lo realizó mediante mecanizado por c=
ontrol
numérico computacional y el acabado de las mismas se realizó mediante un proceso de electroer=
osión
por penetración, siendo necesario mecanizar varios electrodos en grafito mediante software =
de
manufactura asistida por computador.
En
la tercera etapa, se obtuvo el molde para la producción de los sellos, depo=
sitando
el plastisol con colorantes en las cavidades me=
diante
un proceso de micro-inyección, posteriormente se
realizó el curado mediante calor a 300°C.
En
la etapa de producción se consideró las proporciones de mezcla de la resina=
con
los colorantes, temperatura de curado, los tiempos de curado y enfriamiento=
. Finalmente
se obtuvo un producto de buena calidad según las especificaciones del diseń=
o,
cumpliéndose el objetivo planteado. Se recomienda automatizar el proceso de
micro inyección del plastisol en las cavidades =
del
molde, para reducir el tiempo de producción.
Palabras claves: CAD CAM, molde, plastisol
Introducción.
En
la actualidad los productos moldeados están presentes en cada equipo, máqui=
na,
vestimenta, accesorios, en otros. Los productos de uso común y demanda son =
los
llaveros y accesorios en plastisol, por tener un
costo de producción reducido. Para la obtención de un producto moldeado, se
hace necesario utilizar tecnologías CAD CAE CAM, además del manejo de
maquinaria CNC y de tener conocimiento de los procesos<=
span
style=3D'mso-spacerun:yes'> de manufactura relacionados. [1]
El diseńo del producto se lo realiza de =
una
manera planificada, de tal manera que los tiempos de mecanizado se reduzcan=
y
que se lo pueda realizar con facilidad. El proceso de mecanizado mediante C=
NC
es uno de los métodos de manufactura más precisos, para obtener partes:
industriales, automotrices, entre otros.[2]
Este proceso nos brinda la facilidad de producir productos con formas compl=
ejas
y de forma eficiente. En la figura 1, se muestra una fresadora CNC con cuar=
to
eje montable sobre la mesa de trabajo, gracias a la utilización de este tip=
o de
maquinaria es posible en la actualidad obtener moldes para productos en
Figura. 1 Fresadora CNC ROMI D600
4x. Fuente. Laboratorio CAD CAM- ESPOCH Una
de las facilidades para el desarro=
llo de
este producto en cuestión, es la
utilización de software CAD / CAM, el mismo que nos ayuda a determinar el
diseńo preliminar previo a la fabricación del molde mediante representación
gráfica 3D, además de generar las estrategias de mecanizado del molde con su
correspondiente simulación del mecanizado.[4] En
nuestro país la manufactura de accesorios en plastisol=
ha ido en aumento, aunque generalmente se lo realiza de una manera artesana=
l,
teniendo como resultado la perdida de materia prima y tiempo principalmente=
. En este trabajo se establece las fases
desarrolladas hasta llegar a tener un producto de en resina de buena calida=
d.[5] Dentro
de las interrogantes más importantes que se plantearon en el desarrollo de =
este
proyecto fueron las siguientes: żCuál
es la proporción adecuada entre la base de plastisol
y los colorantes? żCuál
es la temperatura adecuada de curado para el plastisol=
? żCuál
es el tiempo de permanencia del plastisol en el=
horno?
Me=
todología Las etapas que se
desarrollan para llegar al producto final de esta investigación se muestran=
en
la figura 2. Figura. <=
/b>2 Proceso CAD CAM y
producción del llavero en plastisol. CAD del
producto CAD del=
molde CAM del molde Producción del sello en plas=
tisol Los
materiales que se utilizaron: - &nb=
sp;
Placa de aluminio 250x200x9 mm - &nb=
sp;
Bloque de grafito - &nb=
sp;
Fresas planas y buriles
- &nb=
sp;
Base y pasta de colores de plastisol
Resultados
Diseńo asistido
por computador (CAD)
Como
se muestra en la figura 3, se propone un modelado CAD del sello de la Escue=
la
Superior Politécnica del Chimborazo (ESPOCH), el cual debe ser compacto,
estético y bien elaborado. El diseńo está en función de los requerimientos
ergonómicos, estéticos y de acuerdo a la tecnología de mecanizado que
disponemos en nuestro país, con el objetivo de obtener un producto estético=
, de
calidad y precisión. [6]
Figura. 3 Diseńo del sello de la=
ESPOCH .
Figura. 4 Disposición de las
cavidades del llavero ESPOCH
Manufactura asistida por computador
Figura. 5 CAM del electrodo
Figura. 6 Mecanizado del electro=
do
de grafito
En
la figura 7 se puede apreciar el mecanizado del electrodo del sello ESPOCH =
en función
del diseńo especificado en el software CAD, esta etapa es crucial ya que, de
haber existido irregularidades o roturas en el mismo, el proceso se tenía q=
ue
repetir hasta obtener un acabado de buena calidad.
Figura. 7 Mecanizado el electrodo del sello =
de la
ESPOCH
Proceso de electroero=
sión
de la placa porta cavidades.
El siguiente proceso de mecanizado se denomina electroer=
osión
por penetración, que es un procedimiento de mecanizado que se basa en el h=
echo
de arrancar material por medio de una serie sucesiva de descargar eléctrica=
s,
separadas unas de otras un cierto tiempo que saltan entre dos polos (electr=
odo
y pieza a trabajar). Dichas descargar hacen que se calienten las piezas
localmente a altas temperaturas (30000 a 50000 °C), así se van arrancando
pequeńos trozos del material en la pieza a trabajar quedando al final la
superficie formada por pequeńos cráteres que les dan un aspecto mate difere=
ntes
a los de mecanizado convencionales. [8] En la figura 8 se puede observar una máq=
uina
de electroerosión por penetración.
Figura. <= /span>8 Máquina de electroerosión por penetración<= o:p>
Fuente: Laboratorio C=
AD
CAM -ESPOCH
En
la figura 9 se puede apreciar el avance del proceso de electroerosión por
penetración en una de las cavidades del molde, así como también la acción d=
el
dieléctrico (diésel) durante el proceso de limpieza del material carbonizado
que se genera durante el proceso de erosión por descarga eléctrica.
El
desgaste del electrodo fue notable, durante la vida útil del electrodo perm=
ite
mecanizar 4 cavidades en desbaste y 8 cavidades en el proceso de afinado, en
nuestro caso se mecanizó una profundidad de 0,8 mm por cavidad.
Luego
de finalizar un trabajo de mecanizado por electroerosión de 2 horas por
cavidad, se obtuvo la placa de 12 cavidades como se observa en la figura. 1=
0
Figura. 10 Placa porta cavidades del sello ESPOCH
Producción de =
los
llaveros de plastisol
Luego
de obtener la placa mecanizada con el diseńo del sello de la ESPOCH=
, entramos
en la etapa de producción de los llaveros, en la cual los tiempos de curado,
así como proporciones entre el plastisol y la b=
ase
catalizadora son muy importantes, debido al hecho que tuvieron que ser
analizadas y estudiadas con el fin de brindar un producto resistente y de b=
uena
calidad. [9]
Según
la figura 11 se observa el sello de la ESPOCH, en la configuración del dise=
ńo
original del sello se simplificaron algunos detalles, además se enfocó en l=
os
colores representativos del sello para personalizar el producto. Los aditiv=
os
de colores seleccionados para nuestro producto son: verde, rojo, dorado, bl=
anco
y negro, que lógicamente serán mezclados con la resina base de plastisol.
Figura. 11 Sello original de la
ESPOCH
Durante
la mezcla de la resina con los aditivos de color es muy importante ańadir el catalizador en una proporción=
adecuada,
para que durante el proceso de curado con temperatura del plastisol, se pueda obtener un producto flexible,
resistente y con excelente acabado superficial.[10]
Sin embargo, las proporciones de los materiales involucrados fueron la inte=
rrogante,
por lo cual se realizó ensayos de prueba, con diferentes mezclas, con el
objetivo de obtener una mezcla adecuada que nos permita obtener un producto
idóneo.
Figura. 12. Resina plastisol
y aditivos de color.
Para el proceso de curado por temperat=
ura
se utilizó un horno eléctrico con una temperatura máxima de 1300 °C. En la
producción del llavero en plastisol se empleó u=
na
temperatura de 300 ° y con la puerta abierta.
Figura 19. Horno con
resistencia eléctrica, 1300°C
El
proceso de obtención del sello en plastisol tie=
ne las
siguientes actividades:
1.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Tener una mezcla con una proporción=
3:1 (base:color), para cada uno=
de los
colores hay que mezclar hasta obtener una solución homogénea.
2.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Mediante jeringas número 10 se procede a
recoger cada uno de los colores por separado.
3.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Realizar la fase de inyección de los
colores para cada uno de los detalles del sello (letras, símbolos y detalles
del sello), es decir aquello que va a estar en alto relieve.
4.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Se lleva el molde al horno a una
temperatura de 300°C durante 1 minuto y 48 segundos con la puerta abierta d=
el
horno. Posteriormente se extrae el molde del horno. Ver figura 13.
5.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Realizar el relleno de la cavidad d=
el molde
con resina de color blanco, a continuación, se vuelve a ingresar el molde a=
l horno
durante un tiempo de 4 minutos con la puerta abierta del horno.
6.<=
span
style=3D'font:7.0pt "Times New Roman"'> Realizar la extracción del molde y
posterior enfriamiento en agua.
En la figura 13, se observa el resultado
posterior al proceso de curado de la resina que van a conformar los detalles
del sello ESPOCH.
Figura. 13. Curado de los detalles=
del
sello en plastisol.
En la figura 14, se observa el relleno=
del
sello con resina blanca y su reingreso al horno por segunda vez, para reali=
zar
el curado definitivo del producto.
Figura. 14. Curado del relleno del sello.
Luego de realizar el curado definitivo=
de los
sellos en el horno, se procede a enfriar el molde en agua, el enfriamiento =
del
molde ayuda al desmoldeo del producto. Finalmente se quitan las rebabas y s=
e le
adiciona una argolla al sello de plastisol.
Figura. 15. Sello en plastisol de la ESPOCH- producto terminado.
Discusión
Experimentación del
curado del plastisol.
La
proporción de las mezclas de la resina, el tiempo de curado y el tiempo de
enfriamiento del molde son muy importantes para obtener un producto estétic=
o,
resistente y de buena calidad. En las experimentaciones iniciales del curad=
o de
la resina, se obtuvo un producto que tiende a romperse, acabado superficial
malo; esto como consecuencia de proporciones de mezclas incorrectas y falta=
de
tiempo de curado. En la figura 16 se observa el proceso de curado en el hor=
no
con la puerta abierta.
Figura. 16 Curado del plastisol por temperatura a 400°C
En
la figura 17, se puede observar la presencia de porosidades por atrapamient=
o de
gases, superficie externa quemada, sobre todo el defecto grave fue el
agrietamiento del sello cuando se dobla el producto, la flexibilidad es
importante para nuestro producto.
Figura. 17 Sello ESPOCH en plastisol - etapa de pruebas
Una
vez que se determinó las proporciones correctas de las mezclas de la resina=
, temperatura
de curado, tiempos de curado, tiempo de enfriamiento del molde se procedió a
producir los llaveros en serie.
Resultados.
Tanto
las proporciones de mezcla, temperatura, los tiempos de curado y enfriamien=
to, son
un factor importante para obtener productos de calidad y resistencia. A
continuación, se resumen los resultados obtenidos durante la investigación:=
Tabla 1 Parámetros de producci=
ón
fallida del sello ESPOCH en plastisol.
|
Temperatura,
tiempo de curado del plastisol |
|||
|
Color |
Temperatura
°C |
Tiempo
min/s |
|
|
Rojo |
200 |
1m0s |
|
|
verde |
400 |
1m5s |
|
|
Blanco |
100 |
2m10s |
|
|
Negro |
100 |
1m55s |
|
|
Dorado |
150 |
4m30s |
|
|
Proporción
de mezcla |
|||
|
Color |
Proporción
base (%) |
Proporción
color (%) |
|
|
Rojo |
60 |
40 |
|
|
Verde |
60 |
40 |
|
|
Blanco |
60 |
40 |
|
|
Negro |
60 |
40 |
|
|
Dorado |
60 |
40 |
|
Tabla 2 Parámetros de producci=
ón
del sello ESPOCH en
plastisol.
|
Temperatura,
tiempo de curado del plastisol. |
||||
|
Color |
Temperatura
°C |
Tiempo
(min/s) |
||
|
Rojo |
300 a 400 |
0h/1m/48s |
||
|
Verde |
300 a 400 |
1m/48s |
||
|
Blanco |
300 a 400 |
4m/0s |
||
|
Negro |
300 a 400 |
1m/48s |
||
|
Dorado |
300 a 400 |
1m/48s |
||
|
Proporción
de mezcla del plastisol |
||||
|
Color |
Proporción
de base. (%) |
Proporción
del color(%) |
||
|
Rojo |
75 |
25 |
||
|
Verde |
75 |
25 |
||
|
Blanco |
80 |
20 |
||
|
Negro |
75 |
25 |
||
|
Dorado |
75 |
25 |
||
Conclusiones.
ˇ =
Se debe determinar apropiadamente las dimensiones geométricas de cada u=
no
de los detalles que contiene el sello, de tal manera que la tecnología de
mecanizado CNC permita obtener un electrodo en grafito con buena definición=
.
ˇ =
Para obtener la mezcla adecuada de resina para la producción del sello =
de
la ESPOCH, se determinó que, para los colores rojo, negro y morado, la mezc=
la que
mejor resultado ofrece es un 75% de resina base y un 25% de aditivo para da=
r el
color. En el caso de la mezcla de color blanco se determina una proporción =
de
80% de resina base y un 20% de aditivo para dar el color.
ˇ =
La temperatura promedio de curado para la producción del llavero en
ˇ =
El tiempo de curado del plastisol depende
principalmente del espesor de la capa de resina, para nuestro caso el curad=
o se
lo realizo en dos etapas: la primera fue curar las resinas de colores que v=
an a
conformar los detalles del sello, en un tiempo promedio de 1min con 48S;
finalmente se curó relleno del llavero que tiene mayor cantidad de resina, =
por
lo que lógicamente se incrementó el tiempo, siendo un tiempo promedio de 4m=
in
aproximadamente. Estos parámetros se complementan con la temperatura del ho=
rno
de 300°C y con la puerta del horno abierta.
ˇ =
La omisión de los parámetros recomendados para la obtención de producto=
s en
plastisol, ocasiona que el producto se queme, p=
orosidad,
acabado superficial deficiente, resistencia mecánica baja, entre otros.
Referencias Bibliográficas.
= [1] S. Kalpakjian and S. Schmid, Manufacturing Processes, Pearson, 2008.<= o:p>
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[2] Richard
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~
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2017.
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[9] M. I. Bel=
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=
[10] J. F.
Shackelford, Ciencia de materiales para ingenieros. Prentice Hall
Hispanoamericana, 1995.
PARA CITAR EL ARTÍCULO INDEXADO.
Esc=
obar Guachambala, M., Aquino Arroba, S., Pozo Safla, E., & Choto Chariguam=
an,
L. (2019). Determinación de los parámetros de diseńo, manufactura y producc=
ión
de sellos en plástico. Ciencia Digital, 3(3.1), 188-202.
https://doi.org/10.33262/cienciadigital.v3i3.1.688
El artículo que se
publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente
reflejan el pensamiento de la Revi=
sta
Ciencia Digital.
El
artículo queda en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parc=
ial
y/o total en otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Ciencia Digital.
[1] Escuela Superior
Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica. Riobamba, Ecuador. maescob=
ar@espoch.edu.ec
[2=
]
Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica. Riobamba, Ecuador=
. saquino@espoch.edu.ec
[3] Escuela Superior
Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica. Riobamba, Ecuador. edwin.p=
ozo@espoch.edu.ec
[4] Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica. Riobamba, Ecuador. lchoto@= espoch.edu.ec
www.cienciadigital.org =
Vol. 3, N°3.1, p. 188-202, julio - septiembre, 201