Shaping Processes for Plastics: THERMOPLASTIC MATERIALS

UNA DE LAS CARACTERÍSTICAS MÁS DESTACADAS DE LOS MATERIALES
PLÁSTICOS ES LA GRAN FACILIDAD Y ECONOMÍA CON LA QUE
PUEDEN SER PROCESADOS A PARTIR DE UNAS MATERIAS PRIMAS
CONVENIENTEMENTE PREPARADAS, A LAS QUE SE LES HAN AÑADIDO
LOS PIGMENTOS, CARGAS Y ADITIVOS NECESARIOS PARA CADA
APLICACIÓN.
EN ALGUNOS CASOS PUEDEN PRODUCIRSE ARTÍCULOS SEMIACABADOS
COMO PLANCHAS Y BARRAS Y POSTERIORMENTE OBTENER LA FORMA
DESEADA USANDO MÉTODOS CONVENCIONALES TALES COMO
MECANIZADO MEDIANTE MÁQUINAS HERRAMIENTAS Y SOLDADURA.
SIN EMBARGO, EN LA MAYORÍA DE LOS CASOS EL PRODUCTO
FINAL, QUE PUEDE SER BASTANTE COMPLEJO EN SU FORMA, SE
OBTIENE EN UNA SOLA OPERACIÓN, CON MUY POCO
DESPERDICIO DE MATERIAL, COMO POR EJEMPLO LA
FABRICACIÓN DE TUBERÍA POR EXTRUSIÓN (PROCESO
CONTINUO) O LA FABRICACIÓN DE TELÉFONOS POR MOLDEO POR
INYECCIÓN (CICLO REPETITIVO DE ETAPAS)
LOS POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS SUELEN TRABAJARSE PREVIAMENTE
FUNDIDOS O REBLANDECIDOS POR EFECTO SIMULTÁNEO DE LA
APLICACIÓN DE CALOR, PRESIÓN Y ESFUERZOS DE CIZALLA.
Shaping Processes for Plastics:
THERMOPLASTIC MATERIALS
Raw Material
(solid pellets)
Melt
Heat
Shape
Solidification
Heat
Shaping Processes for Plastics:
THERMOSETS MATERIALS
Melt
Solid
Shape
Heat
Solidification
Chemical
Reaction
network
Sheet & film extrusions
- Polymer extruded onto a chilled roller & formed
- Referred to as “CAST FILM”
Sheet & film extrusions
Blown film is less expensive and more widely
used
Orientacion
CD: Tender Frame
Extrusion Blow Molding (EBM) // MOLDEO POR SOPLADO
Extrusion Blow Molds
•
•
•
•
Made of Aluminum or copper
Lower clamp forces (vs injection molds)
Lower cost vs injection molds
Secondary operations normally required (trimming, finishing, etc.)
Parison
programming
Multi-layer EBM
- Material distribution becomes critical
- Parison programming helps this process
Injection Blow Molding (process)
• Extrusion vs. Injection Blow molding
Properties of bottle plastics
SHAPING PLASTICS
THERMOFORMING
• Principles & Applications
• Materials
• Methods
TERMOFORMADO
• Principles & Applications
–
–
–
–
–
Polymer heated to just below Tm
Formed by vacuum, cooled
Adaptable to most thermoplastics
Advantages: inexpensive molds, short lead times
Disadvantages: poor dimensional tolerance, slow
process, uneven wall thickness
TERMOFORMADO
MATERIALES
ESTE PROCESO ES MUY POPULAR EN LA FABRICACIÓN DE MATERIALES
PARA EMBALAJE Y PARA PRODUCTOS MOLDEADOS DE GRAN TAMAÑO,
COMO BAÑOS Y REVESTIMIENTOS REFRIGERANTES.
TERMOFORMADO
METODOS
CALANDRADO
LA PELÍCULA PLÁSTICA Y LA HOJA PUEDEN SER PRODUCIDAS
COMPRIMIENDO EL POLÍMERO FUNDIDO ENTRE RODILLOS
CONTRA - ROTATIVOS.
ESTE PROCESO SE PREFIERE A LA EXTRUSIÓN, CUANDO HAY QUE
TRABAJAR CON MATERIALES SENSIBLES AL CALOR, COMO ES EL
CASO DEL CLORURO DE POLIVINILO (PVC). ES CAPAZ DE
PRODUCIR HOJAS CON VELOCIDADES DE HASTA 2 m/s.
A TRAVÉS DE ESTE MÉTODO SE
PUEDEN PRODUCIR PELÍCULAS Y
FORMAS EN LÁMINA GOFRADAS O
TEXTURIZADAS. LAS PELÍCULAS
GOFRADAS O CON UNA TEXTURA
ESPECIAL SE EMPLEAN PARA
FABRICAR PRENDAS DE VESTIR,
BOLSOS, ZAPATOS Y MALETAS DE
IMITACIÓN DE PIEL.
LAS ETAPAS PRINCIPALES EN TODOS LOS PROCESOS DE ELABORACIÓN DE
LOS MATERIALES PLÁSTICOS SON:
(I).- FUSIÓN
(II).- MEZCLADO Y HOMOGENIZACIÓN
(III).- TRANSPORTE DEL FUNDIDO.
LAS TRES ETAPAS ANTERIORES, USUALMENTE, SE LOGRAN POR MEDIO
DE UN
TORNILLO DE ARQUÍMEDES QUE IMPLICA LA DISPERSIÓN DE
LOS ESTABILIZANTES, PIGMENTOS Y OTROS ADITIVOS, LA EXCLUSIÓN DEL
AIRE Y LOS VOLATILES Y LA TRANSFORMACIÓN DE LA ALIMENTACIÓN EN
FORMA DE POLVO O GRÁNULOS EN UN FUNDIDO UNIFORME.
(IV) .-CONFORMADO PRIMARIO
ESTE PUEDE SER LOGRADO, EN DOS DIMENSIONES, POR EL FLUJO DEL
FUNDIDO A TRAVÉS DE UN DADO O BOQUILLA Y EN TRES DIMENSIONES POR
EL FLUJO EN UN MOLDE DE VARIAS PARTES O POR PRENSADO EN UN MOLDE
ABIERTO.
ALGUNOS TERMOESTABLES SON PROCESADOS, SIMPLEMENTE, POR
VERTIDO EN UN MOLDE ABIERTO.
EXTRUSION
(V). - CONFORMADO SECUNDARIO
ESTE PUEDE IMPLICAR EL CORTE O EL ARRASTRE DE UNA MASA
DE POLÍMERO, COMO OCURRE EN LA PRODUCCIÓN DE FIBRAS,
PELÍCULAS O EL MOLDEO POR SOPLADO.
(VI).- ESTABILIZACIÓN DE LA FORMA
PARA LOS TERMOPLÁSTICOS ESTO CONSISTE EN EL PROCESO
DE ENFRIAMIENTO (Y DE AHÍ LA SOLIDIFICACIÓN), MIENTRAS
QUE PARA LOS TERMOESTABLES Y ELASTÓMEROS ES EL
PROCESO DE CURADO (ENTRECRUZADO DE LAS CADENAS).
(VII).- OPERACIONES DE ACABADO
ESTAS PUEDEN INCLUIR EL TEMPLADO, EL MECANIZADO O EL
RECUBRIMIENTO.
EXTRUSION
LAS MÁQUINAS DE EXTRUSIÓN CONSTAN DE UN CILINDRO O
BARRIL EN CUYO INTERIOR SE ALOJA UN HUSILLO O TORNILLO, QUE
AL GIRAR RECOGE EL MATERIAL DE LA TOLVA DE ALIMENTACIÓN, LO
HACE AVANZAR A LO LARGO DEL CILINDRO, LE SOMETE A
IMPORTANTES ESFUERZOS DE CIZALLA A LA VEZ QUE LO COMPRIME
Y LO DOSIFICA A TRAVÉS DE UN PLATO ROMPEDOR HASTA LA
BOQUILLA O DADO QUE PROPORCIONA EL PERFIL O LA FORMA FINAL
DESEADA.
El DADO PUEDE CONSIDERARSE COMO UNA RESISTENCIA AL FLUJO.
ENTRE MÁS LARGO Y PEQUEÑO SEA EL ORIFICIO DE PASO, MAYOR
SERÁ LA RESISTENCIA Y MAYOR SERÁ LA POTENCIA NECESARIA
PARA EMPUJAR EL MATERIAL FUNDIDO A TRAVÉS DEL DADO.
UNA VEZ QUE SALE DEL DADO, EL FLUIDO DEBE SER ENFRIADO
RÁPIDAMENTE PARA MANTENER LA FORMA QUE SE OBTIENE.
LA “RAÍZ” O NÚCLEO DEL TORNILLO ES DE DIÁMETRO VARIABLE, DE
MANERA QUE EL CANAL EN ESPIRAL VARÍA EN PROFUNDIDAD.
EN GENERAL, LA PROFUNDIDAD DEL CANAL DISMINUYE DESDE EL EXTREMO
DE ALIMENTACIÓN HASTA EL EXTREMO DEL DADO AUNQUE EXISTEN
MODIFICACIONES CON FINES ESPECIALES.
(L/D)=16:1 A 32:1
LAS MAQUINAS NUEVAS TIENDEN A TENER
RELACIONES (L/D) ELEVADAS
EXTRUSION
UNA CONSECUENCIA DE QUE DISMINUYA LA PROFUNDIDAD DEL CANAL ES EL
INCREMENTO DE LA PRESIÓN A LO LARGO DEL EXTRUSOR , QUE ES LA
QUE IMPULSA EL MATERIAL FUNDIDO A PASAR A TRAVÉS DEL DADO.
EXTRUSION
EXTRUSION
LA FINALIDAD DEL CONJUNTO TORNILLO-CILINDRO ES:
(1).- PRESURIZAR EL MATERIAL
(2).- FUNDIR O PLASTIFICAR EL POLÍMERO (CALENTAR)
(3).- ASEGURAR UNA MEZCLA ADECUADA
(HOMOGENEIZACIÓN)
(4).- ACTUAR COMO MEDIO DE TRANSPORTE DEL
POLÍMERO FUNDIDO HACIA EL DADO (BOMBEAR).
PARA HACER CADA FUNCIÓN MÁS EFICIENTE SE DIVIDE EL
EXTRUSOR EN TRES ZONAS:
ALIMENTACIÓN, COMPRESIÓN Y DOSIFICACIÓN.
LA ZONA DE DOSIFICACIÓN VA SEGUIDA POR EL CABEZAL Y EL DADO
(A).- ZONA DE ALIMENTACIÓN
LA FUNCIÓN DE LA ZONA DE ALIMENTACIÓN ES RECOGER LOS
GRÁNULOS DE LA TOLVA Y TRANSPORTARLOS HACIA ADELANTE EN
EL CANAL DEL HUSILLO.
AL MISMO TIEMPO, LOS GRÁNULOS EMPIEZAN A PRECALENTARSE Y
A COMPRIMIRSE A MEDIDA QUE AVANZAN POR EL CANAL DEL
HUSILLO.
LA PROFUNDIDAD DEL TORNILLO ES LA MAYOR Y CONSTANTE.
LA LONGITUD DE ESTA ZONA ES TAL QUE SE PRODUZCA UNA
ALIMENTACIÓN CORRECTA, NI DEFICIENTE NI EXCESIVA, HACIA LAS
ZONAS DE DELANTE DEL TORNILLO.
(A).- ZONA DE ALIMENTACIÓN
LA OPERACIÓN Y DISEÑO ÓPTIMO DE ESTA ZONA ESTA
INFLUENCIADO POR:
1.- LA NATURALEZA Y FORMA DE LA ALIMENTACIÓN
2.- LAS PROPIEDADES DE FRICCIÓN DEL TORNILLO Y LA
CAMISA EN RELACIÓN CON EL MATERIAL PLÁSTICO
3.- LA GEOMETRÍA DEL TORNILLO.
EL COMPORTAMIENTO ANTE FRICCIÓN DE LA ALIMENTACIÓN TIENE
UNA CONSIDERABLE INFLUENCIA EN LA VELOCIDAD DE FUSIÓN QUE
PUEDE LOGRARSE.
PARA UN TRANSPORTE (BOMBEO) EFICIENTE, LOS
GRÁNULOS DEBEN ADHERIRSE A LA PARED DEL BARRIL Y
MOSTRAR UN ALTO GRADO DE DESLIZAMIENTO EN LA
PARED DEL CANAL DEL HUSILLO.
PARA UN TRANSPORTE (BOMBEO) EFICIENTE, LOS
GRÁNULOS DEBEN ADHERIRSE A LA PARED DEL BARRIL Y
MOSTRAR UN ALTO GRADO DE DESLIZAMIENTO EN LA
PARED DEL CANAL DEL HUSILLO.
PARA ALCANZAR UN MAYOR TRANSPORTE DE GRÁNULOS EN LA
ZONA DE ALIMENTACIÓN SE RECOMIENDA:
(I).- CANAL PROFUNDO (EN COMPARACIÓN CON EL RESTO DEL
HUSILLO).
(II).- BAJO GRADO DE FRICCIÓN ENTRE GRÁNULOS Y HUSILLO.
(III).- ALTO GRADO DE FRICCIÓN ENTRE GRÁNULOS Y BARRIL.
(IV).- OPTIMO ÁNGULO DE LA HÉLICE. MUCHOS HUSILLOS TIENEN EL
PASO IGUAL AL DIÁMETRO D.
ESTO DA COMO RESULTADO UN ÁNGULO DE LA HÉLICE IGUAL A 17.7
GRADOS.
ZONA DE COMPRESIÓN (O DE TRANSICIÓN)
(SE COMPACTA Y FUNDE EL POLIMERO)
1.- SE EXPULSA EL AIRE ATRAPADO ENTRE LOS GRÁNULOS
ORIGINALES (COMPACTACIÓN) FORZÁNDOLA A IR HACIA ATRÁS (EN
DIRECCIÓN A LA TOLVA)
2.- SE MEJORA LA TRANSFERENCIA DE CALOR DESDE LAS PAREDES
DE LA CAMISA CALENTADA CONFORME DISMINUYE EL ESPESOR DE
LA CAPA DE MATERIAL
3.- SE DA EL CAMBIO DE DENSIDAD QUE OCURRE DURANTE LA
FUSIÓN.
LA PROFUNDIDAD DEL
CANAL DISMINUYE
GRADUALMENTE
(A MENUDO
LINEALMENTE)
FUSION DEL POLÍMERO
PARA FUNDIR LOS GRÁNULOS SE GENERA CALOR INTERNAMENTE
POR FRICCIÓN O SE APLICA CALOR DEL EXTERIOR POR MEDIO DE
CALENTADORES ELÉCTRICOS (COLOCADOS ALREDEDOR DEL
BARRIL), QUE LO TRANSMITEN POR CONDUCCIÓN, A LO QUE AYUDA
LA REDUCCIÓN DEL ESPESOR DEL MATERIAL
SE NECESITA UN BUEN CONTROL DE LA CANTIDAD DE CALOR QUE SE
APLICA, PORQUE SI EL MATERIAL SE CALIENTA DEMASIADO SE
PUEDE DEGRADAR O HACER DEMASIADO FLUIDO. POR OTRO LADO,
SI EL MATERIAL SE ENFRÍA DEMASIADO, LA PLASTIFICACIÓN SERÁ
INSUFICIENTE.
VARIACIONES EN TEMPERATURA PRODUCEN ADEMÁS VARIACIONES
EN FLUJO DE SALIDA.
EL CONTROL DEL MECANISMO DE FUSIÓN PERMITIRÁ
OBTENER UN PRODUCTO SIN INFUNDIDOS, HOMOGÉNEO Y
EXENTO DE DEGRADACIÓN
NUMERO DE BRINKMAN
VELOCIDAD LINEAL
EQUIVALENTE DE LA CAMISA
MECANISMO DE
PLASTIFICACIÓN
δf = Distancia existente entre la camisa y la
arista del hilo de la hélices
δ =Espesor de la capa de polímero fundido
PUEDE ESTABLECERSE UN BALANCE DE ENERGÍA, POR UNIDAD DE
SUPERFICIE, IGUALANDO EL
CALOR TRANSMITIDO POR CONDUCCIÓN A TRAVÉS DE LA PELÍCULA DE
POLÍMERO PLASTIFICADO JUNTO A LA CARCASA,
MÁS EL GENERADO POR ESFUERZOS CORTANTES EN DICHA PELÍCULA,
AL CALOR NECESARIO PARA LLEVAR AL SÓLIDO A LA TEMPERATURA DE
FUSIÓN, MÁS EL CALOR PROPIO DEL CAMBIO DE ESTADO:
k1 (Tω − Tm )
δ
V2
+η
= ρSVS ⎡⎣cS (Tm − TS ) + λ ⎤⎦
2δ
Tw, Tm y Ts = Temperaturas de la pared, del sólido fundido y del sólido a la
entrada de la zona de fusión, respectivamente
k1 = Conductividad térmica del polímero fundido (W/m.ºC)
cs = Calor específico del sólido (J/kg.ºC)
λ = Calor de cambio de estado (J/kg)(Entalpía de fusión)
η = Viscosidad del fundido (Pa.s)
V = Velocidad lineal del tornillo en el extremo del hilo de la hélice (m/s)
VS= Velocidad del sólido (m/s)
ρs= Densidad del sólido (kg/m3)
δ =Espesor de la capa de polímero fundido
LA CAPACIDAD DE PLASTIFICACIÓN DEL TORNILLO PUEDE
EXPRESARSE MEDIANTE EL PARÁMETRO:
CONDUCCIÓN
DESDE LA CAMISA
DISIPACIÓN
VISCOSA
⎡
V2 ⎤
VX ρ1 ⎢k1 (Tω − Tm ) + η ⎥
2 ⎦
⎣
Φ=
cS (Tm − TS ) + λ
QUE EQUIVALE A LA RELACIÓN EXISTENTE ENTRE LA ENERGÍA QUE
SE PROPORCIONA AL POLÍMERO Y LA QUE ÉSTE NECESITA PARA
QUEDAR FUNDIDO.
PARA AUMENTAR LA CAPACIDAD DE PLASTIFICACIÓN DEBERÁ
AUMENTARSE EL VALOR DE LA ENERGÍA SUMINISTRADA
- AUMENTANDO LA VELOCIDAD DE GIRO DEL TORNILLO
(LO QUE SUPONE AUMENTAR VX )
- AUMENTANDO LA TEMPERATURA DE LA CARCASA TW,,
HASTA EL VALOR MÁXIMO COMPATIBLE CON LA ESTABILIDAD
TÉRMICA DEL POLÍMERO
Debe observarse que la relación entre los dos sumandos del numerador
del parámetro Φ
⎡
V2 ⎤
VX ρ1 ⎢ k1 (Tω − Tm ) + η ⎥
2 ⎦
⎣
Φ=
cS (Tm − TS ) + λ
corresponde al número adimensional de Brinkman:
Br =
ηV 2
k1 (Tω − Tm )
que adquiere valores elevados cuando la generación de calor viscoso
es preponderante sobre la transmisión del calor por conducción.
El perfil de temperatura en la capa límite de espesor δ de polímero
fundido próximo a la pared de la extrusora queda definido en la figura, en
función del número de Brinkman.
Mientras Br < 2 la temperatura en el polímero estará siempre por debajo
de la de la carcasa, sin ningún peligro de recalentamiento. Para números
de Brinkman superiores puede adquirir temperaturas mucho mayores,
con peligro de degradación.
En tales casos debe reducirse la velocidad de extrusión para que Br sea
igual a 2, disponiendo en la carcasa una temperatura igual a la máxima
admisible por el polímero, Tw. La velocidad máxima tangencial será:
VMAX =
2k1 (Tω − Tm )
η
DEBIDO AL MOVIMIENTO RELATIVO ENTRE EL TORNILLO Y EL CILINDRO, EL
MATERIAL SE MEZCLA ÍNTIMAMENTE, SE CALIENTA POR EFECTO, NO SÓLO
DEL CALOR APLICADO AL CILINDRO, SINO, SOBRE TODO, POR LA ENERGÍA
DISIPADA POR LOS ESFUERZOS CORTANTES.
EXTRUSION
Para un polímero que
funde poco a poco, como
por ejemplo, el polietileno
de baja densidad, es
apropiado un tornillo
como el que se muestra
en la figura a, con la
longitud total dividida en
tres zonas iguales
Los tornillos de este tipo
se conocen a menudo
como tornillos para
polietileno.
Tipos de extrusor:
(a).- Tradicional de tres zonas
(b).- De tres zonas con una sección de aireación
(c).- Tipo PVC para polímeros amorfos
(d).- Tipo Nylon para polímeros cristalinos con punto de fusión abrupto.
EXTRUSION
Si el polímero funde en
forma abrupta (Intervalo de
fusión estrecho), el criterio
general es que se requiere
una zona de compresión
muy corta, por lo común, de
una longitud de sólo una
vuelta de la espiral o hélice
del tornillo.
Un ejemplo de tal polímero
son las poliamidas (nylons),
de donde proviene el
nombre común tornillo para
nylon para este diseño (la
figura d).
Tipos de extrusor:
(a).- Tradicional de tres zonas
(b).- De tres zonas con una sección de aireación
(c).- Tipo PVC para polímeros amorfos
(d).- Tipo Nylon para polímeros cristalinos con punto de fusión abrupto.
EXTRUSION
El cloruro de polivinilo (PVC)
es un polímero difícil de
extruir, ya que funde aún
más lentamente que el
polietileno. Realmente es un
caucho termoplástico y tiene
inusuales propiedades a la
fricción. Con frecuencia, se
procesa mejor utilizando un
tornillo que tenga una larga
zona de compresión en toda
su longitud (Figura c),
algunas veces con la adición
de una zona de dosificación
o de bombeo.
Tipos de extrusor:
(a).- Tradicional de tres zonas
(b).- De tres zonas con una sección de aireación
(c).- Tipo PVC para polímeros amorfos
(d).- Tipo Nylon para polímeros cristalinos con punto de fusión abrupto.
EXTRUSION
Para polímeros de
viscosidad alta (por ejemplo,
PP, HDPE, ) se utiliza un
tornillo de tres zonas con
una sección de aireación
(Figura b),
Tipos de extrusor:
(a).- Tradicional de tres zonas
(b).- De tres zonas con una sección de aireación
(c).- Tipo PVC para polímeros amorfos
(d).- Tipo Nylon para polímeros cristalinos con punto de fusión abrupto.
ZONA DE DOSIFICACIÓN
LA PROFUNDIDAD DE TORNILLO ES CONSTANTE Y PEQUEÑA.
SU FUNCIÓN ES LA DE HOMOGENEIZAR EL MATERIAL FUNDIDO
(MEZCLA DISTRIBUTIVA) Y CON ELLO SUMINISTRAR A LA
REGIÓN DEL DADO UN MATERIAL DE CALIDAD HOMOGÉNEA A
TEMPERATURA Y PRESIÓN CONSTANTES.
ASÍ, LA FUNCIÓN DE LA ZONA DE DOSIFICACIÓN ES HACER QUE
LA MASA DE PLÁSTICO FUNDIDO ALCANCE LA CONSISTENCIA Y
PRESIÓN REQUERIDAS PARA EXTRUSIÓN.
EN LA ZONA DE DOSIFICACIÓN SE REQUIERE DE UNA PRESIÓN
RELATIVAMENTE ALTA PARA OBTENER UN MEJOR MEZCLADO
DEL MATERIAL. ESTE INCREMENTO EN LA PRESIÓN SE OBTIENE
AL IMPONER RESTRICCIONES AL FLUJO DEL PLÁSTICO
FUNDIDO, YA SEA EN LA ZONA DE DOSIFICACIÓN DEL HUSILLO
O EN EL CABEZAL.
ESTO TAMBIÉN SE LOGRA AL AUMENTAR LA VISCOSIDAD DEL
PLÁSTICO (POR EJEMPLO AL DISMINUIR LA TEMPERATURA EN
ESE PUNTO).
ALGUNAS MANERAS DE IMPONER RESTRICCIONES
PARA EL FLUJO DEL PLÁSTICO FUNDIDO EN LA ZONA
DE DOSIFICACIÓN SERÍAN:
(I).- DISMINUCIÓN DE LA PROFUNDIDAD DEL CANAL.
(II).- DISMINUCIÓN DEL ANCHO DEL CANAL.
(III).- REEMPLAZAR LA ÚLTIMA PARTE DEL HUSILLO
POR UNA CABEZA RESTRICTORA, QUE PASA A
FORMAR PARTE DEL HUSILLO.
(IV).- AGUA DE ENFRIAMIENTO PARA EL HUSILLO. EL
ENFRIAMIENTO DEL HUSILLO ES EFECTIVO POR EL
HECHO DE ENFRIAR Y SOLIDIFICAR LA CAPA DE
PLÁSTICO ADYACENTE AL HUSILLO, REDUCIENDO ASÍ
LA PROFUNDIDAD EFECTIVA DEL CANAL
Placa rompedora y juego de mallas.
1.- EVITAR EL PASO DE MATERIAL
EXTRAÑO, POR EJEMPLO,
POLÍMERO NO FUNDIDO, POLVOS,
CUERPOS EXTRAÑOS.
2.- CREAR UN FRENTE DE PRESIÓN
CUANDO SE OPONE UNA
RESISTENCIA AL BOMBEO DE LA
ZONA ANTERIOR, REGULARIZANDO
ASÍ EL FLUJO DEL MATERIAL.
Esta presión es la que proporciona
la fuerza impulsora para vencer la
resistencia del dado.
3.- ELIMINAR LA “MEMORIA DE
GIRO” DEL MATERIAL FUNDIDO, ES
DECIR TRANSFORMAR EL FLUJO
HELICOIDAL DEL MATERIAL EN
FLUJO PARALELO MÁS REGULAR
EXTRUSION
Tornillo con descompresión.
Variación de la presión.
En algunos usos, es
necesario tomar
precauciones para tener
buena ventilación de
substancias volátiles
durante la extrusión. Estas
máquinas están equipadas
con una compuerta de
ventilación en el cuerpo del
extrusor. Desde luego, es
necesario descomprimir el
material fundido en este
punto para evitar que salga
expulsado por la
compuerta. El tornillo tiene,
por lo tanto, una región de
descompresión, seguida
por una zona de
recompresión y una zona
posterior de bombeo
DADO EXTRUSOR
EL DADO TIENE COMO FUNCIÓN EL OBTENER LA FORMA FINAL DESEADA DEL
MATERIAL EXTRUIDO (AUNQUE PUEDE REALIZARSE UN CONFORMADO
POSTERIOR).
EL DADO ESTA CALENTADO EXTERNAMENTE Y DEBE ASEGURAR QUE EL
FLUJO DE MATERIAL FUNDIDO CAMBIE DE FORMA SUAVEMENTE DESDE LA
CONFIGURACIÓN PROVENIENTE DEL TORNILLO HASTA LA FORMA DESEADA
DEL PRODUCTO FINAL. POR EJEMPLO, PARA LA PRODUCCIÓN DE BARRAS
CIRCULARES SE REQUIERE UN DADO DE FORMA TRONCO-CÓNICA
DD = Diámetro del orificio del dado
DB = Diámetro del barril
α = Angulo de entrada del dado
P = Longitud paralela del dado
LA PRESIÓN A LA ENTRADA DEL DADO (AL FINAL DEL HUSILLO) ES
ALTA Y LA PRESIÓN A LA SALIDA DEL DADO ES BAJA (ATMOSFÉRICA)
ES IMPORTANTE MANTENER UNA PRESIÓN ALTA EN EL INTERIOR DEL
DADO PARA CONSOLIDAR EL PLÁSTICO FUNDIDO ANTES DE QUE
SALGA DEL DADO. ESTO SE LOGRA AL DISEÑAR RESTRICCIONES AL
FLUJO EN EL INTERIOR DEL DADO. POR EJEMPLO, LA RELACIÓN DD/DB
DEBE SER MENOR QUE 1, Y EN LA PRÁCTICA ÉSTA SIEMPRE ES
MENOR QUE 1/2.
UNA RESTRICCIÓN MAYOR PUEDE OBTENERSE AL AUMENTAR P, ES
DECIR, LA LONGITUD PARALELA DEL DADO.
UNA VARILLA PUEDE OBTENERSE A PARTIR DE PLÁSTICOS
DIFERENTES - INCLUYENDO NYLON, QUE TIENE BAJA VISCOSIDAD, O
PVC, QUE TIENE ALTA VISCOSIDAD.
ENTRE MÁS VISCOSO SEA EL
PLÁSTICO FUNDIDO MENOR SERÁ EL
ÁNGULO DE ENTRADA DEL DADO (α)
NECESARIO PARA OBTENER UN
FLUJO SUAVE Y CONSTANTE.
LAS MOLÉCULAS DE UN PLÁSTICO CUALQUIERA CONSISTEN DE
LARGAS CADENAS QUE TIENDEN A TOMAR UNA CONFIGURACIÓN AL
AZAR —EN FORMA DE OVILLO—SIEMPRE QUE SEA POSIBLE
CUANDO ESTOS MATERIALES FLUYEN A TRAVÉS DE UN CANAL, LAS
MOLÉCULAS TIENDEN A ORIENTARSE, ES DECIR, A QUEDAR
ALINEADAS EN LA DIRECCIÓN DEL FLUJO. ASÍ, CUANDO EL
PLÁSTICO FUNDIDO SALE DEL DADO, MUCHAS DE SUS MOLÉCULAS
HABRÁN SIDO ORIENTADAS EN LA DIRECCIÓN DEL FLUJO.
A LA SALIDA, LAS MOLÉCULAS TIENDEN A TOMAR DE NUEVO UNA
CONFIGURACIÓN AL AZAR EN FORMA DE OVILLO, CAUSANDO ASÍ
UNA CONTRACCIÓN EN LA DIRECCIÓN LONGITUDINAL PARALELA AL
FLUJO Y UNA EXPANSIÓN EN LA DIRECCIÓN RADIAL, CONOCIDA
COMO HINCHAMIENTO DEL EXTRUIDO
POR ESTA RAZÓN, LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LOS EXTRUIDOS
SERÁ SIEMPRE MAYOR QUE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DEL DADO
(A MENOS QUE LA VELOCIDAD LINEAL DE LA EXTRACION DEL
EXTRUIDO SEA MAYOR QUE LA VELOCIDAD DE EXTRUSIÓN)
BAJO CIRCUNSTANCIAS NORMALES, EL
HINCHAMIENTO DEL EXTRUIDO PUEDE REDUCIRSE DE LA
SIGUIENTE FORMA:
(I).- DISMINUYENDO LA VELOCIDAD DE EXTRUSIÓN
(II).- AUMENTANDO LA TEMPERATURA DEL PLÁSTICO
FUNDIDO
(III).- AUMENTANDO LA LONGITUD PARALELA DEL
DADO
(IV).- AUMENTANDO LA VELOCIDAD DE TIRON DE
EXTRUIDO
UN DADO TÍPICO PARA LA PRODUCCIÓN DE TUBOS DISPONE DE UN NÚCLEO
CENTRAL (TORPEDO), SOPORTADO POR UNA SERIE DE ALETAS. EL MATERIAL
FLUYE A SU ALREDEDOR EN FORMA DE CORONA CIRCULAR, HASTA
ALCANZAR LA BOQUILLA, QUE DEBE ESTAR SUFICIENTEMENTE ALEJADA DE
LAS ALETAS PARA QUE EL FLUJO VUELVA A SER UNIFORME, ELIMINÁNDOSE
LA DISTORSIÓN DEL MISMO ORIGINADA POR ÉSTAS. EN LA BOQUILLA EL
MATERIAL ASOMA AL EXTERIOR, ENFRIÁNDOSE UNIFORMEMENTE.
DADO PARA EL RECUBRIMIENTO DE HILOS
Patrones de un dado para varilla.
¿Por qué razón un perfil de
longitud cero, como el que se
muestra en la parte (a) no
sirve, y por qué los
ahusamientos o convergencia
del esquema (c) son
necesarios, en contraposición
con los cambios abruptos de
(a) y (b). Las respuestas se
hallan en la necesidad de
mantener un flujo laminar en el
material fundido. Si los
cambios son abruptos como
en (a) y en (b), se producen
“puntos muertos” en las
esquinas donde circula el
material fundido como en un
remanso y esto conduce a una
pieza obtenida por extrusión
con temperatura y tensiones
cortantes no uniformes.
EXTRUSION
Ejemplos de sistemas de arrastre
CARACTERÍSTICAS DEL EXTRUSOR
EXTRUSION / TRANSPORTE
DOS CASOS EXTREMOS.
1.- EL MATERIAL SE ADHIERE ÚNICAMENTE AL TORNILLO
Y SE DESLIZA SOBRE LA CAMISA. BAJO ESTAS
CONDICIONES, EL TORNILLO Y EL MATERIAL
SIMPLEMENTE GIRARÍAN COMO UN CILINDRO SÓLIDO Y
NO HABRÍA TRANSPORTE.
2.-EL MATERIAL RESISTE LA ROTACIÓN EN LA CAMISA Y
SE DESLIZA SOBRE EL TORNILLO.
AHORA TIENDE A SER TRANSPORTADO AXIALMENTE
COMO UN TORNILLO DE ARQUÍMEDES NORMAL DE CANAL
PROFUNDO QUE SE USA PARA TRANSPORTAR SÓLIDOS.
EXTRUSION / TRANSPORTE
PARA SER TRANSPORTADO HACIA ADELANTE, EL MATERIAL NO
DEBE GIRAR JUNTO CON EL TORNILLO, O AL MENOS DEBE GIRAR A
UNA MENOR VELOCIDAD QUE EL TORNILLO.
LA ÚNICA FUERZA QUE PUEDE EVITAR QUE EL MATERIAL DE
VUELTAS JUNTO CON EL TORNILLO Y, POR TANTO, HACER QUE EL
MATERIAL AVANCE A LO LARGO DE LA CAMISA ES LA FUERZA DE
FRICCIÓN ENTRE EL MATERIAL Y LA SUPERFICIE INTERNA DE LA
CAMISA.
A MAYOR FRICCIÓN MENOR ROTACIÓN DEL MATERIAL JUNTO CON
EL TORNILLO Y, POR LO TANTO, MÁS MOVIMIENTO HACIA
ADELANTE.
EL CAUDAL SE HACE TANTO MAYOR CUANTO MAYOR SEA EL
COEFICIENTE DE ROZAMIENTO DEL SÓLIDO CON LA CARCASA CON
RESPECTO AL DEL SÓLIDO CON EL EJE DEL TORNILLO. POR ELLO
LAS CARCASAS DE LAS EXTRUSORAS EN ESTA SECCIÓN SUELEN
RANURARSE SEGÚN LAS GENERATRICES DEL CILINDRO.
EN LA PRÁCTICA, HAY FRICCIÓN TANTO CON EL EJE DEL
TORNILLO COMO CON LA CAMISA, Y ESTO CONDUCE AL MECANISMO
DE TRANSPORTE PRINCIPAL
EL FLUJO POR ARRASTRE DEL MATERIAL FUNDIDO A LO LARGO
DEL TORNILLO COMO RESULTADO DE LAS FUERZAS DE FRICCIÓN,
Y ES EL
EQUIVALENTE AL ARRASTRE VISCOSO ENTRE LAS PLACAS
ESTACIONARIA Y MÓVIL SEPARADAS POR UN MEDIO VISCOSO.
ESTO CONSTITUYE LA COMPONENTE DE TRANSPORTE DEL
EXTRUSOR.
AL FLUJO DE ARRASTRE SE LE OPONE LA COMPONENTE DEL
FLUJO DE PRESIÓN, PRODUCIDO POR EL GRADIENTE DE PRESIÓN
QUE HAY A LO LARGO DEL EXTRUSOR. ES IMPORTANTE
COMPRENDER QUE NO HAY FLUJO REAL RESULTANTE DEBIDO A
LA PRESIÓN, ÚNICAMENTE ES UNA OPOSICIÓN.
EL COMPONENTE FINAL EN EL MODELO DE FLUJO ES EL
FLUJO DE FUGA. HAY UN ESPACIO FINITO ENTRE EL TORNILLO
Y LA CAMISA A TRAVÉS DEL CUAL SE PUEDE FUGAR EL
MATERIAL. ESTE ES TAMBIÉN UN FLUJO IMPULSADO POR EL
GRADIENTE DE PRESIÓN QUE TAMBIÉN SE OPONE AL FLUJO DE
ARRASTRE
POR LO TANTO, EL FLUJO TOTAL ES EL BALANCE DE ESTOS
COMPONENTES
FLUJO TOTAL =
= FLUJO DE ARRASTRE - FLUJO DE PRESIÓN - FLUJO DE FUGA.
EXTRUSION
Flujo de arrastre.
dQ = Vdxdy
⎡y ⎤
V = Vd ⎢ ⎥
⎣H ⎦
HT
⎡y ⎤
Qd = ∫ ∫ Vd ⎢ ⎥ dxdy
⎣H ⎦
00
de donde:
⎡y ⎤
dQ = Vd ⎢ ⎥ dxdy
⎣H ⎦
1
Qd = THVd
2
AHORA SE APLICA ESTA SITUACIÓN DE PLACAS PARALELAS AL
TORNILLO DE UN EXTRUSOR. SE PUEDE IMAGINAR AL CANAL DEL TORNILLO
COMO UN CANAL SIMILAR, EXCEPTO QUE LA DISPOSICIÓN ES EN ESPIRAL.
LA CAMISA SIMULA LA PLACA ESTACIONARIA, Y EL TORNILLO
GIRATORIO, LA PLACA MÓVIL. EL ELEMENTO DE MATERIAL FLUIDO SE HALLA
ENTRE LA CAMISA Y EL TORNILLO GIRATORIO. H ES AHORA LA PROFUNDIDAD
DEL CANAL, T ES LA DISTANCIA PERPENDICULAR ENTRE HILOS Y N ES LA
VELOCIDAD DEL TORNILLO EN REVOLUCIONES POR SEGUNDO.
SE SUPONDRÁ LO SIGUIENTE:
1.- EL MATERIAL SE COMPORTA COMO UN FLUIDO
NEWTONIANO
2.- LA VISCOSIDAD ES LA MISMA EN TODOS LOS
PUNTOS DEL CANAL DEL TORNILLO
3.- LA VELOCIDAD DEL MATERIAL EN LA PARED DE
LA CAMISA ES
Vd = π DN cos Φ
4.- LA VELOCIDAD DEL MATERIAL EN LA PARED DEL
TORNILLO ES CERO.
HAY QUE TENER PRESENTE, SIN EMBARGO, QUE EL MATERIAL
SE COMPORTA POR LO GENERAL COMO UN FLUIDO
NO-NEWTONIANO DE TIPO PSEUDOPLÁSTICO. ADEMÁS, LA
VISCOSIDAD NO ES LA MISMA EN TODOS LOS PUNTOS DEL
CANAL, PUES COMO EN TODO MATERIAL PSEUDOPLÁSTICO, LA
VISCOSIDAD DISMINUYE AL AUMENTAR LA VELOCIDAD DE
CORTE.
ASÍ, LA VISCOSIDAD SERÁ MENOR CERCA DE LA PARED DEL
BARRIL, DONDE LA VELOCIDAD DE CORTE ES MAYOR, Y SERÁ
MAYOR HACIA EL INTERIOR DEL CANAL, DONDE LA VELOCIDAD
DE CORTE ES MENOR
FINALMENTE, LA VELOCIDAD DEL MATERIAL EN LA PARED DEL
TORNILLO NO ES IGUAL A CERO. SI ASÍ FUERA, ESTA CAPA DE
MATERIAL EN LA PARED DEL TORNILLO PERMANECERÍA
INDEFINIDAMENTE EN EL INTERIOR DEL EXTRUSOR Y SE
DEGRADARÍA, Y ESTO NO SUCEDE.
POR LO TANTO, EL MATERIAL TIENE QUE DESLIZARSE EN LAS
SUPERFICIES METÁLICAS DEL TORNILLO Y DE LA CAMISA. ESTE
DESLIZAMIENTO DEPENDE DE LA FRICCIÓN ENTRE EL
MATERIAL Y LA SUPERFICIE DEL TORNILLO Y DE LA CAMISA.
EXTRUSION
SUSTITUYENDO ESTOS VALORES EN:
1
Qd = THVd
2
SE DEDUCE QUE EL FLUJO DE ARRASTRE DEPENDE DE:
• DIÁMETRO DEL TORNILLO AL CUADRADO D2
• VELOCIDAD DEL TORNILLO N
• PROFUNDIDAD DEL CANAL H
• ÁNGULO DE HÉLICE Φ
EXTRUSION
TENSION
CORTANTE
EXTRUSION
SE DEDUCE QUE EL FLUJO DE PRESIÓN DEPENDE DE:
• DIÁMETRO DEL TORNILLO
• PROFUNDIDAD DEL CANAL H
• ÁNGULO DE HÉLICE Φ
• GRADIENTE DE PRESIÓN
• VISCOSIDAD DEL FLUIDO
EXTRUSION / FLUJO DE FUGA
EL FLUJO DE FUGA TIENE
LUGAR ENTRE LA PARTE
SUPERIOR DE LOS
REBORDES DEL TORNILLO Y
LA CAMISA COMO
RESULTADO DE LA PRESIÓN
DE RETROCESO.
ESTE TIPO DE FLUJO PUEDE
SER ANALIZADO COMO UN
FLUJO DE PRESIÓN ENTRE
PLANOS PARALELOS CON:
δ,
e cos Φ
UNA SEPARACIÓN
UNA LONGITUD
UNA ANCHURA
πD
cos Φ
El flujo de fuga normalmente es pequeño en comparación con el flujo de arrastre
y el flujo de presión y, por tanto, para la mayoría de los casos prácticos reales
puede despreciarse al calcular el flujo total.
Únicamente tiene significado práctico en máquinas desgastadas en las cuales se
vuelve grande el espacio libre que hay entre el tornillo y la camisa.
EXTRUSION
REALIZANDO LAS SIGUIENTES SUSTITUCIONES EN LA EXPRESIÓN
Qp = −
1 dP 3
TH
12η dz
El flujo de fuga ocurre debido a
la presión diferencial, ΔP,
existente a través de una
sección tal como la CD.
El incremento de presión desde
A hasta B viene dado por:
ΔPAB = π Dtag Φ
FLUJO
DESARROLLO DEL
TORNILLO
ΔP
AC AB − BC
=
=
=
ΔPAB
AB
AB
dP
dL
SI EL INCREMENTO DE PRESIÓN
ES LINEAL, ENTONCES LA
PRESIÓN DIFERENCIAL QUE
ACTÚA EN C
PERPENDICULARMENTE HACIA
A, A TRAVÉS DE LOS REBORDES
SERÁ PROPORCIONAL A LA
RELACIÓN:
(πD cos Φ )− πDtagΦsenΦ = 1 − sen Φ = cos
(πD cos Φ )
2
2 2 3
2
Φ
dP Q = − 1 ΔP π D δ 3 Q = π D δ tag Φ dP
2
ΔP = π Dtag Φ cos Φ
L
L
12η e cos Φ cos Φ
dL
12η e
dL
1 2 2
π DH 3sen 2Φ P
QT = π D NHsenΦ cos Φ −
2
12η
L
EXTRUSION
π 2D 2δ 3
P
−
tag Φ
12η e
L
EXTRUSION
QT = C1N − C2
P ⎛
P⎞
C
−
η ⎜⎝ 4 η ⎟⎠
Curva característica de un extrusor.
EXTRUSION
K = Factor que depende de la forma
Q = C3
P
π R4
η C3 = 8L
Ecuaciones características del dado.
EXTRUSION
Características del
extrusor y del dado.
Punto de operación.
La gráfica de la figura es muy útil, ya que nos permite analizar el efecto
que producen los cambios de los valores de los parámetros.
Las posiciones de las líneas de la gráfica se modifican por cambios en las
condiciones de operación.
QT = C1N − C2
P ⎛
P⎞
C
−
η ⎜⎝ 4 η ⎟⎠
Q = C3
P
η
Un aumento en la viscosidad tiene un efecto opuesto sobre el
caudal de salida del tornillo y del dado, incrementa el del
tornillo y disminuye el del dado
QT = C1N − C2
P ⎛
P⎞
C
−
η ⎜⎝ 4 η ⎟⎠
Q = C3
P
η
Un aumento en la presión tiene un efecto opuesto sobre el
caudal de salida del tornillo y del dado, incrementa el del
tornillo y disminuye el del dado
QT = C1N − C2
Q = C3
P
η
P ⎛
P⎞
C
−
η ⎜⎝ 4 η ⎟⎠
C3 =
π R4
8L
Un incremento en la velocidad del tornillo, N, moverá la línea
característica del tornillo hacia arriba.
Lo mismo ocurre con la curva característica del dado al
aumentar su radio (aumenta su pendiente).
El ambos casos la capacidad de producción de la máquina
extrusora aumentará.
QT = C1N − C2
P ⎛
P⎞
C
−
η ⎜⎝ 4 η ⎟⎠
Curva característica
de un extrusor.
PARA UNA LÍNEA CARACTERÍSTICA ESCARPADA, EL SISTEMA ES
SENSIBLE A CAMBIOS DE PRESIÓN, UN PEQUEÑO INCREMENTO EN LA
PRESIÓN FRONTAL DISMINUYE ABRUPTAMENTE LA PRODUCCIÓN. PARA
UNA LÍNEA CARACTERÍSTICA PLANA, LA PRODUCCIÓN NO SE MODIFICA DE
MANERA MARCADA SI CAMBIA LA PRESIÓN
EL PUNTO DE OPERACIÓN DE UNA MÁQUINA DE EXTRUSIÓN DEPENDE
TANTO DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL TORNILLO COMO DEL DADO, LAS
CUALES SON OPUESTAS. ASÍ, EL TORNILLO TIENE UNA CAPACIDAD
(CAUDAL DE SALIDA) ALTA SI LA PRESIÓN A LA SALIDA ES BAJA, MIENTRAS
QUE, LA CAPACIDAD DEL DADO AUMENTA AL HACERLO LA PRESIÓN A SU
ENTRADA, QUE SE CORRESPONDE CON LA DE SALIDA DEL TORNILLO.
Q = C3
QT = C1N − C2
P
η
P ⎛
P⎞
C
−
η ⎜⎝ 4 η ⎟⎠
QT = C1 N − C2
1
C1 = π 2D 2HsenΦ cos Φ
2
C2 =
P ⎛
P⎞
⎜ −C4 ⎟
η ⎝
η⎠
π DH 3sen 2Φ
12L
Q = C3
C3 =
P
η
π R4
8L
En la práctica se usan diferentes acoplamientos de tornillo y
dado. Los puntos de intersección muestran que al usar un
dado abierto, se obtendrían los mejores resultados con un
tornillo de canal profundo, mientras que si se utiliza un dado
restringido, lo mejor sería un canal de poca profundidad.
Diferentes
acoplamientos de
líneas características
de tornillo y dado.
ANGULO DE HÉLICE ESCARPADO CONTRA EL DE POCA PROFUNDIDAD.
EL ÁNGULO ESCARPADO RESISTE AL FLUJO DE PRESIÓN DE RETROCESO Y
EL ÁNGULO DE POCA PROFUNDIDAD PROPORCIONA UNA RUTA MENOS
TORTUOSA AL FLUJO DE ARRASTRE.
COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE POLÍMEROS
FUNDIDOS. HINCHAMIENTO DEL DADO.
DEL MISMO MODO, QUE LOS POLÍMEROS SÓLIDOS EXHIBEN UN
COMPORTAMIENTO VISCOELÁSTICO, ES DECIR RECUPERACIÓN
ELÁSTICA Y FLUJO VISCOSO,
LOS POLÍMEROS FUNDIDOS POSEEN PROPIEDADES ELÁSTICAS
QUE ACOMPAÑAN AL COMPORTAMIENTO VISCOSO
DURANTE EL FLUJO CUANDO EL FUNDIDO ESTA SUJETO A
TENSIONES DE CORTE Y TRACCIÓN TIENEN LA CAPACIDAD DE
ALMACENAR ENERGÍA DE DEFORMACIÓN Y CUANDO SE
LIBERAN LAS TENSIONES, DICHA DEFORMACIÓN SE RECUPERA.
COMPORTAMIENTO ELÁSTICO DE POLÍMEROS
FUNDIDOS. HINCHAMIENTO DEL DADO.
EL GRADO DE LA DEFORMACIÓN RECUPERABLE DEPENDE DEL
NIVEL DE TENSIÓN Y DE LAS PROPIEDADES ELÁSTICAS DEL
FUNDIDO
UN BUEN EJEMPLO DE RECUPERACIÓN ELÁSTICA ES EL
HINCHAMIENTO QUE TIENE LUGAR DESPUÉS DE LA EXTRUSIÓN. ASÍ,
LAS DIMENSIONES DEL PRODUCTO EXTRUIDO SON MÁS GRANDES
QUE LAS DEL DADO, LO CUAL PUEDE PRESENTAR PROBLEMAS SI
TALES DIMENSIONES SON CRÍTICAS.
EN ESTAS CIRCUNSTANCIAS ES NECESARIO TENER CONOCIMIENTO
DE LA CANTIDAD DE HINCHAMIENTO QUE SE VA A PRODUCIR, CON EL
OBJETO DE DISEÑAR EL DADO
SI EL DADO ES DE SECCIÓN TRANSVERSAL NO UNIFORME, POR
EJEMPLO CONVERGENTE, ENTONCES HABRÁ DEFORMACIÓN
RECUPERABLE, TANTO DE CORTE COMO DE TENSIÓN. PERO SI EL
DADO ES DE SECCIÓN TRANSVERSAL UNIFORME Y ES LARGO EN
RELACIÓN CON SUS DIMENSIONES TRANSVERSALES, ENTONCES
SOLAMENTE LA TENSIÓN DE CORTE CONTRIBUYE AL HINCHAMIENTO
DEL PRODUCTO A LA SALIDA DEL DADO, YA QUE CUALQUIER
TENSIÓN DE TRACCIÓN DESARROLLADA A LA ENTRADA DEL DADO
TIENE EL TIEMPO SUFICIENTE PARA RELAJARSE.
LO CONTRARIO OCURRE CUANDO LA LONGITUD DEL DADO ES MUY
PEQUEÑA.
PARA ANALIZAR EL FENÓMENO DEL HINCHAMIENTO
DESPUÉS DE LA EXTRUSIÓN SE DEFINE LA RELACIÓN DE
HINCHAMIENTO, B, COMO SIGUE:
B=
Dimensiones del extrusionado
Dimensiones del dado
RELACIÓN DE HINCHAMIENTO DEBIDO A LA TENSIÓN DE CORTE.
(A).- CAPILAR LARGO.
⎡2
BSR = ⎢ γ R ( 1 + γ R−2
⎣3
(
1
⎤ 2
3
) 2 − γ R−3 )⎥⎦
(B).- CANAL RECTANGULAR LARGO.
BST
⎡1
= ⎢ 1 + γ R2
⎣2
(
)
1
2
+
1
2γ R
{
(
Ln γ R + 1 + γ
2
R
)
1
2
}
⎤
⎥
⎦
1
3
2
BSH = BST
RELACIÓN DE HINCHAMIENTO DEBIDO A LA TENSIÓN DE TRACCIÓN.
(A).- CAPILAR CORTO.
BER
ε R 12
= (e )
CANAL RECTANGULAR CORTO.
MEDIANTE UN ANÁLISIS SE PUEDE MOSTRAR QUE PARA UNA
ABERTURA ESTRECHA Y CORTA LAS RELACIONES DE
HINCHAMIENTO EN LAS DIRECCIONES DE LA ANCHURA (T) Y DEL
ESPESOR (H) VIENEN DADAS POR:
BET
ε R 14
= (e )
BEH
ε R 12
= (e )