Los plásticos se utilizan ampliamente en dispositivos médicos, automóviles y productos de uso diario debido a sus numerosas ventajas, que incluyen peso ligero, buena resistencia al impacto, buena transparencia, buen aislamiento, buena moldeabilidad, buena colorabilidad y bajo costo de procesamiento. Desde que los primeros humanos intentaron unir lanzas a las ramas, el ensamblaje ha sido un área crucial del esfuerzo humano, y el rendimiento final de las piezas de plástico depende en gran medida de los métodos de conexión entre ellas. Los científicos e ingenieros relacionados han desarrollado muchos métodos diferentes de conexión de plástico a través de investigaciones y prácticas a largo plazo-.
Este artículo proporciona una breve introducción a estas tecnologías de conexión plástica, con la esperanza de ofrecer una referencia para los diseñadores en campos relacionados al seleccionar métodos de conexión plástica.
1. Unión adhesiva
La unión adhesiva se refiere a la técnica de unir las superficies de objetos homogéneos o heterogéneos mediante adhesivos. Los adhesivos son sustancias naturales o sintéticas, orgánicas o inorgánicas que pueden unir dos o más partes o materiales mediante adhesión y cohesión interfacial. Se denominan colectivamente adhesivos, agentes aglutinantes y comúnmente se abrevian como pegamento. En resumen, los adhesivos son sustancias que unen materiales mediante unión.
2. Unión solvente
Esto se refiere al proceso en el que un solvente disuelve la superficie del plástico, lo que hace que los materiales se mezclen. Cuando el disolvente se evapora, se forma una junta.
3. Unión de sujetadores
La unión de sujetadores se refiere al uso de sujetadores para conectar piezas de plástico, incluidos sujetadores-de ajuste a presión, tornillos-autoperforantes y pernos. Los sujetadores de ajuste a presión generalmente conectan piezas de plástico creando un ajuste de interferencia entre una protuberancia en su vástago y un orificio en el plástico. Los tornillos autorroscantes-utilizan roscas autorroscantes para conectarse sin perforar un agujero.
4. Unión de bisagras
Las bisagras de plástico se pueden dividir en tres tipos: bisagras integradas de una sola-pieza, bisagras integradas de dos-piezas y bisagras combinadas de varias-piezas. Las bisagras integradas de una sola pieza-se forman moldeando dos piezas como una sola unidad, sin requerir ningún componente adicional. Las bisagras integradas de dos-piezas se fabrican moldeando dos piezas de plástico separadas y luego ensamblándolas. Las bisagras combinadas multi-piezas, además de fabricar dos piezas plásticas individuales, requieren componentes adicionales como varillas o piezas metálicas de bisagra. Sus ventajas incluyen apertura y cierre repetibles, y las bisagras integradas generalmente están diseñadas dentro o cerca del interior de la caja, reduciendo así el tamaño total de las piezas. Las desventajas incluyen requisitos de alta precisión para el moldeado, moldes generalmente complejos y la necesidad de una amplia experiencia en desarrollo en el diseño racional de la bisagra móvil.
5. Insertar moldura
El moldeo por inserción se refiere a un proceso de moldeo en el que-un inserto previamente preparado de un material diferente se inserta en un molde de inyección, seguido de la inyección de resina. El material fundido se adhiere al inserto y se solidifica, creando un producto de una sola pieza. Los insertos roscados son un método principal para crear roscas en piezas de plástico y proporcionan una mejor resistencia de conexión que las roscas autorroscantes. Los insertos no se limitan al metal; también pueden estar hechos de tela, papel, alambre, plástico, vidrio, madera, bobinas, componentes eléctricos y más. El moldeado por inserción utiliza la combinación de las propiedades aislantes de la resina y las propiedades conductoras del metal para crear productos moldeados que cumplen con las funciones básicas de los productos eléctricos. La decoración en molde (IMD) es una tecnología de decoración de superficies popular a nivel internacional. Es ampliamente utilizado en paneles de control decorativos y funcionales para electrodomésticos, tableros de instrumentos de automóviles, paneles de aire acondicionado, carcasas/lentes de teléfonos móviles, lavadoras, refrigeradores y más. IMD implica colocar una hoja decorativa preimpresa en un molde de inyección y luego inyectar resina en la parte posterior de la hoja, lo que permite que la resina se adhiera a la hoja y se cure.
La principal ventaja del moldeo por inserción es la combinación de la facilidad de moldeo y la flexibilidad de la resina con la rigidez, resistencia y resistencia al calor del metal, lo que permite la creación robusta de productos metálicos-plásticos integrados complejos e intrincados.
6. Moldura de varias-partes
El moldeo de varias-partes, también conocido como moldeo por inyección de dos-colores, se refiere a un método de moldeo que inyecta dos plásticos de diferentes colores en el mismo molde. Permite dos colores diferentes en la pieza moldeada y puede producir patrones regulares o diseños irregulares en forma de nubes-, mejorando tanto la practicidad como la estética de la pieza.
El siguiente diagrama ilustra el principio del moldeo por inyección de dos-colores. Utiliza dos cilindros, cada uno con la misma estructura y funcionamiento que un cilindro de moldeo por inyección estándar. Cada barril tiene su propio canal que se conecta a la boquilla y se instala una válvula de encendido/apagado en el canal de la boquilla. Durante el moldeo, después de que el material fundido se plastifica en el cilindro, la válvula de encendido/apagado controla el orden en que el material fundido ingresa a la boquilla y la proporción de material descargado, antes de inyectarse en la cavidad del molde. Esto da como resultado varios productos de plástico con diferentes efectos de mezcla de colores.
7. Conexiones roscadas moldeadas
Las conexiones roscadas moldeadas se refieren al moldeado directo de roscas en piezas de plástico a través del diseño del molde de inyección, logrando así conexiones con otras roscas que tienen el mismo perfil de diente, diámetro nominal y otros parámetros.
Los hilos de los productos plásticos se dividen en hilos externos e internos. Las roscas externas generalmente se desmoldan usando un control deslizante, mientras que las roscas internas se desmoldan usando un método de conexión roscada. Los hilos externos tienen una estructura más simple, pero después del moldeo, quedan líneas de separación en el producto de plástico. Si las líneas de separación son obvias, afectarán la apariencia del producto y el ajuste de los hilos. El principio es que el poste guía inclinado se abre y luego el pasador expulsor empuja el producto hacia afuera. Los moldes de rosca interna se pueden dividir a su vez en: 1. Estructura de desenroscado forzado (no-rotacional). 2. No-desenroscado forzado (rotativo). Actualmente, los hilos moldeados se utilizan principalmente en la fabricación de tapas de botellas.
8. Conexión de hilo roscado
La conexión de rosca roscadora de plástico se refiere a perforar orificios en la pieza de plástico y luego golpear para formar roscas, que luego se usan para conectar con otras piezas. Este método es similar al utilizado en piezas metálicas.
Sus ventajas son: este proceso no exige la forma de la pieza de plástico y se pueden obtener orificios de posicionamiento precisos utilizando herramientas mecánicas de precisión.
9. Ajuste a presión
El ajuste a presión, también conocido como ajuste por fuerza, ajuste por interferencia y ajuste por contracción, implica ensamblar un eje y un orificio con una relación de ajuste por interferencia bajo una cierta presión. Alternativamente, el orificio se puede agrandar calentándolo o el eje se puede reducir enfriándolo. Después del montaje, las dos piezas vuelven a la misma temperatura, lo que da como resultado un ajuste de interferencia. Utiliza la deformación elástica del orificio y el eje en las piezas de plástico conectadas para transmitir un cierto par o fuerza axial después del ensamblaje. 10. Conexión a presión-
Las conexiones a presión-son mecanismos que se utilizan para entrelazar o bloquear una pieza con otra, normalmente se utilizan para conectar piezas de plástico. El material suele ser un plástico flexible. La mayor ventaja de las conexiones de ajuste rápido-es su facilidad de instalación y desmontaje, lo que permite una extracción sin herramientas-.
Generalmente, un ajuste a presión-consta de un elemento de posicionamiento y un sujetador. El elemento de posicionamiento guía el ajuste-a presión a su posición de instalación de manera suave, correcta y rápida. El sujetador asegura el ajuste-a presión a la base y evita que se caiga durante el uso. Según la aplicación y los requisitos, los sujetadores se dividen en sujetadores desmontables y no-desprendibles. Los sujetadores desmontables generalmente están diseñados para que el ajuste a presión se desenganche bajo una cierta fuerza de separación, separando las dos partes de conexión. Estos ajustes rápidos-a menudo se utilizan para conectar dos piezas que deben desmontarse con frecuencia. Los sujetadores no-desmontables requieren inclinación manual para separar las dos partes y se usan principalmente para conectar y asegurar piezas que no es necesario desmontar durante el uso.
11. Remachado de plástico
El remachado es un proceso que se utiliza particularmente para unir piezas hechas de diferentes materiales (por ejemplo, plástico y metal). Una parte tiene un remache que se extiende hasta un agujero en otra parte. Luego, el remache se deforma mediante el flujo en frío o la fusión del plástico, formando una cabeza de remache que bloquea mecánicamente las dos partes. Se pueden obtener varios diseños de cabezales de remache cambiando el diseño del cabezal de soldadura.
Remachado en frío: En el remachado en frío, el remache se deforma bajo alta presión. El flujo en frío crea una gran tensión en la zona del remache, por lo que sólo es adecuado para plásticos con buena ductilidad.
Remachado en caliente: En el remachado en caliente, el cabezal de soldadura se calienta por compresión, por lo que se requiere menos presión para formar la cabeza del remache sobre el remache y se genera menos tensión residual en la cabeza del remache. Se puede aplicar a una gama mucho más amplia de materiales termoplásticos que el remachado en frío, incluidos los materiales rellenos de vidrio-. La calidad de la unión depende del control de los parámetros del proceso: temperatura, presión y tiempo.
Remachado con gas caliente: En el remachado con gas caliente, el remache se calienta mediante una corriente de aire sobrecalentado, y el calor se transfiere a través de tuberías de aire alrededor del remache. Luego, se baja el cabezal de soldadura en frío independiente para comprimir el remache.
Soldadura por remachado ultrasónico: en la soldadura por remachado ultrasónico, la energía ultrasónica proporcionada por el cabezal de soldadura derrite el remache. Durante la presión continua del cabezal de soldadura, el material de remache fundido fluye hacia la cavidad dentro del cabezal de soldadura, formando el diseño deseado del cabezal de remache.
Proceso de soldadura de piezas de plástico
El principio de soldadura es el mismo: primero, las superficies de contacto de las dos piezas de plástico a soldar se calientan hasta que se fundan; luego, se aumenta la presión de acoplamiento sobre las superficies de soldadura y la presión se mantiene durante un cierto tiempo hasta que las superficies de soldadura se solidifiquen, lo que indica una soldadura exitosa.
12. Soldadura por inducción
Esto utiliza principalmente equipos de alta-frecuencia con rectificación de alto-voltaje para generar un campo eléctrico de corriente de onda electromagnética a través de la oscilación instantánea de un tubo de electrones de alta-frecuencia. Las moléculas internas del PVC, TPU, EVA, PET y otros materiales plásticos procesados generan fricción polarizada y calor dentro del campo eléctrico de ondas electromagnéticas. Combinado con una cierta presión, esto logra el efecto de fusión de los productos plásticos que se van a soldar con calor-.
13. Soldadura rotativa
Las máquinas de soldadura por fricción rotativas se utilizan generalmente para soldar dos piezas termoplásticas circulares. Durante la soldadura, una pieza de trabajo se fija sobre un molde base, mientras que la otra pieza de trabajo gira sobre la superficie de la pieza de trabajo fija. Debido a la presión que actúa sobre las dos piezas, el calor generado por la fricción entre las piezas derrite las superficies de contacto, formando una unión sólida y sellada. La soldadura rotativa de posicionamiento implica girar durante un tiempo determinado y luego detenerse momentáneamente en una posición determinada, lo que da como resultado una fusión permanente.
14. Soldadura con placa caliente
La soldadura con placa caliente implica colocar los bordes de dos piezas de plástico que se van a unir en una placa caliente controlada-por termostato y calentarlas hasta que las superficies se derritan. Luego, se utiliza una pequeña cantidad de presión para presionar las superficies ablandadas para lograr la conexión (ver figura). Otro proceso de termosellado con placa caliente comúnmente utilizado implica apilar las dos partes que se van a unir, usar elementos calefactores para calentar la placa de termosellado, bajarla a la parte superior de las dos partes y aplicar presión a la placa de termosellado. La placa termoselladora funde el área de contacto de las dos partes y luego se solidifica para unirlas. Este proceso se utiliza principalmente para sellar y unir películas de resina polimérica y piezas de plástico.
15. Soldadura con gas caliente
Hay tres métodos de soldadura con gas caliente: soldadura por puntos, soldadura permanente con gas caliente y soldadura por extrusión. Su principio básico es el mismo: el aire generado por el motor elimina el calor generado por el alambre calefactor, creando un flujo de aire caliente que calienta las dos piezas de plástico que se van a soldar hasta un estado fundido con la varilla de soldadura, uniéndolas así y logrando el propósito de soldadura. La soldadura por puntos se utiliza para fijar las piezas antes de la soldadura permanente.
La soldadura por puntos es un proceso de soldadura temporal que no requiere varillas de soldadura pero requiere una boquilla de soldadura por puntos.
La soldadura permanente utiliza varillas de soldadura del mismo material que las piezas que se van a soldar. La boquilla de soldadura se mueve rápidamente hacia adelante y hacia atrás en forma de abanico sobre el área de soldadura hasta que la ranura en V-y la varilla de soldadura se ablanden lo suficiente para soldar. Por lo general, se utiliza un rodillo caliente para presionarlos entre sí. La soldadura por extrusión se refiere al proceso en el que la resina de relleno, ya sea alimentada desde un embudo en forma granular o como varillas de soldadura en un cilindro, se extruye desde una extrusora de un solo-tornillo impulsada por un motor eléctrico. El calentamiento se logra mediante serpentines calefactores o gas caliente, y las superficies de unión se precalientan con gas caliente conectado a la extrusora. Finalmente, la resina de aportación y las piezas de trabajo se funden formando un enlace único.
16. Soldadura ultrasónica
La soldadura ultrasónica utiliza un generador ultrasónico para convertir una corriente de 50/60 Hz en energía eléctrica de 15, 20, 30 o 40 kHz. Esta energía eléctrica de alta-frecuencia se convierte luego nuevamente en movimiento mecánico de la misma frecuencia mediante un transductor. Este movimiento mecánico se transmite luego al cabezal de soldadura a través de un convertidor de amplitud. El cabezal de soldadura transmite la energía de vibración recibida a la unión de las piezas a soldar. En esta zona, la energía de vibración se convierte en energía térmica mediante fricción, lo que provoca que las superficies de contacto de los dos plásticos se fundan rápidamente. Bajo presión, se fusionan. Después de que cesan las ondas ultrasónicas, la presión se mantiene durante unos segundos para solidificarse y formar una fuerte cadena molecular, logrando el propósito de soldadura. La resistencia de la soldadura puede aproximarse a la resistencia del material original. Las ondas ultrasónicas se pueden utilizar no sólo para soldar termoplásticos duros sino también para procesar tejidos y películas.
Los componentes principales de un sistema de soldadura ultrasónica incluyen un generador ultrasónico, un conjunto de transductor/amplificador/cabezal de soldadura, un molde y un marco.
La calidad de la soldadura ultrasónica de plástico depende de tres factores: la amplitud del transductor/cabezal de soldadura, la presión aplicada y el tiempo de soldadura. El tiempo de soldadura y la presión del cabezal de soldadura son ajustables, mientras que la amplitud está determinada por el transductor y el transformador de amplitud.
17. Soldadura por vibración
La soldadura por vibración implica seis parámetros de proceso: tiempo de soldadura, tiempo de mantenimiento, presión de soldadura, amplitud, frecuencia y voltaje.
La soldadura por vibración se divide en: soldadura por vibración lineal, soldadura por vibración de orugas y soldadura por vibración angular.
La soldadura por fricción por vibración lineal utiliza el calor por fricción generado en las superficies de contacto de dos piezas de trabajo para fundir el plástico. La energía térmica se genera mediante el movimiento alternativo de una pieza de trabajo sobre otra superficie con un cierto desplazamiento o amplitud bajo presión. Una vez que se alcanza el grado de soldadura deseado, la vibración se detiene, pero se sigue aplicando presión a ambas piezas de trabajo para enfriar y solidificar la parte soldada, formando una unión firme.
La soldadura por fricción por vibración orbital es un método que utiliza energía térmica por fricción. En la soldadura por fricción por vibración orbital, la pieza de trabajo superior se mueve a lo largo de una órbita a una velocidad fija-circularmente en todas las direcciones. Este movimiento genera energía térmica, lo que hace que las partes soldadas de las dos piezas de plástico alcancen su punto de fusión. Una vez que el plástico comienza a derretirse, el movimiento se detiene y las porciones soldadas de las dos piezas de trabajo se solidifican y se unen firmemente. Pequeñas fuerzas de sujeción dan como resultado una deformación mínima de las piezas de trabajo, y las piezas de trabajo con un diámetro de hasta 10 pulgadas se pueden soldar mediante soldadura por fricción por vibración orbital.
La soldadura por vibración angular implica una pieza de trabajo que gira alrededor de un punto de apoyo; Las máquinas de soldadura por vibración angular disponibles comercialmente son actualmente raras.
18. Soldadura láser
La soldadura láser es una tecnología que utiliza el calor generado por un rayo láser para fundir las superficies de contacto de los plásticos, uniendo así láminas, películas o piezas moldeadas termoplásticas.
Apareció por primera vez en la década de 1970, pero debido a su alto costo, no podía competir con tecnologías anteriores de unión de plásticos, como la soldadura por vibración y la soldadura con placa caliente. Sin embargo, a partir de mediados de la década de 1990, a medida que disminuyó el coste del equipo necesario para la soldadura láser, esta tecnología fue ganando popularidad.
La soldadura láser es particularmente útil cuando las piezas de plástico que se unen son materiales muy precisos (como componentes electrónicos) o requieren un entorno estéril (como dispositivos médicos y envases de alimentos). La soldadura láser es rápida, lo que la hace especialmente adecuada para el procesamiento en líneas de montaje de piezas de plástico para automóviles. Además, se puede considerar la soldadura por láser para geometrías complejas que son difíciles de unir utilizando otros métodos de soldadura.
Las ventajas de la soldadura láser incluyen principalmente: el equipo de soldadura no necesita entrar en contacto con las piezas de plástico que se van a unir; es rápido; el equipo tiene un alto grado de automatización, lo que lo hace conveniente para procesar piezas de plástico complejas; no produce rebabas; la soldadura es fuerte; puede producir soldaduras de alta-precisión; es una tecnología libre de vibraciones-; puede producir estructuras herméticas o selladas al vacío-; minimiza el daño térmico y la deformación térmica; y puede unir resinas de diferentes composiciones o colores.
19. Soldadura con alambre caliente
La soldadura por hilo caliente, también conocida como soldadura por resistencia, utiliza un alambre metálico para unir dos piezas de plástico.
Se transfiere calor entre las piezas de plástico, derritiendo sus superficies, y se aplica presión para unirlas.
Se coloca un alambre metálico sobre una superficie de las piezas a unir. Cuando la corriente pasa a través del cable, su resistencia genera calor, que luego se transfiere a las piezas de plástico. Después de soldar, el alambre permanece dentro del producto plástico y se corta la porción que se extiende más allá de la unión. Por lo general, se diseñan ranuras u otras estructuras de posicionamiento en las piezas para garantizar que el cable esté en la posición correcta.
