Aplicação de Sistemas CAD/CAM e Protótipos Rápidos

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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY 
CAMPUS ESTADO DE MÉXICO 
DMSIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA 
CIENCIAS 
MAESTRÍAS EN INGENIERÍA Y 
"APLICACIÓN DE SISTEMAS CAD/CAM Y PROTOTIPOS 
RÁPIDOS PARA EL DISEÑO Y FABRICACIÓN DE CAVIDADES DE 
MOLDES PERMANENTES PARA PIEZAS DE PLÁSTICO." 
TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS CON ESPECIALIDAD EN 
SISTEMAS DE MANUFACTURA AUTOMATIZADA 
PRESENTA 
FRANCISCO MIGUEL MORA CAMPOS 
Asesor: 
Comité de Tesis: 
Jurado: 
DR. PEDRO LUIS GRASA SOLER 
DR. ARMANDO BRAVO ORTEGA 
M.C. IGNACIO ADRIÁN ROMERO 
DR. ARMANDO BRAVO ORTEGA 
M.C. IGNACIO ADRIÁN ROMERO 
DR. PEDRO LUIS GRASA SOLER 
Presidente 
Secretario 
Vocal 
Atizapán de Zaragoza, México Mayo de 1999 
l 5 OC11999 
ÍNDICE 
Lista de figuras. . ............................. viii 
Capítulo 1 
1. Introducción ................................. 1 
1.1 Antecedentes. . ................................ 1 
1.2 Justificación y Planteamiento del problema. . ....................... 5 
1.3 Objetivos. . ................................ 9 
1. 4 Trabajo propuesto. . ............................... 1 O 
1.4.1 Investigación documental. . ............................... 10 
1.4.2 Diseño de partes de plástico. . ............................... 10 
1.4.3 Selección del proceso de fabricación 
de piezas de plástico. . ............................... 11 
1. 4. 4 Definición de cavidades de moldes 
para piezas de plástico. . ............................... 11 
1.4.5 Selección del proceso de maquinado 
para la(s) cavidad(es) del molde. . ...................... 11 
1.4.6 Maquinado de cavidades utilizando 
sistemas CAD/ CAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 
1.4. 7 Aplicación de la metodología propuesta 
a una pieza en particular. . ...................... 11 
1.4.8 Organización de la tesis. . ...................... 12 
Capítulo 2. 
2. Conocimientos fundamentales de moldes de partes de plástico ........ 13 
2.1 Introducción. . ...................... 13 
2.2 Procesos de fabricación de piezas de plástico ....................... 13 
2.2.1 Extrusión. . ...................... 14 
2.2.2 Termoformado. . ...................... 16 
2.2.3 Soplo. . ...................... 22 
2.2.4 Inyección. . ...................... 26 
2.2.5 Compresión y transferencia. . ...................... 29 
2.3 Tipos de moldes. . ...................... 33 
2.3.1 Moldes de compresión. . ...................... 33 
2.3.2 Moldes de transferencia. . ...................... 34 
2.3.3 Moldes de inyección. . ...................... 34 
2.3.4 Otras herramientas para plásticos. . ...................... 35 
2.4 Métodos de fabricación de moldes. . ...................... 36 
2.4.1 Maquinado con desprendimiento de viruta ............... 37 
2.4.2 Electroerosionado. . ...................... 39 
Capítulo 3. 
3. Conocimientos fundamentales de sistemas CAD/CAM 
y prototipos rápidos. . ..................... .41 
3.1 Introducción. . ..................... .41 
V 
3.2 Sistemas CAD. . ..................... .41 
3. 2 .1 Definición. . ..................... .41 
3.2.2 Arquitectura o estructura de un sistema CAD ......... .41 
3.2.3 Modelado geométrico. . ..................... .43 
3.2.3.1 Modelos de alambre. . ..................... .44 
3.2.3.2 Modelos de superficies. . ..................... .44 
3.2.3.3 Modelos de sólidos. . ...................... 47 
3.2.4 Manipulación del modelo. . ...................... 50 
3.2.5 Geometria asociada y atributos. . ...................... 51 
3.2.6 Ventajas. . ...................... 52 
3.3 Sistemas CAM. . ...................... 54 
3.3.1 Definición. . ...................... 54 
3.3.2 Máquinas de control numérico. . ...................... 56 
3.3.2.1 Definición de control numérico ................... 56 
3.3.2.2 Componentes de un sistema de 
control numérico. . ...................... 56 
3.3.2.3 Aplicaciones del control numérico ............... 58 
3.3.2.4 Beneficios del control numérico ................... 59 
3.3.3 Programación de máquinas herramientas 
de control numérico. . ...................... 60 
3.3.3.1 Programación manual. . ...................... 60 
3.3.3.2 Programación asistida. . ...................... 62 
3.3.4 Operaciones de maquinado dentro de 
los sistemas de CAD/CAM. . ...................... 66 
3.3.5 Verificación de las trayectorias de maquinado .......... 69 
3.3.6 Ventajas. . ...................... 70 
3.4 Prototipos rápidos. . ...................... 71 
3 .4 .1 Definición. . ...................... 71 
3.4.2 Técnicas de fabricación. . ...................... 72 
3.4.2.1 Estereolitografia por 3D System Inc. Ltd ...... 73 
3.4.2.2 Laminated object manufacturing (LOM) 
por Helisus, Inc. . ...................... 7 4 
3.4.2.3 Selective Laser Sintering (SIS) por 
DTM Cor¡>. . ...................... 76 
3.4.2.4 Fused Depositation Modelling (FDM) 
por Stratasys, Inc. . ...................... 77 
3.4.2.5 Solid Ground Courding (SGC) por 
Cubital, Inc. . ...................... 78 
3.4.2.6 Ballistic Manugacturing (BPM) por 
Perception Systems. . ...................... 78 
3.4.3. Beneficios. . ...................... 80 
Capítulo 4. 
4. Diseño y fabricación de modelos integrando sistemas CAD y 
prototipos rápidos. . ...................... 82 
4.1 Introducción. . ...................... 82 
VI 
4.2 Proceso de diseño. 
4.3 Síntesis de la necesidad y planteamiento 
del problema. 
4. 4 Diseño conceptual de la pieza. 
4.5 Ingeniería del producto. 
4.6 Ingeniería de detalle. 
4. 7 Ejemplo de aplicación del proceso de diseño 
a una pieza de plástico. 
4.8 Generación del prototipo rápido. 
Capítulo 5. 
. ...................... 82 
. ...................... 84 
. ...................... 86 
. ...................... 89 
. ...................... 91 
. ...................... 92 
. ...................... 98 
5. Diseño y fabricación de cavidades. . .................... 103 
5.1 Definición del proceso. . .................... 103 
5.2 Diseño de cavidades con sistemas CAD/CAM .................... 103 
5.3 Fabricación de cavidades con sistemas CAD/ CAM ............. 105 
5.4 Ejemplo de aplicación del proceso de diseño y 
fabricación de una cavidad para una pieza de plástico ....... 109 
Capítulo 6. 
6. Conclusiones. . .................... 121 
Anexos 
Anexo A. . .................... 125 
Anexo B. ..................... 128 
Bibliografia. . .................... 130 
VII 
LISTA DE FIGURAS. 
Figura l. Utilización de materiales por el hombre [8] ......................... 6 
Figura 2. Consumo de Plásticos en Latinoamérica 1996. [8] .................. 7 
Figura 3. Gráfica de importaciones de moldes de inyección/compresión 
de plástico. [ 10] ........................ 9 
Figura 2.1. Partes principales de una Extrusora [5] 
Figura 2.2. Proceso de Formado al Vacío.[5] 
Figura 2.3. Formado a Vacío (Molde Macho).[5] 
Figura 2.4. Formado a Presión Libre.[5] 
Figura 2.5. Formado a Presión.[5] 
Figura 2.6. Formado Mecánico [5] 
Figura 2.7. Proceso de Extrusión - Soplo.[5] 
Figura 2.8. Proceso de Inyección - Soplo. [5] 
....................... 16 
....................... 19 
....................... 20 
....................... 21 
....................... 21 
....................... 22 
....................... 25 
....................... 25 
Figura 2.9. Esquema de una Máquina de Inyección.[5] ....................... 28 
Figura 2.10. Etapas del Ciclo de Inyección.[5] ....................... 30 
Figura 2. 11. Moldeo por Transferencia: a) Se inserta un trozo de 
compuesto de moldeo; b) se cierra la prensa; el compuesto fluye a las 
cavidades del molde a través de bebederos; c) Se abre el ensamble de tres 
placas; la pieza se recupera desde el lado inferior, se extrae la espiga por 
medio del miembro superior.[8] ...................... 32 
Figura 2.12. Dado de extrusión.[9] ...................... 35 
Figura 2.13. Proceso de maquinado.[9] ...................... 38 
Figura 2.14 Proceso de electroerosión.[3] ...................... 39 
Figura 2.15. Electroerosionadopor penetración. . ..................... 40 
Figura 3.1. Arquitectura de un sistema de CAD. [12] ..................... .43 
Figura 3.2. Entidades geométricas disponibles en un 
sistema CAD. [12] ..................... .45 
Figura 3.3. Ejemplos de tipos de superficies. [12] ..................... .48 
viii 
Figura 3.4. Primitivos disponibles por un modelador de 
sólidos. [ 12) ..................... .49 
Figura 3.5. Operaciones Booleanas con un bloque y 
un cilindro. [ 12) ....................... 50 
Figura 3.6. Geometría asociada. [12) ....................... 52 
Figura 3.7. Definición de las herramientas CAM. [6] ....................... 55 
Figura 3.8. Ejemplo de una trayectoria de herramienta. [12] .............. 65 
Figura 3.9. Trayectorias para el proceso de torneado. [12) .................... 67 
Figura 3.10. Fresado por perfilado y vaciado. [12] ....................... 68 
Figura 3.11. Maquinado de superficies en 3 y 5 ejes. [ 12] ..................... 69 
Figura 3.12. Proceso de estereolitografia. . ...................... 74 
Figura 3.13. Principio del proceso LOM. [13] ....................... 75 
Figura 3.14. Principio del proceso SLS. [13] ....................... 77 
Figura 3.15. Principio de trabajo del proceso FDM. [13] ....................... 79 
Figura 3.16. El principio de trabajo del BPM. [13] ....................... 79 
Figura 3.17. Aplicaciones de los prototipos rápidos. . ...................... 81 
Figura 4.1. Proceso de diseño. . ...................... 83 
Figura 4.2. Bosquejo inicial de la pieza de plástico. . ...................... 94 
Figura 4.3. Modelo de sólido de la figura. 
Figura 4.4. Diseño conceptual de la pieza propuesta. 
Figura 4.5. Plano de la pieza diseñada. 
. ...................... 95 
. ...................... 96 
. ...................... 97 
Figura 4.6. Visualización del archivo .STL en MAESTR0 ...................... 99 
Figura 4. 7. Máquina de prototipos rápidos SLA 250. . .................... 100 
Figura 4.8 El prototipo en el sistema de lavado. . .................... 100 
Figura 4.9 Pieza en el proceso de curado. . .................... 101 
Figura 4.10. Prototipo rápido. . .................... 102 
Figura 5.2 Maquinado de un electrodo y una cavidad. . .................... 106 
Figura 5.3 Estrategias de maquinado de un sistema de CAD/CAM ..... 107 
Figura 5.4 Plano de la cavidad del molde. . .................... 110 
Figura 5.5 Modelo en superficies de una cavidad de un 
molde de soplo ..................... 111 
ix 
Figura 5.6 Parámetros de la herramienta de corte. 
Figura 5. 7 Trayectoria de desbaste. 
Figura 5.8 Trayectoria de semi acabado. 
Figura 5.9 Trayectoria de acabado. 
Figura 5.10 Simulación del proceso de desbaste. 
Figura 5.11 Simulación del proceso de semi acabado. 
Figura 5.12 Simulación del proceso de acabado 
Figura 5.13 Parámetros para el código CNC. 
Figura 5.14 Proceso de desbaste. 
Figura 5.15 Proceso de semi acabado. 
Figura 5.16 Proceso de acabado. 
Figura 5.17 Cavidad maquinada en cera. 
. .................... 112 
. .................... 113 
. .................... 114 
. .................... 114 
. .................... 115 
. .................... 116 
..................... 116 
. .................... 117 
. .................... 118 
. .................... 118 
. .................... 119 
. .................... 119 
X 
l. INTRODUCCIÓN. 
1.1 ANTECEDENTES. 
La industria del plástico ha sufrido un importante crecimiento en el ámbito 
mundial, y actualmente resulta dificil encontrar algún sector de nuestra vida 
diaria que prescinda del uso de los plásticos. 
La palabra plástico viene de la palabra griega "plastikog', la cual significa "para 
formar o ideal para moldeado". Una definición más explícita del término, la 
podemos tomar de la Sociedad del Plástico Industrial [1], la cual lo define como: 
"Un amplio y variado grupo de materiales, que tienen como ingrediente 
principal el carbón con oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y otros elementos 
orgánicos e inorgánicos. Los plásticos son sólidos en su estado final. pero en 
alguna etapa de su manufactura son suficientemente suaves para ser 
moldeados en varias formas, comúnmente a través de la aplicación, ya sea 
independiente o simultánea de calor y presión." 
Las materias primas básicas utilizadas para obtener las partes plásticas son: el 
petróleo, el gas natural, la celulosa, el agua, el aire y diversas sales minerales. 
A pesar de ello, los plásticos son casi en su totalidad materiales sintéticos, ya 
que no es posible encontrar alguno en estado natural y tienen que ser 
obtenidos a partir de un procesamiento químico y fisico de las materias primas 
básicas ya descritas. 
Generalmente, los plásticos se clasifican, de acuerdo a las propiedades fisicas y 
químicas de las resinas que los constituyen, en dos grupos principales: 
termoplásticos y termofijos [2]. 
1 
Los plásticos termoplásticos son materiales con una estructura molecular 
lineal, que durante el moldeo en caliente no sufren ninguna modificación 
química. La acción del calor causa que estas resinas se fundan, solidificándose 
rápidamente por enfriamiento con la intemperie o con el contacto con las 
paredes de un molde. 
Dentro de ciertos límites, el ciclo de fusión-solidificación puede repetirse; sin 
embargo, debe tenerse en cuenta que el calentamiento repetido puede dar como 
resultado la degradación del material. 
Algunos ejemplos de estos materiales son: el polietileno, polipropileno, nylon, 
policarbonato (PC), acrílico, poliestireno, cloruro de polivinilo (PVC), acrilonitrilo 
- butadieno - estireno (ABS), el polioximetireno (PMO), o aleaciones entre alguno 
de los anteriores. 
Los plásticos termofijos o termoestables pueden ser fundidos una sola vez. Los 
materiales de este grupo se caracterizan por tener una estructura molecular 
reticulada o entrelazada, que funden inicialmente por la acción del calor, pero 
enseguida, si se continúa la acción del calor, experimentan un cambio químico 
irreversible, el cual provoca que las resinas se tornen infusibles (es decir, no se 
plastifican) e insolubles. Este endurecimiento es causado por la presencia de 
catalizadores o de agentes reticulantes. Algunos ejemplos de plásticos 
termofijos son las resinas alquídicas, las resinas epóxicas, las resinas poliéster, 
los silicones y la bakelita entre otros. 
Existe otro grupo conocido como los elastómeros que comprende los hules 
naturales y todos los hules sintéticos, y se caracterizan por una elevada 
elongación del orden del 200 y el 1000 %. 
Las propiedades elásticas de los hules naturales y sintéticos alcanzan sus 
valores máximos después de un apropiado tratamiento de vulcanización o 
2 
curado con azufre o con peróxidos. Algunos de estos materiales son el 
polibutadieno, el poliuretano y por supuesto el caucho. 
A nivel industrial los plásticos se procesan a partir de materias primas básicas 
por diversas compañías químicas, las cuales ofrecen a los moldeadores 
diferentes presentaciones. Como ejemplo podemos citar el uso de resinas 
líquidas para al obtención de acrílico o para moldear partes con fibra de vidrio. 
También es posible obtener los componentes de moldeo en forma de polvos o 
gránulos. 
Además, al componente básico del polímero se le suele agregar diversos 
aditivos, que de acuerdo con los requerimientos establecidos para la parte a 
moldear, pueden actuar como agentes catalizadores, de refuerzo, plastificantes, 
estabilizadores o colorantes. 
Gracias a la variedad de propiedades que ofrecen estos materiales, es posible 
utilizarlos en muy diversas aplicaciones. Como ejemplo de esto podemos 
enlistar aplicaciones en distintas industrias como la del envase, la de consumo 
(peines, plumas, cubetas, etc.}, la construcción, la automotriz, del transporte, la 
eléctrica y electrónica, la mecánica, la agrícola, la medicina, de los muebles, 
etc. 
Un aspecto de suma importancia y quetambién ha ayudado a desarrollar las 
distintas aplicaciones de estos materiales, son los métodos de procesamiento. 
Algunos de los procesos más importantes a través de los cuales se moldean 
partes plásticas son: el termoformado (método en el que un termo plástico, en 
forma laminada, se calienta hasta que se reblandece, dándole forma con un 
molde); la inyección (método en el que un termoplástico se funde y, en estado 
líquido se inyecta a alta presión a un molde cerrado hasta llenarlo, enfriándose 
dentro del molde para extraer la pieza); el moldeo por compresión y por 
transferencia ( el cual consiste en colocar el material en polvo en un molde 
3 
montado en una prensa, calentando el material y comprimiéndolo hasta que se 
obtiene el conformado de la parte); la extrusión (este método permite la 
formación de perfiles y láminas a través de rodillos y dados especiales); el 
soplado (método por el cual podemos obtener recipientes de líquidos que 
utilizamos a diario, mediante el inflamiento de un termoplástico y un molde 
especial). 
El elemento más importante en la fabricación de las piezas de plástico es el 
molde; el molde es un conjunto de ensambles mecánicos fabricados 
generalmente por artesanos expertos; lo que significa que el diseño y la 
fabricación de éstos es un proceso lento y dependiente de la habilidad de una 
sola persona. 
Hay varios tipos de moldes, moldes manufacturados en arena o cerámica que 
son destruidos después de cada fundición y moldes permanentes fabricados en 
metal que se utilizan varias veces. Moldes que también varían en complejidad. 
Hay moldes sencillos que utilizan dos componentes unidos con bisagras, y 
moldes muy complejos que utilizan varios tipos de componentes como: 
botadores, corazones, insertos, etc. Los moldes permanentes son utilizados 
para producir una gran cantidad de piezas, los cuales contienen cavidades que 
dan forma al material para producir las piezas. 
Existen diferentes métodos para la fabricación de moldes para plásticos; dentro 
de los más comunes podemos encontrar: 
• Depositación electrolítica 
• Metal Spraying 
• Hobbing 
• Maquinado y otras formas de remoción de material. 
• Rapid Tooling. 
4 
De estos procesos, el maquinado es el más utilizado; ya que probablemente el 
90 °/o [3) de todos los moldes sean fabricados por este método. 
Las operaciones básicas para la fabricación de un molde como el fresado, 
taladrado, rectificado, torneado, etc. son realizadas con máquinas herramientas 
convencionales y/o de control numérico. Para operaciones complejas como 
maquinados de superficies irregulares y perfiles, donde se requiera una alta 
precisión, es necesario utilizar centros de maquinado (fresado, torneado) de 
CNC (Control Numérico Computarizado). 
Otra tecnología que puede usarse para facilitar o complementar la fabricación 
del molde, es el proceso de electro-erosión. Por medio de este proceso es posible 
obtener formas de cavidades complejas; además de que permite obtener diverso 
acabados superficiales. Adicional a ésto, las máquinas de electro-erosión 
pueden remover materiales con alta dureza. La herramienta que utiliza este tipo 
de máquinas es el electrodo, que puede ser de grafito, y el cual puede fabricarse 
usando también el método de maquinado a través de tecnología CNC. 
A continuación, se presenta un análisis de la situación actual de los plásticos y 
la fabricación de moldes en el ámbito nacional. 
1.2 JUSTIFICACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 
Actualmente resultaría dificil que alguno de los sectores de nuestra vida diaria 
pudiera prescindir del uso de los plásticos. Sólo basta con observar nuestro 
alrededor y analizar cuantos objetos son de plástico y visualizar la importancia 
de estos materiales. De hecho, a nuestra era se le conoce como la era del 
plástico, y la cual continuará por varios años más, como se muestra en la 
figura 1 de la utilización de materiales por el hombre. 
5 
También es aceptado que la industria del plástico es la de mayor interacción 
económica. Las escuelas de negocios de prestigio internacional mencionan que 
en esta época y hasta finales del siglo XX, los negocios que generarán mayores 
utilidades son: computación, envase y plásticos, sobresaliendo el último debido 
a su incidencia en los dos anteriores [4). 
La industria del plástico se distingue por ser una de las de mayor dinamismo a 
nivel nacional, con un crecimiento del más del seis por cien to anual promedio 
PRESENTE FUTURO 
Figura l. Utilización de materiales por el hombre {8 J 
(cerca de 900 millones de dólares de inversión acumulada de 1990 a 1996); con 
exportaciones, que al culminar los procesos de inversión en curso, alcanzarán 
los 400 millones de dólares anuales y estimaciones de nuevos proyectos por 
200 millones de dólares por año en las próximas décadas.[5) 
México es el segundo demandante de plásticos a nivel Latinoamérica (2 
millones 200 mil toneladas anuales de productos manufacturados, figura 2); 
con la ventaja que posee la materia prima básica (el petróleo) en abundancia y 
cuenta con ventajas fundamentales, como son: su posición geográfica, el 
6 
tratado de libre comercio con el consumidor más grande del mundo, Estados 
Unidos de Norteamérica, además de tener convenios con Sudamérica y la 
Cuenca del Pacífico, que serán las regiones de mayor intercambio económico en 
el futuro. 
No obstante, México sólo cuenta con una capacidad instalada de un millón 525 
mil toneladas al año que resulta insuficiente para enfrentar sus propias 
necesidades, lo cual se traduce en un déficit comercial de casi un 30 por ciento 
anual. 
Consumo de plásticos en Latinoamérica 1996 
3500 
3,200 
3000 
2500 
11) 
"' ,:, 
"* 2000 e: .s 
G> 
~ 1500 
l! 
~ 
1000 
650 600 
500 
o 
Brasil México Argentina Venezuela Colombia Chile 
Figura 2. Consumo de Plásticos en Latinoamérica 1996. [8] 
México cuenta con 2 mil 250 empresas orientadas a la producción de 
monómeros, resinas, materias primas diversas, compuestos y productos 
intermedios; y sólo 270 se dedican a la fabricación de productos finales de 
mayor exigencia y funcionalidad, y como consecuencia con mayor valor 
agregado. 
7 
El 39 % de la producción se dedica a la extrusión, el 19 % a inyección 
(consumiendo 410 000 toneladas de materias primas); el 15 % se enfoca al 
soplado, 3 % al calandreo y un 1 % al rotomoldeo. El restante 23% se dedica a 
otros tipos de actividades relacionadas con la utilización del plástico como 
materia prima [5]. 
Con los datos antes mencionados podemos darnos cuenta de la importancia de 
desarrollar la parte de la industria que se dedica a la elaboración de productos 
finales. Un problema muy importante que ha afectado al desarrollo de este 
sector, es el diseño y fabricación de los moldes que se requieren en los distintos 
procesos de fabricación de piezas de plástico. 
Esto lo vemos reflejado en el aumento de las importaciones por concepto de 
moldes de inyección/compresión de plásticos que se da anualmente (figura 3). 
Además, el proceso de fabricación de moldes para partes de plástico no es un 
proceso sencillo, es un proceso laborioso que requiere de mucha experiencia, y 
es por eso que la fabricación de éstos consume mucho tiempo (6 a 18 meses, 
dependiendo de la complejidad), para poder cumplir con los requerimientos de 
diseño de la pieza a moldear. 
250 
en 
200 Q.) 
L.. 
ca 
=o 
150 "C 
Q.) 
"C 
en 100 Q.) 
e: 
o 
~ 
50 
o 
1994 1995 1996 1997* 
Periodo(* hasta el 31/10/97) 
Figura 3. Gráfica de importaciones de moldes de inyección/compresión de plástico. [ 1 O J 
8 
Considerando ésto, podemos darnos cuenta de la necesidad de que en nuestro 
país se desarrollen los conocimientos y habilidades en cuanto al diseño y 
fabricación de moldes para piezas de plástico, utilizando la más avanzada 
tecnología disponible para lograr una metodología que haga eficiente el proceso, 
pudiendo reducir costos y tiemposde fabricación y de esa manera obtener 
productos de excelente calidad. 
1.3 OBJETIVO 
Habiendo establecido la problemática que afecta a la industria del plástico se 
propone: 
• Desarrollar una metodología, que integre las tecnologías de los sistemas 
CAD/CAM y prototipos rápidos, para el diseño y fabricación de 
cavidades de moldes permanentes para piezas de plástico. 
• Aplicar la metodología desarrollada a un caso práctico. 
1.4. TRABAJO PROPUESTO 
Para el cumplimiento de los objetivos anteriormente planteados es 
indispensable establecer una metodología de trabajo que contemple los 
aspectos siguientes. 
1.4.1 Investigación documental. 
Es necesario profundizar en el estudio de la información técnica, acerca de 
temas como: los procesos de fabricación de moldes, los componentes 
principales de los moldes, materiales utilizados, tratamientos, el diseño de 
cavidades para moldes, métodos de maquinado, herramientas disponibles, 
9 
aplicación de sistemas CAD/ CAM, y procesos de fabricación de prototipos 
rápidos. 
También se debe obtener información de carácter general acerca de la 
fabricación de partes de plástico, haciendo énfasis en los ángulos de desmoldeo 
y acabados para cada proceso de fabricación de piezas de plástico. Así como el 
aspecto dimensional de las piezas finales; todo esto con el objeto de hacer las 
consideraciones necesarias en el molde. 
1.4.2 Diseño de partes de plástico. 
El proceso de diseño de una pieza de plástico es muy importante, ya que de él 
depende el diseño y la fabricación del molde; desde la conceptulización de la 
idea hasta la generación de planos. Los sistemas de CAD ayudarán a modelar la 
pieza a fabricar y a generar los planos de definición de la pieza. También es 
importante la utilización de la tecnología de prototipos rápidos, la cual nos 
ayudará a obtener la definición correcta de la pieza que deseamos fabricar. 
1.4.3 Selección del proceso de fabricación de piezas de plástico. 
Una de las partes fundamentales en la definición de las cavidades de un molde, 
es el método de fabricación de la pieza de plástico (inyección, soplo, extrusión, 
etc.), ya que dependiendo del proceso, tenemos que definir el tipo de cavidad, el 
ángulo de desmoldeo, el sistema de extracción de la pieza, etc. 
1.4.4 Definición de cavidades de moldes para piezas de plástico. 
De acuerdo a la complejidad y al proceso de fabricación de la pieza, es 
necesario definir la cavidad que dará la forma final a nuestra pieza, ya que 
podemos utilizar distintas herramientas que nos ayudarán a poder facilitar el 
proceso de fabricación. 
10 
1.4.5 Selección del proceso maquinado para la(s) cavidad (es) del molde. 
Dependiendo del material a utilizar, y del tamaño y número de cavidades a 
fabricar en un molde, es importante definir el método de fabricación de dichas 
cavidades, ya que de este proceso dependerá la rapidez y acabado superficial 
adecuado. 
1.4.6 Maquinado de cavidades utilizando sistemas CAD/CAM. 
Con la ayuda de los sistemas de CAM podremos agilizar la programación de las 
máquinas CNC, para el maquinado de la cavidad o del electrodo en una 
máquina electro-erosionadora, gracias a la verificación de las trayectorias de 
herramienta y la rápida generación del código de control numérico. 
1.4. 7 Aplicación de la metodología propuesta a una pieza en particular. 
Para retroalimentar la propuesta de la metodología establecida en los pasos 
anteriores, es necesario analizar un caso práctico con el objeto de establecer 
posibles correcciones en la metodología y analizar su factibilidad. Para ello es 
necesario seleccionar un caso de complejidad adecuada sin desatender las 
limitaciones de tiempo y recursos que puedan estar involucrados en el 
desarrollo de este trabajo. Después de seleccionar el caso de estudio se debe 
elaborar una propuesta a través de dibujos normalizados en los cuales se 
definirán los diferentes componentes y especificaciones de la cavidad. 
En función del análisis de la propuesta se verificará y se harán las 
modificaciones pertinentes. 
1.4.8 Organización de la tesis. 
El capítulo uno corresponde a la introducción y a lajustificación de la tesis. En 
el capítulo dos se mostrarán los conocimientos fundamentales de los moldes 
para piezas de plástico, así como los procesos donde se utilizan éstos; también 
11 
se mostrarán los distintos métodos de fabricación de los moldes. El capítulo 
tres contendrá la información fundamental sobre los sistemas de CAD/CAM y 
los prototipos rápidos, mostrando las ventajas y desventajas de este tipo de 
tecnología. En el cuarto capítulo ·se diseñará un modelo de una pieza de 
plástico y se obtendrá un prototipo de dicha pieza. El capítulo 5 contendrá la 
información de como se elaborarán las cavidades del molde que se utilizará de 
acuerdo al proceso de fabricación más adecuado para la pieza diseñada. 
Finalmente en el capítulo 6 se presentarán las conclusiones del trabajo 
realizado. 
12 
2. CONOCIMIENTOS FUNDAMENTALES DE MOLDES 
PARA PARTES DE PLÁSTICO. 
2.1 INTRODUCCIÓN. 
El elemento más importante en la fabricación de las piezas de plástic'o es el 
molde. El molde es un herramental, que da la forma deseada al plástico, al 
pasar de su estado líquido a sólido. En la producción de partes moldeadas 
existen varios tipos de dados o moldes, los cuales varían dependiendo del 
proceso de fabricación de la pieza a moldear. A continuación se describen 
los procesos más importantes en la fabricación de partes de plástico, lo 
cual da un panorama amplio para identificar la importancia que tiene este 
componente en cada uno de los procesos. 
2.2 PROCESOS DE FABRICACIÓN DE PIEZAS DE 
PLASTICO. 
Las diferentes características presentes en los materiales plásticos nos 
permite obtener productos de calidad a través de diferentes sistemas de 
fabricación. 
Los plásticos se pueden llevar hasta el estado líquido para ser introducidos 
en alguna cavidad de un molde y obtener partes terminadas al ser 
enfriadas. También es posible llevarlos hasta un estado plástico y por 
medio de la aplicación de diferentes tipos de fuerzas tomar la forma de una 
pieza y así obtener el producto final. 
13 
A continuación se describen diferentes procesos de manufactura básicos 
de partes plásticas utilizados en la industria. 
2.2.1 Extrusión. 
Es un proceso continuo, en el que la resina o el material plástico es 
fundido por la acción de la temperatura y la fricción, siendo forzado a 
pasar por un dado que le proporciona una forma definida, y es enfriado 
finalmente para evitar deformaciones permanentes. Se fabrican por este 
proceso: Tubos, perfiles, películas, mangueras, láminas, filamentos y 
pellets. 
El proceso de extrusión presenta alta productividad y es el proceso más 
importante de obtención de partes plásticas por su volumen de 
producción. Su operación es de las más sencillas, ya que una vez 
establecidas las condiciones de operación, la producción continúa sin 
problemas siempre y cuando no exista un disturbio mayor. El costo de la 
maquinaria de extrusión es moderado en comparación con los otros 
procesos como inyección, soplado o calandreo, y con una buena 
flexibilidad para cambios de productos sin necesidad de hacer inversiones 
mayores. 
La restricción principal es que los productos obtenidos por extrusión 
deben tener una sección transversal constante en cualquier punto de su 
longitud (tubo, lámina) o periódica (tubería corrugada); quedan excluidos 
todos aquellos con formas irregulares o no uniformes. La mayor parte de 
los productos obtenidos de una línea de extrusión requieren de procesos 
posteriores con el fin de habilitar adecuadamente el artículo, como es el 
caso del sellado o cortado para la obtención de bolsas, a partir de película 
tu bular, o la formación de la unión en el caso de la tu hería. 
14 
En México, el proceso de extrusión es el más importante tomando en 
cuenta el volumen de plásticotransformado. En 1995, más del 50% de 
todo el plástico moldeado se obtuvo por este proceso, sin considerar que 
los procesos de soplado y termoformado involucran una fase de extrusión. 
Dentro del proceso de extrusión, varias partes deben identificarse con el 
fin de: aprender sus funciones principales, saber sus características en el 
caso de elegir un equipo y detectar en dónde y cuando se puede generar 
un problema en el momento de la operación. 
La extrusión por su versatilidad y amplia aplicación, suele dividirse en 
varios tipos, dependiendo de la forma del dado y del producto extruído. Así 
la extrusión puede ser: 
• De tubo y perfil. 
• De película tu bular. 
• De lámina y película plana. 
• Recubrimiento de cable. 
• De monofilamen to. 
• Para palletización y fabricación de compuestos. 
Independientemente del tipo de extrusión que se quiera analiza¡, ~odas 
guardan similitud hasta llegar al dado extrusor. Básicamente, una 
extrusión consta de un eje metálico central con álabes helicoidales llamado 
husillo o tomillo, instalado dentro de un cilindro metálico, revestido de 
una camisa de resistencias eléctricas. En un extremo del cilindro se 
encuentra un orificio de entrada para la materia prima, donde se instala 
una tolva de alimentación, generalmente de forma cónica; en ese mismo 
extremo se encuentra el sistema de accionamiento del husillo, compuesto 
por un motor y un sistema de reducción de velocidad. En la punta del 
husillo se ubica la salida del material extruído y el dado que forma 
15 
finalmente al plástico. La figura 2.1 muestra las partes principales de una 
máquina de extrusión. 
CAJA DE 
ENGRANES 
TOLVA 
RESISTENCIAS 
MOTOR 
BARRIL HUSILLO CUBIERTA 
Figura 2.1. Partes princi.pales de una Extrusora [5] 
2.2.2 Termoformado. 
Es un proceso de transformación secundario, donde una lámina de 
material termoplástico se moldea por la acción de temperatura y presión. 
La temperatura ayuda a reblandecer la lámina y por medio de moldes y la 
intervención de vacío o presión, se adquiere la forma final. 
La alta productividad es una de las ventajas del termoformado, favorecido 
por ser un proceso de transformación secundario, en el que no se llega a la 
fusión de la resina, sino únicamente a reblandecerla. 
Una ventaja de esta técnica es que requiere de moldes muy sencillos, en 
comparación a los moldes por inyección para la fabricación de la misma 
pieza. La sencillez relativa en la construcción de moldes ofrece al proceso 
16 
de termoformado una mayor agilidad e inversiones bajas cuando se 
cambia de diseño de producto. 
En cuanto a las restricciones del proceso, se debe de partir de una lámina 
de material de plástico en lugar de materia prima en forma de pellets o 
polvos. Así, el costo de materias primas para el proceso es mucho mayor 
que para los procesos de transformación primarios como la inyección, la 
extrusión o el soplo. 
Además, se tiene un límite en los espesores y dimensiones del producto. 
En el primer caso, láminas muy gruesas no permiten un calentamiento 
uniforme en su parte interna, por la baja conductividad térmica de los 
plásticos, que impedirá el formado de la pieza. En el caso de las 
dimensiones del producto, por ser un proceso basado en estiramientos de 
una lámina, la forma final está restringida a las propiedades mecánicas de 
la resina y el espesor de la lámina. 
El proceso de termoformado tiene su mayor mercado en productos de vida 
corta como aplicaciones para envase y embalaje de alimentos, medicinas y 
artículos diversos, así como en productos desechables. Sin embargo, 
también tiene aplicaciones de tipo industrial, por ejemplo: 
Envase y Embalaje: 
• Vasos de tapa pelable para alimentos. 
• Charolas para embalaje de alimentos: Repostería como galletas y 
confitería. 
• Cápsulas para envase de productos farmacéuticos: Blister pack para 
pastillas. 
• Cápsulas para envase de artículos diversos: Blister pack para pilas, 
rastrillos, tornillos, botones, etc. 
17 
• Recipientes para embalaje en panaderías: Charolas para pasteles y 
gelatinas. 
• Embalaje de artículos diversos: Clam shell. 
Artículos de oficina: 
• Protectores para teclados de computadora. 
Artículos de consumo: 
• Desechables: Vasos, platos. 
• Formas decorativas de temporada: Motivos navideños. 
Industrial: 
• Interiores de refrigerador: Liners. 
Otros: 
• Burbujas para maquetas. 
• Domos para tragaluz. 
En 1993, el consumo de lámina para termoformado ascendió a 90,000 
toneladas que se procesaron por empresas transformadoras que vendieron 
su producto a otros usuarios con los que se han integrado y cuyo negocio 
principal no es el termoformado, sino la producción de alimentos, de 
medicamentos, aparatos domésticos, entre otros. 
El proceso consiste en sujetar firmemente la lámina en el bastidor de 
formado mediante pinzas u otros dispositivos que impidan el 
desplazamiento lateral de la lámina. Si se moldea una lámina gruesa ( 
espesor mayor a 0.25 mm) se sujeta la misma con bastidor o pinzas, pero 
si la lámina se alimenta en rollo o es delgada (espesor menor a 0.25 mm), 
18 
puede ser sujetada con clavos que la mantengan firmemente durante su 
moldeo. 
La lámina es calentada hasta reblandecerla a una temperatura de 
formado, lo cual se puede realizar por diferentes métodos de transferencia 
de calor, como: radiación, convección y conducción. 
Posteriormente se realiza el formado, el cual consiste en forzar a la lámina 
previamente sujetada y calentada, a tomar los contornos del molde. Para 
ello, se requiere de una fuerza externa que puede ser de tres tipos: por 
vacío (succión) (figura 2.2), por presión y mecánica. Cada una de estas 
fuerzas hacen que la lámina se adhiera al molde y tome la forma de éste. A 
continuación se muestran varios de estos métodos de formado: 
LAMINA PINZAS 
¡'(/ \I t y SELLO 
-...1.-.l!!======;---;:::===...l..:.... 
i 
VACIO 
PIEZA. ;=:t __ • ____ ÍesQUINAS Y l FONDO DELGADOS 
Figura 2.2. Proceso de Fonnado al Vado./5} 
Formado al Vacío (Molde Macho). 
19 
En este caso, la lámina reblandecida se coloca sobre un molde macho y 
debajo de éste, se aplica el vacío para que el material tome la forma del 
mismo (ver figura 2.3). 
Formado a Presión Libre. 
En este proceso se carece de moldes, donde un sensor determina la altura 
de la burbuja. Para fabricar la burbuja se fija la lámina reblandecida sobre 
la cámara de presión y se inyecta aire, hasta que la burbuja alcanza la 
altura deseada. La figura 2.4 ilustra el proceso. 
Formado a Presión. 
En este proceso se sigue el principio de vacío. Para ayudar a bajar la 
lámina hasta el fondo del molde, se coloca sobre ésta una cámara de 
presión y se inyecta aire; de esta forma, la lámina alcanza la profundidad 
total y se puede reducir un poco el adelgazamiento de las paredes, al 
ejercer dos fuerzas en el momento del formado (ver figura 2.5). 
I I CALENTADOR 
~~ 1 i 1 ~ l 1 1 \ 1 á 
LAMINA_./ ( \ MOLDE 
1~
1
~1...-;- SELLO 
VACIO 
/ SELLO 
~1ffi:l~ 
BIBLIOTECA 
AREAS GRUESAS ~ AREAS DELGADAS 
~ PIEZA 
,, 
/O~ 8'Í3 
Figura 2.3. Fonnado a Vacío (Molde Macho)./5] 
20 
Formado Mecánico. 
Se realiza al presionar la lámina reblandecida entre un juego de moldes 
hembra - macho como se muestra en la figura 2.6. La presión que se 
aplica es de 50 psi (3.4 Kg/cm2) y llega a ser de 150 psi (10 Kg/cm2). 
LAMINA @ 
()t------<J \ 
-::. 
~I 
CANtARA 
INDICADOR DE 
ALTURA 
PRESION 
Figura 2.4. Formado a Presión Libre.[5] 
:~'~',· '-- SELLO 
CALENTADOR -.,. .-----~-- ----, 
[> ._r~r,- ... , r 1 .-, m~ <J PINZAS 
~1Cl0DeVAC10 
AIRE '1 
Figura 2.5. Formado a Presión.{5] 
21 
MOLDE 
MACHO 
ORIFICIOS DE VcNTEO 
e,, ... _,..---=-----,.: 
UNION DE MOL'C!ES 1 
=======~============ 
Figura 2. 6. Fonnado Mecánico /5} 
Después se deja la pieza sostenida en el paso de formado hasta que 
solidifique, o bien, dependiendo de los requerimientos del proceso, se 
implementaun sistema de enfriamiento. Por último, después de enfriada 
la pieza se desmolda y desprende de las pinzas sujetadoras. 
2.2.3 Soplado. 
El moldeo por soplado es un proceso discontinuo de producción de 
recipientes y artículos huecos, en donde una resina termoplástica es 
fundida, transformada en una preforma hueca y llevada a un molde final, 
en donde por la introducción de aire a presión en su interior, se expande 
hasta tomar la forma del molde, donde es enfriada y posteriormente 
expulsada como un artículo terminado. Para la producción de la preforma, 
se puede considerar la mitad del proceso como conjunto utilizando el 
proceso de inyección o extrusión, permitiendo que el proceso de soplado se 
divida en dos grupos distintos: Inyección - soplo y extrusión - soplo. 
22 
El proceso de soplado tiene la ventaja de ser el único proceso para la 
producción de recipientes de boca angosta; sólo comparte el mercado con 
el rotomoldeo en contenedores de gran capacidad. Para el proceso de 
extrusión - soplo, la producción de la pieza final no requiere de moldes 
muy costosos. Otra ventaja es la obtención de artículos con paredes muy 
delgadas con gran resistencia mecánica. Operativamente, este proceso 
permite cambios en la producción con relativa sencillez, tomando en 
cuenta que los moldes no son voluminosos ni pesados. 
El proceso se encuentra en franco crecimiento, bajo la necesidad de 
abastecer el mercado de alimentos que también está en constante auge. 
Como ejemplos de la diversidad de aplicaciones tenemos: 
Sector Cosméticos - Farmacéutico. 
• Envases para tratamientos (tipo ampolletas). 
• Envases pequeños para muestras médicas. 
• Recipientes para medicamentos de pastillas. 
• Recipientes para jarabes, soluciones y suspensiones. 
Sector Alimentos. 
• Botellas para aceite comestible. 
• Botellas para agua potable. 
• Botellas para bebidas carbonatadas. 
• Botellas para bebidas alcohólicas. 
• Envases para condimentos. 
Sector Doméstico e Industrial. 
• Contenedores de gran volumen para sustancias químicas o agua. 
• Garrafas para solventes. 
• Juguetes. 
23 
• Recipientes para reactivos y sustancias corrosivas. 
• Tanques para gasolina de automóviles compactos. 
El moldeo por soplado es complejo por sus dos etapas principales; requiere 
de otros tantos procesos distintos: una es la preparación de la preforma 
por extrusión o inyección y la otra es el proceso de soplo previamente 
dicho. Con base en la manera con que se obtiene la preforma, el proceso 
de soplado debe dividirse en dos tipos: 
• Extrusión - Soplo 
• Inyección - Soplo 
Cada uno de los tipos mencionados tiene a su vez características que 
requieren posteriores subdivisiones, pero a partir de esa división inicial se 
puede describir con claridad el proceso. 
El proceso de extrusión - soplo se utiliza principalmente para la obtención 
de recipientes de boca angosta, con o sin cuerda y preferentemente para 
materiales como PEAD, PEBD, PP Y PVC. En la figura 2.7 se muestra un 
diagrama simplificado para la obtención de un objeto hueco mediante el 
proceso de extrusión - soplo mostrando las cuatro etapas del ciclo. 
El proceso de inyección - soplo se utiliza en los casos que se requiera 
obtener recipientes de boca ancha, con o sin cuerda, con un cuerpo aún 
más ancho o de forma tal que no pueda obtenerse por un proceso simple 
de inyección. También es adecuado cuando la resina requerida para la 
obtención del recipiente tenga una fluidez y viscosidad que no permita la 
extrusión de una preforma o se tengan demasiados problemas para su 
control. 
24 
Extrusión 
Preforma >. .. ,, 
~¡f¡¡¡ 
EXTRUSIÓN 
Áreas 
selladas 
Molde de 
soplo 
PRENSADO 
Entrada de 
aire 
Aire a 
presión 
SOPLADO 
Figu,ra 2. 7. Proceso de Extrusión- Soplo./5] 
Producto 
DESMOLDE 
En la figura 2.8 se muestra el proceso de inyección - soplo, indicándose 
las etapas de que consta el ciclo para la obtención del artículo fino. 
MOidada 
soplado 
Anillo del 
cueao 
Núcleo 
INVECCIÓ 
Molde de soplo 
DESMOLDE PRENSADO 
Área de 
presión 
~ 
SOPLADO 
Figu,ra 2. 8. Proceso de Inyección - Soplo. /5) 
Producto 
w 
DESMOLDE 
25 
2.2.4 Inyección. 
El moldeo por inyección es un proceso intermitente para producir piezas 
de plástico que consiste básicamente en: Un sistema de fusión y mezclado 
de la resina, diseñado para inyectarla a alta presión, una vez que se 
encuentra en estado líquido; un molde metálico hecho de dos o más 
piezas, cuya cavidad tiene la forma exterior de la pieza deseada, y un 
sistema de cierre del molde que evita que éste se abra al recibir la presión 
interna del plástico fundido. 
Para agilizar el ciclo productivo de la máquina se usa un sistema de 
enfriamiento del molde, que es un elemento periférico. 
El proceso de inyección tiene la ventaja de producir piezas con las 
siguientes características: 
• Superficies lisas. 
• Resistencia mecánica excelente a pesar de espesores de pared delgados. 
• Posibilidad de formar orificios, refuerzos e inserciones de partes 
metálicas. 
• Elevada productividad dependiendo del tamaño de la pieza. 
• Obtención de piezas listas para ensambles o uso final. 
• Piezas de gran exactitud en forma y dimensiones. 
En cuanto a las restricciones, al planear la inyección para producir una 
pieza, se debe considerar que: 
Cada pieza requiere de un molde particular: 
• La forma de la pieza puede ser complicada, por lo que se recurre a 
moldes complicados y caros. 
26 
• Por tratarse de una proceso cíclico, una interrupción menor en una de 
las etapas puede abatir gravemente la productividad del proceso. 
• La construcción de un molde es costosa e implica la necesidad de tener 
asegurada una alta producción; o el costo final de los artículos se 
elevará. 
• Existe un límite para el espesor de las paredes que se pueden formar 
(aproximadamente de 15 a 20 milésimas de pulgada). 
El proceso de inyección, a pesar de no alcanzar los volúmenes de 
producción que se logran con el moldeo por extrusión, tiene su 
importancia en la impresionante variedad de. artículos que se pueden 
generar, y por tanto, la diversidad de mercados que puede abarcar. 
Por medio de la inyección se logran desde piezas sencillas como una 
pluma, una cuchara desechable, engranes de ingeniería, piezas 
complicadas para implantes quirúrgicos y, con respecto a las dimensiones, 
se puede moldear un objeto del tamaño de un botón, hasta una tarima 
para embalaje de uso industrial. 
La inyección es uno de los procesos de transformación de plásticos de 
mayor interés por la cantidad de artículos que se producen y de resina 
consumida, superada sólo por la extrusión en razón de volumen. Al 
considerar la maquinaria, la inyección ocupa el primer lugar en cuanto al 
número de equipos en funcionamiento. En el aspecto económico, se 
requeriría un análisis detallado para determinar qué posición ocupa la 
inyección en cuanto al monto en ventas logrado, pues si la extrusión es el 
proceso que utiliza el mayor volumen de resina en comparación a 
cualquier otro método de moldeo, la inyección se caracteriza por producir 
piezas con mayor valor agregado que la extrusión. 
27 
El funcionamiento de una máquina de inyección está basado en un ciclo, 
donde cada período consume un número determinado de segundos. 
Durante el ciclo, entran en acción alternativamente las distintas partes de 
la máquina de forma discontinua. La figura 2.9, muestra las partes de una 
máquina de inyección. 
AJUSTE DE ALTURA. 
DE MOLCE. 
MOTOR MlDRAULICO~ 
DEL HUS1LLO UNIDAD 
ACUMULADORA 
UNIDAD DE: INYECClON 
UN1CAD OE ClERRE 
BOMBP. HIDRAULICA 
Figura 2. 9. Esquema de una Máquina de Inyección./5} 
El material plástico alimentado por la tolva en forma de pellets, pasa al 
cilindro de la inyectora, donde por acción del giro del husillo se aplican 
esfuerzos de fricción que generan calor y el polímero se funde, se 
homogeneiza y se transportahasta la punta de la unidad de inyección. El 
constante transporte de material crea una presión en la parte frontal, que 
es compensada con el retroceso del husillo que va tomando la posición 
previa a la inyección. 
28 
Una vez acumulada la cantidad necesaria para llenar las cavidades de los 
moldes, la unidad de inyección avanza hasta estar en contacto con el 
bebedero, que es el orificio que permitirá el avance del material fundido 
hacia el interior del molde. El molde, que ya se encuentra perfectamente 
cerrado y bajo la presión de la unidad de cierre, recibe el material 
inyectado a presión, por el movimiento del avance del husillo que, 
funcionando como un émbolo, empuja el fluído por la boquilla hacia el 
bebedero y de ahí pasa a todo el interior del molde, llenando las cavidades 
y expulsando el aire que estaba contenido en ellas. 
Una vez lleno, el husillo mantiene una presión constante para evitar que 
el material que fue forzado a entrar regrese y se formen encogimientos en 
la pieza al término del enfriamiento. 
El sistema de enfriamiento del molde debe trabajar efectivamente durante 
el tiempo que éste aloja a la resina fundida, con la finalidad de solidificar 
la pieza rápidamente y poder iniciar un ciclo cuanto antes en beneficio de 
la productividad del proceso. 
Ya que el ciclo de inyección se repite continuamente y cada una de las 
etapas consume algunos segundos, es importante resaltar que la 
reducción de tiempo en que se desarrolla una etapa, aún en forma 
mínima, puede reflejarse en un aumento en la productividad del proceso. 
La figura 2.10 representa las tres etapas principales del ciclo de moldeo. 
2.2.5 Compresión. 
El moldeo por compresión es la técnica más antigua para producir en 
masa materiales poliméricos. El método por compresión se usa casi 
exclusivamente para moldear termoestables aunque éstos se transforman 
también con el método de inyección. 
29 
'ETAPA 1: UfVEcaQl¡. 
MOLDE PARCIALMENTE LLENO 
BARRIL. 
TilLVA 
Re;1s~A &LECTRICA 
ETAPA 2: PRES.ION DI! $0$T!NIMIENTO Y PLA$ TIFICAQIOM 
IAOLDE LLENO ENFRIANDO.!IE 
ETAPA :S; EXPULSION 
N'ERTUAA DEL MOLOE 
EXPULSION DElA PIEZA 
HUlllC.LO EffAIIAlfCI! 
GIRO DEL HU.CILLO AL U'RMIN~ 
DE LA PR&SIOH DE .COSTENIMIENTO 
Figura 2.10. Etapas del Ciclo de Inyección.[5] 
Los fundamentos del moldeo por compresión pueden describirse de la 
sigui en te forma: 
• El molde se sujeta entre platinas calientes de una prensa hidráulica 
• Se coloca una cantidad preparada de compuesto de moldeo en el molde; 
esto generalmente se hace a mano y el molde se coloca en la prensa. 
• La prensa cierra con presión suficiente para evitar o minimizar la fuga 
de material en la división del molde. 
• El compuesto se reblandece y fluye para amoldarse al recipiente; 
entonces se produce el curado químico conforme la temperatura 
interna del molde se incrementa. 
• Si es necesario, el molde se enfría, aunque para la gran mayoría de los 
termoestables, no es necesario. 
30 
• La prensa se abre y se saca la pieza moldeada. Por lo común, se quita el 
molde de la prensa y se abre en el banco para extraer la pieza 
moldeada. Se carga con un lote nuevo antes de volver a colocarlo en la 
prensa para moldear el siguiente ciclo. 
En la práctica, a menudo el compuesto se pre-calienta para disminuir el 
tiempo que dura el ciclo de moldeo y facilitar el flujo en el molde. 
El proceso puede llevarse a cabo entre 60 y 100 ºC si se usan: 
• Calentadores de infrarrojo. 
• Hornos de calentamiento dieléctrico. 
• Un tornillo caliente, que también compacta. 
• Calentamiento por convección en un horno de aire caliente. 
El ciclo de moldeo incluye a menudo una etapa de respiro o 
descompresión, donde la presión se alivia momentáneamente para liberar 
las sustancias volátiles (aire y productos gaseosos atrapados) y, luego, se 
incrementa de nuevo para expulsar los gases. 
La presión de moldeo varía según el material. Igual que el moldeo por 
inyección, se requiere mantener la prensa cerrada, lo cual depende de las 
propiedades del material que se moldea, en especial, de sus propiedades 
de flujo. 
Las dos características que distinguen al moldeo por compresión del 
moldeo por inyección son: 
1. El moldeo por compresión genera pocos desperdicios 
2. La baja orientación en las piezas moldeadas; las ventajas del producto 
que se tienen con ésto son: 
• Los rellenos fibrosos se distribuyen bien y no se alteran u orientan 
durante el tratamiento. 
31 
• El producto tiene bajos esfuerzos residuales; de ahí que se fabriquen 
discos de fonógrafo por moldeo por compresión. 
• Se mantienen las propiedades mecánicas y eléctricas debido a que hay 
poco flujo de corte que provoque que se formen pistas conductoras. 
• El costo de mantenimiento del molde es bajo; se desgasta poco debido a 
las bajas fuerzas de corte, en comparación con el moldeo por inyección 
donde el desgaste del molde puede resultar caro. 
• Los costos de capital y herramentales son más bajos; la planta y las 
herramientas son simples. 
El moldeo por transferencia es una versión perfeccionada del moldeo por 
compresión, en el cual se coloca un depósito del compuesto de moldeo en 
el molde y, al cerrar, fluye por bebederos a las cavidades. Así, hay una 
relación con el moldeo por inyección. En la figura 2.11 se ilustra el 
proceso. 
lb) 
Figura 2.11. Moldeo por Transferencia: a) Se inserta un trozo de compuesto 
de moldeo; b) se cierra la prensa; el compuesto fluye a las cavidades del 
molde a través de bebederos; c) Se abre el ensamble de tres placas; la pieza 
se recupera desde el lado in/ erior, se extrae la espiga por medio del miembro 
superior.[B] 
32 
El moldeo de transferencia se usa: 
• Para producir más fácilmente muchas partes pequeñas. 
• Para reducir el daño o el movimiento de las partes delicadas o delgadas 
del molde o de los insertos. 
• Porque se considera más rápido debido a que transfiere mejor el calor a 
través de los bebederos. 
En casos apropiados, el moldeo por transferencia ofrece estas ventajas; 
como se vio anteriormente, ningún proceso simple es el mejor para todos 
los productos, y la labor del ingeniero de procesos y del diseñador es 
encontrar el procedimiento más conveniente para cada caso en particular. 
2.3 TIPOS DE MOLDES. 
La variedad de materiales moldeables y los métodos de moldeo ha 
requerido del desarrollo de diferentes tipos de moldes, procurando 
aprovechar las ventajas de los distintos materiales. Tres tipos generales de 
moldes son usados y estos pueden ser subdivididos en distintas clases. 
Los tres tipos generales son: moldes de compresión, moldes de 
transferencia y moldes de inyección. 
2.3.1 Moldes de Compresión. 
Los moldes de compresión hacen uso de la cavidad del molde para recibir 
el componente cuando el molde está abierto, y una fuerza o un pistón 
comprime el componente cuando el molde es cerrado. Estos moldes son 
generalmente usados para plásticos termoestables y materiales moldeados 
en frío. El moldeo puede ser tanto frío como caliente. Los moldes de 
compresión son usados pocas veces para materiales termoplásticos, 
33 
porque se requiere de largos períodos para el calentamiento del material 
para llevarlo a su estado plástico. [9] 
2.3.2.Moldes de Transferencia. 
Existen dos distintos moldes de transferencia. Uno de pistón ó molde de 
pistón auxiliar de transferencia. Éste tiene un tubo empotrado, el cual está 
separado desde las cavidades y está abierto por ambos lados manteniendo 
la presión; la presión transferida es aplicada por dos pistones separados. 
El tubo recibe el componente a moldear, y el molde es cerrado 
herméticamente en la línea de partición por la brida de presión. Después, 
el pistón de transferencia actúa aplicando la presión al material en el tubo. 
El émbolo de transferencia entra en un extremo y empuja el material a 
moldear por el extremo contrario del tubo, a través de las correderasy las 
salas, hacia la cavidad. La cantidad de la presión generada dentro de la 
cavidad depende completamente de la presión del émbolo de transferencia. 
2.3.3 Moldes de Inyección. 
El molde de inyección es esencialmente un molde cerrado (El molde es 
cerrado sin tener material en su interior). El cilindro de presión es usado 
para cerrar el molde y soportar la presión de inyección. 
El material plástico fundido es forzado a entrar a la cavidad cerrada, por 
una fuente de presión distinta a la que causa el cierre del molde. La parte 
encargada de fundir el material plástico en el cilindro de la máquina de 
inyección es llamada Plastificante. 
La parte por la cual el material plástico fundido pasa de la corredera hacia 
la cavidad es llamada la sala. La cavidad es el espacio entre la sección 
macho y la sección hembra del molde donde el material plástico fundido 
tomará la forma y el detalle deseado. 
34 
El punto en el cual el corazón y la cavidad se separan o mueven cuando el 
molde es abierto es llamado línea de partición. 
Los moldes de inyección son usados para moldear materiales 
termoplásticos y termofijos. En caso del material termofijo, el molde es de 
colada caliente, es decir, el molde está a una temperatura mayor a las del 
material a moldear. En el caso de los termoplásticos, el molde es de colada 
fría. Esto significa que el molde se encuentra a una temperatura inferior a 
la que se encuentra el material a moldear. 
2.3.4 Otras herramientas para plásticos. 
Otras herramientas para el moldeo de plásticos son los dados de 
extrusión. Estos no pueden ser clasificados como moldes, ya que 
funcionan de manera diferente. El dado de extrusión es como un orificio, 
que da la forma al material fundido, que es obligado a pasar por él. Un 
ejemplo de un dado de extrusión se muestra en la figura 2.12. 
Fi.gura 2.12. Dado de extrusión.[9} 
35 
Los moldes de soplo son otro tipo de herramientas especializadas, usadas 
en el procesamiento de plásticos. Los moldes de soplo originales fueron 
usados para soplar botellas de vidrio. 
El moldeo por soplo puede ser comparado a inflar un globo dentro de una 
caja (molde), la diferencia radica en que se utiliza material termoplástico 
en vez de goma, donde aquél endurece cuando tiene contacto con la 
superficie del molde frío. El inflado ocurre dentro del molde, usualmente 
formado longitudinalmente, y el objeto inflado adquiere la forma y el 
tamaño del interior del molde. El molde de soplo es una variación de un 
molde bipartido. La mayor diferencia es que en este caso el molde es 
separado, y el control de temperatura es proporcionado por cada mitad del 
molde. El diseño y la construcción de estos moldes son completamente 
diferentes de los moldes convencionales. 
2.4 MÉTODOS DE FABRICACIÓN DE MOLDES. 
Existen diversos métodos para la fabricación de moldes, los cuales son 
utilizados dependiendo de las características y el número de piezas a 
moldear. 
A continuación se presentan distintos procesos que se utilizan en la 
fabricación de moldes: 
1. Corte de Metal: proceso por el cual el material es removido de una pieza 
o bloque de material, usando la aplicación de una fuerza por medios 
mecánicos, con una herramienta de corte con uno o más filos. 
2. Electroerosionado: Proceso el cual utiliza la erosión del metal, causada 
por el brinco de una chispa de un punto (el electrodo) a otro (la pieza de 
trabajo). Otro proceso de electroerosión utiliza un alambre como 
36 
herramienta de corte. El alambre cargado eléctricamente se mueve a 
través de la pieza de trabajo, siguiendo una trayectoria generada por 
una computadora. 
3. Desplazamiento de material: Proceso en el cual un dado maestro es 
forzado a penetrar en una cavidad, usando fuerzas mecánicas pero sin 
cortar al material. 
4. Depositación de material: proceso donde el material depositado es 
planchado o rociado sobre un modelo o patrón; para crear el negativo 
del modelo deseado. 
5. Fundición de cavidades: el cual puede ser producido por presión o 
fundición por gravedad y aumentado por el uso de vacío para eliminar 
huecos o porosidades en la fundición. 
6. Erosión química o foto grabado: proceso generalmente usado para 
tratamientos de superficies decorativas, para el acabado de cavidades. 
7. Procesos diversos tales como pulido de banco y grabado a mano. 
De estos procesos, los más importantes por el grado de empleo en la 
industria, son el maquinado con desprendimiento de viruta y el 
electroerosionado, los cuales describiremos a continuación. 
2.4.1 Maquinado con desprendimiento de viruta ... 
En este proceso, una herramienta de corte con uno o varios filos es 
aplicada mecánicamente a la pieza de trabajo, con un rango controlado y 
una fuerza estable. El material es removido hasta obtener la dimensión 
deseada. Probablemente el 90 % de todos los moldes son fabricados por 
operaciones de maquinado, principalmente torneado, fresado, taladrado y 
rectificado. [3] 
37 
Actualmente, muchos talleres están equipados con máquinas modernas de 
control numérico, con las cuales se obtiene gran precisión y proveen gran 
eficiencia, lo que ayuda a reducir rechazos. 
El maquinado libera esfuerzos residuales existentes, lo que puede causar 
distorsiones inmediatas o durante un tratamiento térmico posterior. Esto 
es deseable, sin embargo, se pueden liberar esfuerzos por recocido 
después del desbaste. Cualquier distorsión ocurrida puede ser 
compensada mediante un acabado, el cual no genera esfuerzos residuales 
futuros. 
Después del tratamiento térmico las piezas maquinadas son pulidas para 
obtener un buen acabado superficial, porque las condiciones superficiales 
de una cavidad son finalmente responsables de la calidad superficial de la 
pieza a moldear. 
En la figura 2.13 se muestra un proceso de maquinado. 
Figura 2.13. Proceso de maquinado.[9) 
38 
2.4.2 Electroerosionado. 
Actualmente no es posible la fabricación de un molde sin el uso de una 
máquina electroerosionadora. Con esta ayuda, formas geométricas 
complejas pueden ser alcanzadas en una sola operación, sobre aceros 
endurecidos y prácticamente sin distorsión. 
El electroerosionado es un proceso formado por reproducción, mediante el 
efecto de remoción de material producido por descargas eléctricas entre el 
electrodo y la pieza de trabajo, con un voltaje alterno de 20 kV en un fluido 
dieléctrico (agua o hidrocarburos tales como el keroseno, naphtha etc.). 
Con cada impulso consecutivo, un pequeño volumen de material de la 
pieza de trabajo y el electrodo son calentados a una temperatura de 
evaporación o fusión ( 1000 a 5000 ºC) y el material es arrancado del área 
de trabajo por fuerzas electro-mecánicas. La figura 2.14 muestra el 
principio del proceso de electroerosionado y en la figura 2.15 se ilustra un 
electrodo, realizando una cavidad mediante este proceso . 
Fluido l)ie1Qc1rico 
.Serw 
Control 
Figura 2.14. Proceso de electroerosión. [3 J 
39 
Figura 2.15. Electroerosionado por penetración. 
Básicamente, todos los buenos conductores de la electricidad pueden ser 
empleados como electrodo, s1 ellos también presentan buena 
conductividad térmica. En la mayoría de los casos estos materiales tiene 
puntos de fusión suficientemente altos, lo cual previene un rápido 
desgaste del electrodo. 
Los electrodos pueden ser fabricados mediante torneado, fresado, 
rectificado, por conformado frío o caliente o por electrodepositación. La 
configuración, la precisión requerida y el material determina el modo de 
fabricación. 
Por la alta calidad requerida en la superficie de los moldes y el desgaste de 
los electrodos, varios electrodos son usados para el desbaste y acabado de 
las paredes de las cavidades del molde, especialmente para erosionado 
vertical. 
A pesar de eso, el proceso de electroerosionado es ampliamente utilizado 
en lugares donde se fabrican moldes. La aplicación apropiada del procesopermite fabricar un molde hasta un 40% menos caro. [3] 
40 
3. CONOCIMIENTOS FUNDAMENTALES DE 
SISTEMAS CAD/CAM Y PROTOTIPOS RÁPIDOS. 
3.1 INTRODUCCIÓN. 
Los sistemas CAD/ CAM y los prototipos rápidos se han convertido en 
herramientas indispensables en el diseño y manufactura de nuevos 
productos. El uso de estas tecnologías ha facilitado el desarrollo de 
piezas con formas sumamente complejas y han acortado el tiempo de 
desarrollo de un producto determinado. En este capítulo describiremos 
las diferentes tecnologías mencionadas y algunas de sus aplicaciones 
para el diseño y manufactura de moldes. 
3.2 SISTEMAS CAD. 
3.2.1 Definición. 
CAD por sus siglas en inglés significa Computer Aided Design o en 
español, Diseño Asistido por Computadora, es la tecnología que 
aprovecha la capacidad de las técnicas gráficas por computadora, 
apoyadas en software especializado, que permite solucionar problemas 
analíticos, lo cual permite automatizar las tareas necesarias del proceso 
de diseño.[11) 
3.2.2 Arquitectura o estructura de un sistema de CAD 
Un sistema CAD está constituido básicamente de cuatro elementos, que 
son [12): 
1. Hardware: La computadora y el equipo periférico asociado. 
41 
2. Software: El programa de computadora, el cual corre sobre el 
hardware. 
3. Datos: La estructura de datos creados y manipulados por el software. 
4. Las capacidades y el conocimiento del usuario. 
El software es el elemento más importante dentro de los sistemas CAD, 
ya que contiene un número de diferentes elementos o funciones que 
procesan los datos guardados de diferentes maneras. Esto se muestra en 
la figura 3.1 la cual incluye elementos tales como: 
• Definición del modelo: para agregar algunos elementos geométricos a 
un modelo o desde un componente. 
• Manipulación del modelo: para mover, copiar, borrar, editar o 
modificar elementos en el diseño de un modelo. 
• Generación de imágenes: para generar imágenes sobre la pantalla de 
una computadora o sobre algún dispositivo de almacenamiento de 
datos. 
• Interface con el usuario: para la entrada manual de comandos por el 
usuario y para presentar al mismo usuario las operaciones 
resultantes del sistema. 
• Administración de la base de datos: para la administración de 
archivos que puede componer una base de datos. 
• Aplicaciones: elementos del software que no modifican el diseño del 
modelo, pero el uso de éstos genera información para evaluación, 
análisis o man u factura. 
• Utilerías: herramientas o funciones del software que no afectan 
directamente el diseño de un modelo, pero pueden modificar las 
operaciones del sistema de alguna manera (por ejemplo, las unidades 
a ser utilizadas para la construcción de algún plano). 
42 
Estas características provistas por múltiples programas las cuales 
pueden estar operando sobre una base de datos común ó, por un solo 
programa conjuntando todos estos elementos. 
Datos 
Base de datos 
Datos de trabajo 
Componentes 
Geometría 
Dibujo~ 
Dalós .asociados 
Acotaciones 
Ma:nufactúra 
Libn:rías. de daos 
Funciones 
. . . .. . . . . 
r·---- -- --·----·--· -----· ---------------, 
j: •.. Defiliicióil del , 
Modelo 
.] [ Mmúpulaáón 1 
l lnted'ace 1 
-~ ~t-0 1LJ~:j~ . . 
:• ·: 
Administm:im 
dela.Base de d!tos 
AplicaciOlies 
Figu,ra 3.1. Arquitectura de un sistema de CAD. [12] 
3.2.3 Modelado geométrico. 
El modelado geométrico por computadora es la representación 
matemática por medios electrónicos de la geometría de los objetos. Esta 
representación es agrupada en bases de datos que incluyen la topología 
de los modelos, así como también información vinculada como los 
atributos. 
Algunos usos del modelado geométrico en ingeniería, son los siguientes: 
• Diseño conceptual de partes y ensambles. 
• Ingeniería de detalle de partes, ensambles, instalaciones y 
procedimientos. 
43 
Podemos realizar tres tipos de modelado, los cuales nos permitirán 
representar modelos, tanto en 2 como 3 dimensiones, mediante software 
especializado en una computadora, y son: Modelos de alambre, modelos 
de superficies y modelos de sólidos. 
3.2.3.1 Modelos de alambre. 
Actualmente, los modelos de alambre se emplean normalmente para la 
presentación de la ingeniería de detalle, es decir, los planos de 
fabricación, de ensamble, esquemáticos, etc. Sin embargo, este tipo de 
modelación sirve de apoyo para la construcción de superficies y sólidos, 
los cuales representan formas tridimensionales. 
Las figuras de alambres son representaciones integradas por elementos 
simples como: puntos, líneas, polilíneas, arcos, círculos, elipses, 
polígonos, textos y dimensiones. 
En la figura 3.2 se muestran algunos elementos, también llamados 
entidades, que componen un modelo de alambre. 
3.2.3.2 Modelos de superficies. 
Los modelos representados por superficies constituyen una poderosa 
herramienta de modelación tridimensional. Liberan una gran carga de 
trabajo al usuario, automatizando las tareas mediante el uso de 
geometrías primitivas tridimensionales y geometrías de apoyo 
bidimensionales en figuras de alambre. 
44 
+ 
Punto Línea 
Spline 
ººº Arco/Circulo Pollgono 
Mesh 
Elipse 
Ashurado y 
Dimensionado 
Pi.gura 3.2. Entidades geométricas disponibles en un sistema CAD. {12] 
El uso de esta técnica permite el modelado de todo tipo de partes, no 
importando su grado de complejidad. Usando superficies es posible 
realizar la representación de partes de herramentales, como dados para 
troquelado, cavidades de moldes de inyección y todo tipo de superficies 
complicadas, para su aplicación en cualquier disciplina. 
La construcción de modelos de superficies generalmente es un proceso 
laborioso, el cual parte de un modelo de alambre tridimensional. Los 
archivos que se generan suelen ser más grandes que uno de alambre, ya 
que contiene más información que los descritos anteriormente. 
En general se recomienda su aplicación cuando el modelo manifieste 
formas geométricas imposibles de representar mediante sólidos, como las 
cavidades de un molde para piezas de plástico. 
Las superficies se pueden clasificar de acuerdo a su forma de 
45 
construcción. Entre las principales tenemos: 
• Superficie primitiva: Se construye usando geometrías simples como 
conos, esferas, o cajas. 
• Superficie tabulada: la cual es definida por la proyección de una 
curva generada a lo largo de una línea o vector. 
• Superficie reglada: la cual es producida por la interpolación lineal 
entre dos diferentes curvas generadoras o extremos de curvas. El 
resultado es una superficie generada por el movimiento de una línea 
recta, con sus extremos sobre los bordes de las curvas. 
• Superficie de revolución: la cual se construye girando una curva con 
respecto a una línea de centros o vector. Esta superficie es 
particularmente usada cuando se modelan partes torneadas. 
• Superficie de barrido: Es una extensión de la superficie de revolución, 
donde la curva de definición es barrida a través de una curva 
arbitraria en vez de arco circular. 
• Superficie Mesh: Son los tipos de superficies más generales y son 
definidas usando una familia de curvas generatrices. 
• Superficie Fillet: la cual es análoga a un arco de construcción, y es 
definida como una superficie que conecta a otras dos superficies en 
una transición uniforme. 
• Superficie Blend: Este tipo de superficie es generada a partir de otras 
superficies, realizando una unión entre ellas mediante una transición 
uniforme. 
En la figura 3.3 se muestra algunos ejemplos de las superficies antes 
mencionadas. 
46 
3.2.3.3 Modelos de sólidos. 
La representación de objetos como modelos sólidos ha sido sujeta a 
mucha investigación por lo menos los últimos 20 años o más, y continúa 
siendo el principal tema de estudio del modelado geométrico. Para que 
un programa de modelado de sólidos sea exitoso, deberá ser: 
• Completo y sin ambigüedades. 
• Apropiado parael mundo de objetos ingenieriles. 
• Práctico de usar. 
Existen siete métodos para la construcción de objetos tridimensionales 
mediante un sistema modelador de sólidos CAD. Los cuales son: 
Primitive intandng. Este método está basado en la noción de familias de 
objetos o familias de partes. Todos los objetos que tienen la misma 
topología pero diferente geometría, pueden ser agrupados en una familia 
llamada de primitivos genéricos. Involucra la recuperación de 
descripciones almacenadas de sólidos primitivos como cubos, esferas, 
cuñas, conos, y cilindros (figura 3.4). 
Spatial enumeratión. asheme. Este método subdivide el espacio 3D en 
pequeños volúmenes y los clasifica como llenos, vacíos o parcialmente 
llenos. 
Cell decomposition. Un objeto puede ser representado como la suma de 
celdas, las cuales a su vez pueden ser descompuestas. Usualmente las 
celdas son cubos; así un modelo realizado por éste método contiene un 
cubo grande con las dimensiones del objeto. Los objetos irregulares 
requieren más subcubos para contabilizar los bordes curvos. 
47 
-- ,__ 
~ .... ... ... 
• Plana 
Curva 
• Superficie de barrido 
• Cilindrica Tabulada 
• Superficie 
de 
revolución 
• Superficie mesh 
• Filete entre un plano y un cilindro 
Figura 3.3. Ejemplos de tipos de superficies. {12] 
Analitical salid modeling. Es similar a los elementos hexahédricos de los 
métodos de análisis por elementos finitos. 
Sweeping. Involucra la noción de un polígono moviéndose por el espacio, 
barriendo un volumen descrito por el polígono y su trayectoria. La forma 
48 
es conocida como la extrusión de sólidos y son creadas mediante un 
barrido lineal o traslacional. 
Constructive solid geometry. Esta técnica utiliza combinaciones 
booleanas de sólidos de barrido y primitivos para construir la parte 
deseada. Las operaciones booleanas son: adición, sustracción e 
intersección. (figura 3.5) 
Boundary representation. Consiste en la indicación de todos los bordes 
de las superficies o región cerradas. 
Cubo Cilindro Esfera 
Cono Cuña Toroide 
Figura 3.4. Primitivos disponibles por un modelador de sólidos. [12] 
49 
Primitivos Unión 
Intersección Diferencia 
Figura 3. S. Operaci.ones Booleanas con un bloque y un ci.lindro. {12] 
3.2.4 Manipulación del modelo. 
Normalmente, es necesario realizar diversas modificaciones a un dibujo 
que se haya realizado, tales como mover alguna geometría, resaltar algún 
detalle, etc. Esto implica una tediosa repetición de la construcción de la 
geometría. Gracias a los sistemas de CAD es posible realizar todo este 
tipo de modificaciones mediante cuatro tipo de funciones fundamentales 
tales como: 
• Transformaciones: como traslación, rotación y escalamiento de los 
elementos de un modelo. Esto puede incluir también movimientos de 
geometría o copiar para crear uno o más duplicados de distintas 
entidades. 
50 
• Cortes o extensiones: Aquellos que permiten al usuario hacer 
cambios a elementos geométricos individuales para cortarlos o 
extenderlos para intersectarlos con otros elementos. 
• Borrado: Funciones para borrar temporal o permanentemente 
entidades del modelo (Borrado temporal se refiere a no desplegar las 
entidades en la pantalla). 
• Funciones misceláneas: como por ejemplo agrupar entidades. 
3.2.5 Geometría asociada y atributos. 
Además de las líneas y curvas, los dibujos también contienen otros 
elementos que dan información, tales como las dimensiones, acabados 
superficiales, materiales y tolerancias para el diseño. Los sistemas CAD 
proveen funciones para generar estas anotaciones como entidades de 
dibujo o geometria asociada; estas funciones también incluyen notas y 
detalles como el rayado. En la figura 3.6 se muestra un ejemplo de esto. 
Adicionalmente se puede asociar datos no geométricos a las entidades, a 
través de los atributos. Estos son pares de valores típicos y nombres, 
donde el nombre es un caracter alfanumérico y el valor un número. 
Estos se pueden ligar a las entidades a través de puntos de cada entidad. 
51 
50 o +O.l 
• -0.2 
Nota a una L entidad 
R 18.0 
Figura 3.6. Geometría asociada. /12} 
3.2.6 Ventajas. 
Podemos resumir muchas de las capacidades con que cuentan los 
sistemas de CAD, con las principales ventajas que se pueden obtener al 
utilizar esta tecnología. 
• Producción de dibujos con mayor rapidez. Un diseñador que utiliza un 
sistema CAD puede realizar un dibujo unas tres veces más rápido, 
que sobre un restirador de dibujo. Esto acelera el proceso de diseño 
de algún producto y ayuda a introducir dicho producto al mercado 
con mayor rapidez. 
• Mayor prec1s1on en los dibujos. La precisión de un dibujo 
convencional está en función de la persona que realiza dicho trabajo y 
52 
de la calidad de las herramientas que utiliza, por lo contrario en un 
dibujo realizado en un sistema de CAD tiene una precisión exacta; 
además, con la utilización de algunas de las funciones disponibles 
tales como el "zoom" (acercamiento), permite que una parte del dibujo 
se amplíe para mostrar sus elementos con más detalle. Así pues, todo 
dibujo realizado con esta tecnología es preciso. 
• Dibujos más limpios. La presentación de un dibujo convencional 
depende por completo del estilo de trabajo y de las herramientas de 
dibujo de cada dibujante. En cambio el plotter (dispositivo de 
impresión) de un sistema CAD produce líneas y textos de mayor 
calidad, independientemente del operador del sistema. También 
muchos dibujos convencionales se estropean a causa de las 
raspaduras y rastros dejados por líneas borradas. El CAD permite 
eliminar rápidamente cualquier número de líneas sin dejar rastro 
alguno en el dibujo final. 
• Dibujos no repetidos. Cuando se termina un dibujo, éste se puede 
almacenar en la memoria de la computadora para usos posteriores. 
Esto es especialmente importante cuando el dibujo contiene una gran 
variedad de componentes de características análogas. Se puede 
recuperar cualquier otro dibujo almacenado, para diseñar montajes 
de maquinado, analizar cortes de herramientas y diseñar troqueles o 
moldes a partir de una pieza. Otra ventaja que se obtiene con el uso 
de la computadora, es que se pueden conseguir distintas librerías de 
elementos que se utilizan frecuentemente en los dibujos y sin tener 
que dibujarlos nuevamente. 
• Alto nivel de diseño. Las potentes técnicas de modelado por 
computadora, tales como el modelado de sólidos, han ayudado a los 
53 
diseñadores a librarse de las restricciones convencionales y les 
permite desarrollar formas innovadoras. Estas formas se pueden 
modificar y optimizar muy rápidamente hasta extremos en los que no 
se había pensado, ahorrando costos. 
• Menores requisitos de desarrollo. Las técnicas de análisis y de 
simulación en un sistema CAD puede ahorrar drásticamente el tiempo 
y dinero invertido en el proceso de desarrollo de nuevos productos, 
como los prototipos. 
• Integración del diseño con otras disciplinas. El amplio campo de las 
telecomunicaciones a través de redes de computadoras integradas, 
permite que los departamentos encargados del diseño trabajen más 
estrechamente con otros departamentos de ingeniería. 
3.3 SIATEMAS CAM. 
3.3.1 Definición. 
CAM por sus siglas en inglés significa Computer Aided Manufacturing, o 
en español, Manufactura Auxiliada por Computadora. Lo cual se refiere a 
cualquier proceso de fabricación o manufactura que sea controlado por 
computadora. También un sistema CAM puede ser definido por la 
intersección de tres campos: Las herramientas CAD, el trabajo en red y 
las herramientas de manufactura (Máquinas herramientas de control 
numérico, sistemas de control y programación de la producción, 
sistemas de requerimiento de materiales, etc.). Los principales elementos 
para implantar un sistema CAM a un ambiente de manufactura, se 
muestran en la figura 3.7. 
54 
Herramientas de Manufactura 
+ C:omputadora