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19-5-2016

Fabricación de bolígrafos BiC. Análisis de fabricación de un producto.

Asignatura: Sistemas de Producción Industrial. Titulación: Grado en Ingeniaría Eléctrica.

Alumno: Yi Liu Chen UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA

Índice RESUMEN .......................................................................................................... 2 1.

INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 2

2.

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO. ...................................................... 2

2.1.- Partes del bolígrafo BiC. ....................................................................... 2 2.2.- Análisis técnico. .................................................................................... 3 2.3.- Parámetros geométricos del producto. ............................................... 4 a) Medidas dadas por el fabricante. ............................................................. 4 b) Diferencias de medidas de las distintas piezas. ....................................... 4

3.

MATERIALES PARA LA FABRICACIÓN DEL PRODUCTO. ........ 5

4.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL PRODUCTO. .......................... 5

4.1.- Proceso de fabricación de la bola. ....................................................... 6 4.2.- Proceso de fabricación de la punta. ..................................................... 6 a) Puntas hembras ...................................................................................... 6 Proceso de troquelado. ........................................................................ 6 Troquelado en el bolígrafo BiC. ............................................................ 7 b) Soporte de la punta hembra. ................................................................... 8 Proceso de Inyección. .......................................................................... 8 4.3.- Proceso de fabricación de la tinta. ....................................................... 9 4.4.- Proceso de fabricación de la mina. ...................................................... 9 Proceso de extrusión. .......................................................................... 9 4.5.- Proceso de fabricación de la tapa, el botón y la caña....................... 11 4.6.- Proceso de ensamblaje. ...................................................................... 11

5.

CONCLUSIÓN ....................................................................................... 11

6.

WEBGRAFÍA ......................................................................................... 12

Resumen En este trabajo hablaremos de los distintos procesos de fabricación del bolígrafo BiC. Pero antes haremos una pequeña introducción histórica del producto para poder entender el gran avance que ha supuesto para la humanidad este peculiar artilugio. Seguiremos describiendo sus parámetros geométricos y finalmente acabaremos explicando los distintos procesos de fabricación al que se someten las piezas que lo componen, que básicamente son tres: inyección, extrusión y troquelado.

1. Introducción Si bien el nacimiento de la escritura supuso un gran avance para la humanidad al permitir plasmar pensamientos en la piedra y posteriormente en el papel, tampoco pueden olvidarse los distintos objetos e inventos que a lo largo de los años lo han hecho posible. Cabe destacar aquí el uso inicial de palos para este propósito, y posteriormente de la pluma y la tinta china hasta llegar a la más reciente pluma fuente, que podría considerarse el antepasado más lejano de los bolígrafos BiC que todos usamos hoy día. La incorporación de la bola en la punta de la pluma y la posibilidad de utilizar tintas que tuvieran una viscosidad menor reflejan esa transición hacia la famosa marca de bolígrafos a la que se ha hecho referencia. Sin embargo fue Marcel Bich quien, tras comprar la licencia de la pluma fuente, fue capaz de modernizarla y lanzarla al mercado a un bajo precio y con una gran campaña de publicidad. Consiguió la maquinaria necesaria para fabricar de forma rápida y barata las pequeñas esferas de acero inoxidable que posteriormente se sustituyeron por las actuales de carburo de tungsteno, más resistentes a las presiones elevadas, e incorporó el tubo transparente de plástico con forma hexagonal para facilitar su sostenimiento, que además contaría con un pequeño agujero en el lateral permitiendo que las presiones interna y externa fueran siempre la misma.

2. Descripción del producto. Un bolígrafo es un instrumento de escritura que en un extremo tiene una punta con una bola que regula la salida de tinta al papel de forma fluida y constante.

2.1.

Partes del bolígrafo BiC.

Tapa: de forma cónica con agujeros de distinto diámetro en cada extremo para evitar la asfixia en caso de tragarse la tapa. Parte que cubre el puntero. El color de la tapa indica el color de la tinta.



Tubo o caña: de forma hexagonal, para que no ruede en superficies planas y permitir una escritura confortable. Transparente para poder visualizar la tinta. Tiene un pequeño agujero que sirve para igualar la presión dentro y fuera de éste evitando pérdidas.



Tapón o botón: evita que la tinta salga por la parte superior.



Bola o bala: de forma esférica, regula la salida de tinta.



Mina: tubo cilíndrico que contiene la tinta.



Punta: consta de una parte cilíndrica que va unida a la mina, y otra parte cónica que sujeta la bola.



Tinta: líquido espeso que traza el papel.

2.2.-

Análisis técnico.

-

El producto está compuesto de 6 piezas. El tubo, la mina, el tapón y la caperuza son de plástico. La punta y la bola de metal. Sus piezas están ensambladas por encaje.

-

Una bola gira en el interior de la punta impregnándose de tinta que deja sobre el papel.

-

Primero se fabrica cada pieza y después se ensamblan.

2.3.-

Parámetros geométricos del producto.

a) Medidas dadas por el fabricante. Longitud (cm) Tapa Tubo Botón Bola Mina Punta

Diámetro (cm) Interior Exterior 1 / 0.4 1.1 / 0.3 0.6 / 0.4 0.7 / 0.5 0.5 0.7 0.1 0.1 0.2 0.3 0.5 / 0.2 0.3 / 0.1

3.5 + 2.4 13.3 0.6 0.1 11.9 2

No necesita mantenimiento y funciona correctamente mientras la temperatura ambiente oscile entre los 5°C y los 30°C. En estas condiciones, se asegura una longitud de escritura de 2 Km. El bolígrafo presenta una conicidad, en la tabla podemos observar el mayor y el menor de los diámetros de las piezas separadas por una barra “ / ”. Todo dado en cm.

b) Diferencias de medidas de las distintas piezas. Midiendo un bolígrafo BiC Cristal de uso cotidiano y comprobándolo con las dimensiones que da el fabricante obtenemos las siguientes medidas:

Distancia

Tapa

Tubo

Botón

Bola

Mina

Punta

Tapa

—

0.2 cm de diámetro exterior

Variable /Extraíble

Variable /Extraíble

Variable /Extraíble

0.4 cm de diámetro. (Cerrado)

Tubo

Variable /Extraíble

—

0.1 cm de diámetro

0.7 cm de diámetro

0.1 cm de diámetro

Unido

Botón

14.9 cm

Unido

—

0.7 cm de diámetro

0.1 cm de diámetro

0.6 cm de diámetro

1 cm

14.5 cm

—

0.2 cm de diámetro

0.1 cm de diámetro

(cm)

(Cerrado) Bola

0.4 cm (Cerrado)

Mina

2.4 cm (Cerrado)

0.1 cm

0.5 cm

2 cm

—

0.2 cm de diámetro

Punta

Variable /Extraíble

Unido

14.1 cm

Unido

Unido

—

En la parte superior y derecha de la tabla obtenemos la diferencia de diámetros que hay entre una parte y otra del producto. En la parte inferior e izquierda obtenemos la diferencia de distancias que hay de una pieza a otra de forma longitudinal. Todas estas diferencias expresadas en cm como indicamos.

3. Materiales para la fabricación del producto. Caperuza o tapa. Tubo o caña. Tapón o botón. Bola o bala. Mina. Punta y porta bala. Tinta.

Polipropileno. Poliestireno. Poliestireno. Carburo de tungsteno. Polipropileno. Plástico acetal. Latón o acero inoxidable. Mezcla de tintes, resinas y disolventes.

4. Proceso de fabricación del producto. Ahora daremos paso a los distintos procesos de fabricación a los que se somete las distintas piezas que componen el bolígrafo BiC. Cada uno de sus componentes tiene un proceso distinto.

4.1.- Proceso de fabricación de la bola. La bola es la clave del funcionamiento del bolígrafo, por eso el proceso de fabricación de ésta es tan meticuloso. La bola está sometida a una alta presión, por lo cual el material tiene que ser lo suficientemente duro y resistente para soportarlo, carburo de tungsteno. 1. Se introduce polvo de carburo de tungsteno en una compresora para fabricar bolitas de 1 mm de diámetro. 2. Para pulir las bolas que salen de la compresora, se utiliza una pulidora. Se usan como guía unas bolas ya prefabricadas, se ajustan a la prensa, se añade el lubricante y finalmente se vierte en su interior miles de bolitas imperfectas. 3. Se añade una pasta de polvo de diamante para podar pulverizar las imperfecciones de las bolas de carburo de tungsteno. 4. Se deja que la máquina trabaje y pula las bolas más de 5 días. 5. Antes de ser utilizadas pasan un control de calidad para verificar que no tienen defectos. Si más de 1 de ellas de un lote de 5000 tiene defectos, el lote entero se desecha. 6. Una vez pasado el control de calidad, las bolas están listas para ensamblarlas en una hembra hecha de latón o acero inoxidable, que forma parte de la punta. Es importante que encaje a la perfección con ésta, dejando un mínimo hueco por el cual salga la tinta.

4.2.- Proceso de fabricación de la punta. a) Puntas hembras Su función es básicamente contener la bola para que ésta pueda regular perfectamente la salida de tinta. El proceso que se utiliza para fabricarlas empieza con un proceso de manufactura llamado troquelado. 

Proceso de troquelado.

-

El troquelado es una operación mecánica que se utiliza para crear marcas, perforaciones y semicortes sobre la superficie del material a troquelar. Existen troqueles de diferente tipo (planos, rotativos, etc.) que gracias a su diseño ofrecen distintas clases de resultados.

-

Es útil para la producción masiva de objetos de empaque.



Troqueladora: Máquina herramienta estacionaria y motorizada que se utiliza para dar forma o modelar materiales sólidos, especialmente metales. El modelado se consigue eliminando parte del material de la pieza o estampándola con una forma determinada.

-

Son la base de la industria moderna y se utilizan directa o indirectamente para fabricar piezas de máquinas y herramientas.

-

Este proceso suele ser manual y poco automatizado dependiendo básicamente de la experiencia y habilidades adquiridas por el diseñador, aunque cada vez es más frecuente el empleo de sistemas informáticos que ayudan a simplificar y disminuir el tiempo empleado en el diseño.

-

Estas máquinas pueden clasificarse en tres categorías:

 Máquinas desbastadoras convencionales: dan forma a la pieza cortando la parte no deseada del material y produciendo virutas.  Prensas: utilizan diversos métodos de modelado, como cizallamiento, prensado o estirado.  Máquinas herramientas especiales: utilizan la energía luminosa, eléctrica, química o sonora, gases a altas temperaturas y haces de partículas de alta energía para dar forma a materiales especiales y aleaciones utilizadas en la tecnología moderna.



Troquelado en el bolígrafo BiC. 1. Utilizan sofisticadas máquinas para troquelar el latón o acero inoxidable. 2. Con una prensa se le da la forma cónica haciendo que encaje perfectamente con la bola. 3. Montan la bola con la hembra, sometidos a una estricta vigilancia en el proceso, para asegurarse de que encajan perfectamente. 4. Pasa otro estricto control ya ensamblado con la punta para comprobar que la tinta fluye correctamente en el mecanismo.

b) Soporte de la punta hembra. El soporte de la punta hembra que es el mecanismo del bolígrafo, está hecho por inyección, como la caña y el botón de éste.



Proceso de Inyección.

-

Es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero en estado fundido en un molde cerrado a presión, a través de un orificio pequeño llamado compuerta. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada.



Máquina de inyección: es un equipo capaz de plastificar el material polimérico y bombearlo hacia un molde en donde llena una cavidad y adquiere la forma del producto deseado.



Funcionamiento: Ciclo de inyección.

El funcionamiento de esta máquina de inyección se puede dividir en las seis siguientes etapas:

1. Se vierte el material en estado sólido en la tolva de alimentación de la inyectora, cayendo por la propia gravedad hacia el fondo de la tolva que está conectada al barril de inyección. 2. Mientras, se tiene lista la cantidad de material fundido para inyectar dentro del barril, calentado de forma gradual y ascendente por unas resistencias a lo largo del mismo. Se cierra el molde y empieza la inyección.

3. El husillo inyecta el material, actuando como pistón, sin girar, forzándolo a pasar a través de la boquilla hacia las cavidades del molde con una determinada presión de inyección. 3. Al terminar de inyectar el material, aplicamos una presión de sostenimiento antes de que se solidifique, para contrarrestar la contracción de la pieza durante el enfriamiento. Se mantiene el tornillo delante para hacer presión. 4. El tornillo gira haciendo circular los gránulos de plástico desde la tolva y plastificándolos. El material fundido es suministrado hacia la parte delantera del tornillo, donde se desarrolla una presión contra la boquilla cerrada, obligando al tornillo a retroceder hasta que se acumula el material requerido para la inyección. 5. El material dentro del molde se continúa enfriando y el calor es disipado por el fluido refrigerante. Una vez terminado el tiempo de enfriamiento, la parte móvil del molde se abre y la pieza es extraída. 6. El molde se cierra y se reinicia el ciclo.

4.3.- Proceso de fabricación de la tinta. En una zona específica de la fábrica se elabora la tinta. En una ollas gigantes se mezcla tintes, resinas y disolventes con cantidades muy precisas que sólo sabe el fabricante. Para asegurarse de que la tinta va a fluir correctamente, se toma una muestra de las distintas ollas y en un laboratorio se analiza su densidad y viscosidad con una mini-prensa que mida con precisión la densidad de la tinta. Tiene que garantizar que no esté ni muy diluida ni muy espesa.

4.4.- Proceso de fabricación de la mina. La mina se fabrica por un proceso de extrusión del polipropileno.



Proceso de extrusión.

-

Es un proceso industrial mecánico, en donde se realiza una acción de moldeado del plástico por flujo continuo con presión y empuje. Se fuerza pasar a un polímero fundido por un orificio, adquiriendo una sección transversal igual a la forma del orificio. Finalmente se corta el material extruido a la longitud deseada.



Máquina extrusora: máquina capaz de fundir un material plástico y bombearlo hacia fuera a través de una boquilla a velocidad uniforme.

-

El proceso de extrusión es el siguiente:

1. Se vierte el material en estado sólido en la tolva de alimentación de la extrusora. Desde la tolva cae a un tornillo sinfín (husillo) que gira en el cilindro. 2. El material que entra por la tolva avanza por el cilindro fundiéndose y homogeneizándose, mientras avanza hasta el extremo. 3. En el extremo se encuentra la boquilla de la extrusora con la forma que deseamos, en éste caso cilíndrica. Antes de pasar el material por la boquilla directamente, pasa por un filtro para retener las impurezas, y prevenir daños en el molde o la boquilla. 4. Para hacer el orificio donde posteriormente irá la tinta, se necesita un mandril que se coloca en medio de la boquilla o del molde, haciendo que el material pase por sus extremos quedando hueca la zona donde se ha colocado el mandril.

5. Finalmente pasa por un baño de agua para enfriar el material.

4.5.- Proceso de fabricación de la tapa, el botón y la caña. El proceso de fabricación de éstas partes del bolígrafo se lleva a cabo por inyección, cómo hemos explicado anteriormente (Apdo. 4.2.b) para la fabricación del soporte que sostiene la punta, la pieza hembra del mecanismo del bolígrafo.

4.6.- Proceso de ensamblaje.

Después de haber fabricado todas las piezas que componen el bolígrafo por separado, hay que ensamblarlas para dar el producto final. Primero se llenan las minas de tinta y después de unen a la punta. Seguidamente se examinan para asegurarse de que todas la tapas y tapones son del mismo color que la tinta. Finalmente se unen todos los elementos restantes y se empaquetan los bolígrafos en lotes, listos para su comercialización.

5. Conclusión

Aunque a primera vista el producto puede parecer simple, en su momento supuso un gran avance tecnológico en relación a facilitar el proceso de escritura. En cuanto a su geometría, me parece bastante acertada al aportar comodidad para el usuario. Respecto a sus materiales, considero que son bastante adecuados, siendo importante destacar la gran reducción de sus costes, fabricándolos en masa y con materiales baratos sin renunciar a la calidad del producto. Y finalmente, respecto a la fabricación de cada elemento, han conseguido junto a su cadena de montaje, un proceso muy eficiente y económico. La inyección y extrusión son una excelente opción para su producción en masa durante largos periodos, ya que su tiempo de conformado es bajo, y las piezas resultantes no necesitan de ningún procesamiento adicional.

6. Webgrafía

https://poliformat.upv.es/access/content/group/GRA_12084_2015/5%20Polimeros%20 2.pdf https://www.youtube.com/watch?v=WscTjTeP8Yg http://tecnonacional.blogspot.com.es/2012/09/analisis-del-boligrafo-bic-cristal.html http://www.bicworld.com/es/productos/como-se-fabrica-papeleria/ https://es.wikipedia.org/wiki/Extrusi%C3%B3n_de_pol%C3%ADmero http://html.rincondelvago.com/extrusion.html http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.es/2011/03/extrusion-de-materialesplasticos.html https://es.wikipedia.org/wiki/Extrusi%C3%B3n http://www.interempresas.net/Plastico/Articulos/5001-Maquinaria-de-extrusion.html http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.es/2011/05/extrusion-de-materialesplasticos-ii.html http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion10.PLASTICOS.Extrusion.2005.pdf http://tecnoblog3a.blogspot.com.es/2009/10/analisis-tecnologico-de-un-boligrafo.html http://es.slideshare.net/lpadillan1/el-boligrafo http://www.bicworld.com/es/productos/details/7/cristal https://todosomosunopi.wordpress.com/2011/06/23/a-lo-echo-desecho/ http://www.bicworld.com/es/acerca-de-bic/historia/# http://www.cienciahistorica.com/2016/05/08/histo...