Primera tarea: Diseño preliminar del molde

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Tarea 1

En esta primera tarea se realizará un predimensionado del molde, desde el punto de vista del inyector. Para ello se va a presentar inicialmente la pieza que se va a fabricar, se justificará su geometría y el material que se seleccionará para su fabricación, y posteriormente se realizará un análisis de los moldes a emplear y de la própia máquina inyectora, estimando tiempos de proceso y costes para diferentes tamaños de lotes.

Presentación de la pieza

Primeramente se presenta el diseño de la pieza elegida. En este caso se trata de la carrocería de un juguete que simula al mítico Jaguar XK 120 Roadster de 1948. A continuación se puede ver una imagen del coche original:


Jaguar XK 120 Roadster
Jaguar XK 120 Roadster


Seguidamente se muestra el diseño del juguete completo, del que formará parte la pieza objeto de este análisis.


Juguete Jaguar XK 120 Roadster 1
Juguete Jaguar XK 120 Roadster 1


Juguete Jaguar XK 120 Roadster 2
Juguete Jaguar XK 120 Roadster 2


Juguete Jaguar XK 120 Roadster 3
Juguete Jaguar XK 120 Roadster 3


Por último se muestra la pieza concreta de la carrocería del juguete:


Carrocería jugueteJaguar XK 120 Roadster 1
Carrocería jugueteJaguar XK 120 Roadster 1


Carrocería jugueteJaguar XK 120 Roadster 2
Carrocería jugueteJaguar XK 120 Roadster 2


Carrocería jugueteJaguar XK 120 Roadster 3
Carrocería jugueteJaguar XK 120 Roadster 3


Se puede observar que la pieza presenta un espesor constante en todo su dominio, diseñado así específicamente para facilitar su proceso de fabricación mediante inyección de plástico. La fijación de esta pieza a la parte inferior del juguete, que simulará el chasis del coche real, se realizará mediante unión por tornillos con dos torretas en la carrocería, como se ve claramente en la última imagen.


Detalle de carrocería jugueteJaguar XK 120 Roadster
Detalle de carrocería jugueteJaguar XK 120 Roadster
En cuanto al parabrisas, que será la otra pieza que tenga un sistema de unión directo con esta pieza, se unirá a ella mediante un sistema de salientes pertenecientes al propio parabrisas, que encajarán en unas pequeños alojamientos realizados en la carrocería.

Se puede descargar el archivo *igs comprimido en formato zip aqui. Hay que hacer notar que, aunque esta será a grandes rasgos la geometría final de la pieza, aún está sujeta a posibles modificaciones que se puedan llevar a cabo para optimizar o facilizar el diseño del molde.

Además se puede observar que se ha diseñado de forma que se evitan contrasalidas en la pieza, que pudieran llevar a un diseño del molde complejo y costoso.

La selección de matrial se ha realizado partiendo de tres materiales preseleccionados, que son los siguientes:

Polipropileno: ALTECH PP-H A 2030/750 GF30 CP

Poliestireno: EDISTIR® N 1910

ABS: SINKRAL® F 332

La tabla de criterios de selección es la siguiente:

Tabla de selección de material
Tabla de selección de material

Por tanto la elección del material para realizar la pieza es ALTECH PP-H A 2030/750 GF30 CP

Determinación preliminar del tamaño del molde

En este apartado se empleará el software Inyectora Virtual, que permite obtener una estimación de los parámetros principales del proceso, como serán el tiempo de ciclo y el coste unitario de la pieza para varios tamaños de lote, obteniendo recomendaciones del número de cavidades por molde según sea el tamaño del lote, con el fin de minimizar costes.

La interfaz del programa es bastante sencilla, como se muestra a continuación:

Interfaz del programa de selección del número de cavidades óptimo
Interfaz del programa de selección del número de cavidades óptimo

Con unos pocos datos físicos de la pieza, el tiempo de ciclo y costes generales del proceso de fabricación se pueden obtener las estimaciones comentadas.

Las propiedades fisicas se obtienen directamente del modelo CAD de la pieza, siendo S=34373,82 mm^2 ; Vol=16938,36 mm^3 ; M=19,1g ;

Los costes se mantendrán tal y como vienen estipulados por defecto, ya que representan costes genéricos medios del mercado, y por tanto el último parámetro a estipular será el tiempo de ciclo, que se obtendrá de la simulación realizada con Mold Flow para el llenado de la pieza.

En este caso, y para el material seleccionado, se ha obtenido un tiempo de llenado de la pieza de 1 segundo, obteniéndose un tiempo de ciclo total de 10 segundos.

Esquema tiempo de ciclo según simulación preliminar en MoldFlow
Esquema tiempo de ciclo según simulación preliminar en MoldFlow

Una vez establecidos estos parámetros, se puede emplear el software para simular diferentes situaciones, con distintos tamaños de lote.

Lote de 15.000 piezas

Se ve que con un lote tan pequeño como este, el óptimo de costes se obtiene para un molde de una única cavidad, teniendo una estimación de coste por pieza de 0,822 €/pieza.

Simulación para lote de 15.000 piezas
Simulación para lote de 15.000 piezas

Lote de 50.000 piezas

En este caso la simulación muestra que el mínimo de coste por pieza se obtiene con un molde de dos cavidades, siendo la estimación en este caso de 0,371 €/pieza.

Simulación para lote de 50.000 piezas
Simulación para lote de 50.000 piezas

Lote de 150.000 piezas

Con lotes más grandes se observa que continúa el aumento del número de cavidades óptimo, siendo en este caso de 3 cavidades, saliendo a 0,187 €/pieza.

Simulación para lote de 150.000 piezas
Simulación para lote de 150.000 piezas

Lote de 500.000 piezas

En este caso se ve claramente que con lotes de gran tamaño el número de cavidades óptimo aumenta notablemente, siendo en este caso de 5 o incluso 6, con un precio por pieza que se ha reducido hasta los 0,094€/pieza, que es un 11% del precion que se obtuvo inicialmente con un lote pequeño de 15.000 piezas con molde de una única cavidad.

Simulación para lote de 500.000 piezas
Simulación para lote de 500.000 piezas

Selección de la máquina inyectora

Para la selección de la máquina inyectora se empleará la lista de máquinas inyectoras proporcionada por el profesor.

Se puede ver que para el lote de 150.000 piezas, que será para el que se diseñe a partir de ahora, la fuerza de cierre necesaria es de alrededor de 300kN, por lo que el modelo elegido será la Battenfeld HM 40/60.

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