Usuario:1254 11008

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DATOS PERSONALES:

Usuario: Álvaro Alfaro Guillén

Matrícula:11008






ENTREGA 1:

Preparación del diseño preliminar del molde

-Realizad un comentario sobre la pieza elegida en la fase de diseño

-Subid un fichero *.IGS *.STL de la pieza elegida, se puede cambiar la pieza en las sucesivas entregas.

-Justificación del diseño del producto elegido:

Cálculos, análisis, CAE aplicado, etc...

Material seleccionado

Alternativas de molde conceptual (2 como mínimo)

PIEZA ELEGIDA

Nuestro objetivo será diseñar un juguete con forma de águila, el uso de este juguete será poder lanzarlo y que recorra grandes distancias, para lo cual se usan perfiles aerodinámicos para conseguir una fuerza de sustentación.

Para esta primera entrega la pieza de este juguete elegida ha sido una mitad del cuerpo del águila, la cual irá unida a la otra mitad, a las alas, pico y cola para formar el juguete entero. A continuación se adjunta el archivo en stl de la pieza creada. Media:110081.rar

Cuerpo del águila completo
Cuerpo del águila completo
Vista perfil cuerpo completo
Vista perfil cuerpo completo
Espesor constante de la pieza
Espesor constante de la pieza

Las imágenes superiores se corresponden con el cuerpo entero del águila de juguete, puede apreciarse la forma de perfil aerodinámico para conseguir una buena sustentación, aunque serán las alas las que consigan este efecto en mayor medida. También es destacable el grosor constante de las paredes para mejorar el proceso de enfriamiento.

En esta entrega se estudia el proceso de moldeo de una de las dos piezas que formarán este cuerpo, pero nos encontramos con un problema a la hora de realizar el corte, el que se muestra en las figuras de debajo:


izquierda derecha

Puede observarse que al hacer el corte de esta manera se impide el desmoldeo de la pieza, por lo que se recurre a esta otra solución:

izquierda derecha

La forma observada de la división del cuerpo se debe a que se realiza el corte del mismo por las zonas de mayor tamaño , con el fin de que la pieza pueda extraerse del molde una vez inyectada. Se puede observar la presencia también de dos agujeros en la pieza en los que irán alojadas las alas del juguete, estos agujeros producirán contrasalidas en la pieza, las cuales se podrían haber evitado poniendo el cajeado justo en la superficie de separación de ambas piezas, pero por razones de estética en el juguete se han puesto en esa zona.

MATERIAL ELEGIDO

Para elegir el material se recurre a:

Polymer selector.

Se busca un termopástico para inyección con buena resistencia al impacto y rigidez debido al uso que se plantea para el juguete.

Para encontarlo se usa el filtro de la página web con las siguientes características:

Criterios de búsqueda
Criterios de búsqueda

Por lo que parece una buena elección este:

Criterios de búsqueda
Criterios de búsqueda

ESQUEMA DEL MOLDE

El molde deberá llevar corredoras para hacer los agujeros que ocasionan las contrasalidas. Además se inyectarán varias piezas a la vez para mejorar la productividad. Se puede ver un esquema sobre como sería el molde.

Esquema del molde
Esquema del molde


ALTERNATIVAS MOLDE CONCEPTUAL

Para observar las distintas posibilidades de desmoldeo se han hecho los moldes esquemáticos en CAD. El molde con la dirección de desmoldeo "buena" sería el siguiente: izquierda derecha

1ª dirección de desmoldeo
1ª dirección de desmoldeo

Para conseguir otra dirección de desmoldeo se debería utilizar un molde de tres piezas, en este caso se tendría el problema de que el plástico al contraer se quedaría pegado a la corredera:

2ª dirección de desmoldeo
2ª dirección de desmoldeo

ENTREGA 2:

Validación del diseño del componente y diseño preliminar del molde:

1. Memoria de los análisis de MoldFlow para el componente seleccionado:

  • Análisis de la geometría del componente
  • Localización de la entrada (Gate Location)
  • Ventana de transformación (Molding Window)
  • Validación del diseño en Mold Flow (Llenado y calidad, Filling)
  • Llenado y calidad de enfriamiento (Cooling Quality)
  • Contracción y rechupes (Shrinkage and Sink marks)
  • Aportad el fichero comprimido del proyecto MPA y posibilidades de mejora:

2. Determinación del tamaño del molde y máquina inyectora a emplear:

  • Instalación del programa para estimación del número de cavidades
  • Estimación del tiempo de ciclo y coste unitario del componente
  • Realizad iteraciones para tamaños de lote de 15000, 50000, 150000, 500000 piezas
  • Selección de máquina inyectora (preferiblemente a partir de catálogo de fabricante)

Búsqueda del material en la base de datos de Moldflow

Para el análisis de la pieza el Moldflow se ha buscado el material seleccionado en la primera entrega, sin embargo no estaba en la base de datos de Moldflow, por lo que se ha optado por buscar otro material que tuviese unas propiedades semejantes y estuviese en la base de datos del programa. Las propiedades que queríamos en el material era un termopástico para inyección con buena resistencia al impacto y rigidez debido al uso que se plantea para el juguete.

El nuevo material elegido ha sido éste:

Nuevo material seleccionado
Nuevo material seleccionado

Se ha procedido a seleccionarlo en Moldflow para realizar los cálculos con sus propiedades:

Nuevo material seleccionado
Nuevo material seleccionado

Alternativas contempladas y mejoras a partir de análisis previos con Moldflow

Antes de realizar un análisis en profundidad con Moldflow de la pieza, se ha estudiado con la ayuda del mismo la forma más conveniente de hacer la división del cuerpo del águila en dos partes para minimizar contrasalidas, burbujas de aire y posición de éstas, líneas de soldadura...

Alternativa 1

La primera alternativa es la de la primera entrega:

Alternativa 1
Alternativa 1

En este caso los principales inconvenientes que se observan es la presencia de dos contrasalidas que requerirán de mecanismos deslizantes para el molde.

Contrasalidas alternativa 1
Contrasalidas alternativa 1

Sin embargo este no es el único problema puesto que al simular la pieza con Moldflow se obtienen los siguientes resultados:

Atrapamiento de aire alternativa 1
Atrapamiento de aire alternativa 1
Líneas de soldadura alternativa 1
Líneas de soldadura alternativa 1

Puede observarse como se forman líneas de soldadura y atrapamiento de aire en las zonas del cuerpo donde se unirán posteriormente las alas, y posiblemente al sufrir un golpe en un ala el juguete, la tensión producida podrá romper el cuerpo por estos defectos que no van a tener las mismas propiedades que el resto del material.

Alternativa 2

La segunda alternativa será haciendo el corte en vertical, de esta manera se eliminan las contrasalidas pero habrá que ver las condiciones de inyección del plástico:


Cuerpo del águila(2 partes)
Cuerpo del águila(2 partes)
Alternativa 2
Alternativa 2


A pesar de solucionar el problema de las contrasalidas y poder usar un molde más simple con esta alternativa, vemos que las líneas de soldadura que se obtienen son de gran tamaño, aunque por estar en una zona cercana a la inyección del material y llevar una temperatura alta por tanto cuando se encuentran los flujos podrían no empeorarse significativamente las propiedades del material en dicha zona.

Líneas de soldadura alternativa 2
Líneas de soldadura alternativa 2

Sin embargo se prefiere buscar una solución mejor, puesto que el uso para el que está pensado el juguete lo llevará a ocasionar tensiones en esta zona.

Alternativa 3

Con esta alternativa también se evitan las contrasalidas, pudiendo realizar un molde más sencillo, además también se consigue evitar que el flujo se divida en dos y vuelva a juntarse como ocurría en las otras alternativas al tener que rodear el agujero donde va alojada el ala del águila.

Cuerpo del águila(2 partes)
Cuerpo del águila(2 partes)
Alternativa 3
Alternativa 3


Aunque se analizarán más adelante la pieza con todas las posibilidades de Moldflow, se puede observar en las imágenes inferiores que los problemas que teníamos con las otras alternativas, con ésta quedan totalmente solucionados.

Líneas de soldadura alternativa 3
Líneas de soldadura alternativa 3

No aparece ninguna línea de soldadura al haber evitado que se encuentren flujos con direcciones distintas.

Atrapamientos de aire alternativa 3
Atrapamientos de aire alternativa 3

Por otro lado, se puede observar que la posición de las burbujas de aire son óptimas para la colocación de los expulsores, con el juego justo para que el aire pase y el plástico no genere rebabas.

Por todo lo anterior se considera esta pieza la óptima para inyectar, y de igual manera la otra parte que formaría el cuerpo del águila, ya que tampoco tendrá contrasalidas ni flujos encontrados.

Memoria de los análisis de MoldFlow para el componente seleccionado

Al cargar la pieza en Moldflow éste nos aconseja hacer un análisis Dual domain.

Dual domain
Dual domain
Consultor de diseño

El consultor de diseño nos indica si la pieza se ha diseñado correctamente.

En primer lugar se puede ver que toda la pieza tiene un grosor igual en las paredes, esto evitará la aparición de rechupes, aumento de tiempo de enfriamiento...

Espesor de la pieza
Espesor de la pieza

En cuanto a los ángulos de desmoldeo, toda a pieza tiene(como mínimo de 0.5º) un ángulo que facilite la expulsión de la pieza del núcleo, como puede observarse en la siguiente imagen:

Ángulo de desmoldeo
Ángulo de desmoldeo

Por último, aunque se puede ver sin necesidad de Moldflow, se estudia la presencia de contrasalidas en la pieza, que en este caso es clara su inexistencia.

Contrasalidas
Contrasalidas
Posición de la entrada

Moldflow nos aconseja sobre los mejores puntos para la inyección, basándose en la resistencia al flujo de cada posición posible de inyección. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente imagen:

Estudio punto de inyección
Estudio punto de inyección

Con estos datos se elige el punto para inyectar el plástico, se elegirá una zona de la franja azul oscura que representan los puntos óptimos, además, tal y como se observa en la imagen inferior, el punto de inyección se ha colocado ligeramente por encima de la superficie divisoria entre núcleo y cavidad (entrada submarina), para conseguir cortar el bebedero de la pieza a la vez que se produce la expulsión de la misma.

Punto de inyección elegido
Punto de inyección elegido
Ventana de proceso

Para un material específico dentro de las restricciones del diseño del molde, el resultado muestra las temperaturas óptimas del molde y la masa fundida y el tiempo de inyección necesario para producir una pieza aceptable. Como se puede apreciar en la imagen de abajo, Moldflow nos aconseja un punto óptimo. Este punto está situado en el interior de la zona verde, ya que de esta forma si algún parámetro de la inyección variase ligeramente, el punto en el que nos encontraríamos seguiría estando dentro de la región preferida(verde).

Ventana de proceso
Ventana de proceso

Antes de comenzar con el análisis de llenado, contracciones y rechupes y calidad de enfriamiento, se configurarán el punto óptimo obtenido como punto de funciomaniento en la inyección:

Configuración del proceso
Configuración del proceso
Análisis de llenado
Tiempo de llenado
Tiempo de llenado

Empezando por el tiempo de llenado, se observa que en 0.43 segundos el material ha llegado a rellenar la pieza completamente. En la siguiente animación se puede observar el camino que sigue el flujo al rellenar la pieza, y se observa como no se produce el encuentro de encontrados y por tanto se evitan líneas de soldadura.

Proceso de llenado
Proceso de llenado
Configuración del proceso
Configuración del proceso

En la imagen anterior se muestra la probabilidad de que se produzca el llenado de la pieza, por tanto con las condiciones de temperatura configuradas y la presión necesaria(que se muestra más adelante), se asegura el llenado completo de la pieza

Predicción de la calidad
Predicción de la calidad

Con el análisis de calidad se oberva que la pieza tendrá en todo su cuerpo una alta calidad, consiguiendo unas buenas propiedades mecánicas y buena apariencia.


Presión de inyección
Presión de inyección

El polímero siempre se mueve en el sentido del gradiente de presión negativo, desde la presión más alta hacia la más baja; por tanto, la máxima presión se produce en los puntos de inyección del polímero y la presión mínima se produce en el frente de masa fundida durante la fase de llenado. Se requiere por tanto una presión de inyección de 32.86 MPa.

En el siguiente Gif puede verse la pérdida de presión desde el punto de inyección hasta las distintas áreas de la pieza a través del tiempo de la inyección.

Presión de inyección
Presión de inyección
Temperatura del frente
Temperatura del frente

En la imagen anterior se muestra la temperatura del polímero cuando el frente de flujo alcanza un punto especificado, en el centro de la sección transversal del plástico. Como la variación de la temperatura más grande es menor de 5ºC se demuestra que el tiempo de llenado es bueno y no existen áreas de indesición. En todos los puntos por tanto se llega con el material con una temperatura adecuada, al estar dentro de los límites recomendados de la base de datos de Moldflow:

Recomendaciones material
Recomendaciones material
Ordenación de la superficie
Ordenación de la superficie

El resultado de la imagen superior proporciona una buena indicación de cómo se orientarán las moléculas en el exterior de la pieza, y muestra la dirección de alineación principal media para toda la superficie local al final del llenado. Se ha conseguido con esta inyección, como puede verse en la imagen, una orientación adecuada para el uso del juguete, ya que la cabeza probablemte sufrirá impactos, y la resistencia al impacto suele ser mucho más alta en la dirección de orientación molecular en la superficie.


Temperatura media
Temperatura media

El resultado Temperatura media muestra la temperatura media de masa a lo largo del espesor de la pieza al final del llenado

Tiempo para temperatura de expulsión
Tiempo para temperatura de expulsión

Se requiere un tiempo de 2.68 segundos desde el inicio del llenado para alcanzar en toda la pieza una temperatura adecuada para la expulsión de la pieza. Como la pieza es de espesor constante, todos los puntos de ella tardan más o menos el mismo tiempo en alcanzarla.

Fracción de capa solidificada al final del llenado
Fracción de capa solidificada al final del llenado

La fracción de capa solidificada tiene efectos muy significativos en la resistencia de flujo. La viscosidad aumenta exponencialmente con la disminución de la temperatura. El espesor de la capa de flujo también se reduce a medida que el espesor de la capa solidificada aumenta. El valor mayor obtenido es del 16% que es un buen valor según las recomendaciones de Moldflow que da como límite un 25%.

Por último se adjuntan los resultados de líneas de soldadura y atrapamientos de aire que ya se han comentado anteriormente, habiendo conseguido que no aparezcan líneas de soldadura y que los atrapamientos apareciesen en zonas óptimas para colocar los expulsores de la pieza.


Líneas de soldadura alternativa 3
Líneas de soldadura alternativa 3
Atrapamientos de aire alternativa 3
Atrapamientos de aire alternativa 3
Estudio de rechupes
Rechupes
Rechupes

Moldflow nos muestra que la pieza estaría exenta de rechupes, esto es debido al espesor constante de la misma y al tiempo enfriado homogéneo en toda la pieza.

Calidad de refrigeración
Calidad de refrigeración
Calidad de refrigeración

De nuevo se obtiene una calidad alta de refrigeración en toda la piezagracias al espesor constante y ausencia de zonas de acumulación del calor.

Varianza del tiempo de refrigeración
Varianza del tiempo de refrigeración

El resultado Varianza del tiempo de refrigeración muestra la diferencia entre el tiempo que el polímero tarda en solidificarse en cualquier región de la pieza y el tiempo medio de solidificación de toda la pieza. Se observa que la variación del tiempo respecto a la media más desfavorable es tan solo de 0.76 segundos. En el siguiente gif se observa paso a paso como ocurre la solidificación de los distintos puntos de la pieza.

Varianza del tiempo de refrigeración
Varianza del tiempo de refrigeración
Fichero y posibilidades de mejora

El archivo MPA se puede descargar de aquí: Media:Entrega2moldflow11008.rar

Las posibilidades de mejora se han estudiado e implementado en el primer punto de la entrega:Alternativas contempladas y mejoras a partir de análisis previos con Moldflow

Determinación del tamaño del molde y máquina inyectora a emplear:

Se partirá de los datos proporcionados por Moldflow y el CAD usado para el análisis del número de cavidades:

Resumen de la inyección
Resumen de la inyección
Resumen de la inyección
Resumen de la inyección
Propiedades pieza
Propiedades pieza

Con estos datos se usa el programa para estimar el número óptimo de cavidades con los siguientes tamaños de lotes:

15000 unidades:

Lote 15000
Lote 15000

Coste unitario mínimo: 0.774 €

Nº cavidades óptimo: 1.

Capacidad de plastificación: 1.41 g/s.

Capacidad inyección: 15.522 cm3.

Fuerza de cierre: 93.1 kN.

50000 unidades

Lote 50000
Lote 50000

Coste unitario mínimo: 0.347 €

Nº cavidades óptimo: 2.

Capacidad de plastificación: 2 g/s.

Capacidad inyección: 22 cm3.

Fuerza de cierre: 125 kN.

150000 unidades

Lote 150000
Lote 150000

Coste unitario mínimo: 0.171 €

Nº cavidades óptimo: 3.

Capacidad de plastificación: 3 g/s.

Capacidad inyección: 35 cm3.

Fuerza de cierre: 175 kN.

500000 unidades

Lote 500000
Lote 500000

Coste unitario mínimo: 0.085 €

Nº cavidades óptimo: 5.

Capacidad de plastificación: 5 g/s.

Capacidad inyección: 43 cm3.

Fuerza de cierre: 270 kN.

Se observa que si los lotes son de 500000 piezas, el coste unitario de éstas alcanza un mínimo con moldes de 5 cavidades en 0.085€/pieza. Por lo tanto la máquina se seleccionará para inyectar plástico a un molde de 5 cavidades.

Se usa el catálogo de Battenfeld del modelo TM100, que se ajusta más a las necesidades que HM(pdf colgado en wikifab). Tras revisar el catálogo para buscar una máquina capaz de:

Capacidad de plastificación: 5 g/s.

Capacidad inyección: 43.000 cm3.

Fuerza de cierre: 270 kN.

Por lo que se selecciona el modelo TM100/210

Inyectora elegida
Inyectora elegida





ENTREGA 3

Estudio multicavidad, sistema de alimentación y analisis detallado de coste del componente inyectado

  • Memoria de los análisis de MoldFlow multicavidad para el componente seleccionado, teniendo en cuenta que el número de cavidades deberá ser de al menos 2 y menos de 6, establecer el tamaño del molde y el tamaño del lote, dimensiones normalizadas de placas de figura.
  • Estimación de una colada fría en MPA con optimización de canales y balanceo de canales.
  • Con el tiempo de ciclo optimizado, completad el Cost Adviser para realizar una estimación del coste del componente inyectado, justificad las estimaciones de costes introducidas.

Elección del tamaño del molde, lote y dimensiones normalizadas de la placa

En la última entrega se obtuvo que para un coste unitario mínimo de la pieza, el lote debía ser de 500000 unidades y el molde de 5 cavidades.

Lote 500000
Lote 500000

Por lo tanto, en Moldflow se crea un molde de 5 cavidades con una disposición radial:

5 cavidades
5 cavidades

Y se busca en el catálogo de Hasco las dimensiones normalizadas de una placa de figura adecuada para nuestro caso:

Búsqueda de la placa
Búsqueda de la placa
Búsqueda de la placa
Búsqueda de la placa

Y se configura el molde según las dimensiones normalizadas:

Búsqueda de la placa
Búsqueda de la placa

El diseño antes de optimizar los canales y bebederos quedaría así, con el uso de entradas submarinas para conseguir el corte automático de las piezas. Puede observarse en la imagen que se ha diseñado unas entradas submarinas más reales a las que ofrece Moldflow, ya que el cuerno que propone éste es difícilmente fabricable, y en la práctica se recurriría a una solución como la mostrada aquí:

Búsqueda de la placa
Búsqueda de la placa

Estimación de una colada fría en MPA con optimización de canales y balanceo de canales

Estudio de la colada con los tamaños sugeridos por la literatura

Selección de ventana de proceso Para un material específico dentro de las restricciones del diseño del molde, el resultado muestra las temperaturas óptimas del molde y la masa fundida y el tiempo de inyección necesario para producir una pieza aceptable. Como se puede apreciar en la imagen de abajo, Moldflow nos aconseja un punto óptimo. Este punto está situado en el interior de la zona verde, ya que de esta forma si algún parámetro de la inyección variase ligeramente, el punto en el que nos encontraríamos seguiría estando dentro de la región preferida(verde).

Ventana de proceso
Ventana de proceso

Tiempo de llenado Se consigue llenar el molde en tan sólo 0.4551 segundos.

Tiempo de llenado
Tiempo de llenado

En la siguiente animación se puede observar el camino que sigue el flujo al rellenar la pieza, y se observa como no se produce el encuentro de flujos encontrados y por tanto se evitan líneas de soldadura.

Tiempo de llenado
Tiempo de llenado

Confianza de llenado En la imagen siguiente se muestra la probabilidad de que se produzca el llenado de la pieza, por tanto con las condiciones de temperatura configuradas y la presión necesaria(que se muestra más adelante), se asegura el llenado completo de las piezas.

Confianza de llenado
Confianza de llenado

Calidad de llenado Se consigue una calidad alta en las 5 piezas, Moldflow nos advierte de que hay zonas de menor calidad,pero estas se tratan de los bebederos, canales y entradas del molde, por lo que no supone ningún problema.

Calidad
Calidad

Presión de inyección Con esta configuración de canales y bebederos (más gordos que el óptimo), se consigue rellenar la pieza con una presión de 62.75 MPa.

Presión
Presión

En el siguiente gif puede observarse la pérdida de carga en las cavidades a medidas que el flujo avanza:

Pérdida de presión
Pérdida de presión

Tiempo para alcanzar la temperatura de expulsión El tiempo para alcanzar la temperatura de expulsión es igual en todas las piezas:

Tiempo para la expulsión
Tiempo para la expulsión

Fracción de masa solidificada La fracción de capa solidificada tiene efectos muy significativos en la resistencia de flujo. La viscosidad aumenta exponencialmente con la disminución de la temperatura. El espesor de la capa de flujo también se reduce a medida que el espesor de la capa solidificada aumenta. El valor mayor obtenido es del 15.55% que es un buen valor según las recomendaciones de Moldflow que da como límite un 25%.

Fracción masa solidificada
Fracción masa solidificada

Orientación de las moléculas Gracias a la posición de los puntos de inyección obtenemos una ordenación de las moléculas en la cabeza del águila perfecta para que aumente su capacidad a resistir impactos, ya que es la parte por donde más golpes se dará, ya que se ha elegido el mismo punto de inyección que fue optimizado en la entrega anterior y por tanto se obtienen los mismos resultados:

Orientación
Orientación


Líneas de soldadura y atrapamientos de aire Se obtiene una posición perfecta para poner los expulsores y dejar salir los atrapamientos de aire así. Las líneas de soldadura son inexistentes, ya que se ha elegido el mismo punto de inyección que fue optimizado en la entrega anterior y por tanto se obtienen los mismos resultados.

Atrapamientos de aire
Atrapamientos de aire
Líneas de soldadura
Líneas de soldadura
Estudio de la colada con los tamaños optimizados por Moldflow

Se procede a optimizar el tamaño de canales, bebedero y entradas con las sugerencias de Moldflow:

Variación entradas
Variación entradas
Variación canales
Variación canales
Variación bebedero
Variación bebedero
Resumen variaciones
Resumen variaciones

Con la nueva configuración se procede al estudio de llenado:

Tiempo de llenado El tiempo de llenado aumenta muy ligeramente, debido probablemente a que ahora los canales son más estrechos y habrá mas pérdida de presión.

Tiempo de llenado
Tiempo de llenado

Confianza de llenado Se asegura el llenado completo de las piezas también con el nuevo modelo.

Confianza de llenado
Confianza de llenado

Calidad de llenado Se consigue una calidad alta en las 5 piezas, Moldflow nos advierte de que hay zonas de menor calidad,pero estas se tratan de los bebederos, canales y entradas del molde, por lo que no supone ningún problema.

Calidad
Calidad

Presión de inyección Con esta configuración de canales y bebederos se aumentan las pérdidas de carga hasta los 86.17 MPa.

Presión
Presión


Tiempo para alcanzar la temperatura de expulsión En este punto cabe destacar que el tiempo para alcanzar la expulsión es las piezas es de 0.5s menor, lo que será importante para reducir el tiepo de ciclo.

Tiempo para la expulsión
Tiempo para la expulsión

Fracción de masa solidificada En este caso el valor máximo aumenta hasta el 16%,que es un buen valor según las recomendaciones de Moldflow que da como límite un 25%.

Fracción masa solidificada
Fracción masa solidificada

Cost Adviser

Por último, se analiza con la herramienta Cost Adviser y el molde con los canales optimizados el coste de la fabricación del lote de 500000 unidades:

Como en cada inyectada se hacen 5 piezas, necesitaremos hacer 100000 inyectadas para conseguir el lote. El precio elegido ha sido de 1.3€/kg ya que se trata de un polipropileno.

Cost Adviser
Cost Adviser

En la siguiente pantalla se indica que no habrá rechazos, y que tampoco reciclaremos el material(material de los bebederos, canales y entradas):

Cost Adviser
Cost Adviser

Se supone un coste de 8000 euros para el molde, un coste de mantenimiento de 1000€ cada 100000 inyectadas, por lo tanto el coste del molde en cada pieza será de 0.09/5.

Cost Adviser
Cost Adviser

Por último se udará el tiempo de ciclo calculado por Moldflow, un gasto de corriente de 10000€ por 50000 inyectadas, un coste de amortización de 30 € por cada hora y un tiempo de inactividad del 15%.

Los resultados obtenidos del cost adviser son los siguientes:

Cost Adviser
Cost Adviser
Cost Adviser
Cost Adviser

Queda un coste del material alto, pero esto es debido a que las piezas a fabricar son bastante grandes, y se fabrican 5 a la vez, por lo que en realidad el precio del material en la pieza final sería de 1.2 céntimos de euro.


ENTREGA 4

  • Creación de canales de refrigeración y/o núcleos para realizar un estudio de llenado más enfriamiento (optimización del tiempo de ciclo)
  • Mejora u optimización de la curva de mantenimiento junto con enfriamiento (Fill+Pack+Cool)
  • Análisis de deformación (warpage) y sus causas en el componente
  • Alternativas de molde conceptual (2 como mínimo).Croquis a mano alzada (escaneado) de al menos dos soluciones (dos direcciones de desmoldeo diferentes), nucleo, cavidad y particiones, colada fria, distribución en planta de cavidades, expulsión y refrigeración

Creación de canales de refrigeración y/o núcleos para realizar un estudio de llenado más enfriamiento (optimización del tiempo de ciclo)

Primero se prueban distintas alternativas utilizando el asistente para refrigeración de Moldflow, y el primer modelo que nos aconseja es el siguiente:

Alternativa 1
Alternativa 1

Esta solución como puede observarse sin necesidad de realizar un análisis de refrigeración, produciría grandes diferencias en la velocidad de enfriamiento entre unas piezas y otras, incluso entre zonas de las mismas piezas también, por lo que se descarta.

Alternativa 2
Alternativa 2

La imagen de arriba se trata de una alternativa mejorada también con el asistente de refrigeración de Moldflow, si bien es cierto que esta solución sería mejor que la anterior, sigue siendo mejorable.

Por este motivo se decide hacer "manualmente" los canales de refrigeración, y para saber por donde deben ir éstos, se usan los datos de tiempo de enfriamiento dela pieza simple de una entrega anterior, la cual se muestra aquí debajo:

Alternativa 1
Alternativa 1

En vistas a la imagen anterior, se decide colocar unos canales que vayan por encima y debajo de la pieza longitudinalmente, para de esta forma conseguir un enfriamiento igual en todas las piezas para conseguir que las cinco tengan la misma calidad y a la vez que los puntos más conflictivos tengan un canal de refrigeración cercano por arriba y por abajo.

Alternativa 3
Alternativa 3
Alternativa 3
Alternativa 3

Mejora u optimización de la curva de mantenimiento junto con enfriamiento (Fill+Pack+Cool)

En los ajustes de Moldflow se cambian los ajustes de simulación para realizar una etapa de mantenimiento que va a ayudar a conseguir unos mejores resultados reduciendo las contracciones y rechupes de la pieza:

Etapa de mantenimiento
Etapa de mantenimiento

Estudio del enfriamiento y contracción de la pieza

En primer lugar se estudia el comportamiento del agua de refrigeración. En esta imagen se puede ver que la presión necesaria para hacer circular el agua por el circuito es una presión facilmente aportable para una bomba de agua.

Presión del circuito
Presión del circuito

En la siguiente imagen se puede ver, que a pesar de hacer un largo recorrido el agua, las diferencias de tempertauras entre su entrada y su salida del molde difieren menos de un grado, por lo que la refrigeración será semejante en todas las piezas del molde.

Temperatura del agua
Temperatura del agua

En cuanto a la calidad de refrigeración de las piezas, puede observarse que será alta en todas.

Calidad refrigeración
Calidad refrigeración

La varianza máxima del tiempo de refrigeración, como puede verse en la siguiente imagen, es del orden de una décima de segundo, por lo que la refrigeración funciona adecuadamente.

Varianza del tiempo de refrigeración
Varianza del tiempo de refrigeración

Por último relativo a la refrigeración, se muestra el resultado de tiempo necesario para la expulsión de las piezas. Se observa un valor mejorado respecto a la situación sin refrigeración. Además, podría mejorarse aún más acercando los canales de la cavidad a la pieza, y los del núcleo al interior de la pieza, dado que en esos puntos están los tiempos más largos de enfriamiento.

Tiempo expulsión
Tiempo expulsión

En este punto cabe compararlo con el tiempo de expulsión en la entrega anterior, sin refrigeración:

Tiempo expulsión sin refrigeración
Tiempo expulsión sin refrigeración

Por lo que puede verse que se tardará medio segundo menos.

En las siguientes imágenes se observa las deformaciones y deflexiones debidas a todos los efectos en la pieza. Puede observarse que ambos resultados son muy buenos, pues se tratan de piezas de unos 200 mm, y el valor máximo de deformaciones/deflexiones no excede 1 mm.

Deformaciones
Deformaciones
Deflexiones
Deflexiones

Además puede observarse que la aportación a estas deformaciones y deflexiones debido a la refrigeración diferencial es mínima:

Deformaciones refrigeración diferencial
Deformaciones refrigeración diferencial
Deflexiones refrigeración diferencial
Deflexiones refrigeración diferencial

En cuanto a la contracción volumétrica, se obtiene un valor muy bajo, del orden del 7%, ya que las zonas de contracción altas corresponden al bebedero como puede observarse:

Contracción volumétrica
Contracción volumétrica


Por último se calcula el nuevo coste de la inyectada, que en este caso será de 0.4 €, saliendo cada pieza a tan solo 0.08€, 3 céntimos menos por inyectada que sin usar refrigeración.

Cost Adviser
Cost Adviser

Estudio posible mejora de refrigeración

Para mejorar la refrogeración se usarán deflectores y se disminuirán las distancias de los canales.

Las áreas del molde que no se pueden refrigerar eficazmente mediante canales de refrigeración normales pueden requerir el uso de deflectores. Los deflectores desvían el flujo de refrigerante a áreas en las que normalmente faltaría refrigerante.Un deflector es un componente del sistema de refrigeración que se construye insertando una placa de metal en los canales de refrigeración. La placa hace que el flujo de refrigerante suba por un lado del deflector y baje por el otro. El deflector interrumpe el flujo en los canales de refrigeración y crea turbulencias alrededor de los codos, lo que mejora la capacidad de transferencia de calor.

Deflector
Deflector


El nuevo molde quedará así, pueden verse los deflectores en amarillo que favorecen el enfriamiento de la parte interior de la pieza.

Uso de deflectores
Uso de deflectores

Sin embargo al observar los resultados con este sistema se observa lo siguiente, la presión necesaria a aplicar en el circuito de agua se multiplica por 5, mientras que el tiempo de expulsión debido al tiempo de enfriamiento apenas mejora 0.007 segundos, por lo que se considera mejor quedarse con la otra alternativa.

Nueva presión
Nueva presión
Nuevo tiempo
Nuevo tiempo

Molde conceptual

Molde conseptual
Molde conseptual





TRABAJO FINAL

  • Diseño de núcleo y cavidad en 3D (trabajo individual obligatorio para todos los alumnos)
  • Diseño del Modelo 3D completo de las placas de figura del molde (núcleo, cavidad y particiones)
  • Superficies de desmoldeo, expulsión, refrigeración, guías de particiones, centrado, etc.
  • Diseño del conjunto de detalle del molde (molde 3D completo (al menos 1 pieza por grupo) para máxima nota)
  • Explicación individual del conjunto conceptual del molde: Debe incluir, conjunto completo de placas, guías, fijación, refrigeración de acuerdo a la selección de normalizados
  • Fichero completo del "Assembly" de CAD 3D en formato primitivo y copia en IGS
  • Tantas vistas planas seccionadas como sea necesario para visualizar todos los subsistemas del molde

Diseño del núcleo y cavidad en 3D

Para el diseño del molde, lo primero que se tuvo en cuenta es la contracción que la pieza tendrá, por lo que se le aplica a la pieza un escalado del 7% para hacer frente a este problema y conseguir una pieza del tamaño requerido:

Contracción de la pieza
Contracción de la pieza

También se analiza la pieza proporcionándole un ángulo de desmoldeo a las nuevas partes de la pieza que en el estudio anterior no estaban aún, se trata de unas uniones a presión entre ambas partes del cuerpo:

Nueva pieza
Nueva pieza

Como se observa en la imagen superior, se ha dado un ángulo de desmoldeo tanto al cilindro como a los nervios, además el espesor de éstos es la mitad del espesor de la pieza para conseguir de esta forma unos rechupes mínimos.

Para la realización de esta entrega se ha utilizado Autodesk Inventor, importando la pieza realizada con Solidworks en las otras entregas:

Pieza en Inventor
Pieza en Inventor

Lo primero es dar dimensiones al postizo, para ello Inventor nos aconseja un tamaño que será el que usaré:

Dimensión postizo
Dimensión postizo

El segundo paso es la creación de la superficie de partición. Al ser una superficie bastante irregular se ha tenido que hacer manualmente la selección de aristas, ya que el modo automático daba error en alguna de ellas. El resultado obtenido ha sido:

Superficie de partición
Superficie de partición

Una vez seleccionada la superficie de partición se obtuvo el núcleo y la cavidad de un postizo individual:

Núcleo y cavidad
Núcleo y cavidad
Detalle núcleo
Detalle núcleo
Diseño del conjunto de detalle del molde

Este postizo se quintuplicará para obtener un molde con el número de cavidades óptimas(cinco) calculado en las otras entregas. De nuevo se selecciona un patrón con forma pentagonal para poder introducir el material por la zona más favorable obtenida en el estudio de inyección con Moldflow.

Patrón postizos
Patrón postizos

La distribución de los postizos, por tanto, quedaría así:

Patrón postizos
Patrón postizos

Se selecciona el punto de inyección, para lo cual se seleccionará el punto estudiado con Moldflow en las entregas anteriores, como puede observarse el punto se encuentra por debajo de la línea de partición, obteniendo de esta manera una entrada submarina.


Punto de inyección
Punto de inyección

Además, se diseña una entrada de material cónica, debido a la dificultad en la fabricación de la entrada submarina con forma de cuerno:

Entrada submarina cónica
Entrada submarina cónica

El plástico recorrerá el molde hasta la línea de partición, donde se dividirá para alimentar a cada una de las piezas, por lo que se instala un pozo frío en el cambio de dirección como puede observarse en la siguiente imagen:

Pozo frío
Pozo frío



Para el tamaño de los canales se usan los aconsejados por Moldflow en las anteriores entregas:

Tamaños recomendados
Tamaños recomendados

El siguiente paso formar el ensamblaje del molde, para lo cual se instaló la biblioteca de Inventor con los archivos del fabricante Hasco y se eligió el siguiente molde:

Molde Hasco
Molde Hasco

Obteniendo el siguiente resultado:

Molde Hasco
Molde Hasco
Molde Hasco
Molde Hasco
Molde Hasco
Molde Hasco

Se introducen los expulsores de 1mm debido a que la pieza tiene un espesor aproximado de 1.07 mm en el molde y se selecciona este espesor para aplicarle la fuerza expulsora.

Expulsores
Expulsores

Para posicionarlos se usan los datos de Moldflow, de tal forma que se colocan en los puntos donde Moldflow nos advertía la presencia de acumulaciones de aire, proporcionando el juego justo para que el aire pueda escapar.

Posición expulsores
Posición expulsores

A continuación se añaden el casquillo de bebedero y el anillo de centrado, ambos del fabricante HASCO:

Casquillo bebedero
Casquillo bebedero
Anillo de centrado
Anillo de centrado

Obteniendo el siguiente resultado:

Anillo de centrado y casquillo bebedero
Anillo de centrado y casquillo bebedero

Por último, se añadirán los canales de refrigeración, para lo cual se variará el diseño de las otras entregas, para simplificar la fabricación del molde. Se ha considerado así por ser una pieza que enfría muy bien y tras hacerse la nueva simulación en Moldflow no se apreciaban cambios significativos. Para colocar los canales, se colocan cuiadosamente para conseguir un enfriamiento igual en todas las piezas, y evitar ponerlos en los lugares por los que pasan los expulsores:

Posición canales de refrigeración
Posición canales de refrigeración
Canales de refrigeración
Canales de refrigeración

Por último se añaden los componentes de refrigeración para las conexiones con la toma de agua y entre los mismos canales, también del fabricante HASCO:

Componentes de refrigeración
Componentes de refrigeración
Componentes de refrigeración
Componentes de refrigeración

Por último se saca un plano en 2D donde vienen identificados cada uno de los componentes:

Plano 2D
Plano 2D

Para verlo correctamente y poder aplicar zoom, se adjunta el archivo en formato .dwg:

Media:Diseño_de_molde7.0001.rar‎

Además también se adjunta en el siguiente .zip los archivos de inventor con el emsamblaje realizado:

Media:Diseño de molde7.zip

Por último se hacen unas secciones en las vistas con el fin de ver como es el molde más claramente, los cortes que se han hecho han sido los siguientes:

Secciones
Secciones

En la sección siguiente pueden verse las guías del molde, los expulsores...

Sección C
Sección C

En la sección siguiente puede observarse un postizo de los cinco y un canal de refrigeración.

Sección D
Sección D

Como conclusión al trabajo, cabe destacar que los canales de alimentación son bastante largos debido a que se ha querido obtener una buena calidad de la pieza en el menor tiempo posible, y por tanto se ha inyectado el material por el punto más favorable, por lo que en este caso sería interesante tener la opción de reciclar el material. Se debería hacer un estudio con otra disposición en que las piezas se alimentan por un extremo, consiguiendo de esta manera reducir el tamaño del molde y el plástico desperdiciado en el bebedero y canales de alimentación, habría que ver si la nueva disposición, en la que probablemente el tiempo de ciclo fuese algo mayor, reduciría costes respecto a la altenativa empleada aquí. Se ha elegido esta debido a la importancia que tendrá el tiempo de ciclo debido al gran número de piezas que se realizarán.

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