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Contenido

Grupo 12: ALAS

Sobre la persona
Nombre Johannes Wolperding
Matricula 11617 (ERASMUS)


otros miembros del grupo 12:
[Jorge Almécija Iñiguez]
[Jaime Recio Huetos]

Entrega1

Vista del conjunto

Barco montado
Barco montado
Vista desde arriba
Vista desde arriba
Vista desde abajo
Vista desde abajo

El objetivo de nuestro diseño es hacer un barco que vuele basado en el diseño del helicoptero de Leonardo da Vinci. Las alas de da vinci no funcionaron, por ello, hemos diseñado unas alas que tienen el mismo perfil que las de los helicopteros y aviones reales. El emparejamiento de los materiales del cojinete y los patas es seleccionado para obtener un coeficiente de friccíon muy baja. Tambien tenemos en cuenta que el peso del juguete es bajo. Así es posible que el barco puede volar a final.
Presentación Grupo12

Parte elegido

La parte elegida estan los Alas del nuestro helicópetero. Es una pieza dificil. Tiene algunas contrasalidas y no es fácil expulsarlo, pero se puede moldear con un molde de tres piezas.
Archivo ZIP con la pieza en el formato .stl

Vista lateral
Vista lateral
Vista desde arriba
Vista desde arriba
Vista desde abajo
Vista desde abajo

Material elegido

Para el material he elegido POM de la marca Ultraform de BASF, porque necesito un limite de resistencía alto para evitar un peso alto.
Folleto del BASF Ultraform
Range-chart BASF Ultraform
El material exacto es Ultraform W2320 003 que fluye muy facil y se solidifica muy rápido. El contacto con agua o soluciónes alcalinas (jabón en la bañera) no afecta al material. Para la radiación ultravioleta podemos añadir algunos pigmentos.
Tambien se cumplen los requisitos de la normativa de contacto con alimentos. Así no es peligroso para niños.

Analysis MEF

Los datos del material elegido (BASF Ultraform W2320 003) son:

  • Módulo de Young: 2800MPa
  • Resistencia al alargamiento: 65MPa
  • Límite de alargamiento: 7,5%
  • Alargamiento de rotura: 24%

Para el ensayo de carga he elegido una fuerza de 10N en el borde del ala superior fijado al cojinete. Así el niño puede cojer el juguete por las alas y hacer lo que quiera.
Calculado con todas sus partes montadas.

Anslysis MEF aplicado
Anslysis MEF aplicado
Posición de la tensión más alta, aprox. 70MPa
Posición de la tensión más alta, aprox. 70MPa
Seguridad
Seguridad

Analysis MoldFlow (Autodesk INVENTOR)

Para optener buena calidad, el molde esta relativamente frío. Así podemos conseguir que la contracción de la pieza no sea tan fuerte. Tambien tenemos que conseguir una temperatura un poco alta en el plastico para llenar el molde rapidamente y bien.
Temperaturas:

  • Molde:60°C
  • Plastico:220°C

Llenado

Tiempo de llenado
Tiempo de llenado
Seguridad de llenado
Seguridad de llenado

Calidad de la pieza

Calidad de la pieza
Calidad de la pieza
Detalle1
Detalle1
Detalle2
Detalle2

Podemos ver que la seguridad de llenado y la caldidad son buenas con este material y estas calibraciónes. Solo en el punto del reforzamiento donde se conectan los alas con el palo hay dudas sobre la calidad (veáse Detalle1 y Detalle2).

Molde conceptual

Boceto1Esto es el concepto que tenía en mente cuando estaba constuyendo los alas.
Boceto1

Esto es el concepto que tenía en mente cuando estaba constuyendo los alas.
Boceto2Esta es otra idea mas complicada.
Boceto2

Esta es otra idea mas complicada.

Entrega2

Analysis Moldflow Adviser

Fichero zip con el Analysis de MPA

Localización de la entrada

Áreas prohibidos para la entrada
Áreas prohibidos para la entrada
Flowresistence con una entrada
Flowresistence con una entrada
Flowresistence con tres entradas
Flowresistence con tres entradas

Debido a la estética es mejor colocar la entrada por la parte de abajo de las alas, puesto que esta parte está cubierta por la capa inferior de éstas. Así no se pueden ver. Para obtener un llenado más rápido de las alas y ganar tiempo, he investigado también una opción con tres entradas. Con tres entradas el proceso dura un segundo menos, pero también se necesita más plástico para los canales. Luego en el cálculo se ve que se puede ahorrar un céntimo por pieza cuando producimos 500.000 piezas con un molde de una cavidad.

Llenado y calidad de enfriamiento

Llenado de la pieza
Llenado de la pieza
Calidad de la pieza
Calidad de la pieza
Calidad de la refrigeracíon
Calidad de la refrigeracíon

Contracción y rechupes

Rechupes
Rechupes
Detalle de los rechupes
Detalle de los rechupes
Contraccíon
Contraccíon
Deformacíon
Deformacíon

Determinación del tamaño del molde

El tiempo estimado por Moldflow para el ciclo con una entrada es 18.56 seg. Estos 18.56 seg se componen de 3.56 seg. de inyeccíon, 10 seg. de compresión y 5 seg. para abrir el molde y expulsar la pieza.
El tamaño de las placas figuras con una cavidad es 192mm x 184mm x 105mm. Por eso necesito un molde prefabricado del tamaño 300mmx400mm. Así la placa móvil y la placa fija tienen el tamaño de 350mmx400mm. Estos datos también son importantes para eligir una máquina inyectora correcta.

Placas figuras de una cavidad
Placas figuras de una cavidad
Molde del tamaño 300mmx400mm
Molde del tamaño 300mmx400mm

He leído unos foros de gente de la industria inyectora y creo que tengo que pagar por lo menos 40.000€ para el molde. Para una cavidad más tendría que pagar 20.000€ porque las superficies son muy finas y difíciles.
El coste por hora de la máquina inyectora es 120€ y el del operario es 30€, ya que administra varias máquinas.
www.kunststoffspritzer.de
Los datos de INVENTOR de mi pieza son: peso=22g, volumen=19cm^3 y superficie=20109mm^2. Para el peso y el volumen he añadido 2,5cm^3 para los canales. Así tengo todos los datos para estimar los cavidades.

Calculos con una entrada

Lote 15.000
Lote 15.000
Lote 50.000
Lote 50.000
PDF Moldflow Cost Adviser 15.000
➔Coste por pieza con una cavidad: 3,20€
PDF Moldflow Cost Adviser 50.000
➔Coste por pieza con una cavidad: 1,57€
Lote 150.000
Lote 150.000
Lote 500.000
Lote 500.000
PDF Moldflow Cost Adviser 150.000
➔Coste por pieza con una cavidad: 1,10€
PDF Moldflow Cost Adviser 500.000
➔Coste por pieza con una cavidad: 0,93€

Calculos con tres entradas

Lote 500.000
Lote 500.000
PDF Moldflow Cost Adviser 500.000
➔Coste por pieza con una cavidad: 0,92€

Determinación del tamaño de la máquina inyectora

Vemos en los resultados del programa de estimacíon de número de cavidades, que el número preferido está entre 1 y 5. La fuerza de cierre máxima es 250kN.
El mejor catálogo que encontré es de Battenfeld, una empresa austriaca, que tiene todos los datos de todos sus máquinas.
Catálogo Battenfeld inglés

Battenfeld HM35t
Battenfeld HM35t
Shot weight conversion table
Shot weight conversion table

La más pequeña, la HM 35 t, tiene una fuerza de cierre de 350kN (gris). Así no tenemos que precuparnos con la fuerza de cierre.
Ahora vemos la capacidad de inyección y la capacidad de plastificación (rojo). Para un lote de 15000 y 50000 el programa me propone solo una cavidad. Para ello necesito una capacidad de inyección de 28.5 cm^3 y una capacidad de plastificación de 1,8 g/s. Como marcado he elegido la HM35/130 con un diámetro de 18mm. La capacidad de plastificación es suficiente con 3,2g/s. Para la capacidad de inyección tenemos que multiplicar el número con 1,15 porque mi material es POM. Así tengo una capacidad de inyección de 32,2 cm^3.

Ahora tenemos que prestar atención al tamaño del molde. El problema es el espacio entre las barras. El molde no cabe, porque su ancho es 350mm y solo tenemos 320mm.

Battenfeld HM35t tamaño
Battenfeld HM35t tamaño
Battenfeld HM35t
Battenfeld HM65t tamaño
Battenfeld HM65t tamaño

Así tengo que buscar una máquina inyectora más grande. La HM45t tiene el mismo ancho. La máquina más grande esta la HM65t. Ahí podemos eligir el mismo grupo de inyección y así sabemos qué máquina necesito para un tamaño de lote de 15000 y 50000, la HM65t/130 con un diámetro de 18mm(rojo). Para los otros tamaños de lote es el mismo proceso.
El molde de 2 cavidades tiene más o menos el tamaño de 350mm x 500mm. Este molde tambien cabe en la HM65t, pero necesitamos un grupo de inyección que puede inyectar el doble. Para obtener la misma presión eligo la HM65t/210 con un diametro de 25mm(verde).

Battenfeld HM65t
Battenfeld HM65t

Para un tamaño de lote de 500000, la diferencia entre un molde de 5 y un molde de 4 cavidades no es muy grande. Así eligo un molde de 4 cavidades, por que el tamaño del molde es más pequeño y no necesitamos una máquina inyectora mucho más grande. Para este molde necetiamos un tamaño de 400mm x 500mm. La máquina inyectora de siguiente tamaño es la HM90t que tiene un ancho de las barras de 420mm. Así se cumple las restricciones. Para el grupo de inyección podemos elegir el mismo grupo de inyección que el anterior. Así necesitamos la HM90t/210 con un diametro de 25mm.

Battenfeld HM90t
Battenfeld HM90t
Battenfeld HM90t tamaño
Battenfeld HM90t tamaño

Máquinas eligidas

Tamaño de lote Máquina inyectora de Battenfeld
15.000 piezas HM65/130 Ø18mm
50.000 piezas HM65/130 Ø18mm
150.000 piezas HM65/210 Ø25mm
500.000 piezas HM90/210 Ø25mm

Entrega3

Introducción

He elgido hacer un molde de cuatro cavidades tal y como el programa lo ha estimado para un lote de 500.000 piezas.

Localización de la línea de partición

Línea de partición
Línea de partición
Placas figuras de una cavidad
Placas figuras de una cavidad

Para el Moldflow la línea de partición está colocada en la cota de los puntos de inyección (amarillo) para facilitar los análisis. En realidad la línea parece como una montaña. Se puede ver en la imagen, que sólo tiene una cavidad (arriba).

Orientación de las piezas en el molde

Los puntos de inyección están colocados en el ala del medío. Así los cuatro alas del medío tienen que orientarse hacia el centro del molde. También las piezas están giradas para ahorrar espacio. Por esto tengo esta disposición:

Orientación vista en planta
Orientación vista en planta
Orientación vista axonométrica
Orientación vista axonométrica

Estimación del tamaño del molde

El Moldflow me propone un tamaño de 312mm x 315mm. Los valores interesantes son b3 y l3 que representan aproximadamente el espacio libre.

Tamaño del Molde
Tamaño del Molde

En este Imagen eligo el molde con dimensiones de 396mm x 496mm que tiene los valores b3=324mm y l3=330mm. Ahora tengo que eligir las cotas de mis placas. He decidido hacer un molde de tres placas, porque necesito una placa más para las guías de corredera que están al otro lado. En la primera imagen se ve aproximadamente la cota de los diferentes placas. La placa una y tres tienen la misma cota que es 56mm. La cota de la placa dos es 96mm.

Boceto del tamaño
Boceto del tamaño
Placa 1
Placa 1
Placa 2
Placa 2
Placa 3
Placa 3

Diseño y optimización de los canales

Para el diseño de los canales he elegido una forma de estrella que está calibrada porque todas las entradas equidistan del punto inyección. Las entradas son entradas submarinas, que se separan cuando se expulsa todo el conjunto. Para el diámetro de la entrada he elegido 1,3mm porque es 2/3 del espesor de la pieza que es 2mm. Los diámetros de los canales son 6mm como se sugiere en las tablas de clase (<75mm longitud).

Canales vista en planta
Canales vista en planta
Detalle de la entrada
Detalle de la entrada

Después de hacer eso he hecho un análisis de Runner Adviser que estima los espesorers de los canales. Los Runners tienen aproximadamente el mismo espesor de 4,9mm. Las variaciónes de +/- 0,05 mm entre ellos son debidas a posición de las piezas, que no es exacta en Moldflow. El Sprue cambia mucho a una geometría de 2mm x 7,85mm.

Informe del Runner Adviser
Informe del Runner Adviser
Detalle de los canales
Detalle de los canales

A continuación he hecho una análisis Runner Balance que cambia los espesores de los Runners a 3,2mm. También me avisa de que la presión de la máquina es superior a la posible.

Informe del Runner Balancer
Informe del Runner Balancer
Detalle de los canales
Detalle de los canales

Evaluación de la calidad

Para evaluar la calidad he hecho una análisis de llenado antes y despues de cada análisis:

Calidad del diseño con los consejos de clase
Calidad del diseño con los consejos de clase
Calidad del diseño con Runner Adviser
Calidad del diseño con Runner Adviser
Calidad del diseño con Runner Balancer
Calidad del diseño con Runner Balancer

Se ve que la calidad de las piezas está mejor con el diseño con los consejos de clase y después de los análisis la calidad es questionable. También es razonable porque tengo que llenar una superficie muy grande y no quiero que los canales se enfríen antes del llenado de las piezas. No sé muy bien que hacen los análisis, pero mi diseño antes parece ser mejor.

Entrega 4

Para los dibujos 2D he elegido hacerlos en AUTOCAD para facilitarme el proceso de dibujar. Tambien he importado las geometrias que tenía en Inventor (Alimentacíon y los cavidades).
El molde está construido de cuatro cajas que contienen las cavidades y que están puestos en las placas. De esta forma, es más facil mecanizar los canales y luego montar todos los sistemas.
Para la refrigeración del tubo que va dentro de las alas he elegido poner un pozo de cobre, que transmite el calor a los canales de refrigeración. La refrigeración de la placa móvil está realizado por una línea de agua continua. En cambio la refrigeración de la placa fija tiene dos anillos. Uno de ida y uno de vuelta, para refrigerar la pieza con líneas paralelas.
La Alimentación va desde el centro a los extremos en forma de una estrella con entradas submarinas.
Para la expulsión de las correderas hay un muelle, que está presionado por la placa fija. Cuando se abren las placas el muelle se alarga y primero sólo desconecta la placa fija de la placa móvil. Las correderas al principio no se abren para mantener la pieza en la placa móvil. Luego, este muelle abre las correderas y los expulsores empiezan a expulsar la pieza. Debido a que no necesitamos tanta fuerza para cerrar el molde y la inyectora es muy potente, podemos usar la fuerza que queda para comprimir el muelle.

Croquis 2D Molde
Croquis 2D Molde

PDF Croquis 2D Molde (vectorizado)
Archivo AUTOCAD

Entrega 5

Diseño del sistema de los canales de refrigeración

Los canales de refrigeración de la placa fija tienen un sistema paralelo. También tiene cuatro tubos especiales para refrigerar el interior de los tubos de las alas. Luego hay tubos especiales que van a ser barras de cobre, pero no se puede calcular en Moldflow así.
Por otro lado los canales de la placa fija forman un sistema en serie. Ádemas se acercan a las alas en las diferentes alturas.

Canales de refrigeración
Canales de refrigeración
Canales de refrigeración
Canales de refrigeración

La calidad de enfriamiento está muy bien como sale en el imagen. El tiempo máximo de llegada a la temperatura de expulsión es 9.5 seg.

Canales de refrigeración
Canales de refrigeración
Canales de refrigeración
Canales de refrigeración

Anàlisis de Fill and Pack

Por defecto he cogigdo un tiempo de Packing de 10 seg a 80% de la presión de la máquina. La calidad y los deformaciones están bien.

Tiempo del ciclo
Tiempo del ciclo
Tiempo de llenado
Tiempo de llenado
Calidad del llenado
Calidad del llenado
Deformación
Deformación

Para mejorar el tiempo del ciclo, podemos eligir un tiempo de Packing de 9.5 seg., porque el tiempo para que el plástico llegue a la temperatura de expulsión es también de 9.5 seg. También he subido la presión a 100% porque antes me salía un semáforo amarillo para la calidad de llenado. Así he mejorado el tiempo del ciclo todo lo posible.

Tiempo del ciclo
Tiempo del ciclo
Calidad del llenado
Calidad del llenado
Presión de Packing
Presión de Packing

Análisis de los costes con el Cost Adviser

Ahora puedo hacer una análisis de los costes con el Cost Adviser. Eligo los mismos datos como en las entregas antes: 500.000 piezas, 4 cavidades, 125.000 shots. Los otros datos están escritos en las tablas del Cost Adviser.

Total Costs
Total Costs
Coste del material
Coste del material
Coste de molde
Coste de molde
Costes del mantenimiento
Costes del mantenimiento
Total Costs
Total Costs

Así tenemos un coste de 0,40€ para cada pieza, lo que me parece adecuado.

Trabajos

Archivos

Aqui están los fijeros del CAD:
Archivo del AUTODESK INVENTOR 2012 exportación en ZIP (aprox. 120MB)
Archivo ZIP del exportación al formato IGS (aprox. 10MB)

Dibujos del molde

!CONSEJO! En los PDFs se puede selecionar/deselecionar las capas. Si se delseciona la capa "Sichtbar"(visible), se puede ver mejor las lineas de refrigeración)

Dibjuo de una placa fija en jpg (baja calidad)
Dibjuo de una placa fija en jpg (baja calidad)
PDF del Dibujo (alta calidad)
Dibjuo del conjunto del molde de la parte fija en jpg (baja calidad)
Dibjuo del conjunto del molde de la parte fija en jpg (baja calidad)
PDF del Dibujo (alta calidad)
Dibjuo de una placa movil en jpg (baja calidad)
Dibjuo de una placa movil en jpg (baja calidad)
PDF del Dibujo (alta calidad)
Dibjuo del conjunto de las placas moviles en jpg (baja calidad)
Dibjuo del conjunto de las placas moviles en jpg (baja calidad)
PDF del Dibujo (alta calidad)
Dibjuo del conjunto del molde de la parte movil en jpg (baja calidad)
Dibjuo del conjunto del molde de la parte movil en jpg (baja calidad)
PDF del Dibujo (alta calidad)

Proceso del diseño

Debido a la complejidad de mi molde, solo usé la parte del AUTODESK INVENTOR para hacer moldes que generan las placas figurar de una cavidad. Luego tuve que hacer todos las operaciones a mano.

El diseño del núcleo y cavidad fue un poco difícil por la geometría de mi pieza. Tuve que poner una superficie de desmoldeo que no fuera plana y por eso tuve muchos problemas al hacerlo. Al final tuve mi superficie después de muchas horas probando. Por no romper el archivo anterior de mi molde, no quise hacerlo otra vez. Por eso no tengo fotos de este proceso. También creo que se puede leer en las ayudas de autodesk y además, lo hemos visto ya en clase. Ahora voy a contar lo que he hecho nuevo:

Para obtener una línea de partición en la parte cilíndrica de mis alas, tuve que hacer unos bocetos. Para eso hice tres capas entre mis alas con tres puntos: el centro del cilindro y los puntos de las esquinas del nacimiento de las alas. Sobre estas capas proyecté sus bordes. Así obtuve una linéa de partición que no tiene discontinuidades.
También es muy importante que no se curcen las capas de partición. Por ello, se tienen que proyectar las líneas de partición en un ángulo en que no se cruce ni solape la propia geometría ni ninguna de las capas.

Luego tomé los archivos de núcleo y cavidad para hacer mi propio molde con las herramientas disponibles del programa CAD.

Placa fija sola
Placa fija sola
Placa movil sola
Placa movil sola

Explicación del molde

Explicación de la manera del molde

Molde abierto y girado
Molde abierto y girado

Mi molde es un molde especial, por su sistema de expulsión. Básicamente, las placas figuras funcionan como un molde de dos platos. La alimentación está colocada en la línea de partición de la pieza. Por la expulsión tuve que coger un molde normalizado de tres platos, porque el plato móvil tiene que moverse en dos direcciones.

Las placas figuras están partidas en cuatro partes que son casi iguales. Solo las placas figuras móviles se diferencian por los canales de refrigeración y los agujeros de los expulsores. Las placas figuras fijas son iguales. Luego estas placas figuras están instaladas con anillos de juntas en los platos del molde y montadas con tornillos desde atrás.

Centrado

El centrado del molde se realiza con las superficies de las placas figuras que no son planas. Así cuando se aprietan se colocan perfectamente. Además hay unos esquinas redondas en los platos del molde para que las placas encajen bien. Además uno de los estelos del molde tiene un espesor que es dos milímetros menor para acertar en la orientación de los platos.

Refrigeración

La refrigeración sigue dos sistemas diferentes en el plato fijo y el móvil. Los tubos de agua del sistema de refrigeración se enganchan con uniones rápidas alrededor del molde. En los agujeros de las líneas de refrigeración de las placas están instalados tapones normalizados de HASCO.

En el plato fijo se realiza con un sistema de líneas paralelas por cada dos placas. Por la continuidad de volumen los diámetros de entrada del molde son un factor de raíz de dos más grandes comparados con los diámetros de las entradas de las placas. Tres anillos de juntas alrededor de las cuatro placas evitan las pérdidas de agua. Para refrigerar la barra de metal para hacer el agujero del tubo de las alas se introduce un cartucho refrigerador que está refrigerado en la parte superior. Por definición hay que refrigerar un quinto de la longitud de este cartucho, pero como tenía espacio y los cartuchos solo vienen en determinadas longitudes, la zona de refrigeración es más larga.

En el plato móvil se realiza con un sistema de líneas en serie. En los dibujos se ven dos entradas y dos salidas pero una entrada y una salida están conectadas entre sí. Entre las placas hay anillos de junta para evitar pérdidas de agua.

Alimentación

La alimentación se lleva a cabo con una entrada al centro del molde con un bebedero normalizado. El plástico se distribuye en forma de estrella a las cuatro piezas y se entra a las piezas con unas entradas submarinas. Además hay un pozo frío debajo del bebedero y un expulsor debajo de este.

Funcionamiento de las Correderas y Expulsión

Debido a que las correderas de las placas móviles están debajo de las alas y se puede perforar la pieza con las guías de las correderas, tenía que inventarme una solución. Así colocé las guías en un tercero plato detrás del núcleo y cavidad.

Ya que las correderas tienen que abrirse antes de la expulsión, hay una sistema de muelles. Estos muelles están apretados cuando el molde está cerrado por la fuerza de la inyectora. Al abrirse el molde, primero los muelles empujan entre el plato móvil y el tercer plato. Así las correderas se abren, pero las placas figuras están cerradas. En este momento se aumenta espacio entre los expulsores y las piezas o se mueven los expulsores por un vacío entre las piezas y los expulsores. En cualquiera de los dos casos no pasaría nada porque las piezas están solidificadas.

Después el molde se abre con normalidad y los expulsores expulsan las piezas. Tambien hay cuatro expulsores que sitúan lo más cerca posible a las entradas para que se expulsen las entradas submarinas lo mejor posible debido al diseño del molde.

Expulsores bajados
Expulsores bajados
Herramientas personales