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Diseñodeunsistemadeuniónentredospiezasdeplás4co

25noviembre2016 n1SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO

Preparado por: Brisa Bañuelos SBD Analyst CETEC MTY, México Tel.: +52 81-83292000 ext 1411 [email protected]

SnapFit:AdaptadorvsTina


Diseñodeunsistemadeuniónentredospiezasdeplás4co


Preparado por: Brisa Bañuelos SBD Analyst CETEC MTY, México Tel.: +52 81-83292000 ext 1411 [email protected]

SnapFit:AdaptadorvsTina


Objetivo: El principal objetivo de este análisis fue evaluar dos "snaps" diferentes para seleccionar el de mejor desempeño y posteriormente poder identificar las posibles reformas al diseño para optimizar el sistema de unión. Adicionalmente se simuló el sellado efectuado por el O-Ring. Método de Análisis: Se utilizó ANSYS Clásico para realizar un análisis no lineal de los dos conceptos y se asumieron las siguientes condiciones: - Las geometrías fueron simplificadas y el modelo consiste solo de adaptador, tina y en su caso O-Ring (2D) -  Los componentes fueron simulados usando un modelo axi-simétrico con elementos de segundo orden -  Se usó un contacto de tipo "frictional”. -  El material del "snap" se asumió como linealmente elástico, homogéneo e isotrópico. El O-Ring fue modelado como un material hiper -elástico.

Stress-Strain curve of polypropylene

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

Strain

Stre

ss (M

Pa)

El adaptador es desplazado

hacia la tina para simular el

proceso de ensamble



Resultadosdelensamble:Opción1&Material1(Polipropileno)

Max SEQV = 104 MPa @ ΔY = 4.8 mm

Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV

> σy (PP) = 33 MPa SEQV Final =

28.76 MPa


SEQV Final = 20.1 MPa



> σy (PP) = 33 MPa




Resultadosdelensamble:Opción4&Material2(PP20%GF)


> σy (PP) = 33 MPa

Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV > σy (PP 20% GF) = 72 MPa SEQV Final =

39 MPa

SEQV Final = 17.3 MPa

De acuerdo con estos resultados, el desempeño del “SNAP” podría ser mejorado usando un material con mejores propiedades mecánicas (Módulo de elasticidad, esfuerzo de cedencia, esfuerzo último, etc.) y con modificaciones en la geometría del “snap”.



Resultados:SelladoefectuadoporelO-Ring,opción4&Material2(PP20%GF)

Max Presión de Contacto = 142 MPa

*Esta presión será aplicada en la

siguiente etapa.

Tina moviéndose hacia el adaptador

Resultados:EnsambledelSnap+Presióndesellado,Opción4&Material2(PP20%GF)SEQV Final = 89 MPa

Areas rojas tienen un SEQV > σy (PP 20% GF) = 72 MPa


Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV > σy (PP 20% GF) = 72 MPa



SEQV Max @ 4 ≈ 150 MPa ⇒ Deformación Plástica debido al contacto entre los dos componentes SEQV Max @ 3 ≈ 190 MPa ⇒ Concentración de esfuerzo debido a que el radio interior es demasiado pequeño

SEQV Final @ 7 ≈ 18 MPa ⇒ Alta probabilidad de unir las dos piezas sin fallas estructurales en el “snap” del adaptador.

SEQV (MPa)

12

34

56

78

Resultados:EnsambledelSnap+Presióndesellado,Opción4&Material2(PP20%GF)



SEQV Final = 44 MPa

11

Resultados:EnsambledelSnap+Presióndesellado,Opción5&Material2(PP20%GF)

Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV > σy

(PP 20% GF) = 72 MPa

SEQV Max @ 1 ≈ 110 MPa ⇒ Deformación Plástica

SEQV Final @ 1 ≈ 44 MPa ⇒ Alta probabilidad de unir las dos piezas sin

fallas estructurales en el “snap” del adaptador

Final Strain = 0. 13 Strain = 0.39

@ ΔY = 4.6mm

Material 2: PP 20%GF

σUlt = 72 MPa ε Ult = 12 %

E = 3530 MPa v = 0.35

|

Strain Final @ 1 ≈ 0.13 ⇒ Alta probabilidad de unir las dos piezas sin

fallas estructurales en el “snap” del adaptador

Nota: Estas conclusiones son validas bajo las condiciones

especificadas en esta presentación.



Conclusiones: •  Durante la primera iteración se predijo la cedencia del material en zonas criticas del "snap". •  Se logro mejorar el desempeño del "snap" mediante cambios en el diseño y usando un material con

mejores propiedades mecánicas (σy y εy mas altos) por lo que el "snap" tiene alta probabilidad de lograr el ensamble sin sufrir daño estructural.

•  Por otro lado el O-Ring genera una presión de contacto máxima de 150MPa, la cual es suficiente para garantizar un buen sellado para la aplicación.

•  Por ultimo, se construyo un prototipo del adaptador y se correlacionaron los resultados de este análisis con los de la prueba de laboratorio. En la prueba, el prototipo logra el ensamble y se mantienen ambas partes unidas sin sufrir fracturas tal y como se estimó en esta simulación.


WHIRLPOOLCORPORATION§CONFIDENTIAL 25noviembre2016 n10SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO

Referencias:

1.   Designcalcula9onsforsnapfitjointsinplas9cparts.Ticona,PerformanceDrivenSolu4ons,2009.

2.   TheFirstSnap-FitHandbook.Bonenberger,PaulR.,HanserPublishers,Munich,2000.

3.   IntroduccionToFiniteElementsinEngineering,Chandrupatla,T.R.andAshokD.,PrenSceHall,1997.

4.  hUp://www.efunda.com/formulae/solid_mechanics/failure_criteria/failure_criteria.cfm

5.  hUp://www.tpub.com/content/doe/h1017v1/css/h1017v1_69.htm

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