Metodología para el diseño de moldes de inyección de ...
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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO DIVISIÓN DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN DIRECCIÓN DE MAESTRÍAS EN INGENIERÍA !\!IETODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE !\!1OLDES DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO UTILIZANDO Pro/MOLDESIGN DE Pro/ENGINEER ·,5 (l(p TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN SISTEMAS DE MANUFACTURA PRESENTA ia DANIEL NATHAN BUCHWALD HABERKORN BIBLIOTRa• Asesor: Dr. PEDRO GRASA Comité de tesis: M. en C. EUGENIO AGUILAR M. en C. JUAN CARLOS V ALDEZ Jurado: Dr. ARMANDO BRAVO M. en C. EUGENIO AGUILAR Dr. PEDRO GRASA M. en C. JUAN CARLOS VALDEZ Presidente Secretario Vocal Vocal Atizapán de Zaragoza, México, mayo de 1996
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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS ESTADO DE MÉXICO
DIVISIÓN DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN DIRECCIÓN DE MAESTRÍAS EN INGENIERÍA
!\!IETODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE !\!1OLDES DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO UTILIZANDO Pro/MOLDESIGN DE Pro/ENGINEER
·,5 (l(p
TESIS QUE PARA OPTAR EL GRADO DE MAESTRO EN SISTEMAS DE MANUFACTURA
PRESENTA
ia
DANIEL NATHAN BUCHWALD HABERKORN BIBLIOTRa•
Asesor: Dr. PEDRO GRASA
Comité de tesis: M. en C. EUGENIO AGUILAR M. en C. JUAN CARLOS V ALDEZ
Jurado: Dr. ARMANDO BRAVO M. en C. EUGENIO AGUILAR Dr. PEDRO GRASA M. en C. JUAN CARLOS VALDEZ
Presidente Secretario Vocal Vocal
Atizapán de Zaragoza, México, mayo de 1996
ÍNDICE Página
OBJETIVOS.
INTRODUCCIÓN
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2
DISEÑO Y MANUFACTIRA DE MOLDES ASISTIDO POR COMPUTADORA2
1 DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE MOLDEO EN LAS MAQUINAS DE INYECCIÓN 4
1.1 CONCEPTO DEL CIERRE DEL MOLDE 4
1.1.1 Terminología del sistema de cierre. 6
1.1.2 Especificaciones del sistema de cierre. 7
1.2 UNIDADES DE PLASTIFICACIÓN 8
1.2.1 Terminología para la unidad de inyección. 11
1.2.2 Especificaciones del Sistema de Inyección. 12
1.3 TERMINOLOGÍA DE OPERACIÓN DE LA MÁQUINA. 13
1.4 ALIMENTACIÓN Y DOSIFICACIÓN 14
1.5 CALEFACCIÓN Y REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA 15
2 EL MOLDE DE INYECCIÓN, SU CLASIFICACIÓN Y FUNCIONES 16
2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOLDES. 16
2.2 FUNCIONES DE LOS MOLDES DE INYECCIÓN 16
2.3 CRITERIOS PARA LA CLASIFICACIÓN DE MOLDES 18
2.4 ACEROS PARA MOLDES DE INYECCIÓN 20
2.4.1 Aceros de cementación. 20
2.4.2 Aceros de temple total. 21
2.4.3 Aceros bonificados para su empleo en el estado de suministro. 21
2.4.4 Aceros resistentes a la corrosión. 21
2.4.5 Aceros de nitruración. 22
2.4.6 Aceros de segunda fusión. 23
2.5 TÉCNICAS PARA LA ELABORACIÓN DE LOS MATERIALES PARA
MOLDES. 24
2.5.1 Maquinado con arranque de viruta. 24
2.5.2 Elaboración sin arranque de material, estampado-troquelado,
embutido. 24
2.5.3 Elaboración por erosión eléctrica. Electroerosión. 31
2.5.4 Galvanotecnia. 31
2.5.5 Proyección metálica. 32
3 DESCRIPCIÓN DEL PAQUETE COMPUTACIONAL Y SU ALCANCE
3.1 ACERCA DE Pro/MOLDESIGN
3.1.1 Una sesión típica de diseño.
3.1.2 Modelo de diseño.
3.1.3 Pieza de trabajo.
3.1.4 El modelo del molde.
3.2 ENTRANDO AL MODO DE MOLDE
3.2.1 Moldes de múltiples cavidades.
3.2.3 Accesorios "Fixtures".
3.3 CONTRACCIÓN
3.4 ÁNGULO DE SALIDA
3.5 ESPESOR
3.6 ANÁLISIS DE LLENADO DEL MOLDE
3.6.1 Análisis del molde.
3.6.2 Diseño de canales y compuertas.
3. 7 DEFINIR INSERTOS DEL MOLDE
3.8 SUPERFICIES DE PARTICIÓN
3.9 CARACTERÍSTICAS DEL MOLDE
3.10 DIVISIÓN DE LOS VOLÚMENES DEL MOLDE
3.11 MOLDEADO
3. 11 . 1 Extraer los componentes del molde.
3.11.2 Pieza moldeada.
3.11.3 Apertura del molde.
3.11.4 Comprobar por interferencia.
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4 METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE MOLDES DE INYECCIÓN DE PLÁTICO
UTILIZANDO Pro/MOLDESIGN DE Pro/ENGINEER
4.1 PARÁMETROS INICIALES
4.1.1 Construcción de la geometría de la pieza.
4.1.2 Material Utilizado.
4.2 APLICACION DE LA CONTRACCIÓN A LA PIEZA
4.3 NÚMERO DE CAVIDADES
4.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE MOLDE
4.4.1 Número de líneas de partición.
4.4.2 Piezas normalizadas en el diseño.
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4.5 CÁLCULO DEL SISTEMA DE LLENADO (COLADA, CANALES Y
COMPUERTAS) 65
4.5.1 El buje de la colada (The sprue bushing). 66
4.5.2 El Canal. 68
4.5.2.1 Sistema de canales estándar. 68
4.5.2.2 Sistema de canales calientes 68
4.5.2.3 Sistema de canales fríos. 69
4.5.2.4 Caracterización de los canales. 69
4.5.2.5 Diseño de canales. 70
4.5.2.6 Dimensiones de los canales. 73
4.5.2. 7 Clasificación de los sistemas de canales. 75
4.5.3 La compuerta. 75
4.5.3.1 Diseño de compuertas. 75
4.5.3.2 Posicionamiento de la compuerta en la pieza. 77
4.5.3.3 Número de compuertas necesarias para una pieza. 78
4.5.3.4 Análisis en C-FLOW/EZ 78
4.6 CONSTRUCCION DE COLADA, CANALES Y COMPUERTA EN
Pro/ENGINEER 83
4.7 64 DEFINICIÓN DE LA SUPERFICIE DE PARTICIÓN Y LAS MITADES
PRINCIPALES DEL MOLDE 86
4.8 DEFINICIÓN DE INSERTOS Y/O VOLÚMENES DEL MOLDE 88
CONCLUSIONES 92
ANEXOS 95
ANEXO A CÁLCULO DEL SISTEMA DE CANALES DE ENFRIAMIENTO 97
ANEXO B INGENIERÍA CONCURRENTE 103
ANEXO C ANALISIS REOLÓGICO DE MOLDES PARA INYECCIÓN DE
PLÁSTICO, CON EL PAQUETE COMPUTACIONAL MOLDFLOW 106
BIBLIOGRAFÍA 129
LISTA DE TABLAS Página
Tabla 2.1 Característiéas de moldes. 18
Tabla 2.2 Clasificación básica de los moldesTabla 2.3 Características de los aceros
para moldes.
Tabla 2.3 Características de los aceros para moldes 1.
Tabla 2.4 Características de los aceros para moldes 2.
Tabla 4.1 Propiedades típicas de polipropilenos reforzados con talco.
Tabla 4.2 Designación de los moldes.
Tabla 4.3 Factores que afectan el diseño de canales.
Tabla 4.4 Objetivos y demandas de los canales.
Tabla 4.5 Secciones de canales.
Tabla A.1 Conductibilidad térmica de algunos materiales
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100
LISTA DE FIGURAS
Fig. 1.1 Cierre Hidráulico.
Fig. 1.2 Cierre con uniones.
Fig. 1.3 Máquina de inyección de émbolo.
Fig. 1.4 Máquina de inyección de émbolo de dos etapas.
Fig. 1.5 Máquina de inyección de tornillo plastificante y émbolo.
Fig. 1.6 Máquina de inyección de tornillo reciprocante.
Fig. 1. 7 Tornillo plastificante con sus dimensiones características.
Fig. 2.1 Corte de un molde con sus funciones principales.
Fig. 3.1 Tabla con diámetros y factores de forma.
Fig. 4.1 Figura de la pieza a moldear.
Fig. 4.2 Figura con pieza normal y con ángulos de salida.
Fig. 4.3 Figura con resultados de la prueba de ángulo de salida.
Fig. 4.4 Módulo de elasticidad del polipropileno reforzado con talco y
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con carbonatos de calcio 54
Fig. 4.5 Figura de la pieza, donde se muestran las dimensiones modificadas. 55
Fig. 4.6 Pieza de trabajo y una cavidad ensamblada. 57
Fig. 4. 7 Pieza de trabajo con dos cavidades ensambladas. 58
Fig. 4.8 Descripción de los tipos básico de moldes. 61
Fig. 4.9 Molde con línea de partición y colada instalada. 63
Fig. 4.1 O Pieza normalizada y sus variantes. 64
Fig. 4.11 Sistema de canales y colada. 65
Fig. 4.12 Área curva de contacto entre la boquilla de la máquina
y el buje del molde. 66
Fig. 4.13 Reglas de dimensionamiento para canales. 67
Fig. 4.14 Guía para dimensionar la sección transversal de un canal. 7 4
Fig. 4.15 Buje de colada normalizado. 79
Fig. 4.16 a) Pieza mallada,
b) Pieza con elementos de los canales y punto de entrada.
Fig. 4.17 Aire atrapado dentro de la pieza.
Fig. 4.18 Línea de unión en la pieza.
Fig. 4.19 Avance del frente de flujo.
Fig. 4.20 Tabla con la velocidad recomendada de inyección.
Fig. 4.21 Definición del grupo dentro del modo de parte.
Fig. 4.22 Pieza moldeada.
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Fig. 4.23 Inserto inferior. 89
Fig. 4.24 Inserto superior. 90
Fig. A.1 termicidad (entalpía) de las masas termoplásticas. 97
Fig. A.2 Sección circular. 101
Fig. A.3 Sección Rectangular. 102
Fig. C.1 a) Malla de la pieza para MOLDFLOW. b) Llenado a 0.8 seg. 125
Fig. C.2 a) Llenado a 1.6 seg. b) Llenado a 2.319 seg. 126
Fig. C.3 a) Distribución de temperaturas. b) Distribución de presión. 127
Fig. C.4 a) Tiempo de enfriamiento. b) Esfuerzos máximos. 128
•
OBJETIVOS .
. Realizar el diseño de un molde de inyección de plástico para una pieza específica,
utilizando el paquete computacional Pro/ENGINEER, en su módulo para el diseño de
moldes Pro/MOLDESIGN. Empleando las piezas normalizadas existentes en el
mercado para la construcción de moldes y sus partes. Obteniendo como resultado una
metodología general para el diseño de moldes.
INTRODUCCIÓN
DISEÑO Y MANUFACTURA DE MOLDES ASISTIDO POR COMPUTADORA
El hecho de producir una pieza plástica desde su idea hasta obtener un producto
final, implica muchas funciones y relaciones matemáticas complejas que no sería
económico realizar sin la ayuda de una computadora. Por esta razón la tecnología de
CAD/CAM representa una herramienta valiosa para el desarrollo del producto. Una
instalación de CAD/CAM representa una herramienta sofisticada y costosa que
requiere (;je un compromiso de la gerencia y del depar-amento responsable de su
funcionamiento.
Considerando las aplicaciones de las computadoras a las funciones que realizan las
personas, se espera que éstas puedan realizar la misma labor en un periodo de tiempo
menor y con una exactitud mayor. Con el uso de las tecnologías de CAD/CAM, la
mayoría de las operaciones se realizan de una manera similar al proceso de diseño
realizado por cualquier persona, pero agregando las siguientes ventajas:
1.- Pantalla gráfica. El diseño ingenieril se transfiere a la pantalla gráfica de entrada
de información. Después, utilizando paquetes computacionales (software) complejos
para interactuar con la computadora, el operario provee la información que el programa
requiere para que realice mejoras al diseño con el objeto de reducir el contenido de
material y/o conservar el ciclo de tiempo.
2.- Diseño de una base para el molde. La siguiente etapa es aplicar la información
obtenida del diseño en la construcción de una base para el molde. Programas de
análisis económicos están disponibles para el número de cavidades en la base y la
máquina de inyección adecuada en la cual se realizará el trabajo. El número de piezas
por año proyectadas es la consideración principal para este propósito. aunque existen
otros factores tales como el control del proceso para moldear la pieza dentro de
tolerancias, el costo adicional de hacer las cavidades, etc. En esta etapa, con la
computadora y el software adecuado, es posible obtener una lista de materiales
necesarios, lo cual sería un trabajo tedioso de realizar "a mano".
3. - Enfriamiento del molde. La remoción del calor de la pieza inyectada en el molde
es un ingrediente vital para su buen funcionamiento. La eficiencia de enfriamiento del
molde está determinada por el tipo de fluido de enfriamiento, flujo del material, presión
y temperatura. La computadora, la cual está programada para responder a las leyes de
la física, puede calcular los parámetros necesarios en poco tiempo. Estos parámetros
incluyen la ubicación de las líneas de enfriamiento, tamaño y tipo de éstas líneas, el
tipo de resina y su temperatura de fusion, tipo de refrigerante, número de circuitos,
tubos de calefacción, distancias de éstos a la superficie del molde, etc.
4.- Flujo del material en el molde. Una vez determinado el sistema de enfriamiento,
es necesario ubicar las compuertas y las líneas de alimentación antes de realizar el
análisis del flujo dentro del molde. La ubicación de las compuertas debe proveer un
flujo unidireccional preferentemente, estar espaciados para un llenado correcto,
mantener los esfuerzos a un mínimo en ciertas partes del producto que afectarían su
desempeño, tener las líneas de soldadura localizadas para impactar lo menos posible
en la función del producto, y tener la aprobación del diseñador para su apariencia final.
5.- Operaciones de control numérico. El paso más importante es fabricar el molde. El
maquinado de las cavidades y del núcleo, además del ajuste de éstas a la base del
molde, es la actividad que más energía requiere. Los sistemas de CAD/CAM tienen la
capacidad de generar 1o·s programas de control numérico necesarios para realizar el
maquinado de superficies complejas y obtener las tolerancias necesarias ..
Los primeros beneficios de aplicar las tecnologías de CAD/CAM pueden identificarse
como:
Mejora de la productividad.
Aumento de la calidad.
Tiempos de recuperación más cortos.
Mejor utilización de los recursos limitados.
3
1 DESCRIPCIÓN DEL CICLO DE MOLDEO EN LAS MÁQUINAS DE INYECCIÓN
Una máquina de inyección es el medio capaz de convertir, procesar y dar forma al
material plástico en bruto en forma de polvo, pequeñas esferas (pellets) o molido, en
una pieza con la geometría y características deseadas. El proceso de inyección
consiste en calentar el plástico hasta que se funde, después forzarlo dentro de las
cavidades del molde donde se enfría y solidifica.
Para 1r3 elaboración de piezas termoplásticas por el procedimiento de inyección se
dispone de una gran variedad de máquinas, que se diferencian no tanto por su
concepción constructiva básica, condicionada por el proceso, como por variantes en el
diseño de sus elementos de montaje, así como por sus sistemas de accionamiento.
Las máquinas de inyección se caracterizan por dos componentes principales: la
unidad inyectora y la unidad de cierre. la unidad inyectora abarca el dispositivo de
aportación de material, los elementos mecánicos para la plastificación del mismo y el
accionamiento del mecanismo de inyección. La unidad de cierre efectúa los
movimientos de apertura y cierre del molde de inyección.
1.1 CONCEPTO DEL CIERRE DEL MOLDE
El cierre en la máquina de inyección se utiliza para cerrar el molde , mantenerlo
cerrado durante la inyección y el curado del material plástico, y abrir el molde para el
retiro de la pieza formada.
4
Existen tres tipos de diseño de la unidad de cierre:
1.- Cierre hidráulico exclusivamente.
2.- Cierre con uniones o de rótula.
3.- Cierre hidromecánico.
Cierre hidráulico exclusivamente.
Este diseño utiliza un fluido hidráulico y presión para abrir y cerrar la unidad de
cierre y para desarrollar la fuerza requerida para mantener al molde cerrado durante la
inyección del plástico.
El concepto básico consiste en dirigir el fluido hidráulico al tubo amplificador para
mover el pistón de cierre hacia adelante. El aceite llena el área principal fluyendo
desde el tanque de almacenamiento. Como el pistón se mueva hacia adelante, se crea
un pequeño vacía dentro del área principal, jalando fluido desde al tanque hacia esta
cámara. Una vez cerrada la unidad de cierre, se cierra la válvula direccional del aceite,
atrapándolo en el área principal. Se inyecta aceite a alta presión para comprimir el
fluido y elevando la presión en esta área. La máxima presión se controla por medio de
la válvula de control de la presión, la cual controla el tonelaje de la máquina.
Para abrir la unidad de cierre, el fluido hidráulico se direcciona hacia el lado trasero
del cilindro mientras se abre la válvula direccionadora, con el fluido del cilindro
principal regresando al tanque. una de las ventajas de este sistema es el control
preciso del tonelaje de aplicación.
Htdraulrc C',11'1"':i1n¡
Cr::l'léer
Ac!ua!,n¡ RemovaDle Pli..n¡~r \ Sgacer
Cyhnder Base Plate
" Mo11,na PLHen
Mold ( Ha!ves
lnject1on Noule
Fig. 1.1 Cierre Hidráulico
Cierre con uniones o de rótula.
Slat,onary Platen ·
Mov,n1 Platen
Crosshud link. Aur Link f"ront Lini
Crouhud,
Fig. 1.2 Cierre con uniones
Este concepto utiliza las ventajas de las uniones para desarrollar la fuerza requerida
para mantener el molde cerrado durante la inyección. Normalmente las uniones se
diseñan de manera que se construyen aditamentos para hacerlas más lentas. La
ventaja de una unidad con rótula es que se requiere una menor cantidad de fluido
5
hidráulico para abrir y cerrar el molde, pero tiene la desventaja de no conocer
exactamente el tonelaje aplicado durante la inyección.
Un pequeño cilindro hidráulico se utiliza para cerrar la prensa. este cilindro viaja a
una velocidad constante con un el aditamento que lo hace más lento para el molde
construido en las uniones. La ventaja mecánica de las uniones es extremadamente
alta, así un cilindro relativamente pequeño puede desarrollar un tonelaje alto.
Cierre hidromecánico.
Este diseño utiliza medios mecánicos para poder abrir y cerrar la prensa a altas
velocidades. Un cilindro de carrera corta se utiliza para desarrollar el tonelaje
necesario, de manera idéntica que en el diseño de cierre hidráulico exclusivo. Este
concepto se dice que tiene los beneficios de los cierres de uniones para la abertura y
cierre a altas velocidades, y las ventajas del diseño hidráulico para el control del
tonelaje de cierre. El diseño hidromecánico consta de dos etapas, una donde un
cilindro hidráulico o actuador de relativamente poca fuerza abre y cierra la prensa. Una
vez cerrada, se accionan los bloqueadores de movimiento, permitiendo a un cilindro de
gran diámetro desarrollar el tonelaje necesario para la inyección. La acción de bloqueo
es, comúnmente un dispositivo mecánico, y la acción del tonelaje es por medios
hidráulicos, de ahí el nombre hidromecánico.
1.1.1 Terminología del sistema de cierre.
Unidad de cierre: es la parte de la inyectora en donde se monta el molde, y la cual
provee el movimiento y fuerza para abrir y cerrar éste; además de mantener cerrado el
molde con la fuerza necesaria durante la inyección del material. Cuando el molde se
cierra en sentido horizontal, el cierre se conoce como cierre horizontal; y cierre vertical
cuando el sentido es vertical.
Placa móvil: es la parte de la unidad de cierre que se mueve hacia la parte
estacionaria. La sección móvil del molde se fija a esta placa. Esta placa incluye,
comúnmente, los hoyos de los botadores, además de las ranuras para el montaje del
molde, ya sea que se atornille o se asegure en ranuras "T". Se recomienda un patrón
estándar en la configuración de los tornillos para sujeción del molde
Placa estacionaria: es la parte fija de la unidad de cierre donde se coloca la parte
estacionaria del molde. Esta parte contiene, comúnmente, un patrón de hoyos para
6
tornillos o ranuras "T" para la sujeción del molde. Además la placa estacionaria incluye,
comúnmente, los medios para fijar el molde en la placa y la manera de alinear el buje
de la. boquilla del molde con la boquilla (nariz, nozzle) de la máquina inyectora.
Barras o Vigas Fijas: son los miembros del mecanismo de fuerza actuador que sirve
como miembro de tensión de la unidad de cierre cuando mantiene el molde cerrado.
También funcionan como guías de la placa móvil.
Botador: es el medio por el cual se acciona el mecanismo de expulsión de las piezas
solidificadas del molde. La fuerza de expulsión puede aplicarse por medios hidráulicos
o neumáticos por un cilindro sujeto a la placa móvil, o mecánicamente por el
movimiento de apertura de la placa. Ver figura 1. 1
1.1.2 Especificaciones del sistema de cierre.
Fuerza de cierre (Ton): es la máxima fuerza de cierre para mantener el molde
cerrado durante la inyección.
Fuerza de apertura (Ton): La máxima fuerza que una máquina ejercerá para iniciar
la apertura del molde.
Movimiento de cierre(Max) Pulgadas): la máxima distancia que puede obtenerse
entre la placa estacionaria y la móvil, cuando el mecanismo esta totalmente retraído
con o sin la caja de expulsión y/o espaciadores.
Espacio libre cerrado o Espesor mínimo del molde (pulgadas):es la distancia entre la
placa estacionaria y la móvil cuando el mecanismo esta totalmente extendido con o sin
la caja de botadores y/o espaciadores. El espesor mínimo del molde varia,
dependiendo del tamaño y tipo de los botadores y/o espaciadores utilizados.
Espacio de cierre máximo. la distancia entre la placa estacionaria y la móvil cuando
el mecanismo está totalmente extendido, sin las cajas de botadores y/o espaciadores.
Espacio de cierre mínimo: la distancia entre la placa estacionaria y la móvil cuando
el mecanismo está totalmente extendido, con las cajas de botadores y/o espaciadores
estándar.
7
1.2 UNIDADES DE PLASTIFICACIÓN
La evolución de las unidades de plastificación ocurrió en el siguiente orden:
1.- Émbolo
2.- Émbolo de dos etapas.
3.- Tornillo plastificante (no reciprocante) y émbolo.
4.- Tornillo reciprocante.
Émbolo
Las primeras unidades de émbolo eran calentadas con aceite y eventualmente con
bandas calentadoras eléctricas. Una sección de torpedo en la parte trasera dispersa el
plástico alimentado hacia una sección delgada según el émbolo avanza. Esta sección
delgada de material entraba a una sección central donde se realizaba la mayor parte
dela plastificación. en diseños posteriores la sección central consistía en una serie de
pequeños agujeros perforados paralelos a la línea central horizontal de la cámara de
plastificación. En la parte frontal de la cámara de plastificación el torpedo se reducía en
su diámetro, y la sección transversal de la fundición se reducía para lograr una mejor
plastificación de cualquier material proveniente de la sección central. La sección frontal
tenía que tener la longitud suficiente para asegurar una temperatura constante en toda
la fundición, cuando ésta era forzada fuera de la cámara de plastificación y dentro del
molde.
Algunos de los problemas experimentados con estas unidades era la fuga entre la
sección central y el frente, cambio de color, caídas de presión a través de la cámara,
émbolos rayados o con muescas, control pobre de la inyección y dificultad para trabajar
materiales sensitivos al calor. Como el diseño fue mejorando, el alimentador mecánico
fue reemplazado por alimentadores de peso, los cuales mejoraron el control sobre el
tamaño de la inyección. se adicionaron controles de presión y contadores a los
circuitos eléctricos e hidráulicos para permitir el empaque del material entre el émbolo
y el torpedo y para permitir el preposicionamiento del émbolo después de la abertura
de alimentación antes de la siguiente inyección. Estas dos innovaciones incrementaron
el tamaño de la inyección y además redujeron el tiempo del ciclo.
8
MOLD
-FEED HOPPER
rPIS,-TO_N __ __,
'r=~~====----1·
CONVENTIONAL INJECTION t.10LDING t.1ACHINE
Fig. 1.3 Máquina de inyección de émbolo
Émbolo de dos etapas.
Con el desarrollo de estas unidades se redujo el tiempo del ciclo, se incrementó la
razón de inyección (pulg. cub./ seg.), y se redujeron los requerimientos de tonelaje de
cierre.
Las primeras unidades de dos etapas consistían en una unidad de plastificación del
material y otra para la inyección. La unidad de material era la convencional de émbolo
sencillo montada sobre la unidad de inyección. El material se metía a través de la
cámara de plastificación, y la fundición se conducía hacia el frente del émbolo de
inyección, provocando que el émbolo retrocediera en la cámara de inyección. El
tamaño de la inyección se controlaba mediante sensores de límite ajustables, los
cuales controlaban la posición del émbolo de inyección cuando la cantidad n~cesaria
de fundición estaba frente al émbolo de inyección. Una válvula rotatoria se colocaba en
el canal de la fundición entre la unidad de material y la cámara de inyección; y la
unidad de inyección y la punta de la boquilla. En una posición la válvula dirigía a la
fundición de la unidad de material hacia la cámara de inyección. Cuando se forzada a
la fundición hacia el molde, la válvula se movía, conectándola cámara de inyección con
la punta de la boquilla y cerrando el paso a la unidad de material. estas unidades
fueron un gran avance sobre las unidades de una sola etapa, pero aun así tienen
problemas con el cambio de color y al manejar material sensibles al calor.
9
Fig. 1.4 Máquina de inyección de émbolo de dos etapas
Tornillo plastificante (no reciprocante) y émbolo.
Las unidades de émbolo de dos etapas fueron reemplazadas por unidades de dos
etapas con un tornillo fijo para la plastificación. La unidad de . inyección era
básicamente la misma como la utilizada por la unidad plastificante de émbolo. estas
unidades podían manejar cualquier tipo de material, y con las mejoras en diseño en la
configuración del émbolo de inyección y la acción de lavado obtenida cuando la
primera fundición para cada inyección entraba en la cámara de fundición, se redujeron
considerablemente los problemas con el cambio de coior.
MOLO
Fig. 1.5 Máquina de inyección de tornillo plastificante y émbolo.
Tornillo reciprocante.
Uno de los avances más significativos en los plásticos ocurrió·con el desarrollo del
concepto de las unidades de inyección con tornillo reciprocante. estas unidades
permitían altas razones de fundición del material plástico, tolerancias cerradas en el
tamaño de la inyección y la habilidad de controlar la temperatura de la fundición y
trabajar con confianza. Reduciendo la razón UD del barril y el tornillo, estas unidades
pueden trabajar materiales termofijos incluyendo la goma y BMC (Bulk Molding
10
Compound). Unidades con Ud mayor (24: 1 hasta 30: 1) se utilizan para materiales
difíciles de fundir y aplicaciones especiales.
Fig. 1.6 Máquina de inyección de tornillo reciprocante.
1.2.1 Terminología para la unidad de inyección.
Unidad de plastificación e inyección: es la parte de la máquina de inyección donde
se convierte al plástico de una fase sólida a una fase semilíquida mediante la elevación
de la temperatura. Esta unidad mantiene al material a una temperatura determinada y
lo forza al molde a través de la boquilla de la unidad de inyección.
Unidad de émbolo: es una combinación de un aparato de inyección y calentamiento,
en donde la cámara de calor esta montada entre el cilindro de inyección y el molde.
Esta cámara calienta el material plástico por medios de conducción del calor. El
cilindro, en cada movimiento, empuja material no fundido a la cámara, el cual forza al
plástico fundido a través de la boquilla de inyección.
Unidad de émbolo de dos etapas: es una unidad donde la inyección y la
plastificación se realizan en unidades separadas. Esta última consiste un una cámara
para calentar el material plástico por medio de conducción y un émbolo para empujar el
material aun no fundido dentro de la cámara y éste al fundido dentro de una segunda
etapa de inyección. Esta unidad de inyección funciona como una cámara de
mantenimiento, medición e inyección al mismo tiempo. Durante el ciclo de inyección el
cilindro de inyección forza al plástico fundido de la cámara de inyección hacia la
boquilla.
Unidad de tornillo de dos etapas: es una unidad de plastificación e inyección donde
el aumento de temperatura se realiza en el tornillo de extrusión, para después mandar
11
a la fundición a la segunda etapa de inyección. Esta unidad de inyección funciona
como una cámara de mantenimiento, medición e inyección al mismo tiempo. Durante el
ciclo de inyección el cilindro de inyección forza al plástico fundido de la cámara de
inyección hacia la boquilla.
Tornillo reciprocante: es una unidad de plastificación e inyección combinada , en
donde un tornillo de extrusión reciprocante se utiliza para fundir el material. La
inyección del material hacia el molde se puede realizar mediante una extrusión directa,
o utilizando el tornillo reciprocante como un émbolo de inyección, o mediante una
combinación de los dos procesos. Cuando el tornillo funciona como un émbolo de
inyección, esta unidad hace la funciones de una cámara de mantenimiento, medición e
inyección.
1.2.2 Especificaciones del Sistema de Inyección.
Capacidad de inyección (teórica): el volumen máximo calculado de barrido (o
volumen atrapado en la unidad de émbolo) en pulgadas cúbicas que puede
desplazarse en un solo movimiento del émbolo o del tornillo, asumiendo que no existe
derrame y excluyendo la rotación del tornillo que utiliza para desplazar el volumen
adicional.
Capacidad de plastificación: la cantidad máxima de material plástico que puede
llevarse a una temperatura uniforme y moldeable, en una unidad de tiempo.
Comúnmente se expresa en libras por hora disponible en una unidad de inyección por
émbolo. En el caso de una unidad de tornillo, la capacidad de plastificación se expresa
comúnmente en libras por hora calculadas de la razón de recuperamiento.
Presión de inyección: la presión máxima teórica del émbolo de inyección o del
tornillo contra el material expresado en libras sobre pulgadas cuadrada (asumiendo
que no existen pérdidas de presión debidas a fricción del émbolo o del tornillo) con la
presión máxima del pistón de inyección.
Razón máxima de inyección (pulg. cub. /seg.): la razón máxima calculada de
desplazamiento del émbolo de inyección o del tornillo, expresada en pulgadas cúbicas
por segundo, calculada a presión máxima de inyección especificada.
12
Razón mínima de inyección: la razón minIma calculada de desplazamiento del
émbolo de inyección o del tornillo, expresada en pulgadas cúbicas por segundo,
calculada a presión máxima de inyección especificada.
1.3 TERMINOLOGÍA DE OPERACIÓN DE LA MÁQUINA.
Operación manual: operación en donde cada función y la sincronización de cada
función están controladas por un operador.
Operación semiautomática: operación donde la máquina realiza un ciclo
automáticamente y después se detiene. Después requiere de la instrucción del
operador para reiniciar el ciclo.
Operación automática: operación en donde la máquina realiza un ciclo de funciones
programadas repetitivamente, hasta que existe un problema en la máquina, en el
molde, o se detiene manualmente.
Razón de longitud sobre diámetro (UD) del barril y del tornillo.
Uno de los términos más utilizados aplicados al tornillo y barril de la unidad de
inyección es UD, llamado "L" sobre "D".
Razón UD de la unidad de plastificación.
El común denominador utilizado en la comparación de todas las unidades de
plastificación, además del diámetro, es la razón de la longitud sobre el diámetro del
plastificador, conocido comúnmente como UD. Esta razón es aplicable a extrusores,
tornillos reciprocantes, y .unidades de tornillo de dos etapas por igual. La razón UD del
barril no debe confundirse con la del tornillo.
Razón UD del barril: es la distancia del filo delantero de la abertura de alimentación
al final del hoyo del barril dividido por su diámetro y expresado como la razón en forma
donde el diámetro se reduce a uno, como 20/1.
Razón UD del tornillo: es la distancia del filo delantero de la abertura de
alimentación al final de la hélice del tornillo (sin incluir puntas, conos de presión y
13
válvulas de no retorno) dividido por el diámetro del tornillo. No se basa en la longitud
total de la hélice del tornillo.
Barre! length = La 1 ---Screw length = L5 ---i
Barre! UD = La /D
Screw UD = L5 /D
Fig. 1.7 Tornillo plastificante con sus dimensiones características
1.4 ALIMENTACIÓN Y DOSIFICACIÓN
En el proceso de inyección hay que dosificar una cantidad de material
correspondiente al volumen del molde, mediante el émbolo de inyección y tras de cada
retroceso del mismo en el curso del ciclo general de trabajo; una medida condicionada
por el proceso cuya solución exacta puede garantizar por sí mismo un óptimo resultado
de producción.
Las materias termoplásticas varían a menudo muy considerablemente en cuanto a
tamaño y forma de los diverso granulados. La magnitud de la superficie específica de
un gránulo influye en gran medida sobre las propiedades de plastificación, por lo que
debiera estar dimensionada de forma que, en un corto tiempo de permanencia en el
cilindro relativamente corto, se logre una intensa disgregación de reblandecimiento con
resultados de fusión térmica homogénea.
La manufactura actual de piezas de plástico exige máquinas de inyección
automáticas para disminuir costos y tiempo de ciclo, además de aumentar la
productividad. El funcionamiento de estas máquinas exige una carga exacta de
material, ya que pequeñas sobredosis pueden ejercer una influencia negativa sobre el
resultado de la producción. Las piezas inyectadas han de extraerse del molde sin
rebabas para que los trabajos posteriores no encarezcan su producción.
1-l
Con variantes en cuanto a forma y tamaño del granulado del material, es frecuente
el problema del logro de una cantidad de carga constante mediante dispositivos
dosificadores. El volumen aparente en caída no puede ser nunca uniforme, ya que el
volumen propio del granulado o cuerpo aglomerado no es constante. Las piezas
sobredosificadas ofrecen considerables dificultades para el desmoldeo, quedando
generalmente perjudicadas por el desmoldeo enérgico, o bien con un aspecto
modificado que pone en duda la posibilidad de su aplicación.
Existen varios tipos de dispositivos dosificadores que utilizan diferentes propiedades
del material para determinar la carga:
1.- Dispositivos de dosificación volumétrica.
2. - Dispositivos de dosificación de pesos.
1.5 CALEFACCIÓN Y REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA
Para calentar los sistemas de plastificación de máquinas inyectoras se utilizan, casi
exclusivamente, elementos calefactores eléctricos. Otros tipos de calefacción, por
inducción, vapor, gas o aceite, son menos utilizados, debido a que los problemas de
regulación de temperatura son más difíciles de resolver.
En el proceso de inyección se disgrega el material, por lo general, en elementos
cilíndricos. el posterior camino de flujo de la fusión termoplástica se efectúa en piezas
de la máquina comparables, en cuanto a forma, con las válvulas de alta presión para la
conducción de materias viscosas. Por ello, y considerando las ventajas de montaje, se
emplean generalmente elementos calefactores de superficie. Se encuentran en el
mercado en las más diversas formas y dimensiones.
Los elementos calefactores de superficie han de adaptarse ampliamente a la forma
de la máquina a calentar. La desventaja de todos estos elementos es la pérdida de
calor producida por radiación en la superficie de la banda, por lo tanto es necesario
utilizar un revestimiento protector o aislador.
Para casos especiales, debidos a una forma particular de los elementos de la
máquina o del molde, pueden hacer indispensable la aplicación de los elementos
calefactores en forma de barra.
15
2 EL MOLDE DE INYECCIÓN, SU CLASIFICACIÓN Y FUNCIONES
2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MOLDES.
Dependiendo del material a procesar se habla de:
- Moldes de inyección (para termoplásticos)
- Moldes para termofijos.
- Molde~ para elastómeros (hule)
- Moldes para espuma estructural.
Debido a que estos moldes no son básicamente disimilares, se utilizará un criterio
diferente para clasificarlos, que se basa en otras funciones.
2.2 FUNCIONES DE LOS MOLDES DE INYECCIÓN
Para la producción de piezas más o menos complicadas en un ciclo, un molde debe
contener una o varias cavidades. El molde debe producirse de manera individual para
cada caso. Las funciones básicas de un molde son.
- Alojamiento y distribución de la fundición,
- Formación y enfriamiento del material ( o agregar calor de activación para los
termofijos y elastómeros)
- Solidificación de la fundición.
- Expulsión de la pieza moldeada.
Existen también funciones mecánicas asignadas al molde:
16
- Alojamiento de las fuerzas.
- Transmisión de movimiento.
- Dirección de los componentes del molde.
Todas estas tareas pueden realizarse mediante el sistema funcional siguiente:
- Sistema de colada y corredores.
- Cavidades (ventilación).
- Sistema de intercambiador de calor.
- Sistema de expulsión.
- Sistema de dirección y localización.
- Placas de montaje en la máquina.
- Alojamiento de las fuerzas.
- Transmisión de movimiento.
Sistema de expulsión y transmisión de movimientos
Sistema de intercambio de calor
Guía y alineamiento
Montaje y transmisión de fuerzas
Sistema de canales y colada
Cavidad
Fig. 2.1 Corte de un molde con sus funciones principales
Además de formar la ·pieza, el molde tiene otra importante función, demoldear la
pieza. Desde un punto de vista económico el ciclo de demoldeado debería de ser lo
más corto posible, y desde el punto de vista de calidad, expulsión y especialmente en
piezas complejas, debe de ser confiable en cuanto a no dañar la pieza o la cavidad.
El diseño del sistema de expulsión depende en la configuración de la pieza a
inyectar, algunas partes que se distinguen:
- Sin cortes
- Con cortes externos.
- Con cortes internos.
17
Un número de posibilidades de diseño surgen de esta clasificación así como otra
importante clasificación.
Del hecho que la pieza puede ser
- Empujada
- Rayada.
- Destornillada.
- Arrancada.
- Cortada.
Es posible reconocer la necesidad de clasificar respecto a los sistema de
demoldeado. Esto se justifica porque inmediatamente permite establecer la cantidad de
trabajo necesario a ser realizado, que afecta los costos. También indica el tamaño
posible y número de cavidades como requerimientos de espacio.
2.3 CRITERIOS PARA LA CLASIFICACIÓN DE MOLDES DE INYECCIÓN
La enumeración previa de los grupos de funciones pueden clasificarse de acuerdo al
diseño del molde y las características de la pieza moldeada. Las características de las
piezas pueden variar dentro de un grupo de tipo de moldes; las características de
diseño son invariables dentro de un grupo y por lo tanto de validez general para uno y
el mismo tipo.
Características según diseño Características según la pieza
- Transmisión del movimiento. - Cavidad.
- Sistema de expulsión ( en parte). - Disposición de las cavidades.
- Número de líneas dé partición. - Sistema de la colada y corredores
- Número de placas flotantes. (en parte).
-Alineación. - Sistema del intercambiador de
- Transmisión de las fuerzas. calor.
- Monte en la placa de la máquina. - Filtros y Correderas (slides).
- Sistema de expulsión (en parte).
Tabla 2.1 Características de moldes
18
Otra distinción de acuerdo a el diseño de las características primarias se representa
en la tabla 2.2. Esto demuestra como el diseño de los moldes puede resultar de
diferentes criterios y sus efectos asociados.
Distinción de Factores de Versión de diseño Designación del
acuerdo a influencia molde
Número de líneas Geometría del Molde de dos Molde estándar
de partición molde. placas. Molde diseñado
Número de Molde de tres para arrancar la
cavidades placas pieza.
Tipo de Placa de corte Molde de corte
compuertas. (dos líneas de Molde de pila
Principio de partición)
expulsión
Sistema de Forma de la pieza Correderas Molde dividido.
expulsión Material plástico Cavidad dividida Molde de cavidad
Parámetros de Dispositivo para, dividida.
procesamiento. desenroscar. Molde de
Tamaño de lote Placa para desenroscado
Posición de la arrancar. Molde que
pieza relativa a la arranca la pieza
línea de partición
Sistema de Máquina de Canal caliente. Molde de
intercambiador de inyección Corredera aislada corredera caliente
calor. Tiempo del ciclo Molde de
Material plástico corredera aislada
Economía
Transmisión de Rigidez del molde Cavidad dividida. Molde de cavidad
las fuerzas Geometría de la Pernos guías dividida.
pieza. Molde estándar.
Presión de
inyección
(especificación)
Material plástico
Tabla 2.2 Clasificación básica de los moldes
19
2.4 ACEROS PARA MOLDES DE INYECCIÓN
Para la fabricación de elementos de moldes se emplean diversos tipos de acero, por
lo que el diseñador tiene a veces dificultades para seleccionar el adecuado. La
experiencia es uno de los principales factores en el momento de la decisión.
Las exigencias de las industrias respecto al material de un molde puede resumirse
en los siguientes puntos:
- Máxima resistencia a la abrasión, para alcanzar la duración máxima.
- Gran estabilidad de dimensiones, incluso con influencias térmicas relativamente
amplias, en las condiciones de trabajo, para garantizar la exactitud de forma y
dimensiones de las piezas.
- Buena conductibilidad térmica para conseguir un buen atemperado del molde.
- Buena resistencia a la corrosión en los moldes que hayan de usarse para elaborar
termoplastos con componentes agresivos (H20).
El constructor de moldes exige de los materiales metálicos fundamentalmente lo
siguiente:
- Buena capacidad de elaboración principalmente por mecanizado con arranque de
viruta, si bien para muchos moldes se agrega el aspecto de aptitud para prensado en
frío.
- Gran seguridad para el templado. Incluso un correcto templado comporta un riesgo
de desperdicio. Teniendo en cuenta que la pieza está ya cargada con todos los costos
de producción, las pérdidas son sensibles.
- Estabilidad dimensional en el templado. las variaciones dimensionales y
deformaciones de los elementos del molde han de ser tan pequeñas que no
perjudiquen la función 9el molde.
- Buena calidad de superficie. Las partes de los elementos en contacto con la masa
fundida han de poder pulirse para garantizar una óptima calidad de superficies de las
piezas.
2.4.1 Aceros de cementación.
Los aceros de cementación son los que reúnen las condiciones que más se
aproximan a las exigidas a un acero para la construcción de moldes. Con ello no es de ~I!BLIOTE(1 !
J5//& 20 ~'.
extrañar que su porcentaje de aplicación alcance alrededor del 80% del consumo total
de aceros para moldes. La ventaja particular de éstos aceros consiste en que por
cementación, o carburación, ya que se forma cementita con el tratamiento térmico, ·se
origina una superficie dura como el vidrio y, simultáneamente, un núcleo resistente y
tenaz. La elevada dureza superficial hace que los moldes sean resistentes a la
abrasión, y el núcleo tenaz los hace resistentes a los esfuerzos alternativos y bruscos.
2.4.2 Aceros de temple total.
En estos aceros se produce el aumento total de dureza por la formación de
martensita debido al rápido enfriamiento que sucede al calentamiento. Las
características mecánicas que pueden alcanzarse por este procedimiento dependen
del agente refrigerante y de la velocidad de enfriamiento. Los moldes fabricados con
aceros templados tienen una buena resistencia a la abrasión como consecuencia de su
elevada dureza; sin embargo, son más sensibles a la formación de grietas y a la
deformación en comparación con moldes de cementación o bonificado, debido a su
menor tenacidad.
2.4.3 Aceros bonificados para su empleo en el estado de suministro.
Estos aceros, tal como se suministran, pueden elaborarse con relativa facilidad y
económicamente por maquinado. Evitan al fabricante de moldes las dificultades que
lleva consigo un tratamiento térmico. Su aplicación es especialmente útil° para la
construcción de moldes de grandes dimensiones, los cuales pueden reaccionar frente a
un tratamiento térmico con variaciones en las medidas. Su desventaja consiste en su
reducida resistencia a la abrasión y la deficiente calidad superficial de los moldes, que
a menudo, hace necesario un posterior tratamiento superficial (cromado, nitruración).
2.4.4 Aceros resistentes a la corrosión.
Con algunos polímeros elevados se desprenden, durante la elaboración, productos
químicamente agresivos, generalmente ácido clorhídrico o ácido acético. Por lo
general, se protegen entonces los moldes mediante revestimientos galvánicos, como
capas de cromo duro o de níquel. Además de proporcionar una buena resistencia a la
corrosión, el cromado se caracteriza por la buena calidad superficial de las cavidades
(acabado brillante).
21
2.4.5 Aceros de nitruración.
Fundamentalmente pueden nitrurarse todos los aceros cuyos aditivos de aleación
forman nitruros. Estos aditivos de aleación son cromo, aluminio, molibdeno y vanadio.
Si los aceros que contienen estos aditivos se someten a un proceso de nitruración
forman nitruros, que confieren a la capa nitrurada una dureza de 700 a 1300 HV, según
tipo de acero y procedimiento.
2.4.6 Aceros de segunda fusión.
La calidad de la superficie de un molde es mejor cuanto más pueda pulirse al acero
empleado, que a su vez, depende del porcentaje de inclusiones no metálicas que se
encuentran en el acero, como óxidos, sulfuros y silicatos. Estas inclusiones, que no
pueden evitarse en un acero de primera fusión, pueden eliminarse con los aceros de
segunda fusión obtenidos en hornos de inducción a alto vacío o en hornos de arco
eléctrico.
AISI Densidad Conductivi Expansión Capacidad Resistenci Resistenci Elongación
No. kg/m3 dad térmica específica a tensil. a a la %
térmica 10-6K-1 térmica MPa cadencia
W/(m*K) IU/(kg*K MPa
102 7850 46.7 11 - 15 460 520 440 20
o 103 7833 46.7 14.9 600 510 17.5
o 104 7833 46.7 680 450 16
o 109 7800 43:3 11 - 14 470 1380 960 10 -15
5
413 7833 46.7 560 360 28
o 615 7860 60.6 10 - 12 460 665 410 23
o 862 7833 535 385 31
o S1 7960 62.3 11 - 13 440 2070 1900 4
S7 14.9 2170 1450 7
22
H13 7800 24.6 12 - 13 460 950 750 20
P20 7800 29.0 12.7 460 950 750 20
420 7800 23.0 11 - 12 460 2050 1600 8
Tabla 2.3 Características de los aceros para moldes.
Designación Características generales y usos
AISI-SAE
AISI 1020 Placas botadoras, y placas de retención de botadores.
AISI 1030 Bases de moldes y componentes estructurales tales como bloques,
espaciadores, placas de sujeción.
AISI 1040 Pilares de soporte.
AISI 1095 Placas de soporte.
AISI 4130 Bases de moldes y :omponentes estructurales tales como placas de
cavidades, placas de soporte, placas de sujeción; comúnmente se provee
con tratamiento térmico.
AISI 4140 Componentes estructurales tales como placas de soporte, con tratamiento
térmico de aprox 300HB.
AISI 6150 Bujes de colada.
AISI 8620 Acero colado.
AISI S1 Macho de punzonado.
AISI S7 Seguros mecánicos, bujes de colada.
AISI 01 Macho de punzonado, placas para el corte de compuertas, pequeños
insertos.
AISIA2 Macho de punzonado, correderas, placas para el corte de compuertas.
AISIA6 Macho de punzonado, placas para el corte de compuertas, para cavidades
que requieren un acabado óptico.
AISI 02 Macho de punzonado, correderas.
AISI H13 Placas de cavidades e insertos, machos de punzonado caliente, pernos
botadores, núcleos de pernos, pernos de retorno, sujetadores de colada,
generalmente se provee completamente recocido.
AISI H23 Machos de punzonado calientes para punzonado de berilio.
AISI P2 Insertos de cavidad realizados por punzonado.
AISI P20 Insertos de cavidad maquinados o punzonados, placas de arranque,
comúnmente se proveen endurecidos.
AISI 420 Insertos de cavidad; generalmente se proveen completamente recocidos.
23
Tabla 2.3 Continuación
Tabla 2.4 Características de los aceros para moldes. Ver página 25
2.5 TÉCNICAS PARA LA ELABORACIÓN DE LOS MATERIALES PARA MOLDES.
En la elaboración de los materiales para moldes se distinguen los siguientes
procedimientos:
2.5.1 Maquinado con arranque de viruta.
Aproximadamente el 90% de todos los moldes pueden obtenerse por maquinado, en
esta modalidad de manufactura intervienen principalmente trabajos de torno, fresa, y
de pulido.
Éstas máquinas deben dejar el molde prácticamente acabado, de modo que sólo sea
necesario un pequeño repaso manual. Conviene que este trabajo de repaso posterior
quede limitado al pulido necesario para conseguir una buena calidad de superficie. Al
arrancar ~aterial, se generan esfuerzos residuales, o bien, se liberan esfuerzos ya
presentes en el mismo; éstos pueden producir una deformación inmediata o durante un
posterior tratamiento térmico. Por ello, es aconsejable efectuar un recocido de
eliminación de tensiones en el molde, después del desbastado.
La calidad superficial es un factor decisivo para la calidad de las piezas. Para
obtener piezas de buena calidad, la superficie del molde ha de ser lo más lisa posible
y, sobre todo, estar exenta de poros.
2.5.2 Elaboración sin arranque de material, estampado-troquelado, embutido.
Este tipo de elaboración se emplea principalmente cuando es necesario conseguir
superficies de la cavidad que por maquinado sería extremadamente difícil obtener. El
punzón, estampa o troquel se elaboran exteriormente según el perfil deseado. Un
contorno puede elaborarse en una superficie exterior mucho más rápida, exacta y
económicamente que el correspondiente en una cavidad de molde. El punzón
templado, que posee el contorno de la pieza a fabricar, se sumerge con presión
creciente y a poca velocidad entre 0.1 y 1 O mm./min., en una matriz de acero recocid0
2.J.
Tipo de acero Designación según Material No. Análisis orientativo DIN 17006 %C %Si %Mn %Al %Cr . %Mo %Ni %V %W
Aceros de cementación C4W3 1.1803 0.06 O.OS 0.25 C15WS 1.1805 0.15 0.3 0.4 X6CrMo4 1.2341 0.06 0.1 0.1 - 3.8 0.5 21MnCr5 1.2162 0.2 0.3 1.2 - 1.2 X19NiCrMo4 1.2764 0.19 0.2 0.4 - 1.3 0.2 4 15NiCr14 1.2735 0.15 0.3 0.4 - 0.7 - 3.5 21CrMnMo5 1.2310 0.21 0.3 1.2 - 1.1-1.4 0.3
Aceros de nitruración 33A1CrMo4 1.2852 0.33 0.2 0.7 1 1.1 0.2 29CrMoV9 1.2307 0.29 0.3 0.5 2.5 0.2 0.15 34CrA16 1.2851 0.34 0.3 0.75 1 1.5
Aceros templados X45NiCrMo4 1.2767 0.45 0.2 0.4 - 1.3 0.2 4 90MnV8 1.2842 0.9 0.2 2 - - - - 0.1 X210Cr12 1.2080 2.1 0.3 0.3 - 12 105WCr6 1.2419 1.05 0.2 1 - 1 1.2 100MnCrW4 1.2510 1 0.35 1.2 - 0.7 - - 0.15 0.7 X100CrMoV51 1.2363 1 0.3 0.5 - 5.2 1 0.2 X165CrMoV12 1.2601 1.65 0.3 0.3 - 12 0.6 0.1 0.5 35NiCrMo16 1.2766 0.35 0.2 0.5 - 1.4 0.3 4
Aceros bonificados 54NiCrMoV6 1.2711 0.55 0.3 0.7 0.7 0.3 1.7 0.1 para empleo en el 55NiCrMoV6 1.2713 0.55 0.3 0.6 0.7 0.3 1.7 0.1 estado de suministro X38CrMo51 1.2343 0.38 1 0.4 - 5.3 1.1 0.4
50CrV4 1.2241 0.5 0.25 1 - 1 - - 0.1 40CrMnMo7 1.2311 0.4 0.3 1.5 - 2
Aceros reistencias a X40Cr13 1.2083 0.4 0.4 0.3 - 13 la corrosión X36CrMo17 1.2316 0.35 1 1 - 17 1.2
Aceros para matrices X54NiCrMoW4 1.2765 0.53 0.3 0.4 1.2 0.3 4 75CrMoNiW67 1.2762 0.75 0.2 0.25 - 1.5 0.7 0.5 0.3 50NiCr11 1.2718 0.5 0.2 0.4 - 0.6 2.8 X165CrMoV12 1.2601 1.65 0.3 0.3 - 12 0.6 0.1 0.5 80WCrV8 1.2552 0.8 0.5 0.4 - 1.1 - 0.3 2
N v,
Tabla 2.4 Características de los aceros para moldes
Material No. Peso específico Conductivilidad Dilatación termica Calor específico Módulo de elasticidad Resistencia del núcleo ~cm3 térmica cal/y° e 10e-6/ºC cal/cmsºC kp/mm2 kp/mm2
1.1803 7.85 0.18 10-14 0.115 21000 45 1.1805 7.85 0.16 10-14 0.115 21000 60 1.2341 7.8 0.11 10-14 0.115 21000 90-100 1.2162 7.8 0.11 10-14 0.155 21000 100-130 1.2764 7.85 0.08 10-12 0.11 21000 120-120 1.2735 7.85 0.08 10-12 0.11 21000 95-125 1.2310 120
1.2852 80-100 1.2307 7.85 0.08 10-12 0.11 21000 80 1.2851 21000 80-100
1.2767 7.85 0.08 10-12 0.11 21000 Temple total 1.28-42 7.85 0.08 10-12 0.11 21000 Temple total 1.2080 7.8 10.5-12.5 21000 Temple total 1.2419 7.8 0 .09 10-14 0.113 21000 Temple total 1.2510 7.8 21000 Temple total 1.2363 Temple total 1.2601 7.8 21000 Temple total 1.2768 7.8 11.5-13 0.14 21000 Temple total
1.2711 12-14 0.13 21000 Temple total 1.2713 7.8 12-13 21000 Temple total 1.2343 7.8 11.5-12 0.12 21000 Temple total 1.2241 13-15 21000 Temple total 1.2311 7.8 21000 Temple total
1.2083 7.7 0.07 10-12 0.11 21500 Temple total 1.2316 7.7 0.07 10-11 0.11 21300 Temple total
1.2765 11-13 Temple total 1.2782 1.2718 Temple total 1.2601 7.8 11 .~13 21000 Temple total 1.2552 Temple total
N
°' Tabla 2.4 Continuación.
•
Material No. Dureza superficial al revenido a 200ºC, Estado de suministro Tipo de acero o resistencia a la tracción
1.1803 61 HRC Recocido suave 1 00HB Aceros de cementación 1.1805 61 HRC Recocido suave 1 00HB 1.2341 61 HRC Recocido suave 120HB 1.2162 60HRC Recocido suave 250HB 1.2764 52-62 HRC Recocido suave 250HB 1.2735 60HRC Recocido suave 190HB 1.2310 61 HRC Recocido suave 217HB
1.2852 900HV Recocido suave 230HB Aceros de nitruración 1.2307 750HV Recocido suave 1.2851 Recocido suave 225HB
1.2767 54 HRC Recocido suave 250HB Aceros templados 1.2842 62HRC Recocido suave 220HB 1.2080 62HRC Recocido suave 250HB 1.2419 62-64 HRC Recocido suave 230HB 1.2510 62HRC Recocido suave 230HB 1.2363 Recocido suave 1.2601 58-61 HRC Recocido suave 250HB 1.2766 175 kp/mm2 Recocido suave 260HB
1.2711 90-120 kp/mm2 Recocido suave 240HB Aceros bonificados 1.2713 185 kp/mm2 Recocido suave 240HB para empleo en el 1.2343 190 kp/mm2 Recocido suave 240HB estado de suministro 1.2241 55HRC Recocido suave 230HB 1.2311 170 kp/mm2 Recocido suave 230HB
1.2083 57HRC Recocido suave 230HB Aceros reistencias a 1.2316 51 HRC Recocido suave 230HB la corrosión
1.2765 52-59 HRC Recocido suave 250HB Aceros para matrices 1.2762 1.2718 52-57 HRC Recocido suave 205HB 1.2601 58-61 HRC Recocido suave 250HB 1.2552 58-62 HRC Recocido suave 205HB
N --..1
Tabla 2.4 Continuación.
Material No. Confonnación Recocido Recocido suav Recocido de eliminación Cementación Recocido intennedio (5) en caliente ºC (1) Nonnal "C (2) Suave ºC (3) de tensiones ºC (4) ºC ºC ºC
1.1803 1100-850 900-930 650-890 600-850 850-880 - 770-800 1.1805 1100-800 900 680-710 600-850 850-880 - 770-800 1.2341 1050-850 - 780-820 600-650 870-920 600-650 870-900 1.2162 1050-850 850-880 670-710 800-650 870-920 650-980 810--840 1.2764 1050-850 - 620-660 600-650 870-920 620-650 780-830 1.2735 1050-850 - 820-650 - 860-890 610-640 780-800 1.2310 1050-850 820-850 670-710 550-800 840-880 6~80 820-850
1.2852 1050-850 - 650-700 - - - 900-950 1.2307 1050-850 - 680-720 - - - 850-880 1.2851 1050-850 - 880-720 - - - 870-900
1.2767 1050-850 - 810-650 600-850 - - 840-870 1.2842 1050-850 - 680-720 - - - 790-820 1.2080 1050-850 - 800-840 - - - 930-980 1.2419 1050-850 - 710-750 - - - 800-830 1.2510 1.2363 1050-850 - 800-840 - - 950-980 1.2601 1050-850 800-840 - - - 890-1020 1.2766 1050--850 - 630-670 - - - 810--850
1.2711 1050-850 - 660-700 - - - 840-870 1.2713 1050-850 - 660-700 - - - 840-880 1.2343 1100-900 - 800-840 - - - 1000-1050 1.2241 1100-850 - 710-750 - - - 820-850 1;2311 1050-850 - 710-750 - - - 830-900
1.2083 1050-850 - 780-820 - - - 1000-1030 1.2316 1050-850 - 760-800 - - - 1020-1050
1.2765 1050-850 - 610-850 - - - 850-880 1.2762 1050-850 - 710-750 - - - 870-900 1.2718 1050-850 - 810-850 - - 840-870 1.2601 1050-850 - 800-840 - - - 980-1020 1.2552 1050-850 - 710-750 - - - 860-890
N 00
Tabla 2.4 Continuación.
Material No. Templado Revenido Tiempo en ºC min
1.1803 Agua 170-270 1.1805 Agua 170-270 1.2341 Baño en aceite 200-230ºC 170-230 120 1.2162 Baño en aceite 220-280ºC 170-270 90 1.2764 Baño en aire 220-280ºC 170-270 60 1.2735 Baflo en aceite 180-220ºC 170-200 60 1.2310 Safio en aceite 220-280ºC 170-270
1.2852 Aceite 580-650 120 1.2307 Aceite 580-630 60 1.2851 Aceite 580-650 60
1.2767 Aceite 170-270 120 1.2842 Aceite 100-130 120 NOTA: 1.2080 Baño en aceite 350-450ºC 180-400 120 (1) Enfriamiento en arena u horno 1.2419 Aceite 150-250 120 · (2) Enfriameinto al aire. 1.2510 - (3) Enfriamiento lento en horno de 1.2363 Aceite/aire 100-130 120 cuatro horas de duración como mínimo 1.2601 Aceite/aire 100-250 120 (4) Enfriameitnot lento en horno de 1.2766 Aceite/aire 400-500 120 1 hora de duración como mínimo.
(5) Como mínimo 2 horas con 1.2711 Baño en aceite 180-220ºC 400 120 enfriamiento lento. 1.2713 Aceite 400-600 120 1.2343 Aceite/aire 600-700 120 1.2241 Aceite 300-600 120 1.2311 Aceite/aire 500-600 120
1.2083 Aceite 200-250 120 1.2316 Aceite 180-500 120
1.2765 Aceite/aire 200-300 60 1.2762 Aceite 100-250 1.2718 Aceite 150-300 60 1.2601 Aceite/aire 100-250 120 1.2552 Aceite 150-300 120
N ~
Tabla 2.4 Continuación.
w o
Material No.
1.1803 1.1805 1.2341 1.2162 1.2764 1.2735 1.2310
1.2852 1.2307 1.2851
1.2767 1.2842 1.2080 1.2419 1.2510 1.2383 1.2601 1.2766
1.2711 1.2713 1.2343 1.2241 1.2311
1.2083 1.2318
1.2765 1.2762 1.2718 1.2601 1.2552
Aplicación
Moldes pequei'los y medianos; para troquelados o estampados profundos Moldes pequeftos y medianos; troquelable en fria. Moldes pequeftos y medianos; troquelable en frío. Moldes pequeftos y medianos; troquelable en frfo. por mecanizado, moldes de todos tama"os Moldes de todos tamai\os, mecanizado. Moldes de todos tamaftos; mecanizado. En determinadas condiciones, troquelable en frío. Facil pulido. Moldes de todos tamaftos; mecanizado. Fácil pulido.
Vaciado con nervios estrechos, poca deformación, superficie resistente a la abrasión. Moldes de todos tamaftos, poca defonnación, superficie resistente a la abrasión. Moldes de todos tamaftos, poca deformación, superficie resistente a la abrasión.
Moldes de todos tamaftos con vaciados profundos, resistente a la compresión. Moldes peque"os, fácil pulido; piezas móviles sometidas a altos esfuerzos. Moldes pequeftos y piezas móviles. Moldes con vaciados planos o poco profundos; elementos de moldeo sometidos a altos esfuerzos. Moldes con vaciados planos; elementos de moldeo sometidos a altos esfuerzos.
Moldes pequeftos, con vaciados complicados. Fáciles elaboración y pulido.
Fáciles elaboración y pulido. Moldes grandes, posibilidad de grandes cargas específicaslocales, resistente a la abrasión. Gran resistencia a la compresión; resistencia a la abrasión; utilizable para troquelado. Fáciles elaboración y pulido. Moldes medianos, fácil pulido.
Resistente a la corrosión y a los ácidos, fácil pulido, no soldable. Resistente a la corrosión, a los écidos y a la abrasión.
Gran tenacidad, resistencia a la compresión y a la abrasión. Gran tenacidad, resistencia a la compresión y a la abrasión. Gran tenacidad, resistencia a la compntSión y a la abrasión. Gran tenacidad, resistencia a la compresión y a la abrasión. Gran tenacidad, resistencia a la compresión y a la abrasión.
Tabla 2.4 Continuación.
suave. Las dimensiones de la matriz dependen del contorno y, por tanto, del punzón a
emplear.
Junto a la ventaja ya indicada de que el punzón o troquel puede obtenerse en fornía
más económica que la correspondiente cavidad, también que con ellos pueden
fabricarse en poco tiempo varios elementos de moldeo de iguales dimensiones, con
superficie particularmente buena. La calidad superficial de los elementos de moldeo
obtenidos por embutidos o troquelados se deben a que no se cortan las fibras del
material, contrariamente a lo que ocurre con el maquinado.
2.5.3 Elaboración por erosión eléctrica. Electroerosión.
La electroerosión es un proceso de conformación en el que se aprovecha el efecto
de desgaste producido por descargas eléctricas breves y consecutivas, con tensiones
alternas de 20 V, entre el electrodo y el molde, dentro de un líquido dieléctrico (agua o
hidrocarburos como petróleo, gasolina, etc.).
Mediante cada una de las breves descargas sucesivas se calienta, a la temperatura
de fusión o vaporización, un volumen limitado de la pieza y del electrodo, que se
elimina explosivamente de la zona de trabajo mediante fuerzas mecánicas y eléctricas.
~on ello se originan cráteres en ambos electrodos, cuyas dimensiones dependen de la
energía de la chispa, que permiten distinguir entre desbastado (impulsos de gran
energía) y acabado. La multiplicidad de cráteres de descarga da a las superficies una
estructura con concavidades, cierta aspereza y el aspecto mate característico sin
líneas de elaboración orientadas. Las partículas separadas son transportadas por el
dieléctrico hacia afuera de la zona de trabajo, con ayuda de un dispositivo de
compresión o aspiración, quedando depositadas en el recipiente del dieléctrico. La
polaridad entre herramienta y pieza depende de los respectivos materiales y se
determina de modo que la pieza sufra el máximo desgaste en el volumen.
2.5.4 Galvanotecnia.
El moldeado galvánico se caracteriza por una excelente calidad de superficie y una
gran exactitud de reproducción. Para la conformación por galvanizado se parte de un
modelo positivo o negativo del artículo deseado, elaborado en materiales apropiados
para moldes. Sobre dicho modelo se deposita galvánicamente una capa metálica de
suficiente espesor. la elección del metal se efectúa según las propiedades mecánicas
31
exigidas por la pieza. Los metales más adecuados para la fabricación de los moldes
son el níquel y las aleaciones níquel-cobalto. El níquel se precipita galvánicamente
sobre el modelo hasta un espesor de 5mm. esta capa de níquel se refuerza por detrás
con una capa de cobre, también galvánica, cuyo espesor se sitúa entre 1 O y 15 mm.
tras el galvanizado se separa el modelo de la pieza obtenida, que es de por sí
totalmente estable, y que puede pasar al siguiente proceso de fabricación. La pieza
obtenida por galvanizado se mecaniza generalmente para montarse como elemento de
moldeo en un molde patrón.
2.5.5 Proyección metálica
En la proyección metálica (sinterización) se funden aleaciones de bajo punto de
fusión en la llamada pistola Swift y se proyectan sobre el modelo a reproducir. Este
modelo puede estar construido prácticamente con cualquier material. La colada tiene
exactitud de medidas y gran calidad de superficie. Para la proyección metálica se
emplean las aleaciones de estaño-bismuto. Por el procedimiento de proyección
metálica se fabrican principalmente elementos de moldeo que se aplicarán en un molde
patrón. Las ventajas especiales de esta fabricación son los cortos tiempos de
producción de los moldes y la posibilidad de obtener prácticamente una reproducción
de cualquier modelo. los moldes se emplean generalmente sólo para inyecciones de
ensayo.
32
3 DESCRIPCIÓN DEL PAQUETE COMPUTACIONAL Y SU ALCANCE
Pro/MOLDESIGN es un módulo opcional de Pro/ENGINEER que contiene las
herramientas para simular el proceso de diseño de un molde. Este módulo permite al
usuario crear, modificar y analizar los componentes del molde, además de que permite
una rápida actualización de los cambios en el modelo de diseño.
3.1 ACERCA DE Pro/MOLDESIGN
Pro/MOLDESIGN permite al usuario "romper" al molde en componentes separados y
analizar al proceso de apertura. Realiza esto ya que contiene las herramientas que
permiten "imprimir'' la geometría de la pieza a inyectar dentro de la pieza de trabajo,
para después separar la pieza de trabajo en volúmenes del molde y línea de partición
definidas por el usuario.
3.1.1 Una sesión típica de diseño.
El proceso del Pro/MOLDESIGN puede consistir de los siguientes pasos:
1.- Crear o llamar un modelo de molde. Para crear un nuevo modelo, es necesario
tener disponible un modelo del diseño (pieza a inyectar) y una pieza de trabajo. En
cuanto se ensambla la pieza de trabajo del molde, el modelo de diseño se corta
automáticamente para crear la cavidad del molde.
2.- Realizar una prueba al ángulo de salida al modelo de referencia para determinar
si tiene el suficiente ángulo para ser botada del molde sin problema.
33
3. - Establecer la contracción del modelo de diseño. Es posible establecer una
contracción isotrópica para todo el modelo; también es posible establecer coeficientes
de contracción para cada dimensión. Existe la opción de actualizar el modelo de
diseño para reflejar la información de la contracción, o dejar el modelo de diseño sin
cambios para ser utilizado en otras aplicaciones.
4. - Ensamble de accesorios si se desea. Los accesorios son las piezas de la base
del molde, por ejemplo: la placa de fijación superior, las placas de soporte, botadores,
etc. Se mostraran junto con modelo del molde, y son interesantes para visualizar el
proceso de apertura del molde.
5.- Realizar un análisis de llenado del molde, dentro del módulo de parte, para
determinar la ubicación de las compuertas y canales, analizar el frente del flujo de la
fundición, y obtener recomendaciones en la velocidad relativa de la prensa. Este es un
paso opcional, disponible sólo para modelos delgados. El analizas de llenado del
molde se realíza utilizando C-FLOW/EZ, proporcionado por AC Technology.
6.- Adicionar las compuertas, canales y colada. Se añaden como accesorios del
moldeado, y se consideraran al crear la pieza moldeada, así como interferencia durante
el proceso de apertura.
7. - Definir volúmenes del molde y superficies de partición para dividir la pieza de
trabajo en componentes separados.
8. - Extraer los volúmenes del molde de la pieza de trabajo para crear componentes
del molde. Una vez extraídos los componentes del molde son totalmente funcionales
como piezas del Pro/ENGINEER; pueden llevarse al modo de parte, utilizadas en
dibujos bidimensionales, maquinadas con el módulo de Pro/MANUFACTURING, etc.
9.- "Llenar" la cavidad para crear la pieza moldeada. La pieza moldeada es creada
automáticamente uniendo el volumen de la cavidad en la pieza de trabajo con las
compuertas y canales presentes en el modelo.
1 O. Definir los paso de la apertura del molde. Probar si existe interferencia con
piezas estáticas en cada paso. Modificar componentes del molde si es necesario.
11. - Después que la sesión se ha terminado, es posible llevar los componentes del
molde dentro del módulo de manufactura para su maquinado.
Durante el proceso de moldeado, pueden ocurrir cambios en ·el diseño del molde.
Cuando estos cambios ocurren en el modelo de diseño, éstos se propagarán a través
de todos los aspectos del diseño hasta los dibujos ingenieriles, modelos de elemento
finito, e información del moldeado.
3-t
3.1.2 Modelo de diseño.
El modelo de diseño en Pro/ENGINEER, representando el producto terminado, se
utiliza como base para todas las operaciones del molde. Cuando se coloca en el
ensamble del molde, el modelo de diseño es reemplazado automáticamente por la
pieza de referencia, la cual es generada del modelo de diseño y mantiene una
asociatividad en dos sentidos con ella. El modelo de diseño puede crearse fuera del
módulo de moldes y ensamblada dentro del modelo del molde, o puede crearse
directamente en éste.
Accesorios (features), superficies y esquinas pueden seleccionarse en el modelo de
referencia cuando se estén creando los componentes del molde. Utilizando la
geometría del modelo de referencia, establece una relación paramétrica entre el
modelo de diseño y los componentes del molde. debido a esta relación, cuando se
realizan cambios en el modelo de diseño, todos los volúmenes asociados se actualizan
para reflejar los cambios.
3.1.3 Pieza de trabajo.
La pieza de trabajo representa el volumen total de los componentes del molde que
participarán directamente en darle forma al material fundido (por ejemplo los insertos
superior e inferior). La pieza de trabajo puede tener dimensiones totales normalizadas
para ser utilizada una base normalizada, o puede realizarse según las necesidades del
usuario para acomodar la geometría del modelo de diseño. En el último caso, otros
componentes base del molde (llamados accesorios "fixtures" en Pro/MOLDESGN)
deben modificarse apropiadamente.
Como una pieza de Pro/ENGINEER, la pieza de trabajo puede manipularse como
cualquier otra, puede existir como una instancia de una tabla de familia de piezas,
puede modificarse, redefinirse, etc.
3.1.4 Modelo del molde.
El modelo de diseño y la pieza de trabajo se ensamblan para formar el modelo del
molde. En cuanto se ensambla la pieza de trabajo del molde, el modelo de referencia
se corta automáticamente de él para crear la cavidad del molde.
J5
3.2 ENTRANDO AL MODO DE MOLDE
Para trabajar en el modo de molde, el usuario debe llamar un modelo de molde
existente o crear uno nuevo. Es preferible contar con un modelo de diseño y un modelo
de la pieza de trabajo previamente definidos en el modo de parte.
En el menú de MOLO se encuentran las siguientes opciones disponibles:
Mold Model. Modelo del molde, donde es posible realizar acciones (modificar,
borrar, etc.) en el modelo de diseño, pieza de trabajo, y los accesorios que componen
e! modelo del molde.
Shrinkage. Especificar valores de contracción para el modelo de referencia.
Feature. Creación de características del molde (como compuertas y canales).
Parting Suñ. Definición de las superficies de partición para el molde.
Component. Definición y partición los volúmenes del molde y extracción de los
componentes.
Modify. Modificar el modelo de referencia, la pieza de trabajo o el ensamble del
molde.
Regenerate. Regenerar el ensamble del molde. Recalcula la pieza de trabajo en
base de los cambios realizados en el modelo de referencia.
Relations. Trabaja con relaciones en el modelo del molde.
Molding. Creación de la pieza moldeada uniendo las cavidades de 1~ pieza de
trabajo.
Mold Opening. Especificar los pasos de apertura del molde y probar si existen
interferencias.
Family Tab. Editar la tabla de familias para e ensamble del molde o crear
nuevos ensambles.
lnteñace. Impresión del ensamble del molde.
lnfo. Recuperar información acerca del modelo de referencia, la pieza de
trabajo, el ensamble del molde, etc. Además, de accesar información específica al
proceso de creación del molde, como volúmenes del molde, superficies de partición,
etc.
Layer. Preparación y utilización de las capas.
Set up. Preparar el ensamble del molde.
3.2.1 Moldes de múltiples cavidades.
El proceso para ensamblar un modelo de referencia se puede repetir para formar
moldes de múltiples cavidades, o es posible copiar el modelo de referencia dentro de la
pieza de trabajo para lograr el mismo efecto.
Como las compuertas, canales y colada se diseñan fuera del molde, para después
ensamblarse a la pieza de trabajo junto con las cavidades, no existe límite al número
de cavidades que pueden cortarse.
3.2.3 Accesorios "Fixtures".
Los accesorios son componentes de la base del molde que directamente no dan
forma al material fundido (por ejemplo placa superior, placas de soporte, botadores,
etc.). Su presencia en el modelo del molde es opcional. Los accesorios pueden
moverse y probar la interferencia que pudieran tener en el proceso de apertura del
molde.
Los accesorios pueden crearse dentro del módulo de parte o ensamble, y ser
llamados '3n el módulo de moldes durante el ensamble del modelo. Existe también una
librería con todos los accesorios normalizados de las marcas D-M-E y Hasco. Estos
accesorios son los que existen en el mercado para la construcción de moldes, por lo
que es posible lograr el ensamble final con piezas existentes y con las dimensiones
exactas con que se construyen.
3.3 CONTRACCIÓN
Antes de iniciar el proceso de moldeado, es preferible tomar en consideración la
contracción del material e incrementar proporcionalmente las dimensiones del modelo
de referencia. Existen dos maneras de especificar la contracción.
By Dimesnion. Permite especificar una contracción isotrópica para todo el
modelo, y también especificar coeficientes de contracción para dimensiones
individuales.
AII Dims. Contrae todas las dimensiones del modelo, es necesario
introducir el valor.
By Dim. Contrae sólo ciertas dimensiones selectas.
37
By Feature. Contraer todas las dimensiones de cierta característica.
Switch Dim. Cambiar la forma de mostrar las dimensiones entre su valor
numérico y simbólico.
By scaling. Permite la contracción de la pieza geométrica por escala
referenciadas a un sistema de coordenadas. Se pueden especificar diferentes factores
de contracción a lo largo de las coordenadas.
Coord SYS. Seleccionar o crear un sistema de coordenadas de donde se
referenciará la contracción.
X Factor. Introducir el valor de contracción a lo largo del eje X del sistema
de coordenadas de referencia.
Y Factor. Introducir el valor de contracción a lo largo del eje Y del sistema
de coordenadas de referencia.
Z Factor. Introducir el valor de contracción a lo largo del eje Z del
sistema de coordenadas de referencia.
3.4 ÁNGULO DE SALIDA
Ya sea dentro del modo de parte o molde, se permite añadir un ángulo de salida a
las superficies del modelo de diseño, el ángulo se encuentra entre -15º y 15º.
Para comprobar si el ángulo de salida es el necesario se cuenta con una
herramienta de análisis que permite al usuario determinar si una pieza dentro del
modelo del molde tiene el ángulo de salida apropiado para permitir a la pieza moldeada
ser removida limpiamente.
La comprobación del ángulo de salida se basa en un ángulo y dirección de salida
especificada por el usuario. Para determinar si alguna de las superficies de la pieza
debe ser modificada con algún ángulo, el sistema compara cada una de las superficies
normales de la pieza contra el diagrama de referencia.
3.5 ESPESOR
El módulo de moldes permite realizar una prueba de espesor al modelo de diseño
para determinar si cierta región tiene un espesor mayor o menor a un valor mínimo o
máximo especificado. La sección será mostrada en una manera de sección transversal.
38
Si una región es más gruesa que el máximo especificado, será mostrada con un rayado
en rojo; y si una región es menor que el mínimo el rayado aparecerá en azul.
3.6 ANÁLISIS DE LLENADO DEL MOLDE
El análisis de llenado del molde con C-FLOW/EZ es un paso opcional que puede
realizarse en la pieza de referencia del molde dentro del modo de parte, antes de
comenzar con el proceso de diseño. El propósito de dicho análisis es determinar la
futura posición de compuertas y canales dependiendo en la forma del modelo. El
análisis provee información acerca del aire atrapado, líneas de unión, avance del frente
de flujo, etc. Este análisis está disponible sólo para modelos de pared delgada.
Para lograr este análisis , primero es necesario definir el modelo de la malla de
elementos finitos.
Después que la malla ha sido definida completamente, es necesario definir el
modelo del molde. Existen dos elementos en el modelo:
Runners. Se añaden los canales de manera hipotética al modelo.
Cold Runner. El canal está vació al inicio del proceso de moldeado.
Hot Runners. El canal está lleno de material fundido al inicio del proceso
de moldeado.
EntrancePnts. Puntos de entrada del material, indicando donde entra el material
fundido al modelo.
El factor de forma del canal es un valor numérico que depende en la forma de la
sección transversal del canal. Una sección transversal circular corresponde al valor de
1.0; entre mayor sea la desviación de la sección transversal contra una circular, mayor
será el valor del factor.
La tabla siguiente permite calcular el diámetro y el factor de forma para canales y
compuertas basándose en la geometría de la sección transversal.
39
Cross-sectional geometry
18 d1
@ t __ _9E__j
V
6}
~
Diameter based on an equivalen! cross-sectional area Shape factor
d 1
J(do2
-cfl2
) dO +di
J( d02
- d 12 J
J2,- = l.414r 2+re = 1.157 Jfir.
2 -1 -, -1 _,
2 r (cosx) -r(r-t) sin (cosx) rcosx + rsin ( cosx)
re Jre[/co~u-r(r-t) sin (cosl)]
J 2 _, _, = 1.128, cosx - r ( r - t) sin ( cosx) =0.564
r-t where x = -
r
Table 3-1 Runner Shape Factors
_, _, rcosx + rsin ( cosx) J 2 _, _,
r cosx-r(r-t)sin(cosx)
r-t where x = -
r
Cross-Diameter based on an equivalent cross-
sectional sectional area
geometry
r- -~ "7 ,,
DI--ll = 1.128a Jrc
1 r" --~ -"'7 2~ = l.128~ 01~
a r"---i 2 ab- h lan0 .ro 2
re
_I__ •• 'J
=1.l28Jab - b2
tan0 0 (degree)
2 0 (degree) ab + b tan0
{0 2 re
=1.128Jab + b\an0 ¡...~
'l\1hll' 1-1
Runncr Shapc FacLors
Fig. 3.1 Tabla con diámetros y factores de forma.
Shape factor
'1 __::__ = 1.128 Jrc
ª + h = 0.564 ª + b JiwÍJ .Íab
a - b tan 0 + b ( cos 0) -1
Jre( ab-b2
Lan0 J -1
= 0
_564
a - h Lan 0 + b ( cos 8)
)ab-b2
ian0
(I + b tan e + b ( cose) -1
Jre( ab + b2tan0)
-1 =
0. 5 64
a + b tan 8 + b ( cos 0)
Jab + b\an0
3.6.1 Análisis del molde.
C~FLOW/EZ realiza un análisis de flujo en el molde, basándose en una asunción de
fluido newtoniano y condiciones internas. Una vez que el análisis se ha realizado
exitosamente, es posible analizar la siguiente información:
Air Traps. Muestra las posibles áreas de aire atrapado coloreando sus
contornos.
Weld Unes. Muestra las posibles líneas de unión.
Melt Front. Muestra el avance del frente de flujo por un espectro de colores.
Velocity. Muestra la velocidad relativa en porciento del llenado selectos. Para
cada porcentaje seleccionado, los nodos llenados tendrán un vector de flujo mostrado.
La longitud de los vectores muestran la magnitud relativa, la dirección menos la
dirección del flujo.
Ram Speed. Muestra la velocidad de la prensa recomendada en una tabla.
3.6.2 Diseño de canales y compuertas.
Pro/ENGINEER permite realizar un análisis del llenado de la pieza antes de realizar
el diseño del molde. Esto es una ayuda al momento de elegir tipo de canales y
compuerta~. así como la localización de líneas de partición y en caso de ser necesario
salidas de aire. El análisis de llenado con C-FLOW/EZ es un paso opcional que puede
realizarse en la referencia del molde dentro del modo de parte. El análisis entrega la
información acerca de aire atrapado, líneas de unión, avance del frente de flujo de la
fundición, etc.
El análisis de llenado es accesible a través de la interface del MEF, y sólo está
disponible para modelos de pared delgada que pueden mallarse como caparazones
"thin shell mesh".
Para realizar el análisis es necesario especificar el tipo de canales a utilizar, así
como la ubicación de los puntos de inyección de la pieza. Es necesario especificar que
este análisis no utiliza información acerca de la temperatura o presión, por lo que es
sólo un a·uxiliar en la decisiones que se realizarán posteriormente en el diseño del
molde. Para análisis más detallados de la inyección existen otros paquetes
computacionales diseñados específicamente para este propósito, como lo es
MOLDFLOW.
41
3. 7 DEFINIR INSERTOS DEL MOLDE
Los componentes del molde son creados construyendo volúmenes del molde, los
cuales se llenarán con material sólido para convertirlos en piezas totalmente
funcionales del modo de parte en Pro/ENGINEER.
Para definir un volumen del molde, el usuario puede utilizar la geometría del modelo
de referencia, dibujar el volumen que se va adicionar o excluir, intersectar el volumen
con el modelo de referencia, utilizar desplazamientos, etc. Este conjunto de
herramientas puede utilizarse en cualquier combinación para definir un solo volumen
del molde.
Gathering
Para utilizar el modelo de referencia como base del volumen a crear es necesario
"juntar" las superficies deseadas. Comúnmente esto es un proceso de tres pasos:
1.- Seleccionar las superficies de referencia para definir la base del volumen.
2.- Modificar las superficies base del volumen. este es un paso opcional, ya que
algunas veces es necesario llenar barrenos de las superficies base o excluir ciertas
superficies que serán necesaria en otro volumen.
3.- Cerrar el volumen especificando la superficie superior. el volumen se creará
extruyendo las superficies base hasta la superficie superior.
Sketch
Si se desea dibujar el volumen, es posible hacerlo y el proceso es muy parecido al
de crear características dentro del modo de parte en Pro/ENGINEER. Si se utiliza esta
opción para la creación del volumen, éste será creado automáticamente si es que no
existe uno previamente definido en la misma zona, si es el caso de uno ya existente, el
programa pregunta si se desea añadir el nuevo volumen o cortar esa forma del ya
existente.
Trim
Cuando se define un volumen dibujándolo, nada previene al usuario de tomar parte
del volumen del modelo de referencia. Cuando crea el componente, el sistema llenará
todo el volumen indicado en la definición de éste. Por lo tanto, para definir
correctamente la geometría del componente, es necesario poder quitar el volumen del
modelo de referencia del componente.
42
Offset
Los volúmenes definidos al juntar superficies o dibujados pueden desplazarse, con
las siguientes opciones.
- Paredes, todas las paredes laterales con respecto a la superficie superior, se
desplazarán la distancia indicada.
- Superficies, sólo ciertas superficies previamente seleccionadas se desplazarán.
- Horizontal, los filos de las superficies serán desplazados en la dirección normal de
la superficie.
- Tangencial, los filos de las superficies serán desplazados en la dirección tangente
de la superficie adyacente.
Round
· Como un toque de refinamiento, es posible crear radios en los filos de los
volúmenes.
3.8 SUPERFICIES DE PARTICIÓN
Una manera rápida de dividir la pieza de trabajo del molde es definiendo superficies
de partición y después realizar la división utilizando estas superficies. Una superficie
de partición es una característica especial de las superficies. el usuario puede utilizar
· cualquiera de las herramientas en el menú de definición de superficies para créar la de
partición. La superficie de partición terminada debe intersectar completamente la pieza
de trabajo o el volumen a dividir.
3.9 CARACTERÍSTICAS DEL MOLDE
Las características del molde (compuertas, canales, colada) pueden ser creadas
como cortes regulares y ranuras en la pieza de trabajo del molde, o como
características predefinidas por el usuario (grupos). Utilizando los grupos permite al
usuario crear características normalizados una vez, y utilizarlos en varios modelos de
moldes sólo cambiando sus dimensiones. La librería de accesorios de molde, debería
ser creada por adelantado en el modo de parte utilizando las técnicas para definir los
UDF (por sus siglas en ingles USER DEFINED FEATURES, accesorios definidos por el
usuario).
Para definir los grupos de características, las cuales removerán material de la pieza
de trabajo del molde, por lo tanto los grupos deben crearse utilizando cortes (o
ranuras). También es posible utilizar barrenos, etc.
Para definir un UDF:
1.- En el modo de parte, crear una pieza simple que servirá como referencia del
grupo. Puede ser de utilidad crear un corte preliminar para que represente la cavidad
del molde.
2.- Crear una característica con corte. Dibujar la sección deseada utilizando la
"cavidad del molde", esquinas y superficies como sea necesario. Al momento de alinear
y dimensionar, es importante no olvidar como se desea colocar el grupo.
Otras características de molde:
Silhouette. Para determinar donde se ubicará la superficie de partición, es
posible crear una curva de silueta en la pieza de referencia. Después de crear la curva
de silueta, la superficie de partición puede definirse como una característica del modelo
del molde.
Cuando el sistema crea una curva de silueta, la coloca en la pieza de referencia,
donde la superficie de la pieza es normal a la dirección de salida.
Draft Line. Una "draft line" línea para el ángulo de salida es una colección de
características utilizadas para crear un "draft" tangente para piezas con geometría
complicadas. Una draft line se compone de:
- Curvas draft.
- Curvas de partición.
Una línea draft actúa como una trayectoria para dirigir una característica draft
tangente; ésta indica donde los filos del draft se convierte tangente a la superficie
drafted.
Una curva draft es una curva en el modelo de referencia creada de un lugar
geométrico de puntos donde una superficie orientada en cierto ángulo de draft en la
dirección de salida es tangente a la pieza.
Una curva de partición es una curva en cada lado de la superficie de partición
creada de un lugar geométrico de puntos donde una superficie orientada en el ángulo
especificado de draft a la dirección de salida intersecta la superficie de partición.
Draft. Esta opción aumenta un pequeño ángulo draft (entre -15º y +15º) a la
superficie. Los ángulos draft pueden aumentarse a superficies individuales o a una
serie de superficies planares. Cuando se decide utilizar esta característica en el molde,
existen las siguientes opciones:
Regular. Agrega el ángulo a toda la superficie.
Split. Agrega diferentes ángulos a diferentes porciones de la superficie.
Curve driven. Crea al ángulo utilizando curvas de datos "datum curves"
como las líneas de partición.
Tangente. Crea un ángulo tangente utilizando la línea draft.
Después de seleccionar una de las opciones anteriores, es necesario seleccionar
una de las siguientes:
Constant. Aplica un ángulo constante a lo largo de toda la superficie.
Variable. Aplica un ángulo variable en varios puntos a lo largo de la
superficie.
Neutral. La superficie neutral ( o pivote) y el plano de referencia para
medi"r el ángulo son los mismos.
Ref & Neutral. El plano neutral y el de referencia son dos selecciones
separadas.
Unmirrored. Crea un ángulo con respecto al plano neutral que no está
reflejado. Por ejemplo, si el plano pivote tiene material en los dos lados, un
ángulo sin reflejo adicionará material a un lado mientras que la quitará del otro.
Mirrored. Crea un ángulo reflejado por el plano pivote. Esto provocará
que se quite o se adicione material de los dos lados del plano pivote.
Offset Area. Esta característica se utiliza para permitir adicionar o remover
material de los componentes de la matriz para hacer el proceso de apertura más
sencillo. Un valor positivo de desplazamiento adicionará material, mientras que uno
negativo quitará el material de la superficie.
Gather Vol. Junta a un volumen para moldearlo.
Trim Workpiece. Substrae el volumen del modelo(s) de referencia de la pieza
de trabajo.
.is
3.10 DIVISIÓN DE LOS VOLÚMENES DEL MOLDE
La pieza de trabajo, o un volumen del molde existente, puede dividirse utilizando
superficies de partición predefinidas. La división producirá dos volúmenes del molde
que pueden utilizarse eventualmente para crear componentes del molde. Es posible
especificar que se desea ignorar uno de los volúmenes, y crear un volumen del molde
para un lado de la superficie de partición solamente.
Dividir es otra manera de crear volúmenes del molde. Cuando el usuario especifica
la superficie de partición a utilizar en la división la pieza de trabajo, el sistema calculará
el volumen del material de la pieza de trabajo para un lado de la superficie de partición
y lo convertirá en un volumen del molde, y repetirá el proceso para el otro lado.
· El modelo de referencia será cortado de la pieza de trabajo automáticamente cuando
ésta sea cortada. Las compuertas, canales y colada, también será cortada si se
encuentran presentes. Cuando el sistema calcula el volumen de división, todas estas
cavidades serán tomadas en cuenta.
3.11 MOLDEADO
Una vez que sea han definido todos los volúmenes del molde, el usuario puede
extraerlos de la pieza de trabajo para producir componentes del molde. También es
posible crear una pieza moldeada, llenando la cavidad del molde a través de la colada,
canales y compuertas.
3. 11. 1 Extraer los componentes del molde.
Los componentes se producen "llenando" los volúmenes del molde con material
sólido. Este proceso, que se realiza automáticamente, se conoce como extracción.
Una vez extraído, los componentes del molde son piezas totalmente funcionales
dentro de Pro/ENGINEER; pueden ser llamadas en el modo de parte, utilizadas en la
realización de planos, maquinadas con Pro/MANUFACTURING, etc.
Un componente extraído continua asociado con el volumen padre; si el volumen es
modificado el componente será actualizado después de una regeneración del modelo
del molde.
3.11.2 Pieza moldeada.
Este paso permite al usuario producir una pieza "real", llenando las cavidades del
molde, como sea definido, con material fundido. La pieza moldeada se crea
automáticamente uniendo el volumen de la cavidad en la pieza de trabajo con la
colada, canales y compuerta, de manera en que el material la llenará en realidad. La
pieza moldeada puede entonces llevarse a Pro/MANUFACTURING para quitarle
material extra.
3.11.3 Apertura del molde.
La simulación del proceso de apertura, permite comprobar cuan correcto es el
diseño del molde. El usuario puede especificar los movimientos de cualquier miembro
del ensamble del molde, excepto para el modelo de referencia y la pieza de trabajo.
El proceso de apertura es una serie de pasos, cada uno de ellos conteniendo uno o
más movimientos. Un movimiento es una instrucción para mover uno o más miembros.
Desplazándolos en una dirección especificada y en un valor determinado.
3.11.3 Comprobar por interferencia.
El usuario puede hacer al sistema que comprueba la existencia de interferencias en
las piezas con movimiento con las estáticas en cada uno de los movimientos definidos.
Si el sistema detecta una interferencia la mostrará señalando el volumen apropiado en
amarillo.
.n
4 METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE MOLDES DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO
UTILIZANDO Pro/MOLDESIGN DE Pro/ENGINEER
Esta tesis se concentra en la aplicación de los pasos de diseño aplicando
Pro/ENGINEER en su módulo especial para el diseño de moldes Pro/MOLDESIGN.
Aunque este módulo no abarca todos los pasos para el diseño, es una importante
herramienta de aplicación, ya que una vez obtenidas las dimensiones necesarias del
molde, es fácil realizar una construcción dentro de Pro/ENGINEER la cual permite
aplicar los principios de ingeniería concurrente. De esta manera se permite al equipo
de diseño realizar todos los cambios que considere necesarios antes que se_ decida la
construcción del molde siquiera. Además que Pro/ENGINEER cuenta con un módulo de
manufactura, donde es posible generar los programas de control numérico para el
maquinado de los insertos y de las placas.
4.1 PARÁMETROS INICIALES.
4.1.1 Construcción de la geometría de la pieza.
Para iniciar el proceso de diseño del molde es necesario tener una descripción
detallada de la pieza, ya se que se cuente con los planos del diseño original, o
utilizando ingeniería en reversa al tener la pieza física y obtener las dimensiones
necesarias que describan en su totalidad la geometría. Para esta tesis no es de interés
el diseño de la pieza, si no su aplicación en el molde.
48
Al inicio de la tesis ya se contaba con la pieza deseada solo que las dimensiones se
desconocían por lo que se utilizó la máquina de medición por coordenadas para su
dimensionamiento. Los resultados obtenidos son los siguientes:
Fig. 4.1 Figura de la pieza a moldear. Ver página 50
Pero como todas las piezas de plástico fabricadas en el proceso de inyección,
requieren de cierto ángulo de salida en todas las superficies con dirección paralela a la
dirección del movimiento de apertura, Pro/ENGINEER permite la modificación de las
superficies que así lo requieran con adición o remoción de material y con el ángulo de
salida establecido, además de todas las variantes que ya se explicaron anteriormente.
La figura siguiente muestra la pieza una vez que se han aplicado los ángulos de salida
en las superficies necesarias.
Fig. 4.2 Figura con pieza normal y con ángulos de salida. Ver página 51
Ahora es necesario realizar un prueba al ángulo de salida, para confirmar si todas
las superficies cumplen con los requisitos establecidos. Pro/MOLDESIGN realiza una
prueba a estos ángulos, si así se desea, mostrando los resultados en colores que
clasifican el grado de inclinación de las superficies. Al aplicar esta prueba a la pieza los
resultados obtenidos se presentan de las siguiente manera:
Fig. 4.3 Figura con resultados de la prueba de ángulo de salida. Ver página 51
4.1.2 Material Utilizado.
El material seleccionado fue Polipropileno (PP) con un 20 porciento de talco como
refuerzo. Debido a qu~ los polipropilenos son químicamente semejantes a los
polietilenos, pero tienen de alguna manera una mejor resistencia física a menores
densidades. La densidad del polipropileno es de las menores entre todos los
materiales plásticos, en un rango de 0.900 a 0.915. Los polipropilenos ofrecen un
balance de propiedades, mas que una propiedad única, con la excepción de la
resistencia a la fatiga por flexión. Estos materiales tienen una vida casi infinita bajo
flexión, y por lo tanto se acostumbra decir que son auto regresable. El uso de esta
característica es conocida como bisagras de plástico. Los polipropilenos son,
probablemente, los únicos termoplásticos que sobrepasan a todos los demás en
combinar las propiedades eléctricas, resistencia al calor, rigidez, dureza, resistencia
--1-9
Fig. 4.1 Figura de la pieza a moldear.
50
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• t: , . · , Í 1
Fig. 4.2 Figura con pieza normal y con ángulos de salida.
Fig. 4 3 Figura con resultados de la prueba de ángulo de salida.
química, estabilidad dimensional, brillo superficial y flujo de la fundición, a un costo
más bajo que la mayoría de los demás.
Debido a su calidad excepcional y versatilidad, los polipropilenos ofrecen un
potencial maravillosos en la manufactura de productos a través de la inyección dentro
de un molde. La contracción dentro del molde es significativamente menor que la de
otros poliolefinas; la uniformidad dentro y a través de la dirección de flujo es
apreciablemente mayor. Por lo tanto es más fácil predecir la contracción, y existe
menos susceptibilidad a los defectos en secciones planas.
El talco es un silicato de magnesio hidratado y se clasifica mineralógicamente dentro
de la subclase de los filosilicatos con estructuras trioctahedral de tres capas. La·
estructura del talco puro ~nsiste de una capa u hoja de brucita (hidróxido de magnesio
MgO H2O) hecha sandwich entre dos capas de silica (SiO2). Estas capas están
superpuestas entre ellas mismas. Las capas de talco adyacentes se mantienen unidas
mediante débiles enlaces de fuerza del tipo de van der Waals. Estas capas se deslizan
sobre ellas mismas con considerable facilidad cuando se les aplica una fuerza de corte.
El talco es inerte a la mayoría de los reactivos químicos. Se mantiene sin
descomponerse en contacto con ácidos.
Propiedades del talco en el Polipropileno.
Los mayores usos para los polipropilenos reforzados con talco son automotrices y
aleaciones en aparatos domésticos, debido a su mejorada dureza y resistencia a la
termofluencia a altas temperaturas que el talco le otorga. Ventajas adicionales que el
talco otorga son buen acabado superficial de la pieza terminada, menor contracción
dentro del molde y un procesamiento más fácil con el talco actuando como un promotor
del flujo. En la industria automotriz, aplicaciones especiales para el talco en el
polipropileno incluye tap_as de ventiladores, duetos y cárter de la calefacción, cubiertas
de calor de baterías; aplicaciones específicas incluyen forro para puertas de
refrigerador, cárter de calefactores y bombas de vacío y agitadores de máquinas de
lavado.
Las propiedades típicas de compuestos homopolímeros de polipropileno reforzados
con un 20 % y 40% de talco se muestran en la tabla 4.1
52
Propiedad Procedimiento Unidades Sin Con Con
ASTM talco 20% de 40%de
Talco Talco
Modulo Flexible D -790 psi 230 390,0 600,0
Tangente ,000 00 00
Esfuerzo de D -638 psi 5,6 5,800 5,400
cedencia 00
Elongación en D -638 % 8.5 4.1 3.1
cedencia
Resistencia al D -256 A ft-lb/in 0.5 0.47 0.42
impacto de Izad 8
Resistencia ----- ft -lb 0.4 0.8 0.9
medida al impacto
de un peso en caída
Temperatura de D-648 ºC 62 72 88
deflexión a 264 psi
Tabla 4.1 Propiedades típicas de polipropilenos reforzados con talco
La fig. - 4.5 muestra las mejoras que produce el talco al combinarse con el
polipropileno en el módulo de elasticidad, tanto a temperatura ambiente como a altas
temperaturas, con una reducción mínima en la resistencia a la cedencia. Con. el talco y
otros reforzadores el compuesto homopolímero de polipropileno se obtiene un mejora
sustancial en la dureza y la resistencia a la termofluencia, a expensas de la resistencia
al impacto. En este respecto, algunos grados del carbonato de calcio tienen la
particular ventaja de mejorar la resistencia al impacto del homopolímero de
polipropileno. Se realiza un esfuerzo considerable en desarrollar un talco que no cause
un decremento en la resistencia al impacto mientras se mantengan las otras
características. Otra forma de ver este problema sería lograr una combinación de talco
y carbonato de calcio para lograr un compuesto con las características ideales para
cada aplicación.
53
6 r-----i-¡ ---+---¡!------i,__---1---.1
Tale filled polypropylene
.§. 1
.,, 5 r-----:-1 ---+---'(-----.,"-----t---t-----l
: 1
-2 ~4r-----1--~-!--~..-'----I---.I
E -¡;;
~Jl---,f<--:,~-;__~,--1--~ ~ 1
u.. Calcium carbonate filled polypropylene
1
o~-~-~-~-~-~~
o 10 20 30 40 50 60 Weight percent filler level
Fig. 4.4 Módulo de elasticidad del polipropileno reforzado con talco y con carbonatos
de calcio
4.2 APLICACIÓN DE LA CONTRACCIÓN A LA PIEZA
En la literatura se recomienda utilizar una contracción de 1.2 a 2.5% en partidas con
buena fluidez y de 2 a 3 % en partidas con menor fluidez. en este caso se utilizará un
valor de contracción de 1.5% en todas las dimensiones de la pieza [4]. Com_o ya se
explicó anteriormente no es problema definir este valor en cualquier momento del
diseño, ya que la modificación caerá en cascada a todos los pasos subsiguientes. Otra
ventaja de la filosofía de ingeniería concurrente dentro del programa.
Fig. 4.5 Figura de la pieza, donde se muestran las dimensiones modificadas. Ver
página 55
4.3 NÚMERO DE CAVIDADES
Se utilizará un molde de dos cavidades para realizar la prueba, ya que no se
cuentan con los parámetros necesarios para el cálculo exacto del número de
cavidades. Pero el aumentar el número de cavidades al molde o adicionar placas no es
un problema serio dentro de Pro/MOLDESIGN ya que es sólo repetir operaciones de
ensamble, el corte de la cavidad dentro de las placas se realiza automáticamente.
54
Fig. 4.5 Pieza, donde se muestran las dimensiones modificadas.
55
Para obtener un número más exacto de cavidades se consideran criterios técnicos
como económicos. Por lo tanto, la maquinaria disponible, calidad deseada y costos y
fechas de entrega deben tomarse en cuenta
Determinar los costos generales requiere de atención especial, debido al problema
que surge el querer localizarlos objetivamente. La reflexión básica sería que a mayor
número de cavidades significa menor horas de trabajo, lo cual permite cumplir con un
mayor número de ordenes de fabricación en un tiempo definido. Por lo tanto los costos
generales con un molde con un mayor número de cavidades son menores que uno con
menor número, lógicamente es preferible tener mayor número de cavidades pera
disminuir costos, lo cual resulta en menores costos totales del producto
Existen varios parámetros que afectan la decisión del número de cavidades dentro
del molde [1]:
- Número empírico de cavidades nemp
- Número de cavidades basado en las demandas de calidad, nq
- Número de cavidades basado en información técnica nt
- Número de cavidades basado en la fecha de entrega, nterm
El número final de cavidades no debe ser menor a este número, pero puede ser
mayor. Si existe una diferencia significativa entre el número de cavidades originalmente
asumido y el resultado de esta ecuación, entonces es necesario reconsiderar la fecha
de entrega, debido a que el tiempo de fabricación del molde está en función del
número de cavidades, posiblemente será necesario utilizar un proceso iterativo.
Una vez que ya se tiene definida completamente la pieza, la cual define la cavidad
del molde, es necesario "cortar" el número de cavidades necesarias en la pieza de
trabajo. Dentro de Pro/MOLDESIGN este proceso es sumamente sencillo, ya que el
usuario sólo debe definir- la posición de la cavidad dentro de la pieza de trabajo y el
programa automáticamente corta el espacio que ocupa el modelo de diseño para
formar la cavidad. En este caso se instaló una cavidad a la vez. Primera fue necesario
construir los planos y ejes de referencia dentro de la pieza de trabajo para después
referenciar la pieza con estos planos.
Fig. 4.6 Pieza de trabajo y una cavidad ensamblada. Ver página 57
Fig. 4. 7 Pieza de trabajo con dos cavidades ensambladas. Ver página 58
56
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Fig. 4. 7 Pieza de trabajo con dos cavidades ensambladas.
58
4.4 SELECCIÓN DEL TIPO DE MOLDE
La designación de los moldes se basa en componentes específicos o funciones de
demoldeado, o indican el potencial para una aplicación particular. Ver figura 4.9
Designación Criterio
1 . - Molde estándar Diseño más simple ( estándar); una línea de
partición: un movimiento direccional de apertura;
demoldeado por gravedad principalmente; con pernos
botadores o mangas.
2.- Molde de Parecido al número 1 pero con placa de arranque de
arranque piezas.
3.- Molde de Una línea de partición; movimiento de apertura en la
correderas. dirección principal y transversa, con correderas
actuadas por leva.
4.- Molde diseñado Similar el núm. 1, pero la separación de la pieza y
para cortar la pieza. los canales cortando con una placa adicional que se
mueve en forma transversa.
5.- Molde de Una línea de partición; movimiento de apertura en
cavidad dividida dirección principal y transversa; las mitades de la
cavidad pueden resbalar en planos inclinados y pueden
soportar fuerzas laterales.
6.- Molde de Movimiento rotacional para el demoldeado
desenroscado. automático de una rosca es actuado mecánicamente.
7. - Molde diseñado Dos líneas de partición para demoldear la pieza y los
para arrancar la pieza. canales separados después que han sido separados;
un movimiento de apertura en dirección principal
separado en dos etapas.
8.- Molde de pila Las placas de la cavidad apiladas con muchas líneas
de partición.
9.- Molde de Dos líneas de partición; ningún tipo convencional de
canales aislados canales sino canales con sección transversal
agrandada permitiendo la formación de un centro
caliente aislado por una cubierta fría cobertora.
59
10.- Molde de Los canales están situados en un calentador
canales calientes eléctrico.
11. - Moldes Combinación del 2 al 10, para piezas con especiales requerimientos especiales que no permiten una
solución simple.
Tabla 4.2 Designación de los moldes.
Fig. 4.8 Descripción de los tipos básico de moldes. Ver página 61
La columna "piezas moldeadas" de la Fig. 4.8 indica unas cuantas de las muchas
posibles aplicaciones con esos moldes.
Los números en la columna de "camino de apertura" de la Fig. 4.8 se refiere a la
siguiente secuencias de movimientos [1 ]:
1.- Movimiento principal de apertura: movimiento guía.
2.- Movimiento entre la leva y la corredera: movimiento relativo.
3.- Movimiento de deslizamiento durante el demoldeo: movimiento absoluto.
4.- Movimiento de desenrosque del núcleo: rotación relativa.
Se piensa utilizar un molde estándar ya que no se realizará el arranque de las
compuertas automáticamente, ni inyección con canales calientes o térmicamente
aislados. Aunque el rediseño o modificación de los canales no es un gran problema
dentro de Pro/MOLDESIGN una vez que se han decidido las dimensiones de éstos. Ya
que no es necesario realizarlo dentro del módulo de moldes, es más fácil realizarlo en
el módulo de parte y después transferirlo a moldes como un grupo de características
predefinidas por el usuario. De esta manera es sencillo el modificar los diámetros o
radios de curvatura de la colada, canales y compuertas ya que se modifican y se
actualizan dentro del molde.
4.4.1 Número de líneas de partición.
La pieza y los canales son descargados en un plano a través de la línea de partición
durante la apertura del molde.
Un molde estándar tiene una sola I ínea de partición. La pieza y los canales son
desmoldados juntos. Si los canales deben separares de la pieza automáticamente,
como es el caso frecuentemente en moldes de múltiples cavidades o múltiples
60
Molde normal o estándar I Molde con placa de arranque
SS T, OS
•
1
i 1
@@ ©@®
a.- Placa de soporte b. - Sistema de botadores c.- Cavidad d.- Colada e. - Placa de soporte
Disei\o más simple; dos mitades: una línea de partición: apertura en una dirección: demoldeado por gravedad: botadores de
rno o casquillo Para todo tipo de moldeados sin bajorrelieves
G)
SS T, OS
al-. .
' @@© @®
a.- Placa de soporte b. - Placa de arranque c.- Cavidad d.- Colada e. - Placa de soporte
Diseño similar al estándar pero con una placa de arranque para el botado
Para moldeados en forma de copa sin bajorrelieves
G)
Molde de correderas
SS T, OS
•
1
-,
-' 1
@ @©@@
-·
a.- Sistema de botadores b.- Perno de leva. c.- Cavidad d.- Corredera. e.- Colada
Diseño similar al estándar pero con correderas y pernos de levas para el movimiento lateral adicional
Para piezas con bajorrelieves o roscas exteriores
0f~
Molde de cavidad dividida !Molde con dispositivo de jMolde de tres placas desenroscado
,.
I <~ r,, I'<
~ - -' •. -·
- .
' i . i @ @ ©~ @ lá.@ L TL @;
a. - Sistema de botadores a. - Sistema de botadores b.- Bloque de retención b.- Tomillo guía c. - Bloque de cavidad c.- Engrane dividida d.- Núcleo d.- Cavidad e.- Cavidad e.- Colada Diseño similar al estándar La cavidad en forma de pero con bloques de la rosca es rotada por un cavidad dividida para mecanismo construido moldeados con bajorrelieve para el caso
Para moldeados anchos Para moldeados con roscas con bajorrelieves o roscas internas o externas
Yt0 --G) G)
" I''
a.- Sistema de botadores b.- Tornillo de arranque c.- Cavidad d.- Colada y canal
Dos líneas de partición; movimiento de la placa flotante activado por el tornillo de arranque; movimiento de apertura en dos pasos
Diagram a esquemá tico
Compon entes principal es
1~3:racter 1st1cas
Separación automáL11 .. .1 de !Moldead la pieza y colada os
• G) G)
Guía de apertura
Ejemplo
compuertas, entonces es necesario una línea de partición adicional para los canales
(excepto las compuertas de túnel). Varias líneas de partición también son necesarias
para moldes de pila.
Detalles que afectan el número de líneas de partición:
- Geometría de la pieza.
- Número de cavidades
- Sistema de canales y compuertas.
- Sistema de demoldeado.
Fig. 4. 9 Molde con línea de partición y colada instalada. Ver página 63
· 4.4.2 Piezas normalizadas en el diseño.
En los últimos años el uso de partes normalizadas para moldes se ha convertido en
una necesidad ya que permite, a aquellos que se dedican a la manufactura de moldes,
dedicarse a maquinar solamente las cavidades, que son la parte compleja y evitar de
esta manera el trabajo monótono y rutinario de desbastar las placas que conformaran
el molde, pernos, guías, etc. en la actualidad existen empresas que se dedican a la
fabricación de elementos normalizados y ofrecen todo tipo de elementos y accesorios
para moldes por catálogo.
Los elementos normalizados que estas compañías ofrecen presentan una alta
· calidad y precisión dimensional, lo que garantiza que si se compran en diferentes
países se tiene la seguridad de que todos ajustarán exactamente. Otra de las ventajas
del uso de elementos normalizados es la de contar con programas con base de datos
para la selección de éstos, esta área se conoce como Normas Asistidas por
Computadora (CAS, por sus siglas en ingles Computar Aided Standars). Además
Pro/ENGINEER cuneta con una vasta biblioteca de elementos normalizados de las
compañías 0-M-E y Hasco, con los cuales es fácil realizar el ensamble del conjunto del
molde. Este conjunto es necesario para realizar la simulación de apertura del molde
dentro de Pro/MOLDESIGN y revisar si existen interferencias mecánicas entre las
partes del molde. En este molde es difícil encontrar piezas que pueden tener
interferencia entre ellas, pero si el molde tuviera correderas (movimiento en la dirección
transversal al de apertura) las interferencias aparecen con mucha mayor facilidad.
Fig. 4.1 O Pieza normalizada y sus variantes. Ver página 64
62
Fig. 4.9 Molde con línea de partición y colada instalada.
63
LEADER PIN WITH NOMINAL DIAMETER FROM 3/4 TO 1-1/2 INCHES
-
7 e
A-~ _J -
Generic Part Name: LO PIN
INSTANCE G H K p M L NAME Pin Dia. Head Dia. Hcad Thick. Ovcrall Lcngth Shoulder Length
5000_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 1.7500 0.8750
5001_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 2.2500 0.8750
5002_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 2.7500 0.8750
5003_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 3.2500 0.8750
5004_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 3.7500 0.8750
5005_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 4.2500 1.3750
5006_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 4.7500 1.3750
5007_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 5.2500 1.3750 i
5008_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 5.7500 1.8750
5009_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 6.2500 1.8750
5010_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 6.7500 1.8750
501 l_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 7.2500 1.8750
5012_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 7 .7500 1.8750
5015_GL 0.7490 0.9900 0.1875 0.7510 9.2500 1.8750
5099_GL 0.8740 1.1150 0.2500 0.8760 1.7500 0.8750
5100_GL 0.8740 1.1150 0.2500 0.8760 2.2500 0.8750
5101_GL 0.8740 1.1150 0.2500 0.8760 2.7500 0.8750
Fig. 4.1 O Pieza normalizada y sus variantes.
4.5 CÁLCULO DEL SISTEMA DE LLENADO (COLADA, CANALES Y
COMPUERTAS)
El sistema de canales distribuye el plástico fundido proveniente del cilindro y hacia
las cavidades del molde. Su configuración, dimensiones y conexiones con el molde
afecta el proceso de llenado del molde, y por lo tanto a la calidad del producto. Un
diseño basado principalmente en consideraciones económicas (solidificación rápida y
ciclos cortos), está destinado a no cumplir con las demandas de calidad y sólo es
aceptable bajo ciertas circunstancias.
Un sistema de canales consiste de varios componentes. Esto es evidente en moldes
de múltiples cavidades. La Fig. 4.11 muestra un sistema de canales el cual se compone
de:
- colada
- canales (primarios y secundarios)
- compuerta
Runner 1 primory 1
runner
Section A-B Seccndory runner
Fig. 4.11 Sistema de canales y colada
El propósito principa_l del sistema de canales es llenar las cavidades, en un molde de
múltiples cavidades, de manera uniforme y con las mismas condiciones de temperatura
y presión en cada uno de ellos.
La compuerta es la transición entre el canal y la cavidad (pieza). Para separar la
pieza del canal de manera fácil y limpia, la tierra debe ser especialmente delgada;
también debe evitarse que la piel fría la cual se forma en las paredes del canal, entrar
en la cavidad.
65
4.5.1 El buje de la colada.
De acuerdo con la Fig. 4.12 es el primer elemento del sistema de canales, con la
excepción de los moldes de cavidades únicas, aquí la colada representa el sistema
completo. Después que el molde se ha cerrado y que la boquilla de la inyectora es
forzada contra el molde para sellar el punto de transición entre los dos, el material fluye
directamente del barril hacia la colada. Este proceso provoca una fuerte presión local
sobre el molde, el punto de carga crítica es el buje de la colada, el cual se fabrica
comúnmente de acero templado y se inserta al molde, por lo que es fácilmente
reemplazable en caso de que se dañe.
Oetail A
Fig. 4.12 Área curva de contacto entre la boquilla de la máquina y el buje del molde
La superficie de contacto es de especial importancia debido a su función como área
de sellado, existen diferencias entre superficies de contacto planas y curvas.
Las superficies planas son rara vez utilizadas en la práctica, debido a que requieren
una presión de sellado mayor. Son preferidas en moldes de canales calientes, ya que
permiten un movimiento lateral que ocurre con la expansión térmica.
En la mayoría de los casos se encuentran superficies curvas (esféricas), una
muesca poco profunda se maquina en el buje de la boquilla, en el cual se coloca la
nariz esférica de la inyectora.
Las condiciones generales siguientes determinan las dimensiones de la superficie
de contacto curva, con los símbolos de la Fig. 4.9
Ro + 1 <= RA (mm.)
dN + 1 <= ds (mm.)
Donde Ro es el radio esférico de la punta de la nariz, RA es el de la muesca en el
buje de la colada, dN el diámetro del orificio de la nariz, y ds el del buje de la colada.
66
Si estas condiciones no se cumplen, puede crearse un corte, evitando que se de la
condición de sellado necesaria o que la pieza no pueda demoldearse.
En contraste con la práctica europea, existen sólo dos radios esféricos típicos en los
E.U.: de 1/2 y 3/4 de pulgada. La tolerancia estándar para la punta de la nariz se
especifica como R+0.000_0.010 la cual satisface la condición anterior.
Las dimensiones de la colada dependen primordialmente en las dimensiones de la
pieza y en especial su espesor de pared. Existen ciertas reglas básicas a considerar:
- La colada no debe enfriarse antes que cualquier sección transversal, para permitir
suficiente transmisión de la presión de mantenimiento.
- La colada debe demoldearse fácilmente y de manera segura.
Estos requerimientos resultan en las reglas que se presentan en la Fig. 4.13, pero
referiste a las normas americanas para estas y otras dimensiones.
- - L F-·:"' 2 = 1 to 2 mm
dF ~ Smax + 1.5 mm
dA ¡:;do+ 1 mm
et i;l' ... 2'
> dF - dA tgoc=--
2 L
Fig. 4.13 Reglas de dimensionamiento para canales.
Un radio r2 se sugiere en la raíz de la colada para evitar esquinas con ángulos muy
cerrados entre la colada y la pieza (en moldes de cavidades única) y para facilitar el
flujo del material.
El buje de la colada esta expuesto principalmente a deflexión alternada. Por lo tanto,
el ancho del buje, el diámetro D1, no debe ser demasiado grande (momento de flexión).
El diámetro de la sección cilíndrica D debe mantenerse pequeño también para
minimizar el diferencial de temperatura entre el buje y el molde. El buje de la colada
interfiere con la temperatura uniforme de la mitad estacionaria del molde y tiende a
causar marcas, hendiduras, distorsiones, etc.
Por interés de esfuerzo, el radio r1, en la Fig. 4.9 debe mantenerse de preferencia
grande (para evitar concentración de esfuerzos en esquinas). Cualquier deformación
67
resultante de la presión ejercida por la nariz de la inyectora sobre el buje de la colada,
puede compensarse reduciendo la longitud en un máximo de 2 mm.
4.5.2 El Canal.
Los canales son la conexión entre la colada y las cavidades a través de la
compuerta. Están para distribuir el material hacia todas las cavidades al mismo tiempo
y bajo la misma presión. Dependiendo de las condiciones de temperatura, se pueden
distinguir tres clases de canales:
4.5.2.1 Sistema de canales estándar.
Estos se maquinan directamente en las placas del molde y no están dentro de tubos
calentados por separado. Por lo tanto su temperatura corresponde con la· del molde.
Podrían llamarse canales isotérmicos. El material se enfría en los canales después de
cada inyección y debe quitarse junto con la pieza después de cada ciclo. Este es el
caso para termoplásticos, así como para materiales reactivos. Los canales en
termofijos son desperdicio, mientras que en termoplásticos son reutilizables en cierta
proporción:
4.5.2.2 Sistema de canales calientes
Este sistema para moldes de termoplásticos se caracteriza por canales calentados
de manera separada. Su temperatura de 180 a 300ºC está en el rango de temperatura
de fusión del termoplástico, y por lo tanto superior que la temperatura común del molde
que va de 20 a 120ºC. El canal caliente lleva la fundición hasta la compuerta de la
cavidad sin pérdidas de calor. De manera simplista puede verse como una extensión
de la colada de la máquina de inyección hasta la cavidad. En contraste con el canal
estándar el termoplástico permanece líquido dentro del canal caliente, por lo tanto su
contenido no debe ser demoldeado y está disponible para el siguiente ciclo. el
problema básico de el sistema de canales calientes es el aislamiento térmico del canal
y el molde más frío.
68
4.5.2.3 Sistema de canales fríos.
De forma análoga a los canales calientes en moldes para termoplásticos, los canales
fríos se utilizan en moldes para materiales reactivos como termofijos y hule.
El canal frío tiene el mismo problema de aislamiento pero con signo invertido. En un
molde caliente de 160 a 180ºC el canal debe mantenerse a 80 -120ºC, para que el
material no reacciones de forma prematura dentro del canal.
El término canal frío no debe utilizarse de forma errónea para canales estandar.
4.5.2.4 Caracterización de los canales.
El dimensionamiento del sistema de canales está afectado por varios factores los
cuales resultan en esencia de la configuración del molde.
Factores que afectan el diseño de los canales.
Pieza
Geometría, volumen
Espes~r de pared.
Requerimientos de calidad:
- Dimensional
- Óptica
- Mecánica
Máquina de inyección
Tipo de fijación o cierre (clamping)
Presión de inyección
Razón de inyección.
Material de la pieza
Viscosidad
Componentes químicos (amorfos,
cristalinos)
Refuerzos
Tiempo de enfriamiento.
Rango de ablandamiento
Temperatura de ablandamiento
Sensibilidad al calor
Contracción
Molde de inyección
Demoldeado automático
Demoldeado manual
Temperatura del sistema de
canales.
Tabla 4.3 Factores que afectan el diseño de canales
69
Además de esto existen un número de objetivos generales y demandas que deben
cumplirse por el sistema de canales, en cuanto a requerimientos de calidad_ y
económicos se refiere:
1 Funciones y demandas 1 1 .- Llenado de la cavidad con un 6.- Longitud lo más corto técnicamente
mínimo de líneas de flujo visibles. posible para mantener las pérdidas de
presión, temperatura y material
pequeñas.
2.- La menor restricción al flujo 7. - Sección transversal tan grande que
posible. el tiempo de enfriamiento sea igual o
exceda por un poco el de la pieza. Sólo
así la presión de mantenimiento puede
ser efectiva.
3.- Mínimo porcentaje del peso total. 8.- El sistema de canales debe tener
poco o nada de efecto en el tiempo del
ciclo.
4.- Fácil de demoldear. 9.- Localización de la compuerta en el
luoar más orueso de la pieza.
5.- La apariencia de la pieza no debe 10.- Posición o diseño de la pieza tal
afectarse. que se prevenga la entrada a chorro del
material.
Tabla 4.4 Objetivos y demandas de los canales.
El material plastificado entra a los canales de un molde más frío a gran velocidad.
Junto a las paredes pierde calor rápidamente, solidificando el material cerca a éstas,
por lo que se forma una capa de aislamiento térmico para el material que fluye por el
centro del canal, y que llena la cavidad. Este centro caliente debe mantenerse hasta
que la pieza esta completamente sólida, sólo entonces la presión de mantenimiento
puede actuar para compensar la contracción de volumen durante la solidificación. este
requerimiento determina la geometría del canal.
4.5.2.5 Diseño de canales.
Por razones de ahorro en material y condiciones de enfriamiento, la razón de
superficie-a-volumen debe mantenerse pequeña. Las dimensiones del canal dependen
70
del tamaño de la pieza, el diseño del molde y el tipo de plástico procesado. Como regla
general, con el aumento del tamaño de la pieza y su espesor de pared, la sección
transversal del canal debe aumentarse. Una sección transversal mayor permite un
mejor llenado de la cavidad, debido a que la resistencia al flujo es menor que en la de
canales más delgados. la viscosidad del plástico debe ser menor en canales más
largos (trayectoria del flujo).
Debido a que las dimensiones de los canales son significativas para la calidad de la
pieza y economía de la producción la Fig. 4.11, presenta las secciones más comunes
de canales y evalúa su desempeño. La sección transversal parabólica es la más
favorable.
Sección transversal
Circular
0= Smax .1.smm
Parabólica
W = 1.25-0
O = smax + 1.5mm
Trapezoidal
W = 1,25·0
Comentario
Ventajas: pequeña superficie relativamente contra
sección transversal, razón de enfriamiento pequeña,
pocas pérdidas por calor y fricción, el centro se enfría al
último por lo que tiene mejor presión de mantenimiento.
Desventajas: el maquinado en las dos mitades del
molde es difícil caro.
Ventajas: La mejor aproximación a una sección
circular, maquinado más simple en una sola mitad del
molde (comúnmente en la mitad móvil, por razones de
expulsión).
Desventajas: más pérdidas de calor y desperdicio de
material.
Alternativa a la sección parabólica.
Desventajas: más pérdidas de calor y desperdicio de
material que en la sección parabólica.
Secciones desfavorables, deben de evitarse.
Figura 4.5 Secciones de canales
71
El acabado superficial de un canal depende del plástico a moldear. Es posible
asumir que es de ventaja no pulir el canal, para que así la piel dura se sujete mejor a la
pared y no sea fácil moverla con el flujo del material. Con otros plásticos, los canales
deben pulirse altamente o hasta cromarlos para evitar desperfectos en la pieza. estos
plásticos son: PVC, policarbonatos y poliacetatos.
En moldes de varias cavidades es importante que el material llene todas las
cavidades de forma uniforme y al mismo tiempo. Solo entonces la presión de
mantenimiento actúa en cada una, y el plástico solidifica en todas partes al mismo
tiempo. Existen técnicas para calcular el tamaño mínimo de canales requerido para
llevar la fundición con una presión y razón de flujo necesarias para lograr una calidad
óptima en la pieza.
Los cálculos se basan en la razón de corte del material a moldear contra la
viscosidad de la fundición a varias temperaturas. Comúnmente esta información la
tienen los proveedores de materiales plásticos. Debido a que es una labor iterativa, es
necesario comenzar con un tamaño razonable de canal, estimado en base a la
experiencia, de donde se puede partir y encontrar un refinamiento posterior en base a
los cálculos. Las consideraciones iniciales incluyen el peso de la pieza o su
comportamiento, o su requerimientos estéticos.
Para lograr un sistema de canales ingenieriles, es necesario comprender la caída de
presión en la fundición de plástico dentro de los canales. Esta caída de presión está
controlada principalmente por el flujo volumétrico o la velocidad de inyección, la
viscosidad de la fundición y las dimensiones del canal. Mientras es posible reducir la
viscosidad de la fundición incrementando su temperatura, reduciendo la caída de
presión, la mayoría de los material de moldeo tienen una temperatura "ideal" de
inyección, con la cual se obtienen ciclos de operación cortos y la mejor calidad en la
pieza. Por lo que se debe asumir que se utilizará esta temperatura para trabajar el
plástico.
La otra suposición que debe hacerse al comenzar el cálculo, es la cantidad en la
caída de presión que puede tolerarse. La máquina de inyección comúnmente puede
desarrollar 20,000 psi de presión. El molde debe diseñarse para utilizar un poco menos
de la capacidad nominal de la máquina. Un buen valor para asumir es de 10,000 a
15,000 psi [2].
72
4.5.2.6 Dimensiones de los canales.
No es una tarea sencilla calcular el tamaño de la sección transversal dependiendo
de la caída de presión, razón de flujo, características del material, viscosidad,
temperatura y algunas constantes del material. Algunas suposiciones deben realizarse
basándose en la experiencia. Aun están pendientes la confirmación experimental que
validen estas relaciones. por lo tanto la ecuación de la dimensión de un canal viene en
la literatura como:
D = S max + 1.5 mm.
D diámetro del canal (mm.)
S max Máximo espesor de pared de la pieza (mm.)
Debido a que esta fórmula no considera información geométrica ni reológica a parte
del espesor de pared, su aplicación se limita a piezas pequeñas.
Un método diferente para determinar la sección transversal de los canales se
sugieren en Fig. 4.14. Esta información también es empírica, pero considera material,
peso y espesor de pared de la pieza y longitud del canal [1].
73
~,¡ o,agram 1
' 700
600
t 500
~
<5 'ºº 300
200
100
o .......... c........L.---L-..L.......IL.......L.-L-..L.......I .......... _,_~
2 15 3 35 4 , 5 5 5 5 6 6.5 7 75 8 O'(mm)-
Diagrama 1 - Aplicable para PS, ABS, SAN, CAB
Diagrama 2 - Aplicable para PE, PP, PA, PC, POM
Símbolos
s: espesor de pared de la pieza (mm)
D: diámetro del canal (mm)
G: Peso de la pieza (gr)
L: longitud del canal a .una cavidad (mm)
fL: factor de corrección.
Procedimiento (diagrama 3).
1.- Determinar G y s
2. - tomar D' del diagrama del material considerado.
3.- Determinar L.
4.- Tornar fL del diagrama 3
5.- D1ametro corregido de canal: D = D' · fL
800
700
600
! 500
300
200
100
o,agram 2
o¡___;__.r._-'--.L-;..--L..---'----.L.......1--'----'---'-2 25 3 3 5 4 4 5 5 5 5 ó 65 7 7 5 8
O'/mm/-
30D mm
250
1200
150
'ºº
U 12 '3 ,., 1.5 ,,-
Fig. 4.14 Guía para dimensionar la sección transversal de un canal
74
4.5.2.7 Clasificación de los sistemas de canales.
El diseñador puede elegir entre algunas de las siguientes opciones para satisfacer
las demandas y objetivos de diseño.
1.- Canales que permanecen junto a la pieza y deben cortarse después.
11.- Canales que son removidos automáticamente de la pieza y son expulsados de
forma separada.
111.- Canales que son removidos automáticamente de la pieza pero permanecen en el
molde.
Debido a que el sistema de canales, en la mayoría de los casos, no pueden
separarse del tipo de compuerta, resulta en la clasificación siguiente:
Tipos de sistemas de canales.
1 1.- Compuertade colada.
2.- Compuerta de punta
3.- Compuerta de filo o esquina
4. - Compuerta de disco.
5.- Compuerta de anillo.
11 6.- Compuerta de túnel (submarina)
7.- Compuerta de punta (en moldes de tres placas)
111 8.- Compuerta de punta (con colada inversa)
9.- Compuerta sin canales.
10.- Canales para moldes de pila
11.- Canales aislados térmicamente.
12.- Canales calentados por separado
4.5.3 La compuerta.
4.5.3.1 Diseño de compuertas.
La compuerta conecta a la cavidad con el canal, es comúnmente el punto más
pequeño del sistema. Su tamaño y ubicación se deciden considerando varios
requerimientos.
Generalmente las compuertas deben ser pequeñas, fácilmente demoldeadas y
separadas de la pieza. Deben conectarse a la pieza de manera tal que ésta no se
distorsione y no exhiban manchas.
75
Para fluir a través de canales angostos, como los canales del molde o las
compuertas, el material encuentra una gran resistencia al flujo. Gran parte de la
presión de inyección se consume y la temperatura de la fundición se eleva
considerablemente. Si la compuerta es demasiado pequeña, no solo dificulta el
proceso de llenado sino que también puede provocar un sobre calentamiento y daño
térmico al plástico. En cambio, si es demasiado grande, no se produce el calentamiento
necesario y puede enfriarse prematuramente, por lo que no se mantiene la presión de
mantenimiento el tiempo suficiente para compensar las pérdidas de volumen debidas a
contracción.
Para no depender de diseño a base de prueba y error, es necesario utilizar
tecnologías computacionales modernas de asistencia para el diseño.
Para la ubicación de la compuerta existen dos opciones: céntrica y excéntrica con
respecto a la línea de partición. Además de sección circular, semicircular y rectangular.
Las consideraciones realizadas para la configuración de los canales también son
válidas para las compuertas. por lo tanto los canales de flujo deben tener la superficie
menor posible para cualquier volumen, para de esta manera mantener las pérdidas de
calor y fricción al mínimo. Esto se logra de la mejor manera con una sección circular,
pero debe maquinarse en ambas mitades del molde. Esto lo vuelve más caro y es una
buena razón para no colocar la compuerta en el centro en nombre de las ventajas de
buen flujo y que no se enfríe antes la fundición. La sección rectangular tam_bién se
excluye cuando es céntrica por razones de costo, pero si es necesario utilizarla su
ancho no debe exceder del 60% del diámetro del canal. una separación pobre y la
frecuente necesidad de maquinado como postoperación, son desventajas adicionales
de las compuertas céntricas.
Las compuertas excéntricas son más económicas en su fabricación, además de ser
más fácil de demoldear y separarlas de la pieza, comúnmente no es necesaria una
postoperación.
La sección transversal de la compuerta, no asegura por si misma las mejores
características de flujo en la cavidad durante el llenado. El plástico no debe salir a
chorro hacia la cavidad, sino llenarla de manera uniforme comenzando en la
compuerta. La entrada a chorro causa problemas, debido a que el material que entró
de esta manera, no se mezcla o refunde con el material que le sigue. Por lo tanto
deben cumplirse ciertos parámetros.
76
4.5.3.2 Posicionamiento de la compuerta en la pieza.
La posición de la compuerta determina la dirección del flujo del material dentro de la
cavidad. las propiedades físicas y la contracción en dirección del flujo son diferentes en
la mayoría de los casos, que en la dirección perpendicular. Esto resulta de la
orientación de las moléculas. el grado de orientación es especialmente importante en
paredes delgadas. Los valores óptimos de dureza y resistencia al impacto se obtienen
en la dirección del flujo, mientras que en la perpendicular se reduce la dureza e
incrementa la tendencia a la fractura por esfuerzos. Antes de diseñar un molde, es
necesario tener en claro la forma en que se esforzará la pieza y la dirección de los
esfuerzos principales. Esto es más importante para materiales reforzados con fibras.
El material plástico determina la sección de una compuerta. Al incrementar la
viscosidad y el espesor de pared de la pieza la sección transversal debe aumentar
también. Debido a que el tamaño de la compuerta depende de la parte más gruesa de
la pieza, es razonable colocarla en ese punto. (Al procesar espuma estructural es una
excepción: con esta técnica la compuerta debe colocarse en la sección más delgada.
El llenado se realiza por la presión del gas que se desarrolla, y la resistencia al flujo
debe hacerse menor al progresar el llenado, para compensar la pérdida de la presión
del gas). Si la compuerta no se encuentra en la parte más gruesa, ocurrirán hendiduras
y vacíos.
La orientación afecta la contracción y distorsión. La contracción es la diferencia en
dimensiones de la pieza y la cavidad. Es mayor con una mayor desigualdad entre las
temperatura del molde y fundición; y menor al aumentar el tiempo de relajación,
durante el cual la fundición permanece sin movimiento de su ubicación final.
Los materiales cristalinos se contraen de manera especial, como resultado de la
pérdida de volumen debido a la cristalización. Los plásticos amorfos presentan un
comportamiento más favorable. Con la adición de refuerzos, preferentemente
minerales, se reduce la contracción pero se incrementa la anisotropía, la cual puede
llegar a distorsión.
Algunas piezas necesitan ser inyectadas a través de varias compuertas, esto causa
líneas de unión o soldadura. Entre más frío se encuentre el frente de flujo, más visibles
son estas líneas y pobre en su fortaleza. Las líneas de unión también se generan
detrás de núcleos. Es aquí donde se pueden utilizar varias compuertas como medida
correctiva.
77
4.5.3.3 Número de compuertas necesarias para una pieza.
La configuración del artículo, el material a utilizar y las condiciones del proceso
determinan si se utilizarán una o varias compuertas para moldear la pieza.
Con algunos materiales y algunas formas (placas frías) la distorsión puede
compensarse empleando varias compuertas. La distorsión de una pieza se puede
atribuir, generalmente, a las diferencias en contracción y enfriamiento, o a las
restricciones en contracción durante el proceso de enfriamiento. Las placas y tiras
tienen sus compuertas del lado más estrecho.
Varias compuertas causan líneas de unión en puntos de confluencia de la fundición
dentro del molde. Entre más viscoso sea el material, más visible son.
Utilizando las fórmulas empíricas para el cálculo de canales se obtienen los
siguientes resultados:
Espesor máximo de la pieza= 4.3 mm.
Diámetro del canal= Espesor máximo de la pieza+ 1.5mm = 5.8mm = 0.22835in
Cerrando en 0.25in se obtiene un buje para la colada de la serie A en piezas
normalizadas de la compañía D-M-E, el buje con las dimensiones más aproximadas es
el A_6600 con las siguientes características:
Fig. 4.15 Buje de colada normalizado. Ver página 79
4.5.4 Análisis en C-FLOW/EZ
Una vez calculadas las dimensiones de la colada, los canales y la compuerta, es
posible realizar una pru~ba del llenado dentro de Pro/ENGINEER. Como ya explicó
anteriormente, se utilizará C-FLOW/EZ para realizar el análisis. Este análisis provee
información valiosa para la toma de decisiones posteriores, como la ubicación de la
línea de partición o si es necesario colocar salidas de aire extras; si es necesario
utilizar más de una compuerta debido a que las líneas de unión o soldadura se
encuentran en zonas donde la pieza se vera esforzada; un análisis del frente de flujo y
como se irá llenando la pieza según transcurre el tiempo; además de una velocidad
recomendada del pistón o tornillo de inyección.
Para realizar este análisis es necesario primero declarar la malla de elementos
finitos para el cálculo. Existen dos maneras posibles de realizarlo, a) el programa es
78
•
SPRUE BUSHING OF A SERIES
6250 - 1 --------R ---
1 2 .0000
L .1875-¡
ºl A
t . 2188 R -------+--. ,~_,___,___,,__.....__.....__-'--'
Generic Part Name: A_SERIES
INSTANCE NAME A R
A_6600 1.1875 o.so
A_6601 1.6875 o.so
A_6602 2.1875 o.so
A_6603 2.6875 O.SO
A_6604 3.1875 O.SO
A_6605 3.6875 o.so
A_6606 4.1875 o.so
A_6600A 1.1875 O.SO
A_6601A 1.6875 0.50
A_6602A 2.1875 o.so
A_6603A 2.6875 O.SO
Fig. 4.15 Buje de colada normalizado .
o
0.1562
0.1562
0.1562
0.1562
0.1562
0.1562
0.1562
0.2188
0.2188
0.2188
0.2188
t 1 .0000
! 1
79
capaz de realizar un malleo automático considerando las fronteras o límites de la pieza,
de esta manera se tiene poco control sobre las zonas más criticas ya que a el
programa no puede concentrar más elementos de cálculo en las zonas que para el
usuario pueden tener problemas al momento de realizar el llenado; b) malleo por pares
(pairs, como lo llama) donde el usuario define pares de superficies que representarán
al volumen contenido entre las superficies, con este método el usuario puede definir
una mayor concentración de elementos donde lo considere necesario.
Fig. 4.16 a) Pieza mallada, b) Pieza con elementos de los canales y punto de
entrada. Ver página 81
Las figuras siguientes muestran los resultados obtenidos en el análisis.
Aire atrapado.
Fig. 4.17 Aire atrapado dentro de la pieza. Ver página 82
Como se aprecia en la figura la cantidad de aire atrapado es pequeña y se
concentra en la parte superior de la pieza, pero al momento de diseñar el molde se
colocará la línea de partición cerca de la zona.
Línea de unión.
Fig. 4.18 Línea de unión en la pieza. Ver página 82
Como era de esperarse, en una figura con núcleo en el centro, la línea de unión se
encuentra justo del lado opuesto del punto de inyección. En una pieza pequeña, como
es el caso, no es necesario utilizar otro punto de inyección ya que se espera un tiempo
corto de inyección que resultará en una línea de unión con buenas propiedades
mecánicas debido a que los frentes de flujo se unirán con firmeza. El problema que
existe con las líneas de unión está en la humedad o basura que pueda llevar en si el
frente.
Avance del frente de flujo
Esta figura muestra en diferentes colores, comenzando con el azul y terminando con
el rosa, donde inicia la inyección y la zona donde termina.
Fig. 4.19 Avance del frente de flujo. Ver página 82
80
Fig . 4 16 a) Pieza mallada.
b) Pieza con elementos de los canales y punto de entrada .
Fig 417 Aire atrapado dentro de la pieza Fig 4.18 Linea de unión en la pieza
Fig 4.19 Avance del frente de fluJo
Velocidad recomendada del pistón.
REPORT ON FILLING OF PIEZA2
Recommended ram specd profile (rel): % stroke % speed
O. OOOOe+{)O 3 .8816e+O I l . 0000e+{) I 3.8816e+{)l 2. l 780e+Ol 2.9989e+{)l 3 . ()()()()e+{) 1 6.253le+{)l 4. 0000e+{) 1 8.3293e+Ol 5. 0000e+{) 1 8.6 l46e+{) l 6. OOOOe+{) l 8.8971e+Ol 7. ()()(}()e+{) 1 9.299 le+{) 1 8. 0000e+{) 1 l.0000e+{)2 9. ()()()()e+{) 1 9.590le+Ol 1.0000e+02 4.6333e+{) l
Fig. 4.20 Tabla con la velocidad recomendada de inyección.
Esta tabla recomienda la velocidad del pistón de inyección.
4.6 CONSTRUCCIÓN DE COLADA, CANALES Y COMPUERTA EN Pro/ENGINEER
Una vez hecho el análisis de llenado de la pieza y calculado las dimensiones de los
canales y compuertas es necesario construirlos y "cortarlos" dentro de las placas del
molde. Para lograr esto y realizarlo de manera sencilla la construcción se realiza dentro
del modo de parte en Pro/ENGINEER, se selecciona como un objeto definido por el
usuario y al final se corta en las placas dentro del modo de moldes.
Para construirlos se comienza con la definición de una geometría que tenga las
características esenciales de donde se ubicarán finalmente. Esto es con el objeto de
definir con exactitud el lugar donde se cortarán. Después se construyen la colada,
canales y compuerta, para definirlos como UDF (por sus siglas en ingles "user defined
file", objeto definido por el usuario). La gran ventaja de esta acción es el poder de
modificar el mismo sistema de canales para otros moldes molificando alguna de las
dimensiones características del sistema, sin la necesidad de construir uno nuevo.
En seguida se muestran las diferentes etapas en la construcción del sistema
utilizado en este ejemplo:
83
1.- Construcción de la base con las características semejantes a las condiciones de
las placas del molde.
2. - Construcción del sistema de canales.
3.- Definición del grupo UDF. Aquí el programa solicita que se nombren a ciertas
características geométricas del grupo para lograr su traslado hacia donde el usuario
considere.
4.- Dimensiones variables. El programa permite seleccionar las dimensiones
variables que definen al grupo para modificarlo al momento de su instalación. Aquí es
donde se encuentra la flexibilidad del programa al momento de utilizar un grupo
definido para cierto molde dentro de otro con características semejantes.
5.- Dimensiones constantes. Si existen dimensiones que no deben variar por ningún
motivo, o que sólo sean modificables una vez instalado el grupo dentro del molde, es
necesario identificarlas al momento de definir el grupo. Al momento de instalar el grupo
dentro de la pieza deseada, al programa pregunta la manera en que se manejarán las
dimensiones constantes, si con la posibilidad de modificarlas o que permanezcan sin
cambio a pesar que el usuario así lo deseé.
6.- Una vez definido el grupo, el programa lo almacena y lo deja a disposición del
usuario.
Fig. 4.21 Definición del grupo dentro del modo de parte. Ver página 85
7. - Dentro del modo de moldes, es necesario "llamar" al grupo como una
característica más dentro de su construcción. En el momento que se llama al grupo, el
programa necesita conocer las contrapartes de las características geométricas
definidas en la base de construcción del grupo dentro de las placas del molde. así la
superficie superior de la base del grupo será la superficie superior de la placa donde se
instalará el grupo. También es necesario definir los valores de las dimensiones
variables así como la forma en que se manejarán las dimensiones constantes.
Para ver el grupo instalado dentro del molde ver figura 4. 9
84
Fig. 4.21 Definición del grupo dentro del modo de parte.
85
4.7 DEFINICIÓN DE LA SUPERFICIE DE PARTICIÓN Y LAS MITADES
PRINCIPALES DEL MOLDE
Hasta este momento las placas del molde se han trabajado como un solo bloque. Es
en este punto cuando se define sobre que superficie se realizará la apertura. La
superficie de partición se define dibujándola en el bloque. Para este caso fue necesario
construir tres superficies de partición: una superficie horizontal alineada con la base de
las piezas y una para cada cavidad. Su hubiesen existido más cavidades serían
necesarias el mismo numero de superficies de partición. Una vez definidas las
superficies pueden unirse para crear una sola o utilizarse independientemente.
Con la superficie de partición definida. el siguiente paso es la separación de las
mitades del molde. El programa sólo pregunta cual es la superficie de partición y
realiza la separación automáticamente, además que pregunta cual será el primer
volumen y cual el segundo. Para este ejemplo nunca se definió a las pequeñas
protuberancias de las piezas en ninguna de las superficies de partición, pero el
programa calculó la superficie de estas zonas y pregunto en cual de los volúmenes
quedarían colocados los volúmenes. Lo mismo sucedió con el sistema de canales, ya
que la superficie horizontal los cortaba justo a la mitad no fue necesario definir nada
más.
Hasta este momento todas las figuras y volúmenes definidos nq pueden
considerarse como piezas capaces de trasladarse al modo de manufactura de
Pro/ENGINEER y obtener algún programa de control numérico para realizar su
fabricación. Por lo que es necesario "extraer'' la pieza del volumen. Con el uso de una
instrucción Pro/MOLDESIGN extrae automáticamente los volúmenes que se deseen,
pero hasta este punto sólo se cuenta con las dos mitades del molde.
Una vez extraídas las mitades, es posible obtener una pieza completa del molde,
una pieza junto con su colada, canales y compuerta. Todos los volúmenes extraídos de
Pro/MOLDESIGN son piezas totalmente funcionales de Pro/ENGINEER, lo que
significa que pueden modificarse en el modo de parte o manufacturarse en el modo de
ensamble o en el modo de manufactura.
Fig. 4.22 Pieza moldeada. Ver página 87
86
Fig. 4.22 Pieza moldeada.
87
4.8 DEFINICIÓN DE INSERTOS Y/O VOLÚMENES DEL MOLDE
Otra de las grandes ventajas de realizar el diseño del molde dentro de
Pro/ENGINEER es la rápida definición de los insertos del molde que tendrán que
fabricarse por separado de las placas principales. Una vez decidido la forma de los
insertos o volúmenes, no es más que "tomar" superficies bases y extenderlas en cierta
dirección para crearlos.
En este caso no fue tan sencillo debido a que la pieza contaba con varias
superficies, con sus direcciones en varios sentidos, que dificultan el extendido de
éstas. Por lo que fue necesario "dibujar'' el perfil del inserto y unirlo a otro volumen
previamente definido.
Para definir el inserto inferior:
Crear el volumen del macho de la cavidad dibujando el perfil de la parte circular de
la cavidad, es decir sin considerar la pequeña protuberancia en la base de la pieza. Se
dibuja el perfil para después revolucionarlo 360 grado y obtener el primer volumen.
Para la definición de la protuberancia es posible seleccionar la superficie superior y
extenderla hacia la superficie base de la pieza, de esta manera se obtiene el segundo
volumen. Finalmente se dibuja la base del inserto como la extrusión de un perfil
dibujado en un plano imaginario en el centro del molde. El inserto se logra ~I unir los
tres volúmenes.
Fig. 4.23 Inserto inferior. Ver página 89
Definición del inserto superior:
Debido a la complejidad de la figura, al menos al momento de definir los insertos, fue
necesario recurrir a una trampa. Se definió un volumen dibujado que ocupara toda la
cavidad y después se corto la forma de la cavidad, como si fuera otro molde.
Fig. 4.24 Inserto superior. Ver página 90
Hasta este punto, el programa permite un diseño congruente del molde; para el
diseño de las demás características del molde esta tesis recomienda pasar al modo de
parte donde se facilita el manejo de la pieza y sus operaciones. Como ejemplo estaría
el diseño del sistema de enfriamiento, donde el modo de moldes no cuenta con
ninguna opción definida para ello, además que una vez extraídos las pieza de los
88
Fig. 4.23 Inserto inferior.
89
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I I
I
,, ,, ,,------"'
' ',, -___ ,,,, - -_,,,,," \ ' ........ ---- ------~\ .............. '-- ......... __ -------- -""' ,~, '............ --------- __ ,.--'
,;,, '---------------------~ ',
\.~,, ......... ::::::-.... ''-2-~ ........ ,'\---------------l, ........ :;:::::::-: ........ -
-- ......... ~ ----t 't:==;::---' ' -,------------ ,r
\ / \ I
~-----------------J
Fig. 4.24 Inserto superior.
I I
,I I
I I
,I
1 ~,
\~ l 1\ 1 \ 11 1 \ 1 1 I 1 1 1 n 1 1 11 / 111
I 1 11 / 111
/ 111 / I 11
/ I 11 I 111
I 11 / I II l
I /1 / I 11 /
I 11 / // , , ,
/ 11 / I II f
11 ¡ // I
// I 11 ¡
11 ¡ 11 I
// I ,, , 11 I
11 I 1/ I
// I ,, I
90
volúmenes definidos en Pro/MOLDESIGN no es posible definir nuevas características . dentro de este módulo. Es por eso la recomendación de llevar las piezas definidas en
el modo de molde al modo de parte, ya que aquí se cuenta con la libertad de modificar
la pieza.
91
CONCLUSIONES
A lo largo de la presente tesis se realizó un diseño de un molde para inyección de
plástico aplicando los conceptos básicos de diseño, que se encuentran en la literatura;
junto con una herramienta básica para el diseñador actual, un paquete computacional
especializado, Pro/ENGINEER en este caso. Se complementó éste utilizando otros
paquete computacional especializado en el análisis reológico, MOLDFLOW, donde se
obtuvieron los parámetros más apropiados de operación del molde y se comprobó el
buen funcionamiento del molde.
Es importante señalar que todos los paquetes computacionales son solamente
herramientas para que el proceso sea más rápido, pero no pueden garantizar por si
solos que se esta haciendo lo correcto. Las decisiones importantes aun las tiene que
realizar el diseñador, la literatura tiene las reglas básicas de diseño, pero no garantizan
que sean universales ni que no sea posible mejorarse los diseños.
Aún así un diseñador inexperto puede lograr significativos resultados utilizando esta
metodología, debido a la versatilidad que ofrecen los paquetes y seguridad de
resultados que se pueden obtener al manejar las computadoras los cálculos
necesarios. Una de las grandes ventajas de utilizar paquetes como Pro/ENGINEER es
la de manejar la filosofía de Ingeniería Concurrente dentro del proceso de diseño, ya
que es posible realizar cambios fundamentales en los primeros pasos del diseño,
aunque el proceso se encuentre en su etapa final, y el cambio se verá reflejado en
forma de cascada. La posibilidad de ver el producto terminado, tanto de la pieza como
del molde, antes de que se haya realizado el primer corte de metal, permite tomar
importantes decisiones que de otra forma retrasarían el proceso de diseño y
manufactura considerablemente.
Dentro de Pro/MOLDESIGN, de Pro/ENGINEER, se realizó la construcción física del
molde:
- Construcción de la geometría de la pieza (modelo de diseño) y las placas de las
cavidades del molde (pieza de trabajo).
- Modificación de la pieza para que la construcción de la cavidad sea satisfactoria
(ángulo de salida).
- Comprobación de las superficies que requieran ángulo de salida lo tengan, además
de analizar el espesor mínimo y máximo.
92
- Ensamble de cavidades.
- Construcción de colada, canales y compuerta.
-Análisis de llenado, utilizando método de elemento finito de C-FLOWEZ.
- Ensamble de colada, canales y compuerta dentro del molde.
- Construcción de la línea de partición y división del molde.
- Definición de volúmenes y obtención de insertos y piezas listas para manufactura.
- Definición del proceso de apertura del molde, y prueba de interferencia mecánica
durante este proceso.
Dentro de MOLDFLOW se realizó el análisis reológico de la colada, canales,
compuerta y pieza:
- Modificación de la geometría de la pieza y construcción de la malla de elemento
finito para la pieza dentro de Pro/ENGINEER.
- Construcción de la malla para la colada, canales y compuerta dentro de
MOLDFLOW.
- Análisis mediante elementos finitos del proceso de inyección.
- Obtención de resultados:
+ Tiempo de llenado.
+ Presión dentro de la cavidad.
+ Temperatura dentro de la cavidad.
+ Tiempo de enfriamiento.
+ Frente de flujo.
+ Esfuerzos cortantes de la fundición. ,.
+ Velocidad d~ corte.
+ Contracción de la pieza.
La conjunción de los resultados obtenidos en los análisis, aunque no indispensables
si son de gran utilidad, junto con la construcción del molde dentro de Pro/ENGINEER
representan una gran ventaja competitiva para cualquier empresa que se dedique al
diseño y construcción de moldes. Ya que la sola posibilidad de hacer un diseño
probado por computadoras y aprobado por diseñadores experimentados reduce el ciclo
considerablemente, evitando que se cometan la mayor cantidad de errores posibles.
Estoy convencido, por la experiencia obtenida durante esta tesis, que la aplicación de
estas poderosas herramientas de diseño no puede ser más que ventajosa y de gran
provecho, para aquel que realmente sabe hacia donde se dirige. Pero debo insistir en
que las computadoras no son más que herramientas, y que sus resultados serán tan
útiles como el diseñador que las maneje. Una de las más grandes enseñanzas de mi
93
primer maestro de computación fue: "Si a una computadora se le alimenta con basura,
sus resultados serán también basura". Por lo que no debe creerse que comprando un
equipo como el que cuenta el ITESM-CEM se resolverá cualquier problema con que
cuente un taller de diseño y construcción de moldes.
94
95
ANEXOS
96
ANEXO A
CÁLCULO DEL SISTEMA DE CANALES DE ENFRIAMIENTO
Determinación del calor que debe disiparse.
El calor que debe desprenderse de la pieza depende de la masa de molde, de la
temperatura de elaboración y de la temperatura media de desmoldeo.
La figura A.1 representa la termicidad (entalpía) de algunas masas termoplásticas en
relación con la temperatura. Esta figura muestra, es posible obtener la entalpía que
debe extraerse de la masa conociendo las temperaturas de inyección y la temperatura
media de desmoldeo.
Para la pieza de interés los siguientes son los parámetros de operación:
Temperatura de elaboración 230ºC
Temperatura del molde 40ºC
Temperatura media de desmoldeo 70ºC
Espesor máximo de pared
Masa de la pieza
4mm.
0.01721 kg.
Tiempo del ciclo 20 seg.
Diámetro de la línea de agua 1 /2 pulg.
le•/ ., o'ºº .,..._---+-----+--.......,.r=-f':::,,,-C-~--,..---,--+------1 u
,_ u .. Q.
.;_ ~T - - _, .. ~ ~J
Q. o o u - .. ..5 SD "t:I "t:I ~
~J e ·-o ""O
U 0
D D 11J ISD Temperatura 8
Fig. A.1 termicidad (entalpía) de las masas termoplásticas.
97
Según la gráfica le entalpía que debe extraerse para un polipropileno con estas
condiciones es de operación es .1h = 120 kcal/kg.
La cantidad de calor que debe disiparse del plástico por unidad de tiempo es
Oku = .1h * m / tciclo = 0.10326 kcal/seg
Pero como es un molde de dos cavidades:
2*Oku = 0.20652 kcal/seg
Disposición del sistema de enfriamiento en el molde.
El agente moderador que fluye por los canales de enfriamiento del molde tiene la
misión de aportar o disipar calor hasta que se obtiene la temperatura adecuada en la
pared del mismo. Además del calor aportado por la masa con la que se obtiene la
pieza, el fluido moderador tiene que disipar también la diferencia de calor entre la
superficie exterior del molde y el ambiente, lo que viene a representar un intercambio
de calor. Con temperaturas elevadas del molde, la cantidad de calor disipada hacia el
ambiente puede ser superior a la aportada por la masa inyectada. En este caso, el
fluido que sirve de agente moderador tiene que aportar calor, a fin de garantizar, en la
pared el molde, la temperatura elevada que se requiere; entonces no hay refrigeración
del molde, sino calefacción. por ello, en sentido estricto, no son correctas las
denominaciones de canales de enfriamiento y agente moderador, sino que son más
apropiadas las de canales y agente acondicionamiento de la temperatura. La
temperatura del agente de acondicionamiento es muchas veces distinta de la pared del
molde (hasta 30ºC de diferencia). El gradiente de temperatura depende de las
resistencias a la transmisión y a la conducción térmica en el molde y del calor a disipar.
Son apropiados, como medios de acondicionamiento de la temperatura:
Agua gama de temperatura 5 a 90º C (bajo presión, hasta 120ºC)
Mezcla de agua/alcohol gama de temperatura < 5º C
Salmuera
Aceite
gama de temperatura> 5º C
gama de temperatura > 90 a 300º C
La diferencia de temperaturas .181 = 8kk - 8TM se obtiene de la ley de transmisión
térmica de Newton:
8kk - 8TM= (Oku + Ou )/2*Fkk*a
98
donde:
Oku = Calor a disipar de la pieza. Se deduce de la ecuación del calor a disipar
por unidad de tiempo.
Ou :::: ªL * Fwa * (8u - 8TM); Calor intercambiado entre el molde y el ambiente (es
positivo cuando el calor se aporta al molde).
8kk = Temperatura de la pared del canal de enfriamiento
8TM = Temperatura del agente moderador
F kk = Superficie del canal de enfriamiento en una mitad del molde.
a = Coeficiente de transmisión térmica agente moderador/pared del canal de
enfriamiento.
Fwo=
Coeficiente de transmisión térmica para convección libre en aire
:::: 6 kcal/m2*h* grado
Superficie exterior del molde.
Con una superficie de intercambiador de calor, Fkk, lo mayor posible y un coeficiente
de transmisión térmica, a, elevado, puede mantenerse pequeña la diferencia de
temperatura d81.
El coeficiente de transmisión térmica a depende en forma notable del coeficiente de
Reynolds, característico de una corriente, que vale:
donde:
UTM=
PMT= Q=
TJTM =
Re = UTM * PMT * D I TJTM
Velocidad del agente de acondicionamiento de la temperatura.
Densidad del mismo agente.
Diámetro del conducto.
Viscosidad dinámica del agente.
Por tanto, el flujo del agente moderador debería ser siempre turbulento (Re>2300).
Una elevada velocidad del fluido, UTM , y una reducida viscosidad, TJTM , mejoran la
transmisión térmica. el agua es más favorable que el aceite debido a su mayor
viscosidad.
La diferencia de temperatura d82 = 8w - 8kk depende de la conductibilidad térmica
del material del molde y de la distancia entre los canales de enfriamiento y la pared del
mismo:
8w - 8kk = Skk * Oku / 2 * 'A.w * F
99
donde:
skk = Aw=
Distancia del canal de enfriamiento a la pared del molde.
Conductibilidad térmica de la pared.
F = Superficie proyectada de la pieza.
A continuación se presentan valores de conductibilidad térmica para algunos
materiales de molde.
Material Conductibilidad Módulo de elasticidad
térmica [cal/cm*s*grd] [kp/mm2]
Cobre y sus 0.21 - 0.94 12500 - 1400
aleaciones
Aluminio y sus 0.32 - 0.53 6800 - 8500
aleaciones
Cinc 0.26 11000
Acero no aleado 0.16 21000
Acero muy aleado 0.07 21000
Acero inoxidable 0.07 21300 - 21500
Grafito 0.35 900
Tabla A.1 Conductibilidad térmica de algunos materiales
Para conseguir un gran rendimiento del acondicionamiento de la temperatura, la
distancia entre los canales y la pared de la cavidad ha de ser pequeña. no obstante,
hay límites condicionados por razones de resistencia y rigidez. Combinando las
ecuaciones de diferencias de temperaturas 1 y 2, se obtiene, para el gradiente total de
temperatura, desde la pared del molde al agente de acondicionamiento:
La temperatura del agente moderador 8TM , la distancia de los canales de
refrigeración Skk a la pared y la superficie del canal de refrigeración Fkk, se elegirán
de modo que se cumpla la ecuación. Si 8TM y Skk se indican previamente, queda
definido Fkk, que es un valor mínimo con el que se garantiza el rendimiento de
enfriamiento adecuado. Si se aumenta Fkk, sólo se reduce la diferencia de temperatura
entre la pared el molde y el agente moderador. La exigencia de una superficie de
100
intercambio máxima la cumplen mejor los canales rectangulares que los de sección
circular.
Continuando con el ejemplo, se piensa utilizar acero no aleado para la construcción
del molde y agua como agente moderador a una temperatura de 15º C. Por lo tanto se
obtiene la siguiente información para realizar los cálculos.
Para el acero:
'A.w = O. 16 cal/cm*seg*"°C = 16 cal/m*seg*"°C
Para el agua:
a= 50 W / m2•0 c = 0.01194 kcal/m2•seg*ºC
Despejando Fkk se obtiene la superficie necesaria para la transferencia de calor
para que resulten las temperaturas establecidas en el inicio del ejemplo:
Ou = 6 kcal/m2*h*"°C • 0.10536 m2 • (28 - 15)ºC = 8.218 kcal/h = 2.28e-3 kcal/seg
Los canales se colocarán a 1 pulg. de la pieza [1]
skk = 0.254 m
Después de realizar los cálculos necesarios se obtiene que:
Fkk = 0.0232 m2 Para una cavidad.
Si se considera que se utilizarán canales de enfriamiento con sección transversal
sircular con un diámetro de 1/2 pulg. Es posible obtener la longitud necesaria de los
canales de enfriamiento.
O 5" r· o Fig. A.2
Pero sólo se considerará la mitad del perímetro como zona de intercambio de calor,
ya que es esta zona la que está más en contacto con la cavidad caliente.
101
El área total es el producto del perímetro por la longitud de los canales por lo tanto:
L = 1.16 m = 45.77 pulg.
Esto es sólo para una cavidad, el total en el molde sería el doble
2L = 2.32 m = 91.54 pulg.
Utilizando una sección de canal rectangular se mejoran los resultados en todos los
sentidos, ya que es mejor el intercambio de calor con un perímetro mayor
0.5"
0.25"
Fig. A.3
L = O. 925 m = 36.4 pulg. 2L = 1.85 m = 72.8 pulg.
102
ANEXO B
INGENIERÍA CONCURRENTE
Una de las grandes ventajas del diseño con el programa Pro/ENGINEER es la
posibilidad de utilizar los conceptos de ingeniería concurrente. Ya que durante todo el
proceso de diseño es posible revisar lo que se considera hecho. Y si se decide realizar
un cambio en cualquier punto del diseño, ese cambio se verá reflejado hasta el punto
último de diseño, después de una actualización.
La ingeniería concurrente viene a constituirse como una nueva propuesta en el
proceso de diseño, la cual busca incrementar desde la calidad del producto hasta las
ganancias de la empresa. Los elementos necesarios para una nueva propuesta de
diseño incluyen consideraciones de tipo económico y de funcionalidad de la parte. Sin
embargo, el problema de la naturaleza en seria del diseño tradicional es que: una sola
faceta del diseño es desarrollada a un tiempo. La funcionalidad usualmente viene
primero, seguida por la manufactura, después le sigue el ensamble, y por último la
utilidad. Esta propuesta secuencial debe ser modificada si el proceso de diseño quiere
ser mejorado.
lngenierí~ concurrente se pregunta, si en verdad el proceso de diseño debe ser
cambiado, o bien que puntos en el proceso son posibles de modificación. Por otra
parte, el 70 % del costo de producción es determinado durante la etapa de forí!lulación
del concepto. Si se consideran los elementos tiempo y costo, el desarrollo del producto
durante esta etapa resulta ser bajo, sin embargo, algunos pequeños cambios en el
punto del costo pueden afectar grandemente el costo de producción. Sólo cerca del
20% del costo de la producción se ve afectado por etapas posteriores, como por
ejemplo, en la planeación de la manufactura de la parte. Más tarde, en la etapa de
diseño conceptual, los cambios resultan costosos porque la documentación o
información ya ha sido iniciada y, sin embargo, ahora algunos cambios deben
realizarse. También, cambios para este tiempo en el proceso de diseño no afectan
considerablemente sobre el costo e producción. De esta manera, es en la etapa de
diseño conceptual donde debe tomarse una ventaja al crearse un producto a bajo costo
y un proceso de diseño simultáneo.
Dentro de la ingeniería concurrente todas las tareas a realizar del diseño se
encuentran integradas como elementos para el desarrollo del producto. La diferencia
entre las técnicas de diseño tradicional y las de ingeniería concurrente estriba en que
103
las tareas no son realizadas por grupos de especialistas, que trabajan aisladamente,
sino que todos trabajan en conjunto a través de un grupo interdisciplinario, como un
equipo de expertos o como un equipo de equipos, en el cual cada uno de ellos puede
contribuir en el diseño del producto.
La ingeniería concurrente tiene como propuesta el detallar el diseño mientras
simultáneamente se desarrollan las capacidades de producción, la capacidad de
soporte y la calidad. La esencia de ingeniería concurrente es la integración del diseño
del producto y de la planeación del proceso dentro de una actividad en común. El
diseño concurrente ayuda a mejorar la calidad, de las primeras decisiones de diseño y
tiene un gran impacto en el ciclo vida-costo del producto.
Dentro de la ingeniería concurrente el diseñador representa el eje o centro del ciclo
del proceso, coordina los comentarios y las sugerencias de rediseño de cada uno de
los grupos de expertos alrededor de la circunferencia. La comunicación entre cada uno
de los grupos de expertos está indicada por las flechas radiales y bidireccionales. En
este procedimiento de diseño, un diseño conceptual es presentado en forma
simultánea a cada uno de los grupos, los cuales pueden comentar sobre el mismo en
relación a su área de especialidad.
Los campos de especialización de los grupos de expertos en ingeniería concurrente
pueden ser básicamente en:
- Ensamble.
- Manufactura.
- Inspección.
- Mantenimiento y soporte técnico.
- Mercadotecnia.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA INGENIERÍA CONCURRENTE
En ingeniería concurrente el producto es diseñado simultáneamente con el
desarrollo de la capacidad de producción, soporte técnico e ingeniería de calidad.
Clausing (1990) describe los beneficios producto de esta concurrencia:
1.- El personal del departamento de soporte técnico e ingenieros de calidad pueden
tener un comienzo más temprano en el proyecto.
2.- El diseño para la manufactura y la planeación del mantenimiento son facilitados.
104
3.- El personal de producción y soporte entiende más el diseño y son comisionados
para estos mismos departamentos.
4.- La generación de varios prototipos se ve reducida.
El proceso de ingeniería concurrente genera los siguientes beneficios a la dirección:
1 . - La consideración de todos los involucrados y todas las fases del sistema para el
ciclo de vida del producto, provoca un mejor proceso de diseño.
2.- Permite a la dirección concentrarse en calidad, costo e inventarios.
3.- Para todos los procesos, las alternativas son investigadas y se realizan estudios
para mejorarlas y encontrar el mejor diseño. Las alternativas pueden incluir los
productos de competencia.
4.- La gente en la compañía llega a ser más unida, trabajando juntos y entendiendo·
mejor el uno al otro. Las comunicaciones se dan horizontalmente.
5.- El mismo equipo multidisciplinario sigue el producto de principio a fin,
facilitándose para ellos entender mejor el producto.
Por otra parte, dentro de las desventajas de la ingeniería concurrente existen costos
adicionales como son:
1.- El tiempo de principio a fin de un producto es usualmente acortado, pero el
proceso de la ingeniería concurrente requiere de más gente y tiempo para su
aplicación y para el aprendizaje de su filosofía.
2.- La participación de un equipo interdisciplinario en el desarrollo de un producto,
implica constantes cambios en el tiempo establecido para el proceso de diseño, lo cual
puede ser problemático para muchas compañías.
3.- Cada uno de los involucrados debe ser educado acerca del nuevo proceso y el
papel que juega dentro de él.
105
ANEXOC
ANÁLISIS REOLÓGICO DE MOLDES PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICO, CON EL
PAQUETE COMPUTACIONAL MOLDFLOW
Las condiciones bajo las cuales una pieza es moldeada, tiene un efecto significativo
en la calidad del componente. El termino "calidad" para una pieza de plástico engloba
aspectos como: acabado superficial, estabilidad dimensional y propiedades mecánicas.
La demanda de productos de mayor calidad ha forzado el desarrollo de programas
computacionales para la simulación del proceso de inyección de plástico, contando hoy
en día con una amplia gama de éstos.
Las áreas de simulación en el proceso de materiales termoplásticos son: diseño
reológico, diseño térmico y diseño mecánico. El diseño térmico el objetivo a alcanzar es
el de un enfriamiento rápido y uniforme de la masa fundida. El diseño mecánico busca
dimensionamiento óptimo de los componentes del molde.
El diseño reológico consiste en establecer el comportamiento del flujo del material
plástico en la fase de llenado y empacamiento del molde. Los resultados incluyen
diagramas e información cualitativa de presión y esfuerzos del material.
En el análisis de flujo se obtiene la siguiente información :
1.- Patrón de flujo, para detectar la posición de líneas de unión, aire atrapado,
posición de venteas y zonas estructuralmente débiles.
2.- Distribución de presión, para determinar la presión requerida en el llenado del
molde y la fuerza de cierre, así como para establecer zonas sobreempacadas es decir
de mayor peso.
3.- Temperatura, nos proporciona información referente al acabado superficial de la
pieza, líneas de unión débiles y distorsión generada por el gradiente de temperatura.
4. - Distribución de esfuerzos cortantes, indica la tendencia a la distorsión, ruptura y
esfuerzos residuales de la pieza.
5.- Velocidad de corte, indica una posible degradación del material al sobrepasar la
velocidad de corte permisible de la masa fundida.
6. - Tiempo de enfriamiento, muestra la tendencia de distorsión de la pieza por
enfriamiento desigual.
?.-Ángulo de flujo, proporciona información de la orientación molecular del material.
8.- Contracción volumétrica, indica la variación dimensional debido a un
empaquetamiento pobre.
)06
El análisis en conjunto de estas características permite predecir la calidad de la
pieza inyectada y del diseño del molde antes de fabricarse.
Para el caso específica de este trabajo se empleo el paquete MOLDFLOW, el cual
permite al usuario determinar condiciones de proceso (temperatura de la masa fundida,
temperatura del molde, y tiempo de inyección) y llevar a cabo el balanceo de cavidades
y canales del molde.
MOLDFLOW emplea el método del elemento finito para solución numérica de las
ecuaciones que describen el flujo del plástico dentro del molde, calculando primero el
campo de presiones, seguido del cálculo de temperaturas por medio del método de
diferencias finitas y finalmente el avance del frente de flujo se realiza mediante una
aproximación de volumen de control.
La simulación comienza con un modelo de la pieza a inyectar, a éste se le asigna el
diámetro de los canales y espesor de la pieza, para finalmente determinar la etiqueta
del nodo de inyección, todo ello en el sistema MFVIEW. mediante el programa
MADRAS de MOLDFLOW se selecciona el material plástico que se utilizará para la
simulación, cabe destacar que MADRAS es una base de datos de propiedades
reológicas de los materiales plásticos más comerciales. Con toda esta información se
emplea el programa MFL de MOLDFLOW para llevar el análisis, los datos de entrada
son: temperatura del molde, temperatura de la masa fundida de plástico y el tiempo de
inyección, cabe destacar que anteriormente se fijan las características del material del
molde y de la máquina de inyección, por ejemplo: fuerza de cierre, conductividad,
densidad y capacidad calorífica del material del molde, etc. Con todo ello se pueden
visualizar los resultados en MFVIEW que sirve como pre y postprocesador de la
información. [12]
Esta ligera descripción del paquete no muestra todas las opciones con que cuenta el
mismo, ni es la intención de esta tesis hacerlo. Aunque es necesario mencionar la
posibilidad de dos tipos de análisis, uno llamado rápido donde es posible realizar una
aproximación de los resultados finales y donde se optimizan los parámetros de
operación del molde, máquina de inyección, dimensiones de canales y colada; el
segundo es llamado multilaminar y es aquí donde se obtiene los mejores resultados ya
que el análisis lo realiza por capas. Como su nombre lo dice el análisis rápido se
realiza en un menor tiempo que el multilaminar, es por eso que se utiliza en la
optimización de parámetros, ya que se puede correr varias veces sin demorar tanto
como lo haría el otro.
Para este trabajo se utilizará polpipropileno con un 20% de talco, como material a
inyectar. Al consultar la base de datos MADRAS se encontraron varias compañías que
107
contaban con este material: Basf Ag, Eastam, Exxon, Ferro, Himont, etc. Se seleccionó
el material de la Exxon X004, por tener las características deseadas:
Material DATABASE type: MATDB <Standard>
SUPPLIER/file name : EXXON
GRADE code : X004
Material MODEL order : 1
Material description :
X004 PP HO PP1052 MFR 5 STAB. EXXON Vl(260)78 EXXON JUN83
Conductividad
Calor específico
Densidad de la fundición
temperatura de expulsión
Temperatura de no flujo
O. 120000 WlmldegC
2900. 000000 JlkgldegC
767.000000 kglcu.m
151.000000 deg.C
160.000000 deg.C
Viscosidad
Temperatura Razón de Corte Viscosidad
deg.C 1/s Pa.s
240.000 100.000 400.705353
260.000 10000.000 17. 757860
280.000 1000.000 66.275963
Condiciones de procesamiento:
Fundición Genérica Temperatura mínima
Fundición Genérica Temperatura máxima
Fundición Genérica Temperatura sugerida
Molde Genérico Temperatura mínima
Molde Genérico Temperatura máxima
200.000000 deg.C
260.000000 deg.C
230.000000 deg.C
20. 000000 deg. c 60.000000 deg.C
Molde Genérico Temperatura sugerida 40.000000 deg.C
Fundición Genérica Temperatura absoluta máxima 300.000000 deg.C
Esfuerzo de corte genérico máximo O. 250000 MPa
Razón de corte genérica máxima 100000. 000000 1 Is
108
Como es posible observar, la tabla de datos recomienda los parámetros de
operación para el material, que son un buen inicio en la iteración para la búsqueda de
condiciones mejores si los resultados no están dentro del rango esperado.
Para la máquina de inyección también existen ciertos valores por default que pueden
utilizarse, para de ahí partir en la selección final de la máquina:
Parámetros de la máquina
--------------------------------Presión de inyección máxima : 100.00 MPa
Tonelaje máximo de cierre : 10000.00 tonne
Como ya se explicó, primero se realizó un análisis rápido para. conocer las
condiciones en que nos encontrábamos, ya que el modelo de la pieza a inyectar no fue
creado dentro de MOLDFLOW, sino en ProlENGINEER (como ya es bien conocido).
por lo que se tuvieron problemas en la transferencia de información, que dificulta la
solución de irregularidades en la malla una vez dentro de MOLDFLOW. Para el análisis
rápido se utilizo el modelo de la pieza con las siguientes características:
Información del modelo
----------------------------------MODEL (master) file name: tapf1
616 nades, highest no.= 616
1166 elements, highest no.= 1166
16 cold runner elements
1150 triangular elements
Maximum aspect ratio of 4. 129 at element : 63
Mínimum aspect ratio of 1. 179 at element : 485
Average aspect ratio of triangular elements : 1. 885
Nodo de inyección
Number of injection nades 1
lnjection node numbers
611
109
Las condiciones de moldeo fueron las siguientes:
Condiciones de moldeo
------------------------------------Temperatura del molde: 40.00 deg.C
Temperatura de la fundición: 230.00 deg.C
Tiempo de inyección : 2. 00 sec
Volumen total 34. 76 cu.cm
Razón de flujo 17.38 cu.cmls
Y las opciones de análisis:
Opciones de análisis
--------------------------------
Nominal lnjection Profile:
% Shot Vol % Nominal Flow Rafe
100.0 100.0
110
100 ###H#M###H############Hll#######M##K#####ll######Hll#
I# #
% I# #
80-# #
F I# #
L I# #
O 60-# #
w I# #
I# #
R 40-# #
A I# #
T I# #
E 20-# #
I# #
I# #
o -+ 1-------1---------1 20 40 60 80 100
% SHOT VOLUME
Razón de flujo máxima (dependiendo el perfil) 17.38 cu.cmls
Una vez definidos todos los parámetros necesarios se corre el programa para
obtener lo que podrían llamarse resultados preliminares, ya que este modo de análisis
no es el más detallado.
* SUMARIO DE RESULTADOS EN LA ETAPA DE LLENADO * ..... ********************************************
Valores Mínimos - Máximos
Presión Máx. (en el llenado) 18.4304 MPa
Presión Máx. ( durante el ciclo) : 18.4304 MPa
Fuerza de Cierre Máx. (durante el ciclo) : 3.2875 tonne
111
Área total proyectada 52.7408 sq.cm
Tiempo de inyección real 2.0149 sec
Temperatura Mín. (en el llenado) · 215.0570 deg.C
Temperatura Máx. (en el llenado) 235.1414 deg.C
Temperatura Mín. (en el frente de flujo) · 214.5203 deg.C
Temperatura Máx. (en el frente de flujo) · 235.1830 deg.C
Razón de Corte Máx. (en el llenado) · 6247. 7 432 1/s
Razón de Corte Máx. (durante el ciclo) : 9005.8984 1/s
Esfuerzo de Corte Máx. (en el llenado)
Esfuerzo de Corte Máx. (durante el ciclo) :
0.3382 MPa
0.3619 MPa
Tiempo Máx. de Solidificación (elementos tri.): 21.39 sec ( Element 487)
Tiempo Mín. de Solidificación (elementos tri.): 3.43 sec ( Element 1145)
Tiempo Máx. de Solidificación (canales fríos): 22.97 sec ( Element 1151)
Tíempo Mín. de Solidificación (canales fríos): 3.89 sec ( Element 1166)
Gasto
----------------------Nodo Gasto
[cu.cm]
611 34.980
Presión cuando el Gasto excedió el volumen de la pieza 18.430 MPa
Presión cuando el volumen de desplazamiento del pistón excedió al volumen de la
pieza : 18. 430 MPa
112
Perfil de inyección real
------------------------------------------------% Vol. de inyección.
99.0
% de la razón de flujo nom.
100.0
99.1 100.0
100.0 88.2
10~#####ll#################ll########M#################
I# % 1# 80-#
F I# L I# O 60-#
w I# I#
R 40-#
A I# T 1# E 20-#
I# 1#
o ----------1--1--- -----1-20 40 60
#
#
#
#
#
#
#
#
#
#
#
#
#
#
1---------1 80 100
% VOLUMEN DE LA INYECCIÓN
l 13
Sumario del análisis
------------------------------------------------
--------------------- ------------Flow rafe
Time : Volume : Actual : Nominal : Pressure : Clamp force:
sec % : cu.cmls % MPa tonne
0.10533: 5.24: 17.381 : 100.00: 12.21: 0.17:
0.21659: 10. 77: 17.381: 100.00: 12. 72: 0.21:
0.32499: 16.17: 17.381 : 100.00: 12.97: 0.23:
0.42898: 21.34: 17.381: 100.00: 13.08: 0.25:
0.53690: 26. 71: 17.381 : 100.00: 13.23: 0.28:
0.63847: 31.75: 17.381: 100.00: 13.41: 0.30:
0.74054: 36.82: 17.381 : 100.00: 13.54: 0.33:
0.84261: 41.89: 17.381: 100.00: 13.69: 0.36:
0.94842: 47.15: 17.381 : 100.00: 13.86: 0.40:
1.04995: 52.20: 17.381: 100.00: 14.00: 0.43:
1.15232: 57.29: 17.381: 100.00: 14. 14: 0.47:
1.25634: 62.45: 17.381: 100.00: 14.28: 0.50:
1.36245: 67. 72: 17.381: 100.00: 14.42: 0.54:
1.46447: 72.78: 17.381: 100.00: 14.56: 0.59:
1.56657: 77.85: 17.381: 100.00: 14.67: 0.63:
1.66764: 82.87: 17.381: 100.00: 14. 79: 0.67:
1. 76902: 87.89: 17.381: 100.00: 15.02: 0.76:
1.87012: 92.92: 17.381: 100.00: 15.38: 0.92:
1.97169: 97.97: 17.381: 100.00: 17.47: 2.05:
1.99442: 99.10: 17.381: 100.00: 18.43: 2.56:
2.01484: 100.00: 12.293: 70. 73: 18.43: 3.29:
2.01492: 100.00: 11. 720: 67.43: 18.43: 3.29:
* Change to Press. Control at 99. 1 % Shot Volume ( 1.99442 sec)
Pressure = 18.430 MPa
114
Una de las grandes ventajas de esta paquete computacional es la visualización de
los resultados en forma gráfica, lo cual permite una mejor interpretación de estos por
parte del usuario.
Resultados gráficos principales:
1.- Tiempo de llenado. El tiempo de llenado es de 2.003 segundos para toda la
pieza, además de que es posible observar el frente del flujo a través del tiempo.
2.- Presión. La presión que se debe ajustar en la máquina inyectora es de 18.43
MPa, para que el molde llene sin ningún problema. O más bien es la presión a utilizar
en un análisis mecánico del molde.
3.- Temperatura. Esta temperatura corresponde al momento en que la cavidad se ha
llenado y se tiene que la máxima temperatura es de 235.14ºc, con una mínima de
215.0SºC, con un gradiente de 20ºC, el cual está dentro de los rangos aceptables.
4.- Tiempo de enfriamiento. El tiempo en que tarde en solidificar la parte más gruesa
de la pieza es de 22.96 segundos, con lo cual el tiempo total para obtener la pieza es
de 25 segundos aprox.
ANÁLISIS MUL TILAMINAR
Los resultados obtenidos dentro del análisis rápido fueron bastante cercanos a la
realidad, lo que se comprueba con el análisis multilaminar. Una de las ·grandes
diferencias entre estos dos tipos de análisis se encuentra en que el multilaminar
considera la compresibilidad del material, por lo que el tiempo de llenado puede
aumentar así como la presión de inyección.
MFL 5.3.1 11 SUMMARY -FINAL FILLING AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
*
*
*
*
*
MUL TI-LAMINA TE
FILLING ANAL YSIS
*
*
*
-MULTI
115
Información del modelo
----------------------------------MODEL (master) file name: tapam31
1153 nades, highest no.= 1153
2200 elements, highest no.= 2200
19 cold runner elements
2181 triangular elements
Maximum aspect ratio of 3. 784 at element : 242
Mínimum aspect ratio of 1.157 at element: 1347
Average aspect ratio of triangular elements : 1. 537
Después del análisis rápido se comprobó que no era necesario el tonelaje de 1000,
para asegurar que el molde permaneciera cerrado, por lo que se disminuyó a 20.
Parámetros de la máquina
--------------------------------Presión de inyección máxima 1 OO. 00 MPa
Tonelaje máximo de cierre 20.00 tonne
Se utilizará el mismo material que en la corrida anterior.
Información del material
Reading MOLDFLOW PVT200 from Standard database.
Material DATABASE type: MATDB <Standard>
SUPPLIER/file name : EXXON
GRADE code : X004
Material MODEL arder : 1
Material description :
X004 PP HO PP1052 MFR 5 STAB. EXXON Vl(260)78 EXXON JUN83
Como se mencionó la compresibilidad del material se considerará por lo que se
especifica su comportamiento:
116
Temperatura Presión Volumen específico
deg.C MPa cu.cmlg
0.000 0.000 1.061216
0.000 160.000 1.023664
20.000 0.000 1.073499
20.000 160.000 1.029500
168.889 0.000 1.197810
173.687 80.000 1.137556
180.364 160.000 1.102619
176.000 0.000 1.243659
186.000 160.000 1.126120
200.000 0.000 1.264580
200.000 160.000 1.131166
240.000 0.000 1.299448
240.000 160.000 1.145582
Las condiciones de procesamiento son exactamente iguales para los dos análisis:
Condiciones de procesamiento:
Fundición Genérica Temperatura mínima
cundición Genérica Temperatura máxima
Fundición Genérica Temperatura Sugerida
Molde Genérico Temperatura mínima
Molde Genérico Temperatura máxima
Molde Genérico Temperatura sugerida
200. 000000 deg. e 260.000000 deg.C
230.000000 deg.C
20.000000 deg.C
60.000000 deg.C
40.000000 deg. C
Fundición Genérica Temperatura absoluta máxima 300.000000 deg.C
Esfuerzo de corte genérico máximo O. 250000 MPa
Razón de corte genérica máxima
Nodo de inyección
----------------------------------Number of injection nades : 1
lnjectíon nade numbers
1
100000.000000 1/s
117
Las condiciones de moldeo fueron las siguientes:
Condiciones de moldeo
------------------------------------Temperatura del molde: 40.00 deg.C
Temperatura de la fundición: 230.00 deg.C
Tiempo de inyección : 2. 09 sec
Volumen total 36.41 cu.cm
Razón de flujo 17. 42 cu.cmls
Y las opciones de análisis:
Opciones de análisis .
--------------------------------Nominal lnjectíon Profile:
% Shot Vol % Nominal Flow Rafe
100.0 100.0
100 ll#ll##ll#########U#############U####################
1# % I# 80-#
F I# L 1# O 60-#
w I# I#
#
#
#
#
#
#
#
#
R 40-# #
A I# #
T 1# #
E 20-# #
I# #
I# #
o ----------1---------1---------1---------1---------1 20 40 60 80 100
% SHOT VOLUME
118
Razón de flujo máxima (dependiendo el perfil) 17.42 cu.cmls
RESULTADOS
***********************************************
* SUMARIO DE RESULTADOS EN LA ETAPA DE LLENADO ***********************************************
Valores Mínimos - Máximos
Presión Máx. (en el llenado) 18.4512 MPa
Presión Máx. ( durante el ciclo): 18.4512 MPa
Fuerza de Cierre Máx. (durante el ciclo) : 3.1435 tonne
Área total proyectada · 50.1839 sq.cm
Tiempo de inyección real 2.3198 sec
Temperatura Mín. (en el llenado) · 224.6231 deg.C
Temperatura Máx. (en el llenado) · 230.4337 deg.C
Temperatura Mín. (en el frente de flujo) · 222.6018 deg.C
Temperatura Máx. (en el frente de flujo) · 230.8366 deg.C
Razón de Corte Máx. (en e/llenado) · 12355.2773 1/s
Razón de Corte Máx. (durante el ciclo) : 15677. 7959 1/s
Esfuerzo de Corte Máx. (en el llenado) 0.2591 MPa
Esfuerzo de Corte Máx. (durante el ciclo) : 0.2735 MPa
*
Tiempo Máx. de Solidificación (elementos tri.): 25.86 sec ( Element 1350)
Tiempo Mín. de Solidificación (elementos tri.): 2.77 sec ( Element 912)
Tiempo Máx. de Solidificación (canales fríos): 29.62 sec ( Element 2191)
Tiempo Mín. de Solidificación (canales fríos): 3.44 sec ( Element 2185)
119
Gasto
----------------------Nodo Gasto
[cu.cm]
1 36.928
Presión cuando el Gasto excedió el volumen de la pieza 17. 930 MPa
Presión cuando el volumen de desplazamiento del pistón excedió al volumen de la
pieza : 17. 930 MPa
Perfil de inyección real
% Vol. de inyección. . % de la razón de flujo nom.
10.0 70.0
20.0
30.1
40.1
50.0
60.3
70.4
80.6
90.6
99.2
100.0
87.7
92.5
94.7
95.9
96.8
97.4
97.9
98.3
98.5
91.4
120
100- ##########################
( /:l###tt##ll/:l/:f lf tf ll#1YII # # # # #
% 1 #k'#### # # # # # # # #
80 - # # # # # # # # # #
F 1 .. 'J 1' "J' # # # # # # # # # ,n,rHfrl L 1# # # # # # # # # # #
O 60 -# # # # # # # # # # #
w I# # # # # # # # # # #
I# # # # # # # # # # #
R 40 -# # # # # # # # # # #
A I# # # # # # # # # # #
T I# # # # # # # # # # #
E 20 -# # # # # # # # # # #
I# # # # # # # # # # #
I# # # # # # # # # # #
o ---------1---------1---------1--1---------1
20 40 60 80 100
% VOLUMEN DE LA INYECCIÓN
Sumario del análisis
------------------------------------------------
Flow rafe
Time : Volume : Actual : Nominal : Pressure : Clamp force:
sec % : cu.cmls % MPa tonne
-------------------- ------------------------------------------0.18069: 5.04: 12.480: 71.64: 10.08: 0.14:
0.31696: 10.14: 14.501: 83.24: 10.95: 0.16:
0.44095: 15.23: 15.344: 88.08: 11.31: 0.18:
0.55870: 20.26: 15.822: 90.82: 11.55: 0.20:
0.67912: 25.52: 16.127: 92.57: 11. 74: 0.22:
O. 79370: 30.60: 16.352: 93.86: 11.91: 0.24:
0.90560: 35.61 : 16.508: 94. 76: 12.09: 0.26:
1.01787: 40.66: 16.627: 95.44: 12.27: 0.29:
1.13005: 45. 74: 16.722: 95.99: 12.45: 0.33:
121
1.24049: 50.75: 16.806: 96.47: 12.63: 0.36:
1.35545: 55.99: 16.875: 96.86: 12.81: 0.39:
1.46641: 61.05: 16.934: 97.21: 13.00: 0.43:
1.57710: 66.11: 16.983: 97.49: 13.18: 0.48:
1.69143: 71.33: 17.027: 97.74: 13.39: 0.53:
1.80102: 76.34: 17.064: 97.95: 13.56: 0.58:
1.91112: 81.38: 17.101 : 98.16: 13.75: 0.63:
2.02348: 86.53: 17.132: 98.34: 13.96: 0.70:
2.13421: 91.61: 17.156: 98.48: 14.40: 0.87:
2.24499: 96.66: 17.157: 98.48: 16.63: 1.92:
2.30306: 99.30: 17.151 : 98.45: 18.45: 2.83:
2.31980: 100.00: 13.543: 77. 74: 18.45: 3.14:
2.31980: 100.00: 13.022: 74. 75: 18.45: 3.14:
------------ -----------* Change to Press. Control at 99. 3 % Shot Volume ( 2. 30306 sec)
Pressure = 18.451 MPa
Resultados gráficos:
1.- Malla de elementos finitos para la pieza como para la colada
Fig. C.1 a) Malla de la pieza para MOLDFLOW. Ver página 125
2.- Tiempo de llenado ..
En la figura "FILL TIME" se puede observar la secuencia de llenado de las
cavidades. En la figura "FILL TIME (O.O - 0.8 seg)" se muestra el tiempo de llenado
dentro del rango de O seg. a 0.8 seg. y en el cual se nota que el material plástico en la
zona de espesor de 4 mm se llena más rápido que las zonas adyacentes.
Fig C.1 b) Llenado a o.a seg.
En la figura "FILL TIME (O.O - 1.6 seg)" es aun más notorio que en la parte superior
de la pieza, con un espesor promedio de 1.5 mm., el movimiento es más lento. Esto se
pone de manifiesto por el ancho de las franjas de colores. Cuando es más ancha la
franja es mayor el desplazamiento del material en la pieza.
122
Fig. C.2 a) Llenado a 1.6 seg. Ver página 126
En la figura "FILL TIME (0.001 - 2.319 seg)" se muestra la pieza al finalizar la fase
de llenado, en el cual el tiempo total es de 2.319 seg. La última zona en llenarse es la
mostrada en color azul marino. La diferencia entre el tiempo de llenado especificado y
el tiempo mostrado en la figura es debido a la compresibilidad del material.
Fig. C.2 b) Llenado a 2.319 seg.
3.- Temperatura.
En la figura "TEMPERA TURE", se muestra la distribución de temperatura al llenarse
la pieza y en el cual se tiene un gradiente de temperatura de 6ºC con lo cual se tiene
un rango adecuado de temperatura para evitar problemas de pandeo en la pieza.
Fig. C.3 a) Distribución de temperaturas. Ver página 127
4. - Presión.
En la figura "PRESSURE" se muestra el rango de presión en el cual la presión
máxima para llenar la cavidad es de 18.451 MPa. Esta presión corresponde a la
primera presión de la máquina de inyección y la presión cero se tiene en la parte
superior de la pieza, la cual es la última zona en llenarse.
Fig. C.3 b) Distribución de presión
5.- Tiempo de enfriamiento.
En la figura "COOLING TIME" se observa que el tiempo de enfriamiento de la pieza
es de 15 seg. en la zona más gruesa y de 2. 765 seg. en la más delgada. La colada
tiene un tiempo de enfriamiento de 29.62 seg. Este último sería el tiempo necesario
para expulsar la pieza.
Fig C.4 a) Tiempo de enfriamiento. Ver página 128
6. - Esfuerzos máximos.
En la figura "MAX STRESS" el máximo esfuerzo de corte se píesenta en el punto de
inyección y corresponde a un valor de 0.273 MPa., en la pieza en general encontramos
un esfuerzo de 0.1 MPa. Para el tipo de material esté tiene un esfuerzo máximo de 0.25
123
MPa. y el cual es aproximadamente igual al máximo, pero no influye en la pieza ya que
en ésta tenemos 0.1 MPa. y no existe posibilidad de tener esfuerzos residuales.
Fig. C.4 b) Esfuerzos máximos .
•
12-4
F1g C 1 aJ Malia de la pieza para MOLDFLOW b¡ Lle11ado a O 8 seg
125
F1g C 2 a) Llenado a 6 seg b) Llenado a 2 319 seg
126
.. ........
F1g C 3 aJ D1str1buc1on de temperaturas b) D1str1buc1on de presión
127
Fig CA a) Tiempo de enfriamiento b) Esfuerzos máximos.
i28
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