Sistemas CAE para la Simulación de Piezas de Plástico
DESARROLLO DE PRODUCTO
9 OBJETIVOS: • Reducir el tiempo de desarrollo de productos nuevos (TIME TO MARKET). • Garantizar el resultado con el mínimo número de prototipos. • Reducir costes.
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
DESARROLLO DE PRODUCTO
Interés y utilidad Calidad Modelos numéricos Costes Prestaciones equipos informáticos Plazos
CAE Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
CAE: Ingeniería asistida por ordenador
9 Es un método numérico para calcular la respuesta
de un sistema a una impulso exterior. 9 Produce soluciones numéricas aproximadas a problemas físicos que permiten evaluar sistemas complejos. 9 Más fácil y económico de modificar que un prototipo. 9 Se usa para calcular deformaciones, tensiones, vibraciones, temperaturas,etc... 9 Se utilizan ordenadores para el cálculo debido a el numero astronómico de operaciones a realizar. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
CAE: Ingeniería asistida por ordenador
9 División de un modelo en un conjunto de pequeños
elementos interconectados por una serie de puntos llamados nodos. Problema continuo (Infinitos grados de libertad) Funciones continuas de un sólido real Problema discreto (Grados de libertad finitos) Funciones en intervalos discretos (elementos)
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Campos de aplicación. 9 Cálculo estructural:
9 Cinemática y dinámica de
mecanismos:
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Campos de aplicación. 9 Cálculos térmicos: 9 Utilizan la discretización en elementos finitos para calcular la
transmisión de calor a través de la estructura considerando los mecanismos de conducción, convección y radiación
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Campos de aplicación. 9 Cálculos Electroestáticos, Magnetoestáticos, Electromagnéticos: Permiten
la evaluación de los efectos de Campos eléctricos y magnéticos.
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Campos de aplicación. 9 Cálculos Reológicos o Análisis de fluidos:
(comportamiento de líquidos, gases y materiales viscosos).
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Campos de aplicación. 9 Cálculos Reológicos
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Campos de aplicación. 9 Análisis de vibraciones:
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Campos de aplicación. 9 Análisis de “Crash”:
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Campos de aplicación. 9 Análisis de Fluidos.:
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Campos de aplicación. 9 Aplicaciones medicas:
9Analiza la interacción entre la
prótesis y el fémur
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Campos de aplicación. 9 Aplicaciones militares:
9Este problema describe el impacto oblicuo de un proyectil rígido,
esférico que viaja en una velocidad de 1000 m/sec sobre una placa de armadura plana Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Diagrama operacional del desarrollo y producción de una pieza de plástico NO NO
OK
Diseño de molde
Simulación reológica
OK
Simulación estructural NO NO
Producción
OK Ensayos de molde
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CAE: Ingeniería asistida por ordenador
Predicción de errores
Incertidumbre
Coste de las modificaciones
Fases Proceso Diseño
Ingeniería
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Producción
CAE: Ingeniería asistida por ordenador
• Sistemas CAE de simulación reológica : Programas de simulación por ordenador que predicen el comportamiento del plástico en el interior de la pieza o de la cavidad del molde durante y después del proceso de inyección de termoplasticos.
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Simulación del proceso de inyección de piezas de plástico
Herramienta de trabajo multidisciplinar PROVEEDOR MATERIAL
DISEÑADOR
CAE MOLDISTA
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TRANSFORMADOR
Simulación del proceso de inyección de piezas de plástico
Ventajas de la simulación reológica •
Reducción de costes – Reducción del tiempo de ciclo. – Ahorro de material. – Reducción del tiempo de diseño del molde – Menos pruebas y modificaciones de molde.
•
Aumento de calidad de las piezas – Dimensiones dentro de tolerancias. – Menores deformaciones y alabeos. – Menor número de piezas rechazadas.
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Simulación del proceso de inyección de piezas de plástico
• Modelo de elementos finitos
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Simulación del proceso de inyección de piezas de plástico
40
20
125
• Modelo de elementos finitos de la cavidad y de la refrigeración
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Malla de elementos finitos
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Malla de elementos finitos con canales de refrigeración
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Etapas de una simulación reológica Análisis de Refrigeraciones (OPC)
Análisis de llenado
Análisis de compactación y enfriamiento
Análisis de Contracciones y deformaciones
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Análisis de llenado Simula el comportamiento del plástico durante el llenado de la cavidad, es decir, durante la fase de la primera presión. permite: 9 Establecer el número, forma y la localización óptima de los puntos de inyección en función del llenado, para solucionar problemas de líneas de unión, atrapes de aire, temperaturas, etc. 9Determinar las condiciones de inyección básicas: - Tiempo de inyección - Temperatura de inyección del plástico - Temperatura del molde - Presión de inyección necesaria 9Determinar la presión de inyección y la fuerza de cierre necesaria y por tanto la máquina a utilizar. 9Localizar las zonas críticas de compactación y refrigeración. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Análisis de llenado •
Fill time (Tiempo de llenado)
Tiempo de llenado - animación Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Análisis de llenado •
Fill time (Tiempo de llenado) Que debemos buscar? Comprobar que no se produzcan llenados cortos (‘short shot’) Llenado equilibrado, es decir que todos los frentes de flujo acaben su recorrido simultáneamente. Evitar fenómenos de pérdida de velocidad en el flujo (‘hesitation’) que podrían inducir al llenado corto entre otros defectos Evitar el efecto de sobrecompactación cuándo hay un llenado desequilibrado y un flujo llena mucho antes que el resto, estando sometido a la presión de inyección más rato que otras zonas de la pieza Líneas de soldadura y atrapes de aire
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Análisis de llenado •
Temperature at flow front (Temperatura del frente de flujo)
9 Indica la temperatura del frente de flujo en el instante en el que el frente de flujo alcanza la zona analizada.
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Análisis de llenado •
Temperature at flow front (Temperatura del frente de flujo) Que debemos buscar? La máxima homogeneidad posible en este resultado. Una temperatura del frente de flujo homogénea es básica para lograr una buena inyección. Calidad de las líneas de unión: para que las líneas de unión sean de buena calidad hay que evitar que el frente de flujo se enfríe en exceso en las líneas de unión. Evitar zonas calientes, las zonas calientes en el frente de flujo pueden indicar un exceso de cizalla. Puede indicar que es necesario facilitar el paso de material en una zona concreta o cambiar los parámetros de inyección (velocidad de llenado, temperatura de masa, etc.) Evitar zonas frías que pueden ser provocadas por la perdida de velocidad del flujo (a favor de otro frente de flujo), espesor de pieza insuficiente o parámetros de inyección inadecuados. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Análisis de llenado •
Weld lines (Líneas de soldadura)
9 Representación gráfica de la ubicación y longitud de las líneas de unión.
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Análisis de llenado •
Weld lines (Líneas de soldadura) Debemos buscar: Que la ubicación de las líneas de soldadura es la adecuada para el uso de la pieza. Las líneas de unión representan un punto de posible rotura de la pieza y un problema estético. Además de la ubicación y longitud de las líneas de unión indicada en el resultado es conveniente verificar la calidad de las mismas comprobando: Que la temperatura del frente de flujo es adecuada y parecida entre ambos frentes de flujo. Que la línea de soldadura recibe presión suficiente para ser compactada cuándo el material todavía esta caliente. Si el flujo se queda parado después de formarse la línea o se desplaza después de crear la línea de unión y mueve así internamente la ubicación de la línea (línea de unión más resistente). Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Llenado Llenado 3D 3D Ejemplo 9 Problema: Atrape de aire en zona vista.
INDUSTRIA: Mobiliario Mobiliario Oficina Oficina INDUSTRIA: PRODUCTO: Apoyabrazos Apoyabrazos Granada Granada PRODUCTO: Cortesía de: de: Cortesía
9IFI, S.A.
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Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Llenado Llenado 3D 3D Ejemplo
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Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Llenado Llenado 3D 3D Ejemplo
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Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Llenado Llenado 3D 3D Ejemplo
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Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Llenado Llenado 3D 3D Ejemplo
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Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Llenado Llenado 3D 3D Ejemplo
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Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Llenado Llenado 3D 3D Ejemplo 9 Solución final. Se evita el atrape de aire.
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Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Llenado Llenado Ejemplo
• Objetivo: Optimización del grosor de la pieza y de la posición de las boquillas para no superar una determinada fuerza de cierre Optimización del sistema de inyección, perfil de compactación y Para conseguir una inyección lo más correcta posible.
• Modelo del material Poliestireno: Lacqrene 4241 de Atofina
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MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DE LA PIEZA
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MODELO DE ELEMENTOS FINITOS DE LA PIEZA
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Primera propuesta del sistema de alimentación
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Primera propuesta del sistema de alimentación
Diametro de las Grosor general de boquilas la pieza (mm) 6 6 6 8
3 3,5 4 3
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Presión especifica de llenado ( bar)
Fuerza de cierre aproximada (toneladas)
876 687 567 875
3750 2900 2400 3750
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Conclusión 1ª Propuesta MINIMIZAR FUERZA DE CIERRE
REDUCIR LA PRESION DE LLENADO
REDUCIR LA LONGITUD DE FLUJO
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Segunda propuesta del sistema de alimentación
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Segunda propuesta del sistema de alimentación
Diametro de las Grosor general de boquilas la pieza (mm) 6 6 6
3 3,5 4
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Presión especifica de llenado ( bar)
Fuerza de cierre aproximada (toneladas)
786 614 513
3300 2550 2150
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Conclusiones
9 El espesor de 3mm requiere una elevada presión de inyección para llenar la pieza. Aún moviendo las boquillas hasta casi los limites permisibles la presión es bastante elevada provocando una Fuerza de Cierre necesaria por encima de las 3000 toneladas. Por este motivo parece necesario aumentar el espesor de la pieza.
9 Combinando el desplazamiento de las boquillas hasta los limites permisibles con el aumento el espesor hasta 3,5 mm la fuerza de cierre disminuye sensiblemente llegando hasta un valor muy próximo al requerido.
9 Otra posible solución para reducir la presión es cambiar el material por otro material más fluido.
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TIEMPO DE LLENADO PARCIAL
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TIEMPO DE LLENADO PARCIAL
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TIEMPO DE LLENADO PARCIAL
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TIEMPO DE LLENADO PARCIAL
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TIEMPO DE LLENADO PARCIAL
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TIEMPO DE LLENADO PARCIAL
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PRESION DE COMPACTACIÓN
45 40
Presió (MPa)
35
Presion 40 40 0 0
30 25
Tiempo 0 5 20 27
20 15 10 5 0 0
5
10
15
20
25
30
Temps (s)
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FUERZA DE CIERRE
Fuerza Máxima de cierre aproximada= 2450 ton
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Análisis compactación y enfriamiento
9Simula el comportamiento del plástico durante la fase de compactación y la fase de enfriamiento. permite: 9 Determinar las dimensiones del SISTEMA de INYECCIÓN 9 Determinar el perfil de presión de compactación. 9 Establecer el tiempo de enfriamiento más adecuado para minimizar el tiempo de ciclo.
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Fase de Compactación Fase de compactación: cuando se acaba la fase de llenado el plástico en su mayoría deja de fluir y la viscosidad pasa a ser dependiente de la temperatura del plástico. El plástico enfría más rápidamente y necesita más presión para entrar en la cavidad. TEMPERATURA
VOLUMEN
PVT Data for Crystalline material
PVT Data for Amorphous Material 1.10
1.05 1.00 0.95
P=0[MPa] P=50[MPa]
0.90
P=100[MPa] 0.85
P=150[MPa] P=200[MPa]
0.80 0
50
100
150
200
250
300
Temperature [ºC]
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350
Specific Volume [cm^3/g]
Specific Volume [cd^3/g]
1.10
1.05 1.00 P=0[MPa]
0.95
P=50[MPa]
0.90
P=100[MPa]
0.85
P=150[MPa] P=200[MPa]
0.80 0
50
100
150
200
Temperature [ºC]
250
300
350
Análisis de llenado y compactación •
Frozen layer fraction (Fracción de polímero solidificado)
9 Indica el ratio entre el polímero solidificado y la vena líquida de polímero durante el ciclo
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Fase de llenado y compactación •
Frozen layer fraction (Fracción de polímero solidificado) Debemos buscar: Valores bajos de polímero solidificado, tanto durante el llenado como al inicio de la compactación. Si tenemos zonas con valores elevados, el polímero que haya después de estas zonas no podrá ser compactado correctamente, o incluso el flujo se puede desviar hacia otras zonas dónde les sea más fácil fluir durante el llenado. Tener en cuenta el importante incremento de presión necesario para empujar el material en las zonas con valores elevados de Frozen layer fraction. Una reducción del 50 % del espesor de pieza implica aumentar la resistencia al flujo en 8, en los canales implica aumentar la resistencia al flujo en 16.
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Fase de llenado y compactación •
Clamp Force (Fuerza de cierre)
9 Fuerza de cierre aproximada para inyectar la pieza sin que se nos abra el molde.
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Fase de llenado y compactación •
Clamp Force (Fuerza de cierre) Debemos buscar: Podemos comprobar el valor máximo de fuerza de cierre y en que instante se produce y así saber si nuestra máquina de inyección podrá inyectar la pieza. Generalizando, es recomendable no superar el 80% de la fuerza de cierre máxima de nuestra máquina. Evaluar si la fuerza de cierre máxima se produce durante el llenado o en los primeros instantes de la compactación.
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Fase de llenado y compactación •
Time to freeze (Tiempo hasta la solidificación)
9 Tiempo transcurrido desde el final del llenado hasta que el material está completamente solidificado.
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Fase de llenado y compactación •
Time to freeze (Tiempo hasta la solidificación) Debemos buscar: Que el resultado sea lo más corto y uniforme posible, lo que significaría que la pieza enfría rápidamente y de forma homogénea. Debemos asegurarnos que la entrada no se ha solidificado antes que la pieza, por tanto el Time to freeze de la entrada debe ser superior al de la pieza. Este resultado nos da una referencia de cuándo debemos finalizar la compactación, no tiene sentido seguir compactando si el material ya se ha solidificado.
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Fase de llenado y compactación •
Volumetric Shrinkage (Contracción volumétrica)
9 Contracción volumétrica en cada elemento en un momento dado o al final del ciclo
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Fase de llenado y compactación •
Volumetric Shrinkage (Contracción volumétrica) Debemos buscar: Que el resultado sea lo uniforme posible. Una contracción homogénea es importante para minimizar las deformaciones. Evitar las variaciones bruscas en zonas estéticas de la pieza. Variaciones importantes en la contracción en zonas estéticas puede provocar defectos superficiales. Evitar valores elevados en zonas con nervios o sobreespesores localizados. Si tenemos una contracción elevada en la piel de la pieza y en esa misma zona hay un nervio tenemos muchas posibilidades de que aparezcan rechupes. Evitar valores muy bajos o incluso negativos especialmente en los nervios. Si sobrecompactamos la pieza podemos fragilizar la pieza o provocar que la pieza se quede dentro del molde y no se pueda expulsar.
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Análisis de Refrigeraciones Simula el comportamiento del refrigerante dentro de los canales de refrigeración del molde. permite: 9Establecer el número, diámetro y la localización óptima de los circuitos de refrigeración en el molde. 9Determinar las condiciones óptimas de refrigeración: 9 Temperatura de entrada del refrigerante 9Caudal de entrada necesario 9Tiempo de ENFRIAMIENTO necesario. 9 Comprobar la temperatura superficial de cavidad y punzón (uniformidad, valor de temperatura, diferencias entre ambos,...)
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Refrigeraciones de molde Fase de refrigeración: la fase de refrigeración empieza tan pronto el plástico toca las paredes del molde. Cuando el flujo de material se para (final del llenado de la cavidad), la refrigeración se produce por conducción a través de las paredes del molde. 9 Es necesario tener uniformidad en la refrigeración de los dos lados del molde
Lado Caliente
Deformación
Lado Frío 9 Es necesario tener uniformidad de la refrigeración en las diferentes zonas de la pieza. Por tanto también es necesario grosor uniforme en la pieza
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Refrigeraciones de molde
• La refrigeración del molde depende de los siguientes factores: – Transferencia de calor entre plástico y las paredes del molde – Transferencia de calor de la través del molde – Transferencia de calor de al interfície metal/refrigerante hacia el refrigerante 9 Factores que afectan la transferencia de calor del plástico a las paredes del molde : 9 Propiedades del material plástico ( calor especifico, conductividad térmica y densidad) 9Gradiente de temperaturas entre masa y molde.
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Refrigeraciones de molde 9 Aumentar la temperatura del molde aumenta el tiempo de ciclo Temperatura del molde VS Tiempo de Ciclo 40
PA66 PP ABS
Tiempo de ciclo [Sec]
35 30 25 20 15 10 5 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100 110 120 130 140 150 160
Temperatura del molde [ºC]
9 Por tanto lo que se busca es optimizar la temperatura del molde para optimizar el ciclo. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Refrigeraciones de molde 9 Factores que afectan la transferencia de calor a través del molde 9 Propiedades del material del molde
Material
Thermal Specific Conductivity Heat J/kg-C W/m-C
Density 3 g/cm
Tool steel 420SS Tool steel P-20 Tool steel H-13 Carb steel C17200 (BeCu) Aluminum A1 C18000 (NiSiCrCu) C17510 (BeCu)
25 29 29.5 41 105 138 207.6 245
7.730 7.800 7.760 7.833 8.350 2.800 8.580 8.820
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462 460 462 460 380 782 404 380
Refrigeraciones de molde 9 Factores que afectan la transferencia de calor del molde al refrigerante: 9Por tanto es necesario asegurar un número de Reynolds elevado.
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Refrigeraciones de molde
• Diseño de los canales de refrigeración:
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Refrigeraciones de molde
Circuitos en serie
Circuitos en Paralelo
•
• Ventajas − En insertos − Menor necesidad de presión • Desventajas − Flujo No uniforme − Eficiencia menor
•
Ventajas – Flujo uniforme – Extracción calor uniforme Desventajas – Calentamiento del líquido refrigerante
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Refrigeraciones de molde
Pozos y fuentes • Se usan para resolver concentraciones de calor • Son altamente eficientes porque crean turbulencias
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Refrigeraciones de molde Diseño de refrigeraciones
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Refrigeraciones de molde Temperatura del refrigerante
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Refrigeraciones de molde •
Circuit coolant temperature (Temperatura del refrigerante)
9 Muestra la temperatura del liquido refrigerante / atemperante en los circuitos del molde
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Refrigeraciones de molde •
Circuit coolant temperature (Temperatura del refrigerante) Que debemos buscar? Comprobar que el incremento de temperatura en los circuitos no supere los 2-3ºC. Si hay aumentos superiores debemos comprobar a que son debidos y si pueden afectar al enfriamiento uniforme de la pieza. Las causas principales suelen ser: Zonas calientes localizadas en el molde La longitud del canal es excesiva
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Refrigeraciones de molde •
Flow rate (Caudal)
9 Muestra el caudal de liquido refrigerante / atemperante en los circuitos del molde
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Refrigeraciones de molde •
Flow rate (Caudal) Que debemos buscar? Comprobar el caudal que hay en cada circuito y que la suma de estos caudales no excede el limite del que disponemos en nuestra máquina de inyección.
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Refrigeraciones de molde •
Circuit Reynolds number (Número de Reynolds en los circuitos)
9 Muestra el número de Reynolds del liquido refrigerante / atemperante, el número de Reynolds nos indica si el caudal es turbulento o laminar
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Refrigeraciones de molde •
Circuit Reynolds number (Número de Reynolds en los circuitos) Que debemos buscar? Comprobar el que el numero de Reynolds es como mínimo 4.000 (flujo turbulento) en todas las zonas de los circuitos que están implicadas en la extracción de calor de la pieza. Idealmente buscar un valor de Reynolds de 10.000 para lograr la máxima efectividad. Valores superiores no nos aportarán mejoras substanciales. La forma idónea de trabajar es primero garantizar un Reynolds de 10.000 en los circuitos y luego comprobar que ni el caudal ni la presión son excesivos para nuestra máquina de inyección.
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Refrigeraciones de molde •
Temperature en la interfase molde / pieza
9 Es la temperatura media durante el ciclo en la interfase entre el molde y la pieza en la cavidad
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Refrigeraciones de molde •
Temperature en la interfase molde / pieza Que debemos buscar? Zonas calientes y frías en la interfase molde / pieza. Estas diferencias de temperaturas entre diferentes zonas de las pieza pueden provocar deformaciones. El rango de temperaturas recomendado es de ±10 ºC respecto a la temperatura del molde objetivo.
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Refrigeraciones de molde •
Temperature difference,part (Diferencia de temp. Cavidad-Punzón)
9 Es la diferencia de temperaturas medias durante el ciclo entre la cavidad y el punzón
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Refrigeraciones de molde •
Temperature difference,part (Diferencia de temp. Top-Bottom) Que debemos buscar? Queremos conseguir una buena homogeneidad en el resultado, ya que las diferencias de refrigeración entre ambas caras de la pieza es una causa directa de deformaciones. Idealmente el rango de temperaturas recomendado es de ±5 ºC.
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Ejemplo Real de Aplicación: Optimización de MOLDE y PIEZA
Refrigeraciones INICIALES
9 Tiempo de ciclo estimado: 130 seg
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Refrigeraciones OPTIMIZADAS
9 Tiempo de ciclo estimado: 74 seg
Ejemplo Real de Aplicación: Optimización de MOLDE y PIEZA
TEMPERATURAS DE LA CAVIDAD DEL MOLDE AL FINAL DEL CICLO
Propuesta INICIAL
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Propuesta OPTIMIZADA
Ejemplo Real de Aplicación: Optimización de MOLDE y PIEZA
TEMPERATURAS DEL PUNZÓN DEL MOLDE AL FINAL DEL CICLO
Propuesta INICIAL
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Propuesta OPTIMIZADA
Análisis de deformaciones
Analiza las contracciones y deformaciones de la pieza debidas a las tensiones internas acumuladas durante todo el proceso de inyección.
permite: 9Determinar la corrección a aplicar al molde para contrarrestar la contracción. 9Evaluar si la pieza está dentro de tolerancias. 9Determinar alabeos y deformaciones.
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Deformaciones de pieza Deformación: la deformación que sufre una pieza no es en sí una fase sino que es una consecuencia de las diferentes fases del ciclo de inyección. CAUSAS DE LA DEFORMACIÓN Diferencias de refrigeración – Diferencias de Temperatura de un lado al otro del molde para los elementos • Diferencias de contracción – Variaciones de la contracción entre las diferentes zonas – También se conocen como contracción de área • Diferencias de orientación – Variación de la contracción paralela y perpendicular a la dirección de orientación del material – También se conocen como efectos de orientación
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Deformaciones de pieza Diferencias de refrigeración: • Son debidas a diferencias de contracción en el grosor • Causadas por: - desigual temperatura de cavidad y punzón - variaciones del grosor de la pieza - diferentes propiedades térmicas del molde
Lado Caliente
Lado Frío
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Deformación
Deformaciones de pieza
Diferencias de contracción: • Son debidas a diferencias de contracción en las diferentes zonas de la pieza • Causadas por: - variaciones del grosor de la pieza - posición de la entrada - diseño de los canales de refrigeración - parámetros de proceso
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Deformaciones de pieza
Diferencias de orientación: • Son debidas a diferencias de contracción en las direcciones paralela y perpendicular al flujo • Causadas por: - orientación molecular y de las fibras - posición de la entrada - diseño de los canales de refrigeración - parámetros de proceso
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Deformaciones de pieza •
Deflection, all effects (Deformación global)
9 Deformada de la pieza teniendo en cuenta todos los factores que contribuyen a la deformación.
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Deformaciones de pieza •
Deflection, all effects (Deformación global) Que debemos buscar? Hay que lograr la mínima deformación posible en la pieza. Consideraciones: El resultado presenta el desplazamiento de cada nodo teniendo en cuenta tanto la contracción como la deformación de la pieza Si queremos aislar el desplazamiento debido exclusivamente a la deformación deberemos restar a este desplazamiento el provocado por la contracción El modelo deformado tiene su propio origen de coordenadas. Dicho origen puede ser definido manualmente mediante un ‘anchor plane’ o bien automáticamente mediante la técnica del ‘best fit’ Las deformaciones están provocadas por diferencias de enfriamiento, compactación y orientación. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Deformaciones de pieza •
Deflection, differential cooling (Deformación debido a las refrigeraciones)
9 Deformada de la pieza teniendo en cuenta sólo los efectos de las refrigeraciones
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Deformaciones de pieza •
Deflection, differential cooling (Deformación debido a las refrigeraciones) Que debemos buscar? Hay que lograr la mínima deformación posible en la pieza. El resultado presenta las deformaciones causadas por las diferencias de enfriamiento entre ambas caras de la pieza, por tanto para mejorar este resultado debemos lograr tener unas refrigeraciones homogéneas tanto en cavidad como en punzón.
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Deformaciones de pieza •
Deflection, differential shrinkage (Deformación debido a las diferencias de contracción)
9 Deformada de la pieza teniendo en cuenta sólo los efectos de las diferencias de contracción entre distintas zonas de la pieza
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Deformaciones de pieza •
Deflection, differential shrinkage (Deformación debido a las diferencias de contracción) Que debemos buscar? Hay que lograr la mínima deformación posible en la pieza. El resultado presenta las deformaciones causadas por las diferencias de contracción entre distintas zonas de la pieza, por tanto para mejorar este resultado podemos cambiar el perfil de compactación (lograr una compactación más homogénea) o cambiar el sistema de inyección para lograr un llenado más homogéneo.
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Deformaciones de pieza •
Deflection, orientation effects (Deformación debido a la orientación del material)
9 Deformada de la pieza teniendo en cuenta sólo los efectos provocados por la orientación del material
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Deformaciones de pieza •
Deflection, orientation effects (Deformación debido a la orientación del material) Que debemos buscar? Hay que lograr la mínima deformación posible en la pieza. El resultado presenta las deformaciones debidas a la diferente contracción del material entre el sentido paralelo y el perpendicular al del flujo. Las tensiones de cizalla orientan el material acentuando todavía más la diferencia de contracción paralela y perpendicular, por tanto disminuir las tensiones de cizalla nos puede permitir mejorar este resultado. Los cambios en el sistema de inyección suelen ser los que más afectan a este resultado, especialmente en materiales con fibra, los cuáles son muy propensos a la deformación por orientación del material.
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Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Deformaciones Deformaciones Ejemplo • Objetivo Analizar el proceso de inyección de un dispensador de máquinas automáticas para minimizar las deformaciones. Elegir un material adecuado para minimizar estas deformaciones que esté cargado.
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Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Deformaciones Deformaciones Ejemplo Propuesta original ¾Material: Poliamida 6 con 20% de fibra de vidrio (Dupont Zytel 73G20HSL)
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105
Ejemplo Real Real de de Aplicación: Aplicación: Deformaciones Deformaciones Ejemplo Desplazamiento= 0.26 mm
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106
Propuesta Nº1: Dar más grosor al nervio
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
107
Deformada en Z. Propuesta Nº1 Desplazamiento= -0.32 mm
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
108
Propuesta Nº2: Quitar el nervio
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
109
Deformada en Z. Proposta Nº2 Desplazamiento= -0.26 mm
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Propuesta Nº3: Grosor de pieza 2.5mm
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
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Deformada en Z. Propuesta Nº3 Desplazamiento = -0.59 mm
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Propuesta Nº4: Material con más fibra de vidrio
¾Material: Poliamida 6 con 33% de fibra de vidrio (Dupont Zytel 77G33L)
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
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Deformada en Z. Proposta Nº4 Desplazamiento= -0.57 mm
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
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Propuesta Nº5: Material con menos fibra de vidrio
¾Material: Poliamida 6 con 15% de fibra de vidrio (Dupont Zytel 73G15L)
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
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Deformada en Z. Propuesta Nº5 Desplazamiento = -0.35 mm
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
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Proposta Nº6: Material sin fibra de vidrio
¾Material: Poliamida 6 sin fibra de vidrio (Dupont Zytel 7300T)
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
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Deformada en Z. Propuesta Nº6 Desplaçament= 0 mm
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Propuesta Nº7: Material con 20% de microesferas de vidrio y 10% de fibra de vidrio
¾Material: Poliamida 6 con 20% de microesferas de vidrio y 10% de fibra de vidrio (Delphi R0100223 PA6(GB20+GF10) HS)
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Deformada en Z. Propuesta Nº7 Desplazaminto= -0.03 mm
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Análisis de la inyección asistida con GAS Simula el comportamiento del plástico y del gas durante las fases de llenado, compactación y enfriamiento. permite: 9Establecer el número, forma y la localización óptima de los puntos de inyección del plástico y del gas. 9Determinar las condiciones de inyección básicas: - Tiempo de inyección del plástico y del gas - Volumen de plástico necesario - Tiempo de retardo del gas - Presión de inyección necesaria 9Determinar el perfil óptimo de presión de compactación. 9Establecer el tiempo de enfriamiento más adecuado para minimizar el tiempo de ciclo.
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Porqué Inyección con Gas?
9Mayor flexibilidad en el diseño de piezas. 9Reducción del peso de las piezas. 9Mayor resistencia estructural de las piezas. 9Eliminación de los rechupes. 9Reducción del tiempo de ciclo. 9Reducción de la fuerza de cierre en la inyección. 9Simplificación en la construcción de moldes.
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Análisis de la inyección asistida con GAS
Fase 1: Inyección del termoplástico
Fase 2: Penetración primaria del gas
Fase 3: Penetración secundaria del gas
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Análisis de la inyección asistida con GAS
% de polímero
Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Sistemas CAE de simulación reológica en el diseño de molde
• Inyección asistida con gas: Análisis de llenado y compactación
Tiempo de inyección de gas Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Ejemplos de GAS
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Análisis de Equilibrado de Coladas Simula el comportamiento del plástico durante la fase de llenado de un molde multicavidad, dimensionando adecuadamente los canales de alimentación de las distintas cavidades para que terminen de llenar al mismo tiempo. permite: 9Dimensionar los canales de alimentación de las cavidades. 9Determinar las condiciones de inyección básicas: - Tiempo de inyección - Temperatura de inyección del plástico - Temperatura del molde - Presión de inyección necesaria 9Determinar la presión de inyección y la fuerza de cierre necesaria y por tanto la máquina a utilizar. 9Localizar las zonas críticas de compactación y refrigeración. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Análisis de Equilibrado de Coladas
Tiempo de llenado Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Ejemplos: Análisis de llenado - Equilibrado de coladas
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Ejemplo Real Real de de Aplicación Aplicación Ejemplo La pieza pieza cristal cristal tablero tablero presentaba presentaba yy La una pequeña pequeña deformación deformación yy por por ello ello una no pasaba pasaba el el test test de de vibraciones. vibraciones. no Todas las las posibles posibles soluciones soluciones yy Todas comportaban una una modificación modificación comportaban compleja del del molde. molde. compleja Se analizaron analizaron diversas diversas alternativas alternativas yy Se mediante simulación simulación reológica reológica (con (con mediante Moldflow Plastics Plastics Insight). Insight). Moldflow La mejor mejor solución solución hallada hallada fue fue yy La cambiar el el material material con con un un grado grado cambiar mayor de de fluidez. fluidez. mayor Se eliminaron eliminaron las las deformaciones deformaciones yy yy Se se consiguió consiguió que que la la pieza pieza pasara pasara el el se test de de vibraciones vibraciones sin sin necesidad necesidad de de test modificar el el molde. molde. modificar
INDUSTRIA: Automoción Automoción INDUSTRIA: PRODUCTO: Cristal Cristal tablero tablero Alfa Alfa Romeo Romeo 147 147 PRODUCTO:
Se ahorraron ahorraron 30.000 30.000 €€ en en modificaciones modificaciones de de molde molde Se Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Estudio Reológico Completo*: Cristal tablero Alfa Romeo 147
SECUENCIA de ANÁLISIS: Problemas de ALABEO
9*TERMOGRAFIA 9LLENADO + 9COMPACTACIÓN + 9ENFRIAMIENTO + 9DEFORMACIONES
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Estudio Reológico Completo: Cristal tablero Alfa Romeo 147
PROBLEMÁTICA ACTUAL:
Alabeo de la pieza
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Estudio Reológico Completo: Cristal tablero Alfa Romeo 147
Deformaciones de la pieza ACTUAL en dirección Z positiva
Principales resultados: deformaciones. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Estudio Reológico Completo: Cristal tablero Alfa Romeo 147
Deformaciones de la pieza ACTUAL en dirección Z negativa
Principales resultados: deformaciones. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Estudio Reológico Completo: Cristal tablero Alfa Romeo 147
PROPUESTAS PLANTEADAS 9Modificación del contorno inferior 9Modificación del espesor general 9Inyección por un lateral 9Refuerzo mediante nervios 9Cambio de material
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Estudio Reológico Completo: Cristal tablero Alfa Romeo 147
Descomposición de las deformaciones en dirección Z positiva.
Propuesta definitiva: cambio de material. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Estudio Reológico Completo: Cristal tablero Alfa Romeo 147
Valores de las deformaciones en dirección Z negativa.
Propuesta definitiva: cambio de material. Diseño Avanzado de Piezas de Plástico
Sistemas CAE de simulación reológica Tendencias actuales
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Mejor integración CAD-CAE. Mejora de traductores, malladores automáticos, etc. Sustitución de Workstations por PC’s. Paralelización. Mayor sensibilidad de las empresas hacia la aplicación del CAE. Desarrollo de formulaciones de elementos finitos 3D. Desarrollo de sistemas CAE más simples, “utilizables” por usuarios no especializados en elementos finitos. Mejor aproximación Simulación - Realidad. Evolución de los sistemas expertos de optimización, control y corrección del proceso de inyección.
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Muchas Gracias
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