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CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN EN
DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO
SIMULACIÓN POR ELEMENTO FINITO Y OPTIMIZACIÓN DE PARÁMETROS
DEL PROCESO DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO TPV PARA EL ENCAPSULADO
ING. OMAR ARTURO
Maestría en Ciencia y Tecnología con Especialidad en Sistemas de
SALTILLO, COAHUILA.
CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN EN
MATERIALES
DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO
SIMULACIÓN POR ELEMENTO FINITO Y OPTIMIZACIÓN DE PARÁMETROS
DEL PROCESO DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO TPV PARA EL ENCAPSULADO
DE VIDRIO AUTOMOTRIZ
POR
ING. OMAR ARTURO GARZA RAMOS
TESIS
Maestría en Ciencia y Tecnología con Especialidad en Sistemas de
Manufactura Avanzada
SALTILLO, COAHUILA. 1 DE MARZO DEL 2013
CCIIEENNTTEECCNN
CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN EN
SIMULACIÓN POR ELEMENTO FINITO Y OPTIMIZACIÓN DE PARÁMETROS
DEL PROCESO DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO TPV PARA EL ENCAPSULADO
Maestría en Ciencia y Tecnología con Especialidad en Sistemas de
1 DE MARZO DEL 2013
NNCCIIAA YY NNOOLLOOGGIIAA
Simulación por elemento finito y optimización de parámetros del proceso
de inyección de plástico TPV para el encapsulado de vidrio automotriz
Por
Omar Arturo Garza Ramos
Tesis
Presentada al programa Interinstitucional en Ciencia y Tecnología
Sede
Corporación Mexicana de Investigación en Materiales S.A de C.V
Como requisito parcial para obtener el Grado Académico de
Maestro en Ciencia y Tecnología con
Especialidad en Sistemas de Manufactura Avanzada
Programa Interinstitucional en Ciencia y Tecnología COMIMSA/CONACYT
Saltillo, Coahuila, 1 de Marzo del 2013
Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S.A de C.V
Gerencia de Desarrollo Humano
División de Estudios de Posgrado
Los abajo firmantes, miembros del Comité Tutorial recomendamos que la Tesis “SIMULACIÓN POR ELEMENTO FINITO Y OPTIMIZACIÓN DE PARÁMETROS DEL PROCESO DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO TPV PARA EL ENCAPSULADO DE VIDRIO AUTOMOTRIZ”, realizada por el alumno OMAR ARTURO GARZA RAMOS matrícula 1106MA1073 sea aceptada para su defensa como Maestro en Ciencia y Tecnología con Especialidad en Sistemas de Manufactura Avanzada.
El Comité Tutorial
_________________________
Dr. Mauricio Alberto Garza Castañon
Tutor Académico
Director de Tesis
___________________________
Ing. Felipe Solís Oba
Tutor en Planta
___________________________
Vo. Bo
Dr. Felipe Arturo Reyes Valdés
Coordinación General de Estudios de Posgrado COMIMSA
Corporación Mexicana de Investigación en Materiales, S.A de C.V
Gerencia de Desarrollo Humano
División de Estudios de Posgrado
Los abajo firmantes, miembros del Jurado de Examen de Grado del alumno, Omar Arturo Garza Ramos una vez leida y revisada la tesis titulada “SIMULACIÓN POR ELEMENTO FINITO Y OPTIMIZACIÓN DE PARÁMETROS DEL PROCESO DE INYECCIÓN DE PLÁSTICO TPV PARA EL ENCAPSULADO DE VIDRIO AUTOMOTRIZ”, aceptamos que la referida tesis revisada y corregida sea presentada por el alumno para aspirar al grado de Maestro en Ciencia y Tecnologia con Especialidad en Sistemas de Manufactura Avanzada durante el Examen de Grado correspondiente.
Y para que así conste firmamos la presente al 1 día del mes de marzo del año 2013
Dr. Oxana Dr. Santos Morales
Presidenta Secretario
Dr. Mauricio Alberto Garza Castañon
Vocal
DEDICATORIA
Primeramente a Dios por darme la fortaleza para seguir adelante y por darme la
serenidad cuando la necesité en los momentos difíciles.
A mi Mamá Rosa María Ramos Lara porque siempre estuvo detrás de mí para
terminar una licenciatura y posteriormente darme los ánimos para iniciar la
Maestría; a mí Papá Oscar Garza Castañon por ser quién es, y darme los motivos
para terminar esta etapa de mi vida, y a ambos por ayudarme a levantar y tener la
frente en alto cuando caí en las pruebas de la vida.
A mi Esposa Karla Torres Leal porque sin saber que nos esperaba en esta
aventura estuvo a mi lado, por su valentía y entrega en esta dura y buena etapa
de mi vida.
A mi Hijo Omar Alexander por ser esa persona que va a recibir mis triunfos y
darme esa alegría cuando más la necesitaba.
A mis Abuelos, Don Macario Garza Cardenas (QEPD) y a Doña Benita Castañon
porque una vez me dijo que esperaría a que terminara mis estudios.
A mis Hermanos Rossy, Oscar, Claudia por todo el apoyo moral e incondicional
que me brindaron.
A mi familia completa por su apoyo incondicional, a Blanca Leal por su apoyo.
AGRADECIMIENTOS
A mi tutor el Dr. Mauricio Garza Castañon por conducirme y ayudarme en la
formación tanto profesional así como personal, por su gran apoyo y sus consejos a
lo largo de esta etapa.
Al Dr. Giovanni Lizárraga por su gran aporte en esta tesis.
Al Dr. Pedro Pérez y a Marco Jiménez, Rolando Praga, y a David porque siempre
pude contar con ellos como Profesores y Amigos.
Al Dr. Luis Garza Castañon por su invaluable tiempo y consejos para la formación
de la tesis.
Al Ing. Francisco Rodríguez Abrego por sus consejos
Y También quiero agradecer a mis Amigos que de alguna manera formaron parte
de esta etapa de mi vida: José Luis, Poncho, Fide, Xavier, Karla, Ezequiel, Flor,
Juan, Viry.
Al CONACyT y COMIMSA por la beca otorgada para lograr este momento.
.
AUTOBIOGRAFÍA
Omar Arturo Garza Ramos nació el 06 de Julio de 1985 en la ciudad de Monclova,
Coahuila, del año 2007 al 2010 cursó sus estudios superiores en el Centro de
Estudios Universitarios obteniendo el título de Ingeniero Mecánico Electricista.
Ha tomado cursos de programación de manipuladores Robóticos, CNC, diseño y
simulación por parte COMIMSA, además de un diplomado de Moldeo por
inyección de plásticos impartido por el CIQA. Realizó la publicación en memoria de
un artículo de investigación en el Congreso Internacional de Ingeniería Mecánica e
Ingeniería Mecatrónica realizado en la ciudad de Hermosillo, Sonora en octubre
del 2011.
Sus áreas de investigación abordan el procesamiento de materiales plásticos,
diseño y simulación por elemento finito de procesos de inyección de plásticos.
RESUMEN
En este trabajo de investigación se presenta el estudio realizado a el proceso de
inyección de plástico desde su propiedades reologicas y el cómo estas pueden
afectar la calidad de la parte moldeada, hasta la simulación por elemento finito,
demostrando que el uso de los programas computacionales en la industria
manufacturera de plásticos estos son muy útiles para identificar defectos de
calidad, además de poder corregir a tiempo futuros problemas de calidad.
Además se presentan el funcionamiento del proceso y sus variables de mayor
impacto en el defecto de calidad analizado en la presente tesis con la finalidad de
disminuir el porcentaje de piezas defectuosas en el proceso.
ÍNDICE
CAPÍTULO I.- INTRODUCCIÓN………………………………………………….…….1
1.1.- Prologo……………………………………………………………..…………1
1.2.- Descripción del problema...………………………………….……………..1
1.2.1.- Justificación………………………………………………………..2
1.2.2.- Preguntas de Investigación……………………………………....3
1.2.3.- Hipótesis……………………………………………………………3
1.2.4.- Objetivos……………………………………………………………4
1.2.5.- Delimitaciones……………………………………………………..4
1.3.- Impacto de la Investigación………………………………………………...5
1.4.- Publicaciones………………………………………………………………...6
CAPÍTULO II.- ESTADO DEL ARTE………………………………………………..7
2.1.- Introducción…………………………………………………………………..7
2.2.- Simulación por elemento finito del proceso de inyección de plástico….7
2.3.- Métodos de Optimización……………………………...………………….10
2.4.- Conclusión………………………………….………………………………12
CAPÍTULO III.- MARCO TEÓRICO…………………………………………….....13
3.1.- Introducción…………………………………………………………………13
3.2.- Generalidades del Moldeo por inyección de plásticos…………………13
3.2.1 Materiales Plásticos……………………………………………….16
3.2.2.- TPV…………………………..……………………………………18
3.3.- Encapsulado de vidrio automotriz con TPV……..………………………20
3.4.- Índice de fluidez.....…………………………………………………..…….22
3.5.- Reometría Capilar….………………………………...……………………23
3.6.- Problemas en moldeo por inyección ………….…………………….…..25
3.6.-1 Rechupados y Huecos………...…………………………………25
3.7.- Simulación del proceso de inyección de plástico………………………27
3.7.1.- Modelos de elemento finito…………….……………………….30
3.7.2.- Discretización de la malla………………………...…….………33
CAPÍTULO IV.- MATERIALES Y MÉTODOS…………………………………….…34
4.1.- Introducción……………………………………………………......……….34
4.2.- Metodología...………………...…………………………………………….34
4.2.1.- Definición de parámetros que afectan la calidad de la
pieza…...............................................................................................36
4.2.2.- Relación defecto-causa-solución………………………………38
4.2.3.- Simulación por elemento finito del proceso de inyección de
plástico………………………………………………….…………………38
4.2.3.1.- Modificaciones al encapsulado original………….….39
4.2.3.2.- Procesamiento del modelo……………………………………40
4.2.3.3.- Selección del material…………………………………………41
4.2.3.4.- Parámetros de procesamiento en planta……………………45
4.2.3.5.- Análisis de la simulación……………………………………...46
4.2.3.5.1.- Análisis de llenado…………………………………………..46
4.2.3.5.2.- Temperatura de frente flujo………………………………...47
4.2.3.5.3.- Tiempo de expulsión de la pieza…………………………..48
4.2.4.- Validación del modelo de elemento finito……………………………..49
CAPÍTULO V.- CASO DE ESTUDIO Y RESULTADO……………………………….52
5.1.- Introducción…………………………………………………………………52
5.2.- Superficie de respuesta…………………………………………………...52
5.2.1.- Factores y niveles………………………………………………..54
5.2.2.- Diseño de la superficie de respuesta………………………….55
5.3.- Resultados del modelo de elemento finito en CAE…………………….58
5.3.1.- Simulación 1 ……………………………………………………...58
5.4.- Análisis del diseño central compuesto…………………………………..62
CAPÍTULO VI.- Conclusiones…………………………………………………………. 70
BILIOGRAFÍA…………………………………………………………………………….72
1
CAPÍTULO I
INTRODUCCIÓN
1.1 Prólogo
En la presente tesis se abordan los puntos principales en los cuales se
desarrolló la simulación del proceso de inyección de plástico TPV, tomando como
caso de estudio el encapsulado de vidrio automotriz, así como los resultados
obtenidos para la optimización del proceso mismo, con la finalidad de disminuir los
defectos de calidad en el producto.
1.2 Descripción del Problema
Debido a que actualmente no se domina el proceso ni se cuenta con los
mejores parámetros de inyección de TPV, en el proceso de inyección de TPV
surgen continuamente problemas de defectos de calidad como el rechupe, que
tienen un fuerte impacto económico y en la relación con los clientes. En la mayoría
de los casos la mala calidad del producto puede ser detectada por inspección
visual antes de someterlo a su aplicación final.
2
1.2.1. Justificación
Los componentes plásticos de ingeniería regularmente son piezas de alta
precisión con tolerancias geométricas muy cerradas, con grandes diferencias de
espesor de pared, lo cual hace que su proceso de fabricación sea complejo; es por
esto que la optimización del proceso tiene cada vez mayor importancia.
Por lo que en la industria del procesamiento de plásticos se busca la
implementación de nuevos mecanismos y procedimientos para fabricar productos
de mejor calidad, y que al mismo tiempo reduzcan sus costos de producción e
impongan una tendencia en el ahorro de recursos.
Es por esto que en el presente trabajo se pretende establecer una
metodología de modelación y simulación confiable, donde se pueda modelar el
proceso de encapsulado de vidrio automotriz y estimar la calidad del producto
final, una vez obtenido un modelo de proceso válido, se pretende optimizar el
proceso real de inyección de un plástico TPV para el encapsulado de vidrio
automotriz con el fin de disminuir la cantidad de piezas defectuosas y desperdicio;
tomando en consideración el tiempo de ciclo de proceso.
Es importante mencionar que el presente trabajo se basa en un proceso
que actualmente está en producción, por lo que el tiempo de máquina, las horas
hombre, así como el desperdicio de material son de alto impacto en los objetivos
de la producción diaria. Por lo que de aquí la importancia de poder simular de
manera confiable el proceso.
3
1.2.2 Preguntas de Investigación
Para el desarrollo del presente trabajo se plantearon las siguientes preguntas
de investigación:
• ¿Cuáles son los parámetros de proceso adecuados que determinan e
influyen en una buena calidad del producto terminado?
• ¿Qué técnicas estadísticas se pueden se pueden utilizar para estimar los
parámetros de proceso óptimos?
• ¿En qué porcentaje es posible disminuir los defectos de calidad sin afectar
directamente el tiempo total de ciclo?
• ¿Qué parámetros de diseño se deben de observar y aplicar para diseñar
una parte con menos problemas de proceso y/o de fabricación?
1.2.3 Hipótesis
Mediante el uso e implementación de los simuladores CAE así como la
integración de metodologías para la optimización de parámetros como lo son las
técnicas estadísticas, es posible minimizar los problemas de los defectos de
calidad del encapsulado de vidrio automotriz, para la obtención de una buena
calidad final de los atributos requeridos del producto.
4
1.2.4 Objetivos
Objetivo general
Simular y Optimizar el proceso de inyección TPV para el encapsulado de
vidrio automotriz para encontrar los parámetros que determinan una buena calidad
del producto. Para llegar a determinar estos parámetros se proponen los
siguientes objetivos:
Objetivos específicos
� Determinar las variables que influyen en la calidad final del encapsulado de
vidrio automotriz.
� Modelación del encapsulado automotriz mediante el uso de sistemas CAE.
� Validación experimental del modelo obtenido.
� Aplicación de metodologías para la optimización del proceso.
� Validación experimental del modelo optimizado.
1.2.5 Delimitaciones
El objeto de estudio de la presente investigación se centra en el
encapsulado de vidrio automotriz con TPV, en donde se busca resolver los
problemas de defectos de calidad en producto terminado. Centrándose en la aleta
Peougeot.
5
1.3 Impacto de la investigación
Como principal contribución de la presente investigación, es incrementar el
conocimiento del proceso de inyección de TPV con el desarrollo de la metodología
propuesta, en donde se mostrará la experimentación con técnicas estadísticas
aplicadas en la resolución de problemas en el proceso de inyección de TPV, que
servirá para minimizar los problemas de calidad.
Para la parte experimental se contará con la ayuda de un paquete
computacional de elemento finito para la modelación y simulacion del proceso de
inyección de TPV para el encapsulado de vidrio automotriz.
Impacto Económico
Se espera que esta investigación cumpla con las expectativas que la
empresa Vitro Autotemplex tiene para resolver los problemas con los que
actualmente tiene en su línea de encapsulado automotriz. Esto será de gran
utilidad para la empresa ya que seguirá manteniendo altos niveles de calidad y
productividad lo cual se reflejara en mayor participación y posicionamiento en el
mercado.
Impacto Social/Ecológico
Con la ayuda de la presente investigación y al resolver el problema con el
que actualmente se cuenta, se lograra reducir la cantidad de productos con mala
calidad los cuales se van a desechos, ya que la empresa actualmente no cuenta
con un sistema o proceso de reciclado del material.
6
1.4 Publicaciones
Título de publicación: “Simulación 3D del proceso de inyección de plástico,
caso de estudio: Encapsulado de vidrio automotriz”.
Autores: O. Garza, M. Garza
Congreso: Congreso Internacional de Ingeniería Mecánica e Ingeniería
Mecatrónica
Lugar y Fecha: Hermosillo, Sonora, 24-28 de octubre del 2011
ISBN 978-1-4675-0275-7
7
CAPÍTULO II
ESTADO DEL ARTE
2.1 Introducción
En este capítulo se podrán encontrar un análisis de la literatura revisada para
la elaboración de la investigación en donde se encontraron y se estudiaron las
diversas publicaciones actuales relacionadas al tema de la inyección de plásticos,
simulación por elemento finito, así como algunas técnicas que se utilizan para la
optimización de los parámetros del proceso de inyección de plástico.
2.2 Simulación por elemento finito del proceso de inyección de plástico
En la actualidad las técnicas de simulación por elemento finito es usada en
diferentes campos de la industria manufacturera para realizar distintos análisis de
tipo estructural, de inyección de plástico, fluidos, térmicos, electromagnéticos [1],
por mencionar algunos, particularmente en la industria procesadora de plástico
juegan un papel de suma importancia ya que con la ayuda de estos es posible
determinar los parámetros óptimos de procesamiento.
La integración de tecnología CAD/CAE/CAM no solamente está referida a la
fabricación de componentes que incluye su trazo, maquinado y tratamientos
finales. La integración de estas tecnologías considera igualmente las
características del proceso como la complejidad de la geometría, los efectos de los
parámetros de proceso (temperatura de fundido, presión de inyección, presión
sostenida, tiempo de presión sostenida, tiempo de enfriamiento, etc.), patrones de
flujo de la pieza, defectos (punto de sujeción de la bandeja, bisagra de la tapa,
8
fragilidad), etc., de forma tal poder reducir los errores presentes durante la etapa
de diseño. (M.V Candal, 2005).
Aún y con la amplia gama de paquetes de simulación y que estos cada vez
son más comerciales y accesibles para el usuario, existe un gran desconocimiento
en la industria manufacturera de plástico, lo cual limita el desarrollo de nuevos
productos y optan por el viejo método de prueba y error [2].
En investigaciones realizadas por varios autores, estos programas de
simulación por elemento finito son usados en interacción con otras herramientas
para la optimización de procesos de manufactura. Entre estos se encuentran:
Diseño de experimentos (DOE), Superficie de Respuesta, Método Taguchi, Redes
Neuronales y Algoritmos Genéticos.
Resultados importantes relacionados con los defectos del proceso de
inyección de plástico como lo son: la contracción, rechupe, líneas de soldadura y
problemas durante el llenado, enfriamiento o etapa de compactación pueden ser
vistos en etapas previas a la producción en serie con la simulación, cuando
anteriormente solo eran visibles durante el momento de la inyección de las piezas
(Ko-Ta Chiang et al, 2007).
Granchi M et al 2007 hace uso de las herramientas CAE específicamente el
simulador Moldflow para obtener una base de datos con la cual ayudar al
proyectista a tomar mejores decisiones para el uso de los parámetros y polímeros
a utilizar en el proceso de inyección de plástico, muestra como el simulador es de
gran utilidad para la industria realizando una serie de experimentos
computacionales en donde el autor varía las dimensiones de la figura utilizada, así
como los parámetros utilizados en producción real, obteniendo como resultados
que con la ayuda de los simuladores es posible la reducción de tiempos y costos
ya que con estos se muestra con gran precisión el proceso de inyección de
plástico.
9
El programa de simulación, Moldflow, usa un método híbrido de elementos
finitos para resolver el problema de mecánica de fluidos y de diferencias finitas
para describir la transferencia de calor por convección forzada.
Los resultados experimentales permiten concluir que es posible predecir
con precisión el tiempo de inyección, la posición instantánea del frente de avance
de los polímeros y la ubicación de las líneas de intersección de fluido (Moraga
Benavides N et al, 2007).
Este autor en su publicación utiliza el simulador mencionado anteriormente
para modelar dos figuras geométricas con distintos modelos matemáticos para la
simulación de la viscosidad los cuales están incluidos en el Moldflow, los
resultados obtenidos en la simulación realizada por el autor son comparados con
resultados experimentales mostrando que efectivamente los resultados
conseguidos con el simulador son muy similares, permitiendo así mejorar el
proceso de fabricación de productos plásticos de elevada calidad y reducir los
costos de fabricación.
Otro autor que destaca y analiza el uso de estos programas de simulación
es D. Cardozo, quien en una publicación realizada mostró una amplia revisión del
estado del arte en la simulación del proceso de inyección de plástico en 3D,
definiendo y mostrando los diferentes modelos utilizados por estos, organizados
principalmente en tres categorías: midplane, dual-domain y solid(3D), utilizados
para representar la geometría. Así mismo expresa algunas de las ecuaciones
utilizadas por estos simuladores para representar y resolver matemáticamente las
propiedades físico-mecánico.
10
2.3.- Métodos de Optimización
En el 2007 Salcedo presenta la problemática que se resolvió en una empresa
manufacturera de electrodomésticos en donde implementó la metodología del
Moldeo Científico con el fin de mejorar y optimizar el sistema de manufactura que
se tiene en los procesos de inyección de plásticos.
El moldeo científico es una metodología que se divide en 6 etapas y que
además se basa en el personal que trabaja día a día en los procesos de inyección
de plásticos, dándole un enfoque científico-práctico, logrando así involucrar desde
un principio a la gente que finalmente será la que se quedará a trabajar en el
proceso modernizado.
Por otra parte Hasan Oktem (2006) menciona en su artículo la aplicación de la
técnica de optimización de Taguchi para reducir el problema de deformación,
asociados a la variación de la contracción durante la producción de componentes
plásticos. Una vez obtenidos estos parámetros realizó una serie de simulaciones
en el software Moldflow para validarlos, obteniendo como resultado una importante
mejoría, demostrando así que la técnica de Taguchi es una poderosa herramienta
para resolver problemas de alabeo y contracción y además que se puede
implementar para muchos otros problemas industriales.
Algunos autores integran técnicas estadísticas y de simulación por elemento
finito para obtener modelos y validarlos. En el 2009 Chih-Cherng Chen utilizo el
método de superficie de respuesta para determinar la relación de las variables de
entrada y las respuestas, el diseño central compuesto utilizado constaba de 30
corridas aleatorias las cuales fueron realizadas en su totalidad en el simulador
Moldflow, y en base a esto realizó su posterior análisis en el paquete Minitab para
observar cómo interactúan los parámetros con la contracción, además de
optimizar con la función de “desirability”.
11
Ko-Ta Chiang presenta una metodología para optimizar y reducir los defectos
de calidad en el proceso de inyección de plástico, obteniendo una significativa
reducción en los defectos de contracción y deformación; presenta una superficie
de respuesta con un diseño central compuesto en donde tiene una matriz con 30
corridas las cuales realizó de manera experimental para obtener un modelo
cuadrático y dar paso a optimizar con el modelo de optimización de aproximación
secuencial.
La determinación de los parámetros óptimos en el proceso de inyección de
plástico es un trabajo crítico que influye en la productividad, calidad y costos en la
producción del producto (Wen-Chin Chen, 2009). Este autor señala en su artículo
que los ingenieros han utilizado convencionalmente en los procesos de
manufactura el procedimiento de prueba y error o parámetros de Taguchi, para
determinar los parámetros óptimos del proceso; sin embargo, la aplicación de
estos métodos tiene algunas restricciones o es un poco menos eficaz que otros.
Él propone la integración del diseño de parámetros de Taguchi, redes
neuronales de retropropagación, algoritmos genéticos y conceptos de ingeniería
para encontrar los valores finales óptimos del proceso de inyección de plástico.
Los resultados de la investigación indican que el enfoque propuesto puede
efectivamente ayudar a los ingenieros a determinar una óptima configuración de
los parámetros de proceso y lograr ventajas competitivas de la calidad del
producto y los costos.
12
2.4 Conclusión
Una vez revisados diversos artículos afines a la investigación y en base a
los estudios que los autores realizaron en las área de inyección de plástico y
optimización de parámetros, se puede concluir que las metodologías más usadas
y por lo tanto las más acorde a esta investigación son las pruebas estadísticas
para verificar la linealidad o la no linealidad de las variables involucradas en lo
defectos de calidad a analizar en este proyecto, y pueden ser utilizadas para llegar
a encontrar los parámetros óptimos.
Así como también con la ayuda de los software CAE que son una gran
herramienta para llevar a cabo la parte de la simulación del proceso de inyección
de plástico y con esto obtener resultados muy precisos de la investigación.
13
CAPÍTULO III
MARCO TEÓRICO
3.1 Introducción
En este capítulo se presentan los temas del proceso de inyección de
plástico, resina TPV, el programa de simulación Moldflow, así como también una
breve descripción de lo que es el encapsulado de vidrio automotriz.
3.2 Generalidades del Moldeo por inyección de plásticos
A donde quiera que se dirija la mirada, hoy en día, en la casa, la oficina, la
industria, y en todos los aspectos de la vida moderna y cotidiana uno se encuentra
con artículos de plásticos moldeados por uno de los procesos de transformación
de plástico más usados en la actualidad. Estos tienen innumerables aplicaciones y
dada su alta procesabilidad, un muy buen desempeño.
Por lo tanto se reconoce la necesidad de estudiar y analizar las propiedades
inherentes de los diferentes materiales plásticos utilizados en el moldeo por
inyección, pero sin dejar de tomar en cuenta la relación que existe entre las
condiciones de procesado utilizadas por la industria y las propiedades físico-
químicas de los materiales.
14
El proceso de inyección de un material termoplástico consiste en fundir el
material y hacerlo fluir hacia un molde, a través de una boquilla en la máquina de
inyección, en donde llena una cavidad que le da una forma determinada, el cual
generalmente es metálico para que sea preciso en su fabricación y manufacturado
mediante CNC de acuerdo al diseño de la parte.
La inyección de termoplásticos es un proceso secuencial que está conformado
por un conjunto de etapas que se denomina ciclo de inyección. Los pasos de este
ciclo son:
a) Cierre: Tiempo en el que se cierra el molde vacío.
b) Inyección: También conocido como tiempo de llenado del molde, es el tiempo
necesario para que el material fundido pase desde el barril a las cavidades del
molde al estar ejerciéndose la presión de inyección.
c) Sostenimiento: En este tiempo, el tornillo actúa como pistón y empaca material
adicional en el molde para compensar su encogimiento. Su objetivo es evitar la
formación de rechupados.
d) Plastificación: Tiempo en el cual en el tornillo de la máquina inyectora carga el
material a inyectar, se plastifica y homogeniza dejándola lista para la próxima
inyección.
e) Enfriamiento: Es el tiempo comprendido entre el final de la aplicación de la
presión de sostenimiento y el comienzo de la apertura del molde, y asegurar
que el material fundido a solidificado y podrá ser extraído sin ser distorsionado.
15
f) Apertura y Expulsión: Tiempo en el cual el molde se abre y la pieza inyectada
puede ser retirada, ya sea de manera manual o automática.
A continuación se enlistan las principales ventajas del moldeo por inyección de
plástico, las cuales explican el gran auge de este proceso en los últimos años.
(Yáñez y Sánchez, 2006).
Ventajas:
� Altas velocidades de producción.
� Costo bajo de operario por unidad.
� Altamente automatizable.
� Es más económico y adecuado para cierto tipo de piezas.
� Permite buena tolerancia dimensional.
� Da una alta repetitividad dimensional.
� Permite moldear piezas con insertos.
� Permite una gran variedad de polímeros para inyectar.
16
Limitaciones:
� Alto costo de los moldes.
� Alto costo del equipo auxiliar.
� Calidad difícil de determinar inmediatamente.
� Desconocimiento de propiedades de los materiales origina problemas.
3.2.1 Materiales Plásticos
Plásticos: es una palabra que deriva del griego “Plastikos” que significa “Capaz
de ser Moldeado”.
Los plásticos son sustancias de origen orgánico formadas por largas cadenas
macromoleculares que contienen en su estructura carbono e hidrógeno
principalmente. Se obtienen mediante reacciones químicas entre diferentes
materias primas de origen sintético o natural. Es posible moldearlos mediante
procesos de transformación aplicando calor y presión. Son parte de la gran familia
de los Polímeros.
Polímeros es una palabra de origen latino que se puede llegar a traducir
literalmente como Muchas-Partes (Poli = muchas y meros = partes). De los
Polímeros se derivan también otros productos como los adhesivos, recubrimientos
y pinturas.
17
Los plásticos son polímeros sintéticos de alto peso molecular o bien
modificaciones de algunos polímeros naturales. Los cuales se pueden clasificar,
de acuerdo a su comportamiento termo-mecánico en: termo-fijo y termoplástico.
Los termoplásticos pueden ser calentados, fundidos, moldeados y enfriados
repetidas veces; es decir, son materiales que pueden ser reprocesados.
Dentro de la industria procesadora de plástico a nivel mundial, dos terceras
partes son termoplásticos; mientras que los termo-fijos puede ser moldeados bajo
presión con calentamiento, en donde las moléculas que componen estos
materiales se enlazan químicamente entre sí formando una estructura
permanente, este material no puede ser remolido y reprocesado nuevamente.
Otra clasificación dado su relación volumen de producción/costo los plásticos
se clasifican en:
Plásticos de gran volumen
En gran parte de la industria procesadora de plásticos los más usados son
los de gran volumen: tales como polietilenos, polipropilenos, poliestireno, o pvc.
Plásticos de ingeniería
Estos se caracterizan como materiales que tienen propiedades superiores a
los plásticos de gran volumen, ya que permiten la manufactura de partes más
fuertes, durables, además de que presentan estabilidad térmica, alta temperatura
de distorsión, etc. De los más comunes de este tipo se encuentra el Nylon.
18
Plásticos de especialidad
Dentro de estos se encuentran los que presentan características tan
especiales que los hace muy útiles a pesar de su alto costo para aplicaciones con
requerimientos muy específicos. El de mayor importancia comercial se le llama
Teflón.
Dentro de los plásticos de ingeniería se encuentra el TPV utilizado para la
presente investigación, a continuación se describen sus características básicas.
3.2.2.- TPV
Los TPV´s o también conocidos como elastómeros termoplásticos combinan
las características de procesado de los termoplásticos con las propiedades físicas
de los cauchos vulcanizados, como una alta deformación elástica y presentan una
serie de ventajas sobre los cauchos convencionales. Por el proceso de
vulcanización (formación de redes moleculares indisolubles), los materiales a base
de elastómeros no pueden ablandarse ni fundirse, impidiendo la reutilización del
material procedente de rebabas y piezas defectuosas, en cambio los elastómeros
termoplásticos puede volver a fundirse repetidamente a temperatura de moldeo sin
sufrir gran cambio en sus propiedades. Mas sin embargo una de las desventajas
es la sensibilidad a la deformación por compresión, su comportamiento a altas
temperaturas y la poca adherencia con el vidrio, lo que hace que el proceso de
encapsulado sea especialmente crítico en lo que respecta a la correcta adhesión
del perfil.
19
Los principales sectores donde este tipo de termoplásticos es utilizados
son: Construcción, automotriz, entorno doméstico, complementos deportivos,
electricidad y electrónica.
Figura 3.1 Partes moldeadas con TPV
Algunas ventajas:
� Resistencia al aire caliente, aceite y soluciones acuosas
� Alta capacidad de sellado
� Alta adherencia
� Alta resistencia química
� Se puede procesar a menor temperatura y tiempo que un TPV
tradicional.
20
3.3 Encapsulado de vidrio automotriz con TPV
El encapsulado de vidrio es un proceso empleado para obtener un marco
alrededor del vidrio mediante la inyección de un polímero en su borde a través de
un molde el cual es fabricado con control numérico al diseño del cliente. El
encapsulado se puede hacer en todos los vidrios del automóvil: parabrisas, aletas,
puertas delanteras, puertas traseras, cuartos traseros y medallón, con la
excepción de que en el parabrisas no es posible inyectar un termoplástico ni un
hule por la alta presión de inyección que se requiere, en el parabrisas se utiliza
otra técnica para inyectar poliuretano llamada RIM por sus siglas en inglés
“Reaction Injection Molding”.
Los principales beneficios del encapsulado de vidrio automotriz son los
siguientes:
� Permite una mayor flexibilidad en el diseño de molduras y sellos
perimetrales en los vidrios y facilita su instalación.
� Permite una mayor flexibilidad en el diseño al obtener diversos tipos de
perfiles en cualquier sección del producto.
� Permite la inserción de otros componentes de montaje como molduras,
tornillos, almas metálicas, etc.
� Permite el montaje del cristal al ras de la carrocería mejorando el
desempeño aerodinámico, reduciendo el ruido del viento, y el consumo
de combustible.
� Facilita el montaje del encapsulado en la planta armadora.
� Mejora notablemente la parte estética del vehículo.
� Cubre defectos de ensamble de carrocería o de trimming interno del
automóvil.
� Reduce el costo de instalar una moldura en un segundo paso
de ensamblaje.
Para una mejor comprensión de lo que es el encapsulado
en la figura 3.2 se presentan unas imágenes del producto el cual va a servir para
desarrollar la presente investigación.
a)
Figura 3.2. a) Ensamble final del encapsulado de vidrio automotriz, b)
A los termoplásticos se les realiza diferentes pruebas
finalidad de conocer cómo es que se comporta este,
de resina y determinar si la viscosidad cambia.
Facilita el montaje del encapsulado en la planta armadora.
Mejora notablemente la parte estética del vehículo.
Cubre defectos de ensamble de carrocería o de trimming interno del
Reduce el costo de instalar una moldura en un segundo paso
Para una mejor comprensión de lo que es el encapsulado de vidrio automotriz
se presentan unas imágenes del producto el cual va a servir para
desarrollar la presente investigación.
b)
. a) Ensamble final del encapsulado de vidrio automotriz, b)
Encapsulado automotriz
termoplásticos se les realiza diferentes pruebas rápidas y sencillas
finalidad de conocer cómo es que se comporta este, y poder diferenciar los lotes
erminar si la viscosidad cambia.
21
Cubre defectos de ensamble de carrocería o de trimming interno del
Reduce el costo de instalar una moldura en un segundo paso en la línea
de vidrio automotriz
se presentan unas imágenes del producto el cual va a servir para
. a) Ensamble final del encapsulado de vidrio automotriz, b)
rápidas y sencillas con la
y poder diferenciar los lotes
22
Con esto poder detectar a tiempo un posible cambio en parámetros de
procesamiento y por ende una calidad defectuosa; entre las pruebas más
confiables y rápidas se encuentra la del medidor del índice de fluidez y la
reometría capilar.
3.4 Índice de fluidez
En esta prueba establecida por la Sociedad Americana para pruebas y
Materiales (ASTM) basada en el medidor de índice de fluidez, en donde el
polímero se encuentra contenido en un barril equipado con una resistencia
eléctrica y una chaqueta aislante. Un peso conduce el pistón, el cual forza el
material fundido a través del dado. La velocidad de flujo, expresada como
gramos/10min, es el resultado reportado.
Debido a que son relativamente baratos y fáciles de operar, los medidores
de índice de fluidez (plastómeros) son los equipos más ampliamente utilizados en
la industria para la caracterización de polímeros fundidos. El plastómero de
extrusión es una herramienta sumamente útil para comparar resinas del mismo
tipo.
Fig
3.5 Reometría Capilar
El reómetro capilar consiste en un barril con calentamiento eléctrico en cuyo
extremo se coloca un dado capilar a través del cual se hace pasar el plástico
fundido. El pistón baja a través del barril a velocidad constante, forzando al
plástico fundido a pasar por el capilar; se mide la fuerza que es necesaria aplicar
al pistón para empujar el materi
fuerza, evaluados a las diferentes velocidades, se calculan los esfuerzos de corte
generados a diferentes velocidades de corte; lo cual permite calcular la viscosidad
del material en un intervalo de velocidades
Figura 3.3 Medidor de índice de fluidez
El reómetro capilar consiste en un barril con calentamiento eléctrico en cuyo
dado capilar a través del cual se hace pasar el plástico
fundido. El pistón baja a través del barril a velocidad constante, forzando al
plástico fundido a pasar por el capilar; se mide la fuerza que es necesaria aplicar
al pistón para empujar el material a una velocidad determinada. Con los datos de
fuerza, evaluados a las diferentes velocidades, se calculan los esfuerzos de corte
generados a diferentes velocidades de corte; lo cual permite calcular la viscosidad
del material en un intervalo de velocidades de corte determinado.
23
El reómetro capilar consiste en un barril con calentamiento eléctrico en cuyo
dado capilar a través del cual se hace pasar el plástico
fundido. El pistón baja a través del barril a velocidad constante, forzando al
plástico fundido a pasar por el capilar; se mide la fuerza que es necesaria aplicar
Con los datos de
fuerza, evaluados a las diferentes velocidades, se calculan los esfuerzos de corte
generados a diferentes velocidades de corte; lo cual permite calcular la viscosidad
La relación entre esfuerzo y velocidad de corte que describe las características
de flujo de un líquido, se puede representar gráficamente en lo que se conoce
como curvas de flujo. Es decir, una
recta con pendiente 1 para un fluido Newtoniano. Sin embargo, muchos
materiales, particularmente soluciones, dispersiones y fundidos poliméricos no
muestran este tipo de comportamiento. A estos fluidos que no muestran
comportamiento simple de un fluido Newtoniano se les conoc
Newtonianos. La determinación de la reometría capilar nos proporciona una
información más completa acerca del comportamiento de flujo de los materiales, lo
que permite entender fallas y defectos del procesado que son de origen reológico
o en ciertos casos hacer una mejor selección del polímero a utilizar.
La relación entre esfuerzo y velocidad de corte que describe las características
de flujo de un líquido, se puede representar gráficamente en lo que se conoce
como curvas de flujo. Es decir, una gráfica logarítmica de τ vs γ ser
recta con pendiente 1 para un fluido Newtoniano. Sin embargo, muchos
materiales, particularmente soluciones, dispersiones y fundidos poliméricos no
muestran este tipo de comportamiento. A estos fluidos que no muestran
comportamiento simple de un fluido Newtoniano se les conoce como fluidos no
La determinación de la reometría capilar nos proporciona una
información más completa acerca del comportamiento de flujo de los materiales, lo
fallas y defectos del procesado que son de origen reológico
o en ciertos casos hacer una mejor selección del polímero a utilizar.
Figura 3.4 Reómetro Capilar.
24
La relación entre esfuerzo y velocidad de corte que describe las características
de flujo de un líquido, se puede representar gráficamente en lo que se conoce
γ será una línea
recta con pendiente 1 para un fluido Newtoniano. Sin embargo, muchos
materiales, particularmente soluciones, dispersiones y fundidos poliméricos no
muestran este tipo de comportamiento. A estos fluidos que no muestran el
e como fluidos no-
La determinación de la reometría capilar nos proporciona una
información más completa acerca del comportamiento de flujo de los materiales, lo
fallas y defectos del procesado que son de origen reológico
25
3.6 Problemas en moldeo por inyección
Frecuentemente se enfrentan una gran cantidad de problemas y dificultades
en el proceso de inyección de plástico, principalmente relacionados con la calidad
de la pieza. En la mayoría de los casos la mala calidad de las partes moldeadas
puede ser detectada a simple vista antes de someterlo a su aplicación final.
Los problemas que se presentan mayormente en el moldeo por inyección de
termoplásticos están relacionados con defectos de la pieza moldeada y son:
� Piezas incompletas
� Piezas con rebabas
� Huecos y Rechupados
� Líneas de soldadura
� Alabeamiento
� Efecto diesel
� Brillo inconsistente
� Líneas de flujo
3.6.1 Rechupados y Huecos
Las piezas con rechupados son aquellas que presentan una depresión en
su superficie y aquellas con huecos son las que presentan espacios interiores que
no han sido llenados totalmente.
26
Los rechupados normalmente se deben a una presión insuficiente sobre el
fundido o al empacado insuficiente de material en la cavidad. Comúnmente se
presentan en secciones gruesas, sobre todo cuando éstas se encuentran
adyacentes a secciones delgadas.
A continuación se enlistan las principales causas que originan este problema:
� Presión de inyección baja
� Tiempo de presión de sostenimiento muy corto
� Velocidad de inyección baja
� Material sobrecalentado
� Material húmedo
� Enfriamiento del molde no uniforme
� Tamaño de la entrada, canales de alimentación y boquilla muy pequeños
� Espesores de la pieza no uniformes
En muchos de los caso de los defectos de calidad estos son detectables desde
la etapa de diseño y desarrollo de nuevo producto, es decir, con el avance de la
tecnología se han desarrollado programas computacionales que son capaces de
simular con gran fiabilidad el proceso de inyección de plástico en su totalidad y así
poder detectar estos defectos en una etapa temprana del diseño de nuevos
productos.
27
Los resultados que esos ofrecen son por demás verídicos y muy apegados a la
realidad, ofrecen desde la etapa del diseño de entradas, enfriamiento, hasta los
posibles defectos que la pieza pudiera tener cuando se encuentre en producción.
Por mencionar algunos de los programas computacionales que se encuentran en
el mercado, están: Moldflow, Moldex 3D, C-Mold, etc.
3.7 Simulación del proceso de inyección de plástico
En el desarrollo de una pieza de plástico inyectada se realiza una inversión
muy importante en el diseño y construcción del molde con el que va a ser
fabricada. Un óptimo diseño del molde es fundamental para obtener una calidad
de pieza adecuada, por lo que el diseñar mal un molde supone un problema
importante desde dos puntos de vista: puede tener pérdidas económicas
importantes por el costo del molde y porque puede condicionar la posterior
inyección de la pieza y la calidad de la misma y un problema de posteriores
modificaciones que se deban realizar, ya que puede retrasar el desarrollo de un
proyecto de las partes moldeadas.
Los programas de simulación son herramientas que pueden servir para la
realización de un diseño óptimo del molde. Mediante los resultados obtenidos de
los programas de simulación se pueden analizar la viabilidad de la geometría de la
pieza y del molde, los medios necesarios para su fabricación, los tiempos de ciclo,
etc.
28
Existen en el mercado varios programas que permiten realizar simulaciones de
inyección de platicos, entre los cuales destacan: Moldflow y Moldex.
Particularmente el desarrollo del presente trabajo se centra en el programa de
elemento finito Moldflow.
MoldFlow es una herramienta muy poderosa en la simulación por elemento
finito del proceso de inyección de plástico. Con este paquete se puede determinar
la manufacturabilidad de una pieza de plástico, y todo el sistema de alimentación
del molde así como el comportamiento de la temperatura y la presión entre otras
cosas.
El paquete permite que un modelo de la pieza creado en un sistema CAD,
tales como SOLIDWORK, CATIA, PRO-E etc; sea analizado en dos partes,
primero la pieza únicamente y luego la pieza con un sistema de alimentación
dentro de un molde.
El programa de simulación Moldflow cuenta con dos opciones para el
análisis del proceso de inyección de plástico; uno es el Moldflow part adviser
(MPA) y el Moldflow part insight (MPI) el primero si bien es bueno para resolver
ciertos problemas del proceso, este carece de ciertas características que permitan
un buen análisis e interpretación de resultados, ya que es más utilizado para un
análisis rápido y sencillo y para la representación gráfica de la pieza simulada.
29
En cambio el MPI ofrece una amplia gama de soluciones ya que este
cuenta con el procesamiento por elemento finito y otras opciones que dan como
resultado un mejor completo análisis. Para el caso de estudio del presente
proyecto se utilizará el MPI.
La ayuda proporcionada por este programa es muy valiosa para el
diseñador ya que puede saber cómo se comportará la pieza analizada bajo las
condiciones de proceso que previamente haya establecido. Para entender cada
análisis como es debido, se necesita tener un contexto de conocimientos acerca
del comportamiento de los plásticos en el moldeo por inyección.
Una vez teniendo estos conocimientos es muy fácil saber por primera vez
que está indicando cada resultado del análisis. Para cambiar algún parámetro o
resultado se pueden modificar distintas variables, no hay una sola opción
comúnmente por lo que hay que entender bien cómo interpretar cada resultado del
análisis del programa.
Una gran mayoría de los programas de simulación del proceso de inyección de
plásticos utilizan el método de elemento finito (MEF) para la solución de los
modelos matemáticos que incluye el cálculo de la mecánica de fluidos y de la
transferencia de calor por convección forzada del polímero durante el llenado de
las cavidades para formar las piezas.
30
3.7.1 Modelos de elemento finito
El programa computacional Moldflow resuelve las ecuaciones de mecánica
de fluidos empleando el método de elementos finitos, el cual consiste en dividir la
geometría en la que se requiere solucionar una ecuación de una campo escalar o
vectorial en un dominio o en pequeños elementos, utilizando elementos
triangulares y la ecuación de energía empleando el método de diferencias finitas.
La determinación del avance del frente de inyección del polímero en el interior de
la cavidad se efectúa mediante el método de elementos finitos, utilizando
elementos hexagonales y el método de volumen de fluido.
El modelo de mecánica de fluidos de Hele.Shaw, emplea la ecuación de
Laplace para la presión en el plano x-y, en la cavidad de poca profundidad z = 2δ,
escrita en términos de fluidez S del polímero, en la forma que indica la ecuación
��� �� ��
��� + �� + �� ��
�� = � � = � �� �(�,, )
�� (1)
Los componentes de la velocidad u (z) y v(z) se calculan en función de
la dirección de z, perpendicular a la dirección de avance del polímero, mediante
las relaciones en términos del gradiente de presión que define las ecuaciones:
� = − �� ��
�� � = − �� ��
�� �( ) = − ���� � ´� ´
�( ´)�
�( ) = − ��� � ´� ´
�( ´)�
(2)
31
La ecuación de energía, incorpora los cambios de energía interna, dos
términos convectivos, un término de difusión y la generación de calor por la
fricción del polímero en las paredes de la cavidad:
��� ����� + � ��
�� + � ���� = � ���
� � + � ∙ ∙� (3)
Donde la velocidad de deformación ! , se define por la expresión:
! = "���� �� + ���
� �� (4)
La relación entre la viscosidad y la velocidad de deformación es no lineal y
varía con la temperatura, en °C, de acuerdo a la expresión de segundo orden:
#$(�) = % + &'�( ! ) + �� + ()#$ ! *� + + #$( ! )� + ,�� (5)
Los coeficientes A, B, C, D, E, F se conocen para cada tipo de polímero.
El seguimiento del frente móvil del polímero de la superficie del polímero en
contacto con el aire durante el proceso de llenado de la cavidad se calcula
mediante el método de volumen finito:
�,�� + - ∙ ,�../ = � (6)
32
Los modelos numéricos utilizados en programas de elementos finitos son
técnicas que muestran una solución aproximada a la solución exacta de un
problema, la cual está en función directa de los siguientes factores:
� El tipo de ecuación constitutiva empleada en el modelo.
� Los factores que integran la ecuación.
� Las condiciones limitantes, iniciales y las impuestas
� El tipo de elemento finito utilizado.
� El número de elementos en la malla.
� Cantidad de nodos o puntos de cálculo por elemento.
� La estabilidad convergente de la solución del problema.
33
3.7.2 Discretización de la malla
La generación de la malla es una de las partes más críticas en el análisis
del modelado por elemento finito ya que en ella influyen dos factores (Fornon,
1982):
� Grado de exactitud que se requiere para el análisis.
� Costo computacional del análisis.
Por lo que es importante hacer una buena selección de malla y plantear el tipo
de análisis requerido, ya que para una simple representación de la parte moldeada
no es necesario una malla tan densa, pero sí en cambio se requiere un análisis
más detallado y lograr buenos resultados para el mejoramiento del proceso real, sí
es necesario una malla más densa.
34
CAPÍTULO IV
MATERIALES Y MÉTODOS
4.1 Introducción
En este capítulo se presenta la metodología utilizada para realizar la presente
investigación, se analizan las etapas de diseño de la geometría del encapsulado
de vidrio automotriz y la validación llevada a cabo. En la metodología utilizada se
muestra desde los cambios realizados al diseño CAD del modelo, hasta la
solución aproximada del modelo de elemento finito.
4.2 Metodología
En base al análisis de la revisión bibliográfica y a la manera como otros
autores han resuelto los problemas de defectos de calidad en piezas moldeadas
por inyección de plástico y a la posterior optimización, se puede determinar la
siguiente metodología para realizar la presente investigación.
En la figura 4.1 se presenta una esquematización de la metodología empleada,
la cual empieza con la definición de parámetros, para luego establecer la relación
que estos tienen con el defecto de calidad y la posible solución, posteriormente
simular con elemento finito, para luego evaluar el diseño y finalizar con la
optimización de parámetros.
35
Figura. 4.1 Metodología para la optimización del proceso de inyección de
plástico
36
4.2.1 Definición de parámetros que afectan la calidad de la pieza
Esta etapa del proyecto es una de las más relevantes ya que del buen
razonamiento de los parámetros que afectan la calidad de la pieza depende la
solución final del problema. El defecto que se estudia y analiza en el presente
proyecto es el rechupe con el que cuenta la geometría del encapsulado de vidrio
automotriz con TPV, el cual fue definido anteriormente en el marco teórico.
De las principales causas que originan este problema y en base al estudio del
arte revisado la investigación se centra en las siguientes:
� Tiempo de presión de sostenimiento muy corto
� Velocidad de inyección baja
� Temperatura de fundido
� Temperatura de Molde
� Temperatura de enfriamiento
A continuación se muestra un diagrama que muestra la interdependencia entre
características de calidad y parámetros de proceso mostrado por Bichler y Kramer
2007.
Figura. 4.2 Diagrama de interdependencia entre características de calidad y
parámetros de proceso representado mediante la curva de presión interna en la
A continuación se muestra un diagrama que muestra la interdependencia entre
características de calidad y parámetros de proceso mostrado por Bichler y Kramer
Diagrama de interdependencia entre características de calidad y
parámetros de proceso representado mediante la curva de presión interna en la
cavidad del molde
37
A continuación se muestra un diagrama que muestra la interdependencia entre
características de calidad y parámetros de proceso mostrado por Bichler y Kramer
Diagrama de interdependencia entre características de calidad y
parámetros de proceso representado mediante la curva de presión interna en la
38
4.2.2 Relación defecto-causa-solución
Una vez establecidos las variables que más afectan el defecto analizado, se
establecieron los niveles que serían utilizados para la simulación del proceso por
de inyección de plástico.
4.2.3 Simulación por elemento finito del proceso de inyección de plástico
Para realizar la primera simulación CAE se siguieron los pasos a
continuación descritos, con la finalidad de validar el problema real del
encapsulado, es decir, si en proceso real se tiene el rechupe en cierta región de la
parte la simulación por elemento finito deberá tener el mismo defecto y en el
mismo lugar del modelo CAE, con las mismas condiciones de procesamiento.
39
4.2.3.1 Modificaciones al encapsulado original
Para llevar a cabo la simulación se realizaron una serie de adecuaciones
previas en un software de CAD, acondicionando encapsulado para su
procesamiento en el programa de simulación del proceso de inyección. Es decir,
es necesario exportar el modelo CAD del encapsulado de vidrio automotriz a un
programa CAE, en este caso Moldflow, el cual se puede guardar en base a un
formato estándar de cambio de datos entre aplicaciones CAD, por lo que se
seleccionó el formato IGES. La figura 4.3 muestra los cambios en la parte.
a) b)
Figura 4.3 Adecuación del encapsulado: a) se muestra el ensamble terminado
del encapsulado automotriz con TPV, b) se simplificó el encapsulado para su
posterior simulación.
Para las modificaciones del encapsulado se
el encapsulado final presentaba el cristal automotriz y un perfil de aluminio en la
parte inferior, por lo que al omitirlos
que no son importantes para el defecto de calidad analizado.
4.2.3.2 Procesamiento del Modelo
Una vez exportado el modelo CAD en formato IGES al simulador, lo
siguiente fue crear la malla para la simulación d
complejidad de la pieza el total de elementos para esta malla fue de 14199, sin
duda un gran número de elementos; se decidió utilizar esta malla con el fin de
obtener una buena confiabilidad al momento de realizar la simulación, m
embargo el tener un gran número de elementos en la malla supone una gran
cantidad de tiempo en horas de procesamiento por lo que es recomendable
analizar la finalidad de la simulación, ya que para una simple representación basta
con una menor densidad de malleo.
Para las modificaciones del encapsulado se realizó un desensamble ya que
el encapsulado final presentaba el cristal automotriz y un perfil de aluminio en la
parte inferior, por lo que al omitirlos para la simulación, esta no se ve afectada ya
que no son importantes para el defecto de calidad analizado.
4.2.3.2 Procesamiento del Modelo
Una vez exportado el modelo CAD en formato IGES al simulador, lo
fue crear la malla para la simulación del producto. Debido a la
complejidad de la pieza el total de elementos para esta malla fue de 14199, sin
duda un gran número de elementos; se decidió utilizar esta malla con el fin de
obtener una buena confiabilidad al momento de realizar la simulación, m
embargo el tener un gran número de elementos en la malla supone una gran
cantidad de tiempo en horas de procesamiento por lo que es recomendable
analizar la finalidad de la simulación, ya que para una simple representación basta
ad de malleo.
Figura 4.4 Malla de la geometría
40
un desensamble ya que
el encapsulado final presentaba el cristal automotriz y un perfil de aluminio en la
para la simulación, esta no se ve afectada ya
Una vez exportado el modelo CAD en formato IGES al simulador, lo
Debido a la
complejidad de la pieza el total de elementos para esta malla fue de 14199, sin
duda un gran número de elementos; se decidió utilizar esta malla con el fin de
obtener una buena confiabilidad al momento de realizar la simulación, mas sin
embargo el tener un gran número de elementos en la malla supone una gran
cantidad de tiempo en horas de procesamiento por lo que es recomendable
analizar la finalidad de la simulación, ya que para una simple representación basta
El Moldflow cuenta con una opción de Malleo
esta aplicación ya no es necesario realizarlo en otro programa especial, además
cuenta con opciones para la reparación de la malla en caso de que esta no fuera
la ideal para la parte. Se continuó
material a utilizar para el modelo
4.2.3.3 Selección del material
De la amplia base de datos de materiales con la que cuenta el simulador se
seleccionó un TPV Santoprene
ofrece, muestra o recomienda parámetros de procesamiento predefinidos en su
base de datos.
Figura 4.5
El Moldflow cuenta con una opción de Malleo para las partes por lo que al usar
esta aplicación ya no es necesario realizarlo en otro programa especial, además
cuenta con opciones para la reparación de la malla en caso de que esta no fuera
continuó con la caracterización de las propiedades del
material a utilizar para el modelo
4.2.3.3 Selección del material
De la amplia base de datos de materiales con la que cuenta el simulador se
seleccionó un TPV Santoprene 121-65M300, dentro de las características que
ofrece, muestra o recomienda parámetros de procesamiento predefinidos en su
Figura 4.5 Ventana del material seleccionado
41
para las partes por lo que al usar
esta aplicación ya no es necesario realizarlo en otro programa especial, además
cuenta con opciones para la reparación de la malla en caso de que esta no fuera
e las propiedades del
De la amplia base de datos de materiales con la que cuenta el simulador se
65M300, dentro de las características que
ofrece, muestra o recomienda parámetros de procesamiento predefinidos en su
Figura 4.6 Ventana de parámetros de procesamientos recomendados
La ecuación 4.1 muestra el modelo de viscosidad de Cross
el TPV santoprene empleado en la simulación a diferentes temperaturas:
0 = 0�12�0� !
3 ��41 0 = (1
η es viscosidad (Pa-
= D2+D3*p donde P es la presión (Pa), A2=A2+D3*P(K),
son constantes. τ está relacionado con el tiempo de relajación del material y D2
con la temperatura de transición vítrea (Tg).
Ventana de parámetros de procesamientos recomendados
cuación 4.1 muestra el modelo de viscosidad de Cross-WLF utilizado para
el TPV santoprene empleado en la simulación a diferentes temperaturas:
567 89%1( �9�:)%�2(�9�:); Ec. 4.1 donde:
-s), γ velocidad de corte (1/s), T es temperatura (K), T*
nde P es la presión (Pa), A2=A2+D3*P(K), τ*, D1,D2,D3,A1 y A2
á relacionado con el tiempo de relajación del material y D2
con la temperatura de transición vítrea (Tg).
42
Ventana de parámetros de procesamientos recomendados
WLF utilizado para
el TPV santoprene empleado en la simulación a diferentes temperaturas:
temperatura (K), T*
*, D1,D2,D3,A1 y A2
á relacionado con el tiempo de relajación del material y D2
Con los resultados obtenidos de una reología aplicada al material utilizado
en producción se pudo comparar la gráfica de viscosidad vs velocidad de corte
con la gráfica del material del simulador. En las siguientes figuras se muestran las
dos gráficas. Con esta comparación se puede demostrar que en efecto, la base de
datos del simulador es muy confiable.
Figura 4.7 Graficas de viscosidad vs velocidad de corte
gráfica proporcionada por la base de datos del simulador la cual tiene sus
los resultados obtenidos de una reología aplicada al material utilizado
en producción se pudo comparar la gráfica de viscosidad vs velocidad de corte
con la gráfica del material del simulador. En las siguientes figuras se muestran las
ta comparación se puede demostrar que en efecto, la base de
el simulador es muy confiable.
a)
b)
Graficas de viscosidad vs velocidad de corte: a) se muestra la
proporcionada por la base de datos del simulador la cual tiene sus
43
los resultados obtenidos de una reología aplicada al material utilizado
en producción se pudo comparar la gráfica de viscosidad vs velocidad de corte
con la gráfica del material del simulador. En las siguientes figuras se muestran las
ta comparación se puede demostrar que en efecto, la base de
) se muestra la
proporcionada por la base de datos del simulador la cual tiene sus
44
unidades en Pa-s, mientras que en b) se muestra la gráfica obtenida de la reología
aplicada al material, la cual esta expresado en función logarítmica.
Figura 4.8 Resultados de la reología aplicada al TPV
45
4.2.3.4 Parámetros de Procesamiento en Planta
Parámetros de procesamiento al inicio de la investigación utilizados en el
proceso del encapsulado de vidrio automotriz TPV.
Tabla 1.- Hoja de procesamiento real
46
4.2.3.5 Análisis de la simulación
El análisis de llenado simula el comportamiento del plástico durante la fase
de primera presión o llenado de la cavidad según las condiciones de contorno
definidas y considerando un molde ideal a temperatura constante. La información
resultante es extensa siendo la más significativa aquella que informa del tiempo,
presión y temperatura del frente plástico durante el llenado. Además muestra las
líneas de soldadura, burbujas de aire, velocidad de corte y tiempo de expulsión.
El motivo de realizar la simulación con los datos de procesamiento reales es
validar los resultados obtenidos contra los resultados de la parte real.
4.2.3.5.1 Análisis de llenado
Representa el avance de flujo durante el proceso desde el inicio de la
inyección hasta la llegada del flujo plástico a cada uno de los puntos. En la figura
se puede observar la escala de tiempo del proceso de inyección, en la cual las
zonas más azules indican un menor tiempo de llenado, mientras la zona más roja
indica un tiempo más largo de llenado.
Figura 4.9 Tiempo de llenado
47
4.2.3.5.2 Temperatura de frente flujo
Es la temperatura del polímero cuando el frente de flujo alcanza cierto punto.
En la Figura 5 se puede apreciar una temperatura del frente de flujo prácticamente
uniforme.
Figura 4.10 temperatura de frente flujo
48
4.2.3.5.3. Tiempo de expulsión de la pieza
Indica el tiempo que tarda el producto en alcanzar la temperatura de expulsión.
En la figura 4.9 se muestra el tiempo óptimo en el cual la parte debe ser expulsada
del moldeo. El color azul indica que tiene un tiempo aproximado de 110 segundos
después del final del llenado.
Figura 4.11 tiempo de expulsión de la pieza
Con la simulación de los parámetros utilizados por parte de la empresa se
obtuvieron resultados importantes ya que con estos se pudo validar que
efectivamente el programa de simulación ofrece resultados que pueden ser útiles y
de alta confiabilidad.
4.2.4. Validación del modelo de elemento finito
Para la validación del modelo de elemento finito del encapsulado de vidrio
automotriz se comparó la imagen de la colocación del punto de iny
encapsulado real contra el modelo de elemento finito.
Figura. 412
Figura 4.13
4.2.4. Validación del modelo de elemento finito
Para la validación del modelo de elemento finito del encapsulado de vidrio
automotriz se comparó la imagen de la colocación del punto de iny
encapsulado real contra el modelo de elemento finito.
igura. 412 Punto de inyección del encapsulado
Figura 4.13.- Modelo de elemento finito
49
Para la validación del modelo de elemento finito del encapsulado de vidrio
automotriz se comparó la imagen de la colocación del punto de inyección del
Otra comparación de que se
del rechupe localizado en la parte inferior del encapsulado, así mismo se comparó
con los resultado de la simulación por elemento finito en el software de inyección
de plástico para localizar que efectivamente
real, también se encontraba en el resultado de la simulación.
Figura 4.14
Figura 4.15.
Otra comparación de que se realizó para validar el modelo se tomaron fotografías
del rechupe localizado en la parte inferior del encapsulado, así mismo se comparó
con los resultado de la simulación por elemento finito en el software de inyección
de plástico para localizar que efectivamente en la parte detectada en el proceso
real, también se encontraba en el resultado de la simulación.
Figura 4.14.- Resultado de la simulación.
Figura 4.15.- Rechupe en el encapsulado real.
50
para validar el modelo se tomaron fotografías
del rechupe localizado en la parte inferior del encapsulado, así mismo se comparó
con los resultado de la simulación por elemento finito en el software de inyección
en la parte detectada en el proceso
En la imagen del simulador en la esquina inferior izquierda se
claramente en rojo el rechupe, el cual también se presente en el
la figura 4.15 se muestra el rechupe en el encapsulado real.
Así mismo se verificó el peso de la muestra del encapsulado real y el peso del
encapsulado de la simulación, obteniendo que ambas piezas tuvieran un peso
muy similar.
En la imagen del simulador en la esquina inferior izquierda se puede observar
el rechupe, el cual también se presente en el proceso real, en
se muestra el rechupe en el encapsulado real.
Así mismo se verificó el peso de la muestra del encapsulado real y el peso del
simulación, obteniendo que ambas piezas tuvieran un peso
Figura 4.16 Peso de la pieza.
51
puede observar
proceso real, en
Así mismo se verificó el peso de la muestra del encapsulado real y el peso del
simulación, obteniendo que ambas piezas tuvieran un peso
52
Figura 4.17.- Peso de la pieza simulada.
Para la realización de la validación del modelo de elemento finito del
encapsulado de vidrio automotriz con TPV, y la comparación con una pieza real,
estos se realizaron bajo los mismos parámetros de procesamiento, tanto para el
proceso real como para el simulado.
Con esta prueba se comprobó que los resultados del simulador son muy
parecidos a los obtenidos en procesamiento real.
53
CAPÍTULO V
CASO DE ESTUDIO Y RESULTADOS
5.1 Introducción
Este capítulo presenta la metodología utilizada para la optimización de los
parámetros del proceso de inyección de plástico TPV para el encapsulado de
vidrio automotriz. El sistema utilizado muestra el uso de la capacidad tecnológica
aplicada al proceso de inyección de plástico y desarrollo de productos plásticos, se
hace una descripción detallada de los pasos realizados en cada simulación para la
obtención de la superficie de respuesta y su posterior optimización.
5. 2 Superficie de Respuesta
Para producir continuamente piezas de alta calidad, es necesario conocer qué
parámetros de proceso influyen en un aspecto de calidad determinado y encontrar
los rangos de variación de estos parámetros, que todavía no afecten la calidad de
las piezas. Dependiendo del tipo de producto, habrá un rango de tolerancia mayor
o menor en el parámetro que se va a ajustar.
Por lo que una de las metodologías utilizadas ampliamente para resolver los
problemas de calidad en los productos plásticos es la superficie de respuesta, es
decir, utilizando un diseño central compuesto.
54
5.2.1 Factores y Niveles
En base al estudio del estado del arte realizado y considerando el
procesamiento del TPV se determinó que los parámetros que más influían y son
importantes para el defecto de calidad del rechupe son: temperatura de fundido
del material, temperatura del molde, velocidad de inyección, tiempo de
enfriamiento y tiempo de sostenimiento.
Lo siguiente fue definir los niveles de los factores para realizar el análisis de
superficie de respuesta, se seleccionaron los niveles en base a los parámetros de
procesamiento, así como también a los rangos recomendados por el fabricante de
la resina, en los cuales dichos parámetros deben estar para un buen
procesamiento. A continuación se presenta la tabla con los factores y niveles
establecidos para el análisis de superficie de respuesta.
Tabla Factores y Niveles
No Factor Niveles
1 Temperatura de Fundido 170-230
2 Temperatura de Molde 35-60
3 Velocidad de inyección 200-350
4 Tiempo de enfriamiento 30-40
5 Tiempo de sostenimiento 8-10
Figura 5.1 Tabla de factores y niveles de la superficie de respuesta.
55
5.2.2 Diseño de la superficie de respuesta
En base a lo mencionado anteriormente se realizó el Diseño Central
Compuesto para el análisis de la Superficie de Respuesta, en el software
MINITAB, el cual consta de un total de 32 corridas en forma aleatoria. En la
siguiente tabla se muestra el diseño de las corridas utilizadas para el análisis.
Tabla Diseño central compuesto
No.
de
Corrida
Temperatura
de Fundido
Temperatura
de Molde
Velocidad Tiempo de
Enfriamiento
Tiempo de
Sostenimiento
1 170 60 200 30 8
2 200 47.5 275 35 9
3 230 35 200 30 8
4 200 47.5 275 45 9
5 170 35 350 40 10
6 230 60 350 30 8
7 200 47.5 275 35 9
8 260 47.5 275 35 9
9 230 35 350 40 8
10 200 72.5 275 35 9
11 200 47.5 275 25 9
12 230 60 200 30 10
13 200 47.5 275 35 7
14 200 22.5 275 35 9
56
15 200 47.5 275 35 9
16 230 60 200 40 8
17 200 47.5 275 35 9
18 200 47.5 275 35 9
19 170 60 200 40 10
20 230 35 350 30 10
21 170 35 350 30 8
22 230 60 350 40 10
23 170 35 200 40 8
24 230 35 200 40 10
25 200 47.5 125 35 9
26 170 60 350 30 10
27 140 47.5 275 35 9
28 170 60 350 40 8
29 200 47.5 275 35 11
30 200 47.5 275 35 9
31 170 35 200 30 10
32 200 47.5 425 35 9
Figura 5.2 Tabla del diseño central compuesto de la superficie de respuesta.
57
Por ser un proceso que actualmente se encuentra en producción continua no fue
posible llevar a cabo el diseño de experimento, a continuación se enumeran los
recursos tanto materiales como humanos que se requerirían si se realizara el DOE
en el proceso real.
Tabla.- Costo experimento real
Cantidad Descripción Total
Mano de Obra 6 personas Personal por turno 18 personas diarias
Resina 30 kg 250 grs por pieza 30 kgs
Set up 2 Hrs Por cada pieza a inyectar Estabilizar máquina
256 hrs
Scrap 30 Kgs Deshecho 30kgs
Piezas 128 4 por cada corrida 11 días
Tabla 5.3 Costo Producción Real.
Cantidad Descripción Total
SR 32 Corridas Simulación 32
Inyección pieza 2 hrs Procesamiento Tiempo de ejecución de simulador 64 hrs
Tabla 5.4 Costo Simulación.
Con esto se demuestra nuevamente el porqué es importante darle cada vez más
importancia a los paquetes computacionales que son capaces de simular efectiva
y confiablemente los procesos industriales.
58
5.3 Resultados del modelo de elemento finito en CAE
El diseño completo de la superficie de respuesta fue evaluado en el
simulador de elemento finito de procesos de inyección de plásticos Moldflow, dado
que el correr las 32 pruebas de manera real implicaría un costo muy grande para
la empresa, por lo que acorde a lo investigado dentro del estado del arte se optó
por hacerlo de esta manera. Como el archivo de resultados para cada corrida es
muy amplio solo se mostrarán algunas de las corridas, y al finalizar el capítulo se
mostrara en una tabla los resultados totales del análisis de la investigación antes
de su optimización.
5.3.1 Simulación 1
A continuación se muestran los parámetros utilizados en la primera simulación
de acuerdo al diseño de la superficie de respuesta:
Parámetros de Procesamiento
Temperatura de Fundido: 170°C
Temperatura de Molde: 60°C
Velocidad de Inyección: 200 ccm/s
Tiempo de Enfriamiento: 30 seg
Tiempo de Sostenimiento: 8 seg
Figura 5.1 Mallado del encapsulado y colocación del punto de inyecciónMallado del encapsulado y colocación del punto de inyección
Figura 5.2 Tiempo de llenado.
59
Mallado del encapsulado y colocación del punto de inyección.
En la figura 5.3 se puede apreciar el malleo
en la figura 5.4 se muestra en cada color de contorno las partes del molde que
fueron llenadas al mismo tiempo, el inicio de la inyección se muestra en azul y los
últimos lugares en llenarse son mostrados en rojo. En ca
tuviera un disparo corto de inyección se mostraría en la imagen dado que se
mostraría sin color.
En la figura 5.5 se muestra el resultado de en el análisis de contracción del
encapsulado en donde en la parte inferior izquierda del encapsulado se muestra el
lugar donde se localiza el rechupe
lo muestra el encapsulado total.
En la figura 5.3 se puede apreciar el malleo que tiene el encapsulado de vidrio,
en la figura 5.4 se muestra en cada color de contorno las partes del molde que
fueron llenadas al mismo tiempo, el inicio de la inyección se muestra en azul y los
últimos lugares en llenarse son mostrados en rojo. En caso de que el proceso
tuviera un disparo corto de inyección se mostraría en la imagen dado que se
Figura 5.3 Área del Rechupe.
En la figura 5.5 se muestra el resultado de en el análisis de contracción del
la parte inferior izquierda del encapsulado se muestra el
lugar donde se localiza el rechupe más significativo de la parte moldeada, tal como
lo muestra el encapsulado total.
60
que tiene el encapsulado de vidrio,
en la figura 5.4 se muestra en cada color de contorno las partes del molde que
fueron llenadas al mismo tiempo, el inicio de la inyección se muestra en azul y los
so de que el proceso
tuviera un disparo corto de inyección se mostraría en la imagen dado que se
En la figura 5.5 se muestra el resultado de en el análisis de contracción del
la parte inferior izquierda del encapsulado se muestra el
significativo de la parte moldeada, tal como
61
En la barra de colores muestra el porcentaje total del rechupe siendo este el
más alto de la pieza, y en el resto del encapsulado se encuentra en rangos
tolerables para el proceso, ya que por ser un termoplástico este siempre va a
presentar una cierta contracción aceptable e imperceptible a simple vista.
En cada una de las corridas se realizaron los pasos anteriores descritos y
se analizaron los mismos resultados hasta finalizar la tabla del diseño central
compuesto.
62
5.4 Análisis del Diseño Central Compuesto
En la tabla se describe cada una de las 32 corridas realizadas en el
simulador por elemento finito del proceso de inyección de plástico (Moldflow),
además se muestra la variable de salida o respuesta que en este caso es el
porciento máximo de contracción.
Una vez realizadas el total de las corridas lo siguiente fue realizar el análisis
de superficie de respuesta en el programa estadístico minitab.
Tabla.- Resultado diseño central compuesto
63
A continuación se presenta los resultados del Minitab para la
superficie de respuesta.
La técnica de ANOVA es generalmente usada para identificar la
significancia de los parámetros de proceso en la variable de respuesta, en las
tablas descritas arriba se muestra el ANOVA para este estudio del rechupe, la F
del modelo es de 21.26.
64
Esto implica que es significante para predecir la variación en la contracción
en el encapsulado de vidrio automotriz. La R2 calculada es de .97 razonablemente
cerca de 1 lo cual es muy aceptable, esto demuestra que cerca del 97% de la
variabilidad de los datos es explicada por este modelo. Con esto se confirma que
este modelo muestra una excelente explicación de la relación entre los factores y
la variable de respuesta, que en este caso es el rechupe.
La siguiente figura muestra la gráfica de probabilidad normal de los
residuales para la contracción, como se puede apreciar los errores están
normalmente distribuidos.
Figura 5.4 Gráfica de probabilidad normal de los residuales
En las siguientes figuras se muestra la gráfica de contornos y la superficie
de respuesta de la variable de respuesta contracción entre los factores de
temperatura de molde y temperatura de fundido, revelando que entre menor sea
65
los niveles de estos parámetros se obtendrá una contracción en el encapsulado
menor.
Figura 5.5 Gráfica de contorno
5.6 Gráfica de superficie de respuesta.
66
En este estudio la meta es encontrar los valores óptimos para el proceso de
inyección TPV para el encapsulado de vidrio automotriz para minimizar la
variación del rechupe, este problema de optimización puede ser resuelto con la
técnica de la función de deseabilidad, teniendo en cuenta que se quiere minimizar
el rechupe.
Encontrar Z = (Temp. Fundido, Temp. Molde, Velocidad, T. Enfriamiento, T.
Sostenimiento)
Para minimizar ƒ (x) = contracción
Sujeto a: 35° ≤ Temp Molde ≤ 60°
190°≤ Temp. Fundido≤ 230°
200≤velocidad≤350
30≤T. Enfriamiento≤40
8 ≤T. Sostenimiento≤10
Este procedimiento se realizó utilizando el optimizador que trae integrado el
Minitab, el cual consiste en encontrar una combinación de las variables de entrada
que optimice los requerimientos de la respuesta, en donde se obtiene una
deseabilidad individual usando los rangos de las variables y con esto encontrar los
valores donde la contracción sea la menor posible.
67
Figura 5.7 Función de deseabilidad.
En esta imagen se observa cómo trabaja la función de deseabilidad del Minitab
para optimizar, es decir, se busca como objetivo tener una deseabilidad de 1,
estos es que cuando la respuesta disminuye la deseabilidad se incrementa.
Figura 5.8 Gráfica del optimizador del Minitab.
68
En la imagen se muestra el optimizador de Minitab, en donde se puede variar los
valores de los factores y en cada cambio se muestra el posible resultado de la
variable de respuesta, estos valores fueron comparados con el optimizador que
tiene el Excel.
A continuación se muestra los resultados obtenidos del solver de Excel.
Figura 5.9 Resultados de Excel.
Como se puede observar los valores obtenidos en ambas soluciones son muy
similares por lo que se puede considerar que la solución encontrada es muy
significante para el proceso de inyección de TPV.
Una vez encontrado los valores con los que se obtiene una menor contracción, lo
siguiente fue simular estos resultados para corroborar que efectivamente estos
fueron los niveles que den una menor contracción.
69
Figura 5.19 Rechupe en el encapsulado.
Como se puede observar en los resultados de la simulación el máximo punto en la
contracción fue de 9.8, acorde a lo que el optimizador de Minitab obtuvo como el
óptimo para los niveles presentados.
Aunque si bien es cierto el porciento presentado en la contracción no se pudo
evitar por completo si se redujo significativamente en comparación con el más del
12% que se tenía con respecto a los parámetros iniciales del proceso.
70
CAPÍTULO VI
CONCLUSIONES
1.- Con la investigación realizada se pudo constatar que el uso de paquetes
computacionales de elemento finito pude ser de mucha ayuda para simular el
proceso de inyección de plástico con gran exactitud y veracidad en los resultados,
además de que en casos como el presentado en el que el proceso está en línea
de producción continua y era imposible realizar pruebas experimentales, fue de
gran ayuda este.
2.- Con los resultados obtenidos de simulador se pudo constatar que el punto de
inyección se encuentra ligeramente desviado del óptimo recomendado por el
programa computacional.
3.- El uso de varios proveedores de resina TPV en producción real ocasiona
graves problemas en la calidad final del producto, ya que con la variación del peso
molecular de la resina varía drásticamente en la viscosidad del fluido al momento
de inyectarse y si no se tiene la habilidad para prever estas situaciones se tendrá
una variación en los parámetros de procesamiento.
71
4.- El uso de una metodología para la optimización de parámetros es de gran
ayuda al momento de enfrentar un problema de calidad y optimizarlo, ya que se
pueden ahorrar grandes recursos tanto materiales así como humanos al momento
de hacerlo como comúnmente se realiza en las empresas, utilizando el método de
prueba y error. Que si bien es cierto se llega a un resultado satisfactorio, este es
más tardado y no es nada científico.
5.- Los resultados obtenidos con la presente investigación son muy significativos y
similares a los encontrados de manera exploratoria por parte de personal de la
empresa. Por lo que se constató nuevamente que el uso de esta metodología es
confiable y se obtienen buenos resultados.
6.- Se recomienda realizar periódicamente pruebas periódicas con un reómetro
capilar para verificar la viscosidad de la resina cuando se cambia de un lote a otro,
esto con la finalidad de evitar futuros problemas de calidad.
7.- Es necesario que el personal operario tenga capacitación continua sobre el
proceso de inyección de plástico y el uso de resinas plásticas, ya que ellos son los
que se encuentran en el día a día con las máquinas y los defectos de calidad en
los productos terminados.
72
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