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Diseño de plástico
entregable 1 Dimensionamiento preliminar del molde
desde el punto de vista del inyector
24/23/2014
RESUMEN El objetivo de este documento es presentar
el producto del grupo y la pieza que tengo en
carga. Voy a hablar de esta pieza (material,
cálculos, estudios de elementos finidos, etc.
Después voy a analizar el tipo de molde y el
la inyectora idéale para producir esta pieza.
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Thibault d’HARCOURT – M13950 27/03/2014
Diseño de Plástico – Entregable 1 1
Índice
I. Realizar un comentario sobre la pieza elegida en la fase de
diseño............................................. 2
1. Fichero de la pieza 3D
.................................................................................................................
2
2. Justificación del diseño del producto elegido:
............................................................................
2
Cálculos, análisis, CAE aplicado, etc...
.....................................................................................
3
Material seleccionado
.............................................................................................................
5
II. Determinación del tamaño del molde y máquina inyectora a
emplear: ...................................... 5
1. Instalación del programa para estimación del número de
cavidades ........................................ 5
2. Estimación del tiempo de ciclo y coste unitario del
componente .............................................. 5
3. Realizar iteraciones para diferentes tamaños de lotes
...............................................................
8
15000 piezas
............................................................................................................................
8
50000 piezas
............................................................................................................................
9
150000 piezas
..........................................................................................................................
9
5000000 piezas
......................................................................................................................
10
4. Selección de máquina
inyectora................................................................................................
11
Tabla de ilustraciones
...........................................................................................................................
12
Anexa 1 - Datos de máquinas inyectoras
.............................................................................................
13
Anexa 2 - Dimensiones de la Citroën DS
.............................................................................................
14
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I. Realizar un comentario sobre la pieza elegida en la fase
de
diseño
1. Fichero de la pieza 3D
Encuentra el fichero *.IGS de la pieza adjuntado al documento:
“Citroen DS bastidor -
Thibault d'HARCOURT - M13950.igs”
2. Justificación del diseño del producto elegido:
El coche que queremos representar es la Citroen DS . Es un
vehículo del constructor francés
que salió en 1955 y que fue producida hasta los años 1975 en su
forma antigua.
Hoy hay nuevas DS (5 modelos, y pronto 6) que no tienen nada que
ver con la versión antigua
que elegimos.
Nuestro producto será constituido al menos de tres piezas: el
techo y los lados, el interior
(volante, asientos, etc.) y el bastidor del coche.
La pieza en la que estoy a carga es el bastidor del coche.
Podemos ver sobre la ilustración siguiente cual es la forma de
esta pieza.
La pieza será unida a las otras piezas con pestanas que no son
diseñadas por el momento.
Ilustración 1: Forma general de la pieza
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Cálculos, análisis, CAE aplicado, etc...
Realicé sobre esta pieza estudios de elementos finidos para ver
si la configuración y el tipo de
plástico que he elegido (vamos a hablar de esto en el parágrafo
siguiente) permiten a la pieza
suportar el peso de un hombre de 80Kg.
Los puntos que parecen críticos que vamos a mirar con mucha
atención son los tallados por
las ruedas.
Ilustración 2: desplazamientos sobre la pieza con una fuerza de
80Kg sobre su perímetro
Ilustración 3: Tensión sobre la pieza con el peso de 80Kg sobre
el perímetro
Con estos dos estudios de elementos finitos vemos que el
desplazamiento máximum sobre la
pieza es de 0,0853mm, lo que es muy aceptable por un juego por
niños.
Además, vemos que la pieza está sometida solamente a un máximo
de 13,4MPa.
Así podemos decir que nuestra pieza resistirá muy bien si un
hombre adulto de 80Kg pisa sobre
el techo del coche.
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Para ser seguro que la pieza podría resistir a cualquier tipo de
situación, hice otro estudio de
elementos finidos con los mismos valores pero en el caso donde
el hombre adulto pisa sobre
el lado.
Los resultados son disponibles sobre las dos ilustraciones
siguientes.
Ilustración 4: Estudio de los desplazamientos en la pieza
Ilustración 5: Estudio de la tensión sobre la pieza
Este estudio muestra que la pieza resistiría muy bien si un
hombre de 80Kg pisaría sobre su lado. En
efecto en este caso tendría un desplazamiento máximum de 0,115mm
y una tensión máxima de
0,266MPa, lo que es perfecto por este tipo de pieza.
Así, somos seguros que esta pieza puede resistir al caso donde
un hombre de 80Kg pisaría
encima, y evidentemente al uso normal de un niño de algunos
25Kg.
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Material seleccionado
El material que he elegido es el polipropileno. En efecto este
material es uno de los más
utilizado para hacer los juegos de los niños.
Podemos verificar esto con las curvas que nos dicen que, en la
temperatura de uso normal
(0°50°C) el plástico no va a deformarse demasiado.
Podríamos también utilizar el PVC que tiene venas
características, pero este plástico es un
poquito más caro y hay que añadir otros elementos para que sea
bastante rígido.
El material que vamos a utilizar es el PP
http://www.campusplastics.com/campus/en/datasheet/ALTECH+PP-
H+A+1000620+UV/ALBIS+Plastic+GmbH/5/54933f02/SI
II. Determinación del tamaño del molde y máquina inyectora a
emplear:
1. Instalación del programa para estimación del número de
cavidades
2. Estimación del tiempo de ciclo y coste unitario del
componente
Ilustración 6: Resumen de la simulación de inyección
http://www.campusplastics.com/campus/en/datasheet/ALTECH+PP-H+A+1000620+UV/ALBIS+Plastic+GmbH/5/54933f02/SIhttp://www.campusplastics.com/campus/en/datasheet/ALTECH+PP-H+A+1000620+UV/ALBIS+Plastic+GmbH/5/54933f02/SI
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El tiempo de ciclo estimado de la pieza es de 15,93 segundos,
con un tiempo de inyección de
1,23 segundos; lo que es inferior a 25 segundos Podemos decir
que este tiempo es
coherente.
Ilustración 7: Calidad prevista de la pieza
La ilustración precedente muestra que la calidad prevista de la
pieza será casi perfecto
(96,4%).
Podemos encontrar polipropileno por un precio de
aproximativamente 950€/toná de PP
Total cost
Total material cost
3892.78 (€)
Total mold cost
60000.00 (€)
Total machine usage cost
22125.00 (€)
Total post-molding cost
0.00 (€)
Total cost per shot
Material cost per shot
0.04 (€)
Mold cost per shot
0.60 (€)
Molding cost per shot
0.22 (€)
Post-molding cost per shot
0.00 (€)
Material cost
Total shots to be produced
100000
Scrap rate
0.00 (%)
Estimated production including scrap
100000
Cavity volume
45.9422 (cm^3)
Maximum regrind allowance
0.00 (%)
Total material required
4097.668 (kg)
Material cost
950.00 (€) / 1000.000 (kg)
0.95 (€) / 1.000 (kg)
Material cost for total production
3892.78 (€)
Material cost per shot
0.04 (€)
Used material cost per shot
0.04 (€)
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Mold cost
Mold construction cost
12000.00 (€)
Total shots per mold life cycle
20000
Mold maintenance cost per shot(s)
0.00 (€)
Total molds required
5
Total mold cost
60000.00 (€)
Mold cost per shot
0.60 (€)
Molding cost
Cycle time
15.93 (s)
Machine cost per hour(s)
50.00 (€)
Down time
0.00 (%)
Total machine usage cost
22125.00 (€)
Molding cost per shot
0.22 (€)
Cost breakdown
Ilustración 8: Resumen de la simulación del coste unitario de la
pieza
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3. Realizar iteraciones para diferentes tamaños de lotes
Para encontrar los datos necesarios para realizar las
iteraciones, usamos Catia (para conocer
la superficie de la pieza), y Moldflow que nos indica el tiempo
de ciclo, el peso de la pieza y
su volumen.
Todos estos datos conocidos, jugamos sobre el tamaño del
lote.
Sobre esta simulación vemos dos tipos de curvas: El primer tipo
es la curva del número de
cavidades en función del precio que sirve para definir este
número, y el segundo tipo que son
las curvas de capacidades de plastificación y de inyección y la
curva de fuerza de cierre que
sirven para determinar la inyectora idéale por este molde.
15000 piezas
Ilustración 9: Simulación de un lote de 15000 piezas
La primera simulación es una simulación con solamente 15000
piezas.
La curva del precio por pieza nos indica que el menos caro es de
producir con una sola cavidad.
Con este molde el precio unitario será de 0,954€ El molde para
este tipo de producción
(15000 unidades) será un molde simple que realizara las piezas
una por una.
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Con el número de cavidades conocido, podemos registrar las
características ideales de la
maquina inyectora que son:
- Capacidad de Plastificación: 3,3g/s
- Capacidad de inyección: 68,9cm3
- Fuerza de cierre: 70,4 KN
Estos datos servirán en la próxima parte del documento para
elegir le maquina inyectora.
50000 piezas
Ilustración 10: Simulación de un lote de 50000 piezas
La segunda simulación es una simulación de producción de 50000
piezas.
La curva del precio por pieza nos indica que la mejora solución
es producir con un molde de 2
cavidades. Con este molde el precio unitario será de 0,437€ un
molde para producir 50000
piezas debería ser con dos cavidades.
Las características ideales de la maquina inyectora por este
tipo de molde que son: 5 g/s, 110
cm3 y 100 KN.
150000 piezas
La siguiente simulación se hace por una producción de 150000
piezas.
Ilustración 11: Simulación de un lote de 150000 piezas
La curva del precio por pieza indica que es más interesante
producir con un molde que tiene
4 cavidades. Con este molde el precio unitario será de 0,229€ un
molde para producir
150000 piezas debería ser con cuatro cavidades.
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Las características de la maquina inyectora por un molde de 4
cavidades son: 7,5 g/s, 200 cm3
y 160 KN).
5000000 piezas
La última simulación se hace por una producción masiva de 500000
unidades.
Ilustración 12: Simulación de un lote de 500000 piezas
La curva del precio por pieza indica que es lo interesante al
nivel del precio es producir con un
molde que tiene 6 o 7 cavidades (Pienso que es mejor elegir un
numero de cavidades de 6
porque para mí es mejor tener un número par de cavidades en un
molde). Con este molde el
precio unitario será de 0,117€ un molde para producir 500000
piezas debería ser con 6
cavidades.
Las características de la maquina inyectora por un molde de 6
cavidades son: 13,8 g/s, 290
cm3 y 235 KN).
La tabla siguiente reúne los resultados de las cuatro
simulaciones:
Tamaño de lote
Numero de cavidades
Capacidad de Plastificación
Capacidad de inyección
Fuerza de cierre
15000 1 3,3 g/s 68,9 cm3 70,4 KN
50000 2 5 g/s 110 cm3 100 KN
150000 4 7,5 g/s 200 cm3 160 KN
500000 6 13,8 g/s 290 cm3 235 KN Ilustración 13: Resumen de las
simulaciones de tamaño de lote
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4. Selección de máquina inyectora
Las varias simulaciones precedentes permiten anotar las
características ideales de la maquina
inyectora la más adecuada para producir nuestra pieza de
plástico.
La hoja con las características de las inyectoras se puede
encontrar en anexa 1.
La tabla siguiente presenta las características de las
maquinas:
Modelo (Battenfeld) Capacidad de Plastificación
Capacidad de inyección
Fuerza de cierre
HM 40/60 (14)
1,7 (1,9) g/s 13,9 cm3 400 KN
HM 100/210 (25)
13,1 (15,6) g/s 73,6 cm3 1000 KN
HM 210/525 (35) 31 g/s 193 cm3 2100 KN
Ilustración 14: Resumen de la hoja de características de las
maquinas inyectoras
Gracias a las tablas precedentes (ilustraciones 12 y 13),
podemos ver que la inyectora HM
100/210 (25) sería la maquina óptima para producir 15000 piezas
(Capacidad de plastificación
largamente superior, fuerza de cierre claramente superior y
capacidad de inyección que
corresponde perfectamente.
Por lo contrario, si queremos producir lotes de 50000 o 150000
piezas, la maquina optima
seria la HM 210/525 (35), cuyo las características corresponden
bien a las características
recomendadas. (Por el lote de 150000 sería bien hacer un estudio
más preciso para ser seguro
que la capacidad de inyección de la maquina no es un poquito más
debajo de lo que necesita).
Para producir un lote de 500000 piezas, ninguna de las maquinas
del documento será útil. En
efecto, la capacidad máximum de inyección es de 193 cm3 mientras
que por este lote
necesitaría 290 cm3.
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Tabla de ilustraciones
Ilustración 1: Forma general de la pieza
....................................................................................
2
Ilustración 2: desplazamientos sobre la pieza con una fuerza de
80Kg sobre su perímetro ..... 3
Ilustración 3: Tensión sobre la pieza con el peso de 80Kg sobre
el perímetro .......................... 3
Ilustración 4: Estudio de los desplazamientos en la pieza
......................................................... 4
Ilustración 5: Estudio de la tensión sobre la pieza
.....................................................................
4
Ilustración 6: Resumen de la simulación de inyección
...............................................................
5
Ilustración 7: Resumen de la simulación del coste unitario de la
pieza .................................... 7
Ilustración 8: Simulación de un lote de 15000 piezas
................................................................
8
Ilustración 9: Simulación de un lote de 50000 piezas
................................................................
9
Ilustración 10: Simulación de un lote de 150000 piezas
............................................................ 9
Ilustración 11: Simulación de un lote de 500000 piezas
.......................................................... 10
Ilustración 12: Resumen de las simulaciones de tamaño de lote
............................................ 10
Ilustración 13: Resumen de la hoja de características de las
maquinas inyectoras ................ 11
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Anexa 1 - Datos de máquinas inyectoras
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Anexa 2 - Dimensiones de la Citroën DS
