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Código Proyecto: B179 Tipo: Benchmark
www.klueng.com [email protected]
INYECCIÓN DE PLÁSTICOS
Descripción del caso: En esta ocasión se realizará un trabajo de simulación de inyección de plásticos sobre un conjunto de tapa y recipiente, se trata de piezas en su etapa final de diseño, aún no existe molde de inyección. El objetivo del presente trabajo es el de optimizar el llenado de las piezas a través de la utilización de direccionadores de flujo del material plástico.
Fig. 1 - Geometría del recipiente
Fig. 2 - Geometría de la tapa del recipiente
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Desarrollo: Fue realizado el modelo de elementos finitos de ambas piezas. Los puntos de inyección fueron colocados en el baricentro de las piezas, indicados en las Fig. 1 y Fig. 2 con las flechas verdes.
Como primer paso se analiza el llenado de las piezas con la distribución de espesores de diseño.
Fig. 3 - Malla del modelo de elementos finitos
Región desbalanceada
(en gris)
Fig. 4 - Llenado del recipiente y región desbalanceada
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En las Fig. 4 y Fig. 5 se puede observar el desbalanceo ocasionado en el llenado de las piezas debido a la asimetría que éstas presentan. Para llevar a cabo el balanceo de las cavidades se procedió a la simulación de directores de flujo en las mallas de los modelos de elementos finitos generados. Luego de varias iteraciones de simulación para llegar al modelo óptimo se obtuvieron los siguientes resultados:
Región desbalanceada
(en gris)
Fig. 5 - Llenado y región desbalanceo en la tapa
Fig. 6 - Modelado de los directores de flujo en el recipiente
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Los resultados obtenidos con los directores de flujo ya definidos fueron los siguientes:
Fig. 8 - Llenado del recipiente balanceado
Puede observarse en la Fig. 8 que el llenado con los directores de flujo es totalmente balanceado, llegando el frente de material a los bordes de la pieza al mismo tiempo. Lo mismo sucedió con la tapa del recipiente, siendo el nuevo perfil de llenado el siguiente:
Fig. 7 - Modelado de los directores de flujo en la tapa
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En el caso de la tapa se ha obtenido una mejora significativa, pero no ha sido tan satisfactoria como en el caso del recipiente. Esto se debe a que el porcentaje de aumento/disminución de los espesores se vio acotado llegando a los límites establecidos por el cliente y/ó características del producto necesarias.
Como consecuencia del balanceo en el llenado, se puede observar una reducción en la fuerza de cierre necesaria para llevar a cabo el proceso de inyección.
Fig. 9 - Llenado de la tapa con el diseño final de directores de flujo
Fig. 10 - Fuerza de cierre (recipiente)
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Otra de las ventajas de haber balanceado el llenado de las piezas es la deformación controlada que se obtiene al extraer la pieza del molde, es decir, su deformación final.
Puede observarse que la deformación en la pieza con el esquema de inyección balanceada es menor a la que sucedería si no se hubiese realizado el balanceo de llenado de la cavidad a través del diseño de directores de flujo. Notar que el eje de ordenadas es de valores negativos. Al igual que el recipiente, la fuerza de cierre de la tapa acusó ser menor.
Fig. 12 - Fuerza de cierre (tapa)
Fig. 11 - Deformación final del borde mayor del recipiente
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Conclusiones: Pudieron establecerse las regiones en donde aplicar directores de flujo para balancear el llenado de las cavidades de éstas 2 piezas de importantes dimensiones (600 x 400 mm) como así las variaciones en el espesor de las piezas manteniendo controlado el aumento de masa.
También se pudo evaluar la reducción en la fuerza de cierre necesaria para llevar a cabo el proceso, por tratarse de un proyecto aún en etapa de diseño, ésta información será de suma utilidad a la hora de definir la capacidad de la máquina inyectora.
Por otro lado se obtuvo la tendencia a la deformación de la geometría en los bordes de las piezas analizadas, mediante el balanceo del llenado se lograron valores de deformación menores mejorando las condiciones de cierre del conjunto recipiente-tapa.
El método numérico de cálculo aplicado en este proyecto permitió balancear el llenado de las cavidades de manera virtual (en la etapa de diseño), conociendo los espesores que deberá tener la pieza en las regiones determinadas, la capacidad de cierre de la máquina inyectora a utilizar, la tendencia a la deformación de las piezas una vez inyectadas y un control sobre el peso final de cada pieza. Todo esto permite obtener un punto de partida exitoso al comienzo de la producción de las piezas eliminando de manera significativa incertidumbres iniciales presentes en todo proyecto reduciendo al máximo los tiempos de set-up inicial y scrap.
