Facultad de Ingeniería Mecánica e Industrial Departamento de Ingeniería Mecánica TRABAJO DE DIPLOMA “Diseño de molde para inyección de plásticos de la cubierta del ventilador de pedestal utilizando herramientas CAD/CAE/CAM.” Autor: David Santis Soto Daniel Santis Soto Tutor: Dr.C. Ing. Ricardo Alfonso Blanco Consultante: Ing. Danier Castellano Santa Clara 2017
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Facultad de Ingeniería Mecánica e Industrial
Departamento de Ingeniería Mecánica
TRABAJO DE DIPLOMA
“Diseño de molde para inyección de plásticos de la
cubierta del ventilador de pedestal utilizando
herramientas CAD/CAE/CAM.”
Autor: David Santis Soto
Daniel Santis Soto
Tutor: Dr.C. Ing. Ricardo Alfonso Blanco
Consultante: Ing. Danier Castellano
Santa Clara 2017
Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad
Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la
especialidad de Ingeniería Mecánica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la
Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y
que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la
Universidad.
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según
acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que
debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.
Firma del Tutor Firma del Jefe de
Departamento donde se
defiende el trabajo
i DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
“Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la
electricidad y la energía atómica: la voluntad.”
Albert Einstein
PENSAMIENTO
ii DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
Dedicamos esta tesis a nuestra familia, en especial a nuestra
madre y padre que sin esperar nada a cambio nos han dado
esta oportunidad en la vida.
A nuestra hermana Lorena, que no por ser la más grande deja
de ser la menor, por apoyarnos y estar siempre ahí para
nosotros.
A nuestras novias Yanlys y Yuni, por estar a nuestro lado en
todo momento, por ser nuestras compañeras y nuestras
amigas durante estos largos años.
DEDICATORIA
iii DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
Queremos agradecer:
A nuestro tutor Ricardo Alfonso por su apoyo y ayuda en la
realización de esta tesis.
A Danier Castellanos, Antonio, Belquis y todos los
trabajadores de la INPUD 1ro de mayo, por brindarnos su
tiempo, conocimientos y experiencias siempre que la
necesitamos.
A todos nuestros amigos y amigas que siempre estuvieron a
nuestro lado, con quienes compartimos muchos momentos a lo
largo de estos 5 años.
A todos los profesores de nuestra facultad que intervinieron y
contribuyeron en nuestra formación como ingenieros
mecánicos.
Por último, a mi hermano, que juntos somos invencibles.
AGRADECIMIENTOS
DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS CAD/CAE/CAM
RESUMEN
iv DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
El presente trabajo de diploma se desarrolla sobre el diseño de moldes para inyección
de plásticos, abordando el tema del uso de softwares. El mismo presenta una serie de
principios y conocimientos básicos sobre los moldes de inyección, la simulación en
softwares CAE del proceso de llenado de la cavidad del molde, los cálculos y los
parámetros que se deben tener en cuenta cuando se diseñan y la obtención de la
estrategia de maquinado de sus componentes. En el mismo se realiza una búsqueda
bibliográfica acerca del uso a nivel nacional e internacional de herramientas
CAD/CAE/CAM en el diseño de moldes para inyección de plásticos. Además, se hace
uso del software Autodesk MoldFlow para realizar la simulación de la inyección del
plástico en la cavidad. Se diseña el molde de la pieza utilizando el software Autodesk
Inventor Profesional, realizándose la estrategia de maquinado en el software
GibbsCAM del cual se obtiene el programa por control numérico para la fabricación de
la cavidad. Finalmente se realiza un análisis de la rentabilidad de la fabricación del
molde de inyección mediante el cálculo de la relación costo-beneficio.
DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS CAD/CAE/CAM
ABSTRACT
v DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
The present diploma work is developed on the design of molds for injection of plastics,
addressing the subject of the use of software. It presents a series of principles and
basic knowledge about injection molds, simulation in CAE software of the filling process
of the mold cavity, calculations and parameters to be taken into account when
designing and obtaining the Strategy of machining its components. In the same one a
bibliographical search is made on the national and international use of tools CAD / CAE
/CAM in the design of molds for injection of plastics. In addition, Autodesk MoldFlow
software is used to simulate plastic injection into the cavity. The mold of the piece is
designed using the software Autodesk Inventor Professional, realizing the strategy of
machining in GibbsCAM software from which the program is obtained by numerical
control for the manufacture of the cavity. Finally, an analysis of the profitability of the
manufacturing of the injection mold is made by calculating of the relationship cost-
benefit.
DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS CAD/CAE/CAM
ÍNDICE
vi DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
ÍNDICE DE FIGURAS
Fig.1. 1 Componentes que intervienen en el Moldeo por Inyección. _____________________ 7
Fig.1. 2 Partes que conforman un molde de dos placas _______________________________ 8
Fig.1. 3 Esquema del molde estándar de dos placas. _________________________________ 9
Fig.2. 1 Pieza a inyectar. ______________________________________________________ 24
Fig.2. 2 Aplicación de la pieza. _________________________________________________ 25
Fig.2. 3 Valores recomendados del proceso de inyección. ____________________________ 27
Fig.2. 4 Indicador de resistencia al flujo. _________________________________________ 28
Fig.2. 5 Ubicación de los puntos de inyección. _____________________________________ 29
Fig.2. 6 Representación de los resultados que se pueden obtener en el análisis del tiempo de
Además, de las características expuestas anteriormente el PP presenta una amplia
gama de propiedades que le hacen muy atractivo para ser utilizado en la fabricación
de productos. Entre estas se pueden citar: buena resistencia química a la humedad y
al calor, baja densidad (0,900-0,910 g/cm3), buena dureza superficial y estabilidad
dimensional (Smith, 2004).
2.3.2. Aplicaciones:
El polipropileno encuentra sus principales aplicaciones en productos para el hogar,
electrodomésticos, embalajes, utensilios de laboratorio y varios tipos de botellas, en la
fabricación de apliques de ventiladores y el tapizado de automóviles (Smith, 2004).
2.3.3. Selección del material en Moldflow.
El plástico a inyectar se escoge en la biblioteca de materiales de Autodesk Moldflow,
la cual cuenta con una extensa lista de materiales y fabricantes. En este caso se
trabaja con el material que el software trae por defecto ya que es el polipropileno. Como
se encuentra en la biblioteca no es necesario introducir sus propiedades manualmente.
En la figura 2.3 se pueden ver los valores recomendados de temperatura del molde,
de la mezcla y la temperatura de expulsión para este material recomendados por el
software.
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
27 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
Fig.2. 3 Valores recomendados del proceso de inyección. (Moldflow, 2014)
2.4. Simulación y resultados.
En este trabajo se realizarán dos análisis, el primero para obtener la ubicación del
punto de inyección y una vez situado este, se procede a realizar un 2º análisis más
extenso acerca de las operaciones llenado y compactación del molde, así como la
calidad de refrigeración, análisis de rechupes y análisis deformación y contracción de
la pieza.
La utilidad del análisis es prever el comportamiento del material durante el proceso de
llenado de la pieza, nos permite detectar posibles problemas, evaluar puntos críticos y
todo esto antes de la construcción del molde, lo que permite corregirlo antes de la
fabricación.
Para llevar a cabo el análisis de la pieza es necesario introducir varios parámetros
como son: el material, la temperatura del molde, la temperatura de la mezcla fundida
y la máxima presión de la máquina.
Se considera que la temperatura del molde es homogénea, mediante la temperatura
media del molde, que es de unos 40ºC. Además, se considera que la presión de
compactación es constante y la máxima presión de inyección utilizada corresponde a
la inyectora2 TTI-80 y es de 190 MPa.
2 Las características de la máquina inyectora serán tratadas en el capítulo 3.
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
28 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
2.4.1. Localización del punto de inyección.
Para localizar el punto de inyección se realiza un análisis de posición de entrada, el
cual da como resultado el indicador de resistencia al flujo (Fig.2.4), obteniéndose la
mejor zona según el material utilizado para la ubicación del punto de inyección
coloreada de azul (menor indicador de resistencia al flujo) y la peor coloreada de rojo
(mayor indicador de resistencia al flujo) (Moldflow, 2014).
Para la pieza analizada la mejor zona es en la parte superior, esto no quiere decir que
se deba inyectar necesariamente allí, por lo que se debe colocar el punto de inyección
y realizar un análisis de llenado para ver si la cavidad del molde se llena
completamente y sin problemas.
Fig.2. 4 Indicador de resistencia al flujo. (Moldflow, 2014)
Debido a que la pieza debe cumplir ciertos requisitos estéticos se decide utilizar dos
puntos de inyección los cuales estarán ubicados en la superficie interior del agujero
que presenta la pieza como se puede ver en la siguiente imagen.
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
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CAD/CAE/CAM
Fig.2. 5 Ubicación de los puntos de inyección. (Moldflow, 2014)
2.4.2. Tiempo de llenado.
Representa el avance de flujo plástico durante todo el proceso, desde el inicio hasta el
final de la inyección. Todas las regiones con el mismo color se llenan simultáneamente,
el azul oscuro representa el inicio de la inyección y el color rojo las últimas áreas en
llenarse, si la pieza presenta inyección insuficiente la parte que no se ha llenado no
presenta ningún color y se deben tomar medidas como aumentar el número de puntos
de inyección o cambiar su posición (Moldflow, 2014). Para que exista un llenado
correcto el modelo analizado debe terminar con contornos rojos, como se muestra en
el siguiente ejemplo.
Fig.2. 6 Representación de los resultados que se pueden obtener en el análisis del tiempo de llenado. (Moldflow, 2014)
El software da como resultado que la pieza puede ser llenada fácilmente con una
calidad aceptable utilizando los puntos de inyección escogidos ya que no quedaron
secciones sin color y la última sección del modelo fue de color rojo (Fig.2.7). El tiempo
de llenado según la simulación es de 0,63 s.
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
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CAD/CAE/CAM
Fig.2. 7 Tiempo de llenado. (Moldflow, 2014)
Además del tiempo de llenado el software da como resultado otros parámetros del
proceso de inyección los cuales se pueden observar en la siguiente tabla y aparecen
en el resumen que se genera al finalizar cada análisis.
Tabla 2. 1 Resultados del análisis del tiempo de llenado. (Moldflow, 2014)
Parámetros Resultados
Tiempo real de llenado 0,63 (s)
Presión real de inyección 20,2 (MPa)
Área de la fuerza de cierre 77,8 (cm^2)
Máxima fuerza de cierre durante el llenado
5,7 (t)
Peso total de la pieza 15,1 (g)
Volumen de inyección 18,3 (cm^3)
Tiempo de ciclo.
Es el tiempo total requerido para completar todas las etapas del ciclo de moldeo por
inyección (Fig.2.8).
Etapas del tiempo de ciclo (Moldflow, 2014):
1. Tiempo de llenado (Fill): Es el tiempo requerido para llenar el molde con el
polímero.
2. Tiempo de empaquetamiento (Pack): Es la etapa en la que se le aplica
presión a la mezcla de polímero para comprimirlo y forzarlo a entrar al molde.
Esto ayuda a compensar la contracción que sufre el plástico durante el
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
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CAD/CAE/CAM
enfriamiento. Aproximadamente de un 5 a un 25% más de material puede ser
añadido al molde durante esta etapa. La mazarota debe enfriarse por completo
durante el tiempo de empaquetamiento para prevenir que se salga el polímero
del molde.
3. Tiempo de enfriamiento (Cooling): Durante esta etapa se retira la presión
aplicada al polímero. El molde se mantiene cerrado y el plástico se enfría hasta
que la pieza puede ser extraída.
4. Tiempo de apertura del molde (Mold open): Es el tiempo en el cual el molde
es abierto está compuesto por la apertura del molde, la expulsión de la pieza y
el cierre del molde.
Fig.2. 8 Tiempo de ciclo. (Moldflow, 2014)
En la figura 2.9 se ilustra gráficamente el recorrido del plástico por la cavidad.
Fig.2. 9 Progreso del plástico en la cavidad. (Fuente: El autor)
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CAD/CAE/CAM
Confianza de llenado.
El resultado del análisis de confianza de llenado expone la probabilidad del llenado de
una cavidad bajo condiciones convencionales de inyección. Este resultado es derivado
de los resultados de presión y temperatura.
Los colores mostrados en el resultado de confianza de llenado indican lo siguiente
(Moldflow, 2014):
1. Verde: La cavidad será completamente llenada.
2. Amarillo: Pueden existir problemas de llenado.
3. Rojo: Definitivamente existirán problemas de llenado.
Si se obtienen en la pieza secciones sin colorear quiere decir que esta no se llenará
debido a una inyección insuficiente.
En los resultados obtenidos en la figura 2.10 se aprecia que el llenado de la cavidad
es completo.
Fig.2. 10 Confianza de llenado. (Moldflow, 2014)
Calidad de la pieza.
El resultado de predicción de calidad se utiliza para estimar la calidad de las
propiedades mecánicas y la apariencia de la pieza. Este resultado se deriva de la
presión, temperatura y otros resultados (Moldflow, 2014).
Los colores mostrados en el resultado de predicción de calidad indican lo siguiente:
1. Verde: puede presentar una alta calidad.
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CAD/CAE/CAM
2. Amarillo: Puede presentar problemas de calidad.
3. Rojo: Presenta problemas de calidad.
En al figura 2.11 se observa que la pieza tendrá alta calidad (verde) en un 98,7% y
puede tener problemas de calidad (amarillo) en un 1,26%. Como el porciento de
amarillo es pequeño se acepta el resultado obtenido.
Fig.2. 11 Predicción de la calidad de la pieza. (Moldflow, 2014)
Presión de Inyección.
Este análisis muestra el valor máximo de presión de inyección obtenido antes de que
se produzca el cambio de velocidad-presión durante la fase de llenado (Fig.2.12). En
esta etapa se deben evitar grandes variaciones en la distribución de la presión, que se
indican por contornos estrechamente espaciados. La presión debe ser cero en las
extremidades de cada recorrido de flujo al final del llenado (Moldflow, 2014).
La figura 2.12 representa la presión de inyección en el interior del molde para la pieza
analizada, no se observan grandes variaciones en la distribución de la presión ya que
los contornos no están estrechamente espaciados. La presión es cero en el extremo
del recorrido del flujo al final del llenado y la máxima presión de inyección es de 20,2
MPa lo cual representa el 10,6% de la presión máxima de inyección, es decir que se
utiliza menos de un quinto de la presión que puede suministrar la máquina que es de
190 MPa, por lo que el llenado del molde se puede realizar sin ninguna dificultad.
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
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CAD/CAE/CAM
Fig.2. 12 Presión de inyección. (Moldflow, 2014)
Temperatura del frente de flujo.
El resultado de temperatura en el frente de flujo, que es producido por un análisis de
llenado, muestra la temperatura del polímero cuando el frente de flujo alcanza un punto
especificado en el centro de la sección transversal de plástico (Fig.2.13). Este usa un
rango de colores para indicar la región de temperatura más baja en azul hasta la región
de temperatura más alta en rojo. Los colores representan la temperatura del material
en cada punto cuando se llenó ese punto. El resultado muestra los cambios en la
temperatura del frente de flujo durante el llenado (Moldflow, 2014).
La temperatura del frente de flujo no debe caer más de 2°C a 5°C durante la fase de
llenado. Los cambios más grandes indican a menudo que el tiempo de la inyección es
demasiado bajo. En áreas donde la temperatura del frente de flujo aumenta en varios
grados, pueden ocurrir degradación del material y defectos superficiales (Moldflow,
2014).
La variación de la temperatura en el frente de flujo que se observa en la figura 2.13 es
el obtenido en la simulación y es de 6℃, bastante cerca del rango recomendado por lo
que el tiempo de inyección es aceptable y al no existir áreas en las cuales la
temperatura del frente de flujo aumente no hay riesgos de que ocurra degradación del
material ni defectos superficiales.
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
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CAD/CAE/CAM
Fig.2. 13 Distribución de la temperatura del frente de flujo. (Moldflow, 2014)
Atrapamiento de aire.
Se produce un atrapamiento de aire donde la masa fundida queda atrapada y
comprime una burbuja de aire o gas entre dos o más frentes de flujo convergentes o
entre el frente de flujo y la pared de la cavidad. Típicamente, el resultado es un
pequeño agujero o una mancha en la superficie de la pieza. En casos extremos, la
compresión aumenta la temperatura a un nivel que hace que el plástico se degrade o
queme (Moldflow, 2014).
Para un análisis de un modelo 3D, el resultado se muestra como un área de color
sólido o nítido donde quiera que ocurra un atrapamiento de aire. Este resultado
muestra cuan severos serán los atrapamientos de aire y donde es probable que
ocurran en la cavidad. Estos pueden ser aceptables si se producen en una superficie
la cual no tenga que visualizarse de forma perfecta. El diagrama obtenido se usa para
determinar la probabilidad de que un atrapamiento de aire ocurra en un lugar particular
(Moldflow, 2014). Un valor más alto indica una probabilidad más alta de que ocurra
una trampa de aire, este valor se obtiene utilizando el botón examine en el panel de
resultados.
La figura 2.14 muestra encerrados en círculos los atrapamientos de aire que existen
en la cavidad, los cuales se encuentran distribuidos en los bordes y esquinas de la
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CAD/CAE/CAM
pieza, al utilizar el botón examine este da que la probabilidad de que ocurra un
atrapamiento de aire es del 50%.
Para eliminarlos sería necesario realizar agujeros de salida de aire, pero su
elaboración no se considera necesaria ya que los gases salen al exterior por las
holguras presentes entre el expulsor y el agujero por donde este se desliza en la placa
porta macho. La elaboración de respiraderos es una fase del diseño que se analiza
con mayor interés en casos de artículos de grandes dimensiones y configuraciones
complejas.
Fig.2. 14. Distribución de los atrapamientos de aire en la cavidad del molde. (Moldflow, 2014)
Líneas de soldadura.
El resultado de líneas de soldadura muestra el ángulo de convergencia que se crea
cuando dos frentes de flujo se encuentran (Fig.2.15). La presencia de líneas de
soldadura puede indicar una debilidad estructural o un defecto superficial. No se puede
evitar la formación de líneas de soldadura cuando el flujo frontal se divide y converge
alrededor de un agujero o presenta varios puntos de inyección. Si dos frentes de flujo
se enfrían antes de encontrarse estos no se fundirán correctamente formándose una
línea de soldadura que provoca una pérdida de resistencia de la pieza moldeada. Se
debe tener en cuenta las condiciones de procesamiento y la posición de las líneas de
soldadura para determinar si son de alta calidad (Moldflow, 2014).
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
37 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
Fig.2. 15 Ángulo formado al encontrarse dos frentes de flujo. (Moldflow, 2014)
Una soldadura puede resultar adecuada si la temperatura de fusión en la línea de
soldadura a medida que se forma no supera los 20ºC por debajo de la temperatura de
inyección (Moldflow, 2014).
En la figura 2.16 se observa el resultado obtenido del análisis de líneas de soldadura
superpuesto al que se obtuvo en temperatura del frente de flujo. Esta muestra que las
líneas de soldadura se forman en la zona roja a 240℃ la cual es la temperatura de
inyección, por lo que se puede obtener una línea de soldadura de calidad aceptable
ya que los frentes de flujo de la masa plástica fundida se encuentran a alta temperatura
permitiendo que se fundan correctamente. Además, como la pieza a obtener no está
sometida a esfuerzos se da por válido el resultado obtenido.
Fig.2. 16 Líneas de soldadura. (Moldflow, 2014)
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
38 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
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2.4.3. Rechupes y marcas de hundimiento.
El resultado de este análisis muestra la profundidad calculada de los posibles rechupes
y marcas de hundimiento de la pieza (Fig.2.18). También posee una leyenda con las
variaciones de dicha profundidad (Moldflow, 2014).
Las marcas de hundimiento aparecen como una depresión en la superficie del
producto moldeado. Esta depresión es normalmente muy pequeña, sin embargo, es a
menudo completamente visible porque refleja la luz en diferentes direcciones. Aunque
los rechupes y marcas de hundimiento no afecten la resistencia de la pieza o su función
estos son considerados como defectos de calidad severos (Moldflow, 2014).
Estos defectos comúnmente aparecen en secciones con un espesor muy grueso, o
localizados por encima de costillas, alojamientos o filetes internos. Generalmente si el
espesor del nervio es menor o igual que el 60% del espesor de la pared entonces, allí
no existirán probablemente, rechupes ni marcas de hundimiento significativas.
Fig.2. 17 Variante de diseño de secciones gruesas. (Moldflow, 2014)
En la figura 2.16 se puede observar que en el resultado obtenido la pieza no presenta
rechupes ni marcas de hundimiento.
Fig.2. 18 Estimación de los rechupes y marcas de hundimiento. (Moldflow, 2014)
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
39 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
2.4.4. Compactación.
La eficacia de la compactación del material plástico tiene importantes efectos en la
deformación que puede sufrir la pieza, la contracción, los rechupes y las marcas de
hundimiento (Moldflow, 2014).
Tabla 2. 2 Resultados del análisis de compactación. (Moldflow, 2014)
Parámetros Resultados
Fuerza de cierre máxima durante el ciclo 9,7 (ton) Esfuerzo de cizalla máximo de la pared 0,138 (MPa) Peso de la pieza 15,1 (g) Tiempo de enfriamiento 0,01 (s) Tiempo de ciclo 15,6 (s)
Presión de compactación.
La presión de compactación es usada para compactar la pieza y frecuentemente está
relacionada con la presión de inyección. Como una guía aproximada se puede tomar
la presión de compactación cerca del 80% de la presión de inyección. Un aspecto
importante de la presión de compactación es que esta no debe ser tan alta que pueda
exceder la fuerza de cierre de la máquina. Su magnitud durante el proceso tendrá
significantes efectos en la contracción de la pieza (Moldflow, 2014).
En la figura 2.19 se observa la presión de compactación en función del tiempo para la
pieza analizada, esta fue de 16 MPa lo que representa el 80% de la presión de
inyección obtenida anteriormente, por lo que se da por valido el resultado.
Fig.2. 19 Presión de compactación en función del tiempo. (Moldflow, 2014)
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
40 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
Contracción volumétrica.
El resultado principal del análisis de compactación es la contracción volumétrica que
puede sufrir la pieza, y su distribución y magnitud juega un papel fundamental en la
calidad del producto obtenido. La escala de colores muestra la contracción volumétrica
para cada área expresada como un por ciento del volumen original del modelo. Los
altos valores de contracción pueden indicar marcas de hundimiento o huecos dentro
de la pieza. La contracción volumétrica debe ser uniforme en toda la parte para reducir
la deformación (Moldflow, 2014).
En la figura 2.20 se puede observar que la máxima contracción que tiene lugar en la
pieza es del 8,2%. Como este valor no es alto y según los resultados obtenidos en los
análisis de rechupes, marcas de hundimiento, calidad de la pieza y deformación, se
descarta la posibilidad de la aparición de algún defecto y se da por aceptable el
resultado.
Fig.2. 20 Contracción volumétrica en la pieza. (Moldflow, 2014)
2.4.5. Deformación.
El resultado que se obtiene pone de manifiesto las zonas de la pieza en la que las
desviaciones fuera de plano se acercan o superan el valor de deflexión nominal
máximo (DNM) especificado (Fig.2.21). Se basa en una técnica de "mejor ajuste",
donde la geometría original y la geometría deformada se recubrieron de manera que
se ajustan entre sí, o se alinean en un plano de anclaje definido (Moldflow, 2014).
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
41 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
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Los colores que se muestran en el diagrama que se obtiene se basan en los siguientes
criterios de evaluación:
Tabla 2. 3 Criterios de evaluación para el análisis de deformación. (Moldflow, 2014)
Color (evaluación) Explicación
Verde (baja) Las deflexiones hacia fuera del plano están a menos de 80% del valor DNM especificada. La deformación en esta área es baja.
Amarillo (Media)
Las deflexiones hacia fuera del plano son entre 80% y 120% de la DNM especificada. La deformación en esta área es importante y se debe considerar la adopción de medidas para reducir el alabeo.
Roja (alta)
Las deflexiones hacia fuera del plano son mayores que 120% de la DNM especificada. La deformación en esta área es alta y se recomienda que se tomen medidas correctivas.
La figura 2.21 muestra que la deflexión máxima nominal es de 0,58 mm, bastante
pequeña. Además, el 98,6% de la pieza esta coloreada de verde (baja deformación) y
solo un 1,4% de la pieza esta coloreada de amarilla (deformación importante) por lo
que se da por valido el resultado y no se tomaran medidas para reducir la deformación.
Fig.2. 21 Resultados del indicador de deformación. (Moldflow, 2014)
SIMULACIÓN DEL LLENADO DE LA CAVIDAD DEL MOLDE UTILIZANDO EL SOFTWARE AUTODESK SIMULATION MOLDFLOW ADVISER.
42 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
2.5. Conclusiones Parciales.
Después de haber simulado el proceso de llenado de la cavidad del molde en Autodesk
Moldflow Adviser se concluye que:
La cavidad del molde se llena completamente en 0,63s y el tiempo de ciclo es
de 15,64s.
La pieza tendrá una alta calidad en un 98,7% de su volumen por lo que no se
verán afectadas su apariencia ni sus propiedades mecánicas.
La presión de inyección se distribuye de manera uniforme por la cavidad y la
máquina es capaz de suministrarla sin problemas.
La temperatura del frente de flujo no tiene grandes variaciones por lo que el
tiempo de inyección es aceptable.
Existen pequeños atrapamientos de aire en la cavidad con una probabilidad del
50% de que ocurran. No se tomarán medidas para su expulsión ya que en
piezas pequeñas salen por las holguras entre el expulsor y el macho.
Las líneas de soldaduras que se forman no presentan riesgo para la calidad
final de la pieza.
La pieza no presentará rechupes, marcas de hundimiento.
La presión de compactación es constante y la contracción volumétrica obtenida
no causará grandes deformaciones.
Por último, se puede decir que con la utilización de los dos puntos de inyección la pieza
se llena fácilmente y con una buena calidad.
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Capítulo III: Diseño del molde para inyección de la cubierta de la
unión del ventilador de pedestal.
3.1. Descripción del software.
El software Autodesk Inventor es un sistema de diseño mecánico en entorno 3D,
construido con tecnología adaptativa y sólida capacidad de modelado. Proporciona
todas las herramientas necesarias para ejecutar proyectos de diseño, desde el primer
boceto hasta el dibujo final.
Inventor proporciona un entorno de diseño 3D intuitivo para crear piezas y
ensamblajes. Los ingenieros pueden centrarse en el funcionamiento de un diseño para
controlar la creación automática de componentes inteligentes, como estructuras de
acero, maquinaria giratoria, conductos de tubos y tuberías, cables eléctricos y arneses
de conductores.
Los módulos de simulación del movimiento y análisis de tensión, totalmente integrados
en Inventor, son fáciles de usar. Permiten a los ingenieros optimizar y validar el
prototipo digital.
La generación de la documentación de fabricación a partir de un prototipo digital 3D
validado reduce los errores y las órdenes de cambios de ingeniería asociadas antes
de la fabricación. Inventor permite crear con rapidez y precisión dibujos preparados
para la producción directamente a partir del modelo 3D (Vásquez, 2013).
3.2. Diseño del molde de inyección.
3.2.1. Selección de la máquina inyectora.
Cuando se diseñan moldes de inyección se deben conocer las características de la
máquina a utilizar ya que definen el tipo de molde a diseñar.
Los fabricantes de las inyectoras suministran toda esta información para cada una de
las máquinas y puede aparecer de diferentes formas (Rodríguez, 1989).
Datos técnicos de las inyectoras:
1. Fuerza de cierre (𝐹𝑐): Indica la fuerza con que se cierran los platos portamoldes.
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2. Presión de inyección (𝑃𝑖): Indica la presión máxima con que el material plástico
sale de la boquilla de la máquina. Esta presión varía si se cambia el diámetro
del tornillo de plastificación.
3. Área proyectada máxima (𝐴𝑝𝑚): Indica el valor de la superficie máxima que se
puede inyectar incluyendo cavidades y canales de alimentación.
4. Volumen de inyección máximo (𝑉𝑖): Indica el volumen del material máximo que
puede ser introducido en el molde en una sola inyección.
5. Capacidad de plastificación (𝐶𝑝): Indica el peso total de material plástico que la
máquina puede plastificar durante una hora de trabajo.
6. Dimensiones de los platos porta moldes: Se refiere esta característica a las
dimensiones externas máximas que puede tener el molde que se monta en la
máquina.
7. Carrera de apertura: Indica la distancia a que se mueve la placa porta molde
móvil de la máquina.
Cálculo de la fuerza de cierre necesaria.
Antes de seleccionar la máquina inyectora se debe calcular la fuerza de cierre
necesaria, ya que es la mínima fuerza de cierre que debe ejercer la máquina sobre el
molde, por tanto, la fuerza de cierre de la máquina debe ser mayor que la fuerza de
cierre necesaria para garantizar una correcta inyección del material.
𝑃𝑖 =𝐹𝑐𝑛
𝐴𝑝𝑝 (3.1)
Donde:
𝑃𝑖 -Presión de inyección (MPa)
𝐴𝑝𝑝 -Área proyectada de la pieza (𝑚𝑚2)
𝐹𝑐 -Fuerza de cierre necesaria (𝑁)
El área proyectada de la pieza se calcula:
𝐴𝑝𝑝 = 𝜋 ∙ 𝑟2 (3.2)
Debido a que la pieza tiene forma circular, el radio que se utiliza es el de la
circunferencia exterior (Fig.3.1).
𝐴𝑝𝑝 = 𝜋 ∙ (48 𝑚𝑚)2 = 7234,5 𝑚𝑚2
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Fig.3. 1 Área proyectada de la pieza. (Fuente: El autor)
Despejando la ecuación 3.1;
𝐹𝑐𝑛 = 𝑃𝑖 ∙ 𝐴𝑝𝑝
Se utilizará la presión de inyección obtenida en la simulación realizada en el capítulo
2, la cual fue de 20,2 MPa.
𝐹𝑐𝑛 = 20,2 MPa ∙ 7234,5 𝑚𝑚2 = 146136,9 𝑁
𝐹𝑐𝑛 = 14901,8 kgf = 14,9 tf
Con esta fuerza de cierre necesaria se selecciona la máquina inyectora TTI-80 con
una fuerza de cierre de 80t por lo que la pieza podrá ser inyectada sin problemas. Esta
máquina se encuentra en el taller de plásticos de la INPUD 1ero de Mayo.
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Tabla 3. 1 Características de la TTI-80. (Fuente: Manual de la TTI-80)
Parámetro Valor
Diámetro del husillo (𝐦𝐦) 33
Volumen teórico de inyección (𝐜𝐦𝟑) 118
Presión máxima de inyección (𝐤𝐠/𝐜𝐦𝟐) 1900
Velocidad de inyección (𝐦𝐦/𝐬) 65
rpm del husillo 20 a 200
Capacidad de plastificación (𝐤𝐠/𝐡) 45
Carrera de la cámara (𝐦𝐦) 185
Fuerza de apoyo en la cámara (𝐭) 1,5
Carrera de cierre (𝐦𝐦) 200
Altura máxima del molde (𝐦𝐦) 160 a 300
Abertura máxima (𝐦𝐦) 475
Distancia entre columna (𝐦𝐦) 325x325
Velocidad de cierre (𝐦𝐦/𝐬) 550
Velocidad de apertura (𝐦𝐦/𝐬) 416
Fuerza de expulsión (𝐭) 2,7
Recorrido de expulsión (𝐦𝐦) 75
Fuerza de cierre (𝐭) 80
3.2.2. Cálculo del número de cavidades del molde.
Muchas son las variables que hay que tener en cuenta a la hora de calcular el número
de cavidades de un molde y según lo expresado por (Rodríguez, 1989) este depende
de tres factores tecnológicos de la máquina de inyección y del rendimiento a obtener
de la producción. Se comenzará analizando los factores tecnológicos, estos son:
1. Fuerza de cierre
2. Volumen de inyección máximo
3. Capacidad de plastificación
El menor valor obtenido de los tres factores será el número de cavidades que puede
tener el molde para esa máquina.
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Según la fuerza de cierre de la máquina.
Se utiliza la fórmula siguiente:
𝑛1 =𝐹𝑐
1,25∙𝑃𝑖𝑚∙𝐾1∙𝐴𝑝𝑝 (3.3)
Donde:
𝐹𝑐 - fuerza de cierre de la máquina (kgf)
𝑃𝑖𝑚 - Presión interna en el molde (kgf/𝑐𝑚2)
𝐾1 - Coeficiente que considera el área proyectada de los canales de alimentación
(se toma 𝐾1 = 1,1 para molde de inyección lateral y 𝐾1 = 1 para moldes con
alimentación directa central)
𝐴𝑝𝑝 - Área proyectada de la pieza (𝑐𝑚2)
Datos:
𝐹𝑐 = 80000 kgf (Tabla3.1)
𝑃𝑖𝑚 = 203,9 kgf/𝑐𝑚2 (Se utilizará la presión de inyección obtenida en el capítulo 2,
Tabla2.1)
𝐾1 = 1,1
𝐴𝑝𝑝 = 72,3 𝑐𝑚2 (Resultado de la ecuación 3.2)
𝑛1 =80000 kgf
1,25 ∙ 203,9 kgf/𝑐𝑚2 ∙ 1,1 ∙ 72,3 𝑐𝑚2= 3,9
𝑛1 = 3 Cavidades
Según el volumen de inyección máximo de la máquina.
Se parte de la ecuación:
𝑛2 =𝑉𝑖𝑚
𝑉𝑝∙𝑘2 (3.4)
Donde;
𝑉𝑖𝑚 -Volumen de inyección máximo de la máquina (𝑐𝑚3)
𝑉𝑝 -Volumen de la pieza (𝑐𝑚3)
𝑘2 -Coeficiente que considera el volumen del sistema de alimentación con relación
a una pieza (Tabla3.2)
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Tabla 3. 2 Valores del coeficiente k2. (Rodríguez, 1989)
Volumen de la pieza en
cm3
Coeficiente k2
Hasta 0,5 1,5
Más de 0,5 hasta 2 1,3
Más de 2 hasta 10 1,2
Más de 10 hasta 20 1,1
Más de 20 hasta 30 1,05
Más de 30 hasta 50 1,05
Datos:
𝑉𝑖𝑚 = 118 cm3 (Tabla3.1)
𝑉𝑝 = 18,3 𝑐𝑚3 (Tabla2.1)
𝑘2 = 1,1
Luego,
𝑛2 =118 𝑐𝑚3
18,3 𝑐𝑚3 ∙ 1,1= 5,86
𝑛2 = 5 Cavidades
Según la capacidad de plastificación de la máquina.
La ecuación utilizada es:
𝑛3 =0,7∙𝐶𝑝∙𝑇𝑐
3,6∙𝑘3∙𝑃𝑝 (3.5)
Donde:
𝐶𝑝 -Capacidad de plastificación de la máquina (𝑘𝑔/ℎ);
𝑇𝑐 -Tiempo de ciclo (s)
𝑃𝑝 -Peso de la pieza (gf)
𝑘3 -Coeficiente que toma en cuenta el peso del sistema de alimentación en función del peso de una pieza (Tabla3.3)
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Tabla 3. 3 Valores del coeficiente k3. (Rodríguez, 1989)
Según lo expresado por (Rodríguez, 1989) no existe una fórmula fija para determinar
el número óptimo de cavidades que debe tener un molde de inyección, pues como se
puede apreciar existen distintos factores que inciden sobre el cálculo.
En este caso, para seleccionar el número final de cavidades que se utilizarán en el
molde se analizará el plan de producción anual de ventiladores de pedestal que tiene
la empresa. Para esto se solicitó información en la oficina de planificación de la planta
CUBALUX, la cual es la encargada del ensamble de estos ventiladores. Según la
planificadora el plan para el 2017 es de 20796 ventiladores y oscila alrededor de este
valor cada año.
El tiempo de ciclo obtenido en MoldFlow para una cavidad fue de 15,64 s, pero por
razones prácticas y recomendaciones hechas por los diseñadores de la INPUD se
trabajará con 20 s en los cálculos. En la empresa se trabajan 3 jornadas diarias de 8
horas cada una, 24 días al mes. Lo que da un total de 576 horas al mes o sea 34560
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minutos. Si se utilizara una cavidad, esto equivaldría a 3 piezas por minuto, lo que se
traduce en un total de 103680 piezas al mes.
El resultado evidencia que con una cavidad en el molde se cumpliría el plan en 5 días
y si se utilizara 2 o 3 cavidades el tiempo de cumplimiento del plan sería menor.
Por otra parte, si se decidiera utilizar más de una cavidad se necesitaría una placa
intermedia entre la de fijación y la porta cavidad para construir los canales de
alimentación necesarios para inyectar la pieza en los puntos de inyección escogidos,
esto aumentaría el volumen de material en la mazarota lo cual no es recomendable y
encarecería el molde.
Finalmente, se decide utilizar un molde con una sola cavidad ya que con más de una
aumentarían las dimensiones del molde, se utilizaría más de un macho, aumentaría el
número de placas, aumentaría el tiempo de maquinado y se derrocharía más material
plástico en la mazarota. Por otra parte, la inyectora estaría funcionando un mayor
tiempo lo que se traduce en un gasto energético, pero este gasto se sacrificaría en la
búsqueda de mantener la disponibilidad de trabajo para los operarios del taller de
plásticos, práctica muy usual en las industrias cubanas.
3.2.3. Selección del tipo de molde.
A la hora de diseñar un molde para inyección de plásticos se deben tener en cuenta
varios factores, como son: configuración del producto a inyectar, tamaño del producto,
numero de cavidades, productividad a obtener y características de la máquina,
principalmente de su mecanismo de extracción (Rodríguez, 1989).
Como la pieza a obtener es sencilla, pequeña y se utilizará una sola cavidad se decidió
emplear un molde de dos placas con placa de apoyo detrás de la placa porta macho.
Este tipo de molde es el más utilizado en la inyección de plásticos debido a su sencillez
de construcción y a la gran variedad de productos que se pueden hacer con él. La
característica fundamental de estos moldes es que tienen un solo plano de partición y
la entrada del material plástico a las cavidades se hace lateralmente (Rodríguez,
1989).
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3.2.4. Dimensionamiento de la placa porta cavidad.
Cuando se van a diseñar las placas porta cavidades de un molde para la inyección de
plásticos deben tenerse en cuenta las posibilidades tecnológicas del taller y la
experiencia del personal que construirá el molde, ya que para lograr la coincidencia de
ambas cavidades del molde se necesita una alta precisión y experiencia. Si no se logra
lo anterior, las placas deben ser desechadas con la consiguiente pérdida de tiempo
dinero y recursos (Rodríguez, 1989).
Para seleccionar las placas del catálogo HASCO se debe tener una idea de las
dimensiones mínimas que podrían tener, con este objetivo se utilizarán las
recomendaciones dadas por el autor anteriormente citado.
Recomendaciones:
Espesor mínimo entre la cavidad y el borde exterior próximo de la placa de 12
mm.
El diámetro del sistema de enfriamiento de 8 o 10 mm.
La distancia entre dos canales paralelos debe ser 2 a 3 veces su diámetro.
La distancia entre el eje de un canal y la cavidad debe ser de 2 a 5 veces su
diámetro.
Los diámetros de las columnas deben ser de 12, 16 o 20 mm.
Con estas recomendaciones se realiza un análisis preliminar de las posibles
dimensiones de las placas porta cavidades. Se toma como diámetro del sistema de
enfriamiento 10 mm, la distancia entre el eje del canal y la pared de la cavidad se toma
de 3 veces el diámetro por lo que es de 30 mm, se tomara el diámetro mínimo
recomendado para las columnas, 12 mm. La separación entre la columna y el borde
de la placa será de 10 mm, al igual que entre el canal de enfriamiento y la columna.
La suma de las longitudes mostradas (Fig.3.2) da 67 mm por ambos lados lo que
sumado al mayor diámetro de la pieza da 230 mm, además como la pieza a inyectar
es redonda se escogerá un molde con iguales dimensiones por ambos lados.
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Fig.3. 2 Esquema de la placa porta cavidad. (Fuente: El autor)
El espesor mínimo de la placa será la altura de la pieza (58 mm) más 12 mm, quedando
de 70 mm.
3.2.5. Selección de la caja de moldes utilizando el catálogo de
normalizados HASCO 2015.
La caja de moldes se seleccionará con la ayuda del catálogo HASCO ampliamente
utilizado en la actualidad por los diseñadores en las industrias cubanas y extranjeras.
Dicho catálogo digital está incluido dentro de la norma DIN 2445 referente al moldeo
de plásticos y es propiedad de las empresas alemanas de producción, tratamiento y
conformación de materiales; fundamentalmente de polímeros: HASCO DAKO
Universalmodul. Estas empresas son grandes proveedoras de tecnologías modernas
para la transformación de resinas, dígase máquinas de extrusión compresión e
inyección, moldes prefabricados y una variada gama de dispositivos y equipos
perteneciente a los principales procesos tecnológicos del sector industrial actual
(Rozón, 2015).
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Selección de las dimensiones del molde.
Para seleccionar el molde que deseamos construir, al iniciar el catálogo vamos a molde
cuadrado, en esta ventana aparecen seis tipos de moldes de dos placas, cada uno con
sus propias características.
El molde que se definió en el epígrafe 3.2.3 es el primero, con placa de apoyo o
respaldo detrás de la placa porta macho (Fig.3.3), se selecciona y se abre una nueva
ventana, en ella se oprime el botón cambiar tamaño del molde y aparecen todos los
tamaños de moldes que tiene el catálogo para ese tipo, los cuales van desde 95x95
mm hasta 796x996 mm.
Como la longitud calculada en el epígrafe 3.2.4 fue de 230 mm y se dijo que el molde
tendría iguales dimensiones por ambos lados se escogió el inmediato superior
246x246 mm.
Fig.3. 3 Molde de dos placas con placa de respaldo. (HASCO, 2015)
Selección de las placas.
Lado fijo:
1. Placa de sujeción o placa base, esta es a la cual va sujetado el lado fijo del
molde o lado de inyección.
Denominación: K10/246x246x27 mm
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Fig.3. 4 Placa de fijación lado sujeción. (Fuente: El autor)
2. Placa porta cavidad. En el epígrafe 3.2.4 se calculó que el mínimo espesor sería
de 70 mm por lo que se seleccionó el inmediato superior de 76 mm.
Denominación: K20/246x246x76 mm
Fig.3. 5 Placa porta cavidad. (Fuente: El autor)
Lado móvil
3. Placa porta macho.
Denominación: K20/246x246x36 mm
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Fig.3. 6 Placa porta macho. (Fuente: El autor)
4. Placa de respaldo o de apoyo.
Denominación: K30/246x246x36 mm
Fig.3. 7 Placa de respaldo. (Fuente: El autor)
5. Separadores o regles, estos van entre la placa de respaldo y la placa base móvil
creando un agujero por el que se desplaza el conjunto expulsor.
Denominación: K40/246x246x76
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Fig.3. 8 Separadores. (Fuente: El autor)
6. Placa porta extractores, es la que empuja los expulsores y junto a la placa sufridera de expulsión es la responsable de la expulsión de la pieza después de inyectada.
Denominación: K60/70/246x246 mm
Fig.3. 9 Placas porta extractores. (Fuente: El autor)
7. Placa de sujeción del lado móvil. Denominación: K11/246x246x27 mm
Fig.3. 10 Placa de sujeción lado móvil. (Fuente: El autor)
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8. Disco centrador El disco centrador el HASCO lo selecciona por defecto según el tipo de molde
escogido.
Denominación: K100-125 X 8
Fig.3. 11 Disco centrador. (Fuente: El autor)
Luego de seleccionadas todas las placas3, se exportan a Autodesk Inventor
obteniéndose:
Fig.3. 12 Molde ensamblado y denominación de las placas según HASCO. (Fuente: El autor)
3 Los planos del ensamblaje del molde y de cada una de las placas se pueden ver en el anexo 3.
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3.2.6. Selección del material de las placas.
Para la selección del material de las placas se tuvo en cuenta los costos y la
disponibilidad en los almacenes de la INPUD, por lo que el material utilizado para todas
las placas será el acero 45 según la norma GOST, el cual es un acero de construcción
mejorable con contenido medio de carbono, muy utilizado en la industria cubana. El
material utilizado para el macho será el acero aleado 40XHMA (cromo-níquel-
molibdeno) con bajo contenido de azufre y fósforo (0.030-0.025%), debido a que está
en contacto directo con la inyección por lo tanto necesita mejores propiedades
mecánicas.
Tabla 3. 4 Composición de los aceros utilizados según la norma GOST. (Guliaev)
El tratamiento térmico solo se le aplicará al macho y será un mejoramiento para
aumentar sus propiedades mecánicas.
3.2.8. Chequeo del espesor de la placa de respaldo.
La placa de respaldo es la encargada de evitar que ocurran deformaciones en la placa
porta macho por lo que es necesario realizar una correcta selección de su espesor
para que no falle en el proceso de producción.
Cálculo del espesor mínimo.
Para el cálculo del espesor se utilizará la ecuación 3.6 utilizada por (Rodríguez, 1989)
para el cálculo del espesor de las placas de respaldo de los moldes para inyección de
plásticos sin apoyos entre los separadores.
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ℎ = 19,1√ 𝐴𝑝𝑝 ∙ 𝑎
𝑏 ∙ 𝜎 (3.6)
Donde:
ℎ -Espesor de la placa en mm
𝐴𝑝𝑝 -Área proyectada de la pieza y la mazarota en cm2
𝑎 -Distancia entre los separadores del molde en cm
𝑏 -Longitud de la placa en cm
𝜎 -Tensión permisible del acero utilizado en las placas
Datos:
𝐴𝑝𝑝 = 72,3 𝑐𝑚2
𝑎 = 16 𝑐𝑚
𝑏 = 24,6 𝑐𝑚
𝜎 = 840 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2(82,3 𝑀𝑃𝑎) Para aceros en estado de suministro según el autor
citado anteriormente.
Luego:
ℎ = 19,1√ 72,3 ∙ 16
24,6 ∙ 840
ℎ = 4,3 𝑐𝑚 = 43 𝑚𝑚
Como el espesor seleccionado anteriormente fue de 36 mm el cual es menor que el
calculado, se realiza la selección otra vez escogiéndose una placa de respaldo con un
espesor de 46 mm.
3.2.9. Generación del macho y la cavidad.
A la hora de generar el macho y la cavidad en Inventor a partir de la pieza previamente
diseñada, se debe tener en cuenta el ángulo de desmolde, la contracción, la correcta
orientación de la pieza, la creación de superficies de parche, seleccionar la línea y
superficie de partición adecuadas y se debe definir la pieza de trabajo.
Ángulo de desmolde.
A la hora de diseñar la pieza se debe garantizar que esta se pueda desmoldar
fácilmente, por lo que todas las superficies del producto en la dirección del desmolde
deben ser cónicas con ángulos positivos. La poca conicidad puede llevar a la
destrucción de la superficie moldeada y a la deformación del artículo (Rodríguez,
1989). Según (Moldflow, 2014) un ángulo de inclinación de 1,5° permite una expulsión
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fácil de la mayoría de las superficies lisas. Durante el diseño, a la pieza se le dio un
ángulo de inclinación de 6,5° por lo que no es necesario aplicarle un ángulo de
desmolde.
Contracción.
La contracción es un fenómeno que afecta a todos los polímeros, e influye en la calidad
de la pieza a obtener, sobre ella influyen el espesor de la pieza, las dimensiones, los
nervios, la presión, la temperatura, entre otros factores. Según (Simón and Barbería,
2012) los plásticos amorfos tienden a tener baja contracción, los semicristalinos media
y los cristalinos alta. El material de la pieza es el PP que es un semicristalino por lo
que se utilizó una contracción del 2% el cual se encuentra dentro del rango mostrado
(Tabla 3.6).
Tabla 3. 6 Valores de contracciones de polímeros. (Machinery)
Material Contracción
PS 0,4 HIPS 0,4 ABS 0,6 LDPE 1,5-5,0 HDPE 2,0-5,0 PP 1,0-2,5 PVC 0,1-0,5 PMMA 0,5 PA6 0,8-1,5 PA66 2,25 CA 0,5 PC 0,8 POM 2,0 SAN 0,2
Orientación de la pieza.
Antes de definir la línea y la superficie de partición se debe ajustar la orientación de la
pieza con el eje Z positivo en la dirección del desmolde como se observa en la figura
3.13.
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61 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
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Fig.3. 13 Correcta orientación de la pieza. (Fuente: El autor)
Luego se deben definir los parámetros de la pieza de trabajo y se crean las superficies
de parche en caso de que la pieza lo requiera. En este caso se creó una superficie de
parche en el agujero superior de la pieza.
Fig.3. 14 Superficie de parche. (Fuente: El autor)
Línea y superficie de partición.
La superficie de partición es por donde las dos mitades del molde (cavidad y macho)
se abren para permitir la salida del producto, estas deben ser diseñadas de forma tal
que no queden rebabas que puedan perjudicar la apariencia del producto, de lo
contrario tendrían que ser pulidas y aumentaría el costo de producción (Rodríguez,
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62 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
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1989). A la hora de crearla el software recomienda la línea de partición, pero puede
ser modificada según las necesidades del diseño, en este caso se utilizó la
recomendada.
Fig.3. 15 Superficie de partición utilizada. (Fuente: El autor)
Finalmente se genera el macho (azul) y la cavidad (verde), después de haber realizado
un análisis en busca de errores el cual concluyó que no existían problemas.
Fig.3. 16 Macho y cavidad obtenidos. (Fuente: El autor)
3.2.10. Diseño del sistema de alimentación.
El sistema de alimentación está constituido por: bebedero, canales de alimentación y
canales de entrada al producto, se debe tratar de que no sean muy extensos de lo
contrario se derrocharía material.
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Bebedero.
El bebedero es la parte del molde que se pone en contacto con la boquilla de la
máquina y conduce la masa plástica fundida hasta los canales de alimentación.
Según (Rodríguez, 1989) a la hora de diseñar el bebedero se deben tener en cuenta
las siguientes características:
1. El radio esférico (R) que se pone en contacto con la boquilla debe ser mayor
(5-10 mm) que el de la punta de la boquilla con el fin de que el contacto de
las dos superficies sea efectivo y así evitar fugas de material fundido.
2. La dimensión del diámetro de entrada del bebedero (d) depende del volumen
del artículo, del espesor de la pared, de la velocidad de inyección y de la
duración del ciclo. Además, el orificio de entrada debe ser mayor que el de
la boquilla para facilitar el desprendimiento de la mazarota.
3. La conicidad del conducto del bebedero debe ser de 2 a 5° entre
generatrices y se debe pulir con brillo de espejo para facilitar el desmolde.
4. La altura total (L) debe ser lo más corta posible para evitar desperdicio de
material y para que su solidificación sea lo más rápido posible.
5. En las esquinas del bebedero se deben evitar aristas vivas para evitar la
concentración de tensiones. Se puede utilizar un radio de 2 a 3 mm.
Fig.3. 17 Principales dimensiones del bebedero. (Fuente: El autor)
Para artículos de volumen menor de 100 cm3 el diámetro (d) se puede calcular de
forma aproximada mediante la ecuación:
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𝑑 = √𝑉
2 (3.7)
Donde;
𝑉 -Volumen de la pieza en cm3,
𝑉 = 18,3 𝑐𝑚3 (Tabla 2.1).
𝑑 = √18,3
2= 3 𝑚𝑚
La longitud total de bebedero depende del espesor de la placa de fijación y de la
distancia desde la cavidad al borde de la placa, que es de 41 mm.
El bebedero seleccionado en el catálogo HASCO fue el Z51-18x27x3,5 ya que fue el
que más se acercó a las dimensiones necesarias para el molde a diseñar.
Fig.3. 18 Bebedero. (Fuente: El autor)
Canales de alimentación.
Los canales de alimentación tienen como finalidad conducir el material plástico desde
el bebedero hasta las cavidades del molde.
Las principales características a tener en cuenta durante su diseño son:
Se debe garantizar que el material plástico llegue a las cavidades
simultáneamente a igual presión, velocidad y temperatura.
La forma del canal debe ser la más adecuada para facilitar un buen flujo de la
masa fundida.
Las dimensiones de los canales de alimentación dependen principalmente del
tipo de molde, del material plástico empleado, del tamaño y del peso del
producto a fabricar.
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Teniendo en cuenta lo anterior se decide utilizar un canal con sección transversal
circular con un diámetro de 6 mm según (Plastics) para canales con una longitud menor
de 75 mm.
Fig.3. 19 Canales de alimentación y puntos de inyección en el macho. (Fuente: El autor)
3.2.11. Selección del sistema de expulsión.
Se utilizarán extractores de varilla, para ello se seleccionan utilizando el catálogo
HASCO de normalizados 6 expulsores Z40-4x200 y un expulsor del sistema de
alimentación del molde Z40-8x200.
Fig.3. 20 Extractores de varilla, utilizados en el molde. (Fuente: El autor)
3.2.12. Diseño del sistema de enfriamiento.
Los canales de enfriamiento de un molde tienen como finalidad absorber el calor
disipado por el material plástico hasta que los productos plásticos se hayan solidificado
lo suficiente para ser extraídos sin peligro de deformaciones. Además, tienen como
función estabilizar la temperatura del molde al valor requerido para procesar un
determinado plástico (Rodríguez, 1989).
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Cálculo del enfriamiento del molde.
1. Cálculo del peso de inyección por hora:
𝐺𝑖 =3600∙𝑃𝑚
𝑇𝑐 (3.10)
Donde,
𝑃𝑚 - Peso de la moldeada (𝑔𝑓)
𝑇𝑐 -Tiempo de ciclo (s)
Datos:
Material a moldear PP,
𝑇𝑐 = 15,64 𝑠 (Fig.2.6)
𝑃𝑚 = 15,1 𝑔𝑓 (Tabla2.1)
𝐺𝑖 =3,6 ∙ 15,1
15,64 = 3,47 𝑘𝑔𝑓/ℎ
2. Cálculo de la cantidad de calor absorbido por el agua.
𝑄𝑎𝑒 = 0,7𝐺𝑖(𝐶𝑝∆𝑇𝑎 + 𝐶𝑐) (3.11)
Donde;
𝐶𝑝 -Calor específico del plástico (kCal/kg℃)
𝐶𝑐 -Calor latente del plástico (𝑘𝐶𝑎𝑙/𝑘𝑔)
𝑇𝑎 -Diferencia entre la temperatura de elaboración (𝑇𝑒) y la temperatura de
desmolde (𝑇𝑑)
Datos:
Para el PP, 𝐶𝑝 = 0,7 kCal/kg℃ y 𝐶𝑐 = 35 𝑘𝐶𝑎𝑙/𝑘𝑔 (Rodríguez, 1989) tabla 4.31
𝑇𝑒 = 240 ℃ (Fig.2.1)
𝑇𝑑 = 101℃ (Fig.2.1)
∆𝑇𝑎 = 𝑇𝑒 − 𝑇𝑑
∆𝑇𝑎 = 240 − 101 = 139℃
Sustituyendo en la ecuación 3.11,
𝑄𝑎𝑒 = 0,7 ∙ 3,47 (0,7 ∙ 139 + 35)
𝑄𝑎𝑒 = 321,35 𝑘𝐶𝑎𝑙/ℎ
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3. Cálculo de la cantidad de agua de enfriamiento,
𝑚 =𝑄𝑎𝑒
𝐶𝑝∙∆𝑇𝑜 (3.12)
Donde,
∆𝑇𝑜 -Diferencia de temperatura entre el agua que entra al molde y la que sale. Se
recomienda para que la transferencia de calor sea correcto ∆𝑇𝑜 = (3 − 5℃)
Se toma ∆𝑇𝑜 = 5℃.
Sustituyendo en 3.12,
𝑚 =321,35
0,7 ∙ 5= 91,8𝑘𝑔/ℎ = 91,8 𝑑𝑚3/ℎ
4. Cálculo de la superficie de enfriamiento.
𝐹 =𝑄𝑎𝑒
𝜆∙∆𝑇 (3.13)
Donde,
𝜆 -Índice de conductibilidad térmica. Para el acero 𝜆 = 1280 𝑘𝐶𝑎𝑙/𝑚2ℎ℃
∆𝑇 -Diferencia entre la pared del conducto y el punto medio de flujo de agua. En la
práctica ∆𝑇 = 8℃.
Sustituyendo en 3.13,
𝐹 =321,35
1280 ∙ 8= 0,03138 𝑚2
5. Cálculo de la longitud de los canales de refrigeración
𝐿 =103∙𝐹
𝜋∙𝑑 (3.14)
Donde,
𝑑 -Diámetro de los canales (mm).
Los diámetros más utilizados son 8 y 10 mm.
Sustituyendo en la ecuación 3.14, se toma 𝑑 = 10 𝑚𝑚
𝐿 =103 ∙ 0,03138
𝜋 ∙ 10= 0,999 𝑚 ≈ 1𝑚
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Realización de los canales de enfriamiento.
Con los resultados obtenidos se decide colocar los canales de enfriamiento de la placa
porta cavidad según se muestran en la figura 3.21.
Fig.3. 21 Distribución de los canales de enfriamiento en la placa porta cavidad. (Fuente: El autor)
Para lograr un enfriamiento homogéneo que evite deformaciones en la pieza y por la
geometría de la misma, además de los canales de enfriamiento en la placa porta
cavidad se decidió refrigerar el macho. Al terminar la creación del sistema de
refrigeración en las placas, se seleccionan los conectores de los canales de
enfriamiento, los tapones roscados y los sellos.
Fig.3. 22 Canales de refrigeración en el macho. (Fuente: El autor)
3.2.13. Colocación del molde en la máquina.
Después de terminar el dimensionamiento del molde se comprueba que es posible
instalarlo en la inyectora seleccionada, para ello se compararon sus dimensiones con
los parámetros de la máquina de inyección seleccionada en el acápite 3.2.1 en la tabla
3.1.
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Tabla 3. 7 Comparación entre las dimensiones del molde y la máquina. (Fuente: El autor)
Parámetros Inyectora Molde
Altura (mm) 160 a 300 288 Distancia entre columnas (mm) 325x325 246x246 Abertura máxima (mm) 475
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3.2.14. Vista explosionada del molde.
Fig.3. 23 Vista explosionada del molde. (Fuente: El autor)
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3.3. Conclusiones Parciales.
Se utilizó una sola cavidad ya que con su uso se sobre cumple el plan anual en
un mes, se ahorra material y se disminuye el costo de fabricación del molde.
El tipo de molde escogido fue el de dos placas debido a que la pieza es sencilla,
las dimensiones son pequeñas y se utilizará una sola cavidad.
La selección de las placas se realizó del catálogo de normalizados HASCO
2015, lo que facilita mucho el diseño del molde.
El material utilizado para las placas será el acero 45 ya que es el disponible en
los almacenes de la INPUD y cumple con las propiedades de resistencia
necesarias. El utilizado para el macho será el acero aleado 40XHMA porque
está sometido directamente a la inyección.
El chequeo del espesor de la placa de respaldo dio como resultado que se
necesitaba un espesor mayor para garantizar su resistencia.
A las placas no se les aplicará tratamiento térmico, solo se le dará al macho un
mejoramiento.
La contracción utilizada en el material de la pieza fue del 2%.
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Capítulo IV: Estrategia de maquinado y obtención del programa
CNC.
4.1. Manufactura asistida por computador (CAM).
Paralelamente al desarrollo de programas computacionales encaminados al diseño de
productos asistido por computadora, se han desarrollado otros con vistas a la
manufactura de estos productos ya diseñados. La manufactura de productos
auxiliándose de una computadora ofrece ventajas relevantes con respecto a los
métodos tradicionales de control de equipos de fabricación, entre ellas se encuentran
la reducción de los errores en los dibujos o planos de fabricación, lo cual incrementa
la calidad de la pieza a obtener. Además, el aumento en la precisión en el proceso de
maquinado, la rápida corrección ante errores o modificaciones imprevistas, entre otras
(Jaramillo, 2012).
4.2. Descripción del software.
GibbsCAM permite maquinar piezas 3D por control numérico en 2, 3, 4 y 5 ejes. Usa
la tecnología VoluMill, una técnica de alto rendimiento en trayectorias de corte
optimizadas que reduce los tiempos de maquinado. Contiene asistentes de taladros,
agujeros, cajas, control de stock, una interface gráfica y una programación basada en
reglas de conocimientos. Se puede crear herramientas personalizadas y almacenarlas
en una librería de herramientas propia. Posee también la capacidad de manejo de post
procesadores, ofrece módulos adicionales de manejo de superficies, solidos,
programación de electrodos, cortes con alambre y torno.
GibbsCAM 5 axis puede maquinar piezas en todo tipo de centros de maquinado, con
especial énfasis en alabes, propulsores y turbinas de alta complejidad, el modulo
incluye la verificación de las trayectorias de corte visuales en 3D. Con 5 ejes es posible
agregar la función de manejo de múltiples alabes para turbo maquinaria donde se
requiere programación simultanea de varias piezas (Group, 2017).
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4.3. Material a utilizar en la fabricación de la placa porta
cavidad.
Para la fabricación de moldes de inyección para plásticos se emplean varios tipos de
aceros, en este caso para la fabricación de la placa porta cavidad del molde de la pieza
caso de estudio se empleará el acero SAE 1045, previamente seleccionado.
4.4. Selección de las herramientas a utilizar en el proceso de
fabricación.
Para llevar a cabo la selección de las herramientas de corte a utilizar es necesario
aclarar que en este trabajo solo se abordarán detalladamente las operaciones de
maquinado que se le realizarán a la placa porta cavidad en la fresadora CNC KONDIA
K-600, o sea, las necesarias para la fabricación de la cavidad específicamente, pues
el encuadrado y rectificado de las caras se realizarán en máquinas convencionales y
la elaboración de los agujeros para las columnas, sistema de alimentación, etc., se
llevarán a cabo en el taladro por coordenadas 2A 45UT, en el cual se logra una mayor
precisión. Además, las ranuras en la cavidad se realizarán utilizando una máquina
electroerosiva, ya que en la fresadora K-600 no se puede obtener la geometría
necesaria.
En la tabla 4.1 se realiza un resumen de las operaciones de maquinado necesarias
para la obtención de la placa porta cavidad y de las máquinas herramienta a emplear
en cada una de ellas.
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Tabla 4. 1 Descripción de las operaciones de maquinado y de las máquinas herramienta a utilizar. (Fuente: El autor)
Descripción de la operación Máquina herramienta
Cuadre de todas las caras de la placa Fresadora FT4V
Rectificado de las caras superior e inferior Rectificadora BPH20
Elaboración de agujeros para columnas
Taladro de coordenadas 2A 45UT
Elaboración de agujeros para expulsores, guías y cáncamo Elaboración de agujeros laterales para sistema de refrigeración
Elaboración de la cavidad Fresadora CNC KONDIA Mod. K-600
Elaboración de ranuras en la cavidad Máquina de electroerosión ONA Mod. HS600
Para el maquinado de la cavidad de la placa se escoge la Fresadora CNC KONDIA
Mod. K-600, porque además de ser la única de su tipo en el taller de la empresa
INPUD, cumple con los requisitos necesarios para la manufactura de la misma, como
se muestra en la tabla 4.2.
Tabla 4. 2 Especificaciones técnicas de la fresadora CNC KONDIA K-600. (Fuente: Manual de fresadora CNC KONDIA K-600)
Especificaciones técnicas Parámetros
CNC control Fagor Mesa 1200x300 Recorridos X:600, Y:350, Z:140mm Motor cabezal 14 kW ; 60-4000rpm Altura 2300 mm Peso 2000 kg Año 2001
Para una correcta selección de las herramientas a utilizar en el proceso de fabricación
de la cavidad es necesario definir las operaciones de maquinado que se realizarán
sobre la pieza, en la fresadora CNC K-600.
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4.4.1. Operaciones a realizar en la K-600.
1. Taladrado del agujero de centro.
2. Taladrado de agujero a ∅10 mm pasante.
3. Retaladrado de agujero a ∅17,75 mm pasante.
4. Desbaste de ∅97,6 mm a profundidad de 43,7 mm.
5. Desbaste de ∅38,6 mm a profundidad de 48,8 mm.
6. Desbaste de ∅27,4 mm a profundidad de 58,9 mm.
7. Desbaste en acabado de canal de alimentación a profundidad de 61,9 mm.
8. Desbaste en acabado de ∅97,6 mm a profundidad de 48,8 mm y elaboración de
radio 5,1 mm.
9. Desbaste en acabado de ∅65 mm a profundidad de 58,9 mm y elaboración de
radio 5,1 mm.
10. Escariado de agujero a ∅18 H7 mm.
4.4.2. Herramientas de corte a utilizar.
Para el agujero de centrado se utilizará una broca de centrar de ∅5 mm. Luego se
taladrará con una broca de ∅10 mm y posteriormente se retaladrará con una de ∅17,75
mm.
El desbaste inicial de la cavidad a profundidad de 43,7 mm y 48,8 se realizará con una
fresa cilíndrica de ∅50 mm.
El desbaste de la cavidad a profundidad de 58,9 mm se realizará con una fresa
cilíndrica de ∅30 mm.
El desbaste en acabado del canal de alimentación a profundidad de 61,9 mm y ∅6 mm
se realizará con una fresa esférica de diámetro ∅5 mm.
El acabado de la cavidad a profundidad de 43,7 mm y la elaboración del radio inferior
de 5,1 mm se realizará con una fresa esférica de ∅10 mm.
El acabado de la cavidad a profundidad de 58,9 mm y la elaboración del radio inferior
de 5,1 mm se realizará con una fresa esférica de ∅10 mm.
El escariado del agujero a ∅18 mm se realizará con un escariador de ∅18 mm.
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Tabla 4. 3 Resumen de las operaciones y herramientas utilizadas en la fabricación. (Fuente: El autor)
No. Operación Herramienta
1 Taladrado Broca de centrar ∅5 mm 2 Taladrado Broca ∅10 mm 3 Retaladrado Broca ∅17,75 mm 4 Desbaste Fresa cilíndrica ∅50 mm 5 Desbaste Fresa cilíndrica ∅50 mm 6 Desbaste Fresa cilíndrica ∅30 mm 7 Desbaste en acabado Fresa esférica ∅5 mm
8 Desbaste en acabado y elaboración de radio
Fresa esférica ∅10 mm
9 Desbaste en acabado y elaboración de radio
Fresa esférica ∅10 mm
10 Escariado Escariador ∅18 H7 mm
Para la selección de las herramientas de corte se ha tratado de utilizar la menor
cantidad de herramientas en la mayor cantidad de operaciones posibles, ya que cada
herramienta de corte que se utilice encarece el costo del molde a fabricar.
4.5. Selección del material de las herramientas a utilizar en la
fabricación.
La selección del material de la herramienta de corte a emplear en un proceso de
maquinado va a depender de varios factores como son: la operación de corte a realizar,
el material de la pieza, la máquina herramienta, la terminación superficial que se
desee, costos de maquinado, etc.
En este caso los materiales de las herramientas de corte a emplear serán de acero
rápido (HSS) con revestimiento de nitruro de titanio (TiN) para las brocas y las fresas
esféricas. Las fresas cilíndricas serán de HSS con plaquitas intercambiables de
carburo. Estas son las utilizadas en la empresa y poseen las propiedades necesarias
para la fabricación de la cavidad.
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4.6. Cálculo de los regímenes de corte.
4.6.1. Cálculo de los regímenes de corte para el taladrado.
Fig. 4. 1 Broca para taladrado. (Fuente: Catálogo Sandvik)
Tabla 4. 4 Datos de Brocas para taladrado. (Fuente: Catálogo Sandvik)
Parámetros Valores de Brocas (mm)
∅10 ∅17,75
Diámetro de corte (DC) 10 17,75
Longitud utilizable (LU) 81,5 78,5
Longitud total (OAL) 152 143 Profundidad de corte máx. (ap máx.) 5 8,875 Vida útil 45 min 45 min
Cálculo del régimen de corte para broca ∅10 mm.
Los datos de la velocidad de corte y el avance fueron tomados de (Sandvik, 2017a).
Velocidad de corte tabulada (Vt): 80 m/min
Avance por revolución (fn): 0,2 mm/rev
Velocidad de corte (Vc).
Vc =Vt·Kd·Kt (4.1)
Vt - Velocidad de corte tabulada, en m/min
Kd- Coeficiente de corrección de dureza (ver anexo 1)
Kt - Coeficiente de corrección de la vida útil de la herramienta (ver anexo 1)
Sustituyendo en la fórmula 4.1:
Vc = 80·0,9·0,8 = 57,6 m/min
Número de rpm del husillo.
𝑛𝑟 =𝑉𝑐∙1000
𝜋∙𝐷𝑐 (4.2)
Sustituyendo en la fórmula 4.2:
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𝑛𝑟 =57,6 ∙1000
𝜋 ∙ 10= 1833,4 𝑟𝑝𝑚 (nc = n real por ser fresadora CNC)
Velocidad de avance en mm/min.
𝑉𝑓 = 𝑓𝑛 ∙ 𝑛𝑟 (4.3)
Sustituyendo en la fórmula 4.3:
𝑉𝑓 = 0,2 ∙ 1833,4 = 366,69 mm/min
Cálculo del régimen de corte para broca ∅17,75 mm.
Los datos de la velocidad de corte y el avance fueron tomados de (Sandvik, 2017a).
Velocidad de corte tabulada (Vt): 80 m/min
Avance por revolución (fn): 0,22 mm/rev
Velocidad de corte teórica (Vc).
Sustituyendo en la fórmula 4.1:
Vc = 80·0,9·0,8 = 57,6 m/min
Número de rpm del husillo.
Sustituyendo en la fórmula 4.2:
𝑛𝑐 =57,6 ∙1000
𝜋 ∙ 17,75= 1032,9 𝑟𝑝𝑚 (nc = n real por ser fresadora CNC)
Velocidad de avance.
Sustituyendo en la fórmula 4.3:
𝑉𝑓 = 0,2 ∙ 1032,9 = 206,58 𝑚𝑚/𝑚𝑖𝑛
Los datos finales para el taladrado son:
Tabla 4. 5 Parámetros de los regímenes de corte de taladrado. (Fuente: El autor)
4.7. Simulación de la estrategia de maquinado de la cavidad
del molde en GibbsCAM.
4.7.1. Importación de la pieza.
Como se trabajó en la modelación y diseño del molde en el software inventor, la pieza
se importa directamente de él con la extensión (. ipt). Se recomienda siempre que se
pueda, importar la pieza en una de las extensiones directas del software ya que así es
más sencillo trabajar con ellas a la hora de seleccionar caras y aristas en el proceso
de simulación.
4.7.2. Selección de la pieza en bruto y máquina herramienta.
Para la selección de las dimensiones de la pieza en bruto, a partir del cual se definirá
el Z=0, el tipo de máquina herramienta y la cantidad de ejes a utilizar, así como el
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material de la pieza a maquinar, se accede a la paleta documentos como se muestra
en la figura 4.4.
Fig. 4. 4 Cuadro de diálogo de la paleta documentos. (Fuente: El autor)
4.7.3. Herramientas.
Para la creación de las herramientas se va a la paleta de herramientas. Se despliega
un cuadro de diálogo en el cual aparecen los 21 tipos de herramientas que se pueden
usar para fabricar piezas, se selecciona la necesitada para la operación a realizar, y
se procede a introducir los datos necesarios como se muestra en la figura 4.5.
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Fig. 4. 5 Llenado del cuadro de diálogo de la lista de herramientas. (Fuente: El autor)
Los datos introducidos son los siguientes, de arriba hacia abajo.
• Longitud en voladizo: 100 mm
• Diámetro de la herramienta: 10 mm
• Angulo de la punta: 140°
• Número de bordes cortantes: 2
Para el resto de las herramientas a utilizar se repite el proceso de la misma manera.
4.7.4. Procesos.
Luego de creadas todas las herramientas necesarias se procede a crear los diferentes
procesos. La lista de procesos aparece en el área de trabajo debajo de la lista de
herramientas al seleccionar la paleta CAM. En la figura 4.6 se observa el resultado de
unir la segunda casilla de la lista de herramientas con la casilla de agujeros de la paleta
CAM.
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Fig. 4. 6 Cuadro de diálogo para el proceso de taladrado de la broca de ∅ 10 mm. (Fuente: El autor)
Fig. 4. 7 Distancias para el taladrado de la broca de ∅ 10 mm. (Fuente: El autor)
4.7.5. Operaciones.
Cuando el cuadro de diálogo para crear cualquier proceso ya se ha llenado, se
seleccionan los puntos o circunferencias de la geometría en los que se efectuará el
proceso. Cuando se cierre el cuadro del proceso se activará el botón “iniciar” de la
paleta CAM, generándose la trayectoria de la herramienta y aparece en la lista de
operaciones una casilla con la operación generada.
En la Fig. 4.8 y 4.9 se observa cómo se genera la trayectoria de la herramienta al
seleccionar las geometrías correspondientes.
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Fig. 4. 8 Marcadores de maquinado para el proceso de taladrado de la broca de ∅ 10 mm. (Fuente: El autor)
Fig. 4. 9 Marcadores de maquinado para el proceso de contorneado de la fresa cilíndrica de ∅ 50 mm. (Fuente: El
autor)
4.7.6. Simulación de las operaciones.
Para realizar la simulación o renderizado de las operaciones se selecciona la paleta
“Renderizado de pieza”. Surge la paleta de renderizado en el área de trabajo, como se
observa en la figura 4.10.
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Fig. 4. 10 Paleta de renderizado. (Fuente: El autor)
En la figura 4.11, 4.12, 4.13, 4.14 y 4.15 se puede observar la simulación del
maquinado de la cavidad del molde en diferentes etapas y con diferentes estados de
visualización de la herramienta de corte.
Fig. 4. 11 Simulación del proceso de retaladrado de la broca de ∅ 17,75 mm. (Fuente: El autor)
Como se puede observar en la figura 4.11, se ha seleccionado la opción “Mostrar
herramienta transparente”, por lo que se puede ver la parte del agujero detrás de la
herramienta de corte.
La superficie maquinada aparece en amarillo en este caso porque en la lista de
operaciones ha sido seleccionada (en amarillo) la operación que se está ejecutando.
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CAD/CAE/CAM
Fig. 4. 12 Simulación del proceso de fresado de la fresa cilíndrica de ∅ 50 mm. (Fuente: El autor)
En la figura 4.12 se observa claramente como la parte cortante de la herramienta
aparece en gris claro, de modo que la parte de color oscura no tiene bordes cortantes.
Cuando la parte cortante hace contacto con la superficie que se está cortando, tiñe de
gris claro la superficie, permitiendo que mediante la simulación se pueda saber si se
necesita una herramienta con una mayor longitud de bordes cortantes, o si es
necesario variar algún dato de corte para ajustar ese proceso a las dimensiones de la
herramienta.
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CAD/CAE/CAM
Fig. 4. 13 Simulación del proceso de fresado de la fresa de punta esférica de ∅5 mm. (Fuente: El autor)
Fig. 4. 14 Simulación del proceso de fresado de acabado con la fresa de punta esférica de ∅ 10 mm.
(Fuente: El autor)
En la figura 4.14 se observa la simulación del proceso de desbaste de acabado de la
fresa esférica de ∅10 mm, donde la herramienta se visualiza sólida y la superficie que
se maquina se colorea de color amarillo, permitiendo una mejor visualización de la
operación seleccionada.
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CAD/CAE/CAM
Fig. 4. 15 Simulación del proceso de maquinado de la cavidad del molde finalizada. (Fuente: El autor)
Luego de finalizada la simulación del proceso de fabricación, figura 4.15, se observa
que la cavidad obtenida coincide con la que se desea obtener en el proceso de
manufactura de la placa porta cavidad, demostrando las ventajas de la utilización del
software GibbsCAM.
4.7.7. Post procesado.
Se llama post procesado a la generación del código o programa pieza, lo cual hace el
usuario cuando está ya satisfecho con todas las operaciones creadas y las
simulaciones observadas en pantalla. Para el post procesado se debe acceder al botón
“Post procesador”, debajo del botón de renderizado. La ventana de post procesado se
muestra en la figura 4.16.
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CAD/CAE/CAM
Fig. 4. 16 Ventana de post procesado. (Fuente: El autor)
Luego de llenada la ventana de post procesado se procede a pulsar el botón en la
esquina inferior derecha “Proceso”, el cual crea el fichero del programa y lo guarda.
Luego se puede acceder al código generado en la ventana de salida, en la misma se
muestra el código como se observa en la figura 4.17.
Fig. 4. 17 Código visualizado en la “ventana de salida”. (Fuente: El autor)
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92 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
4.8. Análisis de costos.
A continuación, se presentan varias tablas que forman parte de la ficha de costo (anexo
1) del molde de inyección de la cubierta del ventilador de pedestal, la cual permite
realizar un análisis de todos los factores que influyen en el costo del molde.
Tabla.4. 9 Gastos totales de materias primas y materiales. (Fuente: INPUD)
Concepto de gastos Moneda
total De ello:
CUC
Materias primas y materiales fundamentales
1161,58 1024,04
Combustibles y lubricantes 1,23 0,84 Energía eléctrica 626,08 - Agua 0,13 - Total materias primas y materiales 1789,04 1024,89
En la tabla 4.9 se observa que el costo total por concepto de materias primas y
materiales utilizados para la fabricación del molde es de $ 1789,04 aproximadamente,
de ellos $ 1024,89 son en moneda libremente convertible (CUC), atribuidos solamente
a las materias primas y materiales.
Tabla.4. 10 Sub total de gastos de elaboración. (Fuente: INPUD)
Concepto de gastos Moneda
total De ello:
CUC
Otros gastos directos 172,84 64,23 Gastos de fuerza de trabajo 739,04 275,15 Gastos indirectos de producción 1354,93 223,56 Gastos generales y de administración 609,71 88,07 Gastos de distribución y ventas 121,94 60,97 Sub total gastos de elaboración 2998,48 711,99
Como se puede observar en la tabla 4.10, los gastos de elaboración ascienden a $
2998,48, de ellos $ 711,99 en CUC.
Tabla.4. 11 Costos de producción. (Fuente: INPUD)
Concepto de gastos Moneda
total De ello:
CUC
Total materias primas y materiales 1789,04 1024,89 Sub total gastos de elaboración 2998,48 711,99 Costo de producción 4787,53 1736,89
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93 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
En la tabla 4.11 se observa que el costo total de producir el molde para la inyección de plásticos de la cubierta de la unión del ventilador de pedestal es de $ 4787,53, de los cuáles $ 1736,89 son en CUC.
Tabla.4. 12 Precio real del molde de la cubierta del ventilador de pedestal. (Fuente: INPUD)
Concepto de gastos Moneda
total De ello:
CUC
Costo de producción 4787,53 1736,89 Margen utilidad s/ base autorizada 599,69 - Contribución a la seguridad social (12.5%)
92,38 -
Impuesto sobre el salario (5,0%) 36,95 - Porciento sobre el gasto en divisas (10%)
- 173,68
Componente en pesos convertibles - 1910,58 Precio 5516,56 -
En la tabla 4.12 se puede ver que el precio real del molde es de $ 5516,56, de ellos $
1910,58 en CUC.
4.8.1. Análisis costo-beneficio.
Según el análisis Costo-Beneficio, un proyecto será rentable cuando la relación Costo-
Beneficio es mayor que la unidad. Por lo que si B/C > 1, el proyecto es rentable.
a) La inversión se analiza para 5 años de vida útil.
b) La evaluación se realizó en moneda total.
c) La tasa de actualización utilizada para el estudio es del 12 %.
d) Para calcular el factor de actualización se ha utilizado la fórmula Σ IT/ (1 + k)n,
dónde k es la tasa de actualización y n el número de años que se evalúa la
inversión.
Por lo que:
B
C=
∑IT actualizados
∑CT actualizados
IT⟶ cantidad de artículos en un año × precio. IT = 1 × 5516,56 = 5516,56
IT actualizados =IT × vida útil
(1 + 0,12)5=
5516,56 × 5
(1 + 0,12)5= 15651,2 MT
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CAD/CAE/CAM
CT⟶ cantidad de artículos en un año × gastos totales o costo de producción. CT = 1 × 4787,53 = 4787,53 MT
CT actualizados =CT × vida útil
(1 + 0,12)5=
4787,53 × 5
(1 + 0,12)5= 13582,9 MT
B
C=
15651,2
13582,9= 1,15
1,15 ˃ 1 Finalmente se puede observar que el índice de rentabilidad se obtuvo mayor que 1,
por lo que es rentable la propuesta de diseño del molde para la fabricación de la
cubierta del ventilador de pedestal ya que los ingresos a obtener serán mayores que
los costos.
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CAD/CAE/CAM
4.9. Conclusiones parciales.
1. Con la correcta selección de las herramientas de corte, el cálculo de los
parámetros de corte de los principales procesos de taladrado y fresado y la
simulación de las operaciones de maquinado necesarias para la fabricación de
la cavidad se logró una estrategia de maquinado que satisface las exigencias y
permite la obtención de la cavidad con la calidad requerida.
2. El costo de producción del molde de inyección para la cubierta del ventilador de
pedestal es de $ 4787,53, de los cuales $ 1736,89 son en CUC.
3. Al realizar el análisis de la relación costo-beneficio de la fabricación del molde
se obtuvo un valor de 1,15, evidenciando la rentabilidad del proyecto.
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CAD/CAE/CAM
Conclusiones Generales.
1. Luego de realizar una revisión bibliográfica exhaustiva sobre el diseño de
moldes plásticos tanto en el ámbito nacional como internacional se conocieron
los distintos tipos de moldes de inyección que existen. Los más comunes y
básicos a la hora de fabricar son los llamados “moldes de dos placas” y se
conocieron las principales partes que constituyen este tipo de molde. Además,
se aprendieron las principales consideraciones a tener en cuenta al diseñar
piezas plásticas y las propiedades de los aceros utilizados en la construcción
de moldes. También se revisaron los principales softwares utilizados en la
simulación de la inyección de plásticos, en la creación de la estrategia de
maquinado y en la generación del código CNC para la fabricación de los
moldes.
2. Se llevó a cabo la simulación del llenado de la cavidad del molde utilizando el
software Autodesk MoldFlow, dónde los resultados muestran que el llenado se
realiza en 0,63 s, el tiempo de ciclo es de 15,64 s, además existe una
probabilidad del 50% de que ocurran pequeños atrapamientos de aire en la
cavidad, pero no se tomarán medidas para su expulsión ya que en piezas
pequeñas salen por las holguras entre el expulsor y el macho. Por último, la
pieza no presentará rechupes ni marcas de hundimiento, lo que garantiza una
buena calidad superficial.
3. Se realizó el diseño del molde de inyección, para el cual se seleccionó una sola
cavidad ya que con esta se cumple el plan, se ahorra material y se disminuye
el costo de fabricación del molde. Además, el tipo de molde escogido fue el de
dos placas debido a que la pieza es sencilla, las dimensiones son pequeñas y
se utilizará una sola cavidad. El material a utilizar para las placas será el acero
45 ya que es con el que cuenta la empresa y además posee las propiedades
necesarias.
4. Para llevar a cabo una estrategia de maquinado que cumpla con las exigencias
requeridas y permita obtener la pieza caso de estudio con la mayor calidad
posible se tuvieron en cuenta diferentes factores como: el material de la placa
en la cual se maquinará la cavidad, los tipos de herramientas de corte a utilizar
97 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
y el material de las mismas y el orden de las operaciones. Además, se realizó
el cálculo de la velocidad del husillo y la velocidad de avance a utilizar en el
maquinado de la cavidad, porque, aunque el software GibbsCAM calcula las
velocidades no siempre son las mejor recomendadas.
5. El análisis del costo de fabricación del molde arrojó como resultado que los
gastos que más influyen en este son los asociados a las materias primas y
materiales fundamentales, estos fueron de $ 1161,58 de ellos $ 1024,04 CUC.
Además, se pudo constatar mediante el análisis de la relación costo-beneficio
que es rentable la fabricación del mismo, obteniéndose una relación C/B de
1,15.
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CAD/CAE/CAM
Recomendaciones
1. Continuar con la profundización en el uso de los softwares CAD/CAE/CAM para
el diseño de moldes para inyección de plásticos, mediante el estudio de los
criterios de otros autores y de la experiencia de los diseñadores de empresas
como la INPUD.
2. Fomentar en el ámbito empresarial cubano el uso de softwares CAD/CAE/CAM
para el diseño de moldes de inyección.
98 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
Bibliografía
CENTRAL, C.-U. Estilo Harvard para las Referencias Bibliográficas. 3DCADPORTAL. 2017. Analisis y simulacion en ingenieria CAE_files [Online].
Available: http://www.3dcadportal.com/3d-software/cae/. BARROSO, J. F. 2014. Diseño de un Molde de Inyección de una Pieza Plástica.
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Bilbao. FETECAU, C., DOBREA, D. V. & POSTOLACHE, I. 2010. Overmolding Injection
Molding Simulation of Tensile test Specimen. International Journal of Modern Manufacturing Technologies, II.
GARCÍA, D. G. & LONGONI, C. A. O. 2006. Sistema de Inyección con Colada Caliente aplicando en la Industria del Plástico como Herramienta de Competitividad.
GÓMEZ, R. F. 2011. Analisis de Moldeabilidad de Piezas Largas Obtenidas por Inyeccion de Plásticos. Universidad Nacional Autónoma de México.
GONZÁLEZ, M. Á. G. 2015. Diseño y Fabricacion del Molde Prototipo. GROUP, C. 2017. GibbsCAM programa de manufactura CAM [Online]. Available:
http://www.gibbscam.com. GUACHAMBALA, M. Á. E. 2013. Diseño y Construcción de un Molde para Inyección
de un Casco Decorativo de Plástico, Utilizando Ingeniería Cad/ Cam. Escuela Superior Politécnica De Chimborazo.
GULIAEV, A. P. Metalografía. HASCO 2015. HASCO DAKO Modul. In: UNIVERSALMODUL, H. D. (ed.). HERNÁNDEZ, A. M. M. 2014. Procedimiento para el Diseño de Moldes Plásticos por
Inyección Usando el Software Inventor. Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas.
HEXAGON. 2017. WorkNC _ Software CAD CAM para el mecanizado de 2 a 5 ejes. Programación CNC de superficies y sólidos para moldes y matrices. [Online]. Available: http://www.worknc.com.
INDURAIN, P. P. 2010. Diseño del molde para la inyección de una pieza de plástico., Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y Telecomunicación.
JARAMILLO, S. C. C. 2012. Fabricación de Partes Genéricas de Plástico para la Industria Automotriz Bajo Sistema de Moldeo por Inyección., Universidad Internacional del Ecuador.
MACHINERY, N. H. P. Manual of Installation, Operation and Maintenance. HDJS328 Plastic Injection Molding Machine.
MOLDFLOW, A. 2014. NUÑEZ, D. A. A. & SAMANIEGO, M. A. P. 2009. Diseño, Modelación, Simulación y
Construcción de Molde para tapas de Cilindros de Gas de Uso Doméstico por Inyección Plástica., Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.
PLASTICS, S. I. Guía de procesamiento. REYES, J. C., RODRIGUEZ, G. M., GONZÁLEZ, M. Á. N., ANDRADE, E. P. &
GALÁN., E. 2013. Diseño y Manufactura de un Molde de Inyección de Plásticos para una Asidera de Automóvil. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Ticoman.
RODRÍGUEZ, I. E. J. G. 1989. Diseños de Moldes para Plásticos y Gomas.
99 DISEÑO DE MOLDE PARA INYECCIÓN DE PLÁSTICOS DE LA UNIÓN DEL VENTILADOR DE PEDESTAL UTILIZANDO HERRAMIENTAS
CAD/CAE/CAM
ROZÓN, N. G. 2015. Metodología para el diseño de placas porta cavidad de moldes de inyección de plásticos de una cavidad. Universidad Central “Marta Abreu" de Las Villas.
SANDVIK 2017a. Herramientas de Taladrado. In: COROMANT, S. (ed.). SANDVIK 2017b. Herramientas para fresado. In: COROMANT, S. (ed.). SANTANA, R. L. J. 2014. Propiedades de materiales termoplásticos y diseño de molde
de inyección mediante el software inventor. Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas.
SEVILLANO, J. D. J. M. “Introducción a los moldes de inyección. Fases de diseño de un molde. Diseño y transformación de plásticos”. ”. Universidad
Politécnica, Madrid. SIMÓN, F. A. & BARBERÍA, M. J. U. 2012. Diseño y Fabricación de un Molde Para
Inyectar Pieza de Plástico. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación.
SISA, A. Tablas SAE-AISI. ACEROS AL CARBÓN,ACEROS ALEADOS DE MAQUINARIA Y HERRAMIENTA ,ACEROS INOXIDABLE.
SMITH, W. F. 2004. Ciencia e Ingeniería de Materiales. SYSTÈMES, D. 2017. Soluciones de CATIA de CAD en 3D de Dassault Systèmes
[Online]. Available: http://www.catia.com. VÁSQUEZ, J. A. H. 2013. Modelado y Simulación del Fenómeno del Fretting Mediante