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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA

Y ELCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL TICOMN

DISEO DE UN MOLDE PARA INYECCIN DE PLSTICO DE UNA HLICE

DE DOS PALAS PARA SU USO EN AEROMODELIMSO

PRESENTAN:

Fabin Baltazar Jos Alberto

Vargas Acompa Csar

ASESORES:

M. en C. ARMANDO OROPEZA OSORNIO

M. en C. VICTOR MANUEL CRDOVA BARRIOS

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NDICE

PG.

GLOSARIO DE TRMINOS 1ABREVIATURAS 2LISTA DE FIGURAS 3LISTA DE TABLAS 5RESUMEN 6INTRODUCCIN 7OBJETIVO GENERAL 8OBJETIVOS ESPECFICOS 8ALCANCE 9

PG.

CAPTULO 1 GENERALIDADES 10

1.1. INTRODUCCIN Y MARCO TERICO 11

1.2. EL PRINCIPIO DEL MOLDEO POR INYECCIN 11

1.3. MOLDE DE INYECCIN 13

CAPTULO 2 LA METODOLOGA QFD 15

2.1. CONCEPTO DE QFD (QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT) 16

2.2. INTRODUCCIN 17

2.3. IDENTIFICACIN DEL CLIENTE (PRIMER PASO) 18

2.4. DETERMINACIN DE LOS REQUERIMIENTOSY EXPECTATIVAS DEL CLIENTE (SEGUNDO PASO) 18

2.4.1. CARACTERSTICAS QUE DEBE CUMPLIR EL DISEO DEL PRODUCTO 19

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2.4.2. CONDICIONES DE DISEO 19

2.4.3. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE 19

2.4.4. CLASIFICACIN DE LOS REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE 21

2.4.5. REQUERIMIENTOS OBLIGATORIOS Y DESEABLES 21

2.5. PONDERACIN DE LOSREQUERIMIENTOS DESEABLES (TERCER PASO) 21

2.6. ESTUDIO COMPARATIVO (BENCHMARKING)A PRODUCTOS DE LA COMPETENCIA (CUARTO PASO) 23

2.7. TRADUCCIN DE LOS REQUERIMIENTOS Y EXPECTATIVASDE LOS CLIENTES EN TRMINOS MESURABLES DE INGENIERA(QUINTO PASO; ESPECIFICACINES DE DISEO) 24

2.8. ESTABLECER LAS METAS DE DISEO (SEXTO PASO) 26

CAPTULO 3 DISEO CONCEPTUAL 27

3.1. INTRODUCCIN 28

3.2. CLARIFICACIN DEL PROBLEMA 28

3.3. DEFINICIN DEL MODELO FUNCIONAL 28

3.4. FUNCIN GLOBAL DEL PRODUCTO 29

3.4.1. FUNCIN DE SERVICIO 29

3.4.2. LMITES DEL PRODUCTO 29

3.4.3. ELEMENTOS DEL ENTORNO RELACIONADOS CON EL SISTEMA 30

3.5. GENERACIN DE CONCEPTOS 30

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3.5.1. FUNCIN A; FABRICACIN DE UN

PROTOTIPO A ESCALA DE LA HLICE 31

3.5.2. FUNCIN B; FABRICACIN DE UN MOLDE

EN ALUMINIO 31

3.5.3. FUNCIN C; FABRICACIN DEL MOLDE ENFUNDICIN DE ZAMAK-5 32

CAPTULO 4 MODELADO GEOMTRICO 33

4.1. INTRODUCCIN 34

4.2. MODELO DE LA HLICE 34

4.3. MODELO DEL MOLDE 38

4.4. ANLISIS DE CASO REAL 42

4.5. BOQUILLA O PUNTO DE INYECCIN 43

4.6. MALLADO DE LA SECCIN 43

4.7 TIEMPO DE LLENADO 45

4.8. TEMPERATURA AL FRENTE DE FLUJO 46

4.9. PRESIN EN EL PUNTO DE INYECCIN (PESSURE AT INJECTIONLOCATION: XY PLOT) 47

4.10. TIEMPO DE ENFRIAMIENTO (FROZEN LAYER FRACTION) 48

4.11. TRAMPAS DE AIRE (AIR TRAPS) 49

4.12. VELOCIDAD DE INYECCIN PROMEDIO (AVERAGE VELOCITY) 49

4.13. FUERZA DE CIERRE (CLAMP FORCE) 50

4.14. PRESIN DEL MOLDE (PRESSURE) 51

4.15. LNEAS DE SOLDADURA (WELD LINES) 51

4.16. CONFIGURACIN DE LOS CANALES DE ENFRIAMIENTO 52

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CAPTULO 5 COSTOS DE MANUFACTURA 54

5.1. DEFINICIN DE COSTOS 55

5.2. OBJETIVOS DE COSTOS 55

5.3. ALCANCE DEL PROYECTO 56

5.4. CLASIFICACIN DE COSTOS DEL PRODUCTO 56

5.5. CUANTIFICACIN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO 57

5.6. DIMENSIONES DEL PRODUCTO 58

5.7.1. VENTAJAS COMPETITIVAS 58

5.7.2 ALIANZAS ESTRATGICAS 59

5.7.3. VALOR AGREGADO 59

5.7.4. INNOVACIN TECNOLOGICA 59

CONCLUSIONES GENERALES 60

RECOMENDACIONES PARA TRABAJOS FUTUROS 62

BIBLIOGRAFIA 63

ANEXOS 64

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GLOSARIO DE TRMINOS

Cavidad:Es el volumen en el cual la pieza ser moldeada. (forma el exterior del producto)

Placa de cavidades: Contiene insertos de cavidades.

Canales o ductos:son conductos a travs de los cuales el polmero fundido fluye debido a la

presin de inyeccin. El canal de alimentacin se llena a travs de la boquilla, los siguientes

canales son los denominados bebederos y finalmente se encuentra la compuerta.

Canales de enfriamiento: Son canales por los cuales circula refrigerante (el ms comn agua)

para regular la temperatura del molde. Su diseo es complejo y especfico para cada pieza y

molde, esto en vista de que la refrigeracin debe ser lo ms homognea posible en toda la

cavidad y en la parte fija como en la parte mvil, esto con el fin de evitar los efectos de

contraccin diferencial. Cabe destacar que al momento de realizar el diseo de un molde, el

sistema de refrigeracin es lo ltimo que se debe disear.

Barras expulsoras: al abrir el molde, estas barras expulsan la pieza moldeada fuera de la

cavidad, pudiendo a veces contar con la ayuda de un robot para realizar esta operacin.

Potaje de las placas:

Lneas de corte:

Impronta: Reproduccin de imgenes en hueco o en relieve, en cualquier materia blanda o

moldeable.

Venteos o respiraderos: Espacios libres entre superficies, dejan escapar los gases acumulados

hacia el exterior.

Boquilla:extremo anterior de un cilindro de inyeccin, que restringe el flujo de material caliente

por un orificio pequeo.

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2

ABREVIATURAS

CAD:Computer Aided Design. CAE:Computer Aided Engineering.

CAM:Computer Aided Manufacturing.

mm: Milmetros.

Mpa: Megapascales.

QFD: Quality Function Deployment.

IGS: Initial Graphics Exchange Specification; Es la especificacin para intercambio inicial de

grficos. define un formato neutral de datos que permite el intercambio digital de informacin

entre sistemas de diseo asistido por computadora CAD. Extensin de formato

STP: Es un documento de CATIA; basado en STandard for the Exchange of Product model

data. Extensin de formato.

CATIA: Computer Aided Three Dimensional Interactive Application es una multiplataforma de

software comercial de tipo CAD/CAM/CAE. Desarrollado por Dassault Systemes y Marketed

world-wide de IBM.

STL: Stereolithography file format. Extensin de formato.

3D:En tres dimensiones.

PVT:PresinVolumenTemperatura.

ZAMAK: Es una aleacin de zinc con aluminio, magnesio y cobre. Zink (Zinc), Aluminium

(Aluminio), Magnesium (Magnesio) y Kupfer (cobre).

Seg:segundo (s).

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LISTA DE FIGURAS

PG.

Figura 1.1. Partes de una mquina de inyeccin. En la unidad de cierre. 9

Figura 1.2. Componentes que intervienen en el proceso de inyeccin. Unidad de inyeccin. 8

Figura 1.3. Un molde prefabricado con improntas para una pieza de plstico en especfico. 6

Figura 1.4. Detalle de las partes de un molde para inyeccin de plstico. 5

Figura. 2.1. Esquema de la Casa de la calidad. 3

Figura. 2.2. Especificaciones de diseo. 3

Figura. 3.1. Grfico de flujo; elementos del entorno relacionados con el sistema. 4

Figura. 3.2. Generacin de conceptos; fabricacin de un prototipo a escala de la hlice. 7

Figura. 3.3. Generacin de conceptos; fabricacin de un molde en aluminio. 3

Figura. 3.4. Generacin de conceptos; fabricacin del molde en fundicin de ZAMAK-5. 2

Figura. 4.1. Secciones longitudinales, que conforman la hlice. 2

Figura. 4.8. Primera placa del molde, con la hlice insertada. 2

Figura. 4.9. Placa 1. Placa inferior. 8

Figura. 4.10. Placa 2. Placa superior. 8

Figura. 4.11. Conjunto de placas. Cavidad del molde. 0

Figura. 4.12. Ensamble de las placas. 1

Figura. 4.13. Ensamble de las placas con propiedades metlicas. 4

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4

Figura. 4.14. Modelo virtual importado a Moldflow2010. 2

Figura. 4.15. Colocacin del punto de inyeccin. 2

Figura. 4.16. Mallado del modelo virtual. 2

Figura. 4.17. Lista de materiales termoplsticos. 9

Figura. 4.18. Variables del proceso de inyeccin 8

Figura 4.19. Secuencia de tiempo total de llenado. 1

Figura. 4.20. Temperatura al frente de flujo. 4

Figura. 4.21. Presin que alcanza en el punto de inyeccin. 4

Figura. 4.22. Tiempo de enfriamiento. 6

Figura. 4.23. Zonas de concentracin de gases. 4

Figura. 4.24. Velocidad promedio del flujo, de material fundido. 5

Figura. 4.25. Fuerza de cierre. 8

Figura. 4.26. Presin en las paredes del molde. 1

Figura. 4.27. Lneas de unin o de soldadura. 1

Figura. 4.28. Vista superior de la configuracin de los canales de enfriamiento. 2

Figura. 4.29. Vista lateral de la configuracin de los canales de enfriamiento. 7

Figura. 4.30. Vista en isomtrico de la configuracin de los canales de enfriamiento. 2

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5

LISTA DE TABLAS

PG.

Tabla 2.1. Clasificacin de los requerimientos del cliente. 4

Tabla 2.2. Requerimientos deseables y obligatorios. 7

Tabla. 2.3. Ponderacin de los requerimientos deseables. 0

Tabla. 2.4. Estudio comparativo con otros productos. 1

Tabla. 2.5. Metas de diseo. 3

Tabla.5.1. Costos del proyecto. 1

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6

RESUMEN

Se presenta el diseo y fabricacin de un molde para inyeccin de plstico apoyndose en

herramientas como son software, CAD y CAE; por su gran confiabilidad en los resultados de anlisis y

modelado. Adems se aplica la metodologa QFD (Quality Function Deployment) sta se eligi por ser

flexible en su forma de tomar y exponer las ideas planeadas y as obtener la correcta planeacin del

trabajo.

Se distinguirn las fases y equipos de maquinado involucrados en el diseo y fabricacin. Adems se

proporcionarn los criterios a seguir para evaluar los costes de diseo y fabricacin de utillajes.

En la Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica Unidad Profesional Ticomn, se han llevando a

cabo una serie de proyectos en los que se pretende adentrar a los alumnos a la investigacin, la

fabricacin de herramientas y dispositivos o elementos de uso aeronutico o industrial de una manera

ms concreta, de esta forma el disear y fabricar un molde para inyeccin de plstico para llevar a cabo

la fabricacin de hlices de aviones a escala, se enfoca a conocer y adentrarse en el rea de diseo y

manufactura.

Despus de haber realizado cada uno de los pasos anteriores se proceder a su fabricacin conforme

al control geomtrico y tolerancias correspondientes; basadas en normas. As el trabajo presente

responde a la demanda de calidad profesional.

Este proyecto pretende que la Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica. Sea Independiente

en cuanto a fabricar sus propias hlices, para uso en modelos a escala.

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INTRODUCCIN

La creciente demanda de moldes de inyeccin que se ha marcado desde hace algunos aos viene a ser

un objeto de estudio. Esta demanda actualmente no ha sido cubierta, y esto conlleva un proceso, que se

debera de tomar como un objetivo a mediano plazo.

En las ltimas dcadas la tendencia de este mercado no slo se ha enfocado a producir piezas de

plstico de forma masiva sino tambin adaptndose a las necesidades de cada sector tornndose as en

caractersticas muy especficas de materiales, calidad, plazos, costeo, formas geometras, dimensiones,

funcionalidad, esttica entre otras; en cualquier rea en las que aplica el mercado de los plsticos.

Recientemente se han venido desarrollado nuevas tcnicas y tecnologas que de alguna forma

complementan a las ya conocidas; tal es el caso del uso de software CAD-CAM-CAE, que junto con

herramientas software de diseo, gestin, control, optimizacin y aseguramiento de la calidad en la

produccin, han revolucionado dicho desarrollo. Sin embargo tambin se han ido desarrollando nuevas

tecnologas de fabricacin que, por sus caractersticas, son ms aptas para esa demanda casi

individualizada. Estas nuevas tcnicas y tecnologas se denominan de prototipado y fabricacin rpidos

(Rapid Prototyping and Manufacturing). Donde se pretende la obtencin de esas piezas finales de la

forma ms rpida y precisa posible. En el trabajo presente se aplicarn estas nuevas tcnicas ymetodologas de desarrollo de producto para la obtencin de un resultado eficaz y rentable.

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ALCANCE

Este trabajo est enfocado nica y exclusivamente en el diseo del molde, y los resultados estarn en

funcin de los siguientes puntos que son:

- Obtencin del diseo conceptual.

- Obtencin del modelo virtual del molde.

- Configuracin del molde (canales de enfriamiento, puntos de concentracin de gases, puntos de

inyeccin, etc.).

- Un modelo de anlisis de las temperaturas de moldeo, y capacidad de llenado del material.

- Fabricacin del molde.

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C PTULO I

GENER LID DES

En este captulo se menciona la importancia de los plsticos, as

como el proceso de fabricacin; despus, se explica brevemente el

proceso de inyeccin de plsticos; adems se describen las partes que

conforman a un molde de inyeccin.

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1.1. INTRODUCCIN Y MARCO TERICO

Los plsticos son una parte importante en la vida diaria, los productos hechos de plstico van desde

productos sofisticados como una prtesis de cadera y articulaciones para rodilla hasta platos, cubiertos

desechables, y componentes tanto de automviles como de aviones de tamao real como a escala, una

de las razones la popularidad y desarrollo de estos materiales, se debe a su amplia gama de propiedades

descubiertas y a su relativa facilidad de procesamiento. Sus propiedades se pueden ajustar para

satisfacer necesidades especficas variando estructura atmica y sus caractersticas mecnicas con

cargas y aditivos. Los tiempos en que vivimos suele conocerse como la era de la computadora y sin

embargo tambin podramos referirnos a ellos como la era de los PLSTICOS dado que la produccin de

stos ha sobrepasado la del acero (en volumen) desde 1979 y en los ltimos veinte aos el volumen de

los plsticos producidos se ha duplicado.

A lo largo de la historia se han logrado avances en la elaboracin de proyectos destinados a la

fabricacin de moldes de inyeccin de plstico. Al ser parte de una gran demanda para poder obtener

productos de gran necesidad, y a un bajo costo.

Se pretende involucrar una cantidad de herramientas actuales para la realizacin del trabajo, ya que en

la actualidad la mayora de los productos de consumo existentes son fabricados a base de inyeccin deplstico, los moldes juegan un papel esencial para llevar a cabo la fabricacin de una pieza.

Herramientas tan importantes como una buena metodologa QFD, permiten exponer las ideas

detalladamente.

1.2. EL PRINCIPIO DEL MOLDEO POR INYECCIN

La inyeccin de termoplsticos es un proceso que consiste en transportar una cantidad de material en

forma de polvo o paletizado desde una tolva o una cmara de plastificacin donde el material es

fundido y conducido a travs de canales o corredores hacia un molde cerrado [1]. El proceso de

inyeccin hace uso de la refrigeracin o enfriamiento en los moldes con fines de enfriar el termo

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plstico rpidamente, de modo que ste pueda ser inyectado sin que sufra torcimiento; no toman lugar

cambios qumicos., copiando las formas de las partes huecas del molde donde ha estado alojado. El

resultado es un trozo de plstico slido, pero con las formas y dimensiones similares a las partes huecas

del molde [2].

Figura 1.1. Se muestran los componentes de una mquina de inyeccin. En la unidad de cierre

El molde (tambin llamado herramienta) es el espacio donde se genera la pieza; para producir un

producto diferente, simplemente se cambia el molde, al ser una pieza intercambiable que se atornilla en

la unidad de cierre. Existen varios tipos de molde, para inyectar plsticos, metal, etc.

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Figura 1.2.Se muestran los componentes que intervienen en el proceso de inyeccin, unidad de inyeccin.

1.3. MOLDE DE INYECCIN

Tiene como principio, la funcin de alojar el plstico fundido que recibe de la mquina de inyeccin,

enfriarlo y a su vez darle la forma y extraerlo una vez solidificado [3].

Figura 1.3. Un molde prefabricado con improntas para una pieza de plstico en especfico.

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14

Los moldes de fabricacin de piezas de termoplsticos, son tiles de alto valor, realizados nica y

exclusivamente para la fabricacin de un modelo de pieza.

Los materiales que se emplean, son de Hierro y aceros de diferentes caractersticas. El material utilizado

en cada una de las partes que componen el molde depender de la funcin que tenga que desempear.

Comnmente se utiliza el acero bonificado (templado y revenido) que algunos lo conocen como acero

P20, debido a la norma americana AISI. Este acero es un material en que se puede pulir fcilmente, ya

que se puede trabajar en el estado de suministro (tornear, fresar, etc.), tiene una dureza similar a la de

los aceros 705 y 709. Este material es ideal como molde ya que es efectivo con cualquier tipo de plstico

corrosivo [4].

Figura 1.4. Detalle de las partes de un molde para inyeccin de plstico.

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15

C PTULO II

L METODOLOG QFD

En este captulo se hace uso de la metodologa QFD. Sepresenta su aplicacin al proyecto; para posteriormente decidir cul

ser la mejor propuesta de diseo conceptual del producto.

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2.1. CONCEPTO DE QFD (QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT)

Es una herramienta de eleccin, para, enfocarse en el diseo del equipo de trabajo, y as satisfacer los

requerimientos del cliente a travs del proceso de desarrollo del producto[1].

Una prctica para disear los procesos en respuesta a las necesidades de los clientes. QFD traduce lo

que el cliente quiere en lo que la organizacin produce. Le permite a una organizacin priorizar las

necesidades de los clientes, encontrar respuestas de innovacin a esas necesidades, y mejorar procesos

hasta una efectividad mxima. QFD es una prctica que conduce a mejoras del proceso que le permiten

a una organizacin sobrepasar las expectativas del cliente[2].

Consta de 6 pasos los cuales se desarrollan uno a uno en matrices donde la constante comunicacin con

el cliente no debe perderse y por tanto se liga al cliente con la empresa o producto. Cubre las

necesidades y expectativas del cliente. Utiliza grficos para desplegar informacin relevante, as permite

identificar las herramientas de diseo apropiadas al problema en proceso de solucin.

En la figura 2.1. Se observa la configuracin de La casa de la calidad; en sta se muestran las etapas (6

pasos) de forma detallada y concisa. El centro de la casa determina la relacin existe entre estos pasos.

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Figura. 2.1. Esquema de la Casa de la calidad

2.2. INTRODUCCIN

La metodologa QFD (por sus siglas en ingls Quality Function Deployment) permitir identificar al

cliente y/o clientes potenciales para quienes se fabrica el molde de inyeccin de plstico. Tambin

expondr la informacin, recopilada, en cada uno de los 6 pasos que la conforman; y as se decidir el

proceso y herramienta de diseo, ms recomendable y apropiada a seguir. Posteriormente seestablecern las caractersticas de diseo mediante la interpretacin de la voz del cliente y permitiendo

la definicin de objetivos y metas de diseo.

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2.3. IDENTIFICACIN DEL CLIENTE (PRIMER PASO)

El cliente es todo aquel que sea impactado por el producto o proceso. (Juran). Cabe sealar que habr

entonces clientes potenciales en cada una de nuestras reas de trabajo o temas de estudio y a su vez los

clientes se pueden clasificar en externos e internos.

Entre algunos sectores que son impactados por el producto (un molde de inyeccin de plstico) se

encuentran:

- Electrnica

- De construccin

- Juguetera

- Aeronutica

- Automotriz

- Alimenticia

- Salud

- Investigacin

Slo por mencionar algunas.

As la utilidad de plsticos por inyeccin es extremadamente grande. Y en cada sector se tendr un

diseo de molde de acuerdo a la funcin y necesidad requerida.

2.4. DETERMINACIN DE LOS REQUERIMIENTOS Y EXPECTATIVAS

DEL CLIENTE (SEGUNDO PASO)

El diseo de un molde de inyeccin de plstico surge de la necesidad de producir una pieza de plstico;

en este caso surge de la necesidad de la Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica unidad

Ticomn de abastecerse de hlices de plstico con caractersticas de geometra bien definida de acuerdo

al tipo de hlice que se est usando (Hlice de aeromodelismo 3-5).

Dichas caractersticas se detallan a continuacin.

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2.4.1. CARACTERSTICAS QUE DEBE CUMPLIR EL DISEO DEL PRODUCTO

El molde, tendr lafuncin de alojar el plstico fundido que recibe de la mquina de inyeccin, parallenar sus cavidades despus enfriarlo y extraerlo una vez solidificado. Se ha considerado que las

dimensiones del molde sern aproximadamente de 20 X 20 X 15cm, ya que la pieza de plstico a generar

no rebasa estas dimensiones.

2.4.2. CONDICIONES DE DISEO

De acuerdo con las caractersticas del molde, se describen los requerimientos, ms relevantes a

considerar:

- Dimensionamiento

- Acabados y texturas

- Presin de inyeccin

- Fuerza de cierre

- Tolerancias de forma y precisin

- Tiempos de enfriamiento

- Tiempos de inyeccin

- Nmero de cavidades

- Enfriamiento

- Contracciones y alabeos

- Rebabas

- Expulsin

- Mecanismos y accesorios

- Duracin del ciclo

- Vida til del molde

Ahora se detallan aun ms estos requerimientos, de acuerdo al QU es lo que se requiere. El orden en

que se enlistan no es relevante en esta parte ya que ms adelante se hace una ponderacin de los

mismos.

2.4.3. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE

A- RESISTENTE A LA CORROSIN

B- VIDA TIL CONSIDERABLE

C- LA CALIDAD DE LAS PIEZAS DE PLSTICO (HLICES) A OBTENER SEA BUENA

D- SEA UN MOLDE SEGURO

E- EVITAR AL MNIMO LAS FUGAS EN CANTIDAD DE MATERIAL

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F- BUENA FLUIDEZ DEL MATERIAL FUNDIDO, ENTRE CANAL Y CAVIDAD

G- SE CONSIDERE EL TIPO DE MQUINA DE INYECCIN PARA EL CUL SER FABRICADO

2.4.4. CLASIFICACIN DE LOS REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE.

Entonces para la clasificacin de los requerimientos es posible agruparlos, primeramente de acuerdo a

su interrelacin.

Tabla 2.1. Clasificacin de los requerimientos del cliente.

REQUERIMIEN

TO

DESEMPEO

FUNCIONAL

DIMENSIONAMIENTO

CONSERVACINY

MANTENIMEN

TO

TIEMPO

MANUFACTURAY

FABRICACIN

RESTRICCIONES

ESPACIALES

A X X

B X X XC X

D XE X X

F X X

G X X X

Estos requerimientos se podrn clasificar en obligatorios y deseables, para visualizar mejor en donde se

debe poner especial atencin y que mejoras se pueden hacer al molde.

Las caractersticas o requerimientos deseables son aquellos que le dan de alguna forma mejoras al

producto durante la definicin de modelo conceptual. Y los requerimientos obligatorios son aquellos

con los que el producto ya debe de contar, y que el cliente espera ya se hayan considerado sin habersetenido que sealar o mencionar con anterioridad.

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2.4.5. REQUERIMIENTOS OBLIGATORIOS Y DESEABLES

Tabla 2.2. Requerimientos deseables y obligatorios.

.REQUERIMNIENTO DESEABLE OBLIGATORIOA X

B X

C XD X

E X

F XG X

El siguiente paso es separar el grupo de requerimientos deseablesy concretar su importancia relativa

entre ellos. De esta forma se consideran en el diseo conceptual. Cubriendo as en mayor grado la voz

del cliente. Ya que los requerimientos obligatorios son indispensables para el producto, no habr que

considerarles para la ponderacin. Pues todos ellos tienen el mismo valor de importancia se deben de

cumplir en su totalidad.

2.5. PONDERACIN DE LOS REQUERIMIENTOS DESEABLES (TERCER

PASO)

El objetivo es analizar, y establecer un orden de importancia. Mediante valores cuantificables. Para ello

se recomienda la comparacin por pares, que es comparar uno a uno los requerimientos deseables.

Cabe sealar que la comparacin considera que uno es ms importante o menos importante que otro, y

por tanto no habr requerimientos deseables que tengan el mismo valor de importancia.

Para empezar a comparar dentro de la matriz; se agrega un valor de 1 indica que el concepto a

comparar es ms importante que aquel con el que se esta comparando en caso contrario se agrega un

0.

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Las comparaciones tendrn entonces un valor cuantificable de acuerdo a las siguientes expresiones A1 y

A2.

As se tiene que:

Y representa la suma total, de las sumas de aciertos (1)de cada fila.

Y para la importancia relativa I.r se tiene que su valor es individual para cada fila. Tomando el ejemplo

del concepto E:

Tabla. 2.3. Ponderacin de los requerimientos deseables.

REQUERIMIENTOSDESEABLES

A E F IMPORTANCIA RELATIVA ORDEN DEIMPORTANCIASumatoria (+) Ir (%)

A 0 - - 0 0 3

E + 0 - 1 33.33 2

F + + 0 2 66.66 1Total 3 100

De la Tabla 2.3. Se observa que el requerimiento F es ms importante sobre los otros.Deber ser

considerado antes que los dems dentro del diseo conceptual. Cabe sealar que las comparaciones, se

realizan, en presencia del equipo de trabajo; el cual est bien identificado con el tema, y entiende de

qu trata el problema. Adems las consideraciones para la ponderacin de requerimientos deseables; se

hace en constante comunicacin con los clientes internos y externos y as obtener mejores resultados.

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2.6. ESTUDIO COMPARATIVO (BENCHMARKING) A PRODUCTOS DE LA

COMPETENCIA (CUARTO PASO)

Se realiza, un estudio donde se comparan, caractersticas y requerimientos de calidad de productos

lderes en el mercado.

Se propuso comparar los requerimientos de calidad, con otras tesis referentes a moldes de inyeccin de

plstico. Ya que al no tener aun un modelo fsico se analiza slo el contenido.

A- Tesis: Diseo de moldes de inyeccin con ingeniera concurrente. Autor. Ing. Enrique Maya O.

B- Tesis: Molde para tapacubos de Avin.

Para la evaluacin de los elementos se utilizar la numeracin descrita siguiente:

1) No cumple en lo absoluto con el requerimiento

2) Cumple ligeramente con el requerimiento

3) Cumple medianamente con el requerimiento

4) Cumple casi en su totalidad con el requerimiento

5) Cumple en su totalidad con el requerimiento

Considerando la siguiente nomenclatura:

%obligatorio

N/ANo aplica

/ - se ignora el dato

Tabla. 2.4. Estudio comparativo con otros productos.

REQUERIMIENTOS DE

CALIDAD

EVALUACIN (A) EVALUACIN (B) NUESTRO PRODUCTO

Resistente a la corrosin / % 3

Vida til considerable / / 4

Calidad del producto final 5 5 4

Modelado por software 5 5 5

Simulacin por software 5 5 5

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En la tabla 2.4. Se aprecia que el producto propio cumple en cierto grado con los requerimientos.

Por tanto el producto es competente en el mercado.

Cabe mencionar que aquellos requerimientos dbilmente calificados son considerados de acuerdo a la

disponibilidad de recursos econmicos, materiales y maquinaria; con los que se cuenta y que habrn de

ocuparse.

2.7. TRADUCCIN DE LOS REQUERIMIENTOS Y EXPECTATIVAS DE LOS

CLIENTES EN TRMINOS MESURABLES DE INGENIERA (QUINTO PASO

ESPECIFICACIONES DE DISEO)

En algunos casos, los requerimientos del cliente, se pueden expresar en trminos de mensurabilidad y

en otros no. Por ejemplo: la calidad de la pieza a obtener sea buena no se cuenta con referencias

mesurables para ponderar.

Se tendr que buscar algn factor mesurable del requerimiento. O buscar un concepto que describa la

actividad asociada a ese requerimiento. A estos trminos de ingeniera tambin se les llama

especificaciones de diseo.

REQUERIMIENTO CONCEPTO ASOCIADO RESPUESTA

A- Resistencia ala corrosin

Propiedad delmaterial

Aleacin(ZAMAK)

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Figura. 2.2. Especificaciones de diseo.

B- TENGA UNA VIDA

UTIL CONSIDERABLE

Soportetemperaturas de

operacin

Temperatura deoperacin

Soporte presinde operacin

Resistencia a latraccin del

ZAMAK

C- LA CALIDAD DE LASPIEZAS DE PLSTICO

(HLICES) A OBTENER SEABUENA

Control de losparametros PVT en el

ciclo de inyeccin

Parmetrosestablecidos para el

NYLON

D- SEA UN MOLDESEGURO

Presin y temperaturade operacion

Factor de seguridad

E- SIN FUGAS DEMATERIAL FUNDIDO

Portaje ptimoControl geomtricoentre las placas de

las cavidades

F- BUENA FLUIDEZDEL MATERIAL ENTRE

CANAL Y CAVIDAD

Rugosidad de lasuperficie

Pulido

G- MQUINA DEINYECCIN

Restriccin geomtricade las placas

Dimensionamiento

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2.8. ESTABLECER LAS METAS DE DISEO (SEXTO PASO)

Cada meta de diseo debe expresar una caracterstica mensurable que deber tener el producto, y que

se debe alcanzar a travs del proceso de diseo.

Cuando algunos requerimientos del cliente son suficientemente precisos, se convierten directamente en

metas de diseo. Los parmetros que se discuten han sido tomados de acuerdo al material con el que se

fabricar el molde (ZAMAK 5).

Tabla. 2.5. Metas de diseo.

REQUERIMIENTO CONCEPTOASOCIADO RESPUESTA EN CANTIDAD UNIDAD DEMEDIDA

A Propiedad del material

Aleacin (ZAMAK-5)85105 Dureza Brinell (2) 10,000 Ciclos

B

Soporte temperaturasde operacin

Temperatura de operacin en elciclo

50130 (1) C

Soporte presin deoperacin

Resistencia a la traccin delZAMAK

2833 (4) MPa.

C

Control de los

parmetros PVT en elciclo de inyeccin

Parmetrosestablecidospara el ciclo

(considerandoel NYLONcomomaterial afundir).

Presin 3853 MPa

Temperatura 256 C

DPresin y Temperaturade operacin

Factor de seguridad 3.5 (3)Presin deoperacin

E Portaje ptimo

Controlgeomtricoentre lasplacas de lascavidades

Rectificado - -

FRugosidad de lasuperficie Pulido

Papel deesmeril 300 - 900 Granos

GRestriccin geomtricade las placas

Dimensionamiento 160 X 90 X30 mm

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C PTULO III

DISEO CONCEPTU L

En este captulo se presenta la aplicacin de la metodologa QFDpara el diseo conceptual de un molde para inyeccin de plstico; se

obtiene el modelo funcional, generacin de conceptos, y finalmente, la

evaluacin de conceptos.

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3.1. INTRODUCCIN

Para disear un molde de inyeccin de plstico hay que tener en cuenta las condiciones a las que estar

expuesto para llevar a cabo su elaboracin como son el nmero de placas, la posicin del punto de

inyeccin, la forma de la geometra, el canal de enfriamiento, la expulsin, el volumen de plstico que se

inyectar, as como los procesos que se deben establecer para poder llevar a cabo su fabricacin.

El conocimiento en procesos actuales de manufactura da un panorama para visualizar a fondo el tipo de

proceso que se llevar a cabo para determinar la condicin que ms influir en el diseo del molde que

en este caso es la geometra de la pieza a inyectar. Las funciones bsicas del molde determinarn los

lmites del sistema, y stos a su vez generarn una visin amplia de los elementos que lo restringen.

3.2. CLARIFICACIN DEL PROBLEMA

El problema consiste en disear un molde para inyeccin de plstico, la particularidad que presenta el

diseo es que se concrete la fabricacin de una hlice de dos palas para uso en aviones de

aeromodelismo, que cubra en lo posible, la demanda que existe en los sectores de aeromodelismo.

Como primera etapa se deber disear un modelo que cumpla con las caractersticas deseadas; se debe

tomar en cuenta el tipo de mquina de inyeccin con la que se va a trabajar debe tener cierta

capacidad, para llenar por completo las cavidades del molde.

3.3. DEFINICIN DEL MODELO FUNCIONAL

El modelo funcional se deriva de la cantidad de procesos que se deben utilizar para llevar a cabo cadauna de la funciones a las que ser destinado el molde. As mismo cada variable de proceso determinar

la calidad del trabajo realizado.

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3.4. FUNCIN GLOBAL DEL PRODUCTO

La funcin global del sistema, en el proceso de diseo, de un molde para inyeccin de plstico, describe

el papel a desempear del mismo. Es decir la capacidad que tiene el producto para realizar la operacin

de cada elemento o del conjunto del sistema. La cual queda definida de la siguiente manera:

OBTENER UN MOLDE EN PTIMAS CONDICIONES; PARA USO EXCLUSIVO DE FABRICACIN DEHLICES.

3.4.1. FUNCIN DE SERVICIO

Es la funcin que representa la utilidad o rol que desempean cada uno de los elementos en el

conjunto.

(A)1-. RESISTENTE A LA CORROSIN.

(B)2-. PROPORCIONAR UNA VIDA TIL CONSIDERABLE.

(C)3-. CALIDAD DE PRODUCTO FINAL.

3.4.2. LMITES DEL PRODUCTO

El establecimiento de lmites al sistema, forma parte del mismo, ya que no puede estar aislado, porque

est restringido por el entorno que lo rodea, tanto con elementos fsicos como humanos y que estn

con relacin al ciclo de vida del producto.

En este caso, el molde tendr interaccin con los elementos siguientes:

Unidad de cierre.

Unidad de inyeccin.Presin ejercida.

Mantenimiento fuerza de cierre y expulsin.

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3.4.3. ELEMENTOS DEL ENTORNO RELACIONADOS CON EL SISTEMA

Se muestra en la figura 3.1. Aquellos elementos con los se restringe o asocia el molde de inyeccin.

Figura. 3.1. Grfico de f lujo; elementos del entorno relacionados con el sistema.

3.5. GENERACIN DE CONCEPTOS

La generacin de conceptos es una tcnica que propicia la creatividad, la generacin de ideas y el

planteamiento del problema a resolver con la aplicacin del Brainstorming. As entonces para las

funciones A, B y C. Se plantean sub funciones. De esta forma se despliega aun ms el problema y se

generarn soluciones distintas. Que conllevan a escoger la ms conveniente.

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3.5.1. FUNCIN A; FABRICACIN DE UN PROTOTIPO A ESCALA DE LA HLICE

A1.- Bastante caro

A2.- Para fabricar millones de piezas en poco tiempo

A3.- Resistente a la corrosin

Figura. 3.2. Generacin de conceptos; fabricacin de un prototipo a escala de la hlice.

3.5.2. FUNCIN B; FABRICACIN DE UN MOLDE EN ALUMINIO

B1.- Material con propiedades mecnicas muy limitadas. No apto para soportar esfuerzos trmicos

continuos. si la unidad de cierre es de mayor fuerza a la soportada esta deformara la placa.

B2.- Necesidad de fabricar refacciones continuamente.

B3.- Soportara con aleaciones especiales de Aluminio (Un Aluminio con aleacin incrementa su precio).

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Figura. 3.3. Generacin de conceptos; fabricacin de un molde en aluminio.

3.5.3. FUNCIN C; FABRICACIN DEL MOLDE EN FUNDICIN DE ZAMAK-5

C1.- Muy econmico

C2.- Fcil de transportar

C3.- Resistente a la corrosin

C3.- Buen acabado superficial

C3.- Alta resistencia a las temperaturas de operacin

Figura. 3.4. Generacin de conceptos; fabricacin del molde en fundicin de ZAMAK-5.

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C PTULO IV

MODEL DO GEOMTRICO Y NLISIS

En este captulo se presenta el modelo y anlisis del molde deinyeccin, mediante el soporte de software CAD (CATIA V5

R20) y software CAE (Moldflow2010). Adems se describir la

tcnica que se sigui para obtener el modelo virtual.

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4.1. INTRODUCCIN

Un modelo geomtricodescribe la forma de un objeto fsico o matemtico, por un medio geomtrico.

Los modelos geomtricos se representan mediante grficos de computadora, y son implementados en

las reas de diseo automatizado y fabricacin. Por ejemplo proceso de imagen mdico [1]. Hoy en da

se hace mano de la tecnologa moderna que permite a base de software especializado y una interfaz con

el usuario, obtener, un modelo virtual o resultado, muy cercano a la realidad.

4.2 MODELO DE LA HLICE

Para iniciar, el modelado cabe sealar que se contaba con el modelo fsico de la hlice de plstico, por lo

cual se decidi hacer uso del escner de objetos: DIGITALIZADOR 3D ATOS 1 350*.

Por medio del escaneo, se obtuvieron curvas generales, que conforman los perfiles de la hlice de

plstico. En la figura 4.1. Se muestra las secciones longitudinales. El formato con el que se trabajo para

su reconstruccin en software CAD. Fue .IGS y .STP.

Figura. 4.1. Secciones longitudinales, que conforman la hlice.

* Se encuentra en la seccin de proyectos mediante ingeniera inversa, de la Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y elctrica unidad

Ticomn.

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Del mismo proceso de escaneo se obtuvieron tambin las secciones transversales (perfiles) de la hlice.

Figura 4.2.

Figura. 4.2. Secciones transversales, que conforman la hlice.

A continuacin, se muestra el resultado de la combinacin de ambas secciones (Figura. 4.3). Al ser

importarlos a software CAD; CATIAv5R20.

Figura. 4.3. Primera aproximacin de la geometra de la hlice. Obtenida del DIGITALIZADOR 3D GOM ATOS 1 350

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Se tuvieron que generar reas discretas entre las secciones (perfiles) una a una de tal manera que

resultara en un rea total.

Mediante el mdulo de Generative Shape Design, de CATIAse crearon superficies con los comandos

adecuados, y se gener un rea nica la cul se transform despus en volumen o slido.

Figura. 4.4. rea total de la hlice

El volumen obtenido se muestra en la figura. 4.5.

Figura. 4.5. Volumen despus de la reconstruccin de la geometra.

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La figura 4.5. Muestra el volumen de la hlice. El objetivo del molde ser replicar esta geometra en

plstico. Es por esta razn que se opta por obtener un volumen y despus extraerlo de cada placa para

obtener las cavidades de nuestro molde.

Adems antes de crear las cavidades del molde se ha considerado que el modelo debe aumentar 1.7%

su tamao original, ya que este porcentaje corresponde a la contraccin del NYLON por enfriamiento

despus de haber sido fundido. Esta operacin se logra en CATIAV5R20 con el comando AFFINITY.

Figura. 4.6. Hlice 1.7% ms grande que su tamao original.

Ahora. El torcimiento promedio es de 155 entre los perfiles transversales; esto se considera para el

ngulo de corte transversal (eje x), y obtener as las 2 placas de la cavidad del molde.

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Figura. 4.7. Medicin del ngulo promedio de torcimiento entre los perfiles transversales.

4.3. MODELO DEL MOLDE

Se generan dos placas (superior y placa inferior de dimensiones 160 x 90 x 30 mm). Y con el modelo de

la hlice adjunto en cualquiera de ellas (figura. 4.8.), mediante una operacin booleana, de sustraccin

de volmenes, se genera la cavidad. Se hace lo mismo con la otra placa. Sin olvidar considerar que la

hlice insertada en cualquiera de las dos placas deber girarse transversalmente con referencia a la

placa un ngulo de 155 para la lnea de corte. Como se observa en la figura 4.8.

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Figura. 4.8. Primera placa del molde, con la hlice insertada.

Se modelan los ductos de alimentacin (3mm y 1 mm de dimetro) e igualmente se substraen de la

placa. Figura 4.9.

Figura. 4.9. Placa 1. Placa inferior.

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Figura. 4.10. Placa 2. Placa superior.

Figura. 4.11. Conjunto de placas. Cavidad del molde.

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Figura. 4.12. Ensamble de las placas.

Figura. 4.13. Ensamble de las placas con propiedades metlicas.

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Una vez que se ha reconstruido la forma que llevarn las cavidades del molde se prosigui a conocer los

puntos importantes a considerar como, puntos de estancamiento, lneas de unin, trampas de aire y

ductos de enfriamiento. Esto se logra con el apoyo de software CAM Moldflow2010.

4.4. ANLISIS DE CASO REAL

Una vez que se obtuvo el modelado, se requiere simular y conocer las variables que intervienen en el

proceso de inyeccin de plstico como son: puntos de estancamiento, lneas de unin, presiones,

temperaturas, etc. Y de esta forma obtener un producto eficiente y de confianza.

De esta forma se traslada el modelo virtual al software Moldflow se importa como archivo .STL

Figura. 4.14. Modelo virtual importado a Moldflow2010.

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4.5. BOQUILLA O PUNTO DE INYECCIN

Una vez que se obtuvo el modelo, se crea un punto de inyeccin para simular que este punto es la

boquilla de inyeccin. Se elige este punto de acuerdo a la configuracin de la cavidad. Sin embargo

tambin tiene que ver con el espesor de la seccin. Es recomendable colocar el punto de inyeccin en

una seccin de mayor espesor.

Figura. 4.15. Colocacin del punto de inyeccin.

4.6. MALLADO DE LA SECCIN

Ahora para simular el proceso de inyeccin se requiere de un anlisis por elemento finito; es decir

discretizar el modelo de la hlice. El tipo de mallado que se aplica es Dual-domain Mesh. Ya que para

este caso es conveniente por el tipo de geometra que se trabaja (es un slido con extensin .stl). Y 2962

como nmero de elementos para el mallado (es un nmero de default que arroja el software y es un

nmero muy aceptable para el modelo de la hlice).

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Figura. 4.16. Mallado del modelo virtual.

Una vez que se ha mallado el modelo se seleccionar el tipo de polmero a inyectar; de una lista que

proporciona el software:

Figura. 4.17. Lista de materiales termoplsticos.

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Se elige un tipo de NYLON con caractersticas similares a las que se pretende usar. Una vez hecho esto.

El software ofrece los parmetros de temperatura de fusin y de trabajo para el proceso de inyeccin

del material que se eligi. Se muestran estos valores en la figura. 4.18. Cabe sealar que se pueden

variar estos valores de temperatura, control de llenado y presin. Pero para efectos demostrativos se

aceptan estos valores.

Figura. 4.18. Variables del proceso de inyeccin

Una vez que se han proporcionado las variables de trabajo al programa, se prosigue a solucionar el

modelo.

Los resultados del anlisis se muestran a continuacin.

4.7. TIEMPO DE LLENADO

El primer resultado que arroja Moldflowes el de tiempo total de llenado de inyeccin. Se observa, de la

secuencia de imgenes (Figura. 4.19.) que el tiempo estimado de llenado es de 1.463seg. As, esta

simulacin muestra que la cavidad se llena totalmente y casi simultneamente. Esto ltimo debido a que

la geometra tiene pliegues y torcimientos considerables.

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Figura 4.19. Secuencia de tiempo total de llenado.

4.8. TEMPERATURA DE FRENTE DE FLUJO

La figura. 4.20. Indica que en las cavidades se tiene una temperatura casi uniforme a excepcin de

algunas pequeas zonas. De esto se concluye que ocurre debido a que el tiempo en que la cavidad se

llena en su totalidad, es relativamente rpido. Y por tanto la temperatura se mantiene hasta el llenado

total.

1 2

3 4

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Figura. 4.20. Temperatura al frente de flujo.

4.9. PRESIN EN EL PUNTO DE INYECCIN (PRESSURE AT INJECTION

LOCATION: XY PLOT)

En la figura. 4.21. se muestra que la presin medida en el punto de inyeccin aumenta

considerablemente de forma exponencial, hasta el punto de llenado total, que ocurre a 1.463seg. En

donde empieza a perder presin hasta 5.2MPa aproximadamente. Y despus se mantiene constante

esta presin durante un tiempo no muy prolongado donde comienza el enfriamiento.

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Figura. 4.21. Presin que alcanza en el punto de inyeccin.

4.10. TIEMPO DE ENFRIAMIENTO (FROZEN LAYER FRACTION)

Cabe resaltar de la figura. 4.22. Que las partes ms obscuras es donde se requiere mayor tiempo de

enfriamiento debido a que el espesor es mayor.

Figura. 4.22. Tiempo de enfriamiento.

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4.11. TRAMPAS DE AIRE (AIR TRAPS)

En estas partes (indicadas por lneas rosas discontinuas en la hlice) es necesario poner especial

atencin, ya que produciran afecciones tanto en la pieza a moldear como en el molde mismo. Tales

como quemaduras y degradacin del polmero (puntos negros), llenado incompleto de la cavidad,

corrosin del molde y mala presentacin de la pieza a generar. Es por eso que deben existir venteos en

estas zonas de concentracin de gases para dejarlos escapar al exterior.

Figura. 4.23. Zonas de concentracin de gases.

4.12. VELOCIDAD DE INYECCIN PROMEDIO (AVERAGE VELOCITY)

Muestra la velocidad promedio con la que fluye el plstico fundido, se observa que es constante en el

trayecto de llenado.

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Figura. 4.24. Velocidad promedio del flujo, de material fundido.

4.13. FUERZA DE CIERRE (CLAMP FORCE)

Se observa que la fuerza de cierre alcanza 0.58 ton. En el tiempo total de llenado.

Figura. 4.25. Fuerza de cierre

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4.14. PRESIN DEL MOLDE (PRESSURE)

Es la presin en las paredes internas del molde y, que se alcanza en el tiempo total de llenado de la

cavidad. Difiere la distribucin de presiones debido a que los espesores en las secciones varan.

Figura. 4.26. Presin en las paredes del molde.

4.15. LNEAS DE SOLDADURA (WELD LINES)

Son lneas generadas por el encuentro entre flujos del material fundido. Si las corrientes de flujo de

plstico, no estn a una temperatura de fundicin adecuada. Ocurren estas lneas, que adems de influir

en el aspecto fsico de la pieza pueden ser puntos dbiles donde exista concentracin de esfuerzos.

Del modelo propuesto esto se resume a verificar que los parmetros PVT sean los adecuados. En el ciclo

de inyeccin. En la figura 4.27. Se asegura de que las lneas de unin slo aparecen en el eje de la hlice,

extendindose slo un poco en sus cercanas.

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Figura. 4.27. Lneas de unin o de soldadura.

4.16. CONFIGURACIN DE LOS CANALES DE ENFRIAMIENTO

Una vez definidas las variables del proceso de inyeccin, se colocaron los canales de enfriamiento de

forma tal que se la inyeccin sea ms eficiente. Esto es, corren longitudinalmente al eje tambin

longitudinal de la hlice. Se escogi que los canales tuvieran un dimetro de 6 mm.

Figura. 4.28. Vista superior de la configuracin de los canales de enfriamiento.

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Figura. 4.29. Vista lateral de la configuracin de los canales de enfriamiento.

Figura. 4.30. Vista en isomtrico de la configuracin de los canales de enfriamiento.

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C PTULO V

COSTOS DE M NUF CTUR

En este captulo se presenta la aplicacin de la metodologa QFDpara el diseo conceptual de un molde para inyeccin de plstico; se

describe la obtencin del modelo funcional, generacin de conceptos y

finalmente; se llega a la evaluacin de conceptos.

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5.1. DEFINICIN DE COSTOS

Gasto econmico que se genera para el desarrollo y la elaboracin de un producto en un tiempo

determinado.

En la elaboracin de este trabajo se hace una consideracin en tiempo y recursos, ya que la rama de

ingeniera tiene la finalidad de reducir una cantidad considerable en investigacin, fabricacin,

capacitacin y gastos en general.

5.2. OBJETIVOS DE COSTOS

Establecer el costo que se genera en la elaboracin y desarrollo de un molde de inyeccin de plstico

para una hlice de doble pala; de fabricacin a nivel ingeniera en colaboracin de 2 egresados de la

escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica unidad Ticomn de la carrera de Ingeniera

Aeronutica.

El costo del molde, est dado principalmente por la cantidad de horas de trabajo de personal y

maquinaria para su fabricacin. Los materiales empleados aunque suele ser de alta calidad, no superanel 20% del costo total. Otro 20% del valor vendra dado por concepcin, diseo y revisiones. El resto,

60% seran los trabajos de taller. Estos datos son orientativos y el valor real depender de la

complejidad del molde.

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5.3. ALCANCE DEL PROYECTO

Establecer un nuevo modelo de costos en el cual la reduccin e innovaciones del producto se

mantengan en un estado bsico y el valor agregado quede como variable y el proceso como estrategia

de mercado.

5.4. CLASIFICACIN DE COSTOS DEL PRODUCTO

Los costos de operacin que se enuncian a continuacin son tomados a partir de un anlisis profundo

del coste del molde.

COSTOS DE OFICINA

EQUIPO DE CMPUTO

Computadora, software, impresora, internet

PAPELERA

Papel, tinta, mobiliario

ESPACIO DE TRABAJO

Predio, luz, agua, telfono

COSTOS DE INVESTIGACIN

TRANSPORTE

Gasolina, pasaje, alimentos

COSTOS DE MANUFACTURA

HORAS HOMBRE

Sueldo, seguridad

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HORAS MQUINA

Herramientas, electricidad, transporte, almacn

MATERIAL

Materia prima

5.5. CUANTIFICACIN DE LOS COSTOS DEL PROYECTO

Una vez que se definieron los costos del proyecto es posible proseguir a cuantificarlos. El tiempo que se

considera es de 2 meses como aproximado, ya que es el tiempo en el que se ha trabajado por completo

en este proyecto; adicionalmente a esto se puede decir que en los costos descritos no se ha

considerado aun la deprecacin anual del equipo.

En la siguiente tabla se detallan los costos de cada concepto:

Tabla.5.1. Costos del proyecto.

COSTOS DE

INVESTIGACIN

TRANSPORTE Gasolina $ 1,500

Pasaje

Alimentos

COSTOS DE

MANUFACTURA

HORAS HOMBRE Sueldo $ 800 $ 5,800

HORAS MQUINA Herramientas,

electricidad,

transporte,

almacn

$ 2,500

MATERIAL Materia Prima ZAMAK-5

$ 2,500

TOTAL $ 7,300

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5.6. DIMENSIONES DEL PRODUCTO

Viene dada por la propia actividad, por el sector, por las inversiones necesarias, por el personal

necesario, por el mercado, y se va configurando con el tiempo. Hablar de dimensin es hablar de una

cualidad y de una cantidad ms o menos fijas, que son difciles de determinar. No puede referirse a una

sola magnitud sino a un conjunto de ellas: volumen de ventas, capital necesario para llevar a cabo la

actividad, nmero de personas.

La dimensin es un problema de configuracin, de forma y volumen del sistema empresarial. La

dimensin de las explotaciones y, por consiguiente, de las empresas influye no slo a stas sino tambin

en la configuracin de la poltica econmica general de un pas y en su implantacin y posterior

seguimiento (5).

5.7.1. VENTAJAS COMPETITIVAS

Son aquellas caractersticas que le permiten a la empresa o al producto sobresalir en el mercado y lograr

ser competitivo con otras empresas o productos del mismo sector.

En este trabajo se han considerado las siguientes ventajas competitivas:

- Reduccin en costo de fabricacin.

- Simulacin con software especializado; CATIA, MOLDFLOW.

- Metodologa de planeacin de proyectos; (Quality Function Deployment) metodologa para el

desarrollo de las funciones de calidad

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5.7.2 ALIANZAS ESTRATEGICAS

Se entiende como alianza estratgica los acuerdos entre dos o mas involucrados, donde el objetivoprincipal de todos ellos es lograr mayor ventaja en el sector de mercado y que de otra forma no se

lograran en tan corto tiempo como se alcanzan cuando se trabaja con alianzas.

Se ha considerado que en el trabajo presente se podran tener las siguientes alianzas estratgicas:

- Instituto Politcnico Nacional

- Industria privada

5.7.3. VALOR AGREGADO

El valor agregado que tiene un producto se determina por un anlisis de mercado, y de una u otra forma

le imprime una caracterstica extra al producto y esta caracterstica es poco comn en los productos de

la competencia.

- Aplicacin de mejora continua basado en metodologa de desarrollo de producto (QFD, TRIZ)

- Aplicacin de software CAD CAM

5.7.4. INNOVACION TECNOLGICA

Son los mtodos o medios que se requieren para llegar a un producto final basndose en los recursos

ms recientes para cada rea de estudio.

Se ha considerado que una de las innovaciones tecnolgicas en el producto molde de inyeccin de

plstico puede ser:

- La eliminacin de contaminantes en el proceso de fabricacin de ste

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CONCLUSIONES GENERALES

Por ltimo se presentan las conclusiones generales del trabajo de la tesina. Se mencionan las

limitaciones del modelo propuesto para el proceso de diseo con las herramientas integradas

(software).

Finalmente se hacen comentarios y recomendaciones para la aplicacin del modelo y para el desarrollo

de trabajos de investigacin futuros en los temas expuestos en esta tesina.

En los primeros captulos se explica la importancia de los moldes de inyeccin de plstico, la aplicacin y

fundamentos de la metodologa QFD (Quality function deployment) el estrecho lazo y valor agregado

que le complementa al diseo conceptual como una de las etapas crticas en el proceso de diseo y el

desarrollo de productos.

Se deduce que la generacin de conceptos es una tarea que se lleva a cabo de una manera altamente

eficiente porque, aunque existen metodologas y tecnologas de diseo, el diseo conceptual permite

utilizar tcnicas menos formales.

Tambin se presenta un modelo del proceso de diseo que contiene integrados QFD, Anlisis Funcional,

diseo conceptual que son utilizadas comnmente en el proceso de diseo de productos.

Se indica qu en distintas etapas se puede hacer un mejor uso de las diferentes herramientas de la

metodologa QFD.

En el captulo 2 se presenta la primera fase del modelo: el establecimiento de un grupo especificaciones,

requerimientos funcionales y restricciones utilizando la metodologa QFD, para la construccin del

diagrama de la Casa de la Calidad.

Se establecieron las oportunidades de vinculacin en QFD y se explica uno de los principales aportes enesta tesina: para resolver conflictos.

Este proceso se ejemplific mediante el desarrollo del anlisis del caso real (cap4).

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En el captulo 3 se present la segunda fase del modelo: formulacin del problema mediante una

descripcin funcional del sistema y la definicin de la generacin de conceptos.

Se explican los conceptos A, B, C y se determinan si son funcionales como aporte de la tesina, se

muestra la manera de obtenerlas a partir de la informacin generada en un anlisis funcional.

Este proceso combinado entre el anlisis funcional y la formulacin de problemas se ejemplifica

mediante el desarrollo de los tres casos de estudio.

En el captulo 4 se presenta la fase del modelado y anlisis: la evolucin de la tecnologa permite utilizar

software y mquinas de ltima generacin para llevar a cabo este tipo de trabajos con mayor precisin y

calidad de apreciacin antes de su concepcin.

Se hizo la simulacin del proceso mediante el software Moldflow, para conocer a detalle los factores

que intervienen en el proceso de inyeccin y as determinar cada una de las variables del proceso.

En el captulo 5 se presenta la parte de costos de manufactura en el modelo propuesto: generacin de

Ideas, como conceptos de solucin mediante un proceso en el cual se trata de controlar y medir los

costos que se generan en la elaboracin de un producto.

Una vez cumplidos los objetivos de este trabajo, y analizando los resultados se concluye lo siguiente:

- Las propiedades mecnicas del ZAMAK-5 son las ms convenientes para la fabricacin de las

cavidades del molde. Adems de que es un material econmico y usualmente ocupado para

estos propsitos.

- No se puede especificar un factor para medir la calidad de la pieza, sin embargo se conoce que si

los parmetros PVT en el ciclo de inyeccin no son los correctos para el polmero a utilizar, la

pieza tendr defectos en su geometra como fracturas, grietas, lneas de flujo, rechupe y huecos.

Por mencionar algunos, adems de un mal acabado.

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RECOMENDACIONES Y PERSPECTIVAS A FUTURO.

Utilizar otro tipo de metodologas, para la generacin de ideas y darles mayor peso involucra que se

tomen en cuenta factores importantes como la fabricacin del molde que para el presente trabajo

qued fuera del alcance.

Incrementar las habilidades creativas y de innovacin de los profesionistas mexicanos, es necesario

para profundizar en el estudio de la posibilidad de desarrollar interfaces entre los paquetes

computacionales de alguna empresa con otros paquetes de diseo de ingeniera como CAD.

Un ejemplo sera:

Profundizar en las posibilidades de integracin del Anlisis del Modo y Efecto de falla (AMEF) con la

determinacin anticipada de fallas.

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BIBLIOGRAFA

[1] Aguirre Gmez David, Aguilar Medina Ermilio. Tecnologa de plsticos para ingenieros. pp.99..

[2] Dieter George E., Schmidt Linda C., Engineering Design.

[3] Hernndez Luna Heliodoro, Martnez Reyes Vctor Manuel, Transformacin de termoplsticos,

termo fijos y reciclado.

[4] Morton Jones. Procesamiento de plsticos. Inyeccin, moldeo, hule PVC. Editorial Limusa.

pp.177.

[5] Ramrez Gordillo Javier. Diseo de un efector final de ventosa por vaco. Mayo 2003.

[6] Ramos Carpio Ma., Ingeniera de los materiales plsticos

SITIOS WEB

(1) http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_transici%C3%B3n_v%C3%ADtrea

(2) http://www.gurelan.es/elZamak.php

(3) http://www.multilingualarchive.com/ma/enwiki/es/Factor_of_safety

(4) http://www.cib.espol.edu.ec/Digipath/D_Tesis_PDF/D-9429.pdf

(5) http://globalizacionya.obolog.com/discusion-acerca-dimension-producto-1325815

(6) http://www.petrolene.com.ar/nylon.htm

(7) http://www.matbase.com/material/non-ferrous-metals/zinc/zamak-5/properties

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ANEXOS

TABLA A. RESUMEN SIMPLIFICADO DE ALGUNAS PROPIEDADES SIGNIFICATIVAS DEL NYLON (6).

PROPIEDAD POLIAMIDA 6 POLIAMIDA 6.6

Temperatura de pre-secado 80 C 80 C

Tiempo de pre-secado 2 horas (mnimo) 2 horas (mnimo)

Peso especfico 1,13 1,14

Absorcin de agua 1,5 % 1 %

Punto de fusin 220 C 252 C

Temperatura de distorsin 160 C 200 C

Contraccin en el moldeo 0,3 a 1,7 % 1,4 a 2,2 %

Temperatura de moldeo 230 a 270 C 265 a 290 C

Temperatura de los moldes 50 a 100 C 80 a 120 C

NOTA: Estos son valores estadsticos obtenidos de un universo de muestras que slo tienen validez orientadora a

grandes rasgos.

TABLA 2. PORCENTAJE DE CONTRACCIN DE POLMEROS [4].

Polmero Porcentaje de contraccin

Acrilonitrilio butadieno estireno 0.30.8Acetal 0.00.8Acrlico 0.20.8Acetato de celulosa 0.5Nylon 6.6 1.5Policarbonato 0.6Noryl 0.7Polietileno de baja densidad 2.0Polietileno de alta densidad 4.0

Polipropileno 1.5Poliestireno 0.5Cloruro de polivinilo no plastificado 0.3Cloruro de polivinilo 1.05.0

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TABLA C. PROPIEDADES MECNICAS DEL ZAMAK-5 (7).

Concepto Magnitud Unidad

Mdulo de Young 130000 -

130000

MPa

Esfuerzo a la tensin 310 - 310 MPa

Elongacin 3.5 - 3.5 %

Fatiga 85 - 85 MPa

Esfuerzo ltimo de

cedencia

240 - 240 MPa

TABLA D. PROPIEDADES FSICAS DEL ZAMAK-5 (7).

Concepto Valor Unidad

Expansin trmica 27 - 27 e-6/K

Conductividad trmica 110 - 110 W/m.K

Calor especfico 420 - 420 J/kg.K

Temperatura de fusin 380 - 386 C

Densidad 6700 - 6700 kg/m3

Resistividad 0.065 - 0.065 Ohm.mm2/m

Contraccin 0 - 1.17 %

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