Diseño de un molde de inyección para rueda de juguete

Curso: 2020-2021 Alumno/Alumna: Learra,Sagasti,Aitor Director/Directora: Macareno,Ramos, Luis María Fecha: Bilbao, 15, 7, 2021 GRADO INGENIERÍA MECÁNICA TRABAJO FIN DE GRADO DISEÑO DE UN MOLDE DE INYECCIÓN PARA RUEDA DE JUGUETE DOCUMENTO 3CÁLCULOS Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 2 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Índice de los cálculos 3.1 Introduccion............................................................................................................................................................5 3.2 Objeto del documento..........................................................................................................................................5 3.3 Diseno de la pieza..................................................................................................................................................5 3.3.1 Analisis de la pieza......................................................................................................................................6 3.3.1.1 Comparacion materiales e idoneidad entradas.....................................................................6 3.3.1.2 Ventana de proceso...........................................................................................................................8 3.3.1.3 Datos del material..............................................................................................................................8 3.3.2 Analisis llenado.............................................................................................................................................9 3.3.2.1 Espesor pieza.......................................................................................................................................9 3.3.2.1 Tiempo de llenado.............................................................................................................................9 3.3.2.2 Confianza de llenado......................................................................................................................10 3.3.2.3 Prediccion de la calidad................................................................................................................10 3.3.2.4 Presion................................................................................................................................................11 3.3.2.5 Rechupes............................................................................................................................................12 3.3.2.6 Atrapamientos de aire...................................................................................................................13 3.3.2.7 Tª en el frente de flujo...................................................................................................................13 3.3.2.8 Tª media..............................................................................................................................................14 3.3.2.9 Tiempo para alcanzar la Tª de expulsion..............................................................................15 3.3.2.10 Fraccion capa solidificada al final del llenado...................................................................15 3.3.2.11 Líneas de soldadura.....................................................................................................................16 3.3.3 Analisis de refrigeracion........................................................................................................................17 3.3.3.1 Temperatura líquido refrigerante............................................................................................18 3.3.3.2 Caudal del refrigerante.................................................................................................................18 3.3.3.3 N.º de Reynolds del circuito........................................................................................................18 3.3.3.4 Calidad de refrigeracion...............................................................................................................18 3.3.3.6 Varianza de temperatura.............................................................................................................21 3.3.3.7 Temperatura, pieza........................................................................................................................23 3.3.3.8 Tiempo para alcanzar la temperatura de expulsion, pieza.............................................24 3.3.3.9 Contraccion volumetrica en la expulsion..............................................................................25 3.3.3.10 Deformaciones...............................................................................................................................27 3.3.4 Analisis de compactacion.......................................................................................................................30 3.4 Características del molde.................................................................................................................................31 3.4.1 Línea de particion y tamano portacavidades y portanucleos..................................................31 Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 3 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.4.2 Sistema de canales de inyeccion.........................................................................................................32 3.4.3 Sistema de canales de refrigeracion..................................................................................................33 3.4.3.1 Dimensionado de canales de refrigeracion y calculo del caudal.........................................33 3.5 Variables y Calculos mecanicos.....................................................................................................................34 3.5.1 A:rea proyectada y volumen de pieza................................................................................................34 3.5.2 Fuerza de cierre.........................................................................................................................................34 3.5.3 Tiempo de inyeccion................................................................................................................................34 3.5.4 Tiempo de enfriamiento.........................................................................................................................35 3.5.5 Tiempo total de inyeccion......................................................................................................................36 3.5.6 Geometría colada.......................................................................................................................................36 3.5.7 Calculo contraccion..................................................................................................................................36 3.5.8 Capacidad de cierre..................................................................................................................................36 3.5.9 Resistencia expulsores a pandeo........................................................................................................37 3.6 Resultados finales y dimensionamiento molde.......................................................................................38 3.6.1 Parte fija........................................................................................................................................................38 3.6.1.1 Anillo centrador...............................................................................................................................38 3.6.1.2 Placa superior...................................................................................................................................38 3.6.1.3 Bebedero............................................................................................................................................39 3.6.1.4 Placa portacavidades.....................................................................................................................39 3.6.1.5 Cavidades...........................................................................................................................................41 3.6.1.6 Columnas guía..................................................................................................................................41 3.6.2 Parte movil...................................................................................................................................................42 3.6.2.1 Placa base/inferior.........................................................................................................................42 3.6.2.2 Placa portanucleos..........................................................................................................................43 3.6.2.3 Placa expulsora................................................................................................................................44 3.6.2.4 Placa portaexpulsores...................................................................................................................44 3.6.2.5 Nucleos................................................................................................................................................45 3.6.2.6 Expulsores.........................................................................................................................................46 3.6.2.7 Placas laterales.................................................................................................................................46 Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 4 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.1 Introducción En este documento se analizaran los pasos empleados para la realizacion del molde. El primer paso consiste en analizar la pieza a fabricar, en la cual ademas de comentar sobre el material a emplear, se determinara el punto de inyeccion y parametros escogidos para la pieza. El segundo paso consiste en realizar el analisis de moldeo mediante el programa Moldflow. Mediante este programa se calcularan las variables necesarias para obtener diferentes alternativas para el diseno optimo del molde. Posteriormente, se disenaran los sistemas de inyeccion y refrigeracion, se elegira el material y las secciones para disenar el molde. Por ultimo, una vez alcanzada la viabilidad del proceso, se empleara tanto el programa NX Unigraphics como CATIA para el disenar el molde y a continuacion poder realizar los planos necesarios para la fabricacion de las piezas no comerciales. 3.2 Objeto del documento El objetivo de este documento es realizar los calculos necesarios para realizar el molde de forma optima, ademas de decidir que material se va a emplear (para este caso el propileno), empleando los programas antes citados, ya que ofrecen gran versatilidad. Con todos los datos obtenidos se podran justificar las decisiones tomadas y garantizar que el diseno sea el correcto. 3.3 Diseño de la pieza Se trata de una rueda para un coche de juguete. Entre sus dimensiones a destacar se encuentra su diametro exterior de 57,5 mm y su ancho de 20 mm. Al ser una pieza pequena, se ha optado por realizar un molde de 4 cavidades, permitiendo así realizar ruedas para 1 coche en un ciclo. A continuacion se muestran dos imagenes de la rueda. Cabe destacar que se realizo un rediseno de la rueda a fin de reducir espesores nominales, permitiendo mejorar algunos resultados. Figuras 1 y 2: Rueda de juguete Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 5 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Entre las características del material elegido, se pueden resumir en las siguientes: Bajo coste Facil moldeo Baja densidad Buena resistencia al impacto y alta resistencia a la fractura 3.3.1 Análisis de la pieza 3.3.1.1 Comparación materiales e idoneidad entradas Se ha optado por realizar primero una comparativa entre 2 tipos diferentes de polipropileno del fabricante SABIC Europe B.V.: SABIC PP 575P (Material 1) SABIC PP FPC100 (Material 2) Antes de seleccionar un material de los citados anteriormente, se seleccionara el punto de inyeccion para la entrada de material mediante el analisis “Posicion optima de la entrada”. Es probable que el programa proporcione un punto de inyeccion que no sea del todo correcto o conveniente, por lo que en ese caso el propio disenador decidira donde ubicarlo. En este caso, el punto de inyeccion mas optimo se situaría por dentro de la rueda. No obstante, debido a la facilidad para posicionar el punto, se ha decidido ubicarlo en la mitad de la banda de rodadura. Figura 3: Idoneidad de las entradas Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 6 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Posteriormente, mediante un analisis de llenado se compara tanto la confianza de llenado de los materiales como su tiempo de llenado. Para ambos casos, la confianza de llenado es de un 100%, por tanto no habra problemas de llenado. Ademas, se podra observar en la siguiente imagen el punto de inyeccion seleccionado. Figura 4: Confianza de llenado Figura 5: Tiempo de llenado SABIC PP 575P Figura 6: Tiempo de llenado SABIC PP FPC100 Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 7 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Visto los resultados, el Material 2 tiene un tiempo de llenado de 1,934 segundos y el Material 1 de 1,973, con lo cual se escogera el primero (Material 2). Ademas de este factor, se escoge este material ya que su índice de fluidez (MFR) es mayor que el otro y permite obtener resultados aceptables en los rechupes. 3.3.1.2 Ventana de proceso Figura 7: Ventana de proceso óptima A pesar de que el programa proporcione que las condiciones mas optimas sean las vistas en la imagen anterior, con el fin de reducir los rechupes (en un primer analisis para estas condiciones el valor del rechupe maximo fue alrededor de 38-40 mm) se ha obtado por variar ciertos valores a fin de reducir este valor. 3.3.1.3 Datos del material Material y fabricante: SABIC PP FPC100, SABIC Europe B.V. Tª molde recomendada: 49 ºC Intervalo de Tª molde recomendada: 18-80 ºC Tª masa recomendada: 220 ºC Intervalo de Tª masa recomendada: 180-260 ºC Densidad masa fundida: 0.75246 g/cm³ Densidad solido: 0,92499 g/cm³ Volumen de la pieza: 16567,9303 mm³ Masa de la pieza (volumen*densidad): 18,963 gr Tª molde adoptada: 29,27 ºC Tª masa adoptada: 188,2 ºC tinyeccion adoptado=1.85 segundos Tª expulsion: 90 ºC Conductividad termica: 0,18 W/m ºC Capacidad calorífica específica: 2696 J/kg ºC Esfuerzo de cizalla maximo: 0,25 MPa Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 8 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.3.2 Análisis llenado 3.3.2.1 Espesor pieza Se obtiene que el espesor nominal de la pieza es de 2,5 mm y el espesor maximo de 4,565 mm. Estos valores afectaran a variables como la calidad de refrigeracion, tiempo de solidificacion, calidad de la pieza etc. Figura 8: Espesor de pieza 3.3.2.1 Tiempo de llenado Aquí se mostrara el tiempo de llenado, donde las zonas azules se llenaran primero y las zonas rojas las ultimas en hacerlo. Figura 9: Tiempo de llenado El tiempo de llenado es de 1,934 segundos, lo cual permitira producir piezas con rapidez y un llenado de la cavidad de forma simultanea . Ademas se verifica que el flujo es correcto y que no hay partes sin llenar. Por otra parte, no se dan zonas translucidas ni contornos desequilibrados, por lo que no surgiran indecisiones en el flujo. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 9 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Figura 20 y 21: Fracción capa solidificada al final del llenado Como ya se ha dicho anteriormente, tanto la zona del punto de inyeccion como las ultimas en solidificar tendran un valor de cero. Por otra parte, las zonas de transito de flujo no superan el 25% exceptuando una pequena region en verde en el borde superior (Imagen 20) que tiene un valor del 35-40%. Por otra parte, hay unos pequenos puntos en rojo que superan tambien el 25%, pero que no supondran ningun problema ya que son puntos aislados. Con todo esto se da por valido estos resultados y el material podra fluir sin problema. 3.3.2.11 Líneas de soldadura Consiste en el angulo que se forma cuando dos flujos diferentes convergen. Estas líneas en concreto se formaran cuando dicho angulo sea menor a 135º. Suponen un defecto visual y fragilidad estructural. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 16 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos La resistencia de una línea de soldadura depende de la temperatura de formacion y de la presion que se ejerce cuando la pieza solidifica. Por lo tanto, estas líneas deben producirse a temperaturas cercanas a la de inyeccion, pudiendo descender hasta un maximo de 20ºC. Para poder comparar dichas temperaturas, se ha utilizado las temperaturas en el frente de flujo analizadas anteriormente. La temperatura a la que se inyecta es de 188 ºC y las líneas de soldadura se producen a una temperatura mínima de 170 ºC, por lo que se producira una buena soldadura. Figura 22: Líneas de soldadura 3.3.3 Análisis de refrigeración Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 17 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.3.3.1 Temperatura líquido refrigerante Se establece que la diferencia de temperatura entre la entrada y la salida de refrigerante no supere los 2-3ºC, ya que supondría una refrigeracion deficiente. Figura 23: Tª refrigerante Como se puede observar, dicha diferencia en el circuito superior es de 0,58 ºC y en el inferior de 0,43 ºC , por lo tanto se logra un valor correcto. 3.3.3.2 Caudal del refrigerante El caudal debe ser el mínimo para garantizar un numero de Reynolds en concreto. Para nuestro caso, se desea un n.º de Reynolds de 15000 para asegurar un flujo de regimen turbulento. El caudal calculado para un canal de 11 mm de diametro es de 6 l/min. 3.3.3.3 N.º de Reynolds del circuito El n.º de Reynolds aumentara a medida que se disminuya la seccion del canal. Como ya se ha mencionado anteriormente, el objetivo a alcanzar es de 15000 y como se observa se obtiene un resultado correcto. Figura 24: N.º Reynolds Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 18 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.3.3.4 Calidad de refrigeración Este apartado muestra la adecuada refrigeracion o no de la pieza. Figuras 25 y 26: Calidad de refrigeración Las calidades tanto medias como bajas se deben a varianzas de temperaturas demasiado bajas o altas y varianzas de tiempo de refrigeracion mas cortas o largas que el tiempo de solidificacion medio, produciendo defectos visuales, inyectadas cortas y deformaciones. Sin embargo, si estas zonas son zonas no vistas y superficies mínimas se podra tomar por bueno el resultado. Tabla 2: Datos de las varianzas Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 19 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Varianza de temperatura maxima 10,61 ºC Varianza de temperatura mínima -8,199ºC Varianza de tiempo de refrigeracion maxima 8,483 s Varianza de tiempo de refrigeracion mínima -6,876 s El resultado del analisis es muy bueno, a pesar de tener zonas amarillas (en los bordes de la rueda y en la zona interior de la rueda, como ya se había citado anteriormente) y pequenas regiones rojas. No obstante y como una parte de la rueda no estara al a vista (Imagen 25), el resultado se da por bueno. 3.3.3.5 Varianza de tiempo de refrigeración Consiste en el tiempo necesario para que una zona solidifique con respecto al tiempo medio. Se debe emplear junto al analisis de varianza de temperatura para decidir redisenar el sistema de refrigeracion. En rojo se indicara la zonas que necesitan una mayor refrigeracion (o tardan mas en solidificar) y en azul aquellas zonas demasiado refrigeradas. Los resultados son los que se esperaban: las zonas rojas dentro de la pieza en las paredes del interior y amarillo en la parte externa de la rueda (Imagen 27). Ademas, tambien habra pequenas zonas amarillas en la otra parte de la rueda (puede deberse a la profundidad del agujero) y en pequenas zonas de la rodadura. (Imagen 28). Sin embargo, se obtiene un enfriamiento bastante homogeneo a lo largo de la pieza, dandose por valido el resultado. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 20 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Figuras 27 y 28: Varianza trefrigeración 3.3.3.6 Varianza de temperatura Se marcan las zonas donde la temperatura de la superficie es diferente a la temperatura media al final del ciclo. Aquellas zonas con mayor grosor tendran una temperatura mayor en su nucleo, siendo la diferencia de temperaturas mayor. Este resultado se debe analizar al mismo tiempo que se analiza la varianza de tiempo de refrigeracion. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 21 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Figuras 29 y 30: Varianza temperatura Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 22 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.3.3.7 Temperatura, pieza Muestra la temperatura media en el contorno de la pieza. Esto servira para identificar zonas frías y calientes, las cuales necesitaran un rediseno del sistema de refrigeracion. Se recomienda que la diferencia entre la cara positiva y negativa de la pieza no supere la diferencia de ± 10ºC . Ademas, el la Tª, pieza maxima no debe superar la Tª de la entrada en mas de 10-20 ºC, Figuras 31 y 32: Temperatura , pieza Tabla 3: Datos de Tª, pieza Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 23 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Se puede observar que esa diferencia de mas menos 10 grados se cumple a lo largo de la pieza, exceptuando algunos puntos. Por otra parte, la temperatura de la entrada es de 47 ºC y la temperatura maxima es de 77 ºC, superandose por 10 grados la diferencia de 10-20 ºC. No obstante, al darse esta temperatura en un punto muy concreto de la pieza (en la esquina del interior de la rueda), no supondra problema alguno. 3.3.3.8 Tiempo para alcanzar la temperatura de expulsión, pieza Las regiones en rojo indicaran zonas calientes o de mayor espesor y las zonas azules representaran las zonas frías o de bajo espesor. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 24 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Figuras 33 y 34: Tiempo para alcanzar la temperatura de expulsión, pieza El resultado es equilibrado, exceptuando aquellas zonas que ya se han mencionado anteriormente (Imagen 34). 3.3.3.9 Contracción volumétrica en la expulsión Consiste en la disminucion de volumen desde el final de la refrigeracion hasta alcanzar la temperatura ambiente. Lo mas recomendable es obtener valores unfiormes a lo largo de la pieza para una correcta compactacion. Valores elevados producirían deformaciones, vacío o rechupes. Las zonas de mayor espesor tenderan a tener una mayor contraccion, por lo que se debera observar estas zonas en el analisis de rechupe. Las zonas de mayor grosor son las que obtienen una mayor contraccion y se tendra que revisar el analisis de rechupes en estas zonas. Por otra parte, como la contraccion maxima en la pieza es de 9% y gran parte de la pieza tiene una contraccion parecida, se da por bueno el resultado de la compactacion. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 25 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.4.2 Sistema de canales de inyección Para el dimensionado de los canales puede emplearse dos metodos 1) Tanto diametro como longitud tienen influencia en la resistencia del flujo: una resistencia elevada supone perdidas de presion grandes, pero reducir la resistencia aumentando el diametro supone mayor volumen de colado y mayor tiempo de refrigeracion en caso de colado frío. La formula tiene en cuento el diametro, la masa y la longitud del canal. D=W0,5∗L0,25/3,7 2) Tablas Tablas 4: Diámetro de referencia Teniendo en cuenta que el material utilizado es PP, de la tabla 3 se utilizara la parte de la derecha. Teniendo en cuenta el peso y el espesor nominal, se obtiene que D´. Tablas 5: Longitud vs coeficiente de longitud Suponiendo una longitud de canal se obtiene el coeficiente y finalmente, multiplicando D por este coeficiente se obtiene el diametro. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 32 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.4.3 Sistema de canales de refrigeración 3.4.3.1 Dimensionado de canales de refrigeración y cálculo del caudal Figura 47: Recomendaciones para diseño de la refrigeración Teniendo en cuenta estas recomendaciones, se ha obtado por coger un diametro de 11 mm (d), con 6 canales y a una distancia a la pieza de 11 mm (D). La distancia entre canales (P) sera de 32 mm Figura 48: Diseño de los sistemas Por otra parte, para el calculo del caudal se supone que se debe a alcanzar un n.º de Reynolds de 15000 para obtener un flujo turbulento. El refrigerante utilizado es agua a 25 ºC, por lo que tendra los siguientes valores de densidad y viscosidad dinamica: 𝜌=997 Kg/m³ 𝜇 =0,000891 Kg/m*s Teniendo en cuenta la formula de reynolds y la del caudal, ambas se relacionan y se obtiene la siguiente expresion matematica: Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 33 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Re= ( ρ∗ ( Q/A ) ∗D ) /μ Donde A= ( Π∗D2 ) /4,dondeDseintroduce enmetros Reemplazando los valores se obtiene el caudal mínimo para ese n.º de Reynolds: Q=6L/min 3.5 Variables y Cálculos mecánicos 3.5.1 Área proyectada y volumen de pieza El area proyectada en un molde sera aquella que es llenada con el plastico fundido en la línea de particion. Para nuestro caso: A: rea real de las cara seleccionada: 900,08 mm² Volumen real del cuerpo seleccionado: 25200 mm³ 3.5.2 Fuerza de cierre Consiste en la fuerza que debe ejercer la maquina para mantener el molde cerrado durante la fase de inyeccion y mantenimiento. Durante estas fases, se genera una presion dentro de la cavidad del molde debido a la fuerza de la inyeccion que empuja el polímero fundido hacia dentro de al cavidad. Como consecuencia, la fuerza de cierre es directamente proporcional a la presion dentro del molde, y que sigue la siguiente formula: Pi=Fc/Ap Donde: Pi: Presion de inyeccion (kg/cm²) Fc: Fuerza de cierre de la maquina (T) Ap: A:rea proyectada (cm²) Presion obtenida: 13,86 Mpa * 10⁶ Pa/1MPa * 1kg/9,8 N * 1T/10³ kg A: rea proyectada (4 cavidades): 900,08*4 mm² *1m² / 10⁶ mm² Fc= 5,09 T 3.5.3 Tiempo de inyección Para el calculo del tiempo de inyeccion se puede aplicar la siguiente formula: ti= Vp/Qm Cabe la posibilidad de calcular el tiempo de inyeccion en funcion de la velocidad de inyeccion. Se puede encontrar este valor en hojas tecnicas y catalogos de las maquinas de inyeccion en funcion del PS. Para elo se puede aplicar la siguiente formula: ti=Wp/Si ; Si=Sps*ρn/ρPS Donde: Si: Velocidad de inyeccion material (g/s) Sps: Velocidad de inyeccion del PS (g/s) Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 34 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos ρn: Densidad del material (g/cm³) ρPS: Densidad del PS(g/cm³) Wp: Peso de la pieza (g) Por ultimo, se citara la ultima formula que permite calcular el tiempo de inyeccion: ti= ( ( emin ∗Dmax ) /Rfe ) 3/8∗ ( ( Texp−Tmold ) / ( Tmat −Tmold ) ) 3 Donde: emin: espesor mínimo de la pieza (cm) Dmax: Recorrido maximo del material fundido hasta la entrada del molde (cm) Rfe: Relacion recorrido flujo y espesor de pared (-) Texp:Temperatura de la pieza en la expulsion (ºC) Tmold: Temperatura del molde (ºC) Tmat: Temperatura material fundido (ºC) La ecuacion supone que el material comienza a solidificarse al entrar en contacto con las paredes de la cavidad del molde, reduciendo así el area a traves de la cual puede circular el material fundido que va entrando. Por lo cual, si se aumenta la temperatura del molde, mayor sera el tiempo de inyeccion, pues mayor tiempo se requerira para que el material se solidifique. Para nuestro caso el dato de tiempo de inyeccion se obtiene del programa moldflow. Si=Peso pieza total/ti 3.5.4 Tiempo de enfriamiento El tiempo de enfriamiento inicia desde que termina el tiempo de inyeccion, durante la aplicacion de la presion de sostenimiento y hasta la apertura del molde. Es la etapa mas larga del ciclo, se debe asegurar que el material ha solidificado (al menos un buen porcentaje). tenf= ( −emax 2/2∗Π∗αn ) ∗ln [ Π∗ ( Texp−Tmold ) /4∗ ( Tmat −Tmold ) ] Donde emax: espesor maximo de la pieza (cm) αn:difusividad termica material (cm² /ºC) La difusividad se puede obtener bien con las hojas de datos tecnicos o bien con la siguiente formula: αn=λn/ρn∗Cp Donde λn: conductividad termica (J/s*cm*ºC) Cp: calor específico (J/g*ºC) αn=λn/ρn∗Cp tenf= ( −emax 2/2∗Π∗αn ) ∗ln [ Π∗ ( Texp−Tmold ) /4∗ ( Tmat −Tmold ) ] Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 35 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.5.5 Tiempo total de inyección Este valor se obtendra con exactitud hasta que la produccion se realize de forma masiva. Aun así, para el diseno del molde se puede realizar un calculo aproximado con la siguiente formula: tciclo=tllen+tcomp+tenf +t ( ap+exp ) Donde Tllen: tiempo llenado (s) Tcomp: tiempo compactacion (cierre+inyeccion) (s) Tenf: tiempo enfiramiento (s) Tap+exp: tiempo de apertura y expulsion de la pieza (s) tc=tllen +tcomp+tenf +t ( ap+exp ) =20 segundos 3.5.6 Geometría colada La seccion mas optima para la colada es la circular ya que permite un flujo del fundido adecuado y enfriamiento uniforme. ϕc= √ wp∗4 √ lc/3.7 Donde Фc: diametro colada (cm) Lc: longitud colada (cm) ϕc= √ wp∗4 √ lc/3.7 3.5.7 Cálculo contracción Rc=dm−dp/dm Donde Rc: rango contraccion (-) dm: dimension requerida en el molde (cm) dc: dimension requerida en la pieza (cm) 3.5.8 Capacidad de cierre La fuerza de cierre de la maquina deber ser mayor que la fuerza de apertura que se genera durante el proceso de inyeccion (Fcierre > Fapertura). La presion transmitida la molde es menor que la de la salida del cilindro, reduciendose en funcion de ciertas propiedades del material. Dicho material entra en la cavidad del molde y se va enfirando continuamente, desde el exterior hasta el interior, creandose un diferencial de temperatura a lo largo de la línea de cierre. Por lo tanto, la presion media adquiere el valor de la presion de inyeccion. Fapertura=Pmedia ∗Aproyectadapieza El valor de la presion media se obtiene con el programa y el valor del area proyectada se obtendra del programa NX . Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 36 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Presion media obtenida: 6,93 Mpa * 10⁶ Pa/1MPa * 1kg/9,8 N * 1T/10³ kg A: rea proyectada (4 cavidades): 900,08*4 mm² *1m² / 10⁶ mm² Fapertura=2,545 T CS=Fcierre/Fapertura= 2 3.5.9 Resistencia expulsores a pandeo Para este calculo sera necesario obtener la presion en las zonas donde se han colocado los expulsores. Se ha obtenido que la presion es de 8 Mpa, con una seccion de los expulsores de 3 mm de diametro y 86,6 mm de longitud. A=Π∗r2=7,068mm2 P=8MPa; Lexpulsor=86,6mm;E=210GPa Para el calculo del pandeo se empleara la formula crítica de Euler. La base del expulsor va anclada entra las placas expulsoras, que evitan el giro y translacion del mismo en todas las direcciones. Como consecuencia se supondra como empotrado en la base y articulado en la punta: Lpandeo=Lexpulsor ∗β=X∗0,7=60,62mm i= √ I/A= √ ( π∗r4/4 ) /π∗r4=0,75mm λ=Lpandeo/i=80,8 σc=π2∗E/λ2=317 MPa>P Imagen 49: Factor β Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 37 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.6 Resultados finales y dimensionamiento molde 3.6.1 Parte fija Es la parte que no se mueve del molde que sujeta al plato fijo de la maquina cuando se inyecta el material, y es donde se apoya el propio cilindro de inyeccion. Esta conformada por varios elementos. 3.6.1.1 Anillo centrador Su funcion es centrar el molde y asegurar que el bebedero este correctamente colocado y que no se mueva en ningun momento. Lo que sobresale de este elemento entra ajustadamente en el plato fijo de la maquina, coincidiendo así con el orificio donde entra el plastico fundido en el molde. Imagen 50 : Anillo centrador 3.6.1.2 Placa superior Placa de metal donde se encuentran tanto el anillo centrador como el bebedero. Sus dimensiones se adecuaran para que la pieza a inyectar permita espacios libres por donde sujetar mediante bridas al plato fijo. Ademas, contara con el suficiente grosor como para no sufrir deformaciones y dependera del peso total del molde. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 38 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Imagen 51 : Placa superior 3.6.1.3 Bebedero Es la parte que permitira la introduccion del material fundido dentro del molde. Sus dimensones son las siguientes: 38 mm de diameto de cabeza,12 mm de diametro de vastago, 6 de diametro interior y 65 mm de longitud de vastago. Imagen 52 : Bebedero 3.6.1.4 Placa portacavidades Aquí es donde se realizaran las piezas, bien como postizos ajustados o bien directamente labradas sobre ella. La cavidad suele realizarse en la parte fija del molde, mientras que el nucleo se realiza en la parte movil. Ademas, dispondra tanto la placa portacavidades y portanucleos con un sistema de refrigeracion de diametro 11 mm. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 39 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos Imagenes 53 y 54 : Placa portacavidades Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 40 Diseño de un molde de inyección Documento N.º 3 Cálculos 3.6.1.5 Cavidades La geometría de la cavidad se realiza en funcion de la geometría 3D de la pieza, y consta de 4 cavidades. Imagen 55 : Cavidades 3.6.1.6 Columnas guía Tanto la parte fija como la movil contienen unos agujeros donde se introduciran estos elementos que permitiran un correcto movimiento y un correcto acoplamiento entre partes. Escuela de Ingeniería de Bilbao Mayo 2021 41