Diseño de plástico entregable 1. Dimensionamiento preliminar del molde desde el punto de vista del inyector 24/23/2014

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1 Diseño de plástico entregable 1 Dimensionamiento preliminar del molde desde el punto de vista del inyector 24/23/2014 RESUMEN El objetivo de este documento es presentar el producto del grupo y la pieza que tengo en carga. Voy a hablar de esta pieza (material, cálculos, estudios de elementos finidos, etc. Después voy a analizar el tipo de molde y el la inyectora idéale para producir esta pieza. Thibault d'harcourt M13950 Diseño de Plástico

2 Índice I. Realizar un comentario sobre la pieza elegida en la fase de diseño Fichero de la pieza 3D Justificación del diseño del producto elegido:... 2 Cálculos, análisis, CAE aplicado, etc Material seleccionado... 5 II. Determinación del tamaño del molde y máquina inyectora a emplear: Instalación del programa para estimación del número de cavidades Estimación del tiempo de ciclo y coste unitario del componente Realizar iteraciones para diferentes tamaños de lotes piezas piezas piezas piezas Selección de máquina inyectora Tabla de ilustraciones Anexa 1 - Datos de máquinas inyectoras Anexa 2 - Dimensiones de la Citroën DS

3 I. Realizar un comentario sobre la pieza elegida en la fase de diseño 1. Fichero de la pieza 3D Encuentra el fichero *.IGS de la pieza adjuntado al documento: Citroen DS bastidor - Thibault d'harcourt - M13950.igs 2. Justificación del diseño del producto elegido: El coche que queremos representar es la Citroen DS. Es un vehículo del constructor francés que salió en 1955 y que fue producida hasta los años 1975 en su forma antigua. Hoy hay nuevas DS (5 modelos, y pronto 6) que no tienen nada que ver con la versión antigua que elegimos. Nuestro producto será constituido al menos de tres piezas: el techo y los lados, el interior (volante, asientos, etc.) y el bastidor del coche. La pieza en la que estoy a carga es el bastidor del coche. Podemos ver sobre la ilustración siguiente cual es la forma de esta pieza. La pieza será unida a las otras piezas con pestanas que no son diseñadas por el momento. Ilustración 1: Forma general de la pieza 2

4 Cálculos, análisis, CAE aplicado, etc... Realicé sobre esta pieza estudios de elementos finidos para ver si la configuración y el tipo de plástico que he elegido (vamos a hablar de esto en el parágrafo siguiente) permiten a la pieza suportar el peso de un hombre de 80Kg. Los puntos que parecen críticos que vamos a mirar con mucha atención son los tallados por las ruedas. Ilustración 2: desplazamientos sobre la pieza con una fuerza de 80Kg sobre su perímetro Ilustración 3: Tensión sobre la pieza con el peso de 80Kg sobre el perímetro Con estos dos estudios de elementos finitos vemos que el desplazamiento máximum sobre la pieza es de 0,0853mm, lo que es muy aceptable por un juego por niños. Además, vemos que la pieza está sometida solamente a un máximo de 13,4MPa. Así podemos decir que nuestra pieza resistirá muy bien si un hombre adulto de 80Kg pisa sobre el techo del coche. 3

5 Para ser seguro que la pieza podría resistir a cualquier tipo de situación, hice otro estudio de elementos finidos con los mismos valores pero en el caso donde el hombre adulto pisa sobre el lado. Los resultados son disponibles sobre las dos ilustraciones siguientes. Ilustración 4: Estudio de los desplazamientos en la pieza Ilustración 5: Estudio de la tensión sobre la pieza Este estudio muestra que la pieza resistiría muy bien si un hombre de 80Kg pisaría sobre su lado. En efecto en este caso tendría un desplazamiento máximum de 0,115mm y una tensión máxima de 0,266MPa, lo que es perfecto por este tipo de pieza. Así, somos seguros que esta pieza puede resistir al caso donde un hombre de 80Kg pisaría encima, y evidentemente al uso normal de un niño de algunos 25Kg. 4

6 Material seleccionado El material que he elegido es el polipropileno. En efecto este material es uno de los más utilizado para hacer los juegos de los niños. Podemos verificar esto con las curvas que nos dicen que, en la temperatura de uso normal (0 50 C) el plástico no va a deformarse demasiado. Podríamos también utilizar el PVC que tiene venas características, pero este plástico es un poquito más caro y hay que añadir otros elementos para que sea bastante rígido. El material que vamos a utilizar es el PP H+A UV/ALBIS+Plastic+GmbH/5/54933f02/SI II. Determinación del tamaño del molde y máquina inyectora a emplear: 1. Instalación del programa para estimación del número de cavidades 2. Estimación del tiempo de ciclo y coste unitario del componente Ilustración 6: Resumen de la simulación de inyección 5

7 El tiempo de ciclo estimado de la pieza es de 15,93 segundos, con un tiempo de inyección de 1,23 segundos; lo que es inferior a 25 segundos Podemos decir que este tiempo es coherente. Ilustración 7: Calidad prevista de la pieza La ilustración precedente muestra que la calidad prevista de la pieza será casi perfecto (96,4%). Podemos encontrar polipropileno por un precio de aproximativamente 950 /toná de PP Total cost Total material cost ( ) Total mold cost ( ) Total machine usage cost ( ) Total post-molding cost 0.00 ( ) Total cost per shot Material cost per shot 0.04 ( ) Mold cost per shot 0.60 ( ) Molding cost per shot 0.22 ( ) Post-molding cost per shot 0.00 ( ) Material cost Total shots to be produced Scrap rate 0.00 (%) Estimated production including scrap Cavity volume (cm^3) Maximum regrind allowance 0.00 (%) Total material required (kg) Material cost ( ) / (kg) 0.95 ( ) / (kg) Material cost for total production ( ) Material cost per shot 0.04 ( ) Used material cost per shot 0.04 ( ) 6

8 Mold cost Mold construction cost ( ) Total shots per mold life cycle Mold maintenance cost per shot(s) 0.00 ( ) Total molds required 5 Total mold cost ( ) Mold cost per shot 0.60 ( ) Molding cost Cycle time (s) Machine cost per hour(s) ( ) Down time 0.00 (%) Total machine usage cost ( ) Molding cost per shot 0.22 ( ) Cost breakdown Ilustración 8: Resumen de la simulación del coste unitario de la pieza 7

9 3. Realizar iteraciones para diferentes tamaños de lotes Para encontrar los datos necesarios para realizar las iteraciones, usamos Catia (para conocer la superficie de la pieza), y Moldflow que nos indica el tiempo de ciclo, el peso de la pieza y su volumen. Todos estos datos conocidos, jugamos sobre el tamaño del lote. Sobre esta simulación vemos dos tipos de curvas: El primer tipo es la curva del número de cavidades en función del precio que sirve para definir este número, y el segundo tipo que son las curvas de capacidades de plastificación y de inyección y la curva de fuerza de cierre que sirven para determinar la inyectora idéale por este molde piezas Ilustración 9: Simulación de un lote de piezas La primera simulación es una simulación con solamente piezas. La curva del precio por pieza nos indica que el menos caro es de producir con una sola cavidad. Con este molde el precio unitario será de 0,954 El molde para este tipo de producción (15000 unidades) será un molde simple que realizara las piezas una por una. 8

10 Con el número de cavidades conocido, podemos registrar las características ideales de la maquina inyectora que son: - Capacidad de Plastificación: 3,3g/s - Capacidad de inyección: 68,9cm 3 - Fuerza de cierre: 70,4 KN Estos datos servirán en la próxima parte del documento para elegir le maquina inyectora piezas Ilustración 10: Simulación de un lote de piezas La segunda simulación es una simulación de producción de piezas. La curva del precio por pieza nos indica que la mejora solución es producir con un molde de 2 cavidades. Con este molde el precio unitario será de 0,437 un molde para producir piezas debería ser con dos cavidades. Las características ideales de la maquina inyectora por este tipo de molde que son: 5 g/s, 110 cm 3 y 100 KN piezas La siguiente simulación se hace por una producción de piezas. Ilustración 11: Simulación de un lote de piezas La curva del precio por pieza indica que es más interesante producir con un molde que tiene 4 cavidades. Con este molde el precio unitario será de 0,229 un molde para producir piezas debería ser con cuatro cavidades. 9

11 Las características de la maquina inyectora por un molde de 4 cavidades son: 7,5 g/s, 200 cm 3 y 160 KN) piezas La última simulación se hace por una producción masiva de unidades. Ilustración 12: Simulación de un lote de piezas La curva del precio por pieza indica que es lo interesante al nivel del precio es producir con un molde que tiene 6 o 7 cavidades (Pienso que es mejor elegir un numero de cavidades de 6 porque para mí es mejor tener un número par de cavidades en un molde). Con este molde el precio unitario será de 0,117 un molde para producir piezas debería ser con 6 cavidades. Las características de la maquina inyectora por un molde de 6 cavidades son: 13,8 g/s, 290 cm 3 y 235 KN). La tabla siguiente reúne los resultados de las cuatro simulaciones: Tamaño de Numero de Capacidad de Capacidad de Fuerza de cierre lote cavidades Plastificación inyección ,3 g/s 68,9 cm 3 70,4 KN g/s 110 cm KN ,5 g/s 200 cm KN ,8 g/s 290 cm KN Ilustración 13: Resumen de las simulaciones de tamaño de lote 10

12 4. Selección de máquina inyectora Las varias simulaciones precedentes permiten anotar las características ideales de la maquina inyectora la más adecuada para producir nuestra pieza de plástico. La hoja con las características de las inyectoras se puede encontrar en anexa 1. La tabla siguiente presenta las características de las maquinas: Modelo (Battenfeld) Capacidad de Capacidad de Fuerza de cierre Plastificación inyección HM 40/60 (14) 1,7 (1,9) g/s 13,9 cm KN HM 100/210 (25) 13,1 (15,6) g/s 73,6 cm KN HM 210/525 (35) 31 g/s 193 cm KN Ilustración 14: Resumen de la hoja de características de las maquinas inyectoras Gracias a las tablas precedentes (ilustraciones 12 y 13), podemos ver que la inyectora HM 100/210 (25) sería la maquina óptima para producir piezas (Capacidad de plastificación largamente superior, fuerza de cierre claramente superior y capacidad de inyección que corresponde perfectamente. Por lo contrario, si queremos producir lotes de o piezas, la maquina optima seria la HM 210/525 (35), cuyo las características corresponden bien a las características recomendadas. (Por el lote de sería bien hacer un estudio más preciso para ser seguro que la capacidad de inyección de la maquina no es un poquito más debajo de lo que necesita). Para producir un lote de piezas, ninguna de las maquinas del documento será útil. En efecto, la capacidad máximum de inyección es de 193 cm 3 mientras que por este lote necesitaría 290 cm 3. 11

13 Tabla de ilustraciones Ilustración 1: Forma general de la pieza... 2 Ilustración 2: desplazamientos sobre la pieza con una fuerza de 80Kg sobre su perímetro... 3 Ilustración 3: Tensión sobre la pieza con el peso de 80Kg sobre el perímetro... 3 Ilustración 4: Estudio de los desplazamientos en la pieza... 4 Ilustración 5: Estudio de la tensión sobre la pieza... 4 Ilustración 6: Resumen de la simulación de inyección... 5 Ilustración 7: Resumen de la simulación del coste unitario de la pieza... 7 Ilustración 8: Simulación de un lote de piezas... 8 Ilustración 9: Simulación de un lote de piezas... 9 Ilustración 10: Simulación de un lote de piezas... 9 Ilustración 11: Simulación de un lote de piezas Ilustración 12: Resumen de las simulaciones de tamaño de lote Ilustración 13: Resumen de la hoja de características de las maquinas inyectoras

14 Anexa 1 - Datos de máquinas inyectoras 13

15 Anexa 2 - Dimensiones de la Citroën DS 14