Programa para la prevenci�n de rebabas
Dise�o de moldes para inyecci�n (IV)
1. Introducci�n
En el presente art�culo se describe el programa CAE denominado TIIP-Flex, que est� destinado a determinar las tensiones y deflexiones que se producen en las placas portamachos de los moldes y aplicar los resultados para prevenir la aparici�n de rebabas como consecuencia de haberse dise�ado un molde d�bil.
Por lo general, el an�lisis mec�nico es algo que se obvia en la fase de dise�o de un molde debido a lo costoso que resulta y el corto beneficio que reporta. Sin embargo, no son pocos los moldes que, debido a un error de dise�o, no de ajuste, sufren un error tan indeseado como las rebabas.
Las causas de aparici�n de rebabas en un componente inyectado se podr�an resumir en:
- falta de fuerza de cierre,
- mala programaci�n de par�metros de transformaci�n
- dise�o d�bil del molde y, entre otros,
- excesiva fluidez del material y mal ajuste del molde.
De todas estas causas la que se debe al dise�o de molde es la tercera. Por esta raz�n, al trabajar con este programa se asume que los dem�s supuestos citados son correctos.
Si el molde fuera d�bil, la presi�n que ejerce el pol�mero en la cavidad sobre la placa portamachos podr�a originar una deflexi�n grande de esta. Esto se entiende con relativa sencillez si se observa la fisonom�a de un molde con sistema expulsor, dado que en este la placa aludida descansa en voladizo sustentada sobre los regles separadores.
Si esta deflexi�n es elevada podr�a llegar a separarse la placa portan�cleos de la portacavidades en alguna zona de la l�nea de partici�n. Se obtendr�a un agujero o paso que, de ser grande, permite el fluir del pl�stico a trav�s suyo y provocar la rebaba.
Por tanto, para evitar esta rebaba debe echarse mano de una serie de recursos como:
- emplear una placa m�s gruesa,
- a�adir placa de apoyo o sufridora,
- aumentar el tama�o de los regles separadores o
- emplear pilares soporte.
2. Descripci�n f�sica
Tal y como se ve en el diagrama de flujo, el programa sigue un m�todo de trabajo en el cual, en primer lugar, debe realizarse la entrada de datos acerca de la geometr�a y condiciones de sustentaci�n de la placa, as� como de la fisonom�a y magnitud de la carga y de los materiales involucrados.
La imagen de la figura 1 representa el espacio libre (199mm) que queda entre los regles separadores de un molde normalizado de 450x295mm. Esta placa se ve sometida a la presi�n del pl�stico introducido en el molde de 2 cavidades de 125x119mm.
La entrada de datos se reduce, como se ve en la figura 2, a definir la geometr�a de placa y carga seg�n la simetr�a a un cuarto, el espesor de placa y fisonom�a (rectangular uniforme) y el valor de la presi�n (en este caso uniforme de 200 kg/cm2).
Para otras simulaciones puede escogerse otros tipos de carga: rectangular o circular o bien de distribuci�n lineal, radial o uniforme, pero tambi�n se puede extraer de un fichero de datos generados por el programa TIIP-Flow. Este fichero contiene la informaci�n correspondiente al mapa de presiones creado durante el c�lculo de la fuerza de cierre.
Las condiciones de contorno se escogen con el rat�n, as� como la precisi�n del c�lculo.
Por �ltimo, es necesario elegir un material para el molde. El tipo de material se puede extraer de una base de datos o, de no estar presente en ella, basta con indicar su m�dulo el�stico y su coeficiente de Poisson.
El ordenador permite introducir distribuciones de carga correspondientes a dos geometr�as de cavidad diferentes y, como se ve en la figura 2, se muestra de forma gr�fica toda la informaci�n especificada.
3. Simulaci�n
Con la geometr�a introducida, el ordenador realiza un mallado autom�tico que sirve para determinar en qu� puntos de la placa se realizar�n c�lculos.
Figura 1 La entrada de datos se reduce a definir la geometr�a de la placa y carga, el espesor y fisonom�a y valor de la presi�n.
Figura 2 La entrada de datos se reduce a definir la geometr�a de la placa y carga, el espesor y fisonom�a y valor de la presi�n.
Figura 3 La entrada de datos se reduce a definir la geometr�a de la placa y carga, el espesor y fisonom�a y valor de la presi�n.
Sobre esa malla se resolver�n las ecuaciones correspondientes al an�lisis estructural de placas planas que trabajan a flexi�n bajo cargas en forma de presi�n. Estas ecuaciones se encuentran resumidas en las publicaciones del investigador Ugural.
Para la resoluci�n de estas ecuaciones se ha aplicado un m�todo en diferencias finitas como el estudiado por Salvadori y Baroni sobre el cual se ha introducido la aproximaci�n de trabajar con simetr�a al cuarto, con el objeto de disminuir los requerimientos de memoria del ordenador.
4. An�lisis de resultados
Sobre la geometr�a anteriormente citada se realizan diferentes simulaciones de c�lculo. En ellas se estudian deformaciones y tensiones para el caso de trabajar con distintos espesores de placa normalizada (27, 36, 56, 76 y 96 mm) y niveles de carga (20 y 50 Mpa).
Se han comparado los resultados que se obtienen al trabajar con un programa comercial como es Cosmos/M; el cual opera bajo el m�todo de c�lculo por elementos finitos. En los gr�ficos de la figura 3 se puede observar c�mo cualitativamente los resultados son id�nticos entre ambos programas al estudiar los desplazamientos y las tensiones x.
5. Aplicaci�n a un caso industrial real: molde espiral
Tomando muestras de espirales inyectadas a diferentes niveles de presi�n se obtienen diferentes fisonom�as y niveles de carga para ser simulados. Distintas observaciones muestran c�mo algunas de estas espirales tienen rebabas y otras no,como se resume en la tabla 1.
Al modelo de molde que se introduce en el ordenador se a�aden dos pilares de apoyo cil�ndricos. De esta manera, el c�lculo realizado tendr� en cuenta que en estos puntos no existen deflexiones ya que se asume que el montaje es tal, que contraforma la placa del molde. V�ase en color verde la zona de placa apoyada sobre los pilares.
El objetivo principal de este programa va m�s all� del c�lculo de desplazamientos y tensiones. Como ya se ha comentado, se pretende prevenir la aparici�n de rebabas. Para ello, aparte de resultados como desplazamientos por flexi�n (), tensiones normales (x y y) y de cizalladura (xy) y momentos flectores y torsor se incorpora una funci�n de dise�o.
Como se ve en la figura 4, es posible indagar la deflexi�n existente en cualquier punto de la l�nea de partici�n del molde. En la parte de la derecha aparece un mapa de desplazamientos. La carga es circular, radial y centrada en la placa. Sin embargo, las deflexiones, que s� son m�ximas en el centro, muestran una distribuci�n distinta debido a la influencia de los pilares.
Figura 4 La entrada de datos se reduce a definir la geometr�a de la placa y carga, el espesor y fisonom�a y valor de la presi�n.
En la parte de la izquierda de la figura 4 aparece el valor de deflexi�n de la zona de inter�s y, de una base de datos, se extraen los valores de deflexi�n admisible para las diferentes familias de termopl�sticos.
La funci�n de dise�o consiste ahora en comparar la deflexi�n existente en el molde con el l�mite del material, PP en este caso. Si se supera el umbral l�mite, es presumible que placas macho y hembra se separen lo suficiente en la l�nea de partici�n como para que parezca una abertura por la que fluya el material dejando una rebaba. La tabla 1 permite comparar la observaci�n del defecto con la abertura calculada.
6. Conclusi�n
El programa TIIP-Flex permite calcular y relacionar las deflexiones de una placa macho de molde con un defecto tan com�n como impredecible que son las rebabas. La virtud de este programa es lo simplificado de su manejo, as� como la precisi�n de sus resultados, lo cual permite en unos pocos minutos dise�ar adecuadamente los elementos de molde que soportan las compresiones y flexiones originadas por el pl�stico inyectado.
