Caso de Estudio: Optimización del Alabeo de una Pieza Automotriz

 

Optimización de la Deformación de la Pieza del Cartucho del Techo del Automóvil

Perfil del Cliente

Compañía: NetShape / Shape Corp
País: India

Industria: Automotriz

Solución: Moldex3D Professional, Designer BLM, Fiber

Shape Corp. es líder mundial en sistemas de manejo de energía de impacto, que protegen a los ocupantes, peatones y vehículos. Con sede en Grand Haven, Michigan, EEUU, Shape Corp. es un proveedor de servicio completo que ofrece el diseño, la ingeniería, las pruebas y la fabricación de soluciones en plástico y metal en América del Norte, Europa y Asia.

Resumen
Para cumplir con las necesidades de reducción de peso de las partes para vehículos, la industria automotriz ha reemplazado la mayoría de las piezas de acero por piezas de plástico. El problema principal para este tipo de piezas de plástico es la deformación causada por su tamaño y el grosor. En este caso, el método de Shape para el rediseño la pieza y reducir la deformación se basa en la técnica de deformación inversa. Las soluciones de Moldex3D les permiten predecir y resolver la deformación al exportar el modelo inverso desde el software para que los fabricantes de herramentales puedan compensar las deformaciones que son inevitables en el molde. Se muestra la pieza en la Fig. 1.

Fig.1 - Pieza del cartucho del techo del automóvil

Retos

* Reducir la deformación dentro del rango y mantener la tolerancia del ensamblaje de piezas.

* La deformación en las zonas de ensamble de la geometría era de aproximadamente 15 a 18 mm, lo que era inaceptable.

Soluciones
Debido a las limitaciones existentes para la modificación de la parte, Shape tenía muy poco margen de acción para disminuir el alabeo. Por lo tanto, Shape escogió "pre-distorsionar" la pieza para reducir el alabeo global.

Beneficios

* Se disminuyó el tonelaje de la máquina

* Se evitó el problema de ajuste

* Se redujo el alabeo

* Mejoró la productividad general

Caso de Estudio

El propósito principal de este caso era resolver el problema de alabeo de la pieza del cartucho del techo del automóvil. Este producto tiene requisitos específicos en la precisión dimensional de la parte terminada, y múltiples puntos o zonas necesitan ser ensambladas con otras piezas (Fig. 2).

Fig.2 - Producto Final Ensamblado

En primer lugar, en el diseño original, el alabeo en Z mostraba un desplazamiento positivo de unos 8 mm y otro negativo de unos 14 mm. Se demostró que la deformación total era de aproximadamente 2,52 a 15,20 mm (Fig. 3). Usando el modelo deformado obtenido en la simulación para compararlo con el modelo CAD para validación, la distancia entre la pieza CAD original y la parte alabeada del producto simulado fue de aproximadamente 14,35 mm, como se muestra en la Fig. 4.

Fig.3 - Desplazamiento total en el diseño original

Fig.4 - Comparación del modelo CAD original y el modelo alabeado simulado

En segundo lugar, utilizando los resultados del análisis de alabeo de Moldex3D, se realizó la compensación del molde con el método de alabeo inverso y se cambió el diseño geométrico para corregir el problema de alabeo. El proceso fue el siguiente: exportar el modelo deformado directamente desde Moldex3D, convertir el archivo STL a archivo STEP en un software específico para ello y luego invertir la dirección de deformación en el mismo programa, para importar de vuelta a Moldex3D el nuevo modelo, como se muestra en la Fig. 5. para posteriormente, realizar la simulación en Moldex3D con las mismas condiciones de proceso.

Fig. 5 - Verde: modelo alabeado obtenido en Moldex3D; azul: modelo con deformación opuesta al alabeo obtenido en la simulación.

Los resultados obtenidos en el modelo de alabeo opuesto se muestran en la Fig. 6. Se observa un desplazamiento total por alabeo de entre 2.19 y 12.85 mm, el cual es un rango similar al obtenido en la prueba de la pieza/ prototipo original.

Fig. 6 - Desplazamiento total en el modelo con deformación opuesta al alabeo

Finalmente, a través del nuevo modelo resultante, el equipo de Shape alineó los modelos de deformaciones originales y opuestos; antes y después de la deformación, como se muestra en la Fig. 7. El amarillo representa el modelo de pieza original, el verde representa el modelo deformado obtenido de la simulación de la pieza original, el azul representa el modelo obtenido luego del proceso de deformación de alabeo opuesto, y el magenta representa el resultado de deformación obtenido del modelo previamente predeformado con el alabeo opuesto, luego de corrida su simulación. El éxito de la tecnología de predeformado para resolver el problema de alabeo del producto, se evidenció también durante el moldeo real, logrando reducir el alabeo de 18 mm a 3 mm como se muestra en la Fig. 8.

Adicionalmente, en la Fig. 9 se observa la comparación entre la simulación y el producto real. Como se muestra, el aire atrapado y el frente de flujo son muy similares entre la pieza real y los resultados de la simulación.

Fig. 7 - Comparación entre la pieza original y las piezas con alabeo inverso u opuesto

Fig. 8 - Comparación de alabeo entre el diseño original de la pieza y la pieza obtenida con la técnica de pre-alabeo

Fig. 9 - Comparación entre la simulación y el producto real (a) frente de flujo; (b) aire atrapado.

Conclusiones

Moldex3D ayudó a Shape Corp. a detectar la deformación de la pieza y, a través de su estudio, lograron reducir exitosamente la deformación general y cumplir con un estándar aceptable de diseño. Por lo que, pudieron producir piezas calificadas en la primera prueba (T0) y reducir considerablemente el tiempo y los costos generados por el retrabajo de moldes y herramientas.

Caso de Estudio: Utilización del Perfil de Deformación Inversa

Resolviendo Problemas de Deformación Mediante el Perfil de Deformación Inversa

Perfil del Cliente

Compañia: Universidad de Tecnología de Eslovaquia - Facultad de Ciencia y Tecnología de Materiales (MTF STU por su siglas en inglés)
País: Eslovaquia

La Facultad de Ciencia y Tecnología de Materiales en Trnava es una parte integral de la Universidad de Tecnología de Eslovaquia en Bratislava. Los 30 años de existencia de la facultad se ha justificado por su investigación precisamente definida en las áreas de Ciencias Metalúrgicas, Ingeniería Mecánica y Tecnologías de Producción, así como sus perfiles pedagógicos.


Resumen
Uno de los mayores desafíos de la inyección de piezas de paredes gruesas es la precisión dimensional. En este proyecto, gancho plástico (Fig. 1) componente automotriz, salió deformado en la primera prueba. Sin embargo, el problema de alabeo aún existía después de ajustar los parámetros del proceso.

El equipo de la MTF STU utilizó Moldex3D para ayudar al fabricante del molde a explorar las causas de la deformación y las soluciones viables. Como resultado, el fabricante pudo determinar la mejor solución posible para resolver el problema de alabeo optimizando el diseño del molde basado en los resultados del análisis de Moldex3D, evitando re-trabajos innecesarios.

Fig. 1 Gancho Plástico.

Retos
* Reducir y controlar la deformación excesiva.
* Explorar soluciones viables en poco tiempo.

Soluciones
El equipo de la MTF STU utilizó Moldex3D para ayudar al fabricante de moldes a explorar posibles soluciones y determinar que la mejor solución era modificar el molde tomando como base el resultado del análisis de deformación (Warp Analysis).

Beneficios
* Cumplir con las especificaciones dimensionales
* Evitar costosos errores y re-trabajos en los moldes
* Acortar el proceso de resolución de problemas

Caso de Estudio
Durante la fabricación de piezas de paredes gruesas, el mayor problema es lograr la precisión dimensional requerida del producto. En este estudio, el objetivo era resolver el problema de deformación de un gancho plástico.
La tolerancia de dimensión de esta pieza es de ± 1,5 mm y el diseño original tenía una deformación de 1,86 mm en la curva exterior de la región del gancho (Fig. 2).

Fig. 2 Izquierda: diseño original. Derecha: ubicación de la zona con excesivo alabeo

El procedimiento general en estos casos es optimizar los parámetros del proceso. Sin embargo, aunque los parámetros del proceso se han modificado varias veces, ninguno de estos cambios conduce a una mejora del resultado de alabeo. Por lo tanto, el fabricante de moldes solicitó a la MTF STU que verificara todas las soluciones disponibles utilizando las simulaciones en Moldex3D.

En consecuencia, se elaboró ​​el plan de las tareas a seguir para la investigación utilizando Moldex3D:

* Verificación del rediseño del sistema de refrigeración.
* Verificación de la aplicación de la tecnología de moldeo por inyección asistida por gas (GAIM).
* Rediseño de la cavidad del molde para cumplir con las tolerancias geométricas y dimensionales requeridas de la pieza moldeada.


(1) Verificación del Rediseño del Sistema de Refrigeración
En este paso, se evaluó el rediseño del sistema de enfriamiento en Moldex3D y se agregaron varios canales de enfriamiento y fuentes (también conocidas como bubblers en inglés) a la base del molde (Fig. 3, 4). Sin embargo, no pudo ayudar a resolver el problema de la deformación. Los resultados del análisis de enfriamiento mostraron que el sistema de enfriamiento original era lo suficientemente efectivo y no era necesario agregar canales adicionales.

Fig. 3 Sistema de enfriamiento original

Fig. 4 Sistema de enfriamiento modificado con fuentes (bubblers)

(2) Verificación de la aplicación de la tecnología de moldeo por inyección asistida por gas (GAIM).
En general, para resolver el problema de deformación en diseños de paredes gruesas, la tecnología GAIM se puede aplicar con éxito.
Se simularon varias opciones de inyección de gas en la cavidad (Fig. 5). Sin embargo, como mostraron los resultados de las simulaciones, ninguna de las alternativas de inyección analizadas logró un flujo de gas óptimo dentro de la cavidad (se produjo el efecto de fingering), por lo que las fases de llenado / empaquetamiento / enfriamiento no estaban lo suficientemente balanceadas, y para optimizar este proceso se requeriría otra modificación significativa del molde.

Fig. 5 Gas inyectado vía (a) Canales de Alimentación, (b) Entrada Izquierda, (c) Entrada Derecha, (d) Frente del Gancho

(3) Rediseño de la cavidad del molde para cumplir con las tolerancias geométricas y dimensionales requeridas de la pieza moldeada.
De acuerdo con los resultados de las simulaciones realizadas, el fabricante de moldes acordó rediseñar la cavidad, sin embargo, no en la forma del enfoque convencional donde las paredes de la pieza y los nervios o nervaduras se reorganizan y los contornos exteriores de la parte se mantienen como originales, sino rediseñando solo la geometría crítica de acuerdo con el perfil de alabeo inverso tomando como referencia el resultado de deformaciones obtenido en Moldex3D (Fig. 6).

Fig. 6 Procedimiento de rediseño de la cavidad: diseño original del molde (gris) y diseño del molde con el perfil inverso de alabeo (azul)

Obteniendo una Mejora Relevante del Producto Final
Ahora las dimensiones requeridas del gancho automotriz se han logrado mediante el rediseño del molde (Fig. 7). La comparación de la dimensión medida en la Tabla 1 presenta la evidencia de los resultados obtenidos.

Fig. 7 Verificación de resultado de alabeo: (a) Pieza Original，(b) Pieza Final Luego de Rediseño de Cavidad con Alabeo Inverso

Sample	Tolerance	Max. Deviation at Front of Hook
Original Cavity Design with one Cavity Gate	± 1.5 mm	+1.86
Cavity Redesign in Reverse Warp Profile	± 1.5 mm	+0.47

Tabla 1. Desviaciones Máximas

Conclusiones
Este estudio demuestra cómo Moldex3D puede predecir problemas de deformación de piezas de paredes gruesas, cómo encontrar una solución óptima para solucionar éstos  problemas utilizando el resultado de perfil de alabeo inverso como compensación del molde para lograr las tolerancias dimensionales y geométricas requeridas de la pieza fabricada, por lo tanto, para resolver problemas de deformación.

Ahorre Tiempo e Incremente su Productividad Imprimiendo sus Moldes de Inyección

	Peel Adopta la Impresión 3D para Desarrollar Moldes de Inyección
	La Tecnología le permitió a la empresa brasileña lograr significativas reducciones de costos y tiempo de producción de prototipos para moldes de inyección.
	El moldeo por inyección es un gran mercado, pero existen escenarios en los que la fabricación aditiva puede reducir costos y plazos de entrega tanto para herramientas como para el desarrollo de productos y producción a pequeña escala. La tecnología hace posible que las empresas que desarrollan productos a través de moldeo por inyección reduzcan el tiempo y el costo del proceso de prototipado, además de aumentar su ventaja competitiva al desarrollar de forma más rápida los moldes y herramientas con costos más bajos. Peel Projetos de Produtos, de Esteio, RS, empresa especializada en la fabricación de moldes de inyección para la industria plástica, está alineada con dicho concepto desde el año 2017  ya que en esa fecha es cuando empieza a utilizar las impresoras 3D de Stratasys. La empresa es pionera en Brasil en relación al uso de la tecnología de molde impreso en 3D, lo cual permite acelerar el proceso de prototipado de piezas y productos producidos en los materiales finales. Con el uso de la impresora 3D Stratasys de tecnología PolyJet, los moldes creados con el material ABS Digital se pueden imprimir directamente para producir tirajes pequeños. La cantidad de piezas producidas dependerá de los materiales que serán inyectados, de las formas geométricas y de las condiciones de presión y temperatura a las que serán sometidos los moldes. La gran ventaja es poder realizar ajustes e incluso reimpresión de moldes de un día para el otro, hasta la validación de las cavidades de inyección y de los productos con el material final. Después de validar las cavidades, las formas geométricas y las características, es posible iniciar la producción final de los moldes mecanizados con la garantía de que no serán necesarios más ajustes o reprocesos. Christian Gerber Mello, Socio Director de Peel, explica que la adopción de la impresora 3D permitió que la empresa pudiera validar los proyectos con los clientes, incluso en la fase de desarrollo. Sólo hasta ese momento es cuando se imprimen los moldes y se inyectan las piezas, y en caso de que haya que realizar cualquier cambio o ajuste, basta con modificar el proyecto en el software CAD 3D, imprimir nuevamente y volver a realizar la validación. En el pasado, cualquier modificación tenía que realizarse directamente en el molde final ya mecanizado. “En algunos casos obtuvimos una reducción de hasta R$50 mil (~ 12.000 USD) en cada modificación que dejamos de realizar en el equipo. También tuvimos una reducción promedio del 80% en el tiempo de producción del molde, en comparación con los métodos tradicionales”, explica Mello. El empresario comenta que la empresa obtuvo el retorno del monto de la inversión hecha en la impresora 3D aproximadamente en un año gracias al aumento del volumen de proyectos. “La impresión 3D nos permitió obtener un mayor número de clientes y proyectos simultáneos. Además, nuestros clientes adquirieron el beneficio de poder colocar sus productos en el mercado en un tiempo mucho menor”, explica Mello. La primera impresora 3D fue instalada en el 2017 luego de realizar investigaciones de mercado y visitas a empresas que utilizaban la tecnología en Alemania. Una de las principales actividades que Peel realiza con el equipo es la fabricación de moldes impresos. La impresión 3D permite obtener un molde piloto con las formas geométricas y tamaños deseados para el producto final, pero con una disminución en los costos de aproximadamente un 70%. “Esto es lo que nos distingue. El ser pioneros nos llevó a participar en eventos, conferencias y cursos sobre fabricación aditiva en dos universidades de la región Sur del País”, explica Mello.

Conozca Cómo Mejorar el Rendimiento de sus Piezas Fundidas Simulando su Proceso de Fundición

	INDUSTRIA Automotriz RETO Simulación de fundición en molde permanente, análisis de resultados y optimización de diseño para el pasador de cerradura de automóvil. SOLUCIÓN Emplear solidThinking Click2Cast para realizar pruebas y optimizar con el fin de crear una parte sólida y rediseñada. RESULTADOS • Optimización de la velocidad de inyección para eliminar la turbulencia debida al atrapamiento del aire. • Predicción de la zona crítica (o ubicación de la porosidad) de manera precisa en la parte para ayudar en la modificación apropiada del diseño. • Reducción de la porosidad de 0,45 mm3 a 0,03 mm3.
	"Hemos visto ahorros significativos de tiempo y costos al utilizar Click2Cast: € 5,000-10,000 y 3 semanas para pruebas reales vs. € 500-600 y 1 día de simulaciones en Click2Cast". Ahmed EL ABIDI Gerente de CAE y Experto Senior, U-Shin
	PERFIL DEL CLIENTE
	U-SHIN es un fabricante mundial de piezas automotrices, especializado en dispositivos de sistemas automotrices y mecatrónica. Su línea principal de productos incluye juegos de cerraduras, cerraduras electrónicas de columna de dirección, paneles de control de climatico, pestillos de puertas, entrada sin llave, manillas de puertas, interruptores, sistemas de cierre de energía y módulos de acceso trasero. La experiencia de U-Shin abarca desde el diseño de maquinaria mecánica hasta la ingeniería electrónica y el software, ofreciendo soporte completo desde el desarrollo y diseño de varias piezas y sistemas hasta la fabricación.
	Muchas de las piezas y accesorios automotrices que produce U-Shin se fabrican con zamak, una aleación con zinc como metal base. "En la fundidora de U-Shin se producen aproximadamente 10 toneladas de zamak por día, siendo uno de los centros de fundición más grandes de Europa", afirma Ahmed EL ABIDI, gerente de CAE y Experto Senior de U-Shin. U-Shin se enorgullece de ser uno de los líderes mundiales en la realización de fundición a alta presión con zamak. Con el desafío de generar más de 100 moldes por año, U-Shin reconoce que la optimización de estos herramentales, así como el diseño y el proceso de fabricación, no solo reduce el tiempo y el costo, sino que también es un factor clave para brindar a sus clientes las soluciones confiables que esperan y que demanda la industria automotriz.
	SOLIDTHINKING CLICK2CAST EN EL PROCESO DE SIMULACIÓN DE FUNDICIÓN
	Comprender el flujo y las características de material del zamak es crucial para producir una pieza de calidad y confiable. Ser capaz de simular, observar y tener una mejor visión de este material es uno de los muchos beneficios que U-Shin ha visto al implementar el software de simulación de fundición Click2Cast de SolidThinking. "Al utilizar Click2Cast, podemos comprender mejor el flujo de zamak e identificar las causas y la ubicación de las porosidades", señala Ahmed. Con la extensa base de datos de materiales que ofrece Click2Cast, compañías como U-Shin pueden simular el proceso de fundición para varias piezas sometidas a diferentes requerimientos de carga. Uno de los proyectos más recientes de U-Shin involucró el análisis de falla de un pasador de cerradura automotriz y el rediseño de la pieza en base a los resultados de la simulación en Click2Cast. El punto de falla en el pasador se produjo durante la prueba de vibración.
	"Al realizar la prueba de vibración, el movimiento de deslizador fue bloqueado por el cuerpo de zamak, lo que hizo que el pasador no recibiera la cantidad adecuada de impactos y se rompiera", explica Ahmed. Después de ejecutar una simulación en Click2Cast y una prueba experimental, quedó claro que el área de rotura ocurrió donde apareció la porosidad en la simulación de fundición. Ahmed señaló: "Una vez que pudimos identificar este punto de falla, podríamos rediseñar la pieza y eliminar toda la porosidad de la zona crítica".
	Original Modificada Mejora en el Producto     Mejora en el Proceso Reducción de Porosidad Sección Crítica
	¿QUE SIGUE?
	U-Shin continúa empleando Click2Cast en varios proyectos automotrices. Al utilizar Click2Cast, U-Shin puede anticipar, modificar y mejorar un diseño lo cual le permite a la compañía proporcionar la calidad y la solidez que sus clientes exigen en sus partes. Ahmed afirma: "En lo que respecta a los proyectos futuros, U-Shin planea trabajar con el equipo de Click2Cast para explorar y desarrollar otras funcionalidades de la herramienta, como la malla adaptable, el cálculo de esfuerzos y la optimización térmica".
	ACERCA DE U-SHIN LTD.Fundada en 1926, U-Shin Ltd. es un proveedor de partes automotrices que brinda soluciones confiables e innovadoras para satisfacer las expectativas de los clientes más exigentes del mundo. U-Shin Ltd. se especializa en el desarrollo de productos, diseño, fabricación y venta de productos mecánicos y sistemas y componentes eléctricos, además de diversos dispositivos de sistema y máquinas de control.

Optimice el Diseño de sus Productos Soplados Simulando con B-SIM

	Caso de Estudio: Optimización del Diseño de un Tanque de Agua
	Este ejemplo demuestra que B-SIM funciona como una herramienta de optimización para el diseño de nuevos productos. La pieza, un tanque de agua para automóviles, es producido a través del moldeo por extrusión-soplado. Este caso de estudio fue tomado de la tesis de PhD “Prozess-Simulation des Extrusionsblasformens von Kunststoffhohlkörpern (Proceso de optimización de piezas plásticas huecas por extrusión soplado)” Peter Gust, Fachbereich Maschinentechnik der Universität Siegen, Alemania.
	Tanque de Agua – Optimización del Diseño
	En este caso de estudio el objetivo es la optimización del diseño de un tanque de agua, utilizado en automóviles. El espesor mínimo final de pared requerido fue de 0.8 mm. Además, las dimensiones del tanque tenían que ajustarse dentro del espacio disponible en el auto.  La figura a continuación presenta la pieza moldeada. El tanque tiene orificios en uno de sus lados, con el fin de sostener una bomba y un sensor de llenado. En el tope, existe una apertura para permitir su llenado. La pieza está hecha de PEAD. Figura 1. Modelo del tanque de agua a producir.
	Geometría CAD 3D del tanque y las herramientas
	En la siguiente figura, a la izquierda, se presenta el modelo CAD del tanque, tal y como fue diseñado para encajar en el espacio disponible en el auto. El modelo fue creado desde un archivo IGES, entregado por el fabricante del vehículo. A la derecha, hay una pieza móvil que permite formar el hueco para una bomba y un sensor. Esta parte está representada por una herramienta independiente en B-SIM.      Figura 2. Diseño CAD de la pieza (izquierda) y de la herramienta para abrir los orificios (derecha).
	Simulación - Soplado sin Asistentes
	Se realizó la primera simulación sin la pieza móvil que forma los orificios. Esta simplificación resultó en una gran red donde el material no alcanzó a tomar la forma real del molde, tal y como se puede observar en la siguiente figura.
	Figura 3. Resultados de la primera simulación, sin la herramienta para orificios.
	Este problema con la red fue resuelto a través de un pequeño cambio o modificación de la superficie divisoria. Luego, los resultados de una nueva simulación permitieron analizar la diferencia de espesores en la pieza. En la siguiente figura, la escala de espesores se estableció en un rango desde 0.6 a 1.0 mm, para resaltar las áreas críticas. A la derecha, se señala el área que no logró ser llenada, donde la pieza no logró conformarse por completo.
	Figura 4. Resultados de la segunda simulación, presentando las áreas incompletas.
	Empleando una escala de colores, se facilita determinar las áreas con espesores críticos en la pieza. A lo largo del borde de la pared de 0.8 mm de espesor, se asignó una línea de corte. La siguiente figura muestra (de izquierda a derecha) primero la geometría de la pieza original, luego el resultado de espesor de pared obtenido en la simulación y finalmente la geometría modificada de donde han sido removidas las partes de la pieza con paredes demasiado delgadas.
	Figura 5. Resultados de la segunda simulación, presentando las áreas incompletas.
	Simulación - Soplado con Herramienta
	El diseño del tanque fue modificado en CAD y nuevamente ingresado en B-SIM. El resultado de esta nueva simulación se presenta en la siguiente figura. Cabe resaltar, luego de haber observado los resultados, que el espesor final de pared no llega a estar por debajo del límite establecido de 0.8 mm.
	Figura 6. Tercera simulación de la pieza, en base a la geometría modificada.
	El último paso por seguir es realizar la simulación considerando la pieza móvil que forma los orificios mencionados anteriormente. Una vez cerrado el molde, la pieza se mueve dentro de la cavidad y forma el orifico. Tres etapas del movimiento se presentan en la siguiente figura.
	Figura 7. Movimiento en tres etapas de la herramienta independiente.
	La simulación permitió comprobar que el espesor final de pared satisface el criterio de mínimo espesor de 0.8 mm, siempre que se emplee la herramienta móvil para los orificios. El uso de esta pieza móvil funciona a la perfección siempre y cuando esta se mueva dentro de la cavidad una vez que se cierre el molde. En este ejemplo, la geometría final de la pieza fue optimizada y los resultados se emplearon como base para la modificación de la herramienta original.     Sin haber realizado este estudio de simulación, el molde original tendría que haber sido modificado varias veces o incluso ser fabricado una vez más para lograr cumplir el criterio de diseño del mínimo espesor. Al momento en que se comparan estos costos, la simulación computarizada representa 1/6 del costo del molde en este caso. Además, el tiempo dedicado a la simulación es insignificante al momento en que se compara con el tiempo requerido para las modificaciones del molde (siendo el caso de ser necesarias). Esto indica que, empleando un software de simulación para la optimización del diseño de piezas, se ahorra más dinero y tiempo.

Descubra Cómo Disminuir los Costos de Fabricación de sus Moldes de Inyección Simulando con Moldex3D

Moldex3D Exitosamente Disminuyó los Costos de Fabricación de Chi Lin Technology
	Perfil del Cliente Chi Lin Technology fue fundada en 1964 y es una de muchas compañías subsidiarias del Grupo Chi-Mei. Su mezcla de productos inició con productos relacionados con películas de PE y luego se fue expandiendo hasta incluir plásticos compuestos con color y materiales compuestos. Chin Li ha estado jugando un rol importante en el campo de los “materiales plásticos procesados”, en Taiwán, por más de 40 años. (Fuente: www.chilintech.com.tw)
	El Reto Cumplir con los estrictos requisitos de espesor; no se permiten rebabas ni polvo o impurezas.
	La Solución Un nuevo diseño con un incremento del espesor en dos áreas delgadas ha sido propuesto como la solución a los problemas del diseño original. * El fenómeno de vacilación de flujo ha sido solventado. * Se redujeron la presión en el bebedero y la fuerza de cierre. * Los esfuerzos fueron reducidos. * Se mejoró el alabeo de la pieza.
	Beneficios Clave Los resultados demostraron que Moldex3D no solamente reduce los costos de investigación sino que conlleva a un mejor manejo del tiempo y a la calidad del producto. Desde 2002, Chin Lin exitosamente ha empleado Moldex3D para desarrollar más de cientos de productos, y los resultados han demostrado que Moldex3D no solo ayuda a reducir los costos de investigación y desarrollo, sino que también mejora la gestión del tiempo y la calidad del producto. Lee Mao-Song, President of Chi Lin Technology Co. En años recientes, Chi Lin ha expandido su negocio precisamente dentro de la industria del moldeo por inyección. Esto les ayuda a producir un amplio rango de productos plásticos, incluyendo componentes claves en el mercado TFT-LCD. Para cumplir diversos requerimientos de este tipo de productos las geometrías de la pieza suelen ser muy complicadas. Además, el costo del producto y su eficiencia hacen que el desarrollo y el diseño de los moldes sean aún más complejos. Hoy en día, la ligereza, delgadez, y los grandes tamaños son los requerimientos básicos de los productos TFT-LCD. Para los fabricantes, siempre es un gran reto el cumplir estos estándares. En 2002, Chi Lin adoptó la técnica de análisis por simulación en Moldex3D para determinar la viabilidad de los planes de diseño del producto, en las primeras etapas del proceso de desarrollo.
	Moldex3D Puede Detectar Fallas en Diseños Originales La muestra en discusión es un substrato plástico TFT-LCD. La planitud requerida debe mantenerse menor a 1.5 mm, y los problemas con rebabas y polvo se deben evitar a toda costa. Existen dos problemas con el diseño: excesiva presión de inyección que puede resultar en esfuerzos excesivos que, a su vez, inducen a problemas de deformación (alabeo) y, por otro lado, las rebabas aparecen a razón de fuerza de cierre insuficiente.
	(1) Fenómeno de Vacilación Para entender mejor el desarrollo de este producto, el comportamiento durante el llenado es examinado numérica y experimentalmente a través de una investigación por disparos cortos. Las figuras 1 y 3 muestran los resultados de la simulación y las figuras 2 y 4 muestran resultados experimentales del diseño original. Obviamente, tanto la predicción numérica como la verificación experimental están en un buen acuerdo. Los resultados, además, indican que la vacilación ocurre en la porción central de la pieza. Estas figuras también muestran la distribución del frente de flujo y la ubicación de las líneas de flujo. Además, considerando el avance del frente de flujo, el llenado de las cavidades puede observarse todo el tiempo, permitiendo que la ubicación de las líneas de soldadura y las trampas de aire se puedan predecir. Mientras tanto, el fenómeno de disparo corto puede ser estimado y esto ayuda a los usuarios a identificar dónde las ventilaciones deben de ser colocadas.
	Fig. 1 Predicción del frente de flujo del diseño original. Fig. 2 Muestra por disparo corto del diseño original. Fig. 3 Predicción del frente de flujo del diseño original.
	Fig. 4 Muestra por disparo corto del diseño original. Fig. 5 Frente de flujo vista iso-contorno del diseño original.
	(2) Fuerza de Cierre Muy Alta A continuación, se presentan las curvas de presión en el bebedero y la fuerza de cierre (figuras 6 y 7, respectivamente). La presión en el bebedero alcanzó un valor máximo de 114 MPa, mientras que la fuerza de cierre llegó hasta 1200 toneladas. Estas curvas pueden ser usadas para monitorear el comportamiento de la presión y la fuerza de cierre necesaria durante las fases de llenado y compactación. Asimismo, la presión en los canales y entradas pueden ser determinadas. Por lo tanto, la presión estimada puede indicar a los usuarios un valor de referencia para el diseño de los canales y del molde.
	Fig. 6 Curva de la presión en el bebedero. Fig. 7 Curva de la fuerza de cierre.
	(3) Esfuerzos Muy Altos A continuación, se presenta la distribución de esfuerzos de corte del diseño original (figura 8). Claramente, ha sido demostrado que altos esfuerzos (>1 MPa) son factores clave en el alabeo de las piezas inyectadas. En general, no deberían de ser mayores a 0.5 MPa.
	Fig. 8 Distribución de los esfuerzos de corte.
	(4) Serios Problemas de Deformación (Alabeo) La figura 9 presenta la distribución del desplazamiento por alabeo de la pieza, por un rango entre 1.46~1.56 mm en el eje Z. Este resultado muestra que el alabeo es bastante crítico y no concuerda con los criterios iniciales.
	Fig. 9 Predicción del alabeo en la dirección del espesor (eje Z).
	Confrontando los Problemas, Obteniendo una Mejora Relevante del Producto Final El problema principal con el diseño original es que existen dos áreas delgadas en la pieza. Por lo tanto, el diseño revisado fue propuesto con un incremento de espesor en esas áreas problemáticas.
	(1) Resolución del Fenómeno de Vacilación El siguiente conjunto de figuras (fig. 10~14) donde se presentan el frente de flujo simulado y la prueba real en el molde, claramente indican que el problema con la vacilación fue resuelto exitosamente.
	Fig. 10 Predicción del frente de flujo del diseño modificado. Fig. 11 Muestra real por disparo corto del diseño modificado. Fig. 12 Predicción del frente de flujo del diseño modificado.
	Fig. 13 Muestra real por disparo corto del diseño modificado. Fig. 14 Iso-contorno del frente de flujo del diseño modificado.
	(2) Reducción de la Presión en el Bebedero y Fuerza de Cierre Como se presenta a continuación, el esfuerzo disminuyó a 89 MPa (1 MPa = 9.8 Kg/cm2) y la fuerza de cierre requerida decreció hasta 920 Ton (figuras 15 y 16, respectivamente).
	Fig. 15 Diseño modificado: curva de registro de presión en el bebedero. Fig. 16 Diseño modificado: curva de registro de la fuerza de cierre.
	(3) Esfuerzos Reducidos La siguiente figura presenta la distribución de esfuerzos de corte para el diseño modificado. Estos esfuerzos son menores que 0.5 MPa en toda el área presentada. Claramente, la porción con altos esfuerzos de corte del diseño original fue removida.
	Fig. 17 Distribución de esfuerzos de corte del diseño modificado.
	(4) Mejora del Problema con el Alabeo Finalmente, la distribución del alabeo en la dirección del espesor de la pieza se presenta en la figura 18. La magnitud del alabeo se encuentra controlada entre ~0.52 y 0.56 mm. Obviamente, se pudo observar una gran mejora en cuanto al problema de deformación.
	Fig. 18 Distribución del alabeo en la dirección del espesor de la pieza (eje Z). Fig. 19 Diseño original (arriba) y diseño modificado (abajo).
	Ahorre Tiempo y Dinero Empleando Moldex3D para ejecutar simulación numérica para el diseño de productos y su desarrollo, Chi Lin puede solventar problemas cruciales en el momento justo. De este modo, se han disminuido los costos de producción y la competencia ha aumentado. El presidente de Chi Lin Technology Co., el sr. Lee, indicó que: “Desde los últimos años, la competencia en el mercado de monitores TFT-LCD se ha vuelto extremadamente feroz. Conocer cómo reducir los costos de fabricación de los productos e incrementar la velocidad y la eficiencia en la línea de producción, es ciertamente un tema importante para toda industria. Por lo tanto, la implementación de la tecnología de análisis por simulación de Moldex3D puede cumplir con estos criterios. Desde 2002, Chi Lin ha empleado exitosamente Moldex3D para desarrollar más de cientos de productos, y los resultados han demostrado que el software no solo reduce los costos de investigación y desarrollo, sino que también mejora el tiempo en que se logra y la calidad del producto.”