Programa para la prevención de rebabas

En el presente artículo se describe el programa CAE denominado TIIP-Flex, que está destinado a determinar las tensiones y deflexiones que se producen en las placas portamachos de los moldes y aplicar los resultados para prevenir la aparición de rebabas como consecuencia de haberse diseñado un molde débil.

Por lo general, el análisis mecánico es algo que se obvia en la fase de diseño 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 diseño, no de ajuste, sufren un error tan indeseado como las rebabas.

Las causas de aparición de rebabas en un componente inyectado se podrían resumir en:

- falta de fuerza de cierre,

- mala programación de parámetros de transformación

- diseño débil del molde y, entre otros,

- excesiva fluidez del material y mal ajuste del molde.

De todas estas causas la que se debe al diseño de molde es la tercera. Por esta razón, al trabajar con este programa se asume que los demás supuestos citados son correctos.

Si el molde fuera débil, la presión que ejerce el polímero en la cavidad sobre la placa portamachos podría originar una deflexión grande de esta. Esto se entiende con relativa sencillez si se observa la fisonomía de un molde con sistema expulsor, dado que en este la placa aludida descansa en voladizo sustentada sobre los regles separadores.

Si esta deflexión es elevada podría llegar a separarse la placa portanúcleos de la portacavidades en alguna zona de la línea de partición. Se obtendría un agujero o paso que, de ser grande, permite el fluir del plástico a través suyo y provocar la rebaba.

Por tanto, para evitar esta rebaba debe echarse mano de una serie de recursos como:

- emplear una placa más gruesa,

- añadir placa de apoyo o sufridora,

- aumentar el tamaño de los regles separadores o

- emplear pilares soporte.

2. Descripción física

Tal y como se ve en el diagrama de flujo, el programa sigue un método de trabajo en el cual, en primer lugar, debe realizarse la entrada de datos acerca de la geometría y condiciones de sustentación de la placa, así como de la fisonomía 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 presión del plástico 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 geometría de placa y carga según la simetría a un cuarto, el espesor de placa y fisonomía (rectangular uniforme) y el valor de la presión (en este caso uniforme de 200 kg/cm²).

Para otras simulaciones puede escogerse otros tipos de carga: rectangular o circular o bien de distribución lineal, radial o uniforme, pero también se puede extraer de un fichero de datos generados por el programa TIIP-Flow. Este fichero contiene la información correspondiente al mapa de presiones creado durante el cálculo de la fuerza de cierre.

Las condiciones de contorno se escogen con el ratón, así como la precisión del cálculo.

Por último, 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 módulo elástico y su coeficiente de Poisson.

El ordenador permite introducir distribuciones de carga correspondientes a dos geometrías de cavidad diferentes y, como se ve en la figura 2, se muestra de forma gráfica toda la información especificada.

3. Simulación

Con la geometría introducida, el ordenador realiza un mallado automático que sirve para determinar en qué puntos de la placa se realizarán cálculos.

Figura 1 La entrada de datos se reduce a definir la geometría de la placa y carga, el espesor y fisonomía y valor de la presión.






Figura 2 La entrada de datos se reduce a definir la geometría de la placa y carga, el espesor y fisonomía y valor de la presión.






Figura 3 La entrada de datos se reduce a definir la geometría de la placa y carga, el espesor y fisonomía y valor de la presión.

Sobre esa malla se resolverán las ecuaciones correspondientes al análisis estructural de placas planas que trabajan a flexión bajo cargas en forma de presión. Estas ecuaciones se encuentran resumidas en las publicaciones del investigador Ugural.

Para la resolución de estas ecuaciones se ha aplicado un método en diferencias finitas como el estudiado por Salvadori y Baroni sobre el cual se ha introducido la aproximación de trabajar con simetría al cuarto, con el objeto de disminuir los requerimientos de memoria del ordenador.

4. Análisis de resultados

Sobre la geometría anteriormente citada se realizan diferentes simulaciones de cálculo. 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 método de cálculo por elementos finitos. En los gráficos de la figura 3 se puede observar cómo cualitativamente los resultados son idénticos entre ambos programas al estudiar los desplazamientos y las tensiones _x.

5. Aplicación a un caso industrial real: molde espiral

Tomando muestras de espirales inyectadas a diferentes niveles de presión se obtienen diferentes fisonomías y niveles de carga para ser simulados. Distintas observaciones muestran cómo 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 añaden dos pilares de apoyo cilíndricos. De esta manera, el cálculo realizado tendrá en cuenta que en estos puntos no existen deflexiones ya que se asume que el montaje es tal, que contraforma la placa del molde. Véase en color verde la zona de placa apoyada sobre los pilares.

El objetivo principal de este programa va más allá del cálculo de desplazamientos y tensiones. Como ya se ha comentado, se pretende prevenir la aparición de rebabas. Para ello, aparte de resultados como desplazamientos por flexión (), tensiones normales (_x y _y) y de cizalladura (_xy) y momentos flectores y torsor se incorpora una función de diseño.

Como se ve en la figura 4, es posible indagar la deflexión existente en cualquier punto de la línea de partición 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 sí son máximas en el centro, muestran una distribución distinta debido a la influencia de los pilares.

Figura 4 La entrada de datos se reduce a definir la geometría de la placa y carga, el espesor y fisonomía y valor de la presión.

En la parte de la izquierda de la figura 4 aparece el valor de deflexión de la zona de interés y, de una base de datos, se extraen los valores de deflexión admisible para las diferentes familias de termoplásticos.

La función de diseño consiste ahora en comparar la deflexión existente en el molde con el límite del material, PP en este caso. Si se supera el umbral límite, es presumible que placas macho y hembra se separen lo suficiente en la línea de partición como para que parezca una abertura por la que fluya el material dejando una rebaba. La tabla 1 permite comparar la observación del defecto con la abertura calculada.

6. Conclusión

El programa TIIP-Flex permite calcular y relacionar las deflexiones de una placa macho de molde con un defecto tan común como impredecible que son las rebabas. La virtud de este programa es lo simplificado de su manejo, así como la precisión de sus resultados, lo cual permite en unos pocos minutos diseñar adecuadamente los elementos de molde que soportan las compresiones y flexiones originadas por el plástico inyectado.