Desarrollo de Herramientas Analíticas para Apoyar el Proceso de Diseño de Piezas Hechas de Plástico

Abstract

El uso de herramientas de ingeniería asistida por computadora (CAE) para evaluar diseños reduce problemas potenciales; porque identifican problemas que no se pueden ver a priori. Es sabido que, hoy en día, el uso de estas herramientas es un estándar para las empresas porque reducen el tiempo de introducción de nuevos productos al mercado. Cuando se hablan de herramientas CAE para el proceso de inyección de plásticos se estima que el tiempo de análisis típico para un caso particular requiere horas; y en ciertos casos hasta días. El uso de estas herramientas para realizar el diseño del producto puede encarecerse debido a que se requiere de un tiempo prolongado para desarrollar modelos validados y porque se requieren de caracterizaciones de los materiales utilizados. Debido a que el proceso de diseño con herramientas CAE en etapas tempranas de diseño es caro, diferentes autores han propuesto herramientas para reducir el esfuerzo de diseño tales como: herramientas cualitativas. Este trabajo parte del análisis de la metodología de diseño de un caso de diseño particular para proponer herramientas analíticas en aquellos cuellos de botella identificados durante el análisis, y apoyar el proceso de diseño en etapas tempranas de diseño. La herramienta propuesta en este trabajo apoyará el uso de herramientas CAE en etapas tempranas de diseño; así el CAE se utilizará en etapas tardías de diseño para validar el diseño del producto. La herramienta desarrollada sirve para predecir la deformación de las paredes de productos con forma de contenedor, así como predecir el perfil de deformación. La formulación matemática de la herramienta propuesta fue desarrollada mediante métodos energéticos; 1er. y 2do. Teorema de Castigliano. La expresión matemática fue validada con análisis de elementos finitos (ANSYS), así como con datos experimentales de casos reales y simulaciones en Mold-Flow. Los resultados del modelo desarrollado tienen un máximo de 8% de variación de las predicciones con respecto a simulaciones de ANSYS; Los resultados del modelo son del mismo orden de magnitud que los datos experimentales. Se encontró que el perfil de deformación que predice el modelo es muy similar al perfil de los casos reales. La deformación de las paredes se debe en mayor parte a la contracción térmica desde la temperatura de expulsión de la pieza hasta la temperatura ambiente.