Simulación de moldeo por inyección basado en el método de volúmenes finitos (FVM)

Resumen

Una de las principales preocupaciones en la industria de moldeo por inyección es garantizar un procesamiento eficiente de materiales y la adquisición de productos a costos razonables que reflejen sólidas economías de escalas para grandes series de producción. El tiempo de enfriamiento es una variable influyente y decisiva para la eficiencia de estas series, en ciertas condiciones de temperatura, aumenta junto con el espesor de la pieza. Por lo tanto, para cierto espesor, una baja temperatura del molde y una alta temperatura de extracción de la pieza tienen una influencia considerable en la reducción del tiempo de enfriamiento, lo que constituye un gran lapso del tiempo del ciclo de proceso: entre 80% y 85%. En este trabajo, el proceso de moldeo por inyección se simula para explorar la distribución de la temperatura y el proceso de llenado del material de un molde diseñado para hacer "etiquetas de oreja-chapetas", que se utilizan para el control visual del ganado. Como objetivo fundamental se busca identificar las variables esenciales en el proceso (tiempos de cierre y llenado del molde, presiones de inyección y empaquetamiento, fuerzas de sujeción y velocidad de inyección), así como su influencia en los tiempos de enfriamiento y la distribución de temperaturas finales del molde. Para lo anterior se establece una metodología de diseño de experimentos (DOE) basado en el diseño factorial 2k, partiendo de simulaciones basadas en el Método de Volúmenes Finitos (FVM). Este DOE, adaptado a los resultados numéricos, revela como resultado fundamental de este trabajo, las variables de estudio que son inherentes en el proceso, además de lograr su caracterización. Los resultados permitieron estudiar el comportamiento de la distribución de la temperatura en el molde, identificando como variables fundamentales a considerar en la experimentación: la temperatura inicial del molde y las interacciones comprendidas entre tiempo de enfriamiento - empaquetamiento y tiempo de enfriamiento - temperatura inicial del molde.

Palabras clave: Método de Volúmenes, Moldeo por Inyección, Tiempos de enfriamiento, Ciclo de Vida del Producto-PLM, Diseño de Experimentos, Elementos Finitos

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Acerca de los Autores

Carlos Andres Vargas Isaza, Instituto Tecnológico Metropolitano. Medellín, (Colombia)

Ingeniero Mecánico titulado de la Universidad Pontificia Bolivariana, especialista en procesos de transformación de plástico y caucho de la Universidad EAFIT, 13 años de experiencia profesional,
en el sector del plástico y caucho, desarrollando proyectos de diseño de moldes de inyección,
diseño y desarrollo de productos plásticos, docencia en materiales poliméricos y su procesamiento.
Experiencia en desarrollos de proyectos de productividad y competitividad, gestión de calidad y
energía. Competencias para la ejecución y gestión de proyectos mencionados empleando
herramientas de software CAE, gestión de proyectos, lenguajes de programación y simulación de
procesos.

Wilfredo Montealegre Rubio, Universidad Nacional de Colombia. Medellín, (Colombia)

Ingeniero Mecánico de la Universidad de Ibagué (año 2000), con maestría (año 2005) y doctorado (año 2010) en Ingeniería Mecánica de la Universidade de São Paulo. Actualmente se desempeña como profesor asociado de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín. Ha sido autor de mas de 35 productos académicos y revisor de diferentes revistas científicas internacionales como Sensors (Basel), DYNA, Mechanics Research Communications, Engineering Computations, Latin American Journal of Solids and Structure, Ultrasonics, Journal of Intelligent Materials Systems and Structures y Mechanism and Machine Theory. Tiene experiencia en Ingeniería Mecánica con énfasis en el diseño de máquinas, actuando principalemente  en los siguientes temas: Topology optimization, Finite elements, MEMS, Piezoelectric Materials, Ultrasonics applications, y Functionally Graded Materials

Publicado
2020-08-31
Cómo citar
Benitez Lozano, A., Vargas Isaza, C., & Montealegre Rubio, W. (2020). Simulación de moldeo por inyección basado en el método de volúmenes finitos (FVM). INGE CUC, 16(2). https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.2.2020.08