Trucos CAD para el diseño de moldes

Trucos CAD para el diseño de moldes

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El trabajo con moldes es uno de los aspectos más complejos en el diseño de productos. Como lo explica Michael LaFleche, ingeniero técnico de la empresa Onshape, las geometrías de las piezas no solo son desafiantes, sino que la línea de tiempo para cotizar trabajos y manufacturar es ajustada.

Afortunadamente, hay algunos errores que los diseñadores de piezas y los fabricantes de moldes pueden evitar para reducir el tiempo y los costos. Metalmecánica Internacional invitó a tres proveedores de software CAD para que, desde su experiencia en la creación de herramientas que facilitan el diseño de moldes, su conocimiento en los desafíos diarios que enfrentan sus usuarios, y su capacidad para escuchar lo que necesitan los diseñadores y responder a sus demandas con nuevas actualizaciones de producto, compartan con nuestra audiencia algunos consejos para evitar contratiempos.

Para Paulo Costa, director General de Siemens Industry Software en Brasil, uno de los errores más comunes es que muchos fabricantes de moldes y herramientas utilizan diversas soluciones de software para llevar a cabo los diferentes pasos que involucra el proceso de manufactura. Esto, en palabras de Costa, da como resultado un proceso ineficiente de diseño ya que no se toman en cuenta otras etapas indispensables como la traducción de datos, la administración de información, la sincronización entre los diferentes equipos de trabajo, entre otros.

En lo que tiene que ver con el diseño en sí, Diego Arellano, ingeniero de aplicación en Soluciones de Manufactura de DMD —distribuidor autorizado de Solidworks en México— afirma que uno de los errores más comunes es el diseño deficiente del sistema de enfriamiento ya que, al no considerar adecuadamente los diámetros y posiciones de los canales de enfriamiento, no se garantiza la uniformidad y eficiencia en el proceso.

Para Arellano, diseñar y simular la transferencia térmica que ocurrirá durante el ciclo de enfriamiento evita defectos típicos como el alabeo en piezas plásticas, variaciones dimensionales de las piezas inyectadas (debido a las diferentes contracciones que sufre la pieza durante el proceso de enfriamiento) y un tiempo de ciclo excesivo.

Otra falla que lista Arellano al diseñar un molde es omitir los ángulos de salida en las piezas plásticas. Para el experto, analizar y detectar prematuramente estos ángulos, y simular los movimientos de los componentes móviles del molde, garantiza un adecuado funcionamiento de todos los mecanismos de expulsión y asegura que la pieza pueda ser extraída de una manera segura y sin dañar el molde.

“Una incorrecta evaluación de los ángulos de salida que tiene la pieza no garantiza su apropiado desmoldeo sin sufrir amarres o fracturas, por lo que es importante siempre considerar ángulos de salida en las piezas. En caso de ser un diseño con mayor complejidad, es recomendable realizar un análisis a mayor detalle para detectar zonas que no puedan ser desmoldeadas (negativos) en el sentido normal al desmoldeo (perpendicular a línea de partición del nuestro molde) y en las cuales sea necesario diseñar algún sistema mecánico para su expulsión, como lo son accionamientos laterales o lifters”.

Otro de los errores típicos que se comenten al diseñar un molde, a juicio del experto de DMD, es el omitir un análisis de colisiones entre los componentes que lo integran, incluir paredes delgadas en el diseño y no verificar la alineación de barrenos entre las placas del porta-molde. Todo lo anterior da como resultado problemas durante el ajuste y ensamble del molde y fracturas prematuras en las placas e insertos a corto plazo.

“Simular los esfuerzos que se originan por las presiones internas en el molde y aplicar a los componentes las cargas externas a las que estarán sometidos durante el proceso de inyección, permite optimizar nuestro diseño con la finalidad de reducir costos sin sacrificar la calidad de nuestro molde”, señala el ingeniero.

Finalmente, Arellano habla de los trabajos que incluyen componentes adicionales como, por ejemplo: placas flotantes, columnas guía y pilares para las placas de respaldo. En este caso, muchas veces se sobredimensionan estos componentes con la finalidad de garantizar “que funcionen de manera correcta” sin considerar si realmente el material, espesor o geometría es la más adecuada para este propósito, ocasionando que el tiempo de entrega y costo del molde se incremente.

Consejos de los expertos para evitar fallos

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Diego Arellano, ingeniero de aplicación en Soluciones de Manufactura de DMD
  1. Cálculo del área proyectada: es el área en el molde expresada en unidades de [cm²] en la cual actuará la fuerza de cierre para evitar que el molde se abra durante la etapa de inyección.  ​Para determinar el área proyectada de la pieza, se debe identificar en el molde el área que representa perpendicularmente a la unidad de cierre (Área total de la cavidad), excluyendo posibles huecos. â€‹â€‹Si el molde es de colada fría se deberá incluir el área que representa a la colada (10-30 %).

Calcular el área proyectada ayuda a determinar la fuerza de cierre necesaria para el molde y ofrece un panorama general del tipo de máquina de inyección que se necesita para inyectar la pieza.

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Análisis de llenado para un molde multi-cavidad y cálculo de fuerza de cierre realizado con Solidworks Plastics.

 

2. Espesores homogéneos en la pieza plástica: antes de iniciar el diseño del molde, es necesario realizar un análisis en la pieza plástica para garantizar que los espesores de todas, o la gran mayoría de las paredes, sean iguales. El espesor tradicional en diseño de piezas plásticas es de 1 a 3mm. En caso de tener que realizar una transición de espesor, realizarlas lo más suave posible, utilizando un chaflán o radio de longitud igual a 3 veces la diferencia del espesor.

Espesor de pared recomendado por tipo de material: ​

  • ABS: 1.15 a 3.5mm​
  • PP: 0.65 a 3.8mm
  • PS: 0.9 a 3.8mm​
  • PC: 1.0 a 3.8mm​
  • POM: 0.75 a 3.0mm​
  • PMMA: 0.65 a 3.8mm

3. Número y posición del punto de inyección: por regla general pueden considerarse las siguientes recomendaciones:

  • El punto de inyección debe localizarse preferentemente en zonas NO visibles. ​
    Localizar el punto de inyección en la zona de mayor espesor de la pieza. 
  • Utilizar un solo punto de inyección de ser posible. (Costo del molde: se evitan líneas de soldadura).
  • Para piezas largas y de pared delgada, utilizar varios puntos de inyección. 
  • Para piezas de revolución, utilizar de tres a cinco puntos de inyección posicionados alrededor del centro de la pieza (empaquetamiento uniforme y evita deformación).
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Estimación de avance de flujo para calcular el número de puntos de inyección ideal. Realizado con Solidworks Plastics.

 

4. Diseño de refuerzos o nervaduras en las piezas plásticas (Ribs): en el proceso de diseño de piezas plásticas es importante considerar un adecuado diseño de los refuerzos ya que un mal diseño puede ocasionar defectos físicos en las piezas plásticas como rechupes o incrementar el tiempo de enfriamiento. Por regla típica podemos considerar:

  • El espesor del refuerzo debe ser 0.5 – 0.75 del espesor de la pared nominal.
  • El radio del refuerzo debe estar 0.25 - 0.75 del espesor de la pared nominal. ​
  • El ángulo de salida del refuerzo debe ser de 1.5° - 2.0° por pulgada de longitud del refuerzo.

Salidas de aire en el diseño del molde: típicamente, las salidas de aire se determinan por la experiencia del diseñador o se fabrican hasta que el molde empieza a inyectar y las piezas tienen problemas de quemaduras. Por regla general, las salidas de aire deben colocarse de manera opuesta al punto de inyección y su profundidad generalmente es de 0.015mm, aunque por recomendación es importante verificar el tipo de material a inyectar y la viscosidad del mismo, ya que esta profundidad puede variar.

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Detección de burbujas de gas atrapado utilizando Solidworks Plastics.

 

 

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Michael LaFleche, ingeniero técnico de la empresa Onshape.
  1. Compartir temprano y a menudo: cuanto antes se pueda compartir un diseño de un diseñador de piezas a un fabricante de moldes, mejor. Utilice un sistema que facilite la interacción entre el diseñador de pieza y el fabricante de moldes para que cada parte sepa qué revisión de la pieza se está considerando. Muchas empresas están adoptando la transferencia de archivos basada en la nube, utilizando servicios como Google Drive y Dropbox, mientras que nuevas plataformas CAD, como Onshape, incluso brindan acceso seguro a los modelos CAD sin la necesidad de exportar y administrar copias de archivos CAD grandes.

2. Determine un formato de archivo compatible: cuando se ponen modelos en las manos de un fabricante de moldes, asegúrese de que estén en el mejor formato de archivo con el que ellos puedan trabajar. Existen numerosos sistemas CAD, CAM y de simulación en el mercado, por lo que es difícil saber exactamente cuál es el mejor tipo de archivo para intercambiar. Pregúntele al fabricante de moldes qué formato funciona mejor para él. Normalmente, un formato de archivo neutral como STEP es el mejor. Los formatos que también son buenos para compartir son los tipos de archivo Parasolid (X_T) y ACIS (SAT), ya que la mayoría de los sistemas los importarán y exportarán.

3. Sea claro cuando envíe una solicitud de cotización (RFQ): asegúrese de haber considerado el material, cuántas piezas se fabricarán (esto ayuda a estimar la vida útil del molde y la selección del material del molde) y cuál es su cronograma para obtener los primeros artículos y piezas de producción. Cree un formulario estándar que pueda usar para enviar a sus proveedores de moldes.

4. Adquiera el hábito de las revisiones de diseño ad hoc: cuanto más sepa sobre los requisitos de diseño, mayor será la probabilidad de reducir las pruebas de molde. Muchas empresas de diseño de moldes están utilizando herramientas de conferencia web como Zoom, Webex o LogMeIn para realizar revisiones de diseño, compartir pantallas y grabar notas sobre aspectos importantes del diseño. Otras compañías están utilizando herramientas de marcado y comentarios como Adobe PDF para proporcionar un registro de auditoría de las modificaciones propuestas para facilitar la producción de piezas. Además, las plataformas de diseño que proporcionan herramientas de comentarios integradas para marcar un diseño acelerarán el proceso de diseño de moldes.

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Dos usuarios en el mismo documento viendo actualizaciones en vivo del diseño. El diseñador de piezas, a la izquierda, está viendo la posición de la pantalla del fabricante de moldes, a la derecha, utilizando el modo de seguimiento.

 

5. Ejecute chequeos de diseño para manufactura: realice estas pruebas sobre los datos que obtiene de los diseñadores de piezas. Con mucha frecuencia, los diseños vienen con necesidad de ser modificados. Esto incluye la adición de ángulos de desmoldeo o detalles de dónde deben colocarse las líneas de partición. Asegúrese de que su plataforma de visualización CAD tenga la capacidad de verificar desmoldeo. Al ver esto en un diagrama de color en la pantalla, queda claro que se puede manufacturar la parte.

6. Compruebe si hay socavamientos al cotizar diseños de moldes: estas características agregan complejidad, tiempo y costo en la producción de un molde.

5. Ejecute chequeos de diseño para manufactura: realice estas pruebas sobre los datos que obtiene de los diseñadores de piezas. Con mucha frecuencia, los diseños vienen con necesidad de ser modificados. Esto incluye la adición de ángulos de desmoldeo o detalles de dónde deben colocarse las líneas de partición. Asegúrese de que su plataforma de visualización CAD tenga la capacidad de verificar desmoldeo. Al ver esto en un diagrama de color en la pantalla, queda claro que se puede manufacturar la parte.

6. Compruebe si hay socavamientos al cotizar diseños de moldes: estas características agregan complejidad, tiempo y costo en la producción de un molde.

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Análisis de llenado para un molde multi-cavidad y cálculo de fuerza de cierre realizado con Solidworks Plastics.

 

7. Dedique tiempo colaborando en la selección de materiales: esto puede tener un gran impacto en el costo, el rendimiento y, lo que es más importante, en la geometría del molde. Las tasas de contracción del plástico deben considerarse en el diseño del molde y, dependiendo de la geometría, la contracción podría ser anisotrópica, lo que significa que se contrae a una velocidad diferente en los ejes X, Y y Z. Asegúrese de que puede aplicar esto fácilmente a sus diseños en el sistema CAD de su elección.

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Vista sección para medir el espesor de la pared y el panel de lista de materiales para ver la selección del material.

 

8. Cree superficies que representen los cierres: los cierres son donde se produce el contacto metal con metal en la línea de separación. Esto facilitará la separación del molde en varias piezas en el momento adecuado.

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Una rama de diseño que muestra las superficies requeridas para lograr una división adecuada del molde.

 

9. Tenga en cuenta la sobrecarga en las partes que se crean con electrodos de grafito: la sobrecarga es típica en piezas muy detalladas o pequeñas para insertos y núcleos laterales. La creación de superficies desfasadas se realiza fácilmente utilizando técnicas de modelado directo que se encuentran en algunas herramientas CAD.

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Una rama de diseño que muestra la compensación de sobrecarga para las superficies en el núcleo lateral.

 

10. Establezca sellos de revisión y números de pieza: póngalos en los datos de piezas de su cliente, así como en sus ensambles de moldes para realizar un seguimiento de su proceso de manufactura. Esto garantiza que esté fabricando la versión correcta de la pieza del cliente. Un sistema que pueda etiquetar automáticamente las versiones de piezas y ensamblajes con los planos de inspección asociados reducirá el riesgo de que se produzca una pieza incorrecta

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Una pantalla de lanzamiento muestra una orden de cambio para piezas y ensamblajes que van a la revisión inicial "A" con números de pieza automáticos. Tenga en cuenta que hay varios usuarios que participan en la aprobación de la orden de cambio.

 

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Paulo Costa, director General de Siemens Industry Software en Brasil
  1. Un ambiente integrado que administre la información del proceso y el producto: el factor que contribuye al éxito de una solución ideal es la implementación de un solo sistema que permita que todos los miembros del equipo tengan acceso a la información correcta, en el tiempo preciso, para el trabajo adecuado. Este sistema debe administrar las versiones y configuraciones; controlar el acceso de los componentes; gestionar los flujos de trabajo; administrar y controlar, de manera efectiva, los cambios en el diseño; ayudar en la búsqueda e integración de la información dentro de los reportes y permitir la planeación de procesos.

2. Colaboración digital efectiva: con el fin de colaborar eficientemente, los fabricantes de equipo original (OEM, por sus siglas en inglés), los proveedores y los equipos internos deben poder acceder, comunicar y visualizar la información digitalmente. Otro aspecto fundamental es que se deben proveer los medios para compartir y usar los datos producidos en las diferentes herramientas de autor. La solución ideal también apoya a los equipos de diseño simultáneos.

3. Aplicaciones de control automatizadas, capaces y fáciles de usar: las aplicaciones individuales dentro de la solución necesitan ser consistentes, fáciles de usar, capaces y permitir un flujo de trabajo productivo en todos los aspectos del proceso.

4. Alianzas con proveedores de servicio y software eficiente: la solución ideal debe incluir relaciones sólidas con los proveedores líderes y alianzas que garanticen que todos los elementos del conjunto de soluciones sean entregados como se solicitó y que la funcionalidad de la inter aplicación definida y de la integración de la administración de datos funcionen como se espera.

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