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Universidad
Tecnológica de
Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad
Tecnológica de Querétaro
Nombre de reconocimiento (DN):
cn=Universidad Tecnológica de Querétaro,
o=UTEQ, ou=UTEQ,
[email protected], c=MX
Fecha: 2015.05.18 17:21:43 -05'00'
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
Nombre del proyecto:
Proceso CAD – CAM para Molde de Inyección de
Plástico.
Empresa:
Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de
Monterrey Campus Querétaro.
Memoria que como parte de los requisitos para obtener el
título de:
Ingeniero en Procesos y Operaciones Industriales.
Presenta:
Voleny Axala González Rangel.
Asesor de la UTEQ
Asesor de la Organización
Ing. Luis Roberto Morales Pérez.
M.C. Víctor Aldo Romero Muñoz
Santiago de Querétaro, Qro. Mayo de 2015
Resumen.
El presente proyecto tiene la finalidad de diseñar un Molde de inyección con
macro instrucciones que permita tener una muestra para los alumnos del CIMA
el cual se pretende sea más vistoso para los alumnos.
Por otra parte, se pretende que el diseño del molde de inyección sea
proyecto que pueda cumplir con todos los requisitos que se desea que tenga
además de que se busca sea un materia que pueda servir de una manera
didáctica junto con la presentación que realizaremos la cual contendrá videos y
ejemplos de cómo se realizó dicho molde.
Finalmente, este proyecto será una iniciativa que conllevará a motivar a los
alumnos de CIMA para que ellos manufacturen su propios moldes haciendo el
uso de las macro instrucciones así se lograra obtener más información acerca de
las macro instrucciones.
2
Summary
I would love that during my professional practices I can perform and apply all the
knowledge gained during my studies and I also would like to acquire as much
knowledge as possible. This is important because during the season we have to
practice at 100% to strengthen my growth. As a student of the UTEQ, I want to
exalt the name of the school I attended so that everything I realized stays as a
reminder of my good work. I also want to share the knowledge that I acquire with
my peers at school so there can be a mutual benefit for the company and me. I
want to do all this in order to achieve the best training as a professional and to
apply all the knowledge gained in my own business where I can see al benefits
reflected in the earnings I obtain.
3
Dedicatorias
Primeramente dedico este proyecto a Dios por dejarme concluir una meta
más en mi vida, porque ser Ingeniero en Procesos y Operaciones Industriales
implica gran esfuerzo y dedicación y gracias a él saque la fuerza y el coraje para
hacer este sueño realidad.
A mis padres José Jesús González Jaramillo y Ana Paula María Rangel
Rodríguez por creer en mí, porque día con día se esforzaron en darme lo mejor,
por esas sabias palabras que me alentaban y me empujaban hacia adelante
cuando no sabía a donde ir.
A mis hermanos Paulina González Rangel y Jesús González Rangel que
siempre estuvieron apoyándome para que yo pudiera terminar esta etapa en mi
vida, apoyo que recordaré por siempre.
4
Agradecimientos.
A la Universidad Tecnológica de Querétaro por darme la oportunidad de
formar parte de ella y conocer a todas las maravillosas personas que formaron
parte de mi vida, especialmente a mis amigos y profesores, que con su apoyo,
sus sabios consejos y constante perseverancia lograron que obtuviera los
conocimientos que me ayudarán a alcanzar mejores metas.
Agradezco también al Ing. Victo Aldo Romero Muños quien con sus sabios
conocimientos me instruyo para el logro de este proyecto, así como, al profesor
Luis Roberto Morales Pérez que en cada momento estuvo hay para guiarme y
apoyarme cuando lo necesitaba.
Gracias a todos por su apoyo ya que sin ello hoy no estaría en el lugar
donde me encuentro.
5
Índice
Resumen
2
Summary ........................................................................................................................ 3
Dedicatorias ................................................................................................................... 4
Agradecimientos. ........................................................................................................... 5
Índice ............................................................................................................................. 6
I.
INTRODUCCIÓN. ................................................................................................. 8
II.
ANTECEDENTE. ............................................................................................... 9
2.1. ANTECEDENTE DE LA EMPRESA. ........................................................... 9
2.2. ANTECEDENTE DEL PROYECTO. .......................................................... 11
III.
JUSTIFICACIÓN. ............................................................................................ 12
IV.
OBJETIVOS. .................................................................................................... 13
4.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................ 13
4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................ 13
V.
ALCANCE ........................................................................................................ 14
VI.
ANÁLISIS DE RIESGOS................................................................................. 15
VII.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA. .................................................................. 16
7.1. INTRODUCCIÓN AL CAD/CAM ............................................................... 16
7.2. INTRODUCCIÓN AL CONTROL NUMÉRICO COMPUTARIZADO .... 19
7.3. EL PRINCIPIO DEL MOLDEO ................................................................... 24
7.4. UNIDAD DE INYECCIÓN .......................................................................... 25
7.5. UNIDAD DE CIERRE .................................................................................. 26
7.6. MOLDE ......................................................................................................... 27
VIII.
PLAN DE ACTIVIDADES .......................................................................... 28
IX.
RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS. .................................................. 29
X.
DESARROLLO. ............................................................................................... 31
10.1. DISEÑO DEL MOLDE DE INYECCIÓN. .................................................. 31
10.2. COMBINAR EL CONTROL NUMÉRICO CON LAS MACROS. ............. 37
10.3. MANUFACTURA DEL MOLDE DE INYECCIÓN. .................................. 39
10.4. REALIZACIÓN DE UN VIDEO DIDÁCTICO PARA LOS ALUMNOS
DEL CIMA. ............................................................................................................. 41
XI.
RESULTADOS OBTENIDOS. ........................................................................ 42
XII.
CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIONES. ................................................... 43
6
XIII.
ANEXOS
XIV.
BIBLIOGRAFÍA
7
I. Introducción.
El siguiente proyecto tiene como objetivo la creación de un molde de
inyección con la ayuda de macro instrucciones.
El diseño estará basado en características importantes que ayudan a que la
forma de nuestra pieza sea la mejor, además de tomar en cuenta las
características del proceso con el cual se realiza, esto para poder mejorar el
acabado del producto final.
Además el diseño y elaboración de este molde de inyección tiene como
objetivo la creación de nuevos trabajos por parte de los alumnos del CIMA, ya
que se pretende que en el futuro los alumnos del CIMA sean quienes realicen
sus propios moldes con la ayuda de las macro instrucciones para el maquinado,
esto será apoyado con la recopilación de la información que vallamos creando y
con la cual nos apoyemos para realizar nuestro proyecto creando videos y una
presentación para que los alumnos de CIMA y posteriores practicantes de la
UTEQ puedan utilizar como referencia o apoyo el trabajo que nosotros
realizamos en el tiempo en el que nos encontramos dando prácticas en las
instalaciones del CIMA .
8
II.
Antecedente.
1. Antecedente de la empresa.
El Centro de Innovación en Manufactura Avanzada (CIMA) del Tecnológico
de Monterrey, Campus Querétaro, alberga al Centro para el Desarrollo de la
Industria Aeronáutica (CEDIA), al Centro de Desarrollo de la Industria Automotriz
en México (CEDIAM) y al Centro de Innovación en Tecnologías de Información
(CITI), espacios asociados a tres grandes áreas de investigación: aeronáutica,
automotriz y tecnologías de información.
El Centro para el Desarrollo de la Industria Aeronáutica (CEDIA)
comprende laboratorios de Materiales compuestos, Aeromodelismo, Turbo
propulsión y Simulación de vuelo. Y es a través de este centro atiende los
programas de Concentración en Ingeniería Aeronáutica de las carreras de
Ingeniero en Mecánico Administrador (IMA), Ingeniero en Mecatrónica (IMT),
Ingeniero Industrial y de Sistemas (IIS) e Ingeniero en Tecnologías Electrónicas
(ITE); Club de aeromodelismo; Competencia de Aerodesign; Apoyo a actividades
de innovación, investigación y desarrollo; la Cátedra de Innovación en Diseño y
Manufactura, así como, apoyo a vinculación externa e incubación de empresas.
Creado en 2009, el Centro de Desarrollo de la Industria Automotriz en
México (CEDIAM) comprende los laboratorios de Manufactura automotriz
9
(estampado y maquinado alta velocidad), Motores y transmisiones, Combustión
interna, Control electrónico de potencia, Minibaja, vehículo híbrido y
mantenimiento.
Atiende programas de concentración profesional en Ingeniería
Automotriz de las carreras de Ingeniero Industrial y de Sistemas (IIS), Ingeniero
en Mecánico Administrador (IMA), Ingeniero Mecánico Electricista (IME),
Ingeniero en Mecatrónica (IMT), Ingeniero en Tecnologías Electrónicas (ITE) y la
Maestría en Ingeniería Automotriz (MIR). Además, apoya las actividades
académicas de Minibaja, Movilidad Urbana, Apoyo a actividades de innovación,
investigación y desarrollo.
También alberga los Laboratorios de Manufactura Avanzada que
brindan soporte a CEDIA y CEDIAM y cuenta con una célula automatizada de
manufactura, torno y centro de maquinados KRYLE, inyectora de plástico,
fresadora para el proceso friction stir welding, electroerosionadora por
penetración y da apoyo a las actividades de innovación, investigación y
desarrollo, específicamente a las cátedras de investigación en Innovación en
Diseño y Manufactura y Agrónica
El tercer centro que albergará el CIMA es el Centro de Innovación en
Tecnologías de Información (CITI) que se encuentra en proceso de creación, y a
través de él se buscará capitalizar las fortalezas del Campus Querétaro en el área
de Tecnologías de Información (TI) así como asegurar la adecuada vinculación
10
con este sector que hoy en día tiene un alto grado de sinergia con el CEDIA y
CEDIAM y desde donde además se estará dando soporte a las áreas de TI.
Incluye laboratorios de Aviónica, Instrumentación, Electrónica automotriz,
Sistemas embebidos y Calidad de software.
2. Antecedente del proyecto.
El proyecto realizado fue asignado ya que los alumnos del Itesm de las
carreras de Ingeniería Industrial,
Ingeniería mecánica administrativa y
Macarrónicos realizan prácticas en los centros de maquinado KRYLE y KIA por
lo que al inicio de semestre se realizan distintas presentaciones a los alumnos de
cuál es el funcionamiento de la los centros de máquina, además de que puedan
darse una idea y visualizar cual podría ser el proyecto a entregar a final del
semestre.
Por lo tanto es importante que tengan antecedentes de trabajos como los son
moldes, videos e información en diapositivas. Para que ellos puedan apoyarse
de dicho material y así mismo puedan aportar también a aumentar el
conocimiento e investigación relacionada con las macro instrucciones y así
mismo puedan salir más preparados
11
III.
Justificación.
En base a la problemática que se nos planteó se decidió que nuestro
proyecto estuviera enfocado al diseño de un molde de inyección utilizando las
macro instrucciones como substituto de un código dado por EdgeCam esto con
la finalidad de demostrar que diseñar con las macro instrucciones es mucho más
eficiente, por que al momento de editar el código, cambiando un solo dato
podemos hacer que nuestro diseño cambie totalmente ya sea de tamaño, de
acabado o de posición, también era importante que se dejaran antecedentes de
lo realizado para que los alumnos así puedan tener referencias para futuros
proyectos que tengan que realizar, de esta manera simplificando y facilitando el
conocimiento para ellos ya que las macro instrucciones no son un tema muy
común o tratado con respecto a los maquinados de piezas y es muy difícil
conseguir información correcta en español ya sea en libros o en páginas de
internet con respecto a este tema. Esta información será de gran ayuda para el
CIMA ya que al semestre cuenta con 6 equipos de 8 integrantes cada uno y
contando a los alumnos de maestría y otras carreras que acuden al laboratorio
por asesorías se puede decir que estaría ayudando a un promedio de 70 alumnos
por semestre y este número se eleva exponencialmente cada semestre ya que
las carreras de mecánica, industrial y mecatrónica se están volviendo cada vez
más solicitadas en el estado de Querétaro debido al su gran crecimiento del
ámbito industrial .
12
IV.
Objetivos.
1. Objetivo general
Documentar el diseño y manufactura por control numérico de un molde de
inyección de plástico con geometría base que tenga como referencia la espiral
logarítmica, utilizando los sólidos de Autodesk Inventor Professional 2015 y
superficies generadas en el módulo Freeform del mismo software, generando el
programa de control numérico combinando el uso de macros y EdgeCam,
realizando la manufactura final en uno de los centros de maquinados del CIM.
2. Objetivos Específicos

Diseño de un molde de inyección

Combinar el control numérico con las macros

Manufactura del molde de inyección

Realización de un video didáctico para los alumnos del CIMA
13
V.
Alcance
Las actividades a realizar serán aplicadas con la finalidad de agradar a
nuestro asesor en el CIMA, ya que se verá beneficiado con los resultados del
diseño del molde inyección con el que usaremos las macho instrucciones, estas
serán aplicadas ya que se busca que el producto cuente con mejores
características, además de que se busca que el diseño cuente con características
más atractivas para para el alumnado y que así sea un molde más complejo y
motive a los alumnos a utilizar las macro instrucciones y a desarrollar las suyas
propias para crear sus moldes utilizándolas .
Todo esto con la finalidad hacer un buen trabajo que refleje el aprendizaje
que obtuvimos dentro de nuestra estancia en el laboratorio y los conocimientos
con los que ya contábamos procedentes de la UTEQ y así poder satisfacer tanto
las necesidades de nuestro asesor del CIMA como nuestra necesidad de
aprendizaje de métodos y técnicas nuevas para la creación y manufactura de
moldes de inyección, esto se pretende lograr al cabo de 4 meses.
.
14
VI.
Análisis de Riesgos.
Haciendo un análisis de la problemática que presenta, se determinó que no
existen riesgos en cuanto a material se refiere ya que el Tecnológico de
Monterrey cuenta con toda la infraestructura y el material necesario que nuestro
proyecto nos requiere como lo son cortadores, maquinas, materia prima y el
asesoramiento y la capacitación para utilizar la maquinaria necesaria impartida
por expertos en las mismas, pero podría darse el problema de falta de
información ya que el tema de las macros no está muy documentado también
existe la posibilidad de que las prácticas de los alumnos se empalmen con el
tiempo en que podemos usar la máquina para nuestro maquinado ya que los
alumnos de CIMA tienen prioridad para usar las máquinas para poder realizar
sus proyectos, esto provocaría que no pudiéramos maquinar las placas y por lo
mismo no cumplir con lo acordado para nuestro proyecto, también existe la
posibilidad de que nosotros mismo dañemos las piezas este es un problema muy
grande ya que CIMA nos proporciona el material pero estamos limitados a
trabajar limitadamente ya que también es la materia prima que utilizan los
alumnos de ingeniería y de maestría además de que hay que tomar muy en
cuenta el precio del aluminio ya que cada placa de aluminio dañada es una que
no se va a poder volver a utilizar
15
VII.
Fundamentación Teórica.
1. Introducción al Cad/Cam
CAD/CAM,
proceso
en
el
cual
se
utilizan
los
ordenadores
o computadoras para mejorar la fabricación, desarrollo y diseño de los productos.
Éstos pueden fabricarse más rápido, con mayor precisión o a menor precio, con
la aplicación adecuada de tecnología informática.
Los sistemas de Diseño Asistido por Ordenador (CAD, acrónimo de
Computer Aided Design) pueden utilizarse para generar modelos con muchas, si
no todas, de las características de un determinado producto. Estas
características podrían ser el tamaño, el contorno y las formas de cada
componente, almacenadas como dibujos bi y tridimensionales. Una vez que
estos datos dimensionales han sido introducidos y almacenados en el
sistema informático, el diseñador puede manipularlos o modificar las ideas del
diseño con mayor facilidad para avanzar en el desarrollo del producto. Además,
pueden compartirse e integrarse las ideas combinadas de varios diseñadores, ya
que es posible mover los datos dentro de redes informáticas, con lo que los
diseñadores e ingenieros situados en lugares distantes entre sí pueden trabajar
como un equipo. Los sistemas CAD también permiten simular el funcionamiento
de un producto. Hacen posible verificar si un circuito electrónico propuesto
funcionará tal y como está previsto, si un puente será capaz de soportar las
cargas pronosticadas sin peligros e incluso si una salsa de tomate fluirá
adecuadamente desde un envase de nuevo diseño.
16
Cuando los sistemas CAD se conectan a equipos de fabricación también
controlados por ordenador conforman un sistema integrado CAD/CAM (CAM,
acrónimo de Computer Aided Manufacturing).
La Fabricación Asistida por Ordenador ofrece significativas ventajas con
respecto a los métodos más tradicionales de controlar equipos de fabricación con
ordenadores en lugar de hacerlo con operadores humanos. Por lo general, los
equipos CAM conllevan la eliminación de los errores del operador y la reducción
de los costes de mano de obra. Sin embargo, la precisión constante y el uso
óptimo previsto del equipo representan ventajas aún mayores. Por ejemplo, las
cuchillas y herramientas de corte se desgastarán más lentamente y se
estropearían con menos frecuencia, lo que reduciría todavía más los costes de
fabricación. Frente a este ahorro pueden aducirse los mayores costes
de bienes de capital o las posibles implicaciones sociales de mantener la
productividad con una reducción de la fuerza de trabajo. Los equipos CAM se
basan
en
una
serie
de
códigos
numéricos,
almacenados
en archivos informáticos, para controlar las tareas de fabricación. Este Control
Numérico por Computadora (CNC) se obtiene describiendo las operaciones de la
máquina en términos de los códigos especiales y de la geometría de formas de
los componentes, creando archivos informáticos especializados o programas de
piezas. La creación de estos programas de piezas es una tarea que, en gran
medida, se realiza hoy día por software informático especial que crea el vínculo
entre los sistemas CAD y CAM.
Las características de los sistemas CAD/CAM son aprovechadas por los
diseñadores, ingenieros y fabricantes para adaptarlas a las necesidades
17
específicas de sus situaciones. Por ejemplo, un diseñador puede utilizar el
sistema para crear rápidamente un primer prototipo y analizar la viabilidad de un
producto, mientras que un fabricante quizá emplee el sistema porque es el único
modo de poder fabricar con precisión un componente complejo. La gama
de prestaciones que se ofrecen a los usuarios de CAD/CAM está en constante
expansión. Los fabricantes de indumentaria pueden diseñar el patrón de una
prenda en un sistema CAD, patrón que se sitúa de forma automática sobre la tela
para reducir al máximo el derroche de material al ser cortado con una sierra o
un láser CNC. Además de la información de CAD que describe el contorno de un
componente de ingeniería, es posible elegir el material más adecuado para su
fabricación en la base de datos informática, y emplear una variedad de máquinas
CNC combinadas para producirlo. La Fabricación Integrada por Computadora
(CIM) aprovecha plenamente el potencial de esta tecnología al combinar una
amplia gama de actividades asistidas por ordenador, que pueden incluir el control
de existencias, el cálculo de costes de materiales y el control total de cada
proceso de producción. Esto ofrece una mayor flexibilidad al fabricante,
permitiendo a la empresa responder con mayor agilidad a las demandas
del mercado y al desarrollo de nuevos productos.
La futura evolución incluirá la integración aún mayor de sistemas de realidad
virtual, que permitirá a los diseñadores interactuar con los prototipos virtuales de
los productos mediante la computadora, en lugar de tener que construir costosos
modelos o simuladores para comprobar su viabilidad. También el área de
prototipos rápidos es una evolución de las técnicas de CAD/CAM, en la que
las imágenes informatizadas tridimensionales se convierten en modelos reales
18
empleando equipos de fabricación especializada, como por ejemplo un sistema
de estereolitografía.
2. Introducción Al Control Numérico Computarizado
El CNC tuvo su origen a principios de los años cincuenta en el Instituto de
Tecnología de Massachusetts (MIT), en donde se automatizó por primera vez
una gran fresadora.
En esta época las computadoras estaban en sus inicios y eran tan grandes
que el espacio ocupado por la computadora era mayor que el de la máquina.
Hoy día las computadoras son cada vez más pequeñas y económicas, con
lo que el uso del CNC se ha extendido a todo tipo de maquinaria: tornos,
rectificadoras, eletroerosionadoras, máquinas de coser, etc.
En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual,
una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan
los ejes de la máquina. Gracias a esto, puede hacer movimientos que no se
pueden lograr manualmente como círculos, líneas diagonales y figuras complejas
tridimensionales.
Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en
los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se
requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles como
se muestra en la imagen.
19
En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa,
el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las
operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola. Esto
permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más productivo.
El término "control numérico" se debe a que las órdenes dadas a la máquina
son indicadas mediante códigos numéricos. Por ejemplo, para indicarle a la
máquina que mueva la herramienta describiendo un cuadrado de 10 mm por lado
se le darían los siguientes códigos:
G90 G71
G00 X0.0 Y0.0
G01 X10.0
G01 Y10.0
G01 X0.0
G01 Y0.0
Un conjunto de órdenes que siguen una secuencia lógica constituyen
un programa de maquinado. Dándole las órdenes o instrucciones adecuadas a
la máquina, ésta es capaz de maquinar una simple ranura, una cavidad irregular,
la cara de una persona en altorrelieve o bajorrelieve, un grabado artístico un
molde de inyección de una cuchara o una botella... lo que se quiera.
Al principio hacer un programa de maquinado era muy difícil y tedioso, pues
había que planear e indicarle manualmente a la máquina cada uno de los
movimientos que tenía que hacer. Era un proceso que podía durar horas, días,
20
semanas. Aun así era un ahorro de tiempo comparado con los métodos
convencionales.
Actualmente muchas de las máquinas modernas trabajan con lo que se
conoce como "lenguaje conversacional" en el que el programador escoge la
operación que desea y la máquina le pregunta los datos que se requieren. Cada
instrucción de este lenguaje conversacional puede representar decenas de
códigos numéricos. Por ejemplo, el maquinado de una cavidad completa se
puede hacer con una sola instrucción que especifica el largo, alto, profundidad,
posición, radios de las esquinas, etc. Algunos controles incluso cuentan con
graficación en pantalla y funciones de ayuda gerométrica. Todo esto hace
la programación mucho más rápida y sencilla.
También se emplean sistemas CAD/CAM que generan el programa de
maquinado de forma automática. En el sistema CAD (diseño asistido por
computadora) la pieza que se desea maquinar se diseña en la computadora con
herramientas de dibujo y modelado sólido. Posteriormente el sistema CAM
(manufactura asistida por computadora) toma la información del diseño y genera
la ruta de corte que tiene que seguir la herramienta para fabricar la pieza
deseada; a partir de esta ruta de corte se crea automaticamente el programa de
maquinado, el cual puede ser introducido a la máquina mediante un disco o
enviado electronicamente.
Hoy día los equipos CNC con la ayuda de los lenguajes conversacionales y
los sistemas CAD/CAM, permiten a las empresas producir con mucha mayor
rapidez y calidad sin necesidad de tener personal altamente especializado.
CONTROL NUMÉRICO EN LA INGENIERÍA INDUSTRIAL
21
Definición general:
Se considera control numérico a todo dispositivo capaz de dirigir
posicionamientos de un órgano mecánico móvil, en el que las órdenes relativas
a los desplazamientos del móvil son elaboradas en forma totalmente automática
a partir de informaciones numéricas definidas, bien manualmente o por medio de
un programa.
ÁMBITO DE APLICACIÓN DEL CONTROL NUMÉRICO:
Como ya se mencionó, las cuatro variables fundamentales que inciden en la
bondad de un automatismo son: productividad, rapidez, precisión y velocidad.
De acuerdo con estas variables, vamos a analizar qué tipo de automatismo
es el más conveniente de acuerdo al número de piezas a fabricar. Series de
fabricación:
Grandes series: (mayor a 10.000 piezas)
Esta producción está cubierta en la actualidad por las máquinas transfert,
realizadas por varios automatismos trabajando simultáneamente en forma
sincronizada. Series medias: (entre 50 y 10.000)
Existen varios automatismos que cubren esta gama, entre ellos los
copiadores y los controles numéricos. La utilización de estos automatismos
dependerá de la precisión, flexibilidad y rapidez exigidas. El control numérico será
especialmente interesante cuando las fabricaciones se mantengan en series
comprendidas entre 5 y 1.000 piezas que deberás ser repetida varias veces
durante el año. Series pequeñas: (menores a 5 piezas) Para estas series, la
utilización del control numérico suele no ser rentable, a no ser que la pieza sea
lo suficientemente compleja como para justificarse su programación con ayuda
22
de una computadora. Pero en general, para producciones menores a cinco
piezas, la mecanización en máquinas convencionales resulta ser más
económica. A continuación, podemos ver un gráfico que ilustra de forma clara lo
expresado anteriormente.
VENTAJAS DEL CONTROL NUMÉRICO:
Las ventajas, dentro de los parámetros de producción explicados
anteriormente son:
Posibilidad de fabricación de piezas imposibles o muy difíciles. Gracias al
control numérico se han podido obtener piezas muy complicadas como las
superficies tridimensionales necesarias en la fabricación de aviones.
Seguridad. El control numérico es especialmente recomendable para el
trabajo con productos peligrosos.
Precisión. Esto se debe a la mayor precisión de la máquina herramienta de
control numérico respecto de las clásicas.
Aumento de productividad de las máquinas. Esto se debe a la disminución
del tiempo total de mecanización, en virtud de la disminución de los tiempos de
desplazamiento en vacío y de la rapidez de los posicionamientos que suministran
los sistemas electrónicos de control.
Reducción
de
controles
y
desechos.
Esta
reducción
es
debida
fundamentalmente a la gran fiabilidad y repetitividad de una máquina herramienta
con control numérico. Esta reducción de controles permite prácticamente eliminar
toda operación humana posterior, con la subsiguiente reducción de costos y
tiempos de fabricación.
23
3. El principio del moldeo
El moldeo por inyección es una de las tecnologías de procesamiento de
plástico más famosas, ya que representa un modo relativamente simple de
fabricar componentes con formas geométricas de alta complejidad. Para ello se
necesita una máquina de inyección que incluya un molde. En este último, se
fabrica una cavidad cuya forma es idéntica a la de la pieza que se desea obtener
y para su tamaño se aplica un factor de contracción el cual se agrega en las
medidas de la cavidad para que al enfriarse la pieza moldeada se logren las
dimensiones deseadas. La cavidad se llena con plástico fundido, el cual se
solidifica, manteniendo la forma moldeada.
Los polímeros conservan su forma tridimensional cuando son enfriados por
debajo de su Tg —Temperatura de transición vítrea - y, por tanto, también de su
temperatura de fusión para polímeros semicristalinos. Los polímeros amorfos,
cuya temperatura útil es inferior a su Tg, se encuentran en un estado
termodinámico de pseudoequilibrio. En ese estado, no existen movimientos de
rotación y de relajación (desenredo de las cadenas) del polímero. Es por esta
causa que, en ausencia de esfuerzos, se mantiene la forma tridimensional. Los
polímeros semicristalinos poseen, además, la característica de formar cristales.
Estos cristales proporcionan estabilidad dimensional a la molécula, la cual
también
es
—en
la
región
cristalina—
termodinámicamente
estable.
La entropía de las moléculas del plástico disminuye drásticamente debido al
orden de las moléculas en los cristales.
Maquinaria
24
La unidad de inyección.
Las partes más importantes de la máquina son:
4. Unidad de inyección
La función principal de la unidad de inyección es la de fundir, mezclar e
inyectar el polímero. Para lograr esto se utilizan husillos de diferentes
características según el polímero que se desea fundir. El estudio del proceso de
fusión de un polímero en la unidad de inyección debe considerar tres
condiciones termodinámicas:
1. Las temperaturas de procesamiento del polímero.
2. La capacidad calorífica del polímero Cp [cal/g °C].
3. El calor latente de fusión, si el polímero es semicristalino.
El proceso de fusión necesita de un aumento de la temperatura del polímero,
que resulta del calentamiento y la fricción de este con la cámara y el husillo. La
fricción y esfuerzos cortantes son básicos para una fusión eficiente, dado que los
polímeros no son buenos conductores de calor. Un incremento en temperatura
disminuye la viscosidad del polímero fundido; lo mismo sucede al incrementar la
velocidad de corte. Por ello ambos parámetros deben ser ajustados durante el
proceso. Existen, además, cámaras y husillos fabricados con diferentes
aleaciones de metales, para cada polímero, con el fin de evitar el desgaste, la
corrosión o la degradación. Con algunas excepciones —como el PVC—, la
mayoría de los plásticos pueden utilizarse en las mismas máquinas.
25
La unidad de inyección es en origen una máquina de extrusión con un
solo husillo, teniendo la cámara calentadores y sensores para mantener una
temperatura programada constante. La profundidad del canal del husillo
disminuye de forma gradual (o drástica, en aplicaciones especiales) desde la
zona de alimentación hasta la zona de dosificación. De esta manera, la presión
en la cámara aumenta gradualmente. El esfuerzo mecánico, de corte y
la compresión añaden calor al sistema y funden el polímero más
eficientemente que si hubiera únicamente calentamiento, siendo ésta la razón
fundamental por la cual se utiliza un husillo y no una autoclave para obtener el
fundido.
Una diferencia sustancial con respecto al proceso de extrusión es que
durante la dosificación el husillo retrocede transportando el material hacia la parte
anterior de la cámara. Es allí donde se acumula el polímero fundido para ser
inyectado. Esta cámara actúa como la de un pistón; el husillo entonces, se
comporta como el émbolo que empuja el material. Tanto en inyección como en
extrusión se deben tomar en cuenta las relaciones de PvT (Presión, volumen,
temperatura), que ayudan a entender cómo se comporta un polímero al fundir.
5. Unidad de cierre
Es una prensa hidráulica o mecánica, con una fuerza de cierre suficiente para
contrarrestar la fuerza ejercida por el polímero fundido al ser inyectado en el
molde. Las fuerzas localizadas pueden generar presiones del orden de cientos
de MPa, que únicamente se encuentran en el planeta de forma natural en los
puntos más profundos del océano.
26
Si la fuerza de cierre es insuficiente el molde tenderá a abrirse y el material
escapará por la unión del molde. Es común utilizar el área proyectada de una
pieza (área que representa perpendicularmente a la unidad de cierre el total de
la cavidad) para determinar la fuerza de cierre requerida, excluyendo posibles
huecos o agujeros de la pieza.
Donde:
F = Fuerza (N)
Pm = Presión media (Pa)
Ap = Área proyectada (m2)
El parámetro fundamental para dimensionar una unidad de cierre es su
fuerza para mantener el molde cerrado. Usualmente se da este valor en
toneladas (t). Otros parámetros importantes en una unidad de cierre son: la
distancia mínima entre placas, la distancia máxima de apertura, las dimensiones
de las placas y la distancia entre columnas, la carrera del sistema de expulsión.
Estos datos se utilizan para dimensionar los moldes
6. Molde
Los moldes son construidos de aceros especiales de alta resistencia para
que resistan altas presiones de cierre y de inyección para producción limitada.
Los aspectos de construcción son similares a los moldes de compresión y de
transferencia.
27
VIII.
Plan de actividades
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO
INGENIERIA EN PROCESOS Y OPERACIONES INDUSTRIALES
Proyecto: “Proceso CAD-CAM para molde de inyección de plástico, usando macro instrucciones”
Asesor empresa: M. C. Víctor Aldo Romero Muñoz
Empresa: Centro de Innovación en Manufactura Avanzada (CIMA)
Asesor UTEQ: Ing. Luis Roberto Morales Pérez
Capacitación en el CIMA
Definición del proyecto
P
R
P
Diseño de un molde
Capacitación en el centro
de inyección
de maquinados KIA y
KRYLE
Asesoría sobre las
MACROS
R
Combinar el control
numérico con las
macros
P
Asesoría sobre las
MACROS
P
R
P
R
R
P
Manufactura del molde de inyección
R
Realización de un video didáctico para los
alumnos del CIMA
P = Avance Programado
R= Avance Real
P
R
27 al 30
20 al 23
13 al 17
30 al 31
1
ABRIL
23 al 27
17 al 20
9 al 13
2 al 6
MARZO
23 al 27
16 al 20
9 al 13
3 al 6
FEBRERO
26 al 30
19 al 23
8 al 9
Actividad
12 al 16
ENERO
IX.
Recursos materiales y humanos.
Para cada fase del proyecto habrá que establecer cuál es el equipamiento
necesario, los materiales que deben utilizarse y la cantidad de los mismos, las
personas necesarias
A partir de un análisis de necesidades podremos determinar las condiciones
que debe reunir el área de trabajo que se va a utilizar, las necesidades de
materiales y también las necesidades de personal (recursos humanos).
Materiales

Computadora

Hojas

Placas de aluminio

Centro de Maquinados CNC

Inyectora de plástico

Cortadores de distintas medidas

Zapatos

Lentes

Bata
Recursos Humanos

1 estudiante de UTEQ

González Rangel Voleny Axala

Asesores

Ing. Víctor Aldo Romero

Ing. Luis Roberto Morales Pérez
30
X.
Desarrollo.
Introducción.
Con la aplicación de distintas actividades se pretende diseñar un molde de
inyección para así lograr los objetivos planteados en el proyecto, buscando que
los procesos sean eficientes y se quede satisfecho con el producto del proyecto
a realizar.
A continuación se muestra cómo se fueron desarrollando las distintas
actividades y qué es lo que se ha logrado con la aplicación de cada una.
1. Diseño del molde de inyección.
Esta actividad se encuentra enfocada al análisis del diseño que se piensa
utilizar para manufacturar el molde de inyección, principalmente es necesario
conocer los antecedentes del diseño para poder proponer mejoras a este, para
esto es necesario realizar borradores del diseño que se pretende aplicar en el
molde y así mismo se podrá ir mejorando ya sean cualidades físicas o estéticas
según sean las necesidades, esto con el fin de que sea más fácil diseñar el molde
basándonos en los problemas que se encuentran en el diseño original.
El objetivo de esta actividad es comprender el diseño para así poder
determinar cuáles son los aspectos que se piensa mejorar esto con la finalidad
31
de alcanzar un máximo de satisfacción en el molde que se va a realizar según
sean necesidades y requerimientos.
El logro obtenido de la implementación del análisis del diseño original ayuda
en gran medida al objetivo general del proyecto, ya que se tiene una mejor visión
de las características que se planea tenga el prototipo del molde de inyección y
esto genera una optimización de tiempos en respuestas con respecto a las
actividades que se planea llevan a cabo.
32
1. Capacitación en el CIMA.
Fue de suma importancia que se iniciara con una capacitación, en la que se
tuvo un recorrido por las instalaciones de mano del Ing. Víctor Romero así como
también se dieron las reglas que se desglosan en cada una de las áreas. Esta
capacitación se dio una explicación de las actividades se harían para poder
realizar el proyecto de Diseño, manufactura y prueba de molde de inyección.
El objetivo de que se realizara esta actividad es el de que se esté bien
capacitado para para poder tener un conocimiento más amplio de las maquinas
que se tienen en CIMA y la manera en que se deben de utilizar.
Esta actividad fue dirigida por el Ing. dando personalmente el recorrido y las
explicaciones sobre lo que se realizaría y cómo se realizarían las actividades para
poder realizar el proyecto.
El resultado de que se hiciera esto fue positivo ya que se tuvo un muy buen
asesoramiento de su parte para poder realizar la búsqueda de los elementos
necesarios para dar comienzo con el proyecto.
La relación que tuvo esta actividad con las demás es muy grande ya que fue
donde se conoció la empresa y donde se dieron las instrucciones y ayudas para
la realización del diseño manufactura e inyección del molde.
33
2. Definición del proyecto.
Para poder definir el proyecto fue necesario que nos reuniéramos con nuestro
asesor de las estadías el Ing. Víctor Aldo Romero, el definió que el objetivo
principal de este proyecto fuera la creación de un molde de inyección y la
documentación del proceso de creación para realización de ayudas didácticas
como: presentaciones, videos, fotos e información el cual se utilizara para tener
información valiosa que tenga relación con la creación de moldes de inyección
utilizando en su totalidad las macro instrucciones, ya que en CIMA nunca se ha
realizado un molde de inyección de esa manera ni por alumnos de ingeniería o
por los de maestría debido a lo complicado de su aplicación.
34
3. Capacitación en el centro de maquinados KIA y
KRYLE
Para poder realizar nuestro proyecto era de suma importancia que
conociéramos el funcionamiento de los centros de maquinado KIA y KRYLE y
también poder operar por nuestra propia cuenta cada una de ellas conocer cada
una de las partes que las componen y poder utilizarlas tanto manualmente como
con programas ya que nuestro proyecto requiere que nuestro molde sea
maquinado en ellas, por lo tanto se nos dio un asesoramiento en la manera en
que se prende las partes y las herramientas que la integran y las funciones que
tiene la máquina y la maneras en que puede maquinar las piezas. Este paso es
muy importante ya que son máquinas de precisión y cualquier error que
cometamos en el programa de las macros se va a ver reflejado en nuestro molde
o en las acciones de la maquina lo que puede ocasionar desde un acabado feo
en el molde hasta reventar cortadores o chocar la maquina con nuestro molde lo
que podría causar que arruinemos el molde o dañemos la maquina por eso fue
de mucha importancia que se nos diera la capacitación adecuada y así manejar
adecuadamente la máquina para no tener problemas al momento de correr
nuestro programa de la macro
35
4. Asesoría sobre las macros.
En este punto el Ing. Víctor Aldo Romero nos dio una asesoría de cómo
funcionan las macros y en qué tipo de situaciones son más útiles para su
aplicación ya que no en todos los casos son tan útiles, nos pasó 2 presentaciones
de cómo es que funcionan las macro instrucciones y la manera en que se deben
de realizar también contenía el lenguaje que es capaz de utilizarse en su creación
y los distintos programas con los que podríamos apoyarnos para cumplir nuestro
objetivo de realizar las macros este material también nos sirvió para nosotros ir
creando nuestros videos, las macro instrucciones y las presentaciones que
teníamos que crear para los alumnos de CIMA ya que esta información es muy
difícil de encontrar en libros o en páginas de internet de una manera tan didáctica
como la que él nos facilitó,
36
2. Combinar el control numérico con las macros.
Para la aplicación de las macros deben de utilizarse las matemáticas como
apoyo ya que lo que se va a hacer es realizar un programa con el cual
diseñaremos una figura, nosotros escogimos la espiral logarítmica o la figura del
nautilo ya que es perfecta para utilizarla con las macros al contar con una
ecuación para representarla en el plano cartesiano.
Nosotros procedimos a investigar cual es la ecuación de la espiral logarítmica
y ya que teníamos dicha ecuación procedimos a tratar de programarla con las
macros haciendo uso del método empírico para otorgar variables y hacer que
nuestro programa fuera tomando forma para complementar esta etapa nos
apoyamos en el programa NCplot (ver anexos 3, 4 y 5 ) que es un editor de
código, en este programa podíamos editar nuestro programa y ver en la
simulación como iba quedando el mismo, también utilizamos el editor de código
de inventor este editor lo ocupamos para poder hacer una simulación de cómo
iba a quedar nuestra pieza ya en un molde todo esto con la intención de poder
simular el cómo quedaría nuestro molde una vez maquinado y así nuestro
programa no dañara la maquina o el mismo molde
37
1. Asesoría sobre las macros.
Nosotros tuvimos 2 sesiones de asesorías referentes a las macro
instrucciones en esta segunda asesoría solo fue para responder algunas
preguntas que tuviéramos con respecto a los problemas que nos surgía con
respecto a la aplicación de las macro instrucciones para maquinar el molde en
esta recibimos información valiosa como lo es que la maquina KRYLE era muy
vieja como para poder leer las macros por lo cual solo podíamos realizar nuestro
maquinado en la maquina KIA la cual era utilizada más por los alumnos para sus
proyectos por lo tanto este dato fue muy importante para poder agenda el día en
el que la utilizaríamos, también se nos informó que para poder correr las macro
instrucciones no podíamos enviarlas de la forma convencional de la computadora
a la maquina si no que se tenía que guardar el programa en la memoria de la
máquina para que esta reconociera la información que se iba procesar esto nos
ayudó mucho ya que estuvimos tratando de enviar el programa para ver cómo
funcionaba pero no lográbamos de ninguna manera que la maquina lo comenzara
saltándonos errores en cada intento , también nos ayudó a corregir el programa
ya que la maquina no puede identificar todos los símbolos que se utilizan
comúnmente como el símbolo para elevar las potencias “^” por lo tanto todo lo
que se elevara a alguna potencia tendría que multiplicarse para que la maquina
reconociera la información y no nos saltara ningún error en la pantalla al momento
de querer comenzar el maquinado de nuestras piezas y de esta manera ir
minimizando los errores que podrían írsenos presentando
38
3. Manufactura del molde de inyección.
Esta parte fue un poco más sencilla por el hecho de que teniendo el programa
(ve anexos 1 y 2) solo quedaba el enviar nuestro programa a la máquina para
poder comenzar, lo único que se nos complico fue que la maquina KRYLE no
acepta las macros al ser un poco más obsoleta, dado esto tuvimos que esperar
a que la maquina KIA estuviera libre para poder comenzar con nuestro
maquinado, también fue necesario aprender a guardar el programa en la maquina
ya que si no se guarda en la memoria de la maquina la maquina no reconocerá
la macro instrucción y por lo tanto no comenzará a maquinarla, se maquinaron
dos moldes la hembra y el macho para maquinar el macho se tuvo que modificar
la macro invirtiendo el programa para que el maquinado comenzará de arriba
hacia abajo y el cortado no se fuera a reventar esto fue de mucha importancia ya
que si no se modificaba la herramienta podría incrustarse en la placa de aluminio
reventarse y dañar tanto la maquina como el molde, una vez que se hicieron los
2 moldes se procedió a agregarle a la hembra el bebedero por donde entraría el
plástico en la máquina de inyección (ver anexo 6, 10 y 11) a este bebedero se
rimo con una rima cónica para que al momento de la inyección el plástico no se
quedara atorado en nuestro molde y así pudiéramos extraer la pieza de plástico
de una manera más eficiente también se le agregaron orificios en una de las
esquinas inferiores y en la opuesta de las superiores esto con el fin de agregar
pernos para alinear nuestros moldes y que a la hora de la inyección quedaran
perfectamente alineados y la pieza fuera optima (ver anexos 8, 9 y 10), una vez
que esto estuvo listo se continuo a hacer las pruebas de inyección en la maquina
39
se montó el molde en la máquina y se alineo con los pernos anteriormente
mencionados luego de que el molde quedo completamente posicionado y
alineado se procedió a agregar desmoldante al molde para que nuestra pieza no
se quedara adherida a ninguno de los moldes hacer las pruebas inyectando 21
veces (ver anexos 15 y 17) para comprobar que el molde era perfecto, de las 21
piezas las primeras fueron salieron con una calidad mala ya que se tuvieron que
estar cambiando los parámetros de la maquina hasta que estos fueran los ideales
(ver anexos 12, 13 y 14), ya que encontramos el valor ideal las piezas
comenzaron a salir en óptimas condiciones comprobando así que los moldes no
tenían ningún defecto y que podrían seguir utilizando para posteriores
demostraciones a los alumnos del Tecnológico de Monterrey con respecto al
maquinado con macro instrucciones y a la inyección de piezas de poliuretano(ver
anexos 15, 16 y 17).
40
4. Realización de un video didáctico para los alumnos
del CIMA.
Para concluir nuestro proyecto también se nos pedía que reuniéramos toda
la información que utilizamos acerca del maquinado con macro instrucciones y la
inyección del mismo molde para que quedara evidencia del proceso que se
realizó dentro de las instalaciones del CIMA y para que esta misma información
sirva a los próximos becarios de la UTEQ para realizar posteriores proyectos, el
mismo trabajo también será mostrado a alumnos de ingeniería del Tecnológico
de Monterrey para que puedan apoyarse tanto con los videos como con la
presentación que creamos para posteriores trabajos o proyectos donde se tenga
que hacer uso de las macro instrucciones, el centro de maquinados o la máquina
de inyección ya que los videos y la presentación cuentan con información valiosa
referente a estas operaciones.
41
XI.
Resultados obtenidos.
Los resultados que se obtuvieron fueron los esperados por CIMA ya que el
diseño del molde de inyección lograron realizarse en su totalidad con la ayuda de
las macro instrucciones, el cual era el principal objetivo con el que teníamos
lidiaba, también se determinó que el diseño era perfecto para ser usado con las
macro instrucciones ya que al momento de maquinarlo quedaba el acabado que
nosotros buscábamos quedando las líneas que se esperaría ver en un caracol,
después de analizar minuciosamente el diseño simulado se pudieron corregir
problemas que se tenían sin comprometer la maquinaria. Se logró alcanzar los
objetivos deseados.
42
XII.
Conclusiones y Recomendaciones.
El diseño hoy en día sabemos que no es nada sencillo debido a que se
tienden a realizar una serie de pasos que muchas veces no sabemos si son
seguros y confiables.
La elaboración de este proyecto deriva muchas expectativas que hay que
tomar en cuenta para poder obtener buenos resultados, el compromiso
dedicación y la credibilidad de lo que se está haciendo, son una buena base para
su cumplimiento, además de que se logra desempañar y ampliar el conocimiento
hacia diferentes áreas que el diseño involucra.
43
XIII.
Anexos
Anexos 1
Molde Hembra
%
O1919
G54G17G80G40
G91G28Z0.0
G28X0.0Y0.0
M06T9
G90G00Z5.0G43H9
M03S5500
G00X0.0Y0.0
Z2.0
(*** INPUT DATA ****)
#100=1.0
(NUMBER OF B)
#110=1.21 (NUMBER OF E)
#120=1.0
(NUMBER OF A)
#130=.0
(THETA ANGLE)
#140=0.19 (COUNTER TO OFFSET FIGURE)
#150=0.5
(X POSITION)
#160=0.5
(Y POSITION)
#170=0.08 (z POSITION)
#180=0.1
(PROF INICIAL)
(*** END OF INPUT DATA ***)
G01Z-0.5F200
WHILE[#140GT0.0]DO1
WHILE[#130LE360.0]DO2
#150=-[#120*COS[#130]*#110*[#130]]*#140
#160= [#120*SIN[#130]*#110*[#130]]*#140
G01X#150Y#160Z#180F1200
#130=#130+0.5
END2
#180=#180+#170
Z-#170
#130=2
#140=#140-0.001 este es para la separación del corte
END1
G00Z5.0
G91G28Z0.0
G28X0.0Y0.0
M05
M30
%
Anexo 2
Molde macho
%
O1919
G54G17G80G40
G91G28Z0.0
G28X0.0Y0.0
M06T9
G90G00Z5.0G43H9
M03S5500
G00X0.0Y0.0
Z2.0
(*** INPUT DATA ****)
#100=1.0
(NUMBER OF B)
#110=1.21 (NUMBER OF E)
#120=1.0
(NUMBER OF A)
#130=.0
(THETA ANGLE)
#140=0.19 (COUNTER TO OFFSET FIGURE)
#150=0.5
(X POSITION)
#160=0.5
(Y POSITION)
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#180=0.1
(PROF INICIAL)
(*** END OF INPUT DATA ***)
G01Z-0.5F200
WHILE[#140GT0.0]DO1
WHILE[#130LE360.0]DO2
#150=[#120*COS[#130]*#110*[#130]]*#140
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END2
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Z-#170
#130=2
#140=#140-0.001 este es para la separación del corte
END1
G00Z5.0
G91G28Z0.0
G28X0.0Y0.0
M05
M30
%
Anexo 3
Anexo 4
Anexo 5
Anexo 6
Anexo 7
Anexo 8
Anexo 9
Anexo 10
Anexo 10
Anexo 11
Anexo 12
Anexo 13
Anexo 14
Anexo 15
Anexo 16
Anexo 17
XIV.
Bibliografía
Andrade, R. S. (1991.). Preliminary evaluation of the needs in the design process. Zurich.:
ICED91.
Zandin, K. B. (2011). Maynart Manual del Ingeniero Industrial. Mexico, DF.: Mc Graw
Hill.