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Estudio de caso:Predicción de simulaciónvs. realpara proporcionar un alto nivel de precisión. Para mejorarla precisión, debemos cortar el cubo en pedazos máspequeños. Cuando separamos el cubo en partes máspequeñas (como se muestra en la Figura 1), podemosaumentar dramáticamente nuestra precisión, ya que elsoftw are ahora está realizando cálculos en 27componentes individuales en lugar de en una solaentidad.Por Jeremy Williams, Consultor/Entrenador de RJG Con la tecnología actual, hay muy pocas razones por lasque no somos capaces de poder predecir con ciertogrado de certeza el resultado de casi cualquier cosa.Para las piezas moldeadas por inyección, queremosobtener una mirada interior antes de cortar acero ¿Porqué? Afrontemos la realidad: Una vez que las rebabas deacero comiencen a volar, casi todos tienen miedo dehacer un cambio debido al costo y al tiempo que tomaráhacerlo Pero, ¿quién no desea mejorar el diseño y laselección de materiales para evitar problemasdimensionales y estéticos a la vez que ahorra dinerosobre tiempo ?Las simulaciones han avanzado mucho en las últimas 3décadas, pero si buscamos evitar la variacióndimensional, debemos entender qué proporciona el nivelmás alto de precisión para poder tomar buenasdecisiones de ingeniería.La precisión de la simulación se basa en 7 factores:1. Malla2. Algoritmos3. Caracterización de Materiales4. Diseño de Moldes5. Máquina de Moldeo6. Procesamiento y Usuario7. Tipo de análisisRevisemos cada uno de estos 7 factores y veamos quétan cerca podemos obtener la realidad para que coincidacon la simulación.MallaPrimero, debemos definir qué es el mallado y cómofunciona. Una forma fácil de describir esto sería lanzarun cubo de 1 ”x 1” x 1” en el softw are y realizar losalgoritmos en una sola entidad.El problema inherente con esto es que el cubo no se hadividido en partes lo suficientemente pequeñas comoFigura 1: Ejemplo de mayo r número de mallasAl crear una malla, existe un equilibrio entre la precisióny el tiempo que la computadora requiere para realizarlos cálculos. En la mayoría de los casos, 500,000elementos de malla pueden proporcionar resultados envarias horas, mientras que 12,000,000 de elementospueden tardar casi 36 horas en completarse.A continuación, en la Figura 2, la iteración de simulaciónde Pod de Diseño (Design Pod) se ejecutó en 6 horas.Solo tenga en cuenta que el tiempo de cálculo se basaen las CPU disponibles y en la computación en la nube;estos valores pueden reducirse drásticamente.

precisos. Estos incluyen (pero no se limitan a) la presión,temperatura y velocidad. La Figura 4 es un cálculorelativamente simple para el enfriamiento que no tomaen cuenta todas las variables requeridas para unasimulación de calidad.Antes de analizar las ecuaciones, primero debemosaclarar las variables:Figura 2: Po d de Diseño co n 1.5 millo nes de elemento s.Se pueden o mitir lo s radio s pequeño s o lo s filetes, pero es crucialmo delar to das las características dentro de la parte para asegurarque no se pro duzcan disparo s co rto s en pestañas de sujeció n ohilo s.La Figura 3 muestra las capas dentro del grosor del Podde Diseño. Estos son críticos para lograr una mayorprecisión dentro de la simulación, lo que evita el cambiodimensional durante el proceso de enfriamiento. Lastemperaturas del plástico disminuyen rápidamentedebido al contacto directo con un molde frío durante laproducción. Las capas de la pieza moldeada se formanmuy rápidamente, y las tasas de transferencia de calorcambian dramáticamente con el grosor de cada capa,impactando directamente los gradientes de presión, lastasas de encogimiento y las dimensiones, por nombrarunos cuantos.Figura 3: Po d de Diseño co n 10 capas de co nto rno (5 po r lado )AlgoritmosDentro del softw are, hay cantidades masivas de cálculosque ocurren en paralelo para proporcionar resultadosCp : calor requerido para elevar la temperaturadela unidad de masa de una sustancia dada porunacantidadλ: capacidad del material para conducir elcalor.ρ: compacidad de una sustanciah: Grosor de paredt : tiempoT : temperatura𝑡𝑡 ��𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒4 𝑇𝑇 𝑑 𝑇𝑇 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚ℎ2x 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑥𝑥 () 2𝜋𝜋 x α𝜋𝜋𝑇𝑇 ��𝑒ó𝑛𝑛 𝑇𝑇 d térmica (α) Conductividad Térmica (λ)Densidad(ρ) x Calor Específico (Cp)Figura 4: Ecuacio nes de Enfriamiento y Difusividad T érmicaDebemos recordar que hay varias ecuaciones realizadasen el mismo elemento varias veces a lo largo del análisis.A medida que la parte continúa enfriándose, la capa dela piel se vuelve más gruesa y la capacidad de transferircalor se vuelve cada vez más difícil.Caracterización de MaterialesCuanto más se sepa sobre el comportamiento delmaterial bajo diferentes presiones, velocidades ytemperaturas, tanto mejores serán los resultados. Haycientos de propiedades de materiales que impactarán enla precisión y cientos de miles de materiales en elmercado. Por lo tanto, no siempre es probable que elmaterial que usted está moldeando esté disponibledentro del softw are de simulación. En general, cuandonuestro grupo TZERO trabaja en un proyecto, elsoftw are que utilizamos tiene una gran importancia encuanto a si tiene o no el material seleccionadodisponible.

Un material completamente caracterizado es aquel quese ha probado en todas las entradas de datos requeridaspor el paquete de softw are con todos los aditivosincluidos. Sin aditivos como el color, los agentes dedeslizamiento, los estabilizadores térmicos, etc., laprecisión puede disminuir. En ocasiones, no se realizarántodas las pruebas requeridas y las compañías de softw areagregarán valores genéricos de la familia base de resinas.Esto no es necesariamente una mala práctica, peroexiste la posibilidad de que los resultados tiendan a seraltos o bajos.Figura 6: Po d de Diseño co n go ta caliente detalladaSin el sistema de guía, es muy difícil predecir la pérdidade presión, lo que puede generar un proceso de presiónlimitada y piezas que se contraen más que la tasa dereducción seleccionada. La falta de pequeños detallesdentro de la geometría de inserción de la entrada delsistema de canal caliente puede tener un gran impactonegativo en los resultados.Figura 5: Archivo de material de so ftw are de simulació nDiseño de MoldesMuchas veces, los analistas usan nodos para representarla ubicación de la entrada, pero esto tiene desventajasdramáticas. No reproduce completamente la trayectoriadel flujo que el material tomará desde la boquilla de lamáquina de moldeo hasta el extremo de la cavidad. Eluso de un modelo como el que se muestra acontinuación en la Figura 6 que tiene el sistemacompleto de suministro de masa fundida (canal frío ocaliente), canales de enfriamiento y selección de metaleses imprescindible para lograr la precisión.Como casi todo lo demás en moldeo, no hay una solaregla que se aplique a todo. Hay muchas circunstanciasen las que se requieren simulaciones, pero no hay undiseño de molde disponible. En este escenario, el usuariodebe entender bien el diseño de moldes y la fabricación.Máquina de MoldeoLa gran mayoría de los moldes deben funcionar dentrode un determinado conjunto de parámetros que debenconsiderarse al ejecutar una simulación adecuada. En elcaso del Pod de Diseño, necesitábamos recopilar lasvariables que afectan la coincidencia entre molde ymáquina. Una vez que tengamos los datos de cadamáquina, debemos diseñar el molde y el proceso para lamáquina menos capacitada. La tabla I a continuaciónmuestra el parámetro de la máquina limitadoraresaltado en amarillo.

T abla 1: Máquina virtual meno s capacitadaSi un analista no toma esto en consideración, es posibleque las instalaciones de producción no puedan producirpiezas en el tiempo de ciclo, la tasa de desecho o loscriterios de calidad requeridos. Esto obliga a la compañíaa aceptar márgenes de ganancia más bajos o mover elmolde a una máquina más capaz, si existe una en susinstalaciones con capacidad abierta.Además del parámetro de la máquina de moldeo, elusuario de la simulación debe proporcionar al moldeadorlos caudales de cada circuito para garantizar que elmundo virtual y el mundo real se repliquen entre sí.comprender dónde se puede(n) colocar la(s) entrada(s).Además, comprender cómo se puede colocar elenfriamiento en el molde a través de pasajes de aguaestándar, deflectores, burbujeadores o una tubería decalor requiere un amplio conocimiento.En el caso del Pod de Diseño (figura 7), había seccionesde pared muy finas que dictaban que se utilizara unaalta tasa de flujo para asegurar que la cavidad pudierallenarse antes de que la pared se congelara y crearadisparos cortos.Procesamiento y UsuarioEl softw are de simulación proporciona valores paraconectarse a las ecuaciones, pero algunas de esasentradas deben ser generadas por el analista. Lamayoría de las veces, el softw are utilizará por defecto laconfiguración promedio para la temperatura de fusión ymolde, lo cual es excelente. Sin embargo, ¿cómodeterminamos la velocidad de llenado, la presión deretención, etc.?La rapidez con que se debe llenar la cavidad se basa enla calidad de la pieza requerida al final. En ciertascircunstancias, como las piezas de pared delgada, el flujodebe ser tremendamente rápido para garantizar que lacavidad esté llena antes de que la pared se congele. Enotros casos, como el moldeo de lentes, el flujo debe ser elinverso completo, casi de manera que la pared secongele, pero no del todo.Figura 7: Po d de Diseño co n geo metría co mpleja.Tipos de analisisHay cuatro tipos diferentes de análisis para ejecutarsecon cientos de resultados disponibles para cada uno. Nose preocupe, no hablaremos sobre todos ellos, solo sobrealgunos de nivel superior.Esto se debe a la tensión ejercida sobre el materialdurante la fase de llenado. Con una lente, debemosmantener la tensión lo más bajo posible para garantizarque el rendimiento no se vea afectado. Además de loscaudales lentos para las aplicaciones de lentes, lastemperaturas de fusión y molde son generalmente másaltas junto con las presiones de retención. Estosparámetros ayudan a garantizar que el rendimiento de lalente no se vea afectado negativamente.El primer tipo es un análisis de llenado que mostrará elcalentamiento por fricción, las tasas de estrés porfricción, la tensión de fricción, las trampas de aire, laslíneas de punto/ fusión, los tonelajes de sujeción y lapresión de inyección para enumerar algunos.A veces, el softw are puede ayudar con la selección de laentrada. El softw are actual no tiene en cuenta lasdimensiones críticas para la función o el proceso quedeben ser controladas y/o monitoreadas de maneraestricta. Por lo tanto, el analista debe entender cómointerpretar los dibujos y trabajar con el marketing paraEl enfriamiento ayuda a determinar el tiempo to tal delciclo según el grosor de la pared y la sección del material(metal y plástico), así como la ubicación de la línea deenfriamiento.Luego tenemos el análisis de empaque que proporcionaráel tonelaje de sostenimiento, el sello de la compuerta, losposibles hundimientos superficiales y los vacíos.