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

Introducción— 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...

Full description

Autores:
Benitez Lozano, Adrian José
Vargas Isaza, Carlos Andres
Montealegre Rubio, Wilfredo
Tipo de recurso:
Article of journal
Fecha de publicación:
2020
Institución:
Corporación Universidad de la Costa
Repositorio:
REDICUC - Repositorio CUC
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.cuc.edu.co:11323/12262
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11323/12262
https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.2.2020.08
Palabra clave:
finite volume method FVM
mold injection
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product life cycle management PLM
design of experiments
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description Introducción— 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. Objetivo— 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. Metodología— 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). Resultados— 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. Conclusiones— 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.
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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. Objetivo— 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. Metodología— 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). Resultados— 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. Conclusiones— 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.Introduction— One of the main concerns in the mold injection industry is to ensure efficient material processing and procurement of products at reasonable costs that reflect solid economies of scales for large production series. Cooling time is an influential and decisive variable for the efficiency of these series, under a certain temperature condition, it increases along with the thickness of the piece. Therefore, for a certain thickness, a low mold temperature and a high piece extraction temperature have a considerable influence on the reduction of cooling time, which constitutes a large span of the process cycle time: between 80 % and 85%. In this work, the injection molding process is simulated to explore the temperature distribution and material filling process of a mold designed to make ‘ear tags’, which are used for the visual control of cattle. Objetive— The main goal is to identify the essential variables in the process (time process, injection and packaging pressures, clamping forces and injection velocity), as well as their influence on compression times and temperature distribution. Methodology— For the above, an Experiment Design methodology (DOE) is stablished based on the 2k factorial design, based on simulations based on the finite volume method (FVM). Results— This DOE, adapted to the numerical results, reveals as a fundamental result of this work, the study variables that are inherent in the process, in addition to achieving its characterization. Conclusions— The results allowed studying the temperature behavior distribution in the mold, identifying as initial variables to consider in the experimentation: the initial mold temperature and the interactions between the cooling times-packaging and cooling times-initial mold temperature.application/pdftext/htmlapplication/xmlspaUniversidad de la CostaINGE CUC - 2020http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0info:eu-repo/semantics/openAccessEsta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0.http://purl.org/coar/access_right/c_abf2https://revistascientificas.cuc.edu.co/ingecuc/article/view/2731finite volume method FVMmold injectioncooling timesproduct life cycle management PLMdesign of experimentsfinite elementsmétodo de volúmenes finitosmoldeo por inyeccióntiempos de enfriamientociclo de vida del producto-PLMdiseño de experimentoselementos finitosSimulación de moldeo por inyección basado en el método de volúmenes finitos (FVM)Mold Injection Simulation based on Finite Volume Method (FVM)Artículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1Textinfo:eu-repo/semantics/articleJournal articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Inge CucM. 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