Programa para refrigerar un moldengel Fernndez, Javier Castany, Jess Gracia y Javier RuizDiseo de moldes para inyeccin (VI)

TIIP-COOL (I). UN PROGRAMA CAE PARA LA DEFINICIN DEL SISTEMA DE REFRIGERACIN DE UN MOLDE

El presente artculo es el sexto de una serie que trata del desarrollo de una oficina tcnica virtual para el diseo de moldes para inyeccin a base de herramientas CAD y CAE. Este captulo presenta la primera parte de TIIP-Cool, un programa CAE para la definicin del sistema de refrigeracin de un molde.

1. Introduccin En el presente artculo se describe el programa TIIP-Cool, de tipo CAE, para la definicin del sistema de refrigeracin de un molde. Este programa, desarrollado por el Taller de Inyeccin de la Industria de los Plsticos (TIIP), determina los conceptos del sistema refrigerador a aplicar, las dimensiones de este sistema, la posicin relativa a la pieza, los parmetros a programar para el refrigerante, el tiempo de refrigeracin y la calidad de la pieza inyectada. Con estos parmetros se puede determinar la productividad del molde a travs del conocimiento del tiempo de ciclo y asegurar la calidad dimensional necesaria para el componente a travs de una refrigeracin uniforme.

2. Descripcin fsica del programaUna vez que termina el proceso de llenado de la cavidad del molde y el plstico pasa a una situacin casi esttica, el proceso ms relevante que sucede en el molde es el de refrigeracin. Es decir, el de evacuacin del calor desde el polmero hasta el lquido atemperador.Con qu eficiencia se evaca ese calor y cmo afecta a diferentes aspectos del componente inyectado depende, fundamentalmente, del diseo que se realice del sistema de refrigeracin del molde. Sin embargo, slo con un diseo correcto se consigue optimizar el componente desde el punto de vista de productividad mxima o ciclo mnimo, aspecto esttico superficial, formas exactas sin alabeos y mnimas tensiones residuales.Con el fin de obtener unos resultados ptimos en todos estos aspectos mencionados es necesario aplicar tres criterios bsicos. El primero es que para cada polmero existe una temperatura recomendada de pared de molde que minimiza las tensiones residuales, optimiza el nivel de cristalinidad y consigue un buen aspecto esttico. Por tanto, el molde no puede estar tan fro como se desee desde el punto de vista de la productividad.El segundo criterio es que la refrigeracin debe ser uniforme en la superficie de la cavidad para evitar que se contraigan de manera diferente algunas partes de la pieza. Adems, el tiempo de refrigeracin vendr dado por el que necesiten las partes ms gruesas y las que estn peor refrigeradas.El tercer criterio es que el tiempo de refrigeracin solo es ptimo si la pieza no se alabea, con lo que es necesario que exista un equilibrio en temperaturas entre las caras macho y hembra del molde.Teniendo en cuenta estos tres criterios, el flujo de trabajo del programa que aqu se presenta es como el que se presenta en el diagrama de funcionamiento de la pgina siguiente.

3. Entrada de datosEn primer lugar, deben caracterizarse los materiales que intervienen durante el proceso de refrigeracin. Estos materiales son el polmero, el molde y el refrigerante, que se caracterizan por medio de su conductividad, calor especfico y densidad.

Figura 1 Diagrama funcional

Estos parmetros se encuentran en cualquier base de datos, si bien el programa cuenta con una amplia base de datos en la que se refieren, adems, datos como la temperatura de solidificacin del plstico y la viscosidad cinemtica del refrigerante.La sencillez y rapidez de manejo de la base de datos es clave en este programa. En la pantalla que presenta el programa basta indicar los datos o seleccionar el material desde alguna de las cortinas desplegables de la pantalla.Todo ello slo con el ratn.

Figura 2 Pantalla de definicin de los materiales

Se introducen en la base de datos los materiales que intervienen en el proceso de refrigeracin: el polmero, el molde y el refrigerantePor otro lado, es necesario asociar la geometra de la cavidad a inyectar con alguna de las tres geometras bsicas con que trabaja el programa: caja, placa y cilindro (simplificable a un disco). Aparte de las dimensiones bsicas, debe reflejarse qu porcentaje de rea representan los agujeros, dado que puede significar un importante volumen de calor que no es necesario extraer.

Figura 3 Geometra de la cavidad

El programa trabaja con tres geometras de la cavidad bsicas. caja, placa y cilindro.

4. Eleccin del concepto de refrigeracinUn planteamiento general de cmo se va a refrigerar la cavidad es tan necesario como eficaz.A este respecto, el programa plantea la posibilidad de aplicar diferentes "conceptos" de refrigeracin a cada una de las geometras con que trabaja. Estas geometras se resumen en la tabla 1.El programa plantea la posibilidad de aplicar diferentes conceptos de refrigeracin a cada una de las geometras con que trabaja.Para decidirse por uno u otro sistema, el diseador cuenta con toda la ayuda del entorno grfico con que trabaja. En la figura 4 se puede ver cmo se elije, para una caja, entre dos posibilidades distintas.

Figura 4 Eleccin de la caja

Se puede elegir, para una caja determinada, entre dos posbilidades distintas.Debe destacarse el hecho de que se ha supuesto que, tanto en el lado inyeccin como en el lado expulsin, se ha diferenciado la refrigeracin de los laterales de la del fondo. Esta tcnica se conoce como segmentacin y es una simplificacin que asume que la refrigeracin de estas cuatro porciones de la pieza se lleva a cabo de manera independiente.Por tanto, como se ve en la figura 5, en el lado de la expulsin de la caja se podra refrigerar el molde empleando baffles, bubblers y canales combinados con una espiral o ms canales independientes para refrigerar las paredes laterales y el fondo,

Figura 5 Distintos modos de refrigeracin

El programa recomienda las alternativas de refrigeracin ms adecuadas.

5. Definicin de la geometraLa figura 6 muestra el escenario en el cual se ultima la entrada de datos acerca de la geometra del sistema de refrigeracin. Para este caso se ha elegido canales tanto en lado inyeccin como expulsin de la caja. Los grficos ayudan a identificar los datos a introducir.

Figura 6 Definicin de la geometra

Los grficos que salen en la pantalla ayudan a identificar los datos a introducir.Lo fundamental es indicar qu dimetro de canales se emplea (D) y a qu distancia se encuentran de la superficie media de la cavidad (H). Tambin se debe indicar cuntos canales hay (equitativamente distribuidos) y cuntas subconexiones tienen entre s para los clculos subsiguientes.As mismo, se indican ancho y largo de la placa del molde para el clculo del calor que se enva al ambiente, tanto en forma de radiacin como de conveccin.La forma de operar para el lado expulsin es similar. En la figura 7 se ve el escenario de trabajo para definir la geometra para una caja refrigerada por canales en los laterales y una espiral de pasos p y p' y seccin rectangular "axb"

Figura 7 Definicin de la geometra

Escenario de trabajo para definir la geometra para una caja refrigerada por canales en los laterales y una espiral.

6. ConclusionesEn este artculo se ha descrito la entrada de datos correspondiente a un programa para el anlisis de sistemas de refrigeracin de moldes de inyeccin. En el programa se ha introducido el trmino "concepto" de refrigeracin. Se trata de un trmino muy importante para obtener refrigeraciones equilibradas entre distintas partes de un mismo molde.Las simulaciones realizadas con este programa muestran como conceptos diferentes. Por ejemplo: canales en la hembra y baffles en el macho suelen dar lugar a grandes diferencias de temperaturas entre macho y hembra del molde, con lo que las piezas se alabearn.Con el programa se consigue reducir al mnimo el total de datos a introducir para este tipo de anlisis en comparacin con los que se manejan en programas de clculo por elementos finitos.Tabla 1 Diferentes conceptos de refrigeracin

Geometra PiezaSemimoldeConcepto LateralConcepto Fondo

PlacaInyeccin------------ExpulsinCanales------------Canales

CilindroInyeccin

------------Expulsin

BafflesCanalesHlice------------HliceBafflesBubblersCanalesCanalesEspiral

------------Espiral circularEspiral rectangular

Caja rectangularInyeccin

------------Expulsin

CanalesBaffles------------CanalesBafflesBubblersCanalesEspiral------------CanalesEspiral