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UNIVERSIDAD DE JAÉN Escuela Politécnica Superior de Linares
Trabajo Fin de Grado
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Escuela Politécnica Superior de Linares
Trabajo Fin de Grado
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Escuela Politécnica Superior de Linares
Trabajo Fin de Grado
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Escuela Politécnica Superior de Linares
Trabajo Fin de Grado
______
DISEÑO DE UN MOLDE DE INYECCIÓN
PARA LA FABRICACIÓN EN SERIE DEL
RADIADOR DEL FARO DE UN VEHÍCULO
Alumno: Francisco José Herrera Álvarez
Tutor: Patricio Lupiáñez Cruz Depto.: Ingeniería Gráfica, diseño y proyectos
Septiembre, 2020
Alumno: Francisco José Herrera Álvarez
Tutor: Patricio Lupiáñez Cruz Depto.: Ingeniería Gráfica, diseño y proyectos
Índice:
Memoria:
1. Introducción ……………………………………………………………………………… .4
2. Objetivos…………………………………………………………………………………... 5
3. Descripción de la pieza ………………………………………………….………………. 6
4. Funcionalidades de la pieza ……………………………………..…….……………….. 7
5. Diseño de la pieza …………………………………………………….…………………. 8
6. Material de fabricación de la pieza ……………………………...……………………. 10
7. Diseño del molde ……………………………………………...…………… ………… 11
8. Molde y diseño paso a paso ……………………………………………………...…… 13
8.1. Diseño pieza A y guías atornilladas ………………………………………….…. 14
8.2. Diseño pieza B ………………………………………………………………….…. 15
8.3. Diseño pieza C y guías atornilladas ……………………………….……………. 16
8.4. Diseño pieza D, guías y expulsores ………………………………………….…. 17
8.5. Diseño pieza E ………………………………………………………………….…. 19
8.6. Diseño pieza G ………………….………………………………………………… 21
8.7. Diseño pieza H ………………………………………………………………….…. 23
8.8. Diseño pieza F ………………………………………………………………….…. 25
8.9. Diseño pieza I ……………………………………………………………………... 26
9. Material para la fabricación del molde ………………………………………..……… 27
9.1. Acero AISI/SAE 1141 …………………………………………………..………… 28
10. Conclusiones ……………………………………………………………………………. 29
11. Referencias bibliográficas ………………………………………………...…………… 30
11.1. Libros ……………………………………………………………………………… 30
11.2. Webs de consulta ……………………………………………...………………… 30
Anexos a la memoria:
12. Anexos a la memoria …………………………………………………………………... 31
12.1. Montaje secuencial del molde …………………………………………..……… 36
12.2. Planos ………………………………………………...………...………………… 37
Plano pieza A …………………………………………...………………………………. 38
Plano pieza B …………………………………………...………………………………. 39
Plano pieza C ………………………...………………...………………………………. 40
Plano pieza D …...……………………………………...………………………………. 41
Plano pieza E …………………………………………...………………………………. 42
Plano pieza F …………………………………………...………………………………. 43
Plano pieza G …...……………………………………...………………………………. 44
Plano pieza H ………………………………...………...………………………………. 45
Plano vista conjunto …………………………………...………………………………. 46
Pliego de condiciones:
13. Pliego de condiciones ………………………………………………….………………. 46
13.1. Generalidades del proyecto ……………..……………………………………... 46
13.2. Uso y propiedad …………………………...…………………………………….. 49
13.3. Pliego de condiciones técnicas ………………………………………………… 50
13.4. Aclaraciones del pliego de condiciones …………………………………..…... 53
13.5. Mantenimiento ………………………………………………...…………………. 54
13.6. Transporte ……………………………………………………………….……….. 54
13.7. Software utilizado ………...……………………………………………………… 55
Presupuesto:
14. Presupuesto …………………………………………………………………………….. 56
14.1. Diseño del molde ………………………………………………………………… 56
14.2. Materiales y componentes ……………………………………………………… 56
14.3. Mecanizado …………………………………………………………….………… 57
14.4. Coste total diseño y fabricación del molde ……………………… ………...… 59
MEMORIA
1. Introducción:
La fabricación de piezas de plástico por molde de inyección es un sistema eficaz que
permite realizar las piezas con una calidad y acabado muy notables. Estas cualidades
dependen en primera medida de la elaboración de un molde que permita las máximas
garantías para la pieza en cuestión, de ahí que el diseño de este y su fabricación sean
el paso más importante para que la pieza obtenga las garantías deseadas.
Un buen diseño de un molde no sólo aportará ventajas en cuanto al número de
piezas realizadas a la vez o a su acabado, sino que permitirá una reducción de costes
si se tienen en cuenta elementos como poder sustituir elementos con mayor desgaste,
como los expulsores, o un molde realizado por varias piezas sustituibles, que se
puedan cambiar en caso de deterioro sin necesidad de cambiar el molde entero.
1. Objetivos:
El objetivo de un molde por inyección de plástico es la introducción del material
fundido por una cavidad que, rellenada en un proceso semicontinuo, solidifique el
material obteniendo la forma de la pieza deseada con los mejores acabados.
En este proyecto se busca la obtención del radiador con las mejores prestaciones y
la mayor garantía posible a través de esta técnica que es el principal proceso en
cuanto a la transformación de plástico para la fabricación de componentes de
automóviles.
En este trabajo fin de grado se diseñará el molde para la fabricación de un radiador
del faro de un vehículo, partiendo de la forma de este y realizando el molde
posteriormente.
Se han tenido en cuenta procesos de optimización de producción como el poder
incluir más de una pieza en el molde para su realización simultánea. También se
pretende con la realización de éste una mejora económica con respecto a moldes
sólidos sin piezas reemplazables, pudiendo sustituirse piezas cuyo desgaste es mayor
cuando se considere.
Sin olvidarnos que el molde trabajará a unas temperaturas elevadas debido a la
fundición del nailon, también se atenderá el proceso de refrigeración de este que
evitará cualquier tipo de deformación en nuestra pieza acabada.
En definitiva, se persigue diseñar un molde que realice el mayor número de piezas
sin que aumente el tamaño de este considerablemente, que la calidad de éstas sea
aceptable, que no tengan que soldarse componentes posteriores al radiador y que
sean desechables las partes con mayor desgaste debido a fricción o choques.
Para la realización de este molde se ha utilizado el software de diseño CATIA, uno
de los más potentes y usados en la industria para este tipo de proyectos.
2. Descripción de la pieza:
Un radiador (figura 1) es una pieza plástica, generalmente de nailon, que se usa
para disipar calor.
La geometría de dicha pieza consta de una base en la parte inferior y unas aletas
verticales adosadas dispuestas perpendicularmente a la base y en paralelo entre ellas,
como se puede apreciar en la figura 1.
Esta pieza, en un faro de automoción, se acopla junto con una unión a la placa
PCB y todo este ensamblaje a su vez, se fija junto con dos tornillos a la carcasa del
faro (figura 2).
Figura 1. Radiador de nylon
Figura 2. Montaje del radiador a la carcasa del faro
4. Funcionalidades de la pieza:
Un radiador o disipador térmico es un dispositivo pasivo que se usa para el
intercambio de calor de dispositivos mecánicos o electrónicos que ayuda a regular el
calor generado, en este caso, por los LEDS. Se hace con la finalidad de que,
aumentando el área de la superficie total, el calor se pueda irradiar de manera
eficiente, consiguiendo así bajar la temperatura de los mencionados diodos.
El rendimiento y la vida útil de dichos diodos dependen directamente de su
temperatura y su enfriamiento y control es esencial para el buen funcionamiento de
estos y en consecuencia para el faro.
En un sistema típico, el LED está soldado a una placa PCB y esta a su vez se
conecta al radiador, como se muestra en el siguiente esquema (esquema 1):
Esquema 1. Simulación de transferencia de calor y esquema de placa PCB, led y radiador
5. Diseño de la pieza:
Con objeto de facilitar la producción, el diseño del molde se ha hecho para que la
pieza se fabrique de una sola vez, sin tener que ensamblar componentes posteriores,
quedando acabada totalmente una vez finalice el proceso de solidificación (figura 3 y
figura 4).
Como se puede apreciar, el radiador consta de 6 aletas perpendiculares a la base
de anclaje y paralelas entre sí, además de dos orificios laterales que servirán para
atornillar el radiador a la carcasa del faro (figura 5).
Figura 4. Parte superior radiador
Figura 3. Parte inferior radiador
Figura 5. Detalle aleta y orificios laterales
También se puede ver un agujero en el centro para atornillar la placa a la PCB y 4
pines en las esquinas de la parte inferior para centrar el radiador a la hora de colocarlo
a la placa.
Figura 6. Detalle agujero para tornillo y pines de colocación
laterales
6. Material de fabricación de la pieza:
La elección del material de fabricación de cualquier componente se suele realizar
tras el análisis de los requisitos y características necesarios para el buen
funcionamiento de este, sin olvidar en ningún momento la durabilidad y el tema
económico.
En el caso del radiador que se ha diseñado, el material elegido es nailon. Es
el nylon más conocido de todos los plásticos técnicos. Además, posee excelentes
propiedades mecánicas, químicas, térmicas, eléctricas y la posibilidad de
ser modificado con aditivos.
Entre estas propiedades (Tabla 1) destaca que, en el extrusionado, este material
aguanta mejor que la mayoría los impactos y las tensiones internas, permite trabajar
con costes relativamente bajos y además posee unas prestaciones térmicas muy altas,
lo cual es excelente para el caso de nuestra pieza ya que su función es la disipación
del calor.
Nombre: Nailon o nilón
Color: Natural (blanco) / Negro
Densidad: 1150 kg/m3
Temperatura de fusión: 536,12 K
Conductividad térmica: 0,25 W / (m K)
Descripción:
Es un polímero cristalino muy
resistente con una viscosidad de
fundido muy baja. Buena resistencia a
tensiones internas y buenas
propiedades térmicas.
Aplicaciones:
Sector automovilístico para la
fabricación de componentes
Tornillos industriales
Palas de ventiladores industriales
Piezas de maquinaria como engranajes
y cojinetes
Tabla 1. Propiedades del nailon
7. Diseño del molde:
Cuando ya tenemos el modelo definitivo del radiador, comenzamos a diseñar el
molde teniendo en cuenta varios aspectos que condicionaran dicho diseño.
El principal es la propia pieza en sí, así como su geometría que nos dará su
posición dentro del molde, la posición del sistema de alimentación, de expulsión etc.
Un aspecto muy a tener en cuenta y que se ha valorado a la hora del diseño de
este molde es que las piezas que sufren más desgaste como consecuencia de
fricciones o choques, puedan ser reemplazadas infinitamente sin tener que desechar
el molde completo. Esto hace que nuestro molde, aparte de tener una durabilidad
superior a otro que no se puedan cambiar componentes, económicamente sea viable.
El molde se va a diseñar para que pueda fabricar dos radiadores a la vez,
situándose estos en cavidades paralelas dentro de él sin que este llegue a ser
excesivamente grande. Este sistema de llenado permite la fabricación de un mayor
número de piezas en un tiempo bastante reducido comparado con dos moldes
individuales. Generalmente este tipo de condiciones técnicas y económicas vienen
suscritas al cliente, al tiempo de producción, a la producción anual de piezas que
quiera alcanzarse etc.
Como se ha mencionado anteriormente, debido a la ausencia de correderas en el
interior del molde, éste que se está diseñando permite fabricar dos radiadores a la vez
con las máximas garantías de calidad.
Con respeto al sistema de expulsión, los expulsores que eyectan la pieza una vez
solidificada se han diseñado para se puedan reemplazar cuando su desgaste sea
evidente y no cumplan su función con garantías. Esta expulsión generalmente se hace
mediante un pistón hidráulico.
Teniendo en cuenta las temperaturas que alcanza el nailon en su punto de fusión,
es conveniente que a través del molde fluya algún líquido refrigerante que baje esta
temperatura del molde, en este caso se ha optado por tres tuberías pasantes en cuyo
interior circula agua en circuito cerrado, conectándose a una boca de suministro y
manteniendo un caudal constante.
Este se divide en dos partes a través de una línea de partición. Separa una parte
fija y otra móvil que durante el proceso de manipulación y transporte se unen mediante
una unión atornillada, de esta manera el conjunto no se desmonta y se puede
manipular con totales garantías.
Como se puede comprobar, un molde es un conjunto de piezas, algunas
prefabricadas y otras diseñadas a medida que hacen posible la fabricación de otras
piezas.
El buen diseño del molde, materiales de fabricación de este, así como de la pieza
en cuestión etc. Repercute directamente sobre la calidad y el precio final, factores muy
a tener en cuenta cuando se realiza un número significativo de piezas, por lo que se
debe prestar especial atención a este primer paso del diseño del molde para la
obtención del radiador ya que es clave para la obtención de dicha pieza.
8. Molde y diseño paso a paso:
Una vez conocidos los aspectos principales del molde, redactados anteriormente,
procedemos al diseño del mismo.
Por simplicidad, las partes simétricas del molde se indicarán, pero sólo se mostrará
en detalle el lado derecho.
Una vez finalizado el molde, su aspecto sería tal que así (figura 6):
Procedemos ahora al despiece del molde para ver con detalle cada una de sus
partes, cómo están unidas entre sí, las guías que facilitan el montaje etc.
Figura 6. Molde acabado
8.1. Diseño pieza A y guías atornilladas:
La pieza A situada en la parte inferior del molde (figura 7), es un rectángulo con 4
orificios pasantes. Es una pieza simétrica con respecto al eje central de simetría. En
ella se pueden observar dos orificios en los extremos con un diámetro inferior a los
tres orificios centrales (figura 8). Sobre estos orificios irán atornilladas las guías (figura
9 y 10) que harán más sencillo el posicionamiento de las piezas para el montaje del
molde.
Figura 7. Posición pieza A
Figura 8. Pieza A
Figura 9. Tornillos y guías pieza A Figura 10. Detalle fijación guías
8.2. Diseño pieza B:
La pieza B (figura 12), situada sobre la pieza A (figura 11), es una pieza en forma
de “L” que consta de 3 orificios pasantes por los que pasan las guías anteriormente
descritas y dos orificios ciegos (figura 13) en los extremos que es donde se anclan los
tornillos que fijan esta pieza a la pieza A.
Esta pieza también es simétrica respecto al mismo eje que la anterior.
Figura 11. Posición pieza B Figura 12. Pieza B
Figura 13. Detalle y vistas pieza B
8.3. Diseño pieza C y guías atornilladas:
La pieza C (figura 14), situada sobre la pieza A, es una pieza cuadrada con cuatro
orificios pasantes de tornillo en las esquinas, que corresponden a los cuatro tornillos
que fijarán esta placa a la que se colocará encima y otros cuatro orificios pasantes
más al centro de la pieza que será por donde se inserten las cuatro guías que situarán
centradas ambas piezas y sucesivas (figura 16).
Figura 14. Posición pieza C Figura 15. Pieza C
Figura 16. Tornillos y guías acopladas pieza C
8.4. Diseño pieza D, guías y expulsores:
La pieza D (figura 18) es idéntica a la pieza C (figura 15) salvo que esta última
cuenta con cuatro orificios pasantes en las esquinas, situados cerca de los orificios de
los tornillos, correspondientes a las guías de posición que colocarán esta pieza con la
E (figura 22) y F (figura 32) posteriores, así como otros diez orificios pasantes que será
por donde pasen los expulsores que, una vez finalizada la solidificación, extraigan el
radiador (figura 19).
Los tres expulsores situados en disposición de triángulo que tienen la parte
superior plana son para la expulsión del radiador, cada uno de ellos choca en una
aleta e impulsa el radiador hacia afuera, mientras que los cuatro restantes
corresponden a los expulsores del canal de colada que deberá también salir fuera del
molde.
Figura 17. Posición pieza D Figura 18. Pieza D
Figura 19. Guías y expulsores pieza D
Se han situado dos expulsores en el canal de colada, uno pegando al borde de la
pieza y otro junto a la mazarota para evitar que un solo expulsor, situado en el centro
del canal de colada, rompa este dividiendo la pieza en dos y generando residuos
dentro del molde (figura 20).
Figura 20. Vista expulsores radiador y canal de colada
8.5. Diseño pieza E:
La pieza E (figura 22) es un cuadrado con un hueco en su centro donde irá alojada
la pieza G y la forma circular de la mazarota. En el interior del mencionado hueco
podemos ver los orificios pasantes de los expulsores y guías mencionados
anteriormente (figura 19).
Al lado de los orificios de las guías, situados sobre el borde de la pieza E (figura 22)
pero de mayor diámetro, vemos otros orificios que servirán de nuevo para una nueva
guía que centrará esta pieza E (figura 22) con la pieza F (figura 32).
También observamos que, dentro de la cavidad, hay cuatro orificios en las esquinas
que no corresponden a los de los expulsores, son orificios de tornillo para fijar esta
pieza E (figura 22) a la pieza G (figura 24).
Finalmente, los dos orificios situados dentro del semicírculo del hueco de la pieza
E (figura 22) son los correspondientes a los dos tornillos que fijarán el bebedero (figura
35) a la pieza E (figura 22).
Figura 21. Posición pieza E Figura 22. Pieza E
Figura 21. Guías y tornillos de la pieza E
Por último, en esta pieza vemos dos orificios laterales. Sirven de pasantes para las
tuberías de refrigeración que son básicamente dos cilindros con una terminación
hexagonal en los extremos donde se fijaría la toma de suministro y por ellas circularía
el líquido refrigerante.
Figura 22. Pieza E, guías, tornillos y tuberías de refrigeración
8.6. Diseño pieza G:
La pieza G (figura 24) es la que está situada dentro de la cavidad de la pieza E
(figura 22) descrita anteriormente. Esta pieza es la que contiene la forma tanto del
canal de colada como del propio radiador y es la que da la forma a este.
Como se puede observar consta en su parte inferior (figura 25) de seis ranuras
planas por las que pasan los expulsores del radiador y dos orificios pasantes por los
que pasarán dos de los cuatro expulsores del canal de colada. En las esquinas
también se aprecian los tornillos de fijación a la pieza E (figura 22).
Figura 23. Posición pieza G Figura 24. Pieza G
Figura 25. Parte trasera pieza G
En esta vista detalle se aprecia con nitidez cada detalle del radiador (figura 3),
como el agujero central para el tornillo que servirá para anclarlo a la PCB, los dos
orificios para anclarlo al faro o el canal de colada, en el que se ve que ésta entra por
dos caminos al hueco (figura 26).
Figura 26. Vista detalle del hueco del radiador
8.7. Diseño pieza H:
La pieza H (figura 28) es la parte superior del hueco del radiador (figura 27).
Junto con la pieza G (figura 24) forman el hueco completo por el que circula la colada
y se llena el hueco que da lugar a la pieza. Tiene la misma geometría que la pieza G
(figura 24) aunque esta lleva en la parte superior cuatro tornillos que irán anclados a la
pieza F (figura 32).
También se puede apreciar en uno de los laterales un agujero pasante, es el
correspondiente a la tercera de las tuberías refrigerantes.
Figura 27. Posición pieza H Figura 28. Pieza H
Figura 29. Parte posterior pieza H
Como se puede apreciar en esta vista detalle, en las esquinas están los huecos que
permitirán hacer los pines y el saliente central correspondiente al tornillo de fijación de
la PCB (figura 29 y 30).
Figura 30. Vista detalle hueco del radiador
8.8. Diseño pieza F:
La pieza F (figura 32), pieza superior del molde, es la que cierra este e incluye el
bebedero, como se puede apreciar en el hueco redondo pasante de mayor diámetro.
Los cuatro orificios pasantes que se ven en las esquinas corresponden a las guías
centradoras que atravesaban la pieza E (figura 22). Los cuatro orificios restantes son
los tornillos que la fijan a la pieza H (figura 28).
En la parte inferior se puede ver el hueco de la pieza H (figura 28) y el orificio
pasante de la tubería de refrigeración.
Figura 31. Posición pieza F Figura 32. Pieza F
Figura 33. Parte posterior pieza F
8.9. Diseño pieza I:
La pieza I (figura 35) es el bebedero, cavidad cilíndrica con una apertura en su
parte superior donde se vierte la colada, ésta circula por él y sale por los dos orificios
que se ven en la (figura 35 y figura 36) hacia el canal de colada.
El bebedero está fijo con dos tornillos (figura 37) a la pieza E (figura 22).
Figura 34. Posición pieza I Figura 35. Figura I
Figura 36. Parte superior figura I Figura 37. Tornillos de sujeción del bebedero
9.1. Material para la fabricación del molde.
Para poder transformar el material de fabricación del radiador o cualquier otra pieza
mediante el proceso de inyección, se necesitan moldes de una calidad muy alta y con
un diseño y una elaboración muy cuidados, ya que de estos depende en primera mano
la calidad de la pieza, así como su durabilidad.
Estos moldes normalmente se fabrican en acero pretemplado, metales no férricos
como aluminio o materiales cerámicos.
Hay varios factores que influyen en la elección del tipo de material como son la
durabilidad del molde (su tiempo de ciclo), las exigencias de geometría de la pieza en
cuestión, el tiempo de duración de fabricación de la pieza, su vida útil etc.
En el caso que nos ocupa, se ha decidido fabricar el molde en acero pretemplado,
ya que presentan aspectos a favor en cuanto a las distintas opciones anteriormente
mencionados, tales como altas durezas y facilidad de mecanizado y de trabajado de
estos.
Son aceros con unas ventajas medibles, la más significativa es el tiempo de
finalización en la fabricación de estos moldes, lo que se traduciría directamente en
tiempo de producción que a su vez es ganar trabajos frente a la competencia, lo cual
aumenta la competitividad de la empresa y los beneficios. Otras ventajas que cabe
mencionar en este tipo de material es su elevada resistencia a las deformaciones, que
en comparación con los moldes de aluminio o cerámicos es una ventaja muy
significativa, ya que normalmente los plásticos se inyectan a temperaturas muy altas.
Para evitar posibles deformaciones los aceros se deben de tratar con una elevada
temperatura de revenido. Su buena calidad en el pulido hace muy atractivo
estéticamente a este tipo de materiales, así como también su buena maquinabilidad
para la realización de moldes en el menor tiempo posible y su alta resistencia al
desgaste, cualidad indispensable ya que el proceso de producción se repite en ciclo.
En concreto, se ha escogido el acero AISI 1141.
9.1. Acero AISI/SAE 1141.
Es un acero de una alta maquinabilidad, lo cual es una característica esencial en
este tipo de moldes ya que lo que se busca es una reducción del tiempo de
mecanizado del molde. Al ser un acero con un alto contenido en manganeso ofrece
una mayor templabilidad. Únicamente el añadido del azufre dificulta la soldabilidad y la
forja de este material. Puede ser templado y revenido.
A continuación, vemos una tabla (tabla 2) en la que se muestra su principal
composición, sus usos en la industria, así como sus propiedades mecánicas:
ACERO AISI/SAE 1141
Composición química (%)
Carbón Manganeso Fósforo Azufre
0,37 – 0,45 1,35 – 1,65 0,04 0,08 – 0,13
Propiedades mecánicas
Dureza Brinell
Dureza Rockwell
Reducción del
área mínima (%)
Maquinabilidad
(%) (Tomando
grado AISI 1212
como el 100%)
192 91 38 70
Aplicaciones más comunes
Ejes
Tornillos
Moldes de inyección
Broches de presión
Tabla 2. Composición química, propiedades mecánicas y usos del acero
AISI/SAE 1141
10. Conclusiones.
Como si de un castillo de naipes se tratara, la primera carta a la hora de la
producción y fabricación de cualquier componente de automoción como es este caso,
la pone sobre el tablero el diseñador.
De él depende el estudio previo del diseño del molde que se va a usar para estos
componentes y es responsabilidad suya el que este estudio incorpore no sólo la
realización última de la pieza, sino adelantarse y optimizar el número de piezas a
fabricar a la vez, la calidad y el acabado de estas, la posible sustitución de piezas de
desgaste por choques o fricciones, el posible reemplazo de cualquier pieza del molde
ante una rotura sin tener que desechar el molde entero etc.
De ello, entre otras muchas cosas, depende la buena salud financiera de una
empresa a la hora de gestionar un pedido ante un cliente. Ser capaz de fabricar estos
moldes más rápido que cualquier competencia, usando para ellos materiales que,
cumpliendo su función, sean más sencillos de mecanizar y producir, se convertirá en
ventaja competitiva sobre cualquier posible rival y dará un mayor valor añadido a la
empresa en forma de rapidez de entrega del producto al cliente.
En este trabajo fin de grado se ha intentado lo anteriormente descrito, sí de forma
teórica, pero con la vista puesta a una futura producción.
Tanto la elección del acero para el molde como del nailon inyectado para la
fabricación de la pieza son decisiones que, con base teórica y práctica, nos dará unos
resultados cuanto menos aceptables para la fabricación de nuestro radiador.
En el diseño del molde ya entran más factores en juego. Ser capaz de ver
espacialmente el molde antes de diseñarlo, corregir posibles fallos, intentar simular lo
que sucedería en cada momento de la fabricación nos ayudará a la hora del diseño.
Estas facultades se dan con conocimiento teórico y con experiencia.
En este estudio se tienen bases de esta teoría, pero aún poca experiencia, no
obstante, este supone el primer paso para la dedicación profesional a esta rama de la
ingeniería que tan demandada está en la actualidad.
Como conclusión, ser capaz de adelantarse ante un posible problema o ver una
solución más optima en igualdad de condiciones, nos permite ir un paso más adelante
en cualquier ámbito, más en ingeniería, y estas capacidades se traducen en última
instancia en mejoras para la producción y mayor viabilidad económica.
Como decía un profesor de esta escuela, ingeniero empieza en ingenio y acaba en
dinero.
11. Referencias bibliográficas.
11.1. Libros:
G. Mendes, G. Mohren. Moldes para Inyección de Plásticos. Gustavo Gili, 1975.
Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven R. Manufactura, ingeniería y tecnología. Vol. I.
Pearson, 2014.
Arturo Martínez Peña y Julián Camarero de la Torre. Matrices, moldes y utillajes:
Matricería, moldes, utillajes, forja e inyección de plásticos. Dossat 2000, 2010.
11.2. Webs de consulta.
Voestalpine High Performance Metals Ibérica, S.A.U. 2012. Voestalpine one step
ahead. Uddeholm. https://www.uddeholm.com/iberica/es/products/uddeholm-orvar-
supreme-2/
ANEXOS A LA MEMORIA
12. Anexos a la memoria.
12.1. Montaje secuencial del molde.
En el siguiente anexo se detalla en imágenes secuenciales el montaje de cada una
de las partes del molde descritas y mencionadas en el apartado 8:
12.2. Planos.
En el siguiente anexo se detallan en A3 los planos más significativos para obtener
las medidas del molde, así como un plano de vista explosionada de todo el conjunto.
Cabe destacar que en la realización de un molde 3D, se trabaja en base al 3D de la
pieza que se quiere fabricar, el radiador en este caso, y que las medidas se toman
directamente del molde.
No obstante, hay ciertas medidas que, para un control de calidad o en base a
preparar presupuestos de compra de material, es más cómodo mirar en un plano, de
ahí que se hayan adjuntado los planos de las piezas más significativas.
Las piezas normalizadas como guías, tornillos o bebedero no se han adjuntado a
los planos.
PLIEGO DE CONDICIONES
13. Pliego de condiciones del proyecto.
13.1. Generalidades del proyecto.
13.1.1. Alcance y contenido del proyecto.
Son objeto de este pliego de condiciones todos los trabajos necesarios para la total
realización del proyecto, incluidos todos los materiales y medios, así como la definición
de la Normativa Legal Vigente a la que están sujetos todos los procesos y las
personas que intervienen en la ejecución del molde.
En el pliego de condiciones técnicas se especificará, más especialmente aquellos
capítulos que no estén debidamente definidos en el resto de los documentos del
proyecto, profundizando menos, por el contrario, en aquellos otros que quedan
perfectamente definidos en los planos, detalles constructivos, memoria de
construcción del molde y presupuesto. Si bien ellos no supondrán menoscabo en su
cumplimiento y han de entenderse como incluidos en el presente pliego de
condiciones.
13.1.2. Normas aplicables.
Además de las condiciones especificadas en el presente pliego, se tendrá en
consideración para la ejecución de este molde, las normas aplicables a este diseño,
que corresponderán en todo momento al nivel de calidad exigido por el ingeniero.
De tal modo que se harán cumplir en todo el proceso la siguiente normativa vigente:
- Normas UNE
- Normas DlN
- Normas ISO
13.1.3. Importancia del pliego de condiciones.
Se deberá estudiar perfectamente este pliego de condiciones por cada una de las
partes interesadas teniendo en cuenta que siempre se exigirá todo lo establecido en
él.
13.1.4. Materiales aplicados para la realización del molde.
Se deberán emplear los materiales descritos en la memoria para la realización del
siguiente proyecto y se deberán de tener en cuenta el orden y los trabajos de montaje
descritos.
Los materiales a utilizar serán de buena calidad, siempre dejando a criterio del
ingeniero la posible modificación de alguno de estos por cualquiera que cumpla las
características y condiciones exigidas, así como el descarte de lo que a su parecer no
convenga.
En el caso de que los materiales referidos en esta memoria no satisficiesen las
características y condiciones exigidas en el pliego, deberán de reemplazarse por
aquellos materiales que, según el criterio de quien proceda en este caso, sí que los
cumplan.
Con el objeto de comprobar la calidad, medidas y durabilidad de cualquier
componente del presente molde, el responsable de ello podrá ordenar cualquier tipo
de prueba o análisis, aunque no se refleje en el presente pliego, en cualquier
laboratorio o empresa destinado a ello.
13.1.5. Condiciones generales de la ejecución del molde.
Todos los trabajos se ejecutarán con estricta sujeción a la documentación
presentada en el presente proyecto. La forma y dimensiones de las diferentes partes
que componen el proyecto, así como los materiales a emplear, se ajustarán a lo que
se detalla en los planos y estado de mediciones.
El fabricante se hará responsable y será el único en responder ante la ejecución de
trabajo subcontratado o ante la posible incorrecta realización del molde o el empleo de
materiales no mencionados o que no cumplan con los estándares de calidad que se
reflejan en la memoria y que son necesarios para este tipo de trabajos.
Con objeto de clarificar un posible mal uso de material o mala ejecución, el
ingeniero podrá obtener las piezas defectuosas para esclarecer un posible fallo.
Siempre se deberá atender a las medidas establecidas en los planos como
referencia a la pieza que se pretende diseñar.
Durante el montaje es necesario seguir el orden de ensamblaje diseñado en la
memoria para así tener un montaje optimizado en forma y tiempo.
En el caso de que se considere que se deben añadir piezas extra para un mejor
funcionamiento, estas siempre deberán de obtenerse con las mismas garantías de
material y funcionamiento que el resto del molde y estar aprobadas y supervisadas por
parte de un ingeniero.
Con el objetivo de evitar daños en el montaje, las piezas siempre deberán ser
medidas antes del ensamblaje para así poder evitar daños.
13.1.6. Recepción y pruebas de funcionamiento.
Una vez finalizada la fabricación del molde, este será sometido a pruebas para ver
su correcto funcionamiento de acuerdo con lo esclarecido en el pliego y la memoria.
Cualquier pieza realizada y comercializada sin estas pruebas de control previas no
será competencia del diseñador.
13.2. Uso y propiedad.
13.2.1. Destino del molde
El presente trabajo fin de grado está destinado a la presentación de este como
parte de la titulación de grado en ingeniería mecánica de la Escuela Politécnica
Superior de Linares.
El contenido del proyecto, así como los planos, materiales, presupuesto etc. Están
destinados al diseño del un molde de inyección en plástico para la fabricación en serie
del radiador del faro de un vehículo.
El destino del proyecto forma parte de la presentación anteriormente referida, sin
ánimo de lucro, no obstante, el modelo 3D de la pieza sobre la que se ha realizado el
molde de inyección corresponde a un componente real del faro de un vehículo por lo
que, de querer, podría ser perfectamente viable para la industria.
13.2.2. Autoría del proyecto.
La autoría del proyecto ha sido realizada por el alumno de la Escuela Politécnica
Superior de Linares Francisco José Herrera Álvarez.
Si bien este proyecto es la materialización de los contenidos previamente
adquiridos en la titulación, también se ha apoyado en los libros de consulta
referenciados en la memoria, no obstante, tanto el diseño del molde como la
disposición de la pieza en el mismo son originales.
13.2.3. Encargo.
El proyecto de fabricación de este molde es encargado por la Escuela Politécnica
Superior de Linares, como parte del aprendizaje del grado en ingeniería mecánica
impartido en este centro.
13.3. Pliego de condiciones técnicas.
13.3.1. Materiales.
13.3.1.2. Uddeholm Orvar.
Uddeholm Orvar es el fiable acero Premium H13 de Uddeholm para todo tipo de
aplicaciones de trabajo en caliente. Uddeholm Orvar, probado una y otra vez, ha
resistido el paso del tiempo y sigue siendo muy aceptado en el sector del utillaje por su
rendimiento elevado y fiable y la facilidad de mecanizado.
Uddeholm Orvar es un acero para herramientas con clasificación de grado A,
premium H13, con una tenacidad media de 10,8 Joules/8 ft-lbs según la norma
NADCA y con un tamaño de grano 7 o más fino según la norma ASTM.
13.3.1.3. Composición química.
La composición química del acero es la siguiente:
13.3.1.4. Propiedades físicas o químicas.
Aspecto: Metálico, aleación en forma masiva.
Olor: inodoro
Punto de fusión / punto de congelación: 1200 -15000C
Densidad de vapor: 7,8 kg / dm3
Nota: estos son valores típicos
13.3.1.5. Recomendaciones de mecanizado.
Uddeholm Orvar cuenta con una buena maquinabilidad y puede mecanizarse con
herramientas de corte actuales.
Una recomendación por parte de la casa es realizar el mecanizado con humedad a
fin de evitar la inhalación de polvillo metálico.
13.3.1.6. Torneado.
Para un torneado con las máximas garantías, el material utilizado nos proporciona
los siguientes parámetros a tener en cuenta:
Es responsabilidad del encargado conocer y aplicar esto para un buen torneado y
mecanizado de las piezas.
También es recomendable seguir los siguientes consejos en cuanto al torneado:
1. Se recomienda líquido de corte.
2. Para tornear con corte interrumpido o torneado frontal de piezas de trabajo grandes,
utilice un mayor grado de carburo cementado.
13.3.1.7. Fresado.
Al igual que el torneado, para unas garantías óptimas de fresado, se deben seguir
las siguientes recomendaciones recogidas en la siguiente tabla:
Es responsabilidad del encargado conocer y aplicar esto para un buen fresado y
mecanizado de las piezas.
También es recomendable seguir los siguientes consejos en cuanto al torneado:
1. Utilice una fresa con geometría positivo-negativo o positivo-positivo.
2. Generalmente se debe utilizar el fresado en ascenso.
3. Generalmente, el fresado debe realizarse sin refrigerante.
Si se requiere un acabado superficial alto, se puede usar refrigerante.
13.3.2. Medidas de seguridad.
13.3.2.1. Medidas en caso de vertido accidental.
Es recomendable a la hora de trabajar con este material hacerlo con un equipo de
protección y procedimientos de emergencia.
Es responsabilidad del trabajador que efectúe la operación de mecanizado el
ponerse el equipo de protección, así como evitar el contacto con la piel.
El polvo generado es necesario recogerlo con un aspirador o barriendo de forma
suave sin levantar excesivo polvo.
Mantener el polvo alejado de los desagües.
13.4. Aclaraciones del pliego de condiciones.
13.4.1. Trabajos no estipulados en el pliego de condiciones.
Es obligación de la contrata el ejecutar cuanto sea necesario para el buen
diseño y mantenimiento del molde, aun cuando no se halle estipulado expresamente
en los Pliegos de condiciones, siempre que, sin separarse de su espíritu y recta
interpretación, lo disponga el Ingeniero, y dentro de los límites de posibilidades que los
presupuestos determinen para cada unidad de molde en ejecución.
13.4.2. Insuficiencia en la documentación.
Si alguna parte del molde no quedara suficientemente especificada en esta
documentación, a juicio de la Contrata o de la Propiedad, no se realizará hasta que el
Ingeniero Director diera las indicaciones precisas y concretas para su ejecución.
Este extremo se advertirá a la citada Dirección por escrito, con la antelación
suficiente para que pueda estudiar el problema y adoptar la solución más acertada sin
que ello suponga retraso en el desarrollo del diseño.
13.4.3. Interpretación y aclaración de la documentación aportada.
En aso de ambigüedad en algún documento o cualquier tipo de duda, será la
contrata quien se ponga en contacto con el ingeniero para aclarar cualquier tipo de mal
interpretación.
13.4.4. Pérdida o extravío en la documentación.
Si se diera el casual de pérdida o extravío en la documentación aportada en el
presente proyecto, tanto memoria, plano, anexos o el mismo pliego de condiciones,
será responsabilidad del ingeniero encargado del diseño guardar durante un mínimo
de dos años la documentación en su propiedad, garantizando siempre una
disponibilidad total en un plazo máximo de una semana en caso de ser requerida por
el contratista. Este periodo de pérdida o extravío se verá liberado en el paso del
tiempo anteriormente establecido, pasando a ser únicamente responsabilidad del
contratista la salvaguarda de la presente documentación.
13.5. Mantenimiento.
Para realizar un correcto mantenimiento del molde una vez fabricado y garantizar un
correcto funcionamiento y una durabilidad aceptable, las indicaciones a tener en
cuenta son:
Con periodicidad diaria o semanal, se establecerá la comprobación de posibles
grietas o imperfecciones tanto en la cavidad como en las superficies de contacto de
piezas. También se tendrán que revisar los orificios de refrigeración del molde y
proceder a una limpieza de estos con la periodicidad anteriormente marcada.
Otra comprobación sumamente importante es el estado de los tornillos y guías
atornilladas, que deberán ser comprobadas con periodicidad para evitar que la carga o
precarga aplicada no varíe.
Con estas medidas de mantenimiento regulares, se deber de garantizar la
durabilidad y el correcto funcionamiento del molde durante su vida útil.
13.6. Transporte.
El transporte para los moldes de < 2000 kg:
Los moldes que no excedan los 2000 kg, para su transporte, deberán ir dispuestos
horizontalmente sobre su cara más plana y esta cara, deberá estar apoyada en una
tabla de madera que, dependiendo del tamaño, será de un grosor u otro.
Este molde junto con la tabla de madera apoyada deberá de fijarse entre cuatro
tablas clavadas para evitar el desplazamiento del mismo, no obstante, si el molde es
posible introducirlo en un cajón de madera junto con protecciones plásticas, este será
el método que se use para el desplazamiento.
El transporte para los moldes de >2000kg:
Los moldes que excedan los 2000kg deberán ir apoyados directamente en el cajón
de carga del camión, sobre el que se dispondrá una goma de varios centímetros de
grosor y algunas cintas antideslizantes para evitar su desplazamiento.
Si se pudiera introducir en un cajón de madera con separaciones y protecciones
plásticas, al igual que los moldes más pequeños, esta será la forma de transporte
usada.
13.7. Software utilizado.
El software utilizado en la realización de este proyecto es CatiaR21.
Se trata de un programa de diseño, fabricación e ingeniería asistida por ordenador
que permite mediante modelado 3D poder fabricar moldes como el que se adjunta en
esta memoria. Este programa engloba desde el proceso de diseño hasta la
producción.
Será responsabilidad tanto del ingeniero como del contratista tener un software
compatible o bien el mismo programa actualizado de licencias al día para la correcta
visualización del diseño 3D.
PRESUPUESTO
14. Presupuesto.
Un presupuesto es un cálculo anticipado de cualquier tipo de obra o servicio.
El presupuesto es clave para cualquier decisión de tipo empresarial puesto que nos
permitiría conocer si la operación que vamos a llevar a cabo es rentable o no.
En cualquier presupuesto hay que incluir desde la idea del proyecto, las horas de
diseño en CAD por parte del diseñador (las posibles modificaciones, retrasos o
contratiempos que vayan surgiendo), el coste del material en bruto, intentando
adaptarse lo máximo posible a la pieza final para que podamos optimizar de la manera
más correcta el material, así como las horas de mecanizado para poder pasar del
material bruto a la geometría que se quiera obtener. Cualquier cosa de este tipo que
no se considere podría acarrear un desequilibrio en las cuentas y hacer que el
proyecto no sea viable.
14.1. Diseño del molde.
La primera parte del presupuesto corresponde al estudio del proyecto a realizar y el
diseño en CAD.
El tiempo de proyecto y de diseño es de 100 horas a un precio de 20 €/h.
Total diseño molde: 2000 €
14.2. Materiales y componentes.
En este segundo bloque del presupuesto se ha calculado el precio en cuanto a
material en bruto, piezas normalizadas o compradas a fabricante para después ser
modificadas mediante operaciones de mecanizado (tabla 3).
PIEZA
CANTIDAD
(UNIDADES)
PRECIO POR
UNIDAD (€)
TOTAL (€)
Tornillo M6X45 10 0,13 1,30
Tornillos para piezas A, C y E
Tornillo M6X60 2 0,15 0,30
Tornillos para pieza I
Placa Uddelholm
Orvar 2M
4 314,02 1256,08
1 x piezas A, B, C y D
1 x piezas E y F
1 x piezas G y H
Guías pieza A y D
R125 x 400
10 12,35 123,5
Guías pieza C y E
R300 x 400
8 14,02 112,16
Expulsores pieza
D R200 x 400
10 9,24 92,4
Anillo centrador 1 31,17 31,17
Boquilla canal
caliente
1
817,14
817,14
Total materiales 2434,05 €
Tabla 3. Precio y cantidad de materiales
14.3. Mecanizado
Se compran los materiales en bruto con las dimensiones más parecidas posibles a la
pieza final o bien de un fabricante de componentes de moldes para luego modificarlas,
con el
objetivo de reducir los costes de mecanizado (tabla 4).
PIEZA
TIPO DE OPERACIÓN
HORAS
PRECIO
HORA
(€/HORA)
TOTAL
(€)
FRESADO
RECTIFICADO
Tornillo
M6X45
NO NO 0 32 0
Tornillos para piezas A, C y E
Tornillo
M6X60
NO NO 0 32 0
Tornillos para pieza I
Placa
Uddelholm
Orvar 2M
SI
SI
31
32
992
1 x piezas A, B, C y D
1 x piezas E y F
1 x piezas G, H
Guías R125 x
400
NO SI 1 32 32
10 x piezas A y D
Guías R300 x
400
NO SI 1 32 32
8 x piezas C y E
Expulsores
R200 x 400
SI SI 2 32 64
Expulsores pieza D
Anillo
centrador
NO SI 0,5 32 16
Boquilla canal
caliente
NO NO 0 32 0
Total operaciones de mecanizado 31,5 32 1136 €
Tabla 4. Precio operaciones de mecanizado
14.4. Total coste diseño y fabricación del molde.
Una vez hecho los cálculos del coste de diseño y fabricación del molde,
procedemos a calcular el total que nos costaría tener el molde acabado (tabla 5).
TIPO DE GASTO PRECIO (€)
DISEÑO DEL MOLDE 2000
MATERIALES Y COMPONENTES 2434,05
MECANIZADO 1136
TOTAL 5570,05 €
Tabla 5. Coste total del molde acabado
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