CAD y CAE, software aplicado al diseño de moldes

Los ingenieros de diseño disfrutan ahora la oportunidad de tener acceso a programas en Internet para el diseño de moldes, pagando únicamente el tiempo de uso. Esta nueva característica de los programas de simulación para el diseño de moldes amplía la posibilidad de realizar estudios de diseño sofisticados sin necesidad de incurrir en inversiones costosas.

Optimización de sistemas de colada caliente
A finales del año pasado, la compañía estadounidense Beaumont Runner Tecnologies, Inc. lanzó al mercado su programa RunnerFlow 3D. En este se incorpora el concepto MeltFlipper, patentado por el fundador de la compañía y profesor de la Universidad de Penn State, John Beaumont. De acuerdo con Beaumont, la industria de la inyección de plásticos ha sufrido muchos problemas de desbalance en el desempeño de los sistemas de colada caliente, cuando aparentemente estos estaban balanceados desde el punto de vista geométrico. El diagnóstico realizado explica que los esfuerzos de cizallado en un conducto de caliente son más extensos cerca de las paredes del mismo. Hacia el centro, no existen esfuerzos aparentes de cizalladura. Por esta razón, la resina tiene una temperatura más alta cerca de las paredes que en el centro de un conducto de colada caliente.

El desbalance del sistema de colada caliente se presenta cuando hay más de dos ramificaciones. Sin embargo, aun si no existen ramificaciones, se presentan variaciones de un lado de la cavidad hacia el otro.

En la primera ramificación del sistema de colada caliente ocurre un primer desbalance debido a que los perfiles de velocidad, cantidad de esfuerzo de cizallado, temperatura y la viscosidad en la dirección transversal, ya no son simétricos en los canales secundarios. Los lados externos más calientes del conducto primario fluyen a lo largo de las paredes izquierdas de los canales secundarios. El material ubicado en el centro del canal primario, y que tiene una temperatura menor, se dirige hacia las paredes a la derecha de los conductos secundarios de la primera ramificación. En consecuencia, una mitad de los conductos secundarios resulta ser más caliente que la otra.

Cuando ocurre una segunda ramificación en el sistema de colada caliente, se crea un desbalance en el llenado de las cavidades del molde. Al final de los conductos secundarios, cuando el flujo se vuelve a dividir, el material más caliente se dirige a un canal terciario del molde y el más frío, hacia otra ramificación terciaria. El resultado final es que cada ramificación lleva material a diferente temperatura, viscosidad y velocidad de flujo.

A pesar de que exista un "balance natural" debido a la geometría del sistema de colada caliente, en los canales se pueden presentar variaciones significativas en las condiciones de la resina fundida que llega a cada cavidad del molde. Se debe reconocer que en los sistemas balanceados geométricamente, por los métodos tradicionales, se forman flujos múltiples, unos dominados por la capa externa del canal primario y otros por la capa interna del mismo canal.

El flujo de la capa externa del canal primario es considerado dominante y se designa con el número 1. Las partes producidas con el flujo #1 normalmente son más grandes y pesadas. En un molde de dos flujos, como el de la figura, el flujo de las ramas exteriores se alimenta por la capa central del canal primario, y se denomina con el número 2. Si existieran más de dos calidades de flujos, como ocurre con 16 y 32 cavidades, solamente el flujo #1 sería evidente. Los otros serían todos alimentados por la parte interna del canal primario y los flujos subordinados serían menos obvios. Su numeración también es más arbitraria.

Beaumont Runner Technologies introdujo la tecnología MeltFlipper para resolver estos problemas de desbalance en el llenado de las cavidades y para reducir las inconsistencias que con frecuencia limitan el número de cavidades a usar en un molde de inyección. De acuerdo con su inventor, el método MeltFlipper es el primero en ofrecer un balance verdadero en el molde de la presión, temperatura, viscosidad y otras propiedades de la resina en todo el molde. También ayuda a controlar el flujo de gases en el moldeo asistido con gas a presión.

RunnerFlow 3D estará disponible para operación bajo licencia y también se podrá operar a través de Internet mediante un registro apropiado. Los usuarios podrán trabajar casos de canales calientes y fríos empleando menús de trabajo simples, que contabilizan el número de cavidades, tipos de distribución, y longitud y diámetro de los canales. Otra opción será la de operar a partir de un diseño geométrico en CAD. El programa analizará y desplegará las variaciones de cizallado, temperatura y viscosidad creadas por la ramificación de los canales. Estas variaciones son corregidas mediante la aplicación del método MeltFlipper.

Los programas de CAE están disponibles para consulta en Internet
Los simuladores de flujo CAE están ahora disponibles en Internet para ser usados con unos costos modestos por cada tarea de diseño. No es necesario comprar el programa de simulación y solamente se requiere contar con un computador personal y un navegador de Internet. Moldflow Corporation ofrece esta posibilidad a través de su página de Internet, en donde la compañía ofrece una variedad de servicios, incluyendo un seleccionador de materiales y un calculador de los costos de producción del nuevo molde. Sin embargo, lo más sobresaliente es el programa denominado iMPA, una versión de Part Advisor de Moldflow, que permite analizar el diseño del molde para manufactura cuantas veces lo desee el ingeniero, para la misma pieza. Esta forma de contratación de servicios de simulación es muy económica para aquellos usuarios poco frecuentes y es ideal para los principiantes que necesitan familiarizarse con el potencial que ofrecen los programas de análisis de flujo en los moldes de inyección. El diseño de la pieza lo presenta el usuario en forma de un archivo STL, con una configuración geométrica única de esta. La licencia para operar el programa permite realizar el análisis con la frecuencia con que se desee. No obstante, cualquier cambio en el modelo geométrico requiere una licencia adicional para usar el programa iMPA.

Para iniciar la interacción con iMPA el usuario se registra en la dirección de Moldflow en Internet y esta envía una copia de seguridad del programa para instalarlo en el computador, el cual se requiere que opere con un procesador Intel y una plataforma Windows 95, 98 o NT. Enseguida, el programa debe leer el diseño geométrico STL de la pieza y crear un código de identificación para la misma, a manera de una huella digital. Este código de identificación es la única información enviada de regreso al sitio de Internet, para evitar así la transmisión de archivos grandes a través de la red. Paso seguido, se realiza una prueba de viabilidad que permite detectar las dificultades potenciales de cómputo antes de efectuar el pago de los derechos para usar el programa, mediante el trámite con una tarjeta de crédito del usuario. La prueba de viabilidad también determina si el computador del usuario tiene las características suficientes para correr el programa iMPA. Las instrucciones completas para correr el análisis se presentan en un despliegue de la pantalla como el mostrado en la figura 5. Un sistema SSL (secured socket layer) garantiza la confidencialidad de la interacción entre el usuario y el sitio de Moldflow en Internet.

El tiempo de análisis depende de muchos factores, como el tamaño del modelo, el número de compuertas de entrada a la cavidad, el tamaño del procesador y la memoria RAM, entre otros, de la computadora del usuario. El tamaño del programa iMPA que recibe que este recibe es de 6 MB y una corrida típica de análisis puede tomar entre 20 y 30 minutos. El iMPA es único por cuanto no necesita hacer cálculos en la red, una tarea muy demorada si se toma en cuanta la transmisión de información gráfica y la disponibilidad de máquinas de cómputo en la sede de Moldflow. El método empleado es más flexible porque le permite al usuario operar en su propio computador desde el principio hasta el final del análisis y puede ensayar diferentes materiales, geometrías de compuertas de llenado y condiciones del proceso de inyección.

Para la introducción del producto al mercado, el costo de la licencia para estudiar cada modelo fue de US$ 249,95. Pero, el costo normal es de US$ 349,95. Este valor debe compararse contra la opción de comprar el paquete PartAdvisor de programación de manera definitiva por un valor de US$ 7.000.

Moldflow Corp., ofrece adicionalmente una nueva versión de su programa de simulación C-Mold 2000, para moldeo por inyección que facilita la construcción de moldes para esta aplicación. Una de las mejoras del programa se denomina Fusion, y da la posibilidad de trabajar directamente con un modelo CAD en tres dimensiones de la pieza a fabricar, lo cual elimina el tiempo requerido para crear un modelo especial para análisis. Este adelanto trabaja de manera similar al producto Plastics Insight de Moldflow. Otra mejora importante del programa está relacionada con la introducción de un módulo que simula el nuevo proceso de encapsulación de microcircuitos, que lleva la designación en inglés "flipchip".

Nuevo paquete CAD para diseñar moldes
Varimetrix Corp. lanza su nuevo producto para el modelamiento de moldes de inyección, compresión o de soplado, con el nombre VX Vision Mold Edition. Este paquete le permite al diseñador trabajar con modelos de superficie y sólidos dentro de la misma tarea de análisis y luego unificarlos.

Mold Edition se compone de un grupo de herramientas optimizadas para diseñar de manera documentada moldes para inyección, compresión o soplado. Incluye funciones con capacidad para crear diseños preliminares y analizarlos, así como para definir la base del molde, contramoldes centrales y separación de cavidades. Por otro lado, crea el sistema de parada de la inyección, líneas y superficies de partición y el diseño de sistemas de deslizamiento y de los insertos, entre otros. Las herramientas están organizadas de manera lógica y con un sistema concebido para guiar la organización y administración de todo el proceso de diseño del molde, desde las primeras etapas de referencia o desde la importación de la geometría de la parte a producir, hasta la generación del diseño del molde y un detalle gráfico del paquete de este. Para mejorar la productividad, el programa genera una versión final del molde en tres dimensiones en un CAM que puede enviarse directamente a maquinado.

Como lo informan sus creadores, Varimetrix trabajó de manera cercana con fabricantes experimentados de moldes para crear el programa Mold Edition. La funcionalidad y experiencia capturadas llevaron a reunir las siguientes características adicionales a las ya mencionadas:

• Con el accionamiento de una tecla se convierte un modelo sólido de la pieza en una cavidad del molde.
• Librería de D-M-E de componentes y de bases para moldes.
• Manejo independiente de las coordenadas x, y, z (sistemas no isotrópicos).
• Análisis gráfico de los ángulos de salida.
• Creación de modelos con inclusión de las líneas y superficies de partición, válvulas para suspender el flujo, insertos deslizantes e insertos especiales.
• Aplicación automática de los factores de encogimiento para el dimensionamiento de cavidades y contramoldes.
• Ensamble automático del molde mediante el uso de un modelo sólido.

Cálculo de los tiempos de enfriamiento
CAE Services Corporation presentó recientemente su nuevo programa MoldCool Estimator, el cual se considera un programa fácil de usar para el cálculo de los tiempos de enfriamiento en moldeo por inyección. En un menú de entrada se selecciona el tipo de resina a usar y el tipo de acero con que se fabrica el molde, así como el espesor nominal y máximo de la pieza, tamaño y longitud del canal de enfriamiento. En pocos segundos el sistema calcula el tiempo requerido de enfriamiento.

El programa está diseñado para responder a variaciones en los parámetros de entrada, con los que se pueden comparar resultados y buscar uno óptimo en el tiempo del ciclo. Entre las ventajas que ofrece están:

• Exactitud en las predicciones, del orden de 2 a 3%.
• Evaluación de diferentes diseños de canales de enfriamiento.
• Reducción del tiempo de cotización de una obra de construcción de un molde.
• Almacenamiento de los cálculos para referencia futura.

MoldCool Estimator cuesta US$ 600.
The Madison Group ofrece también un programa orientado al cálculo del tiempo de enfriamiento en un molde de inyección, denominado MCBase 4.2, desarrollado en Alemania. El programa se combina con CAMPUS, una librería de propiedades de materiales plásticos comerciales, para dar respuestas de estimados casi de manera instantánea. En la entrada del programa se puede introducir un dato de información de propiedades de la resina, o varios de ellos, y responde analizando más de 5700 materiales producidos por 50 compañías comerciales, que participan en el consorcio de CAMPUS. Sobre esta base, el usuario puede seleccionar un material para la fabricación del producto deseado. Entre los datos que se introducen están las temperaturas de fundición de la resina y de operación del molde, y el espesor nominal de la pieza. En unos pocos segundos el programa proporciona un estimado del tiempo de enfriamiento mediante una serie de gráficas que despliegan la temperatura promedio de la pieza en el tiempo y la variación del perfil de temperatura a través del espesor de la pieza, también con el tiempo. Existe la posibilidad de utilizar el programa a través de Internet.