ES2694238T3

ES2694238T3 - Simulación de eyección tras llenado de molde

Info

Publication number: ES2694238T3
Application number: ES10717054.0T
Authority: ES
Inventors: Michael Heitzer; Jorg Klinkhammer; Jesper Thorborg
Original assignee: MAGMA Giessereitechnologie GmbH
Current assignee: MAGMA Giessereitechnologie GmbH
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2030-04-22
Also published as: EP2427835A2; US9138929B2; BRPI1011294A2; KR20110129387A; WO2010127772A3; JP2012520193A; WO2010127772A2; CN102395972B; CN102395972A; EP2427835B1; US20120035891A1

Abstract

Un método, implementado por computadora, para simular el procedimiento de llenar un molde y eyectar una parte desde una cavidad de molde con la ayuda de unas espigas eyectoras, de tal manera que dicho método comprende: proporcionar un moldeo informático tridimensional que define la geometría del dominio de solución, especificar las condiciones de contorno, discretizar un dominio de solución basándose en el modelo, a fin de formar una malla con una pluralidad de celdas, anexar los datos físicos para los materiales, resolver las ecuaciones de energía y de flujo para al menos una porción del dominio de solución, computar las condiciones de flujo y de temperatura en las respectivas celdas en función del tiempo, utilizar los resultados de la simulación de llenado de molde como condiciones iniciales para la simulación de la eyección, en el cual la simulación de llenado de molde incluye la fase de enfriamiento y/o de compactación en la que tiene lugar la solidificación, actualizar la posición de las espigas eyectoras, resolver las ecuaciones de equilibro estático para al menos una porción del dominio de solución, computar los efectos del procedimiento de eyección en la parte, de tal modo que dicha etapa de computar los efectos del procedimiento de eyección en la parte incluye calcular la deformación, de manera que se computan las tensiones en la parte ocasionadas por una espiga, y verificar si ha terminado el procedimiento de eyección; si el procedimiento de eyección no ha terminado, el procedimiento retorna a la etapa de actualizar la posición de las espigas eyectoras.

Description

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DESCRIPCION

Simulacion de eyeccion tras llenado de molde Campo

La presente Solicitud se refiere a procedimientos que implican el llenado de una cavidad, su enfriamiento en combinacion con transformacion de fase / solidificacion, y la subsiguiente extraccion de una parte de la cavidad. En particular, la Solicitud se refiere la simulacion de tales procedimientos.

Antecedentes

Una verdadera simulacion 3-D de un procedimiento de moldeo por inyeccion o de un procedimiento de colada de metal implica un sistema complejo de muchas ecuaciones. Se han hecho progresos en el pasado para mejorar la eficacia de los metodos de simulacion a la hora de manejarse con estas ecuaciones complejas. Con software optimizado y la potencia de tratamiento de las estaciones de trabajo o los PCs modernos, tales simulaciones pueden llevarse a cabo en un puesto de trabajo, esto es, los resultados se obtienen lo bastante rapido para ser adecuados fuera del area de la investigacion puramente cientifica y pueden ser aplicados por ingenieros en los departamentos de investigacion y desarrollo, fundiciones y por fabricantes de artfculos de moldeo por inyeccion.

Las versiones avanzadas de software para simulacion de estos procedimientos son capaces de calcular el calor residual, la combadura y las deformaciones de la parte, tambien tras la eyeccion de la parte.

La divulgacion de Bataineh y Klamecki (J. Manufac. Sci. & Eng., Vol. 127, pags. 598-604) simulaba las fuerzas requeridas para eyectar las partes fabricadas. Se desarrollo un sistema de simulacion numerica para predecir las fuerzas locales entre parte y molde asf como las fuerzas de eyeccion locales y totales en moldeo por inyeccion. Las fuerzas de reaccion locales entre las superficies de la parte y del molde se calculaban utilizando, en primer lugar, simulaciones numericas del procedimiento de moldeo y estructurales.

La divulgacion de Bhagavatula et al. (Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, Vol. 12, N° 3, paginas s239-s254) se refiere a la modelizacion y verificacion de las fuerzas de eyeccion que se producen en el moldeo por inyeccion termoplastico. Resumen: La reduccion de los tiempos de ciclo en el campo del moldeo por inyeccion exige que las partes sean eyectadas tan pronto como sean dimensionalmente estables. Es, por tanto, imperativo que las fuerzas de eyeccion sean equilibradas y adecuadas, a fin de reducir la probabilidad de deformacion de las partes. En esta divulgacion, se estiman fuerzas de eyeccion para partes moldeadas que han sido utilizadas por la industria, y se comparan estos modelos con el resultado de simulacion y experimental para un manguito cilmdrico simple.

La divulgacion de V.W.S. Yeung, K.H. Lau (Journal of Materials Processing Technology, 63 (1997), paginas 481487) se refiere a las operaciones de compactacion y formacion de enlaces en el diseno de productos plasticos, diseno de moldeo por inyeccion, procedimiento de inyeccion y control de calidad, en C-MOLD™ CAE.

Compendio

En diversos tipos de procedimientos, las fuerzas que se aplican a la parte durante la eyeccion son sustanciales y conducen a una deformacion y tension adicionales en la parte. El software de simulacion de procedimiento conocido no ha sido capaz de tener en cuenta los efectos de tales fuerzas en la parte.

Los ingenieros de diseno y desarrollo no han sido, por tanto, capaces de realizar predicciones precisas acerca de las caractensticas del producto desarrollado sin llevar a cabo acometidas de ensayo reales sobre el terreno.

Con estos antecedentes, los presentes Solicitantes se dieron cuenta de que sena ventajoso proporcionar una herramienta que permitiese que los efectos del procedimiento de llenar un molde y eyectar una parte desde la cavidad, fueran incluidos en la computacion de las tensiones, combadura y deformaciones resultantes de la parte.

Este objetivo se consigue, de acuerdo con la invencion, al proporcionar un metodo para simular el procedimiento de llenar un molde y eyectar una parte desde una cavidad, con las caractensticas de la reivindicacion 1.

Este objetivo se consigue tambien, de acuerdo con la invencion, proporcionando un aparato para simular el procedimiento de llenar un molde y eyectar una parte desde una cavidad, con las caractensticas de la reivindicacion 10.

Este objetivo se consigue tambien, de acuerdo con la invencion, proporcionando un medio legible por computadora, con codigo de software para simular el procedimiento de llenar un molde y eyectar una parte desde una cavidad, con las caractensticas de la reivindicacion 11.

Este objetivo se consigue tambien al proporcionar una interfaz de usuario para una aplicacion que simula el procedimiento de llenar un molde y eyectar una parte desde una cavidad, y para computar las tensiones y deformacion resultantes de la parte basandose en la simulacion de la eyeccion.

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Ventajas, caractensticas y propiedades adicionales del metodo, del aparato, del medio legible por computadora y de la interfaz de usuario se pondran de manifiesto de forma evidente por la descripcion detallada.

Breve descripcion de los dibujos

En la siguiente parte de detallada de la presente descripcion, se explicaran con mayor detalle las ensenanzas del presente documento, con referencia a las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo y que se muestran en los dibujos, en los cuales:

La Figura 1A es una vista en corte transversal tornado a traves de una representacion esquematica de una maquina de moldeo por inyeccion que incluye un molde en un primer estado,

La Figura 1B es una vista en corte transversal tomado a traves de una representacion esquematica de la maquina de moldeo por inyeccion de la Figura 1A, en un segundo estado,

La Figura 1C es una vista en corte transversal tomado a traves de una representacion esquematica de la maquina de moldeo por inyeccion de la Figura 1A, en un tercer estado,

La Figura 2A es una vista en corte transversal tomado a traves de una representacion esquematica de una maquina de colada a presion, en un primer estado,

La Figura 2B es una vista en corte transversal tomado a traves de una representacion esquematica de la maquina de colada a presion de la Figura 2A, en un segundo estado,

La Figura 2C es una vista en corte transversal tomado a traves de una representacion esquematica de la maquina de colada a presion de la Figura 2A, en un tercer estado,

La Figura 2D es una vista en corte transversal tomado a traves de una representacion esquematica de la maquina de colada a presion de la Figura 2A, en un cuarto estado,

La Figura 3 es una primera parte de un diagrama de flujo que resume las etapas de procedimiento basicas de la simulacion de un procedimiento de llenado de un molde y de enfriamiento de una parte, de acuerdo con una realizacion proporcionada a modo de ejemplo,

La Figura 4 es la segunda parte del procedimiento de la Figura 3,

La Figura 5 es un diagrama de flujo que resume las etapas basicas de simular un procedimiento de eyeccion de parte de acuerdo con una realizacion proporcionada a modo de ejemplo,

La Figura 6 es un pantallazo de un software de simulacion de llenado de molde y eyeccion de parte, de acuerdo con una realizacion proporcionada a modo de ejemplo y que ilustra la seleccion de que el procedimiento de eyeccion este incluido en la simulacion,

La Figura 7 es un pantallazo del software de simulacion de la Figura 6, que muestra la seleccion de los materiales y de las espigas eyectoras,

La Figura 8 es un pantallazo del software de simulacion de la Figura 6, que muestra la seleccion de las condiciones de contorno mecanicas y, por tanto, el control (movimiento) de las espigas eyectoras,

La Figura 9 es un pantallazo del software de simulacion de la Figura 6, que muestra la seleccion de las definiciones de rozamiento para la simulacion de la eyeccion,

La Figura 10 es un pantallazo del software de simulacion de la Figura 6, que muestra la seleccion de las definiciones de eyeccion,

La Figura 11 es un pantallazo del software de simulacion de la Figura 6, que muestra la seleccion de los resultados obtenidos como salida,

Las Figuras 12 a 14 son pantallazos que muestran los resultados de la simulacion de procedimiento de llenado de molde y enfriamiento / compactacion / solidificacion con el software de simulacion de la Figura 5,

Las Figuras 15 a 17 muestran esquematicamente la eyeccion de la parte que resulta de la simulacion del llenado de molde y el enfriamiento / compactacion / solidificacion de las Figuras 12 a 14,

Las Figuras 18 a 21 ilustran los resultados de la simulacion del procedimiento de eyeccion, en forma de las

tensiones y el desplazamiento de la parte para la que se simulo el llenado del molde en las Figuras 12 a 14,

Las Figuras 22 y 23 ilustran los resultados de la simulacion del procedimiento de eyeccion, en forma de las

tensiones y combadura de la parte para la que se simulo el llenado del molde y su enfriamiento, conjuntamente con

la transformacion de fase, en las Figuras 12 a 14, cuando se utiliza una unica espiga eyectora, y

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La Figura 24 ilustra el resultado de la simulacion de la presion de contacto sobre las espigas eyectoras en un escenario mas realista, con un numero mas grande de espigas.

Descripcion detallada

En la siguiente descripcion detallada, se describen en detalle la interfaz de usuario, el metodo y el producto de software de acuerdo con las ensenanzas de esta Solicitud, con referencia a las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo.

La Figura 1A muestra esquematicamente una maquina de moldeo por inyeccion 1. La maquina de moldeo por inyeccion esta provista de un tornillo 2 que es alimentado con pastillas de polfmero dispuestas dentro de una tolva 3. Las pastillas de polfmero son, por la accion del tornillo 2 y de los elementos de calentamiento 4, transformadas en una masa viscosa que es forzada, bajo una presion elevada, a entrar en una cavidad de molde situada en el interior del molde, entre las mitades de molde 6 y 7. La cavidad de molde esta, en la figura, llenada con la parte 5 que se ha de producir. Unas espigas inyectoras 8 son movidas por la accion de unos dispositivos de accionamiento 9.

Una vez que la parte se ha enfriado lo suficiente, el molde se abre (Figura 1B) retirando la mitad de molde 6.

A continuacion, las espigas eyectoras 8 empujan la parte 5 fuera de la cavidad de molde, bajo la accion de los dispositivos de accionamiento 9.

La maquina de moldeo y el ciclo de fabricacion por moldeo por inyeccion son bien conocidos en la tecnica y no se explican con mayor detalle en esta memoria.

La Figura 2A muestra esquematicamente una maquina de colada a presion 10. La maquina de colada a presion 10 tiene una matriz (molde) formada por dos mitades de molde (una mitad de molde fija 16 y una mitad de molde movil 17), una camara 14, conectada a un embolo 12, y unas espigas eyectoras 18 que se mueven por la accion de un dispositivo de accionamiento 19.

La camara 14 de la maquina de colada a presion 10 se llena con un metal lfquido utilizando un cucharon 13.

En la siguiente etapa, el embolo 12 fuerza el metal lfquido desde la camara 14 al interior de la cavidad de molde (Figura 2B).

Una vez que la parte 15 que se ha de producir se ha enfriado lo suficiente y esta solidificada, la matriz se abre al retraer la mitad de molde movil 17 (Figura 2C).

Tras ello, las espigas eyectoras 18 empujan la parte 15, bajo la accion del dispositivo de accionamiento 19, fuera de la parte de molde movil 17 (Figura 2D).

La maquina de colada en caliente y el ciclo de fabricacion por colada en caliente son bien conocidos en la tecnica y no se explican con mayor detalle en esta memoria.

Sin embargo, por el hecho de que las partes 5, 15 siguen estando relativamente calientes, las fuerzas aplicadas por las espigas eyectoras 8, 18 a las partes 5, 15 pueden conducir a una distorsion, tal como una impresion, melladura de la parte por la espiga, y tensiones locales en el material de la parte 5, 15.

La simulacion numerica del procedimiento de moldeo por inyeccion o del procedimiento de colada a presion en una computadora puede llevarse a cabo de acuerdo con una realizacion proporcionada a modo de ejemplo con el procedimiento ilustrado en las Figuras 3 y 4.

Las etapas principales de una simulacion, designadas generalmente, son las siguientes:

- etapa 20: proporcionar una representacion digital de la geometna del dominio de simulacion;

- etapa 21: mallado, que es la subdivision del dominio de calculo en muchos elementos pequenos, la cual

constituye la base de la discretizacion de las ecuaciones diferenciales (utilizando diferentes algoritmos de solucion), y, de esta forma, del hallazgo de las soluciones de los fenomenos ffsicos que se han de simular;

- etapa 22: anexar los necesarios datos ffsicos para los diferentes dominios materiales en el modelo de simulacion (base de datos o banco de datos);

- etapa 23: especificar las condiciones de contorno para el proyecto de simulacion;

- etapa 24: se establecen las condiciones iniciales para las propiedades termoffsicas del material, el frente de

flujo, temperaturas, etc.;

- etapa 25: las ecuaciones termicas para todo el dominio y las ecuaciones de flujo en todas las celdas de fluido se resuelven utilizando las ecuaciones de conservacion de la masa, la energfa y el momento;

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- etapa 26: en esta etapa, el frente de flujo es movido y las condiciones de contorno se adoptan de acuerdo con el nuevo frente de flujo, y se calculan cantidades adicionales como reacciones qmmicas, y se verifica si las celdas se solidifican;

- en la etapa 27, se verifica si el procedimiento de llenado del molde se ha terminado; si no es asf, la simulacion continua con el siguiente paso temporal, y el procedimiento retorna a la etapa 25;

- en la etapa 28, es el comienzo de la fase de enfriamiento, con la parte aun dentro de la cavidad. Durante la fase de enfriamiento o compactacion, tiene lugar la transformacion / solidificacion y la masa viscosa se convierte en una parte solida, adquiriendo sus propiedades mecanicas tfpicas durante el enfriamiento y la transformacion, influenciadas por los efectos de encogimiento, las fuerzas de deformacion, lo que conduce a tensiones locales y combadura;

- en la etapa 28, se resuelven las ecuaciones de energfa y de equilibrio, mientras la parte se encuentra todavfa dentro del molde o matriz,

- en la etapa 29, se predicen las transformaciones de fase, los fenomenos de endurecimiento, la microestructura, los campos de temperatura y mecanico;

- en la etapa 30, se determina la posicion de la interfaz de contacto entre la parte y la matriz;

- en la etapa 31, se actualizan las condiciones de contorno;

- en la etapa 32, se determina si el proceso de enfriamiento en la cavidad ha terminado; si el proceso de

enfriamiento en la cavidad no ha terminado, el procedimiento retorna a la etapa 28; si el proceso de

enfriamiento dentro de la cavidad efectivamente ha terminado, el procedimiento se traslada a

- la etapa 33, en la que se decide si se ha de simular el procedimiento de eyeccion; si este es el caso, el

procedimiento se traslada a la etapa 50 para simular el procedimiento de eyeccion; los detalles de la

simulacion de la eyeccion se describen con mayor detalle con referencia a la Figura 5; y

- cuando no se ha de simular la eyeccion, el procedimiento se traslada a la etapa 34, para almacenar, y bajo seleccion por parte del usuario, presentar visualmente los resultados de la simulacion en forma de un grafico o presentacion numerica en el dispositivo de presentacion visual de una computadora, tal como un PC o una estacion de trabajo.

Los detalles de la etapa 50 a la hora de simular el procedimiento de eyeccion se ilustran con referencia a la realizacion proporcionada a modo de ejemplo en el diagrama de flujo de la Figura 5. En esta parte del procedimiento, se resuelven las ecuaciones de equilibrio estatico utilizando algoritmos numericos;

- etapa 51: se establecen las condiciones iniciales para las propiedades termoffsicas del material; se utilizan los resultados de una simulacion de llenado de molde / enfriamiento.

Estos resultados pueden ser resultados almacenados de una simulacion anterior de llenado de molde y/o de enfriamiento / compactacion / transformacion de fase / solidificacion; es decir, la simulacion de la eyeccion no tiene por que ser llevada a cabo como parte integrante de una simulacion de llenado de molde; alternativamente, las condiciones iniciales para la simulacion de la eyeccion estan basadas en la suposicion de una distribucion de temperaturas uniforme;

- en la etapa 52, se eliminan las restricciones de las partes de matriz / molde que han sido abiertas / retiradas;

- en la etapa 53, se actualiza la posicion de las espigas eyectoras;

- en la etapa 54, se resuelven las ecuaciones de equilibrio estatico para todo el dominio o para partes del dominio. Opcionalmente, el enfriamiento y el encogimiento pueden tambien ser determinados resolviendo las ecuaciones termicas para todo el dominio o para parte del dominio;

- en la etapa 55, se determinan las deformaciones del sistema;

- en la etapa 56, se determinan las tensiones internas en la parte y en las espigas eyectoras;

- en la etapa 57, se actualizan el estado de contacto y los ensayos de esfuerzo;

- en la etapa 58, se determina si el estado de contacto es estable; si el estado de contacto no es estable, el

procedimiento retorna a la etapa 54; si el estado de contacto es estable, el procedimiento prosigue por la etapa 59;

- en la etapa 59, se verifica si ha terminado el procedimiento de eyeccion; si el procedimiento de eyeccion no

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se ha terminado, la simulacion prosigue con el siguiente paso temporal y el procedimiento retorna a la etapa 53 para actualizar la posicion de las espigas;

- si el procedimiento de eyeccion ha sido completado, la simulacion prosigue con la etapa 60, para computar la temperatura, as^ como los campos mecanicos en los que la parte esta fuera del molde o matriz, por ejemplo, la temperatura, el encogimiento, la combadura, etc., utilizando la informacion obtenida de la simulacion del moldeo por inyeccion, enfriamiento, compactacion, transformacion de fase / solidificacion, y de la simulacion de la eyeccion,

- entonces, el procedimiento se remite a la etapa 61 para presentar visualmente los resultados de la simulacion en forma de grafico o presentacion numerica en el dispositivo de presentacion visual de una computadora, tal como un PC o una estacion de trabajo (en caso de que la simulacion de la eyeccion sea una parte integral de una simulacion de llenado de molde, enfriamiento / compactacion, transformacion de fase / solidificacion, esto supondra el retorno a la etapa 34 de la Figura 4).

El calculo del encogimiento y la combadura en la etapa 58 es un calculo mecanico en solido, en el que las ecuaciones que rigen son las ecuaciones de equilibro estatico, es decir, el equilibrio de fuerzas en el dominio de calculo.

En una realizacion, la simulacion de la eyeccion tambien incluye un calculo mecanico en solido sobre las espigas eyectoras y proporciona informacion relativa a las tensiones y distorsiones resultantes para las espigas.

En este tipo de calculo, el material es cargado con la solicitacion termica provocada por las diferencias de temperatura en funcion del tiempo mas, por ejemplo, los cambios volumetricos provocados por las transformaciones de fase o curado. Las tensiones se acumulan dentro del dominio del material, ya sea debido a la contraccion / dilatacion irregular en el seno del dominio, ya sea debido a las condiciones de contorno originadas por, por ejemplo, la matriz circundante o las condiciones de contorno aplicadas que vienen dadas por las espigas eyectoras definidas. Si el material no esta restringido en su contraccion / dilatacion, se deformara en lugar de acumular tensiones. Por lo comun, cuando la parte esta dentro del molde / matriz y enfriandose, se contraera en torno a las partes de molde interiores. Si lleva enfriandose demasiado tiempo dentro del molde / matriz, comenzara a pegarse. Se hace, por tanto, mas diffcil retirar la parte y, por consiguiente, las fuerzas que se necesitan para eyectar la parte aumentaran debido al aumento del rozamiento.

En la cuspide de las ecuaciones regidoras (las ecuaciones de equilibrio), se resuelve el problema de la interfaz entre la parte y el molde / matriz con un algoritmo de contacto. Este algoritmo se asegura de que se hacen cumplir las restricciones creadas por el molde / matriz cuando el material de la parte se encoge sobre areas cerradas del molde. Este tambien se asegura de que se forme un intersticio entre el material de la parte y el molde / matriz donde el material de la parte se encoge alejandose del molde / matriz.

A fin de modelizar el procedimiento de eyeccion, el algoritmo de contacto incluye el rozamiento en las interfaces en las que el algoritmo ha detectado contacto, es decir, en las interfaces en que se ha acumulado una presion de contacto. Esta presion de contacto esta asociada con un rozamiento entre la parte y los nucleos del molde o matriz, que puede ser modelizado, por ejemplo, mediante la ley de rozamiento de Coulomb.

La respuesta del material a la carga, es decir, la magnitud de las tensiones internas acumuladas en el seno del material cuando es sometido a la carga / deformacion, viene descrita por la ley constitutiva. Para esta parte de la modelizacion, el software utiliza un modelo de material no lineal que es, por lo comun, necesario para describir el historial de carga completo y para predecir las tensiones y deformaciones transitorias y residuales con mayor precision.

En una realizacion, pueden seleccionarse para su computacion los siguientes resultados de tension:

• Desplazamiento

• Tension normal

• Tension de cizalladura

• Deformacion mecanica normal

• Deformacion mecanica de cizalladura

• Velocidad de deformacion normal

• Tension de von Mises

• Tension principal

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• Deformacion de referencia

• Deformacion total

• Velocidad de deformacion de cizalladura

• Velocidad de deformacion de referencia

• Deformacion principal

• Velocidad de deformacion principal

Notese que los resultados de desplazamiento indican la combadura o distorsion del componente colado o moldeado.

Pueden tambien haberse definido piezas de insercion en el molde. Puede tenerse en cuenta la deformacion de las piezas de insercion durante el llenado / enfriamiento / compactacion / transformacion de fase / solidificacion.

Durante la fase de compactacion y enfriamiento, el artfculo moldeado pierde calor hacia el molde y comienza a encogerse. Sin embargo, el molde dificulta un libre encogimiento del artfculo. En algunas areas, el artfculo moldeado perdera su contacto con la pared del molde; aqrn, es mas libre de encogerse. En otras areas, el encogimiento refuerza la presion del contacto con el molde; el artfculo moldeado se encoge sobre los recovecos del molde, por ejemplo, sobres los nucleos o las espigas. Este contacto intenso con el molde restringe el libre encogimiento del artfculo moldeado de forma significativa; por lo tanto, se acumulan tensiones internas.

Adicionalmente, una elevada presion de compactacion puede conducir a un efecto similar en las areas en forma de nervadura. Cuando se produce una compactacion sobre nervaduras, el encogimiento termico no es suficiente para permitir al artfculo moldeado encogerse alejandose de la pared del molde en la zona de la nervadura. Los resultados son tensiones internas incrementadas.

El software de simulacion de eyeccion detecta automaticamente la interaccion entre el artfculo (parte) moldeado y la pared de la cavidad. Se define la interfaz como la superficie de contacto, y se utiliza para aplicar restricciones sobre el artfculo (parte) moldeado.

En una simulacion, esto significa que:

- bien el artfculo moldeado es capaz de encogerse localmente alejandose de la pared del molde, y en este caso las restricciones son retiradas de la region de interfaz correspondiente,

- o bien el artfculo moldeado se encoge sobre la pared del molde, y en este caso la superficie de interfaz / contacto correspondiente estara confinada en una direccion normal a la superficie de contacto (perpendicular a la pared del molde). Debido a las restricciones, no se permite al artfculo moldeado penetrar en la superficie de contacto o encogerse mas alla de la pared del molde.

En una realizacion, los siguientes datos son anexados a la simulacion, y estos pueden ser determinados por el usuario o por el software de simulacion.

Herramienta (matriz / molde):

- Rigidez (construccion)

- Enfriamiento

- Material

- Propiedades termicas

- Propiedades de rozamiento / rugosidad superficial Parte (artfculo moldeado):

- Espesor de pared

- Secciones transversales

- Proyeccion sobre un plano

- Socavamiento o hueco inferior Polfmero o aleacion metalica:

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- Propiedades de rozamiento

- Propiedades mecanicas

- Datos termoffsicos

- Caractensticas de encogimiento Parametros de procedimiento:

- Curva de presion

- Desarrollo de temperatura

- Temperatura de contacto

- Movimiento de las espigas eyectoras

La interfaz de usuario del software de simulacion que corre en una estacion de trabajo o PC permite a un usuario variar los parametros de procedimiento, tales como el emplazamiento de las espigas eyectoras, el diametro de las espigas eyectoras y las condiciones del movimiento de las espigas eyectoras (control).

Esto se ilustra con referencia a los pantallazos de una realizacion proporcionada a modo de ejemplo del software de simulacion en las Figuras 6 a 11.

La Figura 6 muestra un pantallazo que proporciona al usuario la posibilidad de seleccionar la simulacion de la eyeccion, de manera que este incluida o no en la simulacion del llenado del molde y de su enfriamiento / compactacion.

La Figura 7 es un pantallazo que muestra el modo como el usuario puede seleccionar los materiales y las espigas eyectoras.

La Figura 8 es un pantallazo que muestra el modo como el usuario puede editar las condiciones de contorno mecanicas que pueden tambien definir los movimientos de las espigas eyectoras, esto es, los parametros de entrada para el movimiento de las espigas.

La Figura 9 es un pantallazo que muestra la seleccion de las definiciones de rozamiento.

La Figura 10 muestra un pantallazo para definir cuando / como iniciar el procedimiento de eyeccion. Ejemplos de ello son, por ejemplo, automaticamente ('cuando se abre el ultimo molde' = entrada por defecto), o de manera que el usuario puede definir un tiempo ('dependiendo del tiempo, transcurridos') que se refiere al comienzo de la fase de enfriamiento. En este pantallazo, el comienzo del procedimiento de eyeccion se define como el momento en que la ultima parte del molde se abre.

La Figura 11 muestra un pantallazo relativo a la seccion de los resultados que van a registrarse / mostrarse al final del procedimiento de simulacion.

Las Figuras 12 a 14 son pantallazos que muestran los resultados de la simulacion de llenado y enfriamiento del molde / compactacion / transformacion de fase / solidificacion. La Figura 12 muestra el llenado del molde al principio del procedimiento de llenado del molde. Como puede observarse, el flujo se encuentra aun muy cerca de la abertura de entrada. En la Figura 13, el flujo procedente de la abertura de entrada se ha desplazado aproximadamente hasta mitad de camino, y, en la Figura 14, la cavidad se ha llenado completamente. Al final de la fase de llenado, existen areas locales en las que el material ha cambiado de estado de fase debido a la transferencia de calor entre la parte (artfculo moldeado) y el molde. Sigue una fase de enfriamiento en la que se transfiere calor desde la parte al molde. El material cambia de estado de fase de acuerdo con las condiciones de enfriamiento locales. El material es compactado como consecuencia de la presion externa sobre el material. La masa viscosa se convierte en un material solido. Durante este proceso, se adquieren las propiedades mecanicas tfpicas. Durante el enfriamiento y la transformacion de fase, el material, por lo comun, se encoge. En las areas en que el encogimiento se ve obstaculizado por las paredes del molde, el material se encoge sobre el molde.

En los pantallazos, se han ilustrado en color las temperaturas de las diversas secciones del material, con referencia a la escala del lado derecho de los pantallazos. En la presente version en blanco y negro / escala de grises, esto puede ser diffcil de apreciar debido a las limitaciones de las Patentes o Solicitudes de Patente con respecto a la representacion del color.

En este ejemplo, los resultados de la simulacion de llenado y enfriamiento del molde / compactacion / transformacion de fase / solidificacion se utilizan para la simulacion de la eyeccion. Las Figuras 15 a 17 muestran esquematicamente el procedimiento de eyeccion de la parte 5 para el que la simulacion del llenado del molde dio como resultado los pantallazos de las Figuras 12 a 14. La parte 5 es eyectada desde la mitad de molde movil 7 por

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las espigas eyectoras 8. En este ejemplo, hay unicamente dos espigas eyectoras 8 para propositos ilustrativos. Sin embargo, en realidad, los moldes, tales como los del moldeo por inyeccion, pueden tener un elevado numero de espigas eyectoras. En la Figura 15, las areas con el numero de referencia 77 indican areas en las que la parte 5 se ha encogido sobre la mitad de molde 7, y las areas con el numero de referencia 66 indican areas en las que existe un intersticio entre la parte 5 y la mitad de molde 6. En la Figura 16, la mitad de molde 6 esta retrafda, y, en la Figura 17, el procedimiento de eyeccion esta en curso.

Las Figuras 18 a 21 muestran los resultados de la simulacion del procedimiento de eyeccion en forma de pantallazos que ilustran el desplazamiento de la parte y de las espigas eyectoras. Es posible visualizar las tensiones, deformaciones o desplazamiento locales de las partes en diversas direcciones mediante las variaciones de color. En estas figuras, las tensiones en la direccion de arriba abajo de la figura son presentadas visualmente en color, que puede reconocerse como variaciones en la escala de grises en las figuras. Ademas de ello, el desplazamiento relativo de los componentes se visualiza a traves de una distorsion exagerada. Especialmente en la Figura 21, puede observarse como las esquinas del componente en contacto con las espigas eyectoras han sido empujadas mas arriba que las otras dos esquinas.

Las Figuras 22 a 23 muestran los resultados de la simulacion del procedimiento de eyeccion en forma de pantallazos que ilustran las tensiones en la parte cuando se utiliza una unica espiga eyectora situada centralmente. La magnitud de la tension sobre la parte se ilustra mediante variaciones de color en el pantallazo, lo que puede constatarse como variaciones en la escala de grises en las figuras, que se relacionan con la escala 40 situada a la derecha de la parte. En la Figura 22 pueden observarse los efectos que tiene la espiga eyectora situada centralmente en las tensiones de Mises del componente. En la Figura 23 se visualizan, una vez mas, las tensiones ejercidas en la parte. Ademas de ello, se observa el desplazamiento local del componente debido a la espiga eyectora por medio de una distorsion exagerada. Para esta situacion, la espiga eyectora conduce a una deformacion significativa del centro del componente, con forma de caja.

La Figura 24 muestra los resultados de una simulacion del procedimiento de eyeccion en forma de un pantallazo que ilustra las presiones de contacto ejercidas sobre un conjunto de espigas eyectoras durante un momento de tiempo, en el curso del procedimiento de eyeccion. Utilizando esta informacion, es posible estimar las fuerzas de eyeccion necesarias y pueden determinarse las fuerzas locales que actuan sobre la parte durante la eyeccion.

Los diversos aspectos de las ensenanzas del presente documento anteriormente descritos pueden ser utilizados individualmente o en diversas combinaciones. Las ensenanzas del presente documento se implementan, preferiblemente, mediante una combinacion de hardware y software, pero pueden tambien ser implementadas en hardware o en software.

Las ensenanzas de este documento tienen numerosas ventajas. Diferentes realizaciones o implementaciones pueden llevar consigo una o mas de las siguientes ventajas. Ha de apreciarse que esto no es una lista exhaustiva y puede haber otras ventajas que no se describen en esta memoria. Una de las ventajas de las ensenanzas de este documento es que proporcionan una herramienta para mejorar los resultados de simulacion para artfculos moldeados. Es otra ventaja de las ensenanzas de este documento que proporcionan un metodo que permite tener en cuenta en una simulacion el efecto de la eyeccion de una parte tras el llenado y el enfriamiento dentro de la matriz / molde. Aun otra ventaja de las ensenanzas de este documento es que proporcionan un aparato que permite que se tenga en cuenta en una simulacion el efecto de la eyeccion de una parte tras el llenado del molde, su enfriamiento, compactacion, transformacion de fase / solidificacion. Es una ventaja adicional de la invencion el hecho de que hace posible una interfaz de usuario y permite la introduccion de los parametros requeridos para la simulacion de un procedimiento de una parte desde una cavidad de molde.

Si bien las ensenanzas de este documento se han descrito en detalle para el proposito de ilustracion, se entiende que tales detalles son unicamente para ese proposito, y que pueden realizarse en ellas variaciones por parte de los expertos de la tecnica sin apartarse del alcance de las ensenanzas.

Por ejemplo, si bien las ensenanzas se han descrito en terminos de un procedimiento de moldeo por inyeccion y un procedimiento de colada en matriz, ha de apreciarse que las ensenanzas pueden tambien ser aplicadas a otros tipos de procedimientos de llenado de molde, tales como el moldeo por soplado.

Las caractensticas descritas en la descripcion precedente pueden ser utilizadas en combinaciones diferentes de las combinaciones explfcitamente descritas.

La expresion 'que comprende', tal y como se utiliza en las reivindicaciones, no excluye otros elementos o etapas. El termino 'un' o 'uno', tal y como se utiliza en las reivindicaciones, no excluye una pluralidad. El procesador individual u otra unidad puede cumplir las funciones de diversos medios referidos en las reivindicaciones.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. - Un metodo, implementado por computadora, para simular el procedimiento de llenar un molde y eyectar una parte desde una cavidad de molde con la ayuda de unas espigas eyectoras, de tal manera que dicho metodo comprende:

proporcionar un moldeo informatico tridimensional que define la geometna del dominio de solucion, especificar las condiciones de contorno,

discretizar un dominio de solucion basandose en el modelo, a fin de formar una malla con una pluralidad de celdas,

anexar los datos ffsicos para los materiales,

resolver las ecuaciones de energfa y de flujo para al menos una porcion del dominio de solucion,

computar las condiciones de flujo y de temperatura en las respectivas celdas en funcion del tiempo,

utilizar los resultados de la simulacion de llenado de molde como condiciones iniciales para la simulacion de la eyeccion,

en el cual la simulacion de llenado de molde incluye la fase de enfriamiento y/o de compactacion en la que tiene lugar la solidificacion,

actualizar la posicion de las espigas eyectoras,

resolver las ecuaciones de equilibro estatico para al menos una porcion del dominio de solucion, computar los efectos del procedimiento de eyeccion en la parte,

de tal modo que dicha etapa de computar los efectos del procedimiento de eyeccion en la parte incluye calcular la deformacion,

de manera que se computan las tensiones en la parte ocasionadas por una espiga, y

verificar si ha terminado el procedimiento de eyeccion; si el procedimiento de eyeccion no ha terminado, el procedimiento retorna a la etapa de actualizar la posicion de las espigas eyectoras.
2. - Un metodo de simulacion de eyeccion de parte de acuerdo con la reivindicacion 1, en el cual dicha etapa de computar los efectos del procedimiento de eyeccion en la parte incluye calcular la combadura y/o computar los efectos del procedimiento de eyeccion en las espigas eyectoras.
3. - Un metodo de simulacion de eyeccion de parte de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el cual los efectos computados en la parte incluyen el desplazamiento de la parte y/o la tension en la parte y/o la combadura de la parte.
4. - Un metodo de simulacion de eyeccion de parte de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que incluye una simulacion de contacto entre el molde y la parte.
5. - Un metodo de simulacion de eyeccion de parte de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual la simulacion produce valores para las deformaciones locales en la parte, picos de tension locales en la parte y/o presion de contacto, y/o la simulacion incluye una simulacion del enfriamiento de la parte y/o la simulacion incluye cargas mecanicas en las espigas eyectoras.
6. - Un metodo de simulacion de eyeccion de parte de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que incluye adicionalmente una visualizacion de los resultados.
7. - Un metodo de simulacion de eyeccion de parte de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que incluye adicionalmente permitir al usuario seleccionar el numero de espigas eyectoras y/o el emplazamiento de las espigas eyectoras y/o la velocidad de las espigas eyectoras, y/o las dimensiones de las espigas eyectoras.
8. - Un metodo de simulacion de eyeccion de parte de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende la computacion de la carga sobre las espigas eyectoras.
9. - Un metodo de simulacion de eyeccion de parte de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende un calculo mecanico en solido sobre las espigas eyectoras y, preferiblemente, que proporciona informacion relativa a las tensiones y distorsiones resultantes para las espigas.

5

10

15

20

25

30

35

40
10. - Un aparato que comprende un procesador, una interfaz de usuario y una aplicacion para simular la eyeccion de una parte desde una cavidad de molde por unas espigas eyectoras, de tal manera que dicha aplicacion configura el aparato para:

proporcionar un modelo informatico tridimensional que define la geometna del dominio de solucion, especificar las condiciones de contorno,

discretizar un dominio de solucion basandose en el modelo, a fin de formar una malla con una pluralidad de celdas,

anexar los datos ffsicos para los materiales,

resolver las ecuaciones de energfa y de flujo para al menos una porcion del dominio de solucion,

computar las condiciones de flujo y de temperatura en las respectivas celdas en funcion del tiempo,

utilizar los resultados de la simulacion de llenado de molde como condiciones iniciales para la simulacion de la eyeccion,

en el cual la simulacion de llenado de molde incluye la fase de enfriamiento y/o de compactacion en la que tiene lugar la solidificacion,

actualizar la posicion de las espigas eyectoras,

resolver las ecuaciones de equilibro estatico para al menos una porcion del dominio de solucion, computar los efectos del procedimiento de eyeccion en la parte,

de tal modo que dicha etapa de computar los efectos del procedimiento de eyeccion en la parte incluye calcular la deformacion,

de manera que se computan las tensiones en la parte ocasionadas por una espiga, y

verificar si ha terminado el procedimiento de eyeccion; si el procedimiento de eyeccion no ha terminado, el procedimiento retorna a la etapa de actualizar la posicion de las espigas eyectoras.
11. -Un medio legible por computadora que incluye al menos codigo de programa informatico para simular el procedimiento de llenar un molde y eyectar una parte desde una cavidad de molde por medio de unas espigas eyectoras, de tal manera que dicho medio legible por computadora comprende codigo de software para:

proporcionar un modelo informatico tridimensional que define la geometna del dominio de solucion,

especificar las condiciones de contorno,

discretizar un dominio de solucion basandose en el modelo, a fin de formar una malla con una pluralidad de celdas,

anexar los datos ffsicos para los materiales,

resolver las ecuaciones de energfa y de flujo para al menos una porcion del dominio de solucion,

computar las condiciones de flujo y de temperatura en las respectivas celdas en funcion del tiempo,

utilizar los resultados de la simulacion de llenado de molde como condiciones iniciales para la simulacion de la eyeccion,

en el cual la simulacion de llenado de molde incluye la fase de enfriamiento y/o de compactacion en la que tiene lugar la solidificacion,

actualizar la posicion de las espigas eyectoras,

resolver las ecuaciones de equilibro estatico para al menos una porcion del dominio de solucion, computar los efectos del procedimiento de eyeccion en la parte,

de tal modo que dicha etapa de computar los efectos del procedimiento de eyeccion en la parte incluye calcular la deformacion,

de manera que se computan las tensiones en la parte ocasionadas por una espiga, y

10

15

verificar si ha terminado el procedimiento de eyeccion; si el procedimiento de eyeccion no ha terminado, el procedimiento retorna a la etapa de actualizar la posicion de las espigas eyectoras.
12.-Un medio legible por computadora de acuerdo con la reivindicacion 11, que incluye adicionalmente codigo de programa informatico para una interfaz de usuario, para una aplicacion que simula el procedimiento de llenar un molde y eyectar una parte desde una cavidad de molde con la ayuda de unas espigas eyectoras,

de tal manera que dicha interfaz de usuario esta configurada para permitir al usuario definir el numero de espigas eyectoras,

estando dicha interfaz de usuario configurada para permitir al usuario definir el emplazamiento de las espigas eyectoras,

de modo que dicha interfaz de usuario se ha configurado para permitir al usuario definir la geometna de las espigas eyectoras, y

estando dicha interfaz de usuario configurada para permitir al usuario definir la velocidad a la que se mueven las espigas eyectoras, y

estando, opcionalmente, dicha interfaz de usuario adicionalmente configurada para permitir al usuario definir los materiales implicados y/o definir las condiciones de contorno y/o establecer las definiciones de rozamiento, y/o permite al usuario establecer las definiciones de eyeccion, y/o permite al usuario definir la seleccion de resultados.