Herramienta de extrusión optimizado con diseño de experimentos (DoE) virtual y reducción de la deformación en la pieza a través de la optimización de los canales de refrigeración
La distribución de temperatura de un dado de extrusión, así como la geometría de los canales de flujo son decisivos para al desempeño del proceso y la estabilidad dimensional de un producto extruido. Aprovechando la amplia experiencia en la optimización térmica y geométrica de sistemas de canal frío y caliente, SIGMA Engineering da el primer paso en simulación para el proceso de extrusión.
Figura 1 – Distribución de velocidad no homogénea del fundido que conduce a la deformación del producto extruido.
El comportamiento del polímero dentro de un molde de extrusión es comparable con el flujo al interior de una canal caliente para termoplásticos, o un canal frio para elastómeros en moldeo por inyección. El molde de extrusión consta de una distribución térmica específica en el acero y la geometría del canal de flujo influencia directamente el comportamiento resultante del fundido. Gracias a la vasta experiencia en innumerables proyectos para aplicaciones con termoplásticos y elastómeros, SIGMA fundamenta con creces gran experiencia en balanceo térmico y geométrico de sistemas canal frío y caliente, un bagaje que aprovecha para dar el paso lógico hacia el mercado de extrusión.
La simulación ayuda a la identificación de zonas de estancamiento del agua, que tan longevo es el tiempo de residencia o cual es la caída de presión, todo antes de construir el molde. De esta manera, es posible reducir costos de cambios, reparaciones del dado e innumerables iteraciones prueba y error al pie de máquina para determinación de las condiciones óptimas. El desarrollo de nuevas líneas de extrusión será ahora más rápido, favorable y proyectable, gracias a que es posible por medio del software la determinación óptima del canal de flujo con análisis de grados de libertad geométricos infinitos para el molde de extrusión sin cortar ninguna décima el metal. Así, SIGMASOFT® determina ahora de manera autónoma la geometría ideal para la producción de un extruido dimensionalmente estable.
Las herramientas disponibles en el mercado actual, ayudan al calculo de la distribución térmica en el molde. Con la ayuda de nuestro software y el apoyo del DoE virtual los usuarios tienen la posibilidad adicional de optimizar automáticamente la extrusión. Por lo tanto, encuentran una geometría con una sección transversal que permite velocidades homogéneas. Con el perfil de velocidad optimizado a la salida del molde de extrusión, la deformación a la salida se reduce.
Por otra parte, SIGMASOFT® Autonomous Optimization reduce la deformación en la pieza a través de la optimización de los canales de refrigeración ya que es una herramienta que realiza mejoras multicriterio a través de un diseño de experimentos virtual del proceso de inyección. El ejemplo usa este enfoque para la optimización del diseño de Refrigeración, garantizando así la estabilidad dimensional de las piezas inyectadas.
Figura 1 – Comparación de la pieza deformada para el diseño de refrigeración original (derecha) y la configuración de canales optimizada (izquierda)
SIGMA Engineering fue consultado por uno de sus clientes para reducir la deformación en una pieza en PP con carga mineral del 20%. Como este artículo debía ser ensamblado con un bumper, no debía tener ningún defecto de acoplamiento como espacios entre las dos piezas, por lo tanto, las tolerancias para el producto eran exigentes.
El primer escenario evaluado fue la homogeneidad térmica en la cavidad y su efecto en la deformación del artículo. La primera simulación en SIGMASOFT® sobre los 10 ciclos, permitió analizar la deformación y sus causas: Un evidente punto caliente fue identificado en el lado móvil, pero se tenía la restricción que esta área era difícil de controlar debido a la geometría y al reducido espesor de pared disponible en esta zona del molde.
Posterior a consulta con el fabricante del molde, se decidió intentar modificar la posición de los canales de enfriamiento más pequeños con un taladrado de última generación para mejorar refrigeración en esta zona. El plan fue salvaguardar la cavidad existente a través de esta solución técnicamente simple y económicamente eficiente. Para optimizar el efecto de enfriamiento, en una nueva iteración SIGMA evaluó la posición exacta de los canales de aguas.
En SIGMASOFT® Virtual Molding, la geometría del canal taladrado es parametrizada de tal manera que puede moverse a través del eje Z del modelo (Fig.2). Posteriormente, con la funcionalidad del DoE virtual, incluida dentro de la tecnología de Optimización Autónoma de SIGMASOFT®, se calculan automáticamente todas las posibles posiciones del agujero a taladrar. La deformación de la pieza se describe con la distancia entre la pared de la pieza empleando sensores de posición, esto calcula automáticamente el impacto de la posición del circuito en la deformación probable. La comparación de las dos simulaciones, inicial y óptima, muestra el beneficio en la tolerancia dimensional que demanda el producto. La deformación es reducida 0.9mm, de 1.4mm a 0.5mm (ver figura 1).
Gracias a SIGMAinteract® todos los resultados de este análisis fueron compartidos directamente con el cliente y el partner del proyecto. Así, la comunicación fue significativamente más fácil y se garantizó el máximo beneficio de conocimiento. Gracias al DoE elaborado, el cliente fue capaz de iniciar producción rápidamente. La modificación llevada a cabo fue a bajo costo e hizo posible mantener la cavidad existente.
Figura 2 – Geometría del lado fijo del molde: Determinando la posición ideal de un nuevo agujero para el canal de refrigeración en la dirección Z a través de SIGMASOFT® Virtual Molding
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