����������������������������������������������������������������������������������
Sistemas CAD-CAM en el desarrollo de proyectos de moldeo para envases pl�sticos
CAD-CAM systems in the development of molding projects for plastic containers
Sistemas CAD-CAM no desenvolvimento de projetos de moldagem para embalagens pl�sticas
|
||||||
|
||||||
|
||||||
|
||||||
Correspondencia: sisolis@espe.edu.ec
Ciencias T�cnicas y Aplicadas ���
Art�culo de Investigaci�n
��
* Recibido: 23 de abril de 2022 *Aceptado: 12 de mayo de 2022 * Publicado: 10 de junio de 2022
- Mag�ster en Manufactura y Dise�o Asistidos por Computador, Ingeniero Electromec�nico, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador.
- Mag�ster en Mec�nica Menci�n Manufactura, Ingeniero Civil, GAD Municipalidad de Ambato, Ecuador.
- Mag�ster en Mec�nica menci�n Manufactura, Ingeniero Mec�nico, SEMADIJE C�A. LTDA, Ecuador.
- Ingeniera Automotriz, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador.
Resumen
La presente investigaci�n tiene como objetivo analizar los sistemas CAD-CAM en el desarrollo de proyecto de moldeo para envases pl�sticos. Para el desarrollo de este art�culo se involucra una metodolog�a con dise�o bibliogr�fico y de tipo documental. Los resultados se basaron en analizar las caracter�sticas del moldeo de pl�stico; describir los elementos de los sistemas CAD-CAM, y; establecer el v�nculo de los sistemas CAD-CAM con el desarrollo de los moldeos de pl�sticos. Como conclusi�n, se tiene que los pl�sticos juegan un papel importante en el desarrollo de muchos procesos industriales, entrando en los sectores sociales, econ�micos y culturales de la sociedad; estos materiales brindan propiedades a sus piezas que no pueden lograrse a trav�s de aquellas que son met�licas, cer�micas o madera; su proceso de conformado es por medio del moldeo, sea por extrusi�n, soplado o por inyecci�n; el moldeo por inyecci�n es uno de los m�s utilizados por la gama de productos que salen del mismo y que tienden a ser utilizados por todos los sectores; la vinculaci�n de los sistemas CAD-CAM al proceso de moldeo de pl�stico permite obtener productos con una alta calidad, debido a que se enfoca en la fabricaci�n de los moldes sometiendo a controles en los procesos de dise�o y manufactura de la pieza.
Palabras Clave: pl�stico; moldeo por inyecci�n; sistema CAD-CAM; calidad.
Abstract
This research aims to analyze CAD-CAM systems in the development of molding projects for plastic containers. For the development of this article, a methodology with bibliographic and documentary design is involved. The results were based on analyzing the characteristics of plastic molding; describe the elements of CAD-CAM systems, and; establish the link between CAD-CAM systems and the development of plastic molding. In conclusion, plastics play an important role in the development of many industrial processes, entering the social, economic and cultural sectors of society; These materials provide properties to their pieces that cannot be achieved through those that are metallic, ceramic or wood; its shaping process is through molding, either by extrusion, blowing or injection; injection molding is one of the most used for the range of products that come out of it and that tend to be used by all sectors; The linking of CAD-CAM systems to the plastic molding process allows obtaining high-quality products, since it focuses on the manufacture of the molds, subjecting the design and manufacturing processes of the part to controls.
Keywords: plastic; injection molding; CAD-CAM system; quality.
Resumo
Esta pesquisa tem como objetivo analisar sistemas CAD-CAM no desenvolvimento de projetos de moldagem para embalagens pl�sticas. Para o desenvolvimento deste artigo, est� envolvida uma metodologia com desenho bibliogr�fico e documental. Os resultados foram baseados na an�lise das caracter�sticas da moldagem pl�stica; descrever os elementos dos sistemas CAD-CAM e; estabelecer a liga��o entre os sistemas CAD-CAM e o desenvolvimento da moldagem de pl�stico. Em conclus�o, os pl�sticos desempenham um papel importante no desenvolvimento de muitos processos industriais, entrando nos setores social, econ�mico e cultural da sociedade; Esses materiais conferem �s suas pe�as propriedades que n�o podem ser alcan�adas por meio dos met�licos, cer�micos ou de madeira; seu processo de conforma��o � por moldagem, seja por extrus�o, sopro ou inje��o; a moldagem por inje��o � uma das mais utilizadas pela gama de produtos que dela saem e que tendem a ser utilizados por todos os setores; A liga��o dos sistemas CAD-CAM ao processo de moldagem do pl�stico permite obter produtos de elevada qualidade, uma vez que se centra no fabrico dos moldes, submetendo os processos de conce��o e fabrico da pe�a a controlos.
Palavras-chave: pl�stico; moldagem por inje��o; sistema CAD-CAM; qualidade.
����������������������������������������������������������������������������������������������
Introducci�n
Dentro de muchos procesos industriales se encuentra la planificaci�n, donde se consideran las variables de los distintos fen�menos con el fin de disminuir la tasa de errores que puede afectar la productividad del sistema. Una de las herramientas de la planificaci�n es la utilizaci�n de dise�os mec�nicos y de manufactura que permitan poder modelar alg�n sistema con el objeto de hacer los procesos m�s eficientes, eficaces y de calidad. Dentro de estos dise�os se encuentran los paquetes de dise�o CAD-CAM.
Este sistema est� conformado por dos softwares de dise�o, uno es el CAD y el otro es el CAM. Seg�n Erazo-Arteaga (2022) los sistemas CAD permiten realizar el dise�o de productos y componentes a trav�s de gr�ficos interactivos. En otras palabras, el paquete CAD realiza el dise�o en digital de lo que anteriormente se hac�a a trav�s de dibujos t�cnicos a mano por los especialistas, pero con la salvedad que existe la funcionabilidad de la simulaci�n para poder detallar la eficiencia del dise�o cuando est� sometido a los par�metros del proceso.
Lo anterior lo define Mercado-Bautista (2020), citado por Cruz et al. (2021), donde el CAD (Computer Aid Design en ingl�s; Dise�o Asistido por Computadora, en espa�ol), permite ser utilizado desde un computador para lograr crear, modificar, y documentar de forma gr�fica (2D y 3D) de objetos reales. Del mismo modo, el CAD atiende prioritariamente aquellas tareas exclusivas del dise�o, tales como el dibujo t�cnico y la documentaci�n del mismo, pero normalmente permite realizar otras tareas complementarias relacionadas principalmente con la presentaci�n y el an�lisis del dise�o realizado (Reyes-Qui�ones, 2019).
Para poder hacer que estos procesos dise�ados en el CAD sean realizados a trav�s de equipos, se plantea que otro sistema que toma los planos y los ejecuta en las diversas maquinas por medio del software CAM. Este implica la utilizaci�n de distintos programas que interact�an con diferentes m�quinas para la construcci�n de piezas, elementos mec�nicos y figuras complejas (Erazo-Arteaga, 2022). De la misma manera, Pacheco y Espinosa (2016) y Mercado-Bautista (2020), citados por Cruz et al. (2021), el CAM (Computer-Aided Manufacturig, en ingl�s; Fabricaci�n Asistida por Computadora, en espa�ol), se refiere al uso de computadoras con tecnolog�a de c�mputo que, si bien pueden trabajar de forma individual, a nivel industrial se relacionan directamente para poder fabricar productos.
Para el desarrollo del CAM se desea que los procesos industriales de manufactura sean automatizados, implicando un sistema de control con sensores y actuadores que permiten el desarrollo de la pieza que fue dise�ada en CAD. Asimismo, el CAM consiste en el uso de aplicaciones de software de control num�rico (NC) con el objetivo de crear instrucciones detalladas (c�digo G) que impulsen las m�quinas-herramienta de control num�rico por ordenador (CNC) para las piezas de fabricaci�n (Reyes-Qui�ones, 2019).
En este sentido, las herramientas CAD-CAM son de mucha importancia en el dise�o y fabricaci�n de piezas y equipos. Esto lo descubr�a Company (1990), citado por S�nchez y Lira, (2020), donde el dise�o y la manufactura asistida por computadora (CAD-CAM) es una disciplina que estudia el uso de sistemas inform�ticos como herramienta de soporte en todos los procesos involucrados en el dise�o, y fabricaci�n de cualquier tipo de producto. Igualmente, el dise�o asistido por computadora y las organizaciones proveedoras de CAM, han tenido experiencia pr�ctica en varias partes de la industria, hay organizaciones enormes que tienen elementos para satisfacer las necesidades de una gran cantidad de sectores comerciales (Cordova, 2021).
Poder comprender como los sistemas CAD-CAM se unen para poder desarrollar las piezas y equipos a nivel industrial es necesario detallar cada una de las herramientas tecnol�gicas que comprenden estos sistemas de dise�o y manufactura, tal como se observa en la Figura 1. La aplicaci�n del sistema CAD-CAM se enfoca sobre todo en el desarrollo de los procesos de conformado de metales, especialmente aquellos que se producen por arranque de viruta como el torneado, fresado o rectificado.
Figura 1. Herramientas tecnol�gicas para el dise�o y manufactura asistida por computadora (CAD-CAM).
�
Fuente: (S�nchez y Lira, 2020)
Sin embargo, es utilizado tambi�n para el proceso de moldeo de pl�stico, espec�ficamente en la fabricaci�n de los moldes que van a soportar el pl�stico cuando sea inyectado o soplado, haciendo que se obtenga la figura proveniente de su negativo impreso en dicho molde. En este sentido, Kalpakjian (2002) manifiesta que el moldeo de pl�stico por inyecci�n es un proceso de fundici�n a presi�n con c�mara caliente, donde se transfiere un mayor calor al pol�mero debido al calentamiento por fricci�n cuando pasa por la matriz o dado bipartido, mediante un �mbolo hidr�ulico o con el sistema de tornillo de un extrusor. De la misma forma, Groover (1997) se�ala que el moldeo de pl�stico por soplado se usa para hacer parte huecas sin costura a partir de pol�meros termopl�sticos a trav�s de la inyecci�n de aire, el cual se utiliza para producci�n en masa de productos desechables peque�os.
Estos sistemas de manufactura son muy utilizados a nivel industrial porque los materiales y piezas fabricados de pol�meros han tenido un gran auge en los �ltimos a�os por su peso, resistencia y durabilidad, adem�s que los costos de fabricaci�n son mucho m�s bajos que los procesos de conformado de metales. Por lo cual, la presente investigaci�n tiene como objetivo analizar los sistemas CAD-CAM en el desarrollo de proyecto de moldeo para envases pl�sticos. Para el desarrollo de este art�culo se involucra una metodolog�a con dise�o bibliogr�fico y de tipo documental.
Metodolog�a
La metodolog�a se basa en un dise�o bibliogr�fico, el cual busca analizar las bases investigativas de otros autores, por medio de la revisi�n bibliogr�fica, con el fin de construir una investigaci�n propia. Seg�n Lawrence et al. (2012) y Race (2008), citado por Hern�ndez et al. (2010), la revisi�n de la literatura es analizar y discernir si la teor�a y la investigaci�n anterior sugieren una respuesta (aunque sea parcial) a la pregunta o las preguntas de investigaci�n, o bien si provee una direcci�n a seguir dentro del planteamiento de nuestro estudio.
Del mismo modo, la investigaci�n de tipo documental se basa en el apoyo de diversos documentos cient�ficos como art�culos, trabajos de grado, informes t�cnicos, libros, entre otros. Seg�n Palella y Martins (2010) comentan que la investigaci�n documental es un proceso de b�squeda que se realiza en fuentes, con el objeto de recoger informaci�n, organizarla, describirla e interpretarla de acuerdo con ciertos procedimientos que garanticen confiabilidad y objetividad en la presentaci�n de sus resultados, respondiendo a determinadas interrogantes o proporcionando informaci�n sobre cualquier hecho de la realidad.
Asimismo, los objetivos de la investigaci�n son los siguientes: analizar las caracter�sticas del moldeo de pl�stico; describir los elementos de los sistemas CAD-CAM, y; establecer el vinculo de los sistemas CAD-CAM con el desarrollo de los moldeos de pl�sticos.
Resultados y discusi�n
Caracter�sticas del moldeo de pl�stico
La evoluci�n de los procesos industriales, a partir de la revoluci�n industrial, a tra�do una serie de materiales, equipos, tecnolog�as y procedimientos innovadores que han permitido un crecimiento de la eficiencia y de la productividad. Dentro de este campo de crecimiento se encuentra la producci�n de productos pl�sticos. Los pl�sticos artificiales han surgido gracias a la explotaci�n del petr�leo a comienzos del siglo XX, conform�ndolos como uno de los materiales m�s utilizados a nivel mundial.
Seg�n Fern�ndez-Villa y San Andr�s-Moya (2016) los primeros pol�meros artificiales se obtuvieron de forma totalmente fortuita y los qu�micos de la �poca realmente no conoc�an el tipo de producto obtenido, ni las modificaciones estructurales provocadas en la composici�n del material de partida. Las investigaciones posteriores determinaron las propiedades de los mismos y las posibilidades de utilizarlas en m�ltiples �reas. Es en este sentido que los pol�meros entran en juego para la mejor comodidad y vida de las sociedades.
A pesar de que los materiales pl�sticos no han podido igualar las bondades de los materiales met�licos, han sido desarrollos productos que se acerquen levemente a esas caracter�sticas o que demuestran otras caracter�sticas que los destacan entre los dem�s. Estas propiedades son: Bajo peso e inercia; Se elimina o reduce el consumo de lubricantes; Se reduce el nivel de ruido, son f�ciles de maquinar o moldear; Compatibilidad con medios hostiles a las piezas met�licas; Posibilidad del uso del c�digo de colores, y; Son m�s econ�micos (Mar�n, 2014).
Para poder cumplir con cada una de estas exigencias es necesario poder definir los tipos de pol�meros que se pueden encontrar, los cuales se detallan en la Tabla 1.
Tabla 1. Clasificaci�n de los pol�meros
CLASIFICACI�N |
CARACTER�STICAS |
Termopl�sticos |
Se Componen de largas cadenas producidas al unir mol�culas peque�as o mon�meros y t�picamente se comportan de una manera pl�stica y d�ctil. Al ser calentados a temperaturas elevadas, estos pol�meros se ablandan y se conforman por flujo viscoso. Los pol�meros termopl�sticos se pueden reciclar con facilidad. |
Termoestables |
Est�n compuestos por largas cadenas de mol�culas con fuertes enlaces cruzados entre las cadenas para formar estructuras de redes tridimensionales. Estos pol�meros generalmente son m�s resistentes, aunque m�s fr�giles, que los termopl�sticos. Los termoestables no tienen una temperatura de fusi�n fija y es dif�cil procesarlos una vez ocurrida la formaci�n de enlaces cruzados. |
Elast�meros |
Incluyendo el caucho, tiene una estructura intermedia, en la cual se permite que ocurra una ligera formaci�n de enlaces cruzados entre las cadenas. Los elast�meros tienen la capacidad de deformarse el�sticamente en grandes cantidades sin cambiar de formar permanente. |
Fuente: (Askeland, 1998)
Esta clasificaci�n permite demostrar la importancia del pl�stico en el desarrollo industrial y en la mejora de la calidad de vida de las personas. Cumplen con ciertas condiciones en las cuales los materiales metalicos, cer�micos o de madera no pueden satisfacer la demanda. Por tal raz�n, las investigaciones alrededor de este material buscan satisfacer mayores necesidades de uso, resistencia y facilidad en la transformaci�n, promoviendo la innovando en las tradicionales t�cnicas de fabricaci�n de los pl�sticos y en la creaci�n de nuevos materiales (Ju�rez et al., 2012).
De igual forma, una ventaja de los pl�sticos es la est�tica que se puede lograr cuando se agrega colores a los productos, as� como la f�cil manera de elaborar a trav�s de los procesos de conformado. Carri�n (2004) se�ala que deben agregarse aditivos llamados plastificantes o platificdores para que sean faciles de moldear y reforzadores para la resistencia y pigmentos para el color, antes de darles forma.
Ante esta situaci�n, uno de los procesos m�s utilizados para la fabricaci�n de envases pl�sticos en el de moldeo por inyecci�n. Gonzalez (2004) se�ala que es un proceso por el cual la materia prima, generalmente en forma de pelet, es calentada y condicionada al punto de estas lista para la inyecci�n, es entonces inyectada a lata presi�n, en un molde que se ha montado en la unidad de prensa. Asimismo, Pulido (2004), citado por Prada-Ospina y Acosta Prado (2017), manifiesta que las piezas con requerimientos espec�ficos en el comportamiento mec�nico, reducci�n de peso, resistencia al desgaste, aislamiento el�ctrico, alta estabilidad dimensional y estabilidad qu�mica en presencia de medios agresivos, han encontrado en este proceso la mejor soluci�n, desplazando a materiales tradicionales en aplicaciones industriales.
Este proceso de conformado de materiales pl�sticos produce diversas piezas de gran utilidad como tazas, recipientes, cajas, mangos de herramienta, perillas, componentes el�ctricos y de comunicaci�n, juguetes y conexiones de plomer�a (Kalpakjian, 2002). Groover (1997) tambi�n comenta que se puede producir formas intrincadas� y complejas, la limitaci�n es la capacidad de fabricar un molde cuya cavidad tenga la misma forma que la pieza; adem�s el molde debe propiciar la remoci�n de la pieza.
De la misma forma, los pl�sticos m�s fabricados son los termopl�sticos, pero se pueden fabricar piezas de elast�meros s�lo con la modificaci�n de los par�metros y algunos ajustes al equipo. Fern�ndez (2014) indica que la fabricaci�n de piezas termopl�sticas tiene un volumen de producci�n a nivel mundial del 60%; igualmente, se pueden fabricar piezas de varios tama�os y pesos, desde piezas de unos cuantos miligramos, hasta piezas 100kg.
Como su desarrollo productivo es importante entonces los procesos que permiten su mejora son considerados fundamentales. Para tal fin, es necesario poder describir las partes del equipo de moldeo por inyecci�n. Aguilar et al. (2020) se�alan que las siguientes partes son las que tienen que realizar mantenimientos: unidad de inyecci�n, tornillo, nariz y molde, como se puede observar en la Figura 2. Kalpakjian (2002) se�ala la funcionabilidad general del equipo:
Figura 2. Vista general de componentes fundamentales que componen el moldeo de inyecci�n de pl�sticos
Fuente: (Zheng R. et al., 2011; citado por Aguilar et al. 2020)
�Al aumentar la presi�n en la entrada del molde, el tornillo rotatorio comienza moverse hacia atr�s, bajo presi�n, hasta una distancia predeterminada; este movimiento controla al volumen de material por inyectar; a continuaci�n, el tornillo cesa de girar y es empujado hidr�ulicamente hacia adelante, forzando al pl�stico fundido a la cavidad del molde. Las presiones de moldeo por inyecci�n suelen ser de 70 a 200 Mpa�. (p. 485)
El procedimiento de moldeo de pl�stico por inyecci�n puede ser automatizado, cumpliendo con ciertas pautas de control, de entrada, como sensores, y de salida, como los actuadores el�ctricos y mec�nicos, involucrados en el equipo. La amortizaci�n resulta bastante r�pida, debido a que se reduce considerablemente el personal de la f�brica, con lo que esto se ve reflejado en un mayor ahorro y menor gasto que har�n que estos productos tengan en el mercado precios bastante asequibles (Fern�ndez, 2014). Del mismo modo, disminuye los errores presentados a trav�s de sus defectos, tal como se detalla en la Tabla 2.
Tabla 2. Defectos en el moldeo de pl�sticos por inyecci�n
DEFECTOS |
CARACTER�STICAS |
Llenado deficiente |
Igual que en fundici�n met�lica, �ste se produce en una pieza que ha solidificado antes de llenar completamente la cavidad. El defecto puede corregirse incrementando la temperatura o la presi�n. El efecto tambi�n puede originarse por el uso de maquinaria con capacidad de dosificaci�n insuficiente, en cuyo caso se necesita una m�quina m�s grande. |
Rebaba |
Esto ocurre cuando la fusi�n de pol�mero se mete en la superficie de separaci�n entre las partes del molde; tambi�n puede ocurrir alrededor de los pernos de eyecci�n. El defecto es causado generalmente por 1) ventillas y claros muy grandes en el molde, 2) presiones de inyecci�n demasiado altas comparadas con la fuerza de sujeci�n, 3) temperatura de fusi�n demasiado alta o 4) tama�o excesivo de la dosis. |
Marcas hundidas y huecos |
Estos son defectos relacionados generalmente con secciones gruesas de la pieza. Una marca hundida ocurre cuando la superficie exterior del molde solidifica, pero la contracci�n del material interno causa que la costra se deprima por debajo de la superficie nominal. Un hueco se causa por el mismo fen�meno b�sico; sin embargo, el material de la superficie retiene su forma y la contracci�n se manifiesta como un hueco interno debido al alto esfuerzo a la tensi�n en el pol�mero a�n fundido. Estos defectos pueden tener su origen en un incremento de la presi�n de compactaci�n que sigue a la inyecci�n. Una mejor soluci�n es dise�ar la parte para tener secciones con espesor uniforme y usando secciones delgadas. |
L�neas soldadas |
Las l�neas soldadas ocurren cuando la fusi�n del pol�mero fluye alrededor de un coraz�n u otros detalles convexos en la cavidad del molde y se encuentran en la direcci�n opuesta; los limites as� formados se llaman l�neas soldadas y pueden tener propiedades mec�nicas que son inferiores a las del resto de la parte. Las temperaturas altas de fusi�n, las presiones altas de inyecci�n, las localizaciones alternas de las puertas en la pieza y una mejor ventilaci�n son formas de evitar este defecto. |
Fuente: (Groover, 1997)
Elementos de los sistemas CAD-CAM
El desarrollo de los productos a trav�s de un sistema de dise�o y manufactura asistida por computadora debe siempre pasar por una etapa de planificaci�n, la cual permitir� describir el problema y as� plantear sus posibles soluciones. Estas etapas son consideradas principalmente en el desarrollo del dise�o (CAD), debido a que es lo que primero se realiza antes de poder desarrollar el conformado (CAM). En este sentido las etapas de esta planificaci�n es la que se describe en la Tabla 3.
Tabla 3. Etapas de la planificaci�n para el dise�o y manufactura asistida por computadora
ETAPAS |
CARACTER�STICAS |
La necesidad |
El proceso de dise�o se inicia con una necesidad, quiz�s formulada por un cliente, o bien detectado mediante una investigaci�n de mercado. |
An�lisis del problema |
La primera etapa en la elaboraci�n de un dise�o es definir la verdadera naturaleza del problema, es decir, analizarlo. Se trata de una etapa muy importante, ya que no definir el problema de una manera precisa podr�a conducir a una p�rdida de tiempo en dise�os que no satisfacen la necesidad. |
Elaboraci�n de una especificaci�n |
Despu�s del an�lisis, se procede a especificar lo que se requiere. En esta etapa hay que dejar claro en que consiste el problema, las restricciones que deber� satisfacer la soluci�n y los criterios que se aplicar�n para evaluar la calidad del dise�o. Al formular el problema, deben especificarse las funciones que se desean obtener del dise�o, as� como sus caracter�sticas deseables. Por ejemplo, masa, dimensiones, tipos y variedad de movimientos requeridos, exactitud de entrada y de salida de elementos e interfaces, especificaciones de las fuentes de alimentaci�n, entorno de operaci�n, normas correspondientes, normas de ejecuci�n, etc. |
Propuestas de posibles soluciones |
Con frecuencia esta etapa se denomina etapa conceptual. Se elaboran bosquejos de soluciones con el suficiente detalle para indicar como obtener cada una de las funciones requeridas, por ejemplo, dimensiones, formas, materiales y costos aproximados. Tambi�n determina qu� se ha inventado con anterioridad para problemas similares, |
Selecci�n de una soluci�n id�nea |
Se eval�an las soluciones propuestas y se elige la m�s adecuada. |
Elaboraci�n de un dise�o detallado |
El dise�o m�s adecuado se realiza con todos lo detalles, lo cual podr�a requerir la creaci�n de prototipos o modelos para simular los detalles �ptimos del dise�o. |
Elaboraci�n de dibujos de trabajo |
El dise�o elegido se traduce en dibujos, diagramas de circuito, etc, en los cuales se basar� la realizaci�n del producto. |
Fuente: (Bolton, 2005)
En este sentido, la etapa de dise�o es la clave para el desarrollo de los productos o piezas determinadas, por lo que los elementos del sistema CAD deben ser identificados, los cuales son: Hardware: la computadora y el equipo perif�rico asociado; Software: el programa de computadora, el cual corre sobre el hardware; Datos: la estructura de datos creados y manipulados por el software, y; Las capacidades y el conocimiento del usuario (Cordova, 2021). Dentro de estos elementos, el m�s considerable es la capacidad y conocimientos del usuario, porque de all� pueden provenir los defectos futuros en las piezas conformadas.�
Del mismo modo, el sistema CAM posee elementos que deben ser considerados en el proceso de planificaci�n, control y evaluaci�n de la fabricaci�n de piezas. Estos son las aplicaciones de ordenador para definir un plan de fabricaci�n para el dise�o de herramientas, el dise�o asistido por ordenador (CAD), la preparaci�n de modelos, la programaci�n NC, la programaci�n de inspecci�n de m�quinas de medici�n por coordenadas (CMM), la simulaci�n de m�quina-herramienta o el posprocesamiento (Reyes-Qui�ones, 2019).
La vinculaci�n de estos dos sistemas CAD-CAM permite desarrollar ventajas para la fabricaci�n o conformado del material. S�nchez y Lira (2020) se�alan las fortalezas de utilizar estos procesos de control:
�reducen el ciclo de desarrollo, mejoran la calidad y las propiedades deseadas, optimizan los dise�os desde el punto de vista estructural, permiten realizar an�lisis con la utilizaci�n de m�todos de elementos finitos (esfuerzos, deformaciones, dilataciones t�rmicas, transferencia de calor, simulaci�n cinem�tica y din�mica de mecanismos, optimizar los moldes y procesos de fundici�n o inyecci�n de metales, simulaci�n de inyecci�n de pl�stico, etc.)�. (p. 110)
Asimismo, los sistemas CAD-CAM permiten que los desarrollos de las piezas sean de mejor calidad, los tiempos de producci�n sean reducidos aumentando as� la productividad. Igualmente se pueden desarrollar piezas de diversas formas y complejidades. Esto lo comenta G�mez et al. (2010) y Reinke et al (2019), citado por Erazo-Arteaga (2022), donde la construcci�n de piezas con superficies superpuestas o unas dentro de otras, as� como superficies de forma libre requieren el control de tres o m�s ejes de movimiento simult�neamente, lo que en la pr�ctica solo es posible con la utilizaci�n de m�quinas CNC.
Ante la sinergia de estos dos sistemas se forma un proceso que lleva el desarrollo del dise�o m�s el conformado de piezas a trav�s de los diversos equipos, todo gracias aun lenguaje de programaci�n que traduce las dimensiones del modelo y lo lleva al lenguaje CNC el cual proceder� a la manufactura del producto. Para esto es necesario conocer los componentes que conforman el CAD-CAM, tal como se muestra en la Tabla 4
Tabla 4. Componentes del sistema CAD-CAM
COMPONENTE |
DEFINICI�N |
Modelado geom�trico |
Esta componente determina el estudio de m�todos de dise�o en las que se representan varias entidades geom�tricas, y esto depender� de las caracter�sticas t�cnicas del prototipo que se desea modelar. |
T�cnicas de visualizaci�n |
Esta componente es muy esencial para poder obtener las im�genes del prototipo, depende de los par�metros establecidos para la modelaci�n, estas t�cnicas van de la mano seg�n el estudio que se realice al prototipo ya sea un an�lisis est�tico, din�mico, de fluido, magn�tico o el�ctrico. |
T�cnicas de interacci�n gr�fica |
Es el soporte de la informaci�n geom�trica que ingresa para el dise�o, y depende de las t�cnicas de posicionamiento ya sea para realizar el procesos de modelaci�n 2D o �D. |
Dise�o de la interfaz de usuario |
El operario debe poseer excelentes conocimientos del manejo de los sistemas CAD-CAM pues gracias a ellos existe mayor confianza en el proceso de modelaci�n. |
Base de datos |
Permite almacenar toda la informaci�n de los prototipos que se dise�en. |
M�todos num�ricos |
Consiste en la aplicaci�n de c�lculos matem�ticos acompa�ado de razonamiento l�gico que permiten realizar un an�lisis de los sistemas CAD-CAM |
Interfaz de comunicaciones |
Este es importante ya que de este depende que existan una buena interconexi�n entre cada m�quina y dispositivo con los sistemas CAD-CAM. |
Fuente: (Pacheco y Espinoza, 2016; citado por Cruz et al., 2021)
Cuando el programador realiza el dise�o en el sistema CAD se pueden producir errores que solo se visualizaran con el resultado final. Sin embargo, con la conjunci�n del CAM al paquete se podr� optar por un sistema que indica los errores antes de proceder a manufacturar la pieza. Seg�n Groover (1997) cuando el programador introduce la geometr�a de partes, el elemento se despliega gr�ficamente en el monitor; conforme el programador dise�a la trayectoria de una herramienta, ve exactamente como desplazaran los comandos de movimientos a la herramienta, en relaci�n con la parte. Esto permite disminuir considerablemente los errores en la pieza porque al suceder son corregidos de inmediato.
Vinculo de los sistemas CAD-CAM con el desarrollo de los moldeos de pl�sticos
Cuando se desea fusionar los sistemas CAD-CAM con el proceso de moldeo de pl�stico se tiende a desarrollar son los moldes que contendr�n el pl�stico cuando sea inyectado. Esto sucede debido a que la fabricaci�n de los moldes requiere de procesos de fabricaci�n a trav�s de diversas t�cnicas como el torneado, fresado o rectificado que precisamente los pueden realizar los equipos CNC, permitiendo el v�nculo con el sistema CAM. El dise�o del molde parte del desarrollo del dise�o a trav�s del sistema CAD.
Del mismo modo, se utilizan diversas t�cnicas de fabricaci�n de moldes de pl�stico como la inyecci�n en 3D. esta t�cnica permite la impresi�n del modelo en 3D por medio del mismo pl�stico, lo cual servir� de prototipo para conocer la funcionabilidad del molde en presencia de los par�metros del proceso de moldeo de pl�stico. En otras palabras, Su�rez et al. (2015) manifiesta que uno de los fines de un prototipo o modelo es permitir el an�lisis de sus componentes y observar un comportamiento relativo de lo que se pue�de esperar y se debe mejorar en el proceso real que se est� estudiando y de cada una de las piezas obtenidas.
Para el proceso de fabricaci�n por moldeo de pl�stico se debe realizar una planificaci�n, la cual se describe en la Figura 3. En la Figura se muestra los pasos que describen el sistema CAD que involucra el an�lisis de resistencia y c�lculos mec�nicos, luego describe los pasos realizados a trav�s del sistema CAE, que corresponde a la Ingenier�a Asistida por Computadora; por �ltimo, se describe la aplicaci�n o fabricaci�n del molde a trav�s del sistema CAM con el software espec�fico MOLD WIZARD.
Del mismo modo, se puede detallar las etapas del flujograma a trav�s de la Figura 4, donde se muestra la descripci�n de la pieza, tiempo y presi�n al final del llenado, temperatura al final del llenado, tensiones de cizalla al final del llenado, contracci�n del volumen al final del llenado, rechupes y el proceso de simulaci�n de trabajo herramienta de corte del molde para la fabricaci�n de retrovisor de veh�culo.
Figura 3. Flujograma del proceso de dise�o y fabricaci�n de molde para el proceso de inyecci�n de pl�sticos a trav�s del sistema CAD-CAE-CAM.
Fuente: (Herrera y Zarate, 2018)
Figura 4. Etapas del proceso de dise�o y fabricaci�n de molde para retrovisor de veh�culo por medio de la aplicaci�n del sistema CAD-CAE-CAM
Fuente: Tomado de Berm�dez (2019). Elaborado por Autores (2022)
Referencias
1. Aguilar, J. I., Ibarra, J. E., & Angulo, M. (2020). Aplicaci�n del internet industrial de las cosas (iiot) en l�neas de manufactura por proceso de moldeo por inyecci�n de pl�stico. ReCIBE, Revista electr�nica de Computaci�n, Inform�tica, Biom�dica y Electr�nica, 9(2), 1-22. Obtenido de http://recibe.cucei.udg.mx/index.php/ReCIBE/article/view/160
2. Askeland, D. (1998). Ciencia e Ingenier�a de los materiales. M�xico, D.F., M�xico: International Thomson.
3. Berm�dez, J. M. (2019). Pasos preliminares para un manual de dise�o de moldes de inyecci�n de pl�sticos con herramientas CAD/CAE/CAM. Santa Clara: Universidad Central ��Marta Abreu��de Las Villas. Facultad de Ingenier�a Mec�nica e Industrial. Obtenido de https://dspace.uclv.edu.cu/handle/123456789/11427
4. Bolton, W. (2005). Mecatr�nica. Sistemas de control electr�nico en Ingenier�a Mec�nica y El�ctrica. Alfaomega, 2da Edici�n.
5. Carri�n, J. (2004). Procesos de fabricaci�n de productos pl�sticos. Industrial Data, 3(1). Obtenido de https://revistasinvestigacion.unmsm.edu.pe/index.php/idata/article/view/6568
6. Cordova, J. M. (2021). Sistemas CAD, CAM. LIma, Per�: Trabajo para optar al t�tulo de Licenciado en Educaci�n, Especialidad Mec�nica de Producci�n de la Universidad Nacional de Educaci�n. Obtenido de https://repositorio.une.edu.pe/handle/20.500.14039/6536
7. Cruz, G. M., Mena, S., Solis, S. I., & Masaquiza, �. G. (2021). Importancia de los sistemas CAD-CAM para el desarrollo de proyecto de conformado de materiales. Polo del Conocimiento: Revista cient�fico-profesional, 6(11), 370-382. Obtenido de https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=8219387
8. Erazo-Arteaga, V. A. (2022). El dise�o, la manufactura y an�lisis asistido por computadora (CAD/CAM/CAE) y otras t�cnicas de fabricaci�n digital en el desarrollo de productos en Am�rica Latina. Informaci�n tecnol�gica, 33(2), 297-308. Obtenido de https://www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642022000200297&script=sci_arttext&tlng=en
9. Fern�ndez, J. A. (2014). Dise�o para el moldeo por inyecci�n de pl�stico: aplicaci�n en producto. Proyecto Fin de Carrera, I. T. Dise�o Industrial. Obtenido de https://idus.us.es/bitstream/handle/11441/50128/file_1.zip?sequence=1
10. Fern�ndez-Villa, S., & San Andr�s-Moya, M. (2016). El Pl�stico como Bien de Inter�s Cultural: Aproximaci�n a la historia y composici�n de los pl�sticos de moldeo naturales y artificiales. Ideas. Criterios y m�todos, Bolet�n 40/41. Obtenido de https://eprints.ucm.es/id/eprint/34919/
11. Gonzalez, W. A. (2004). Adaptaci�n de una maquina inyectora de pl�sticos. Guayaquil, Ecuador: Trabajo de grado para optar al t�tulo de Ingeniero Mec�nico de la Escuela Superior Polit�cnica del Litoral. Obtenido de https://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/39283
12. Groover, M. P. (1997). Fundamentos de Manufactura Moderna. Materiales, procesos y sistemas. M�xico, D. F.: Prentice -Hall Hispanoamericana S. A.
13. Herrera, J. A., & Zarate, C. J. (2018). Dise�o de un molde de inyecci�n de pl�sticos, con base en an�lisis de llenado, mediante herramientas computacionales CAD/CAM/CAE. Bogot�, Colombia: Trabajo de grado para optar al t�tulo de Ingeniero Mec�nico de la Universidad Santo Tomas. Obtenido de https://repository.usta.edu.co/handle/11634/15562
14. Ju�rez, D., Balart, R., Peydr�, M. A., & Ferrandiz, S. (2012). Estudio y an�lisis del moldeo por inyecci�n de materiales polim�ricos termopl�sticos. 3c Tecnolog�a, 1(3), 1-14. Obtenido de https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=4817584
15. Kalpakjian, S. (2002). Manufactura, ingenier�a y tecnolog�a. M�xico, D.F.: Editorial Pearson.
16. Mar�n, A. M. (2014). Procedimiento para el dise�o de moldes pl�sticos por inyecci�n usando el software inventor. Trabajo de la Facultad de Ingenier�a Mec�nica de la Universidad Central" Marta Abreu" de Las Villas. Obtenido de https://dspace.uclv.edu.cu/handle/123456789/2769
17. Prada-Ospina, R., & Acosta Prado, J. C. (2017). El Moldeo En El Proceso De Inyecci�n De Pl�sticos Para El Logro De Objetivos Empresariales. Dimensi�n Empresarial, 15(1), 226-234. Obtenido de http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1692-85632017000100226
18. Reyes-Qui�ones, J. P. (2019). Redise�o y estandarizaci�n de herramentales en CAD/CAM usando software CREO PTC. Chiapas, M�xico: Informe t�cnico de residencia profesional del Instituto Tecnol�gico de Tuxtla Guti�rrez. Obtenido de http://repositoriodigital.tuxtla.tecnm.mx/xmlui/handle/123456789/2066
19. S�nchez, N., & Lira, I. A. (2020). La manufactura aditiva como potenciador de los sistemas productivos. s sistemas productivos. INVENTUM, 15(28), 104-112. Obtenido de https://revistas.uniminuto.edu/index.php/Inventum/article/view/2336
20. Su�rez, A. M., Tafur, W., & Calder�n, P. R. (2015). Aplicaci�n de herramientas CAD/CAM para el dise�o y fabricaci�n de prototipos de moldes de inyecci�n de pl�sticos. Tecnura, 19(46), 115-121. Obtenido de http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0123-921X2015000400010
� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).
Enlaces de Referencia
- Por el momento, no existen enlaces de referencia
Polo del Conocimiento
Revista Científico-Académica Multidisciplinaria
ISSN: 2550-682X
Casa Editora del Polo
Manta - Ecuador
Dirección: Ciudadela El Palmar, II Etapa, Manta - Manabí - Ecuador.
Código Postal: 130801
Teléfonos: 056051775/0991871420
Email: polodelconocimientorevista@gmail.com / director@polodelconocimiento.com
URL: https://www.polodelconocimiento.com/