Revista Polo del Conocimiento


Polo del Conocimiento

 

 

Sistemas CAD-CAM en el desarrollo de proyectos de moldeo para envases plsticos

 

CAD-CAM systems in the development of molding projects for plastic containers

 

Sistemas CAD-CAM no desenvolvimento de projetos de moldagem para embalagens plsticas

Tannia Magally Solís-Santamara II

[email protected]

https://orcid.org/0000-0001-5607-0161

 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: [email protected]

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Investigacin

* Recibido: 23 de abril de 2022 *Aceptado: 12 de mayo de 2022 * Publicado: 10 de junio de 2022

 

  1. Magster en Manufactura y Diseo Asistidos por Computador, Ingeniero Electromecnico, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador.
  2. Magster en Mecnica Mencin Manufactura, Ingeniero Civil, GAD Municipalidad de Ambato, Ecuador.
  3. Magster en Mecnica mencin Manufactura, Ingeniero Mecnico, SEMADIJE CA. LTDA, Ecuador.
  4. Ingeniera Automotriz, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Ecuador.

Resumen

La presente investigacin tiene como objetivo analizar los sistemas CAD-CAM en el desarrollo de proyecto de moldeo para envases plsticos. Para el desarrollo de este artculo se involucra una metodologa con diseo bibliogrfico y de tipo documental. Los resultados se basaron en analizar las caractersticas del moldeo de plstico; describir los elementos de los sistemas CAD-CAM, y; establecer el vnculo de los sistemas CAD-CAM con el desarrollo de los moldeos de plsticos. Como conclusin, se tiene que los plsticos juegan un papel importante en el desarrollo de muchos procesos industriales, entrando en los sectores sociales, econmicos y culturales de la sociedad; estos materiales brindan propiedades a sus piezas que no pueden lograrse a travs de aquellas que son metlicas, cermicas o madera; su proceso de conformado es por medio del moldeo, sea por extrusin, soplado o por inyeccin; el moldeo por inyeccin es uno de los ms utilizados por la gama de productos que salen del mismo y que tienden a ser utilizados por todos los sectores; la vinculacin de los sistemas CAD-CAM al proceso de moldeo de plstico permite obtener productos con una alta calidad, debido a que se enfoca en la fabricacin de los moldes sometiendo a controles en los procesos de diseo y manufactura de la pieza.

Palabras Clave: plstico; moldeo por inyeccin; 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 plsticas. Para o desenvolvimento deste artigo, est envolvida uma metodologia com desenho bibliogrfico e documental. Os resultados foram baseados na anlise das caractersticas da moldagem plstica; descrever os elementos dos sistemas CAD-CAM e; estabelecer a ligao entre os sistemas CAD-CAM e o desenvolvimento da moldagem de plstico. Em concluso, os plsticos desempenham um papel importante no desenvolvimento de muitos processos industriais, entrando nos setores social, econmico e cultural da sociedade; Esses materiais conferem s suas peas propriedades que no podem ser alcanadas por meio dos metlicos, cermicos ou de madeira; seu processo de conformao por moldagem, seja por extruso, sopro ou injeo; a moldagem por injeo uma das mais utilizadas pela gama de produtos que dela saem e que tendem a ser utilizados por todos os setores; A ligao dos sistemas CAD-CAM ao processo de moldagem do plstico permite obter produtos de elevada qualidade, uma vez que se centra no fabrico dos moldes, submetendo os processos de conceo e fabrico da pea a controlos.

Palavras-chave: plstico; moldagem por injeo; sistema CAD-CAM; qualidade.

Introduccin

Dentro de muchos procesos industriales se encuentra la planificacin, donde se consideran las variables de los distintos fenmenos con el fin de disminuir la tasa de errores que puede afectar la productividad del sistema. Una de las herramientas de la planificacin es la utilizacin de diseos mecnicos y de manufactura que permitan poder modelar algn sistema con el objeto de hacer los procesos ms eficientes, eficaces y de calidad. Dentro de estos diseos se encuentran los paquetes de diseo CAD-CAM.

Este sistema est conformado por dos softwares de diseo, uno es el CAD y el otro es el CAM. Segn Erazo-Arteaga (2022) los sistemas CAD permiten realizar el diseo de productos y componentes a travs de grficos interactivos. En otras palabras, el paquete CAD realiza el diseo en digital de lo que anteriormente se haca a travs de dibujos tcnicos a mano por los especialistas, pero con la salvedad que existe la funcionabilidad de la simulacin para poder detallar la eficiencia del diseo cuando est sometido a los parmetros del proceso.

Lo anterior lo define Mercado-Bautista (2020), citado por Cruz et al. (2021), donde el CAD (Computer Aid Design en ingls; Diseo Asistido por Computadora, en espaol), permite ser utilizado desde un computador para lograr crear, modificar, y documentar de forma grfica (2D y 3D) de objetos reales. Del mismo modo, el CAD atiende prioritariamente aquellas tareas exclusivas del diseo, tales como el dibujo tcnico y la documentacin del mismo, pero normalmente permite realizar otras tareas complementarias relacionadas principalmente con la presentacin y el anlisis del diseo realizado (Reyes-Quiones, 2019).

Para poder hacer que estos procesos diseados en el CAD sean realizados a travs 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 utilizacin de distintos programas que interactan con diferentes mquinas para la construccin de piezas, elementos mecnicos 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 ingls; Fabricacin Asistida por Computadora, en espaol), se refiere al uso de computadoras con tecnologa de cmputo 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 diseada en CAD. Asimismo, el CAM consiste en el uso de aplicaciones de software de control numrico (NC) con el objetivo de crear instrucciones detalladas (cdigo G) que impulsen las mquinas-herramienta de control numrico por ordenador (CNC) para las piezas de fabricacin (Reyes-Quiones, 2019).

En este sentido, las herramientas CAD-CAM son de mucha importancia en el diseo y fabricacin de piezas y equipos. Esto lo descubra Company (1990), citado por Snchez y Lira, (2020), donde el diseo y la manufactura asistida por computadora (CAD-CAM) es una disciplina que estudia el uso de sistemas informticos como herramienta de soporte en todos los procesos involucrados en el diseo, y fabricacin de cualquier tipo de producto. Igualmente, el diseo asistido por computadora y las organizaciones proveedoras de CAM, han tenido experiencia prctica 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 tecnolgicas que comprenden estos sistemas de diseo y manufactura, tal como se observa en la Figura 1. La aplicacin 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 tecnolgicas para el diseo y manufactura asistida por computadora (CAD-CAM).

Fuente: (Snchez y Lira, 2020)

 

Sin embargo, es utilizado tambin para el proceso de moldeo de plstico, especficamente en la fabricacin de los moldes que van a soportar el plstico 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 plstico por inyeccin es un proceso de fundicin a presin con cmara caliente, donde se transfiere un mayor calor al polmero debido al calentamiento por friccin cuando pasa por la matriz o dado bipartido, mediante un mbolo hidrulico o con el sistema de tornillo de un extrusor. De la misma forma, Groover (1997) seala que el moldeo de plstico por soplado se usa para hacer parte huecas sin costura a partir de polmeros termoplsticos a travs de la inyeccin de aire, el cual se utiliza para produccin en masa de productos desechables pequeos.

Estos sistemas de manufactura son muy utilizados a nivel industrial porque los materiales y piezas fabricados de polmeros han tenido un gran auge en los ltimos aos por su peso, resistencia y durabilidad, adems que los costos de fabricacin son mucho ms bajos que los procesos de conformado de metales. Por lo cual, la presente investigacin tiene como objetivo analizar los sistemas CAD-CAM en el desarrollo de proyecto de moldeo para envases plsticos. Para el desarrollo de este artculo se involucra una metodologa con diseo bibliogrfico y de tipo documental.

 

Metodologa

La metodologa se basa en un diseo bibliogrfico, el cual busca analizar las bases investigativas de otros autores, por medio de la revisin bibliogrfica, con el fin de construir una investigacin propia. Segn Lawrence et al. (2012) y Race (2008), citado por Hernndez et al. (2010), la revisin de la literatura es analizar y discernir si la teora y la investigacin anterior sugieren una respuesta (aunque sea parcial) a la pregunta o las preguntas de investigacin, o bien si provee una direccin a seguir dentro del planteamiento de nuestro estudio.

Del mismo modo, la investigacin de tipo documental se basa en el apoyo de diversos documentos cientficos como artculos, trabajos de grado, informes tcnicos, libros, entre otros. Segn Palella y Martins (2010) comentan que la investigacin documental es un proceso de bsqueda que se realiza en fuentes, con el objeto de recoger informacin, organizarla, describirla e interpretarla de acuerdo con ciertos procedimientos que garanticen confiabilidad y objetividad en la presentacin de sus resultados, respondiendo a determinadas interrogantes o proporcionando informacin sobre cualquier hecho de la realidad.

Asimismo, los objetivos de la investigacin son los siguientes: analizar las caractersticas del moldeo de plstico; describir los elementos de los sistemas CAD-CAM, y; establecer el vinculo de los sistemas CAD-CAM con el desarrollo de los moldeos de plsticos.

 

 

 

 

Resultados y discusin

Caractersticas del moldeo de plstico

La evolucin de los procesos industriales, a partir de la revolucin industrial, a trado una serie de materiales, equipos, tecnologas y procedimientos innovadores que han permitido un crecimiento de la eficiencia y de la productividad. Dentro de este campo de crecimiento se encuentra la produccin de productos plsticos. Los plsticos artificiales han surgido gracias a la explotacin del petrleo a comienzos del siglo XX, conformndolos como uno de los materiales ms utilizados a nivel mundial.

Segn Fernndez-Villa y San Andrs-Moya (2016) los primeros polmeros artificiales se obtuvieron de forma totalmente fortuita y los qumicos de la poca realmente no conocan el tipo de producto obtenido, ni las modificaciones estructurales provocadas en la composicin del material de partida. Las investigaciones posteriores determinaron las propiedades de los mismos y las posibilidades de utilizarlas en mltiples reas. Es en este sentido que los polmeros entran en juego para la mejor comodidad y vida de las sociedades.

A pesar de que los materiales plsticos no han podido igualar las bondades de los materiales metlicos, han sido desarrollos productos que se acerquen levemente a esas caractersticas o que demuestran otras caractersticas que los destacan entre los dems. Estas propiedades son: Bajo peso e inercia; Se elimina o reduce el consumo de lubricantes; Se reduce el nivel de ruido, son fciles de maquinar o moldear; Compatibilidad con medios hostiles a las piezas metlicas; Posibilidad del uso del cdigo de colores, y; Son ms econmicos (Marn, 2014).

Para poder cumplir con cada una de estas exigencias es necesario poder definir los tipos de polmeros que se pueden encontrar, los cuales se detallan en la Tabla 1.

 

Tabla 1. Clasificacin de los polmeros

CLASIFICACIN

CARACTERSTICAS

Termoplsticos

Se Componen de largas cadenas producidas al unir molculas pequeas o monmeros y tpicamente se comportan de una manera plstica y dctil. Al ser calentados a temperaturas elevadas, estos polmeros se ablandan y se conforman por flujo viscoso. Los polmeros termoplsticos se pueden reciclar con facilidad.

Termoestables

Estn compuestos por largas cadenas de molculas con fuertes enlaces cruzados entre las cadenas para formar estructuras de redes tridimensionales. Estos polmeros generalmente son ms resistentes, aunque ms frgiles, que los termoplsticos. Los termoestables no tienen una temperatura de fusin fija y es difcil procesarlos una vez ocurrida la formacin de enlaces cruzados.

Elastmeros

Incluyendo el caucho, tiene una estructura intermedia, en la cual se permite que ocurra una ligera formacin de enlaces cruzados entre las cadenas. Los elastmeros tienen la capacidad de deformarse elsticamente en grandes cantidades sin cambiar de formar permanente.

Fuente: (Askeland, 1998)

 

Esta clasificacin permite demostrar la importancia del plstico 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, cermicos o de madera no pueden satisfacer la demanda. Por tal razn, las investigaciones alrededor de este material buscan satisfacer mayores necesidades de uso, resistencia y facilidad en la transformacin, promoviendo la innovando en las tradicionales tcnicas de fabricacin de los plsticos y en la creacin de nuevos materiales (Jurez et al., 2012).

De igual forma, una ventaja de los plsticos es la esttica que se puede lograr cuando se agrega colores a los productos, as como la fcil manera de elaborar a travs de los procesos de conformado. Carrin (2004) seala 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 situacin, uno de los procesos ms utilizados para la fabricacin de envases plsticos en el de moldeo por inyeccin. Gonzalez (2004) seala 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 inyeccin, es entonces inyectada a lata presin, 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 especficos en el comportamiento mecnico, reduccin de peso, resistencia al desgaste, aislamiento elctrico, alta estabilidad dimensional y estabilidad qumica en presencia de medios agresivos, han encontrado en este proceso la mejor solucin, desplazando a materiales tradicionales en aplicaciones industriales.

Este proceso de conformado de materiales plsticos produce diversas piezas de gran utilidad como tazas, recipientes, cajas, mangos de herramienta, perillas, componentes elctricos y de comunicacin, juguetes y conexiones de plomera (Kalpakjian, 2002). Groover (1997) tambin comenta que se puede producir formas intrincadas y complejas, la limitacin es la capacidad de fabricar un molde cuya cavidad tenga la misma forma que la pieza; adems el molde debe propiciar la remocin de la pieza.

De la misma forma, los plsticos ms fabricados son los termoplsticos, pero se pueden fabricar piezas de elastmeros slo con la modificacin de los parmetros y algunos ajustes al equipo. Fernndez (2014) indica que la fabricacin de piezas termoplsticas tiene un volumen de produccin a nivel mundial del 60%; igualmente, se pueden fabricar piezas de varios tamaos 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 inyeccin. Aguilar et al. (2020) sealan que las siguientes partes son las que tienen que realizar mantenimientos: unidad de inyeccin, tornillo, nariz y molde, como se puede observar en la Figura 2. Kalpakjian (2002) seala la funcionabilidad general del equipo:

 

Figura 2. Vista general de componentes fundamentales que componen el moldeo de inyeccin de plsticos

Fuente: (Zheng R. et al., 2011; citado por Aguilar et al. 2020)

 

Al aumentar la presin en la entrada del molde, el tornillo rotatorio comienza moverse hacia atrs, bajo presin, hasta una distancia predeterminada; este movimiento controla al volumen de material por inyectar; a continuacin, el tornillo cesa de girar y es empujado hidrulicamente hacia adelante, forzando al plstico fundido a la cavidad del molde. Las presiones de moldeo por inyeccin suelen ser de 70 a 200 Mpa. (p. 485)

El procedimiento de moldeo de plstico por inyeccin puede ser automatizado, cumpliendo con ciertas pautas de control, de entrada, como sensores, y de salida, como los actuadores elctricos y mecnicos, involucrados en el equipo. La amortizacin resulta bastante rpida, debido a que se reduce considerablemente el personal de la fbrica, con lo que esto se ve reflejado en un mayor ahorro y menor gasto que harn que estos productos tengan en el mercado precios bastante asequibles (Fernndez, 2014). Del mismo modo, disminuye los errores presentados a travs de sus defectos, tal como se detalla en la Tabla 2.

 

Tabla 2. Defectos en el moldeo de plsticos por inyeccin

DEFECTOS

CARACTERSTICAS

Llenado deficiente

Igual que en fundicin metlica, ste se produce en una pieza que ha solidificado antes de llenar completamente la cavidad. El defecto puede corregirse incrementando la temperatura o la presin. El efecto tambin puede originarse por el uso de maquinaria con capacidad de dosificacin insuficiente, en cuyo caso se necesita una mquina ms grande.

Rebaba

Esto ocurre cuando la fusin de polmero se mete en la superficie de separacin entre las partes del molde; tambin puede ocurrir alrededor de los pernos de eyeccin. El defecto es causado generalmente por 1) ventillas y claros muy grandes en el molde, 2) presiones de inyeccin demasiado altas comparadas con la fuerza de sujecin, 3) temperatura de fusin demasiado alta o 4) tamao 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 contraccin del material interno causa que la costra se deprima por debajo de la superficie nominal. Un hueco se causa por el mismo fenmeno bsico; sin embargo, el material de la superficie retiene su forma y la contraccin se manifiesta como un hueco interno debido al alto esfuerzo a la tensin en el polmero an fundido. Estos defectos pueden tener su origen en un incremento de la presin de compactacin que sigue a la inyeccin. Una mejor solucin es disear la parte para tener secciones con espesor uniforme y usando secciones delgadas.

Lneas soldadas

Las lneas soldadas ocurren cuando la fusin del polmero fluye alrededor de un corazn u otros detalles convexos en la cavidad del molde y se encuentran en la direccin opuesta; los limites as formados se llaman lneas soldadas y pueden tener propiedades mecnicas que son inferiores a las del resto de la parte. Las temperaturas altas de fusin, las presiones altas de inyeccin, las localizaciones alternas de las puertas en la pieza y una mejor ventilacin son formas de evitar este defecto.

Fuente: (Groover, 1997)

 

Elementos de los sistemas CAD-CAM

El desarrollo de los productos a travs de un sistema de diseo y manufactura asistida por computadora debe siempre pasar por una etapa de planificacin, la cual permitir describir el problema y as plantear sus posibles soluciones. Estas etapas son consideradas principalmente en el desarrollo del diseo (CAD), debido a que es lo que primero se realiza antes de poder desarrollar el conformado (CAM). En este sentido las etapas de esta planificacin es la que se describe en la Tabla 3.

 

 

 

 

Tabla 3. Etapas de la planificacin para el diseo y manufactura asistida por computadora

ETAPAS

CARACTERSTICAS

La necesidad

El proceso de diseo se inicia con una necesidad, quizs formulada por un cliente, o bien detectado mediante una investigacin de mercado.

Anlisis del problema

La primera etapa en la elaboracin de un diseo 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 podra conducir a una prdida de tiempo en diseos que no satisfacen la necesidad.

Elaboracin de una especificacin

Despus del anlisis, 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 solucin y los criterios que se aplicarn para evaluar la calidad del diseo. Al formular el problema, deben especificarse las funciones que se desean obtener del diseo, as como sus caractersticas 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 alimentacin, entorno de operacin, normas correspondientes, normas de ejecucin, 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. Tambin determina qu se ha inventado con anterioridad para problemas similares,

Seleccin de una solucin idnea

Se evalan las soluciones propuestas y se elige la ms adecuada.

Elaboracin de un diseo detallado

El diseo ms adecuado se realiza con todos lo detalles, lo cual podra requerir la creacin de prototipos o modelos para simular los detalles ptimos del diseo.

Elaboracin de dibujos de trabajo

El diseo elegido se traduce en dibujos, diagramas de circuito, etc, en los cuales se basar la realizacin del producto.

Fuente: (Bolton, 2005)

 

En este sentido, la etapa de diseo 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 perifrico 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 ms 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 planificacin, control y evaluacin de la fabricacin de piezas. Estos son las aplicaciones de ordenador para definir un plan de fabricacin para el diseo de herramientas, el diseo asistido por ordenador (CAD), la preparacin de modelos, la programacin NC, la programacin de inspeccin de mquinas de medicin por coordenadas (CMM), la simulacin de mquina-herramienta o el posprocesamiento (Reyes-Quiones, 2019).

La vinculacin de estos dos sistemas CAD-CAM permite desarrollar ventajas para la fabricacin o conformado del material. Snchez y Lira (2020) sealan las fortalezas de utilizar estos procesos de control:

reducen el ciclo de desarrollo, mejoran la calidad y las propiedades deseadas, optimizan los diseos desde el punto de vista estructural, permiten realizar anlisis con la utilizacin de mtodos de elementos finitos (esfuerzos, deformaciones, dilataciones trmicas, transferencia de calor, simulacin cinemtica y dinmica de mecanismos, optimizar los moldes y procesos de fundicin o inyeccin de metales, simulacin de inyeccin de plstico, etc.). (p. 110)

Asimismo, los sistemas CAD-CAM permiten que los desarrollos de las piezas sean de mejor calidad, los tiempos de produccin sean reducidos aumentando as la productividad. Igualmente se pueden desarrollar piezas de diversas formas y complejidades. Esto lo comenta Gmez et al. (2010) y Reinke et al (2019), citado por Erazo-Arteaga (2022), donde la construccin de piezas con superficies superpuestas o unas dentro de otras, as como superficies de forma libre requieren el control de tres o ms ejes de movimiento simultneamente, lo que en la prctica solo es posible con la utilizacin de mquinas CNC.

Ante la sinergia de estos dos sistemas se forma un proceso que lleva el desarrollo del diseo ms el conformado de piezas a travs de los diversos equipos, todo gracias aun lenguaje de programacin 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

DEFINICIN

Modelado geomtrico

Esta componente determina el estudio de mtodos de diseo en las que se representan varias entidades geomtricas, y esto depender de las caractersticas tcnicas del prototipo que se desea modelar.

Tcnicas de visualizacin

Esta componente es muy esencial para poder obtener las imgenes del prototipo, depende de los parmetros establecidos para la modelacin, estas tcnicas van de la mano segn el estudio que se realice al prototipo ya sea un anlisis esttico, dinmico, de fluido, magntico o elctrico.

Tcnicas de interaccin grfica

Es el soporte de la informacin geomtrica que ingresa para el diseo, y depende de las tcnicas de posicionamiento ya sea para realizar el procesos de modelacin 2D o D.

Diseo 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 modelacin.

Base de datos

Permite almacenar toda la informacin de los prototipos que se diseen.

Mtodos numricos

Consiste en la aplicacin de clculos matemticos acompaado de razonamiento lgico que permiten realizar un anlisis de los sistemas CAD-CAM

Interfaz de comunicaciones

Este es importante ya que de este depende que existan una buena interconexin entre cada mquina y dispositivo con los sistemas CAD-CAM.

Fuente: (Pacheco y Espinoza, 2016; citado por Cruz et al., 2021)

 

Cuando el programador realiza el diseo en el sistema CAD se pueden producir errores que solo se visualizaran con el resultado final. Sin embargo, con la conjuncin del CAM al paquete se podr optar por un sistema que indica los errores antes de proceder a manufacturar la pieza. Segn Groover (1997) cuando el programador introduce la geometra de partes, el elemento se despliega grficamente en el monitor; conforme el programador disea la trayectoria de una herramienta, ve exactamente como desplazaran los comandos de movimientos a la herramienta, en relacin 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 plsticos

Cuando se desea fusionar los sistemas CAD-CAM con el proceso de moldeo de plstico se tiende a desarrollar son los moldes que contendrn el plstico cuando sea inyectado. Esto sucede debido a que la fabricacin de los moldes requiere de procesos de fabricacin a travs de diversas tcnicas como el torneado, fresado o rectificado que precisamente los pueden realizar los equipos CNC, permitiendo el vnculo con el sistema CAM. El diseo del molde parte del desarrollo del diseo a travs del sistema CAD.

Del mismo modo, se utilizan diversas tcnicas de fabricacin de moldes de plstico como la inyeccin en 3D. esta tcnica permite la impresin del modelo en 3D por medio del mismo plstico, lo cual servir de prototipo para conocer la funcionabilidad del molde en presencia de los parmetros del proceso de moldeo de plstico. En otras palabras, Surez et al. (2015) manifiesta que uno de los fines de un prototipo o modelo es permitir el anlisis de sus componentes y observar un comportamiento relativo de lo que se puede 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 fabricacin por moldeo de plstico se debe realizar una planificacin, la cual se describe en la Figura 3. En la Figura se muestra los pasos que describen el sistema CAD que involucra el anlisis de resistencia y clculos mecnicos, luego describe los pasos realizados a travs del sistema CAE, que corresponde a la Ingeniera Asistida por Computadora; por ltimo, se describe la aplicacin o fabricacin del molde a travs del sistema CAM con el software especfico MOLD WIZARD.

Del mismo modo, se puede detallar las etapas del flujograma a travs de la Figura 4, donde se muestra la descripcin de la pieza, tiempo y presin al final del llenado, temperatura al final del llenado, tensiones de cizalla al final del llenado, contraccin del volumen al final del llenado, rechupes y el proceso de simulacin de trabajo herramienta de corte del molde para la fabricacin de retrovisor de vehculo.

 

Figura 3. Flujograma del proceso de diseo y fabricacin de molde para el proceso de inyeccin de plsticos a travs del sistema CAD-CAE-CAM.

Fuente: (Herrera y Zarate, 2018)

 

 

 

 

 

 

Figura 4. Etapas del proceso de diseo y fabricacin de molde para retrovisor de vehculo por medio de la aplicacin del sistema CAD-CAE-CAM

Fuente: Tomado de Bermdez (2019). Elaborado por Autores (2022)

 

Referencias

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2.     Askeland, D. (1998). Ciencia e Ingeniera de los materiales. Mxico, D.F., Mxico: International Thomson.

3.     Bermdez, J. M. (2019). Pasos preliminares para un manual de diseo de moldes de inyeccin de plsticos con herramientas CAD/CAE/CAM. Santa Clara: Universidad Central Marta Abreude Las Villas. Facultad de Ingeniera Mecnica e Industrial. Obtenido de https://dspace.uclv.edu.cu/handle/123456789/11427

4.     Bolton, W. (2005). Mecatrnica. Sistemas de control electrnico en Ingeniera Mecnica y Elctrica. Alfaomega, 2da Edicin.

5.     Carrin, J. (2004). Procesos de fabricacin de productos plsticos. 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 ttulo de Licenciado en Educacin, Especialidad Mecnica de Produccin de la Universidad Nacional de Educacin. Obtenido de https://repositorio.une.edu.pe/handle/20.500.14039/6536

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