Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial

UNIVERSIDAD DE VALLADOLID ESCUELA DE INGENIERIAS INDUSTRIALES Grado en Ingeniería Mecánica Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial Autor: Prieto Acera, Fernando Tutor(es): Sanz Arranz, Juan Manuel Dpto. Expresión Gráfica en la Ingeniería Valladolid, Junio 2021. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 2 Fernando Prieto Acera RESUMEN Este proyecto trata de reproducir el diseño de una pieza de inyección de plástico en el ámbito de la automoción, así como la carrocería y las fijaciones a la misma. También se han calculado los desplazamientos de los elementos del molde de inyección. Se ha partido de un modelo 3D genérico, sobre el cual se han desarrollado las piezas de plástico y las de carrocería con ayuda de un programa CAD. Se ha seguido el proceso de diseño que actualmente emplea Toyota Motor Europe en la industria. Una vez diseñada la pieza, se ha verificado la factibilidad de la pieza plástica mediante inyección en un molde y se han calculado los desplazamientos de los elementos del molde y su apertura. Para finalizar, se ha analizado la viabilidad económica del proyecto, teniendo en cuenta el tiempo de duración del proyecto y los costes implicados. Palabras clave: Diseño; Automoción; Ingeniería; Plástico; Moldura. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 3 Fernando Prieto Acera ABSTRACT The objective of this project is to reproduce the design of a plastic injection part in the automotive field, as well as the body in white and the fixations to it. The displacements of the injection mold elements have been calculated. It starts from a generic 3D model, on which the plastic and body parts will be developed with the help of a CAD program. The design process currently used by Toyota Motor Europe in the industry will be followed. Once the part has been designed, the feasibility of the plastic part will be verified by injection into a mold. The displacements of the elements of the mold and the necessary opening that it must have will be calculated. Finally, the economic viability of the project will be analysed, considering the duration of the project and the costs involved. Keywords: Design; Automotive; Engineering; Plastic; Molding. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 4 Fernando Prieto Acera 1. CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Objetivos del TFG 1.2. Alcance 1.3. Antecedentes 2. CAPÍTULO 2. CAD MODELLER Y DESARROLLO DE PRODUCTO BIW 2.1. Introducción 2.2. Concepto del embellecedor de plástico 2.2.1. Diseño del mikiri 2.2.2. Diseño de las superficies de estilo del embellecedor 2.3. Planteamiento de la carrocería. Datums y fijaciones 2.3.1. Piezas de estampado 2.3.2. Diseño del panel exterior con superficies 2.3.2.1. Dirección de estampación 2.3.2.2. Superficies 2.3.3. Planteamiento de las fijaciones 3. CAPÍTULO 3. DISEÑO DEL EMBELLECEDOR DE PUERTAS 3.1. Definición de la pieza. 3.2. Superficies de partida y desarrollo del sólido 3.3. Inscripción en la moldura 3.4. Planteamiento del powercopy para las fijaciones y las correderas 3.5. Planteamiento de los refuerzos de la pieza 3.6. Visibilidad técnica 3.7. Edge-fillets 3.8. Planteamiento de la parting line 4. CAPÍTULO 4. ESTUDIO DE LOS RESULTADOS 4.1. Análisis del recorrido de correderas y molde 4.2. Draft análisis de pieza y correderas 5. CAPÍTULO 5. ESTUDIO ECONÓMICO 6. CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES REFERENCIAS Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 5 Fernando Prieto Acera 1. CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1. Objetivos del TFG Este proyecto trata del diseño de unas piezas de inyección de plástico en el ámbito de la automoción: los embellecedores de puertas de un vehículo comercial. Se va a partir de la carrocería de un vehículo tipo en formato 3D y se va a seguir el método empleado por Toyota Motor Europe (TME). Estas piezas se van a conformar mediante inyección de plástico, se plantearán las fijaciones a la carrocería y su factibilidad para la fabricación en molde de inyección (imagen 1.1). Imagen 1.1. Embellecedor de puerta de un vehículo comercial. Para llevar a cabo el proyecto, se partirá de unas superficies de carrocería de puerta delantera y trasera de una maqueta genérica. Estas piezas de carrocería generalmente se conforman por estampación, por lo que al diseñar la parte técnica de la carrocería en la que se coloca el embellecedor, habrá que tener esto en cuenta. Se plantearán los puntos de fijación y se realizarán las superficies que estarán en contacto con los embellecedores de plástico (imagen 1.2). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 6 Fernando Prieto Acera Imagen 1.2. Puntos de fijación del embellecedor a la carrocería. Se estudiarán las piezas y el ámbito en el que irán colocadas. Seguidamente se pasará al diseño mediante la ayuda de un programa CAD (Catia V5). Los embellecedores se tratarán como piezas moldeadas por inyección de plástico (imagen 1.3) y los paneles de puerta como piezas de estampación. Imagen 1.3. Interior de la pieza de inyección de plástico. Una vez verificada y confirmada la factibilidad, se realizará el cálculo de las correderas para estimar el recorrido de apertura del molde de inyección durante la fabricación. Las correderas son aquellos componentes del molde de inyección que conforman partes de la pieza que no se desmoldean en el sentido de apertura del molde. Un carro o corredera es un elemento del molde que realiza un movimiento generalmente perpendicular a la dirección de desmoldeo del molde para desmoldear un negativo o una contrasalida. Un negativo o contrasalida es aquel elemento que no se puede desmoldear siguiendo la dirección de desmoldeo. El carro o corredera (imagen 1.4) va guiado por dos guías o regletas y es accionado por una barra inclinada o un cilindro hidráulico. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 7 Fernando Prieto Acera Imagen 1.4. Desarrollo de las correderas. Para finalizar, se analizará la viabilidad económica del proyecto, teniendo en cuenta los tiempos y costes implicados en el desarrollo del proyecto. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 8 Fernando Prieto Acera 1.2. Alcance Se realizará el modelado de la pieza a diseñar en 3D, mediante un programa CAD. Concretamente Catia V5. CATIA (computer-aided three dimensional interactive application) es un programa informático comercial de diseño, fabricación e ingeniería asistida por computadora realizado por Dassault Systèmes. El programa está desarrollado para proporcionar apoyo desde la concepción del diseño hasta la producción y el análisis de productos. El embellecedor forma parte de las piezas que van ensambladas en el exterior del automóvil, por lo tanto, son visibles al usuario. Esto requerirá de unas características técnicas, tanto de resistencia como de calidad de acabado, así como de durabilidad y resistencia a las temperaturas durante los años útiles del automóvil. Para ello se va a tomar como material de la pieza El ABS o acrilonitrilo butadieno estireno. Este material es un plástico que forma parte de los termoplásticos, es decir, que pertenece al grupo de polímeros que se pueden moldear al aplicarle calor. Entre sus propiedades destacan la rigidez, dureza y tenacidad, lo que le confiere una gran estabilidad y resistencia a impactos o vibraciones, incluso a bajas temperaturas. Además, otra de las grandes ventajas del plástico ABS es que admite ser pintado. Debido a todas estas cualidades, el ABS se utiliza muy a menudo en el mundo de la automoción, utilizándose en numerosas partes del vehículo, como es el caso de consolas y paneles de instrumentos, guanteras, recubrimiento de airbags, paragolpes, carcasas, rejillas, etc. Se tratará del diseño tal y como se lleva a cabo en Toyota Motor Europe (TME), partiendo de las superficies proporcionadas por el departamento de diseño. Se desarrollará primero la pieza de carrocería y los puntos de fijación a ella y posteriormente el desarrollo de la pieza plástica, el embellecedor. Para la fijación a la carrocería se emplearán grapas o clips. Estos clips van embarcados en los denominados doghouses (imagen 1.5). Los doghouses forman parte de la estructura técnica del embellecedor, y su cometido es albergar los clips de fijación. Estos doghouses han de ser resistentes, si la pieza tuviera que ser retirada se puede asumir la ruptura de las grapas, pero no la de un doghouse de la pieza. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 9 Fernando Prieto Acera Imagen 1.5. Diseño de los doghouses. Estas estructuras de fijación tienen una dirección de desmoldeo casi perpendicular a la dirección de desmoldeo del molde de inyección, por lo que se procederá al uso de correderas o sliders (imagen 1.6) en el molde de inyección. Estos elementos del molde permiten desmoldear negativos, geometrías que no se pueden desmoldear con el desplazamiento del molde. Este apartado se explicará más detalladamente en el capítulo 3. Imagen 1.6. Diseño y cálculo de las correderas. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 16 Fernando Prieto Acera 2.2.1. Diseño del mikiri Generalmente el mikiri de una pieza es uno de los inputs durante el proceso de diseño, esto quiere decir que el departamento de estilo entrega al ingeniero de diseño un archivo con un conjunto de líneas isoladas que definen los contornos o límites de pieza. En este caso, para el desarrollo de este TFG, se ha creado un mikiri para el desarrollo de las piezas. Para diseñar el mikiri (o línea de separación entre piezas) se ha creado un croquis o sketch. Este sketch es paralelo al plano longitudinal del vehículo (XZ), ver imagen 2.7. Imagen 2.7. Ejes de coordenadas utilizados en automoción. En este sketch para el diseño del contorno de los embellecedores se mantienen 50mm de distancia entre el mikiri del embellecedor y el mikiri delantero del panel de puerta; 120mm entre el embellecedor y el mikiri inferior del panel de puerta y 120mm entre el embellecedor y el mikiri trasero del panel de puerta (imagen 2.8). Imagen 2.8. Límites del mikiri del embellecedor. En cuanto a las dimensiones del embellecedor, se ha tomado como altura 200mm, el radio de las esquinas en el contorno es de 50mm (imagen Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 17 Fernando Prieto Acera 2.9) y la longitud de la pieza va definida por las distancias entre mikiris mencionadas recientemente. Imagen 2.9. Dimensiones del mikiri del embellecedor. El resultado de este diseño es una línea que va a definir el contorno de los embellecedores de puertas delantera y trasera. La división de estas piezas va a ser el mikiri de puerta, el cual ha sido proporcionado por el departamento de data management y el departamento de estilo (imagen 2.10). Con el mikiri del embellecedor y el de las puertas, ya se puede definir el contorno del embellecedor objeto de este TFG. Imagen 2.10. Mikiri del embellecedor definitivo. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 18 Fernando Prieto Acera 2.2.2. Diseño de las Superficies de estilo del embellecedor (Exterior Trim Surfaces) El diseño de las superficies de estilo del embellecedor (Exterior Trim Surfaces) se ha dividido en las siguientes fases: Croquis o sketches, Offsets, Líneas y Surface work (imagen 2.11). Durante la fase Sketches, se diseñó el mikiri de los embellecedores. Imagen 2.11. Fases del diseño de la superficie de estilo del embellecedor. Estas superficies de estilo se van a dividir en tres, una superficie plana contenida en la línea 1, una superficie de transición entre la línea 1 y la 2 y finalmente una última superficie entre la línea 2 y la 3, siendo la línea 3 el mikiri del embellecedor (imagen 2.12). Dado que esta pieza se fabricará en un molde de inyección se tendrá en cuenta la dirección de desmoldeo, este punto se desarrollará en el capítulo 3. Imagen 2.12. Líneas para el diseño del estilo del embellecedor. Para definir la línea 1 se ha realizado un barrido en sentido lateral al vehículo, es decir, en sentido del eje Y del Mikiri de los embellecedores. En Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 19 Fernando Prieto Acera Catia V5, la función Extrude (Extrusión) permitirá crear superficies regladas por extrusión de un contorno, que se puede generar a partir de un Sketch o una curva (imagen 2.13). Imagen 2.13. Extrusión del mikiri del embellecedor. Posteriormente, se procede a crear un offset de esta superficie creada mediante el comando Extrude. En Catia V5, el Offset (Superficies paralelas), es una operación con la que se consigue una superficie paralela a otra ya existente, a una distancia dada. Basta con seleccionar la superficie a repetir y el valor de la distancia a la que se quiere la nueva superficie. Este offset se creará a 50mm del barrido del mikiri (imagen 2.14). Imagen 2.14. Offset del barrido del mikiri. A continuación, se realiza la intersección de este offset con la superficie de estilo de la carrocería (imagen 2.15). Con esta operación se van a obtener las intersecciones de dos elementos de nuestra geometría. Se podrá realizar la intersección de dos curvas, de curvas con superficies, de dos superficies, de superficies y sólidos, etc. En este caso, al intersectar dos superficies el resultado es una curva (en rojo). Con esta curva, trazamos una curva paralela a ella a 30mm contenida en el offset de 50mm (en verde) (imagen 2.16). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 20 Fernando Prieto Acera Imagen 2.15. Intersección del barrido con el estilo de la carrocería. Imagen 2.16. Línea paralela de la intersección. Se procede entonces a crear un plano para definir la superficie principal del estilo del embellecedor. Se ha diseñado esta superficie contenida en un plano para que sea estéticamente correcta. Se ha creado el plano a través de 3 puntos de esta línea paralela (imagen 2.17). Se han tomado dos puntos de la parte posterior de la curva y el tercer punto de la parte anterior. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 21 Fernando Prieto Acera Imagen 2.17. Creación del plano a través de tres puntos. Finalmente, se ha proyectado la curva paralela sobre el plano, se ha aplicado el comando smooth curve y se ha creado la superficie principal del estilo del embellecedor mediante el comando Fill. Con el comando smooth curve, se puede rellenar los huecos y suavizar las discontinuidades de tangencia y curvatura, con el fin de generar una geometría de mejor calidad al utilizar esta curva para crear otros elementos, como superficies barridas, por ejemplo. En referencia al comando fill, con esta operación se pueden generar superficies de relleno a partir de contornos cerrados o bien una serie de curvas o bordes de superficies que formen un contorno cerrado. El resultado obtenido es una superficie plana contenida (imagen 2.18). Imagen 2.18. Creación de una superficie plana. Para crear la línea 2 (imagen 2.19), primero se ha realizado un offset a 5mm del barrido del mikiri del embellecedor. Posteriormente, se ha creado la intersección entre este offset con el estilo de la carrocería. A continuación, se ha creado una línea paralela a 10mm de esta intersección, contenida en el offset de 5mm (imagen 2.20). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 22 Fernando Prieto Acera Imagen 2.19. Líneas características de la superficie de estilo del embellecedor. Imagen 2.20. Línea paralela a 10 milímetros. La línea 3 es el mikiri del embellecedor, creado con anterioridad a partir de un croquis o sketch con unas dimensiones determinadas. Se procede entonces a la creación de las superficies de transición del estilo del embellecedor. Volviendo al ejemplo del Fiat Panda, podemos observar que el embellecedor se podría dividir en tres superficies principales (imagen 2.21). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 23 Fernando Prieto Acera Imagen 2.21. Superficies de estilo características del Fiat Panda. La superficie número 1 sería la superficie principal del embellecedor, creada anteriormente mediante el comando Fill. Esta superficie se trata de una superficie plana que sigue el plano longitudinal del vehículo. De esta superficie principal partiría la superficie número 2, en ángulo con la primera y finalmente, la superficie número 3, que es la superficie de cierre que se une a la carrocería en el mikiri del embellecedor. En los pasos anteriores se han creados los límites de estas superficies (imagen 2.22). Imagen 2.28. Límites de las superficies del embellecedor. La superficie 2 del embellecedor se ha modelado con la función Multisections Surface (Superficie multi-sección). Con esta operación se elaboran superficies a partir de dos o más perfiles planos que recorren una curva espina en planos perpendiculares a la misma. Es como un barrido en el que se especifican los perfiles por los que tiene que pasar. Por tramos, se han creado los inputs necesarios para cada una de las superficies. Por un lado, el contorno de la superficie principal. Por el otro, una línea paralela a la intersección entre Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 24 Fernando Prieto Acera el offset del barrido del mikiri de 5mm con la superficie de estilo de la carrocería (imagen 2.29) denominada “Angled1 line”. Imagen 2.29. Angled1 Line. Una vez creados los inputs (secciones y guías) se van modelando las superficies multi-section que van a conformar la superficie de estilo número 2 (imagen 2.30) y se unen todas con el comando Join (Unión). Con esta operación se van a poder unir al menos dos superficies o dos curvas que deben ser adyacentes. Se selecciona el comando Join y las superficies que se quieren unir, en este caso todos los pedazos de la superficie 2. Imagen 2.30. Unión de superficies multi-sección. Finalmente, la superficie número 3 del estilo del exterior trim Surface, se ha modelado con la misma función multi-section, cuyas guías han sido la Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 25 Fernando Prieto Acera línea 2 creada anteriormente y el mikiri del embellecedor, contenido en la superficie de estilo de la carrocería (imagen 2.31). Para que esta superficie fuera suave, se ha utilizado la función curve smooth en ambas guías. Esta función muestra cómo suavizar una curva. Imagen 2.31. Superficie multi-sección para la creación de la superficie 3. Una vez creadas las tres superficies, se procede a unirlas. Para ello se utiliza la función Trim (Recortar). Con esta operación se van a recortar dos superficies o dos curvas entre sí, quedando unidas por la línea que las interseca. Para terminar la superficie de estilo, se aplica a las aristas creadas por la función Trim unos radios con la función Edge fillet. Un Edge fillet es una superficie curva de radio constante o variable que es tangente y que une a otras dos superficies. En este caso, se han realizado superficies curvas de radio constante de 10mm. El resultado es una superficie tangente, sin ninguna arista (imagen 2.32). Imagen 2.32. Aplicación de un Edge fillet. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 32 Fernando Prieto Acera Se crea la intersección entre estos dos últimos planos con la superficie técnica. El resultado serán dos líneas rectas (imagen 2.40). Imagen 2.40. Intersección de los planos límite con la superficie principal. Posteriormente, se modelan superficies a 45º de la superficie técnica, utilizando la función Sweep (Barrido). Con esta herramienta se podrán generar superficies de barrido. Esta es una herramienta con gran variedad de tipos de perfiles de barrido. En este caso se ha utilizado el barrido recto con draft direction: la superficie de barrido se genera a partir de una curva guía y de una dirección de desmoldeo (en este caso la dirección de estampación de la pieza) (imagen 2.41). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 33 Fernando Prieto Acera Imagen 2.41. Barrido de una superficie a 45 grados con desmoldeo. Para definir la superficie de transición entre el estilo de la carrocería y la superficie técnica, primero se ha trazado una línea paralela al mikiri del embellecedor a 2.5mm (imagen 2.42). Imagen 2.42. Línea paralela del Mikiri. Con esta línea paralela y el contorno de la superficie técnica se crea la superficie de transición mediante la función multisection (imagen 2.43). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 34 Fernando Prieto Acera Imagen 2.43. Superficie creada con el comando Multi-section. Se procede posteriormente a “trimar” estas superficies con la función Trim, para recortarlas y unirlas (imagen 2.43). Primero se une la superficie técnica con la de transición y la superficie resultante con el estilo de la carrocería. Imagen 2.43. Unión de superficies con el comando Trim. Para darle rigidez a la parte técnica, se van a modelar unas superficies adicionales para las fijaciones del embellecedor. Son los escalones creados anteriormente utilizando la función Sweep (Barrido), como se puede apreciar en la imagen 2.44. Para hacer los escalones, se crea un offset de la superficie técnica a 1mm y se trima con los sweeps a 45º creados anteriormente. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 35 Fernando Prieto Acera Imagen 2.44. Creación de superficies con el comando Sweep. Finalmente, se triman los escalones con la superficie creada anteriormente y se define la superficie técnica de fijación del embellecedor (1) y la superficie de transición con el estilo de la carrocería (2) (imagen 2.45). Imagen 2.45. Unión de los escalones con la superficie principal de la carrocería. Una vez trimadas estas superficies con la obtenida previamente, se obtiene la superficie de la carrocería (imagen 2.46) y posteriormente se procede a plantear el sistema de fijaciones del embellecedor a la carrocería. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 36 Fernando Prieto Acera Imagen 2.46. Superficie de la carrocería. 2.3.3. Planteamiento de las fijaciones Cuando un ingeniero de diseño está al cargo de una pieza o de un conjunto de piezas, ha de preparar un plano 2D de su pieza, en este caso del embellecedor, en el que se muestra la pieza con sus fijaciones, una tabla en la que se indican los datums y sus grados de libertad y una serie de secciones transversales. En estas secciones transversales se muestra el clipado de la pieza con la carrocería y dimensiones generales. Para realizar este plano, generalmente se estudian al menos 4 vehículos que tengan una pieza similar para tomar como input conceptos que ya se han llevado a cabo. El objetivo de este benchmark es tomar medidas y conceptos de diseño de las piezas diseñadas y usarlas como ejemplo para nuestro embellecedor. De esta manera cada cota, dimensión o concepto de diseño tiene su justificación. Con este plano 2D se explica el propósito de la pieza y justifica su diseño. Este plano generalmente tiene que firmarlo el director del Departamento de Diseño para su aprobación. Una vez ha aprobado el diseño tanto de la pieza como de la parte técnica (fijaciones, etc.), se procede a un diseño más extensivo y a depurar el modelado 3D de la pieza. Para definir el término sección transversal, comentado previamente, se ha de considerar el concepto definido en la geometría descriptiva: la sección de un sólido es la intersección de un plano con dicho sólido. Existen dos tipos especiales de sección; la sección longitudinal, cuando el plano de corte α es paralelo al eje principal del sólido K, y la sección transversal cuando el plano α es perpendicular al eje del sólido K (imagen 2.47). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 37 Fernando Prieto Acera Imagen 2.47. Tipos de secciones. El punto de fijación del embellecedor a la carrocería, o datum, es aquel punto en el que se va a definir una fijación entre el embellecedor y la carrocería. Este término se aplica en varias áreas de estudio y trabajo específicamente cuando se hace una relación hacia alguna geometría de referencia importante, sea esta un punto, una línea, un plano o una superficie (plana o curva). Los datums son esenciales para controlar la geometría y tolerancias de fabricación. En este caso, van a establecer los puntos de fijación del embellecedor a la carrocería. Para definir estos puntos, se ha creado un sketch en el que se han representado los puntos de fijación del embellecedor. Por norma general, las fijaciones de los extremos deben estar a 40mm o menos del mikiri, de esta manera se evita que la pieza de plástico sea fácil de separar de la carrocería una vez instalada. Posteriormente, se han propuesto una fijación cada 160mm (imagen 2.48). Para ver el histórico de datums, ver los planos 2D en el anexo. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 38 Fernando Prieto Acera Imagen 2.48. Croquis para el planteamiento de las fijaciones. En un principio, se plantearon las fijaciones equidistantes, pero una vez se llegó al punto de diseño de los doghouses y las correderas, se llegó a la conclusión de que esto no era posible. Al plantear todas las correderas en un sentido salvo dos (de la parte posterior de la pieza), el recorrido de las correderas provocaría una colisión, por lo que finalmente se cambió su disposición (imagen 2.49). El diseño de los doghouse y correderas se desarrollará en el capítulo 3. Imagen 2.49. Planteamiento definitivo del movimiento de las correderas. Para crear los agujeros en la superficie de la carrocería, se ha creado un barrido del sketch de las fijaciones y posteriormente se ha utilizado la función Split (Cortar). Con esta operación se va a cortar una superficie o una curva mediante un elemento que se llamará elemento de corte. Se puede cortar una curva mediante un punto, otra curva o una superficie; y una superficie mediante una curva u otra superficie. El resultado es la superficie de la carrocería con los agujeros troquelados para la fijación del embellecedor. Todas estas operaciones se han llevado a cabo tanto en la puerta delantera como en la trasera, creando un Gap o espacio entre ellas de 5mm, en el mikiri de puertas (imágenes 2.50 y 2.51). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 39 Fernando Prieto Acera Imagen 2.50. Barrido de los agujeros de la carrocería. Imagen 2.51. Paneles de puerta con fijaciones planteadas. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 40 Fernando Prieto Acera 3. CAPÍTULO 3. DISEÑO DEL EMBELLECEDOR DE PUERTAS 3.1. Definición de la pieza. El embellecedor de puerta objeto de este proyecto se va a definir como una pieza de inyección de plástico. El moldeo por inyección es un proceso de conformado utilizando moldes. Los materiales como las resinas sintéticas (plásticos) se calientan y se funden, y luego se envían al molde, donde se enfrían para formar la forma diseñada. Debido al parecido con el proceso de inyectar fluidos con una jeringa, este proceso se denomina moldeo por inyección. El flujo del proceso es el siguiente: los materiales se funden y se vierten en el molde, donde se endurecen, finalmente, el molde se abre y la pieza se extrae. Con el moldeo por inyección, las piezas de formas diversas, incluidas aquellas con formas complejas, se pueden fabricar de forma continua y rápida, en grandes volúmenes. Por lo tanto, el moldeo por inyección se utiliza para fabricar materias primas y productos en una amplia gama de industrias. Las máquinas de moldeo por inyección vienen en diferentes tipos, como máquinas motorizadas accionadas por servomotores, máquinas hidráulicas accionadas por motores hidráulicos, y máquinas híbridas accionadas por una combinación de servomotor y motor hidráulico. La estructura de una máquina de moldeo por inyección se puede resumir a grandes rasgos como una unidad de inyección que envía los materiales fundidos al molde, y una unidad de sujeción que opera el molde. En los últimos años, el uso de CNC se ha adoptado cada vez más en las máquinas de moldeo por inyección, dando lugar a la popularidad de modelos que permiten una inyección a alta velocidad, bajo control programado. Por otro lado, también se utilizan varias máquinas especializadas, como los modelos que forman las placas de guía de luz para monitores LCD. La estructura básica de las máquinas de moldeo por inyección (Imagen 3.1)) consta del Cilindro (A) donde se calienta el material, la Boquilla (B) por la que se inyecta el material fundido, la Tolva (C), por la que se alimenta de material la máquina y el Molde (D), donde se vierte el material, formado por dos placas entre las cuales está la cavidad. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 41 Fernando Prieto Acera Imagen 3.1. Elementos de un molde de inyección. El moldeo por inyección comienza con los pellets (gránulos) de resina que se vierten en la tolva, el punto de entrada para el material. Luego, los pellets se calientan y se funden dentro del cilindro en preparación para la inyección. Después, el material es forzado a través de la boquilla de la unidad de inyección, antes de entregarse a través de un canal en el molde llamado bebedero (B), y luego a través de corredores ramificados (A) en la cavidad del molde (C). Una vez que el material se enfría y se endurece, el molde se abre y la pieza moldeada se expulsa del mismo. Para terminar la pieza moldeada, el bebedero y el corredor se recortan de la pieza (imagen 3.2). Es importante que el material fundido se distribuya de manera uniforme en todo el molde, ya que muchas veces hay más de una cavidad dentro del molde, que permite la producción de más de una pieza a la vez. Por lo tanto, la forma del molde debe diseñarse de manera que garantice esto, por ejemplo, teniendo corredores de las mismas dimensiones. Si bien el moldeo por inyección es adecuado para la producción en masa, es esencial tener un buen conocimiento de las diversas condiciones requeridas para producir productos de alta precisión, lo que incluye la selección del material de resina, la precisión del procesamiento del molde y la temperatura y velocidad de la inyección de la fusión. Después del conformado, los corredores se recortan de la pieza moldeada para completar el proceso. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 48 Fernando Prieto Acera En referencia al embellecedor de la puerta trasera, se ha realizado siguiendo los mismos pasos. La diferencia es que, tomando como ejemplo el diseño del Fiat Panda, se va a modelar un detalle en la parte anterior del embellecedor (imagen 3.11). Imagen 3.11. Concepto del diseño similar al del Fiat Panda. Para ello, se ha creado un sketch contenido en un plano a 15mm de la superficie de estilo. En este sketch se mantienen 30mm con el mikiri del embellecedor y 10mm con el contorno de la superficie principal del estilo del embellecedor (imágenes 3.12 y 3.13). Imagen 3.12. Plano de definición del sketch a 15mm del estilo. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 49 Fernando Prieto Acera Imagen 3.13. Croquis para el detalle de diseño del embellecedor. A continuación, se crea la superficie plana contenida en el sketch mediante la función Fill. Esta superficie va a ser la superficie principal del detalle del embellecedor (imagen 3.14). Imagen 3.14. Superficie creada mediante el comando Fill. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 50 Fernando Prieto Acera Para crear la superficie de transición entre el Fill y la superficie de estilo, se ha hecho un barrido (sweep) a 45º del sketch con respecto a la superficie plana (Imagen 3.15). Imagen 3.15. Barrido a 45 grados del croquis. Posteriormente, se ha unido la superficie plana con el barrido a 45º mediante la función Trim y se ha aplicado un Edge-fillet para crear una superficie de transición a lo largo de una arista. Se ha establecido el parámetro Radius (radio) de 15mm (imagen 3.16). Imagen 3.16. Superficie de transición mediante Edge-fillet. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 51 Fernando Prieto Acera Para cerrar el volumen del embellecedor de puerta trasero, se ha hecho un offset de 2.5mm de la superficie creada anteriormente y se ha trimado con el volumen del embellecedor trasero. El resultado va a ser una superficie cerrada con aristas creadas al utilizar la función Trim (imagen 3.17). Imagen 3.17. Volumen cerrado del embellecedor trasero. Se procede entonces a crear superficies de transición en las aristas aplicando el comando Edge fillet. Hay que tener en cuenta el espesor constante de la pieza (2.5 milímetros) al aplicar estos radios. El radio menor (el del interior de la pieza) ha de ser 2.5 milímetros menor que el radio mayor (el del exterior de la pieza) para mantener el espesor de la pieza constante. Por lo tanto, se aplican Edge fillets de 2.5 y 5 milímetros respectivamente (imagen 3.18). Imagen 3.18. Edgefillets del detalle del embellecedor trasero. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 52 Fernando Prieto Acera Se obtiene entonces el sólido cerrado del embellecedor de la puerta trasera mediante el comando Close Surface (imagen 3.19 y 3.20). Imágenes 3.19 y 3.20. Volúmenes cerrados de los embellecedores. 3.3 Inscripción en la moldura Es habitual en la industria del automóvil realizar inscripciones en los embellecedores o las molduras con motivo estético o para mostrar la marca o el modelo del vehículo. Los diseñadores del estilo del vehículo pueden incluir detalles, logos o el nombre del modelo en cuestión (imagen 3.21). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 53 Fernando Prieto Acera Imagen 3.21. Ejemplos de detalles en embellecedores. En el caso del embellecedor objeto de este TFG (imagen 3.22) se han tomado como inspiración para el diseño de la inscripción el efecto Doppler y las últimas líneas de un cuentarrevoluciones (imagen 3.23). Imagen 3.22. Detalle diseñado para el embellecedor. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 54 Fernando Prieto Acera Imagen 3.23. Efecto Doppler y líneas de un cuentarrevoluciones. El efecto Doppler es un fenómeno que ocurre en cualquier tipo de onda, por ejemplo, el sonido, cuando existe movimiento relativo entre la fuente emisora de las ondas y el observador o receptor. Un ejemplo bastante significativo para explicar este fenómeno sería el de una persona al escuchar una ambulancia al pasar, el sonido de la sirena cambia en función a la posición relativa entre la ambulancia y la persona. Para diseñar esta inscripción, se va a crear un volumen mediante un pad que posteriormente vamos a eliminar del volumen de la pieza. Un Pad es la extrusión de un perfil o una superficie en una o dos direcciones. La aplicación le permite elegir los límites de creación, así como la dirección de extrusión. Para ello, creamos un sketch con el diseño deseado. Este sketch está comprendido en un plano paralelo a la superficie plana del estilo del embellecedor. Se han tomado 5mm de separación entre la inscripción y los límites de la superficie plana del estilo del embellecedor. Posteriormente, al motivo exterior se le ha dado una anchura de 25mm y se va a ir reduciendo 5mm cada vez hasta el último motivo de 5mm. También se le ha dado una inclinación de 115º en la parte anterior y se han mantenido 10mm entre cada motivo (imagen 3.24). Imagen 3.24. Sketch del diseño de la inscripción. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 55 Fernando Prieto Acera Una vez finalizado el sketch, se procede a crear el Pad. En la función Pad, se pueden utilizar los límites de la extrusión de varias maneras. En este caso, le vamos a dar profundidad en ambos sentidos. Por un lado, vamos a hacer que la inscripción tenga 1mm de profundidad. Ya que el sketch está contenido en el plano de la superficie plana del estilo del embellecedor, el primer límite será 1mm. En el otro sentido no se tiene ninguna restricción, ya que la idea de este pad es posteriormente quitarle material al volumen de la pieza. No obstante, se ha dado como límite 2 una dimensión de 10mm (imagen 3.25). Imagen 3.25. Extrusión de la inscripción del embellecedor. Una vez creado este Pad, se procede a darle draft a las superficies de la inscripción que han de desmoldearse. Esta función se define en las piezas moldeadas para facilitar su extracción de los moldes. En este caso se utiliza el comando draft con draft direction o pulling direction. Se utiliza la dirección de desmoldeo como referencia a la hora de darle ángulo a las superficies, de esta manera garantizando que la geometría creada se puede desmoldear correctamente (imagen 3.26). Imagen 3.26. Aplicación de un ángulo de desmoldeo a la inscripción. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 56 Fernando Prieto Acera Dado que la inscripción no es muy profunda y que además se van a aplicar radios en las aristas de ella, con 1º de desmoldeo es suficiente para su factibilidad. Como dirección de desmoldeo se toma el eje Y, que es la dirección de desmoldeo de los embellecedores. Una vez dado del draft, se procede a aplicar radios a las aristas del pad creado. Concretamente de 1mm (imagen 3.27). Imagen 3.27. Superficies de transición en las aristas de la inscripción. Realizados estos pasos el resultado es un volumen que tiene una profundidad de 1mm sobre la superficie del embellecedor. Su superficie es tangente ya que se han creado superficies de transición en las aristas con el comando Edge fillet (imagen 3.28). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 57 Fernando Prieto Acera Imagen 3.28. Volumen de la inscripción del embellecedor. Para implementar la inscripción en nuestro diseño, se procede a utilizar una operación booleana llamada Remove, Eliminar. De forma predeterminada, la aplicación propone eliminar el cuerpo seleccionado del cuerpo de la pieza. Para esto, se selecciona el volumen que se quiere eliminar (la inscripción) del otro cuerpo del que se desea retirar material (el embellecedor) (imagen 3.29). Imagen 3.29. Aplicación del comando Remove. El resultado de la función remove permite ver el material que se ha retirado del embellecedor, pero ha dejado aristas vivas, por lo que se crean superficies de transición con el comando Edge fillet. En esta ocasión, se aplica Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 64 Fernando Prieto Acera Imagen 3.39. Grapa para las fijaciones del embellecedor. Para su modelado, se ha utilizado la función Shaft, o revolución. Esta función permite crear volúmenes mediante la revolución de un perfil alrededor de un eje. Como perfil, se ha creado un sketch en el plano XZ con las siguientes dimensiones: (imagen 3.40). Imagen 3.40. Sketch para la creación del clip. Posteriormente, utilizando el eje vertical del sketch, se ha creado el clip mediante la revolución de 360º del sketch (imagen 3.41). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 65 Fernando Prieto Acera Imagen 3.41. Creación del volumen del clip con el comando shaft. Se procede entonces, a diseñar el doghouse. El doghouse forma parte de la estructura interna del embellecedor y va a albergar las grapas o clips para la fijación del embellecedor a la carrocería (imagen 3.42). Imagen 3.42. 3D del Doghouse terminado. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 66 Fernando Prieto Acera El primer paso en el modelado de un doghouse es crear un pad o extrusión. El perfil de este pad es un cuadrado de 30mm de lado. Este pad va a ser el cuerpo principal del doghouse, su longitud debe de ser mayor que la distancia que hay entre el embellecedor y la carrocería, por lo que se establece su longitud de 100mm (imagen 3.43). Imagen 3.43. Creación de la extrusión del doghouse. Posteriormente se le da ángulos a sus caras para que sea posible el desmoldeo en la dirección de desmoldeo del molde de inyección. Para doghouses de estas dimensiones, con 3 grados de desmoldeo suele ser suficiente. Una regla orientativa es 1º por cada pulgada de longitud, la distancia entre el embellecedor y la carrocería es de 50mm, por lo que 3 grados de desmoldeo garantizan la factibilidad de la pieza (imagen 3.44). Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 67 Fernando Prieto Acera Imagen 3.44. Aplicación del ángulo de desmoldeo al cuerpo del doghouse. A continuación, se le aplica al volumen la función Shell, o cajeado, en la que se retira material del centro para crear algo similar a una caja. Uno de los parámetros a indicar es el espesor deseado. Generalmente para piezas como esta se utiliza un espesor de 2.5mm (imagen 3.45). Imagen 3.45. Cajeado del sólido con el comando Shell. Una vez creada esta geometría, hay que darle ángulo de desmoldeo a las caras interiores para que su desmoldeo sea posible mediante el barrido de Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 68 Fernando Prieto Acera la corredera. En este paso, se selecciona como cara neutra la superficie frontal del doghouse (en azul en la imagen 3.46) y como pulling direction, la dirección de desmoldeo del doghouse, denominada en pasos anteriores como “slider direction”. Para el interior del doghouse, se ha utilizado un ángulo de 1 grado. Imagen 3.46. Ángulo de desmoldeo del interior del doghouse. Posteriormente, se crea el alojamiento del clip o grapa. Esta cavidad se desmoldea en la dirección del molde, por lo que se le deberá dar un ángulo de desmoldeo en la dirección de desmoldeo del molde de inyección. Para su creación se utiliza la función Pocket o cajera. La creación de una cajera consiste en extruir un perfil o una superficie y retirar el material resultante de la extrusión del sólido general. La aplicación le permite elegir los límites de extrusión, así como la dirección de extrusión. Los límites que puede utilizar son los mismos que los disponibles para crear pads (imagen 3.47). Imagen 3.47. Modelado del alojamiento de la grapa. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 69 Fernando Prieto Acera A continuación, se han creado dos esferas que van a ser los elementos de retención del clip. Estas esferas se han creado mediante la función Shaft, utilizada anteriormente. Se han creado dos perfiles de semicircunferencias de radio 1.5mm en un plano paralelo al XY a 3.7mm de la superficie superior del doghouse, este plano se ha denominado como Spheres (esferas) y será uno de los elementos que se emplearán para implementar el powercopy del doghouse. El objetivo de estas esferas es retener el clip en su posición una vez se posiciona el clip en el embellecedor (imagen 3.48). Imagen 3.48. Esferas de retención del clip. Dado que el doghouse va a tener bastantes elementos, se ha diseñado cada uno de estos elementos en un cuerpo diferente. Posteriormente se procederá a ensamblarlos. Por ahora, lo que se ha obtenido con las operaciones anteriores es el cuerpo principal del doghouse (imagen 3.49). Imagen 3.49. Cuerpo principal del doghouse. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 70 Fernando Prieto Acera En este tipo de piezas de inyección es necesario realizar reducción de espesor. Si en el molde de inyección hay regiones en las que se acumula mucho material, es posible que se generen rechupes o marcas de agua en la superficie exterior de la pieza. Estas marcas son inaceptables en los controles de calidad (imagen 3.50). Imagen 3.50. Rechupes o marcas de agua. Para evitar estas marcas, se reduce el espesor del doghouse en la región que está en contacto con la cara interior del embellecedor. En el diseño, se ha creado un volumen igual que el del cuerpo principal del doghouse, se ha reducido su espesor en 1mm y se ha cortado por una superficie input, denominada thickness reduction. Generalmente, esta superficie es un offset de la cara B del embellecedor de 2.5mm. Como con todos los elementos del doghouse, hay que garantizar el desmoldeo mediante la corredera, por lo que a la cara superior del thickness reduction hay que darle también un grado de desmoldeo (imagen 3.51). Imagen 3.51. Thickness reduction del doghouse. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 71 Fernando Prieto Acera Para reforzar la estructura interna del doghouse, se han implementado dos refuerzos, uno vertical y uno horizontal. Para ello se han creado cada uno de estos refuerzos en un body independiente mediante el comando pad. Como se ha hecho anteriormente, se aplica el ángulo de desmoldeo a las superficies de los refuerzos de 1 grado. Los refuerzos (imagen 3.52) tienen un espesor de 1.5mm. Imagen 3.52. Refuerzos del doghouse. A continuación, para incrementar la rigidez de los doghouse, se han planteado unos refuerzos en su exterior. Estos refuerzos son de 1mm de espesor y se desmoldean en la dirección de desmoldeo del molde (imagen 3.53). Imagen 3.53. Refuerzos exteriores del doghouse. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 72 Fernando Prieto Acera El resultado es un cuerpo en el que se han añadido mediante la operación booleana ensamblar (assemble), el doghouse y el clip (imagen 3.54). Imagen 3.54. Resultado del ensamblaje del doghouse. Para el doghouse con centrador, se han seguido los mismos pasos. Para poder alojar el centrador, las dimensiones del cuerpo principal serán de 55 por 30 mm (imagen 3.55). Imagen 3.55. Dimensiones del doghouse con centrador. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 73 Fernando Prieto Acera Para la geometría del centrador, se ha creado un pad cuyo perfil es una cruz. Este tipo de perfil es utilizado habitualmente en piezas como esta y en general en el sector de la automoción (imagen 3.56). Imagen 3.56. Geometría del centrador. Posteriormente se les ha dado ángulo de desmoldeo a las superficies para garantizar su desmoldeo. Se ha tomado como referencia un plano paralelo al XY que pasa por el punto origen del doghouse. De esta manera se garantizan las dimensiones del centrador a la altura de la carrocería. Los inputs del powercopy se han creado a partir del punto de origen de la fijación a la carrocería, tal y como se ha comentado anteriormente (imagen 3.57). Imagen 3.57. Ángulo de desmoldeo de las superficies del centrador. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 80 Fernando Prieto Acera El paso siguiente es crear una copia de la corredera para desplazarla con el comando translate y simular el desplazamiento de la corredera tal y como se realizaría al abrir el molde y ejecutar su movimiento mediante el lifter (imagen 3.70). Imagen 3.70. Simulación del barrido de la slider. Para finalizar la corredera, se procede a cortar la parte inferior de su volumen con la cara B del embellecedor (imagen 3.71). Imagen 3.71. Slider finalizada. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 81 Fernando Prieto Acera Se procede entonces, al estar todos los volúmenes creados, a crear los powercopies. En el menú de Catia, desplegando el menú Insert => Knowledge Templates => Power Copy (imagen 3.72). Imagen 3.72. Menú de creación de power copy. 1 Posteriormente, se selecciona el Body del sólido del que queremos crear un Power Copy, por ejemplo, el doghouse (imagen 3.73). Imagen 3.73. Creación del power copy del doghouse. En la ventana de la derecha, se seleccionan los elementos con los que hemos definido el doghouse durante su modelado. Estos elementos son, el punto central de origen, los ejes X y Z, la dirección de desmoldeo de la Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 82 Fernando Prieto Acera corredera, el plano para las esferas de retención del clip, la superficie para la reducción de espesor, etc. Una vez se acepta la operación del Power copy, ya se puede apreciar en el árbol de Catia que los powercopies se han creado correctamente (imagen 3.74). Imagen 3.74. PowerCopy creado en el árbol de Catia. Para utilizar estos elementos e implementarlos en el embellecedor, hay que acceder, en el menú de Catia, al desplegar la pestaña Insert => Instantiate from Selection. Al accionar este comando, se despliega un menú, donde aparece en una ventana superior, los elementos que debemos seleccionar en nuestro árbol de Catia para la creación del Power Copy seleccionado, y en una ventana superior, el 3D del Power Copy en cuestión, mostrando los elementos solicitados (imagen 3.75). Imagen 3.75. Menú de inserción de un Power Copy. Esta operación se repite, implementando en cada punto de fijación del embellecedor el tipo de doghouse correspondiente. Se obtiene entonces el Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 83 Fernando Prieto Acera volumen del embellecedor, con las fijaciones mediante doghouses y el espacio ocupado por el barrido de las correderas (imagen 3.76). Imagen 3.76. Volumen del embellecedor con doghouses y sliders. 3.5 Planteamiento de los refuerzos de la pieza En el diseño de piezas de plástico es común el diseño de refuerzos, estructuras de nervios internas, etc. Estos refuerzos hacen que la pieza adquiera mayor rigidez y se eviten entonces deformaciones. También se evitan daños o rupturas, por ejemplo, durante el ensamblado (imagen 3.77). Imagen 3.77. Estructura de nervios de una pieza de inyección de plástico. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 84 Fernando Prieto Acera Para la estructura de nervios de los embellecedores se ha seguido siempre el mismo patrón. Se ha creado un nervio que recorre verticalmente la pieza a 5mm del centro de cada fijación y se ha planteado un nervio central que recorre la pieza horizontalmente. El cruce de nervios verticales y horizontales se suele eliminar con un cilindro de diámetro de 10 milímetros. De esta manera se evita la acumulación de mucho plástico en un mismo punto y de esta manera evitar marcas de agua, sink marks, etc. En la parte central de la pieza se ha aprovechado el espacio libre que dejan las correderas para añadir un nervio horizontal que mantiene una distancia de 25mm con el nervio horizontal principal. Posteriormente, se ha completado el espacio entre estos dos nervios añadiendo nervios verticales cada 25-30 milímetros (imagen 3.78). Imagen 3.78. Estructura de refuerzo del embellecedor. Generalmente, esta estructura de refuerzo suele tener una altura de entre 5 y 10 milímetros. Para crearla, se ha creado un sketch en el que se ha dibujado el patrón descrito anteriormente (imagen 3.79). Imagen 3.79. Sketch de la estructura de nervios del embellecedor. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 85 Fernando Prieto Acera Posteriormente, se ha creado un pad cuyo perfil de barrido es el sketch anterior y cuyo límite superior es una superficie creada a partir de un offset de 5mm de la cara B del embellecedor y un offset de 5mm del estilo de la carrocería (imagen 3.80). De esta manera, en la parte central de la pieza, la estructura de nervios tendrá una altura de 5mm y en las partes más cercanas al mikiri se mantendrá una distancia de 5mm con la carrocería. Imagen 3.80. Límites de la estructura de nervios. En la arista de unión de estas dos superficies, se ha implementado un edgefillet de radio 10mm, de manera que la estructura de nervios del embellecedor estará limitada en la parte superior, por una superficie continua en tangencia y no mostrará bordes o aristas (imagen 3.81). Imagen 3.81. Superficie superior de la estructura de nervios. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 86 Fernando Prieto Acera Dado que este elemento de la pieza también debe poder desmoldearse, se le ha aplicado un ángulo de desmoldeo de 1 grado. Son elementos pequeños y podría aplicarse hasta un ángulo de desmoldeo de 0.5 grados (imagen 3.82). Imagen 3.82. Ángulo de desmoldeo de la estructura de nervios. Posteriormente, se ha cortado la parte inferior de la estructura de nervios con la cara B del embellecedor y se ha añadido al volumen de la pieza mediante el comando Union Trim (imagen 3.83). Imagen 3.83. Corte de la estructura de ribs por la superficie B. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 87 Fernando Prieto Acera El comando Union Trim es una operación booleana que permite al añadir unos sólidos a otros seleccionar aquellas caras del sólido que no se desean añadir al volumen principal. Dado que algunos de los nervios pasan por el interior de los doghouses, estas caras van a ser seleccionadas para que sean eliminadas en el proceso de unión (imagen 3.84). Imagen 3.84. Adhesión de la estructura de nervios mediante Union trim. El resultado obtenido es el volumen del embellecedor con la estructura de nervios diseñada anteriormente. Dado que durante el proceso se ha ido aplicando ángulo de desmoldeo a todos sus elementos, se obtiene una pieza cuya factibilidad de fabricación está garantizada (imágenes 3.85 y 3.86). Imagen 3.85. Embellecedor trasero. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 88 Fernando Prieto Acera Imagen 3.86. Embellecedor delantero. 3.6 Visibilidad técnica Un elemento que no se tuvo en cuenta durante el proceso de diseño es la visibilidad técnica. Generalmente, en el sector de la automoción, una pieza no recibe el visto bueno del director del departamento de diseño si no se ha confirmado que no hay visibilidad técnica. Esto significa que los elementos de la estructura de rigidez de la pieza o los elementos de fijación no pueden ser visibles desde el exterior del vehículo. Una vez terminados los elementos de fijación y la estructura de nervios se percibió que en la sección del mikiri de los paneles de puerta se podía divisar la parte técnica (imagen 3.87). Imagen 3.87. Visibilidad técnica de los embellecedores. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 89 Fernando Prieto Acera Por ello, se ha procedido a cerrar ambas piezas con una pared, eliminando así la visibilidad técnica. Para crear esta pared se ha partido de la superficie limitada por el mikiri de puerta delantera y trasera. Esta superficie ha de tener ángulo de desmoldeo, por lo que se le aplicará un ángulo de 3 grados. Para poder trabajar mejor con esta superficie, se ha extendido con el comando extrapol o extrapolar, manteniendo su continuidad en curvatura (imagen 3.88). Con este comando es posible estirar y extender superficies. Imagen 3.88. Superficie extrapolada. Posteriormente se ha intersectado esta superficie con el estilo de la carrocería. Con esta línea de intersección se ha trazado una paralela a 1.5 milímetros. De esta manera, la pared que eliminará la visibilidad técnica mantendrá 1.5mm con la carrocería. Se le aplica a esta línea el comando curve smooth, para eliminar puntos donde no se mantenga la tangencia o la curvatura (imagen 3.89). Imagen 3.89. Comando curve smooth. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 96 Fernando Prieto Acera CAPÍTULO 4. ESTUDIO DE LOS RESULTADOS 4.1 Análisis del recorrido de correderas y molde de inyección El recorrido de las correderas es determinado por la altura del doghouse más desfavorable (el que tiene mayor longitud en la dirección de desmoldeo y mayor profundidad) según la ecuación mencionada con anterioridad (ecuación 4.1). 𝐵𝑎𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 = 𝐷 + 𝐶 + 5 𝐷 = 𝐸 · 𝑡𝑔(ß) Ecuación 4.1 Una vez determinado el valor del barrido de corredera más desfavorable (46.6 milímetros), se descubrió que la distribución de los doghouses daría lugar a interferencias entre correderas, en un principio se planteó un desmoldeo de correderas como el que se puede apreciar en la imagen 4.1: Imagen 4.1. Distrubución inicial de fijaciones. Por ello, para solucionar esta incidencia, se desplazaron dos de los doghouses y se cambió el sentido del desmoldeo de uno de ellos (imagen 4.2 y 4.3). De esta manera, todas las correderas se pueden desmoldear correctamente y se garantiza la correcta fijación de la pieza a la carrocería al mantener la distancia entre grapas que se mencionó anteriormente. Imagen 4.2. Sentido modificado de las correderas. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 97 Fernando Prieto Acera Imagen 4.3. Distrubución final de las fijaciones. Esta distribución de doghouses se ha llevado a cabo tanto en el embellecedor delantero como en el trasero (imágenes 4.4 y 4.5). También se ha planteado un desmoldeo de las correderas similar, ya que con el concepto inicial se observaban interferencias entre correderas. Imagen 4.4. Sentido de las correderas en el embellecedor trasero. Imagen 4.5. Distribución de las fijaciones en el embellecedor trasero. Para calcular el desplazamiento del molde hay que calcular la longitud de la pieza en dirección de desmoldeo y se añade una distancia que puede estar entre 30 y 50 milímetros. Esta distancia se añade para facilitar la extracción de la pieza. Cuanto mayor sea la apertura del molde, más fácil será Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 98 Fernando Prieto Acera extraer las piezas terminadas, pero más caro será el molde por aumentar su tamaño. Es, pero ello que se va a establecer esta distancia como 30 milímetros. Para calcular el tamaño de la pieza en la dirección de desmoldeo (Y), se ha empleado el comando Extremum, este comando muestra cómo crear elementos extremos (en puntos, líneas o superficies), es decir, elementos a la distancia mínima o máxima en una línea o una superficie, de acuerdo con una dirección determinada (imagen 4.6). Imagen 4.6. Definición de los extremos de la pieza en sentido Y. Utilizando este comando, se han creado dos puntos. Un máximo y un mínimo en la dirección de desmoldeo. Midiendo la distancia entre estos dos puntos en esa dirección se conseguirá el tamaño de la pieza en la dirección de desmoldeo (imágenes 4.7 y 4.8). Imagen 4.7. Dimensiones del embellecedor trasero en sentido Y. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 99 Fernando Prieto Acera Imagen 4.8. Dimensiones del embellecedor trasero en sentido Y. Se determina, entonces, que el tamaño del embellecedor delantero y el embellecedor trasero es de 71 milímetros y 67.73 milímetros respectivamente. Por lo tanto, utilizando la ecuación comentada anteriormente (ecuación 4.2), se podrá determinar el barrido del molde de inyección. 𝐵𝑎𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑃𝑖𝑒𝑧𝑎 𝑒𝑛 𝐷𝑟𝑎𝑓𝑡 + 30𝑚𝑚 𝐵𝑎𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑏𝑒𝑙𝑙𝑒𝑐𝑒𝑑𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒𝑟𝑜 = 71 +30 =101 𝑚𝑖𝑙í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝐵𝑎𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑏𝑒𝑙𝑙𝑒𝑐𝑒𝑑𝑜𝑟 𝑡𝑟𝑎𝑠𝑒𝑟𝑜 = 67.73 +30 =107.73 𝑚𝑖𝑙í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 Ecuación 2.2 Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 100 Fernando Prieto Acera 4.2 Draft análisis de pieza y correderas El comando Draft Analysis (imagen 4.9) muestra cómo analizar el ángulo de desmoldeo en una superficie, permite detectar si los elementos diseñados se desmoldean fácilmente en una dirección de desmoldeo determinada. Imagen 4.9. Menú draft análisis. Este tipo de análisis se realiza en base a rangos de color que identifican zonas en el elemento analizado la desviación de la dirección de desmoldeo en cada punto de su superficie (imagen 4.10). Este rango de valores se puede modificar en el menú del comando una vez desplegado. Los valores determinados por defecto pueden ser modificados haciendo clic en su flecha correspondiente o ingresando un valor directamente en el campo. Imagen 4.10. Visualización del draft análisis. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 101 Fernando Prieto Acera Para ejecutar el draft análisis, primero hay que cambiar el modo de visualización al de materiales (imagen 4.11). Posteriormente, se coloca el compás o compass en la línea que indica la dirección de desmoldeo. Se ha de colocar el eje vertical (Z) de tal manera que coincida con este eje (imagen 4.12). Imagen 4.11. Modo de visualización de materiales e icono del draft análisis. Imagen 4.12. Posicionamiento del compass en el eje de desmoldeo. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 102 Fernando Prieto Acera Posteriormente, se activa en el menú del draft direction la opción para que el compás defina la dirección de desmoldeo o draft direction (imagen 4.13). Imagen 4.13. Definición de dirección de desmoldeo mediante el compás. A continuación, se marca el rango de valores del análisis. Se ha tomado el color amarillo para aquellas superficies que tengan 1 grado de desmoldeo. Se tomó ese ángulo de desmoldeo para elementos pequeños, como la estructura de nervios que, al tener poca profundidad en el molde, pueden desmoldearse a partir de 0.5 grados de desmoldeo (imagen 4.14). Imagen 4.14. Elementos con 1 grado de desmoldeo. Para los elementos como los doghouses o las paredes de visibilidad técnica se ha empleado un ángulo de desmoldeo de 3 grados. Generalmente, se aplica un grado de desmoldeo por cada pulgada de profundidad, por lo que estos elementos se desmoldean a 3 grados sin incidencias. Se puede apreciar en la imagen 4.15, los 3 grados de desmoldeo de la pared de visibilidad técnica Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 103 Fernando Prieto Acera y en verde las superficies exteriores del doghouse, donde el color verde indica todas aquellas superficies que tienen 3 o más grados de desmoldeo. Imagen 4.15. Elementos con 3 grados de desmoldeo. Se puede apreciar en línea azul, cómo la parting line o línea de partición, separa las zonas de desmoldeo de la pieza, la parte de la cavidad (imagen 4.16) y la parte de la matriz (imagen 4.17). La parte de la cavidad es la que desmoldea la cara A del embellecedor, y la parte de la matriz desmoldea la cara B, los doghouses, estructura de nervios, etc. Imagen 4.16. Desmoldeo de la cavidad del molde. Imagen 4.17. Desmoldeo de la matriz del molde. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 104 Fernando Prieto Acera Para comprobar el desmoldeo de los doghouses, se procede a realizar un draft análisis colocando el compass en la dirección de desmoldeo del doghouse (imagen 4.18) y se ejecuta el comando tal y como se realizó en el paso anterior. Imagen 4.18. Compass posicionado para el análisis de los doghouses. Las superficies interiores del doghouse se moldelaron con un ángulo de desmoldeo de al menos 0.5 grados de desmoldeo. Para ejecutar el análisis, se ha utilizado el siguiente código de colores (imagen 4.19): Imagen 4.19. Colores para el análisis de los doghouses. Desarrollo de embellecedores de puerta de un vehículo comercial 105 Fernando Prieto Acera Con estos rangos de colores, se consigue indicar que aquellas superficies marcadas en verde oscuro tienen un ángulo de desmoldeo de 3 grados o más. Aquellas superficies en verde claro tendrán entre 2 y 3 grados de desmoldeo y las superficies en azul claro, 0.5 grados de desmoldeo. Si existieran superficies en 0 grados de desmoldeo, o en negativo, aparecerían en amarillo o azul oscuro (imágenes 4.20 y 4.21). Imagen 4.20. Exterior. Draft análisis de los doghouses. Imagen 4.21. Interior. Draft análisis de los doghouses.