Diseño de un sistema de unión entre dos piezas de …WHIRLPOOL CORPORATION CONFIDENTIAL Diseño de...
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WHIRLPOOLCORPORATION§CONFIDENTIAL
Diseñodeunsistemadeuniónentredospiezasdeplás4co
25noviembre2016 n1SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO
Preparado por: Brisa Bañuelos SBD Analyst CETEC MTY, México Tel.: +52 81-83292000 ext 1411 [email protected]
SnapFit:AdaptadorvsTina
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Diseñodeunsistemadeuniónentredospiezasdeplás4co
25noviembre2016 n2SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO
Preparado por: Brisa Bañuelos SBD Analyst CETEC MTY, México Tel.: +52 81-83292000 ext 1411 [email protected]
SnapFit:AdaptadorvsTina
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Objetivo: El principal objetivo de este análisis fue evaluar dos "snaps" diferentes para seleccionar el de mejor desempeño y posteriormente poder identificar las posibles reformas al diseño para optimizar el sistema de unión. Adicionalmente se simuló el sellado efectuado por el O-Ring. Método de Análisis: Se utilizó ANSYS Clásico para realizar un análisis no lineal de los dos conceptos y se asumieron las siguientes condiciones: - Las geometrías fueron simplificadas y el modelo consiste solo de adaptador, tina y en su caso O-Ring (2D) - Los componentes fueron simulados usando un modelo axi-simétrico con elementos de segundo orden - Se usó un contacto de tipo "frictional”. - El material del "snap" se asumió como linealmente elástico, homogéneo e isotrópico. El O-Ring fue modelado como un material hiper -elástico.
Stress-Strain curve of polypropylene
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Strain
Stre
ss (M
Pa)
El adaptador es desplazado
hacia la tina para simular el
proceso de ensamble
25noviembre2016 n3SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO
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Resultadosdelensamble:Opción1&Material1(Polipropileno)
Max SEQV = 104 MPa @ ΔY = 4.8 mm
Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV
> σy (PP) = 33 MPa SEQV Final =
28.76 MPa
Resultadosdelensamble:Opción2&Material1(Polipropileno)
SEQV Final = 20.1 MPa
Max SEQV = 163 MPa @ ΔY = 5.0 mm
Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV
> σy (PP) = 33 MPa
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Resultadosdelensamble:Opción3&Material1(Polipropileno)
Resultadosdelensamble:Opción4&Material2(PP20%GF)
Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV
> σy (PP) = 33 MPa
Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV > σy (PP 20% GF) = 72 MPa SEQV Final =
39 MPa
SEQV Final = 17.3 MPa
De acuerdo con estos resultados, el desempeño del “SNAP” podría ser mejorado usando un material con mejores propiedades mecánicas (Módulo de elasticidad, esfuerzo de cedencia, esfuerzo último, etc.) y con modificaciones en la geometría del “snap”.
25noviembre2016 n5SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO
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Resultados:SelladoefectuadoporelO-Ring,opción4&Material2(PP20%GF)
Max Presión de Contacto = 142 MPa
*Esta presión será aplicada en la
siguiente etapa.
Tina moviéndose hacia el adaptador
Resultados:EnsambledelSnap+Presióndesellado,Opción4&Material2(PP20%GF)SEQV Final = 89 MPa
Areas rojas tienen un SEQV > σy (PP 20% GF) = 72 MPa
Max SEQV = 251 MPa @ ΔY = 5.0 mm
Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV > σy (PP 20% GF) = 72 MPa
25noviembre2016 n6SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO
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SEQV Max @ 4 ≈ 150 MPa ⇒ Deformación Plástica debido al contacto entre los dos componentes SEQV Max @ 3 ≈ 190 MPa ⇒ Concentración de esfuerzo debido a que el radio interior es demasiado pequeño
SEQV Final @ 7 ≈ 18 MPa ⇒ Alta probabilidad de unir las dos piezas sin fallas estructurales en el “snap” del adaptador.
SEQV (MPa)
12
34
56
78
Resultados:EnsambledelSnap+Presióndesellado,Opción4&Material2(PP20%GF)
25noviembre2016 n7SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO
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SEQV Final = 44 MPa
11
Resultados:EnsambledelSnap+Presióndesellado,Opción5&Material2(PP20%GF)
Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV > σy
(PP 20% GF) = 72 MPa
SEQV Max @ 1 ≈ 110 MPa ⇒ Deformación Plástica
SEQV Final @ 1 ≈ 44 MPa ⇒ Alta probabilidad de unir las dos piezas sin
fallas estructurales en el “snap” del adaptador
Final Strain = 0. 13 Strain = 0.39
@ ΔY = 4.6mm
Material 2: PP 20%GF
σUlt = 72 MPa ε Ult = 12 %
E = 3530 MPa v = 0.35
|
Strain Final @ 1 ≈ 0.13 ⇒ Alta probabilidad de unir las dos piezas sin
fallas estructurales en el “snap” del adaptador
Nota: Estas conclusiones son validas bajo las condiciones
especificadas en esta presentación.
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Conclusiones: • Durante la primera iteración se predijo la cedencia del material en zonas criticas del "snap". • Se logro mejorar el desempeño del "snap" mediante cambios en el diseño y usando un material con
mejores propiedades mecánicas (σy y εy mas altos) por lo que el "snap" tiene alta probabilidad de lograr el ensamble sin sufrir daño estructural.
• Por otro lado el O-Ring genera una presión de contacto máxima de 150MPa, la cual es suficiente para garantizar un buen sellado para la aplicación.
• Por ultimo, se construyo un prototipo del adaptador y se correlacionaron los resultados de este análisis con los de la prueba de laboratorio. En la prueba, el prototipo logra el ensamble y se mantienen ambas partes unidas sin sufrir fracturas tal y como se estimó en esta simulación.
25noviembre2016 n9SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO
WHIRLPOOLCORPORATION§CONFIDENTIAL 25noviembre2016 n10SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO
Referencias:
1. Designcalcula9onsforsnapfitjointsinplas9cparts.Ticona,PerformanceDrivenSolu4ons,2009.
2. TheFirstSnap-FitHandbook.Bonenberger,PaulR.,HanserPublishers,Munich,2000.
3. IntroduccionToFiniteElementsinEngineering,Chandrupatla,T.R.andAshokD.,PrenSceHall,1997.
4. hUp://www.efunda.com/formulae/solid_mechanics/failure_criteria/failure_criteria.cfm
5. hUp://www.tpub.com/content/doe/h1017v1/css/h1017v1_69.htm