Diseño de un sistema de unión entre dos piezas de …WHIRLPOOL CORPORATION CONFIDENTIAL Diseño de un sistema de unión entre dos piezas de plásco 25 noviembre 2016 SISTEMA DE UNIÓN

WHIRLPOOLCORPORATION§CONFIDENTIAL

Diseñodeunsistemadeuniónentredospiezasdeplás4co

25noviembre2016 n1SISTEMADEUNIÓNENTREDOSPIEZASDEPLÁSTICO

Preparado por: Brisa Bañuelos SBD Analyst CETEC MTY, México Tel.: +52 81-83292000 ext 1411 [email protected]

SnapFit:AdaptadorvsTina


Diseñodeunsistemadeuniónentredospiezasdeplás4co


Preparado por: Brisa Bañuelos SBD Analyst CETEC MTY, México Tel.: +52 81-83292000 ext 1411 [email protected]

SnapFit:AdaptadorvsTina


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



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


SEQV Final = 20.1 MPa



> σy (PP) = 33 MPa




Resultadosdelensamble:Opción4&Material2(PP20%GF)


> 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”.



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


Colores verde, amarillo y rojo tienen un SEQV > σy (PP 20% GF) = 72 MPa



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)



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.



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.


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

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