Dise

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CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA    DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN DE UNA MATRIZ AUTOMATIZADA PARA
INYECCION DE ADAPTADORES DE ½ NPT CON UNA
PRODUCCION DE 4 UNIDADES POR INYECCION, PARA LA
FABRICA PRODUCTOS FORTIFLEX   PROYECTO PREVIO
A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO
MECÁNICO  OSCAR DANILO LOAYZA
VILLA  DIRECTOR ING. PABLO
FIGUEROA CODIRECTOR ING. FERNANDO
OLMEDO  Sangolquí, 13 de Diciembre de 2012
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DEDICATORIA Este proyecto es dedicado a mi
familia, a mis padres Juan Vicente que siempre ha
sido mi ejemplo de perseverancia y honestidad, a
mi madre María Teresa que con su infinito amor y
consejos ha llenado mi vida de buenos valores
orientándome por el camino del bien y me han
ayudado a superar todos los obstáculos que he
tenido que afrontar en mi vida, a mis hermanos,
fuente de inspiración, que con su apoyo he
logrado salir adelante con felicidad en todas las
circunstancias y con su ejemplo mantienen vivo mi
deseo de superarme cada día mas, y a mi esposa
Gisella que con su alegría colma mi vida de
sonrisas ayudándome a superar el estrés del
diario vivir.   OSCAR DANILO LOAYZA VILLA
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AGRADECIMIENTOS   Agradezco a Dios y a mis padres
por el regalo grandioso de la vida, a mis
hermanos por su gran apoyo en todo
momento. Agradezco en especial a mi papá Juan
Vicente y a mi mamá María Teresa, por apoyarme
incondicionalmente en el transcurso de mi carrera
brindándome consejos y ejemplo de vida y de
trabajo. Agradezco a la ESPE, en especial a los
docentes de la Carrera de Ingeniería Mecánica por
darme una excelente formación académica para
conseguir el éxito a nivel profesional. Agradezco
al Ing. Pablo Figueroa y al Ing. Fernando Olmedo,
director y codirector de este proyecto
respectivamente, por la labor de seguimiento y
correcciones sugeridas de manera acertada en el
transcurso de desarrollo de este trabajo.
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• CONTENIDOResumen del proyectoDescripción
  general del proyectoMarco teóricoSelección de
  alternativas
• Proceso mecánico y técnico de la
  matrizDiseñoConstrucciónPruebas y
  calibraciónEvaluación económica y
  financieraConclusiones y recomendaciones

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• RESUMEN
• En este proyecto se diseñó y construyó un molde
  de inyección de plástico, para la fabricación de
  adaptadores de 1/2" NPT, con una producción de
  cuatro unidades por inyección, el principal
  motivo asociado para la ejecución la venta de
  este producto por parte de la empresa
  auspiciante, por esta razón la empresa necesita
  incrementar el nivel de producción además de la
  calidad de sus productos para mejorar sus
  ingresos, por esta razón se plantea satisfacer
  esta necesidad expuesta.
• Para la fabricación de los adaptadores, la
  empresa cuenta con maquinas inyectoras manuales y
  
• semiautomáticas, las mismas que se utilizan como
  base para el diseño del molde ya que trabajará en
  
• estas máquinas.
• El molde posee un diseño versátil, que agilita la
  producción de los adaptadores con una eficiencia
  buscada por la empresa auspiciante, eliminando
  prácticas de refrigeración del molde y extracción
  o desmoldeo de piezas fabricadas de forma manual,
  automatizando el proceso con sistemas mecánicos
  que permiten a la empresa aumentar su nivel de
  producción y eliminar el porcentaje de pérdida
  por fabricación de adaptadores deformes.
• EL molde posee un sistema automático de apertura
  y cierre además de un sistema automático de
  expulsión, que son muy prácticos y funcionales,
  permiten la producción en serie y minimizan
  desperdicios o desperfectos en los adaptadores
  elaborados, son fáciles de ensamblar y sencillos
  para acoplar con otros moldes.
• El molde fue fabricado en la empresa PRODUCTOS
  FORTIFLEX, y se contrató servicios especializados
  externos para los procesos de maquinado y
  electro-erosionado de los elementos del molde,
  servicios que no se podían realizar en la
  empresa. En la última etapa del proyecto se
  realizaron las pruebas del molde y las
  correcciones necesarias además de las
  calibraciones en la maquina para el correcto
  funcionamiento de nuestro molde, el mismo que fue
  aceptado por la empresa auspiciante ya que cumple
  con las especificaciones solicitadas y satisfizo
  las expectativas esperadas.

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• CAPÍTULO 1
• DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO
• ANTECEDENTES
• La fabrica PRODUCTOS FORTIFLEX se dedica a la
  fabricación, venta y distribución de accesorios
  plásticos para manguera tales como el adaptador
  de ½ NPT, que es el producto de mayor venta.
• Este accesorio se fabrica actualmente en una
  matriz de expulsión manual, generando grandes
  problemas tales como, lentitud en la producción,
  golpes en la matriz, deformaciones del accesorio,
  etc. Motivos por los cuales la empresa PRODUCTOS
  FORTIFLEX se ha visto obligada a cambiar la
  metodología de producción.
• La empresa después de un estudio ha considerado
  conveniente construir un molde que le permita
  aumentar su producción para satisfacer la
  demanda y disminuir costos.

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• OBJETIVOS
• OBJETIVO GENERAL.
• Diseño y construcción de una matriz
  automatizada para inyección de Adaptadores de ½
  NPT con una producción de 4 unidades por
  inyección, para la fábrica PRODUCTOS FORTIFLEX.
• OBJETIVOS ESPECIFICOS.
• Investigar la existencia de moldes similares y
  las mejores recomendaciones descritas para
  obtener óptimos resultados de producción.
• Investigar los materiales utilizados en este tipo
  de moldes y seleccionar el material más adecuado
  para la fabricación de la matriz
• Diseñar molde para 4 cavidades con las medidas
  especificadas por la empresa FORTIFLEX
• Diseñar método de desmoldeo de los productos
• Diseñar método de expulsión de producto del molde
• Diseñar método de enfriamiento del molde para
  trabajo continuo
• Elaboración de planos para la fabricación de la
  matriz.
• Construcción y ensamblaje de la matriz.

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• JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA.
• El desarrollo tecnológico es una de las
  estrategias utilizadas en la industria para
  incrementar su capacidad de producción. En el
  Ecuador, equipos y maquinarias son importados
  continuamente facilitando el acceso que muchos
  empresarios a soluciones que a largo plazo
  resultan económicas, versátiles y eficientes.
• En la actualidad las empresas de inyección de
  plástico ofrecen productos de alta calidad y en
  poco tiempo. La empresa FORTIFLEX, por el
  contrario, se desempeña con moldes de desmontaje
  manual. Esta estrategia limita la eficiencia de
  la producción medida en el tiempo y costo
  requerido para cada unidad de producto terminado,
  ya que depende en gran medida de las condiciones
  físicas del operador, que pueden verse limitadas
  por su agilidad y estado físico.
• Desde el punto de vista industrial, la creciente
  demanda y el abaratamiento de los costos, ha
  llevado a FORTIFLEX a un proceso de transición
  que contempla el incremento significativo del
  nivel de producción con estándares altos de
  calidad, abaratando los costos y disminuyendo el
  tiempo de mantenimiento de matrices, que
  actualmente corresponde en un 80 a estrategias
  correctivas de intervención.
• Uno de los productos de mayor demanda es el
  ADAPTADOR DE ½ que consiste en una pieza
  cilíndrica hecha en base a polietileno o
  polipropileno caracterizada por poseer una rosca
  externa en uno de los extremos.

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• A partir de las limitaciones en tiempo e
  inversión requeridas para la producción masiva de
  este tipo de accesorios, se estableció la
  necesidad de diseñar y construir un molde del
  ADAPTADOR DE 1/2 completamente automático. De
  esta forma, se proporcionó a la empresa una
  capacidad de producción más alta, disminuyendo la
  dependencia de operador y evitando la
  manipulación de la matriz que en la mayoría de
  los casos da lugar a deformaciones por golpes o
  mal uso, alargando la vida útil del molde y
  conservando las características del mismo y sus
  productos. Cabe recalcar que la automatización
  fue mecánica, considerando el objetivo de
  minimizar al máximo el trabajo del personal en la
  fabricación de los accesorios

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• CAPÍTULO 3
• ANALISIS Y SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS
• Tomando en cuenta todos los factores técnicos
  como los económicos, en cada uno de los elementos
  a analizarse previo a la construcción del molde,
  podemos elaborar un método de toma de decisiones,
  (método subjetivo). El primer paso para poder
  utilizar este método, será asignar un valor a
  cada factor a considerarse, tal como lo muestra
  el siguiente cuadro

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Guías de apertura y cierre de molde
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Molde cerrado con guías de apertura y cierre
seleccionadas
Molde abierto con guías de apertura y cierre
seleccionadas
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Guías para centrado de placas
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(No Transcript)
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Diseño de sistema de refrigeración de placa
principal posterior
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(No Transcript)
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Esquema de sistema de refrigeración para machos.
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(No Transcript)
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Esquema de canales para sistema de refrigeración
seleccionado para matriz de cavidades
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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• CAPITULO 4
• PROCESO MECANICO Y TECNICO DE LA MATRIZ
• DETERMINACION DE ORIENTACION DE ELEMENTOS

Cavidades orientadas horizontalmente
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SECCIONES DE PARED
Espesores del Adaptador indicados por la empresa
auspiciante
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Detalles de estrías de espesores de pieza
indicados por la empresa auspiciante
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Recorrido de camino de flujo de material.
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(No Transcript)
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• RADIOS

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CONICIDAD
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En el siguiente diagrama podemos observar la
selección del mejor ángulo
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(No Transcript)
38
Diagrama de orientación del hexagonal de cada
adaptador.
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RESALTANTES Y REFUERZOS
Adaptador con refuerzo para hexágono y sin
refuerzo.
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Adaptador con rosca recta y con rosca
cónica.Angulo de rosca para evitar esfuerzos
altos en la misma
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SISTEMA DE ALIMENTACION En esta sección vamos a
realizar el análisis de la construcción del mejor
sistema para los siguientes elementos BEBEDERO
El bebedero contara con un diámetro menor, igual
a 5mm y un diámetro mayor, igual a 6mm, este
diámetro mayor es ligeramente mayor que el
diámetro de la tobera, el diámetro de la tobera
es de 5,5mm. Diagrama peso de pieza vs diámetro
de bebedero
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Es importante tomar en cuenta el parámetro de la
longitud del bebedero, según las dimensiones de
la placa fija de la maquina que se va a utilizar
Diseño de bebedero con cara plana para boquilla
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Ensamblaje de bebedero, bocín para ajuste en
maquina, placa principal delantera y matriz de
cavidades.
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(No Transcript)
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CANALES DE ALIMENTACIÓN.
Cálculo de diámetro de canal
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Cálculo de longitud de canal con diagrama.
De esta manera podemos observar que la longitud
máxima es aproximadamente 180mm, y la longitud
que nosotros estamos utilizando es de 147,87mm lo
que quiere decir que estamos aun en un intervalo
adecuado de la longitud del canal.
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Para el cálculo del tamaño utilizaremos la
siguiente ecuación
Con esto garantizamos que la selección esta
dentro de los parámetros que se han establecido
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RESPIRADEROS
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Ensamblaje de placas posteriores, bocines, machos
y matriz de cavidades
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CAVIDADES
DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE CAVIDADES
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SUPERFICIE MINIMA DE CIERRE Y DE APOYO DEL MOLDE
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Observamos que el valor de nuestro calculo es
menor a 1000 kg/cm2 lo que nos lleva a concluir
que el área de cierre de nuestra matriz de
cavidades es adecuada, recalcando que el material
va a ser templado luego del proceso de
electroerosión, lo que le dará mas rigidez a la
matriz.
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(No Transcript)
54
 
Observamos que el valor de nuestro calculo es
menor a 1000 kg/cm2 lo que nos lleva a concluir
que el área de apoyo de nuestra matriz de
cavidades es adecuada.
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SISTEMA EXTRACTOR O EXPULSOR
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(No Transcript)
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SISTEMA DE CENTRADO Y GUIAS DEL MOLDE
CENTRADO DE BEBEDERO EN BOQUILLA DE MAQUINA.
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GUIAS DE CENTRADO DE PLACAS
Estas son las guías que permitirán que en la
apertura y cierre del molde, no se descuadren las
placas, tanto las fijas como las móviles, de esta
manera, puede realizarse un trabajo en serie sin
que se complique o se descuadre el molde
generando problemas para la producción.
Diseño de espiga
Las dimensiones comunes para tamaños medios de
moldes es de 19mm a 32mm, al colocar 4 guías, se
considera como mejor opción instalar guías de
20mm de diámetro
De esta manera para facilidad de construcción,
decidimos que la longitud de la espiga será de
160mm.
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Esquema de espiga para centrado de molde
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Esquema del manguito para centrado de molde.
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GUIAS DE SISTEMA DE EXPULSIÓN.
Considerando que hasta el momento todos los
elementos que hemos diseñado, los hemos diseñado
de forma simétrica, pero para poder asegurar que
en el momento del ensamblaje no haya errores
debemos construir un sistema asimétrico, en este
proyecto hemos elegido el sistema de guías para
el sistema de expulsión.
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Esquema de ubicación de agujeros para espigas de
sistema de expulsión
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Esquema de las guías de apertura y cierre.
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Esquema de carros de movimiento de matrices de
cavidades.
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(No Transcript)
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Esquema de montaje de carros de movimiento axial.
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CAPITULO 5 DISEÑO
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Tabla 8.1 Costos de materia prima directa para
construcción de la matriz
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Tabla 8.2 Costos de mano de obra directa
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Tabla 8.3 Costos indirectos de fabricación
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Tabla 8.4 Total costos de fabricación
Tabla 8.5 Costos de materia prima directa para
producción de adaptadores
Materia Prima Directa Materia Prima Directa Materia Prima Directa Sin Inversión Sin Inversión Sin Inversión Con Inversión Con Inversión Con Inversión
No. Componente Proveedor Cantidad Costo Unitario COSTO TOTAL Cantidad Costo Unitario COSTO TOTAL
1 Polipropileno Replain 198,00 0,85 168,30 216,00 0,85 183,60
SUMAN USD. SUMAN USD. 168,30 SUMAN USD. SUMAN USD. 183,60
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Tabla 8.6 Costos de mano de obra directa
Mano de Obra Directa Mano de Obra Directa Mano de Obra Directa Sin Inversión Sin Inversión Sin Inversión Con Inversión Con Inversión
No. Sueldo Valor Día Personal Días COSTO TOTAL Días COSTO TOTAL
1 292,00 14,60 Operario 15 219,00 8 116,80
2 292,00 14,60 Limpieza 10 146,00 15 219,00
3 300,00 15,00 Bodeguero 5 75,00 5 75,00
SUMAN 440,00 440,00 410,80 410,80
Fuente Oscar Loayza, 2012 Fuente Oscar Loayza, 2012 Fuente Oscar Loayza, 2012 Fuente Oscar Loayza, 2012 Fuente Oscar Loayza, 2012 Fuente Oscar Loayza, 2012 Fuente Oscar Loayza, 2012 Fuente Oscar Loayza, 2012
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Tabla 8.7 Costos indirectos de fabricación
Costos Indirectos de Fabricación Costos Indirectos de Fabricación Costos Indirectos de Fabricación Costos Indirectos de Fabricación Sin Inversión Sin Inversión Con Inversión Con Inversión
No. Componente Valor Unitario Proveedor Hora / Cantidad COSTO TOTAL Hora / Cantidad COSTO TOTAL
1 Colorante negro 0,67 Pintulac 3,80 2,55 4,15 2,78
2 Dióxido de titanio 0,98 Pintulac 2,00 1,96 2,18 2,14
3 Luz 2,5 E.E.Q. 60,00 150,00 65,45 163,64
4 Suministros   Varios 8,00 8,00
5 Mantenimiento 0,003 Taller   66,00 90,00
SUMAN USD. SUMAN USD. 228,51 228,51 266,55 266,55
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Tabla 8.8 Costo total de producción
Sin Inversión Con Inversión
TOTAL COSTOS TOTAL COSTOS 836,81 860,95
Porcentaje Imprevistos Porcentaje Imprevistos 10 5
Unidades producidas Unidades producidas 22.000,00 24.000,00
COSTO UNITARIO COSTO UNITARIO 0,042 0,038
Tabla 8.9 Porcentajes de crecimiento
Sin inversión Con inversión
Tasa de Crecimiento 1,00 8,00
Crecimiento Mercado 6,00 6,00
Total Crecimiento Anual 7,00 14,00
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Tabla 8.10 Presupuesto de ventas de adaptadores.
Presupuesto de Ventas Presupuesto de Ventas Presupuesto de Ventas Presupuesto de Ventas Presupuesto de Ventas
Ítem 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año
Sin inversión 18.480,00 19.774,00 21.158,00 22.639,00
Con inversión 20.880,00 23.803,00 27.135,00 30.934,00
Diferencia 2.400,00 4.029,00 5.977,00 8.295,00
Porcentaje 12,99 20,38 28,25 36,64
Tabla 8.11 Presupuesto de compras para producción
de Adaptadores
Presupuesto de Compras Presupuesto de Compras Presupuesto de Compras Presupuesto de Compras Presupuesto de Compras
Ítem 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año
Sin inversión 11.045,84 11.819,00 12.646,00 13.531,00
Con inversión 10.848,00 12.367,00 14.098,00 16.072,00
Diferencia (197,84) 548,00 1.452,00 2.541,00
Porcentaje -1,79 4,64 11,48 18,78
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Tabla 8.12 Presupuesto de gastos de operación sin
inversión
77
Tabla 8.13 Presupuesto de gastos de operación con
inversión
78
Tabla 8.14 Flujo de Caja - sin inversión
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Tabla 8.15 Flujo de Caja con inversión
80
Tabla 8.16 Análisis para conocer el tiempo de
recuperación de inversión
Variable Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4
Ingresos - 34.880,00 38.783,00 43.163,60 48.084,60
Gastos (5.991,11) (32.497,24) (35.648,60) (39.142,57) (42.051,61)
Flujo Neto de Efectivo (5.991,11) 2.382,76 3.134,40 4.021,03 6.033,00
PRI (5.991,11) (3.608,35) (473,94) 3.547,08 9.580,08
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Tabla 8.18 Evaluación Financiera de la inversión
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GRACIAS POR SU ATENCIÓN