Logo Studenta

1997 2014(1)

Vista previa del material en texto

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD TICOMAN 
 
”INNOVACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE UN SUBSISTEMA QUE 
COMPONE UNA PUERTA AUTOMOTRIZ” 
 
TESINA DEL SEMINARIO: 
INGENIERÍA Y DISEÑO AUTOMOTRIZ 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
INGENIERO EN SISTEMAS AUTOMOTRICES 
 
PRESENTA: 
AYALA DÍAZ CESAR ALEJANDRO 
MARTÍNEZ LUQUIN LUIS ALBERTO 
 
ASESORES: 
ING. FRANCISCO MEDARDO CASTILLO ACOSTA 
ING. MARIO ARTURO ESPINOZA GIRÓN 
 
MEXICO, DF 2014 
 
 
 
 
 
 
 
 
INDICE GENERAL 
GLOSARIO DE TERMINOS --------------------------------------------------------- 1 
LISTA DE TABLAS Y FIGURAS ---------------------------------------------------- 2 
RESUMEN -------------------------------------------------------------------------------- 4 
ABSTRACT ------------------------------------------------------------------------------- 5 
INTRODUCCIÓN ------------------------------------------------------------------------ 6 
JUSTIFICACIÓN ----------------------------------------------------------------- 7 
ANTECEDENTES --------------------------------------------------------------- 8 
OBJETIVO GENERAL ---------------------------------------------------------- 9 
OBJETIVO ESPECIFICO ------------------------------------------------------ 9 
HIPÓTESIS ------------------------------------------------------------------------ 9 
ALCANCE ------------------------------------------------------------------------- 10 
METODOLOGÍA ----------------------------------------------------------------- 11 
DESCRIPCION DE CAPÍTULOS ------------------------------------------- 12 
CAPÍTULO I DISENO DEL COMPONENTE ------------------------------------- 13 
CAPÍTULO II ANALISIS DEL COMPONENTE ---------------------------------- 21 
CAPITULO III CONSIDERACIONES PARA SU MANUFACTURA -------- 27 
RESULTADOS --------------------------------------------------------------------------- 32 
CONCLUSIONES ----------------------------------------------------------------------- 33 
BIBLIOGRAFÍA -------------------------------------------------------------------------- 35 
 
 
 
1 
 
GLOSARIO DE TERMINOS 
 
Belt-bracket---componente de plástico que tiene la funcionalidad de ir 
sujeto a la parte metálica de la puerta, y por ende sujeta o fija los 
componentes visibles de la puerta. 
Bezel---pieza que se incluye entre algunos de los componentes que son 
visibles para la puerta, en donde se puede localizar accesorios 
Map Pocket---componente el cual se localiza en la parte inferior de las 
puertas donde se pueden guardar mapas, o documentos 
Main Carrier---sistema complete de una puerta automotriz donde se tienen 
localizados todos los componentes necesarios (Belt-bracket, bezel, map 
pocket) 
Core---corazón de un molde de inyección de plástico 
Cavity---cavidad de un molde de inyección de plástico contra parte del 
corazón 
Bolster---Componente de la puerta que se puede ser parte del descansa 
brazos y que ocupa parte de la puerta 
Target---es lo permisible o aceptable tener en un diseño o análisis 
Die Lock---son los ángulos bloqueados que durante la manufactura de la 
pieza afectaran en la calidad del componente 
Empaquetamiento---son todos los demás componentes que se tendrá 
alrededor de nuestra pieza 
Ribs---refuerzos con diferentes geometrías para generar una mejorar 
estructura, no aumentando la masa del componente 
Boxes---modelado de cajas que pueden ser de distintas medidas con el fin 
de dar estructura a un componente. 
 
 
2 
 
LISTA DE TABLAS Y FIGURAS 
CAPÍTULO I DISENO DEL COMPONENTE 
 
Fig.1.1 Modelado de Chunky Solid (Bracket) 
Fig.1.2 Modelado de Thicken Sheet (Bezel) 
Fig.1.3 Modelado de Offset and Sew (Map Pocket) 
Fig.1.4 Modelado de Synchronous (IP Bracket) 
Fig.1.5 Combinación de los Métodos de Modelado (Main Carrier) 
Fig.1.6 Principios de Modelado del Belt-bracket 
Fig.1.7 Primer aproximación de diseño robusta 
Fig.1.8 Modelo terminado con todos los features necesarios 
Fig.1.9 Análisis de Des moldeo con NX Unigraphics (Core) 
Fig.1.10 Análisis de Des moldeo con NX Unigraphics (Cavity) 
 
CAPÍTULO II ANALISIS DEL COMPONENTE 
Fig. 2.1 Encabezado guía de Modelado 
Fig. 2.2 Belt-bracket (color-azul), Bolster (color-rosa), Metal (color-rojo) 
Fig. 2.3 Belt-bracket modelado en EF en Unigaphics NX 
Fig. 2.4 Condiciones de frontera y Fuerzas en Unigaphics NX 
Fig. 2.5 Simulación del análisis en Unigaphics NX 
Fig. 2.6 Modelado por elemento finito en Hypermesh 
Fig. 2.7 Simulación de análisis en Hypermesh 
 
 
 
3 
 
CAPÍTULO III CONSIDERACIONES PARA SU MANUFACTURA 
 
Fig. 3.1 Partes del Molde de Inyección 
Fig.3.2 Molde de Inyección de Plástico 
Fig.3.3 Características de un Molde de Inyección 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
RESUMEN 
El presente proyecto se realizó mediante las estandarizaciones para 
componentes automotrices de acuerdo a la metodología de cada marca 
automotriz, se estableció un objetivo general, el cual se lograría mediante el 
cumplimiento de objetivos específicos, para lograr esta parte del proyecto 
se consideró un componente con el cual se tenga interacción con diferentes 
campos como diseño, análisis y manufactura; así como reducción de 
material, optimización y costos. 
La identificación del componente Belt-bracket, así como el diseño y la 
optimización forman parte del primer capítulo, ya que se incluyen diversas 
técnicas de modelado referentes al modelado u optimización de las piezas 
que conforman la puerta de un vehículo. 
Una vez concluido el capítulo uno se desarrolló el segundo capítulo que se 
refiere al análisis virtual por medio de elemento finito, en este capítulo se 
incluye el proceso que un Ingeniero debe seguir para poder realizar ciertos 
análisis virtuales que ayudan a conocer el comportamiento de las piezas de 
manera estructural de acuerdo al tipo de carga al que se somete, y con ello 
poder dar cierta retroalimentación al Ingeniero de Diseño para la mejora de 
la pieza. 
Fue preciso realizar un estudio de manufactura con el fin de conocer el tipo 
de material, aspecto, funcionalidad, costo, además de su proceso de 
manufactura sin dejar fuera el impacto ambiental, es por eso que este tercer 
capítulo fue desarrollado para comprender de mejor manera de todo el 
proceso de las piezas automotrices de plástico. 
Finalmente se incluyen los resultados, que consisten en la retroalimentación 
del componente diseñado y analizado para poder reducir masa y costos, 
pero al mismo tiempo aumentar la confiabilidad y calidad del producto con 
el fin de diseñar y construir los mejores productos para el cliente. 
 
 
 
 
5 
 
ABSTRACT 
This project was performed by standardizations for automotive components 
according to the methodology of each automotive brand, an overall goal, 
which is achieved by the specific objectives compliance to achieve this part 
of the project was established it was considered a component which have 
interaction with different fields such as design, analysis and manufacturing, 
as well as reducing material costs and optimization. 
The component identification "Belt Bracket", and the design and optimization 
are part of the first chapter, as various modeling techniques related to the 
development / modeling or optimization of the parts that make up a vehicle 
are included. 
Once completed chapter one, the chapter two regards virtual analysis using 
finite element, in this chapter the process that an engineer must follow in 
order to perform certain virtual analysis to help understand the behavior of 
the pieces included are development structurally according to the type of 
load that is submitted, and thus to give some feedback to the design engineer 
to improve the component.It was necessary to conduct a study of manufacturing in order to know the 
type of material, appearance, functionality, cost, in addition to its 
manufacturing process without leaving out environmental impact that is why 
this third chapter was developed to better understand the entire process of 
automotive plastics parts. 
Finally, the results, which consist of the feedback component designed and 
used to reduce mass and cost, but also increase reliability and product 
quality in order to design and build the best products for the customer. 
 
 
 
 
 
 
6 
 
INTRODUCCIÓN 
 
PREGUNTA PRINCIPAL 
¿Cómo diseñar y configurar el ensamble de una estructura para un Belt-
bracket para ser capaz de cumplir con una las pruebas realizada en una 
puerta automotriz? 
 
PREGUNTA SECUNDARIAS 
¿Qué soluciones encontramos para poder cumplir con las pruebas que se 
requieren para poder producir un componente? 
¿Es necesario hacer un cambio de geometría en el Bolster para cumplir los 
requerimientos estructurales del componente? 
¿Qué tipo de fastener es el más óptimo para sujetar el Belt-bracket al Sheet 
Metal? 
¿Qué material resulta ser óptimo para cumplir los requerimientos 
estructurales? 
¿Qué soluciones encontramos para poder cumplir con las pruebas que se 
requiere para poder producir un componente? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
JUSTIFICACIÓN 
En una empresa del sector automotriz, cada componente es diseñado, 
analizado y construido con los más altos estándares de calidad; al ser un 
producto de inversión requiere que cada componente se someta a diferentes 
pruebas de validación con el fin de ofrecer a los clientes un producto de 
calidad. 
Al comprar un producto el cliente lo que busca es que cumpla con la 
necesidad para el cual lo requiere; en este caso al ser un vehículo 
automotriz, se busca que sea resistente a los diferentes usos y abusos que 
es sometido. Así cada empresa del sector se encuentra en continua 
innovación con el fin de ofrecer a los clientes un producto el cual cumpla y 
satisfaga sus necesidades así como la calidad, precio y gusto por el 
producto. 
La lucha de cada marca es siempre desarrollar el vehículo con mayor 
calidad, eficacia con el fin de cumplir con cada una de las necesidades de 
un cliente, además de acuerdo al tipo de mercado cumpliendo con sus 
requerimientos y estando al alcance del cliente que lo requiere. 
Es por ello que nos damos a la tarea de investigar, optimizar y analizar una 
estructura para un componente, al cual de acuerdo a su uso y abuso podría 
estar sometido el componente del Belt-bracket todo en base a un análisis 
estructural, así como sus materiales, costos con el fin de ofrecer un producto 
debidamente probado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
ANTECEDENTES 
Parece ser que al escuchar del sector automotriz uno siempre lo identifica 
como un sistema de transporte el cual te facilite la movilidad de manera 
rápida, pero hoy en día, el desarrollo de un vehículo requiere de estudios los 
cuales años atrás no se consideraban, como puede ser seguridad, 
eficiencia, ahorro, ergonomía, economía, psicología por mencionar algunas. 
La fabricación de la mayor cantidad de las partes del interior se efectuaba 
con acabados de fierro y acero con algunos terminados con tela, no era 
necesario realizar análisis de los componentes ya que el sistema de la 
puerta estaba compuesto por una mínima cantidad de piezas. Hoy en día, 
con el objetivo de tener vehículos más eficientes, amigables con el medio 
ambiente, más seguros y con un diseño robusto, se han implementado gran 
cantidad de materiales y procesos para su elaboración. 
Para garantizar un buen diseño, eficiente y durable los componentes son 
sometidos a diferentes pruebas de validación, empezando por pruebas 
virtuales de manera estructural con ayuda de elemento finito, con análisis 
de manufactura y por ultimo de durabilidad o validación física. 
Para el sector automotriz lo más importante es el cliente final, ya que gracias 
a las especificaciones o demandas que hace, las industrias y diferentes 
marcas pueden mejorar sus productos. 
Haciendo énfasis a la frase “lo que el cliente pida” es necesario hacer los 
diseños y análisis de cada componente, así que a diferencia del pasado los 
ingenieros han detectado de qué manera el cliente necesita la calidad 
vehicular, con ello se hacen distintos tipos de análisis de acuerdo como el 
cliente podría tratar su vehículo, es por eso que la ingeniería en este sector 
es completa y robusta, cada componente es sometido a diferentes tipos de 
análisis o pruebas, de ahí que el diseño debe ser optimo, funcional y de 
excelente calidad. 
 
 
 
 
9 
 
OBJETIVO GENERAL 
 
Diseñar una estructura de un Belt-bracket, capaz de ser lo suficientemente 
robusta para soportar pruebas físicas de calidad. 
 
OBJETIVOS ESPECIFICOS 
 
 Diseño óptimo de un Belt-bracket considerando las distintas técnicas 
de diseño para un componente automotriz. 
 
 Modelado y análisis del diseño por medio de elemento finito con el fin 
de obtener su máximo desplazamiento y esfuerzo. 
 
 Obtención de resultados de manera virtual para rediseñar y robustecer 
el componente con el fin de alcanzar el requerimiento de validación. 
 
 De acuerdo con el diseño y análisis, seleccionar el material óptimo con 
respecto a su uso, así como su manufactura. 
 
HIPOTESIS 
Si se desarrolla un Belt-bracket lo suficientemente robusto, así como sus 
componentes que influyen en la rigidez, el componente será capaz de 
permanecer por debajo del target de desplazamiento en la prueba de 
validación. 
 
 
 
 
 
10 
 
ALCANCE 
La presente Memoria de Experiencia Profesional explorara el mercado 
laboral Automotriz en la Región de Norte América, para todos aquellos 
Ingenieros de Diseño en el Área de Automoción. 
La investigación abarca únicamente a las empresas dedicas al rubro de la 
Industria Automotriz, como son todos aquellos involucrados del comercio, 
servicio y publico/cliente para la empresas de gran capacidad. 
Limitaciones 
La siguiente investigación solo se realiza de manera virtual, no siendo 
comprobado con las pruebas físicas y los resultados obtenidos, ya que todo 
se realiza mediante un Software de Diseño y Análisis Estructural. 
 Entre algunas de las variedades involucradas son: 
 La actualización del Software de Diseño, ya que constantemente se 
innova y se cambia de versión. 
 El Ingeniero de Diseño, ya que como ser humano entienden de 
manera particular las cosas y aplica con la mejor posibilidad de hacer 
entendible su trabajo realizado. 
 Software que nos ayuda a realizar el análisis del componente, por el 
hecho que se puede realizar mediante diferentes Software de Análisis 
como por ejemplo: Hypermesh, NX Nastran, 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
METODOLOGÍA 
El diseño de un componente esta dado a partir de que un proyecto es 
lanzado, de acuerdo a su funcionalidad, de ahí que el ingeniero de diseño 
decide junto con estudio, que propiedades se pueden emplear. 
Primeramente para la realización de un componente Automotriz o de otra 
Área común, se necesita tener un conocimiento de la herramienta de 
Diseño, para ello se realiza un entrenamiento en el cual consiste en realizar 
piezas vehiculares con diferentes técnicas de modelado entre algunas por 
mencionar: Chuncky Solid Technique, Offset and Sew Sheet Technique, 
entre otras. 
Para continuar con la realización del componente con la mejor Técnica de 
Modelado (Chuncky Solid Technique), la cual se basa de un método 
editable. 
Continuando con el desarrollo del componente, se tienen que realizar 
análisis estructurales con los cuales antes de tener el ultimo diseño a 
fabricar se le realizan análisis con ayuda de elemento finito para identificar 
las áreas de oportunidad en las cuales se pueden trabajar y mejorar para 
tener un diseño robusto. 
Una vez que se tienen todos losconocimientos y datos mencionados, se 
realiza el estudio para su manufactura de la pieza, en donde se ve 
involucrado el material, cantidad/volumen de piezas, tipo de molde, 
capacidad de la maquina inyectora, impacto ambiental entres todos los 
aspectos necesarios para su fabricación. 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
DESCRIPCIÓN DE CAPÍTULOS 
 
CAPÍTULO I: DISENO DEL COMPONENTE 
Elección de Software de Diseño 
Técnicas de Modelado/Diseño 
Diseño del componente Belt-bracket 
 
CAPÍTULO II: ANALISIS DEL COMPONENTE 
Consideraciones de modelado en elemento finito 
Modelado del componente por medio de elemento finito 
Análisis del componente de acuerdo a estándares de calidad 
 
 CAPITULO III: CONSIDERACIONES PARA SU MANUFACTURA 
Factores que afectan la manufactura de las piezas 
Elección del material. 
El diseño, aspecto y consideraciones 
La producción, procesos de fabricación 
 
 
 
 
 
 
http://meta.wikimedia.org/wiki/v:es:Dise%C3%B1o,_C%C3%A1lculo_y_Fabricaci%C3%B3n_de_Piezas_y_Productos_Pl%C3%A1sticos#Consideraciones_de_dise.C3.B1o
http://meta.wikimedia.org/wiki/v:es:Dise%C3%B1o,_C%C3%A1lculo_y_Fabricaci%C3%B3n_de_Piezas_y_Productos_Pl%C3%A1sticos#Procesos_de_fabricaci.C3.B3n
 
13 
 
CAPÍTULO I 
DISENO DEL COMPONENTE 
 
1.1 Elección de Software de Diseño 
 
Dentro del Medio Automotriz hay gran cantidad de empresas que tienen 
diferentes Software para el modelado de sus diseños. Para la realización del 
diseño de este componente se utilizara el Software de NX 8.0 Unigraphics-
UG del Proveedor de Siemens PLM Software. Teniendo gran capacidad en 
CAD/CAE/CAM. 
CAD Computer Aided Design 
CAE Computer Aided Engineering 
CAM Computer Aided Manufacturing 
CAD 
Es utilizado en el mundo del Sistema computacional para la creación, 
modificación, análisis y optimización del diseño. Con la ayuda de este 
software se aumenta la productividad del Ingeniero de Diseño, mejorando la 
calidad del modelo, y la comunicación interdisciplinaria así como ahorro de 
tiempo de realización del modelo como su costo de fabricación. 
CAE 
Generalmente se usa para el análisis de Ingeniería, con el objetivo de tener 
resultados virtuales del comportamiento real del componente en un uso 
cotidiano incluyendo diferentes tipos de análisis: 
FEA (Finite Element Analysis) 
CFD (Computational Fluid Dynamics) 
MBD (Multibody Dynamics) 
 
 
14 
 
CAM 
Este Software es utilizado para el control de las maquinas herramientas y lo 
relacionado con la manufactura de las piezas diseñadas. De igual manera 
CAM se puede utilizar como un asistente computacional en todas las 
operaciones de manufactura de una planta, incluyendo planeación, manejo, 
transportación y almacenamiento. 
 
1.2 Técnicas de Modelado/Diseño 
 
El modelado de sistemas en software es para lidiar con la complejidad 
inherente a estos modelos. El uso de software ayuda al ingeniero a 
“visualizar” el sistema de modelos a construir. Además, los modelos de un 
nivel básico facilitan la comunicación con el cliente. Por último, las 
herramientas de modelado pueden ayudar a verificar la eficiencia del 
modelo entre las que se encuentran: 
Chunky Solid Technique 
Thicken Sheet Technique 
Offset and Sew Sheet Technique 
Synchronous Modeling 
Combined Techniques 
 
Con el objetivo de obtener una práctica común de modelado donde se 
permita un desarrollo simple y consistente, se tienen diferentes técnicas. 
 
 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Software
 
15 
 
Chunky Solid Technique 
Técnica para la creación de modelos solidos de 3D paramétricos, con un 
criterio de diseño para su fácil construcción y modificación (editabilidad) 
utilizando sólidos primitivos y realizando solamente operaciones booleanas 
(Unión, Substracción e Intersección). Entre los sólidos primitivos se 
encuentran: Bloque, Cilindro, Cono y Esfera. 
Con ayuda de esta técnica se realizan modelos de espesor constante ya 
que se realiza una cara del componente, para después realizar una 
eliminación de las caras que no serán necesarias. 
 
Fig.1.1 Modelado de Chunky Solid (Bracket) 
Thicken Sheet Technique 
Técnica con la cual por medio de superficies, caras y hojas se obtiene un 
modelo solido aplicando un espesor constante requerido. 
Para poder utilizar esta técnica es necesario realizar un cocido o unión de 
todas las hojas/caras del modelo para luego aplicar el espesor necesario. 
 
 
Fig.1.2 Modelado de Thicken Sheet (Bezel) 
 
16 
 
Offset and Sew Sheet Technique 
Con ayuda de esta técnica se ayuda a la creación de modelos solidos bajo 
la réplica de una cara tras otra a una distancia requerida cerrando 
completamente la geometría usando las hojas/caras para finalmente realizar 
un cocido o unión de todas las caras completas. 
En esta técnica es muy importante realizar diferentes análisis, como cuando 
se tiene un radio o doblez, de este dependerá la dirección de la réplica que 
podría generar la nueve superficie o no, esto también dependiendo a la 
distancia que se desea la réplica de la cara. 
 
Fig.1.3 Modelado de Offset and Sew (Map Pocket) 
Synchronous Modeling 
Este tipo de técnica es de fácil uso ya que cuando se necesita manipular de 
forma rápida el modelo, en un lapso corto de tiempo, realizando simples 
operaciones se obtiene el cambio requerido, por ejemplo; eliminación de 
caras, mover puntos de fijación completos entre muchas acciones más. 
 
Fig.1.4 Modelado de Synchronous (IP Bracket) 
 
17 
 
Combined Techniques 
La combinación de las técnicas anteriores es con el objetivo de hacer un 
conjunto de ellas en un Componente de mayor complejidad el cual puede 
elaborarse de manera Interdisciplinaria y con la ayuda de diferentes 
Ingenieros de Diseño, respetando las limitaciones y/o alrededor que se tiene 
para tener un el sistema completo (Main Carrier). 
 
Fig.1.5 Combinación de los Métodos de Modelado (Main Carrier) 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
1.3 Diseño del componente Belt-bracket 
Para el modelado de este componente se utiliza la Técnica de Chunky Solid, 
la cual para iniciar el diseño es necesario tener todo el ambiente en donde 
el Belt-bracket estará instalado. Con ayuda de hojas/caras se obtiene una 
réplica de los componentes que se tienen alrededor para empezar a tener 
los primero diseños del modelo. 
 
 
Fig.1.6 Principios de Modelado del Belt-bracket 
 
Como primer acercamiento a cómo debe de estar el modelo se tienes las 
primeras ideas de diseño 
 
Fig.1.7 Primer aproximación de diseño robusta 
 
Con forme va avanzo el tiempo del programa la mayoría de las interfaces 
van evolucionando al igual que el diseño se va haciendo más robusto como 
por ejemplo el diseño de diámetros con lo cual será fijado el Belt-bracket. 
 
19 
 
 
Fig.1.8 Modelo terminado con todos los features necesarios 
 
Dentro de la Ingeniería de modelo se le tienen que hacer diferentes tipos de 
análisis como es el del Angulo de Desmolde del componente para entender 
cómo es que se va a manufacturar la pieza. (-0.5 a 0.5 grados) 
 
Lado del Corazón del Molde 
 
Fig.1.9 Análisis de Des moldeo con NX Unigraphics (Core) 
 
 
 
 
20 
 
Lado de la Cavidad del Molde 
 
 
Fig.1.10 Análisis de Des moldeo con NX Unigraphics (Cavity) 
 
Con este análisis se entiende que realmente la pieza puede ser 
manufacturable, y no se tendrán condiciones de die lock, lo que provocaría 
una mala condición y/o calidad del componente y una mala depuración en 
la elaboración de la pieza, ya que el molde de este componente tendrá más 
degaste cada vez que se inyecta una pieza y será menor su tiempo de vida 
en la producción, concurriendo en un aumento te tiempo ciclo y costo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
21 
 
CAPÍTULO II 
 ANALISIS DEL COMPONENTE 
2.1 Consideraciones de modelado en elemento finito 
Un componente automotriz además de su diseño, es analizado para saber 
si va a cumplir con su funcionamiento debidoa las cargas o usos a los cuales 
estará sometido, dichos análisis se pueden hacer en pruebas físicas o de 
manera virtual (CAE); para este proyecto únicamente se realizan en análisis 
virtuales. 
Existen una gran variedad de procesadores para el análisis virtual, los 
cuales pueden ser usados para el modelado de la pieza o componente 
llamado pre-procesador ya que es donde se preparan los componentes a 
analizar, la preparación de los componentes requiere conocer 
perfectamente cuál será uso, para saber cuál será la mejor manera de 
aplicarle ciertas fuerzas o casos de carga al cual estará sometido de manera 
real, las piezas o componentes tienen diferentes características como son 
su geometría, así como sus propiedades físicas como por ejemplo material, 
espesor, densidad, etc., con estos datos el Ingeniero de CAE podrá 
introducir los parámetros de entrada al pre-procesador, además de dichas 
propiedades el modelado requiere saber de qué manera serán ensambladas 
las piezas que lo conformaran. 
Para modelar las distintas piezas o componentes existen diferentes guías 
de modelado, cada empresa tiene sus estudios y desarrollos para aumentar 
la confiabilidad del análisis virtual, dichas guías son parte importante de la 
empresa las cuales manejan cierta confidencialidad para uso exclusivo de 
la misma. (Fig. 2.1) 
 
 
 
Fig. 2.1 Encabezado guía de Modelado 
 
22 
 
2.1 Modelado del componente por medio de elemento finito 
Los análisis virtuales se hacen de tal manera que se pueda obtener hasta el 
mínimo esfuerzo de la pieza analizada, es por ello que el ingeniero de CAE 
modela la pieza en forma de malla o discretización que consta de dividir el 
componente en cierta cantidad de elementos para ser analizado. 
Por otra parte, después del diseño del Belt-bracket se requiere realizar los 
análisis correspondientes, el ingeniero de CAE debe conocer perfectamente 
cuál será el uso de esta pieza, el Belt-bracket es un refuerzo y el principal 
componente al que va sujeto es el metal de la puerta, la cual no debe 
degradarse o desplazarse más de lo requerido, en este caso se requiere 
que el Belt-bracket en conjunto con el Bolster no se desplacen más de 5mm 
en dirección cross-car.(Eje Y) 
 
 
 
 
 
 
 
Piezas plásticas 
Metal 
Bolster 
Belt-bracket 
Fig. 2.2 Belt-bracket (color-azul), Bolster (color-rosa), Metal (color-rojo) 
 
23 
 
2.2 Análisis del componente de acuerdo a estándares de calidad 
Este análisis requiere previamente hacer una malla en tetraedros por medio 
de elemento finito de Unigraphics (NX) con el cual se realizará un pre-
análisis del Belt-bracket como un solo componente fijándolo de tal manera 
que simula el ensamble con el objetivo de obtener los valores de Stress así 
como visualizar el comportamiento del mismo. 
 
 
 
 
Fig. 2.3 Belt-bracket modelado en EF en Unigaphics NX 
Fig. 2.4 Condiciones de frontera y Fuerzas en Unigaphics NX 
 
24 
 
Luego de modelar los componentes que interactúan entre sí como lo son 
Belt-bracket, MainCarrier y parte del Bolster se colocaron las sujeciones 
necesarias con sus respectivos grados de libertad en este caso se utilizaron 
los necesarios para que las sujeciones fueran totalmente rígidas, es 
necesario recordar el tipo de carga, para este caso son 120 N en tres puntos 
que se mide 100 mm del poste A del Inner Panel hacia el poste B, el segundo 
punto 100 mm del poste B al poste A y el tercer punto en entre los dos ya 
mencionados, esta fuerza es aplicada en dirección Cross Car es decir 
perpendicular a la dirección del vehículo. 
Una vez realizado el Modelo con sus respectivas sujeciones como se 
muestra en la figura 1.4, el modelo requiere de crear ciertos colectores que 
albergaran tanto propiedades de los materiales así como cada componente 
del análisis, una vez preparado el modelo se hace el análisis, en este punto 
el procesador puede enviarnos ciertas señales de advertencia así como 
errores que pudieran detener el análisis, algunos de los ejemplos de errores 
puede ser el tamaño de elementos, la compartición de nodos, falta de 
propiedades de materiales, etc. 
De acuerdo a los parámetros ya establecidos el post-procesador nos 
muestra de manera virtual el comportamiento de los componentes, así como 
el Stress y su desplazamiento, figura 2.4. 
 
Fig. 2.4 Simulación virtual del análisis by Unigaphics NX 
 
25 
 
Como se ha llevado manejando, los análisis de CAE son demasiado 
confiables siempre y cuando se hayan hecho experimentos o se tenga un 
trabajo global ya estandarizado para modelar, en este caso el análisis 
modelado desde Unigraphics NX fue un pre-análisis del componente solo 
para conocer las áreas más críticas del componente y con ello poder 
robustecer el componente, esta simulación es una retroalimentación que 
hace el Ingeniero CAE hacia el Ingeniero de Diseño, para darle ciertas 
sugerencias del diseño. 
 
 
En la figura 2.5 se puede observar el desplazamiento que se genera 
después de haber aplicado la carga correspondiente la cual muestra el 
stress que se genera en la pieza así como su desplazamiento, esta manera 
virtual es con la cual se puede trabajar en equipo tanto el ingeniero CAE 
como el ingeniero Diseño para poder alcanzar el target requerido. 
Para un análisis de CAE es necesario conocer la funcionalidad del 
componente, el procesador para modelar el componente, esto con el 
objetivo de ingresar de manera óptima los parámetros, además de sus 
condiciones de frontera, grados de libertad de las sujeciones y todo lo que 
conlleva un modelado estandarizado. 
Fig. 2.5 Simulación del análisis en Unigaphics NX 
 
26 
 
Es por ello que se optó por modelar este componente por medio de 
Hypermesh ya que el ingeniero de CAE tiene mayor conocimiento de cómo 
poder correr este análisis, además de que optamos por correr un análisis 
quasi-estático o no lineal, ya que se requiere del desplazamiento total del 
componente. 
 
 
Una vez modelado (Fig.2.6) los componentes se hacen el análisis con los 
parámetros correctos para nuevamente mandar a resolver el análisis al 
procesador. 
 
Fig. 2.6 Modelado por elemento finito en Hypermesh 
Fig. 2.7 Simulación de análisis en Hypermesh 
 
27 
 
CAPITULO III 
CONSIDERACIONES PARA SU MANUFACTURA 
El diseño con plásticos exige una gran experiencia debido a la diversidad de 
materiales, procesos y aplicaciones. Los primeros plásticos se elegían como 
sustitutos de otros materiales con suerte desigual dependiendo de la 
aplicación. Los materiales compuestos de polímeros tienen una mayor 
complejidad que los homopolímeros, pudiendo conseguir cualquier ley de 
comportamiento, según las necesidades de diseño 
En la mayoría de los diseños debe conseguirse un equilibrio entre el 
comportamiento, buena estética, producción eficaz y reducción de costos. 
Para conseguirlo, han de tomarme ciertas consideraciones sobre: 
3.1 EL material, respecto a medidas económicas, impacto ambiental, 
propiedades físicas 
Consideraciones del Material 
Se deben seleccionar materiales que posean las propiedades adecuadas 
para satisfacer las condiciones de diseño, economía y servicio. 
Generalmente, el cliente marca las especificaciones en un documento que 
resume los requisitos a satisfacer por el producto, así como una serie de 
normas. Conviene tener en cuenta al seleccionar un material, que los 
plásticos dependen de la temperatura más que los demás materiales, con lo 
que se debe considerar el material final. 
Consideraciones Ambientales 
Las condiciones físicas, químicas y térmicas del entorno resultan muy 
importantes al diseñar un producto de plástico, por lo que se debe 
considerar: 
1. El intervalo de temperatura práctico menor que 200ºC, se puede dar 
descomposición superficial que hace perder sus propiedades (Temperatura 
de servicio: Temperatura máxima a la que se puede manipular un plástico 
sin que pierda alguna de sus propiedades.).http://meta.wikimedia.org/wiki/v:es:Introducci%C3%B3n_a_los_pol%C3%ADmeros#1._Introducci.C3.B3n_hist.C3.B3rica_de_los_pl.C3.A1sticos
http://es.wikipedia.org/wiki/homopol%C3%ADmeros
http://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1stico#Propiedades_y_caracter.C3.ADsticas
 
28 
 
2. Resistencia al fuego según su aplicación. Una de las características 
típicas de todos los plásticos es su escasa resistencia a las llamas. La 
demanda de materiales de auto-extinción está aumentando continuamente 
debido a la necesidad de ofrecer niveles de seguridad más elevados en los 
ambientes de vida cotidiana y de trabajo y también para la construcción de 
piezas técnicas y mecánicas. 
 
3. La humedad en materiales compuestos puede deteriorar y debilitar la 
unión fibra-matriz. La humedad también puede influir en el curado del 
material. 
 
3.2 El diseño, aspecto y consideraciones 
Consideraciones de Diseño 
Generalmente, el cliente marca las especificaciones del diseño en un 
modelo matemático 3D en el cual marcas las detalles principales de 
componente, con ayuda de las hojas dimensionales es como se basa para 
realizar el componente. 
Consideraciones de Aspecto 
La forma, el diseño y la textura del material pueden hacer que un producto 
sea funcional o no para el cliente. Para muchas aplicaciones es probable 
que el plástico sea el único material en el que se den los rasgos necesarios 
al producto debido al amplio abanico de posibilidades que tienen los 
plásticos. 
 
Para un diseño correcto es necesario de una compenetración entre los 
encargados del molde, los fabricantes, y los que llevan a cabo la producción 
y el tratamiento. Además es necesario una reflexión profunda para 
conseguir la mejor combinación de propiedades. 
 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/index.php%3Ftitle%3DResistencia_al_fuego%26action%3Dedit%26redlink%3D1
http://es.wikipedia.org/wiki/Polimero
http://meta.wikimedia.org/wiki/v:es:Dise%C3%B1o,_C%C3%A1lculo_y_Fabricaci%C3%B3n_de_Piezas_y_Productos_Pl%C3%A1sticos#Consideraciones_de_dise.C3.B1o
 
29 
 
 
Una de las consideraciones a tener en cuenta es el posible alabeo de 
superficies planas debido a las tensiones residuales existentes en la pieza. 
No existen reglas prácticas y sólidas para determinar el espesor de pared 
más práctico de una pieza moldeada, así que lo que se suele hacer es: 
 
1. Añadir nervaduras, grabados, flecos y perlas para aumentar la 
resistencia, así como incidir pequeñas curvaturas en superficies planas 
grandes. 
2. Conseguir un espesor uniforme de pared. 
3. Debe evitarse hacer incisiones en la pieza en la medida de lo posible pues 
suelen aumentar el costo de herramientas. 
 
3.3 La producción, procesos de fabricación, tolerancias, moldes, 
contracción del material… 
Procesos de Fabricación 
El procesado constituye un factor competitivo fundamental. Actualmente 
existen menos limitaciones en el procesado de materiales 
termoendurecibles y termoplásticos. Es posible abaratar costos gracias a la 
capacidad de moldeo, los índices de producción y otras propiedades. 
Diseño del Molde 
El diseño del molde es muy importante para determinar la producción, 
requiere buena conicidad, grosor de pared uniforme, enfriada correcto, 
aceros apropiados, eyección suficiente y soporte del moldeo amplio. 
 
 
 
 
 
 
http://meta.wikimedia.org/wiki/v:es:Dise%C3%B1o,_C%C3%A1lculo_y_Fabricaci%C3%B3n_de_Piezas_y_Productos_Pl%C3%A1sticos#Procesos_de_fabricaci.C3.B3n
http://meta.wikimedia.org/wiki/v:es:Dise%C3%B1o,_C%C3%A1lculo_y_Fabricaci%C3%B3n_de_Piezas_y_Productos_Pl%C3%A1sticos#Tolerancias
 
30 
 
Las partes fundamentales del molde son: 
 
Fig. 3.1 Partes del Molde de Inyección 
 
 
Fig.3.2 Molde de Inyección de Plástico 
 
31 
 
Características Principales de un Molde 
 
Fig.3.3 Características de un Molde de Inyección 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
 
RESULTADOS 
De acuerdo con el diseño del Belt-bracket pudimos constatar que existen 
diversas configuraciones las cuales pueden apoyar en la rigidez y 
desempeño de este componente, ya que algunas veces no se considera el 
estudio de estructuras, es por ello que de acuerdo al tipo de vehículo que se 
esté elaborando se debe hacer el análisis lógico de cómo podría fallar este 
componente. 
De primera instancia el componente creado mostro cierta funcionalidad pero 
excediendo los límites permisibles, es por ello que se optó por rediseñar la 
pieza al agregar Ribs y Boxes posicionadas de tal manera que no afectaran 
el empaquetamiento así como la masa. 
Se modelaron virtualmente distintas configuraciones las cuales se hicieron 
iteraciones por elemento finito haciendo de ello una matriz de cuál sería la 
configuración más óptima para este tipo de modelo. 
De acuerdo con una matriz de Design For Six Sigma se deben de considerar 
los factores de control de los cuales se tiene un control, además de los 
factores de ruido los cuales están fuera de nuestras manos y no se pueden 
controlar como cambios de geometría durante la manufactura así como el 
espesor. 
Es por ello que de acuerdo con la siguiente tabla pudimos observar el mejor 
resultado para poder optar cual sería la mejor configuración para el Belt-
bracket de este modelo de vehículo. 
Requerimiento Desplazamiento < 5 mm 
Conceptos Alternativos Desplazamiento (mm) 
Boxes 5.3 
Ribs 5.5 
Boxes & Ribs 4.7 
 
 
33 
 
CONCLUSIONES 
Al finalizar la presente investigación, considerando los resultados que se 
obtuvieron a través del diseño, análisis y estudio de manufactura se 
concluye que pueden existir diversas configuraciones para que un 
componente cumpla con los límites permisibles. 
Actualmente en cada marca automotriz ha creado un sistema estandarizado 
de validación para sus componentes, basada en la voz del cliente, dándole 
énfasis en la competencia por obtener el mejor producto funcional, así como 
la calidad del mismo. 
En esta época se han desarrollado innumerables estándares para poder 
crear ciertos componentes de acuerdo a su funcionalidad, estos cambios en 
la demanda del cliente ha generado una transformación muy importante en 
el desarrollo de los vehículos, convirtiendo el diseño y la construcción en un 
recurso estratégico para obtener una participación en el mercado ser el 
productor de la mejor calidad o ser el productor que ofrece los vehículos más 
eficientes y así incrementar la productividad de la empresa. 
Debido al avance tecnológico, al aumento de competencia entre empresas 
y a la constante mejora que debe presentar una empresa para lograr 
subsistir en un mundo completamente globalizado, nos obliga a explotar al 
máximo las ventajas que nos proporcionan las nuevas tecnologías y a 
fomentar el uso de las mismas, para poder competir en el mercado mundial 
el cual se encuentra en constante cambio. 
El crear distintos documentos con las mejores técnicas para el diseño resulta 
ser la garantía de que el producto que se diseña cumplirá con su periodo de 
vida útil sin ningún problema, además de que si el diseño esta creado de la 
mejor manera al hacer un modelado y un análisis virtual podríamos predecir 
su ciclo de vida así como una posible causa de un mal producto, es por ello 
que día con día se invierte en tecnología para poder garantizar la vida útil 
de un vehículo y con ello el ahorro de múltiples cantidades económicas para 
una empresa dejando a un lado pruebas físicas. 
Las distintas configuraciones se deben a que cada componente debe 
adecuarse al empaquetamiento y a las distintas formas de cada componente 
 
34 
 
ya que cada proyecto (vehículo) es diferente modelo y es por ello que lo más 
importante es el conocimiento extenso de estructuras, y las mejores técnicas 
para obtener un óptimo resultado. 
Al agregar ciertos Ribs, boxes incremento de espesor, posiciones de 
fijación, estamos seguros que al posicionarlos de manera correcta sabiendo 
la estructura y la funcionalidad el componente puede cumplir con el 
requerimiento. 
Este proyectonos dio como retroalimentación la manera de jugar con las 
distintas configuraciones pero nunca olvidando la estructura así como su 
uso, nos permitió conocer las técnicas más importantes en el diseño, así 
como la mejor manera de modelar por elemento finito para el desarrollo de 
un análisis virtual. 
Y además de conocer los resultados por estos análisis virtuales nos permite 
conocer o jugar con distintos materiales para poder predecir cual nos puede 
dar la misma funcionalidad sin perder calidad pero disminuyendo masa así 
como costo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
35 
 
BIBLIOGRAFÍA 
 
 NX COUNCIL, GM MEXICO INGENIERIA DEL PRODUCTO. 
 
 ALTAIRHYPERWORKS/HW 12 
 
 http://www.altairproductdesign.com/Page.aspx?category=What-We-
Do&item=Product-Development 
 
 MANUFACTURA DE COMPONENTES DE PLASTICO, UAEM 
CAMPUS TIANQUISTENCO 
 
 http://www.petsinc.net/ 
 
 http://www.acuityinstitute.com/design-for-six-
sigma.html?gclid=CIT9lp7Li70CFYtDMgodHWYAKg 
 
 METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION 
 
 http://www.unacar.mx/contenido/gaceta/ediciones/metodologia_inves
tigacion.pdf 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://www.altairproductdesign.com/Page.aspx?category=What-We-Do&item=Product-Development
http://www.altairproductdesign.com/Page.aspx?category=What-We-Do&item=Product-Development
http://www.petsinc.net/
http://www.acuityinstitute.com/design-for-six-sigma.html?gclid=CIT9lp7Li70CFYtDMgodHWYAKg
http://www.acuityinstitute.com/design-for-six-sigma.html?gclid=CIT9lp7Li70CFYtDMgodHWYAKg
http://www.unacar.mx/contenido/gaceta/ediciones/metodologia_investigacion.pdf
http://www.unacar.mx/contenido/gaceta/ediciones/metodologia_investigacion.pdf