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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 FIGUEROACODIRECTOR: ING. FERNANDO OLMEDO
Sangolquí, 13 de Diciembre de 2012
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
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 IngenieríaMecánica 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.
CONTENIDO:
Resumen del proyectoDescripción general del proyectoMarco teóricoSelección de alternativas
Proceso mecánico y técnico de la matrizDiseñoConstrucciónPruebas y calibraciónEvaluación económica y financieraConclusiones y recomendaciones
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.
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.
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.
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.
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
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:
Guías de apertura y cierre de molde
Molde cerrado con guías de apertura y cierre seleccionadas
Molde abierto con guías de apertura y cierre seleccionadas
Guías para centrado de placas
Diseño de sistema de refrigeración de placa principal posterior
Esquema de sistema de refrigeración para machos.
Esquema de canales para sistema de refrigeración seleccionado para matriz de cavidades
CAPITULO 4
PROCESO MECANICO Y TECNICO DE LA MATRIZ
DETERMINACION DE ORIENTACION DE ELEMENTOS
Cavidades orientadas horizontalmente
SECCIONES DE PAREDEspesores del Adaptador indicados por la empresa auspiciante
Detalles de estrías de espesores de pieza indicados por la empresa auspiciante
Recorrido de camino de flujo de material.
RADIOS
CONICIDAD
En el siguiente diagrama podemos observar la selección del mejor ángulo:
Diagrama de orientación del hexagonal de cada adaptador.
RESALTANTES Y REFUERZOS
Adaptador con refuerzo para hexágono y sin refuerzo.
Adaptador con rosca recta y con rosca cónica.
Angulo de rosca para evitar esfuerzos altos en la misma
SISTEMA DE ALIMENTACIONEn 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
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
Ensamblaje de bebedero, bocín para ajuste en maquina, placa principal delantera y matriz de cavidades.
CANALES DE ALIMENTACIÓN.
Cálculo de diámetro de canal
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.
Para el cálculo del tamaño utilizaremos la siguiente ecuación:
Con esto garantizamos que la selección esta dentro de los parámetros que se han establecido
RESPIRADEROS
Ensamblaje de placas posteriores, bocines, machos y matriz de cavidades
CAVIDADES
DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE CAVIDADES
SUPERFICIE MINIMA DE CIERRE Y DE APOYO DEL MOLDE
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.
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.
SISTEMA EXTRACTOR O EXPULSOR
SISTEMA DE CENTRADO Y GUIAS DEL MOLDE
CENTRADO DE BEBEDERO EN BOQUILLA DE MAQUINA.
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.
Esquema de espiga para centrado de molde
Esquema del manguito para centrado de molde.
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.
Esquema de ubicación de agujeros para espigas de sistema de expulsión
Esquema de las guías de apertura y cierre.
Esquema de carros de movimiento de matrices de cavidades.
Esquema de montaje de carros de movimiento axial.
CAPITULO 5DISEÑO
Tabla 8.1 Costos de materia prima directa para construcción de la matriz
No. Material Especificación KG. Piezas Costo
Unitario COSTO TOTAL
1 Platinas 60.00 X 300.00 mm 4,2 2 $ 8,00
67,20
2 Platinas 50.00 X 300.00 mm 4,2 1 $ 9,00
37,80
3 Acero Redondo
45.80 X 53.00 mm 0,8 1 $ 8,00
6,40
4 Acero Redondo
35.80 X 80.00 mm 2,7 1 $ 8,00
21,60
5 Acero Redondo
45.80 X 40.00 mm 2,3 4 $ 8,00
73,60
6 Acero Redondo
126.50 X 24.00 mm 2,5 4 $ 10,90
109,00
7 Acero Redondo
45.80 X 37.00 mm 2,1 4 $ 8,00
67,20
8 Lamina 105.00 X 70.00 mm 22,8 4 $ 8,00
729,60
9 Acero Redondo
35.80 X 168.00 mm 1,5 2 $ 8,00
24,00
10 Acero Redondo
25.50 X 163.00 mm 1,3 1 $ 10,00
13,00
11 Acero Redondo
86.00 X 163.00 mm 30,5 2 $ 9,00
549,00
12 Acero Redondo
45.80 X 153.00 mm 8,3 4 $ 8,00
265,60
13 Acero Redondo
25.50 X 36.00 mm 0,7 4 $ 10,00
28,00
14 Lamina 170.0 X1 000.00 mm
1 4 $ 8,00
32,00
SUMAN USD. 2.024,00
INCLUIDO IMPUESTOS USD. 2.266,88
No. Operario Mensual Meses COSTO TOTAL
1 Tornero $ 850,00 1
850,00
2 Operario $ 292,00 1
292,00
SUMAN USD. 1.142,00
CON BENEFICIOS USD. 1.187,68
Tabla 8.2 Costos de mano de obra directa
Tabla 8.3 Costos indirectos de fabricación
No. Materiales Proveedor Hora /
Cantidad Valor
Unitario COSTO TOTAL
2 Lijas Kywi 5 0,15
0,75
3 Pernos Solo Pernos
30 0,55
16,50
4 Franelas Kywi 2 0,50
1,00
5 Guantes Kywi 4 0,89
3,56
6 Gafas Protectoras Solequip 2 3,80
7,60
7 Tapones Auditivos Solequip 4 1,80
7,20
8 Arandelas Kywi 4 0,25
1,00
9 Alquiler Torno Maquinaria 70 28,00
1.960,00
10 Alquiler Fresa Maquinaria 20 25,00
500,00
11 Alquiler Electro Erosionadora
Maquinaria 15 21,00
315,00
SUMAN USD. 2.825,11
No. TOTAL INVERSIÓN 1 Materia Prima Directa 2.024,00 2 Mano de Obra Directa 1.142,00 3 Costos Indirectos de Fabricacion 2.825,11
TOTAL USD 5.991,11
Tabla 8.4 Total costos de fabricación
Tabla 8.5 Costos de materia prima directa para producción de adaptadores
Materia Prima Directa Sin Inversión Con Inversión
No. Componente Proveedor CantidadCosto
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. 168,30 SUMAN USD. 183,60
Tabla 8.6 Costos de mano de obra directa
Mano de Obra Directa Sin 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 $ 410,80
Fuente: Oscar Loayza, 2012
Tabla 8.7 Costos indirectos de fabricación
Costos Indirectos de Fabricación Sin Inversión Con Inversión
No. ComponenteValor
UnitarioProveedor
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. 228,51 266,55
Tabla 8.8 Costo total de producción
Sin Inversión Con Inversión
TOTAL COSTOS 836,81 860,95
Porcentaje Imprevistos 10% 5%
Unidades producidas 22.000,00 24.000,00
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%
Tabla 8.10 Presupuesto de ventas de adaptadores.
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
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%
Tabla 8.12 Presupuesto de gastos de operación sin inversión
1° Año 2° Año 3° Año 4° Año
Gasto de Ventas 5.930,04 6.345,17 6.789,32 7.264,57
- Sueldos
3.000,00 3.210,00
3.434,70
3.675,13
- Comisión Ventas
1.478,40 1.581,92
1.692,64
1.811,12
- Beneficios de Ley
1.007,64 1.078,17
1.153,65
1.234,40
- Mantenimiento Vehículo
120,00 128,40
137,39
147,01
- Transporte
180,00 192,60
206,08
220,51
- Hospedaje 144,00 154,08 164,87 176,41
Gasto de Administración 6.384,00 6.830,88 7.309,04 6.850,62
- Sueldos 3.840,00 4.108,80 4.396,42 4.704,17
- Beneficios de Ley 1.344,00 1.438,08 1.538,75 1.646,46
- Gastos Generales
1.200,00 1.284,00 1.373,88 500,00
= T O T A L 12.314,04
13.176,05 14.098,36 14.115,19
Fuente: Oscar Loayza, 2012
Tabla 8.13 Presupuesto de gastos de operación con inversión
1° Año 2° Año 3° Año 4° Año
Gasto de Ventas
6.165,24
6.713,72
7.316,94
7.981,09
- Sueldos
3.000,00
3.210,00
3.434,70
3.675,13
- Comisión Ventas *
1.670,40
1.904,24
2.170,80
2.474,72
- Beneficios de Ley *
1.050,84
1.124,40
1.203,11
1.287,32
- Mantenimiento Vehículo
120,00 128,40
137,39
147,01
- Transporte
180,00 192,60
206,08
220,51
- Hospedaje
144,00 154,08
164,87
176,41
Gasto de Administración 6.384,00 6.830,88 7.309,04 6.850,62
- Sueldos
3.840,00
4.108,80 4.396,42 4.704,17
- Beneficios de Ley
1.344,00
1.438,08 1.538,75 1.646,46
- Gastos Generales
1.200,00 1.284,00 1.373,88 500,00
= T O T A L 12.549,24
13.544,60 14.625,98 14.831,72
Tabla 8.14 Flujo de Caja - sin inversión
Año 0 1° Año 2° Año 3° Año 4° Año
+ Ventas
18.480,00
19.774,00
21.158,00
22.639,00
+ Ventas otros productos
14.000,00
14.980,00
16.028,60
17.150,60
- Costo de Ventas
(11.045,84)
(11.819,00)
(12.646,00)
(13.531,00)
- Compras Inventarios
(9.100,00)
(9.737,00)
(10.418,59)
(11.147,89)
= Utilidad Bruta en Ventas
12.334,16
13.198,00
14.122,01
15.110,71
- Gasto de Ventas
(5.930,04)
(6.345,17)
(6.789,32)
(7.264,57)
- Gasto de Administración
(6.384,00)
(6.830,88)
(7.309,04)
(6.850,62)
= Utilidad Operacional
20,12
21,95
23,65
995,52
- Inversión (5.991,11)
-
-
-
-
+ Depreciación Producción
20,83
20,83
20,83
20,83
+ Depreciación Equipo Oficina
266,64
266,64
266,64
= FLUJO DE CAJA
(5.991,11) 307,59 309,42 311,12 1.016,35
Tabla 8.15 Flujo de Caja – con inversión
Año 0 1° Año 2° Año 3° Año 4° Año
+ Ventas
20.880,00
23.803,00
27.135,00
30.934,00
+ Ventas otros productos
14.000,00
14.980,00
16.028,60
17.150,60
- Costo de Ventas
(10.848,00)
(12.367,00)
(14.098,00)
(16.072,00)
- Compras Inventarios
(9.100,00)
(9.737,00)
(10.418,59)
(11.147,89)
= Utilidad Bruta en Ventas
14.932,00
16.679,00
18.647,01
20.864,71
- Gasto de Ventas
(6.165,24)
(6.713,72)
(7.316,94)
(7.981,09)
- Gasto de Administración
(6.384,00)
(6.830,88)
(7.309,04)
(6.850,62)
= Utilidad Operacional
2.382,76
3.134,40
4.021,03
6.033,00
- Inversión (5.991,11)
-
-
-
-
+ Depreciación Producción
20,83
20,83
20,83
20,83
+ Depreciación Equipo Oficina
266,64
266,64
266,64
= FLUJO DE CAJA
(5.991,11) 2.670,24 3.421,87 4.308,50 6.053,83
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
Tabla 8.18 Evaluación Financiera de la inversiónTasa de Descuento 10,00%
AÑO Flujo Caja
VAN Sumatoria
Flujo Futuro
0 -5.991,11 =
-5.991,1
1 2.670,24 =
2.427,5 2.670,24
2 3.421,87 =
2.828,0 6.092,11
3 4.308,50 =
3.237,0 10.400,61
4 6.053,83 =
4.134,8 16.454,44
VAN 6.636,26
Sumatoria
Flujos Desc.
12.627,4
TIR = 47,64%
R B/C = 1,11
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
