miércoles, 8 de agosto de 2012

Fuerza de cierre (clamping force)

Para verificar si la fuerza de cierre de la máquina a seleccionar para el proceso de inyección de una pieza plástica será suficiente, deberá considerarse la superficie proyectada de la pieza sobre el plano paralelo a la superficie de las placas por la presión de inyección en la cavidad, necesaria para inyectar tal pieza. Es recomendable que la fuerza de cierre máxima de la máquina a seleccionar, sea aproximadamente un 20% superior a la necesaria para la inyección de la pieza en cuestión.

El método rápido, es multiplicar la superficie proyectada de la cavidad (en cm2 o in2, según la columna que se use de la tabla), por la presión en la cavidad, que es diferente según la resina, según se muestra en la siguiente tabla, donde se consideran también la influencia de paredes delgadas y flujos largos de resina desde el punto de inyección hasta el punto más alejado.

Resina
tonnes/in2
ton/cm2
PS (GPPS)
1.0 - 2.0
0.155 - 0.31
PS (GPPS) (paredes delgadas)
3.0 - 4.0
0.465 - 0.62
HIPS
1.0 - 2.0
0.155 - 0.31
HIPS (paredes delgadas)
2.5 - 3.5
0.388 - 0.543
ABS
2.5 - 4.0
0.388 - 0.62
AS (SAN)
2.5 - 3.0
0.388 - 0.465
AS (SAN) (flujos largos)
3.0 - 4.0
0.465 - 0.62
LDPE
1.0 - 2.0
0.155 - 0.31
HDPE
1.5 - 2.5
0.233 - 0.388
HDPE (flujos largos)
2.5 - 3.5
0.388 - 0.543
PP (Homo/Copolímero)
1.5 - 2.5
0.233 - 0.388
PP (H/Co) (flujos largos)
2.5 - 3.5
0.388 - 0.543
PPVC (blando)
1.5 - 2.5
0.233 - 0.388
UPVC (rígido)
2.0 - 3.0
0.31 - 0.465
PA6, PA66
4.0 - 5.0
0.62 - 0.775
PMMA
2.0 - 4.0
0.31 - 0.62
PC
3.0 - 5.0
0.465 - 0.775
POM (Homo/Copolímero)
3.0 - 5.0
0.465 - 0.775
PET (Amorfo)
2.0 - 2.5
0.31 - 0.388
PET (Cristalino)
4.0 - 6.0
0.62 - 0.93
PBT
3.0 - 4.0
0.465 - 0.62
CA
1.0 - 2.0
0.155 - 0.31
PPO-M (no reforzado)
2.0 - 3.0
0.31 - 0.465
PPO-M (reforzado)
4.0 - 5.0
0.62 - 0.775
PPS
2.0 - 3.0
0.31 - 0.465
Los datos de la tabla son valores promedio, que surgen de la práctica

Si se desea calcular la fuerza de cierre necesaria con más exactitud, se deberá considerar con mayor precisión, la influencia del espesor de la pieza inyectada (se considerará el menor espesor en todo el recorrido de la resina) y el largo del flujo de la resina desde el punto de inyección hasta el punto más lejano. Se tomará en consideración la relación largo de flujo/espesor de pared. También es recomendable utilizar un factor de corrección por la viscosidad.
En la figura se esquematiza el flujo de la resina en la pieza, para visualizar lo que denominamos el Largo del Flujo.
En las curvas siguientes se puede obtener para cada curva largo de flujo/espesor de pared, entrando con el espesor en el eje de las abscisas, la presión en la cavidad en el eje de las ordenadas.

La presión en la cavidad esta expresada en bar (1 bar = 1,02 Kg/cm2).
Por lo tanto, la presión obtenida en el eje de las ordenadas habrá que multiplicarla por 1,02 para obtener la presión en Kg/cm2.
Finalmente, en la tabla siguiente, se obtiene el factor de corrección, teniendo en cuenta la viscosidad de la resina.
RESINA
FACTOR POR VISCOSIDAD
GPPS (PS)
1
PP
1 – 1.2
PE
1 – 1.3
PA6 o PA66, POM
1.2 – 1.4
Celulósicos
1.3 – 1.5
ABS, ASA, SAN
1.3 – 1.5
PMMA
1.5 – 1.7
PC, PES, PSU
1.7 – 2.0
PVC
2

Luego aplicando la fórmula siguiente, se obtendrá la fuerza de cierre necesaria, que deberá tener la inyectora, expresada en Kg.

Fc = Ap . Pi

Dónde:
Fc: Fuerza de cierre
Ap: área proyectada
Pi: presión de inyección

Ejemplo práctico
Para la siguiente pieza dada (material ABS)


1.- Cálculo de área proyectada
Área de la pieza

(Largo x ancho x cant. de cavidades) - (área del agujero x cantidad)
       (80 mm x 40 mm x 2 )                    -      (3,14 x (10 mm)2 x 2 )

+ Área de la colada
(Largo x diámetro)
40 mm x 5 mm

Ap = 5972 mm2 = 59,72 cm2

2.- Cálculo recorrido de flujo

     Colada + pieza
(60 + 20) + (raiz cuadrada de 402 +402 )

Recorrido de flujo = 136,57mm

3.- Cálculo de la relación de flujo y determinación de la presión de la cavidad
Rf = Recorrido de flujo / Espesor de pared
Rf = 136,57 mm / 0,8 mm = 170,71
Es decir, relación de flujo = 170:1
Con la relación de flujo (170:1) y el espesor de pared (0,8mm), del gráfico se deduce que la presión de la cavidad es 460bar = 469,2Kg/cm2


4.- Cálculo de la presión de inyección
Pi = Presión de la cavidad x factor de corrección

Pi = 469,2Kg/cm2       x      1,4 (ABS)
Pi = 656,88Kg/cm2

5.- Cálculo de la fuerza de cierre

Fc = Área proyectada x Presión de inyección
Fc = 59.72 cm2 x 656,88Kg/cm2

Fc = 39228Kg

Por lo que la máquina de inyección deberá tener una fuerza de cierre mínima de 40Tn para poder inyectar la pieza. Considerando un 20% más nos dará alrededor de 50Tn.
Los cálculos del área proyectada pueden ser un tanto más complejos dependiendo de la forma de la pieza a inyectar.
Otros factores a tener en cuenta a la hora de la selección de la inyectora adecuada para la pieza a producir será la capacidad de inyección y de plastificación, para conocer si la unidad de inyección puede llenar la cavidad del molde con el material plastificado. Estos datos son suministrados por el fabricante de inyectoras.
Además se deberá tener en cuenta el tamaño del molde respecto de la placa; un molde demasiado pequeño puede provocar que la placa se deforme o incluso se rompa en un caso extremo. Un molde relativamente chico para la máquina en cuestión puede provocar también que el molde no cierre bien, precisamente por la deformación de la placa generándose rebabas en las piezas.

26 comentarios:

  1. Mira me sirvio mucho este documento pero tengo una pregunta, pa pieza que yo quiero inyectar el espesor minimo es de 18mm y no aparece en los graficos de relacion entre largo del flujo y espesor de pared, donde puedo conseguir esos graficos, para poder calucular la presion de cavidad, a por cierto, no se si tenga un error en la formula del calculo del area proyectada porque el resultado que yo optengo 314mm2 menos que el que tu obtienes, de 6286mm2? segun yo en donde dice (3.14x(10mm)^2x2) falto precisamente multiplicarlo por 2,

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  2. Hola Alvaro. En general el gráfico es utilizado para espesores muy finos. Si observas las curvas del gráfico a mayor espesor estas tienden a ser paralelas al eje.
    En cuanto al cálculo, efectivamente se multiplica por 2. Gracias. Me alegra que te haya servido. Saludos

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  3. Tengoo una duda sobre como determinar el recorrido del flujo, en mi caso estoy trabajando con un molde simetrico, como el del ejemple, pero con dos cavidades en cada lado del plano de simetría, mi consulta es si el recorrido del flujo se considera solo como la máxima distancia que recorre el fluido desde la entrada hasta el punto mas lejano o hay si hay que considerar el corrido para llenar cada cavidad y sumarlas, espero que entiendas mi pregunta y me puedas ayudar

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    1. Hola Felipe. Únicamente debes tener en cuenta el máximo recorrido de flujo. No lo debes sumar para cada cavidad.
      Saludos

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  4. Felicidades por el aporte.

    Tengo una duda. No entiendo que en el recorrido de flujo haya que contar la distancia entre la boquilla de máquina y el canal distribuidor. Para mi en el ejemplo sobraría contabilizar los 60 mm. verticales. Entiendo que uno cosa es la presión que la máquina requiere y otra la que le llega al area proyectada que es en realidad la que cuenta a la hora de calcular la fuerza de cierre.

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    1. Hola. Gracias. El recorrido de flujo cuenta desde la boquilla puesto que forma parte del recorrido que realiza el material y tendrá influencia en la presión de inyección.
      Saludos

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  5. Hola, queria preguntar como determino la longitud de colada, si aun no he determinado la inyectora necesaria, hay algun valor de referencia o standard?
    Saludos y gracias, Marcelo

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    1. Hola Marcelo. Primero se debería diseñar el molde y luego en función de ello se determina la máquina a utilizar. Las coladas más comunes son la redonda y la trapezoidal y van de 3 a 6 mm de diámetro. Deben lograr el mínimo recorrido del material y lograr un flujo con una mínima pérdida de presión y calor. No hay un largo estándar, dependerá de la pieza (tamaño, geometría, punto de inyección, etc.).
      Saludos

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  6. Excelente información. Me surge una duda acerca de cómo saber cuándo una inyectora es demasiado grande para un molde.

    En cuanto a la fuerza de cierre, ¿hay algún % de fuerza que no deba exceder la inyectora respecto a la fuerza que necesita el molde?

    Y en cuanto al tamaño, ¿existe alguna factor de relación máximo aconsejable entre molde y plato de máquina? Me imagino que variará en función del tipo de cierre y del punto de aplicación de la fuerza en el plato.

    Muchas gracias.

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    1. Hola Albertv. Gracias. Es recomendable que un molde no ocupe un espacio menor que el 60% de la superficie entre columnas, puesto que existe el riesgo de provocar deformaciones e incluso rotura de las placas. Es conveniente que exista una pequeña luz entre molde y columna de unos 3 o 4 cm, para evitar golpear las columnas durante la carga del molde.
      Se debe utilizar la mínima fuerza requerida para el correcto cierre del molde, suficiente para evitar la formación de rebaba. Una fuerza de cierre superior a la necesaria puede provocar deformaciones en el molde a corto o largo plazo, dependiendo de cuan excedido esté este parámetro. También puede provocar reducciones en las salidas de gases.
      Saludos

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  7. Te hago una consulta Mariano. ¿Se considera que la presión de inyección es homogenea en toda la superficie del molde? Ya que considero que si el plástico ya se encuentra frio en alguna parte de la superficie, no va a ejercer presión en ese lugar puntal.

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    1. Hola Sebastián. Sí, se considera una presión homogénea. Tal como bien dices, hay factores que no son tenidos en cuenta para el cálculo a fines prácticos. Es un cálculo aproximado. Pero te da una idea de la prensa necesaria para el molde a inyectar.
      Saludos

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  8. Hola Mariano.
    Después de leer este articulo me surgen algunas dudas y necesidades.
    En este articulo demuestras cómo calcular la fuerza de cierre en función del área proyectada y la presión de la cavidad. Me pregunto si existe algún método para determinar la presión de inyección (presión del sistema hidráulico o servo dependiendo del caso) y de esta forma poder tener una base a la hora de cuadrar una máquina de inyección y no ir a la siega con esta variable.
    Por otro lado que porcentaje de la presión de inyección es recomendable para el sostenimiento, ¿el sostenimiento es lineal, ascendente o descendente?.
    Gracias por el articulo y tú oportuna respuesta.

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    1. Hola Christopher. Para el cálculo de la presión de inyección se multiplica la presión de la cavidad por el factor de corrección dependiendo del tipo de resina (punto 4).
      En general, se suele utilizar, presiones de mantenimiento de un 50-70% de la presión de inyección para materiales amorfos y de un 70-100% para materiales semicristalinos.
      Saludos

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    2. Gracias Mariano, me acabo de dar cuenta que no saque un factor entre presión de inyección y presión hidráulica de inyección, con este valor me queda más claro el tema.

      Muchas gracias.

      Pdd: Déjame felicitarte por tu blog, has hecho un muy buen trabajo recopilando información técnica de calidad más el aporte de tu conocimiento personal.

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    3. De nada. Y gracias por tus palabras.
      Saludos cordiales

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  9. Saludos Mario : Yo recivi UN curso de RGJ de moldeo el cual es muy recomendable,y ahi no se abla de usar el 50/70 en amorfos y 70/100 en semi_cristalinos,pero en mi actual trabajo me doy cuenta q es correcto lo del 70/100 de psi en el hold press

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  10. Hola, muy buen blog! gracias por compartir tanta información. Mi consulta es: tengo una relación de flujo de plástico que me da 550:1, y en el gráfico no me figura, el espesor es 0.5 mm, el largo de flujo es 275 mm y el material es PP, poseo una maquina de 120 TN y quería saber si puedo hacerlo, las cavidades son 4 y el área proyectada por cada cavidad es de 4.94 cm2. Gracias!!!

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    1. Hola Gustavo. Me alegro que te haya gustado el blog. Utiliza la primera tabla. Pero igualmente, me parece excesiva la relación de flujo que comentas. Para el caso del polipropileno, es recomendable no superar los 330.
      Saludos

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  11. HOLA SALUDOS, ALGUIEN SABE EN BASE A QUE PARÁMETROS SE DETERMINA EL DIAMETRO DE PARISON PARA EL PROCESO DE SOPLADO ??

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    1. Hola Isaid. Dependerá en gran medida de la geometría del producto como ser el diámetro de la boca, vértices más o menos acusados, manijas o asas y forma general del envase que se desea obtener considerando la capacidad del material de alcanzar las paredes del molde al ser soplada la manga. Esto se puede conocer por estudios mediante software o experiencias previas en el proceso de soplado. Si la geometría del producto lo permite, se puede tomar como parámetro la boca del envase (sistema de manga adentro), en donde sólo habrá flash en la base del envase.
      Saludos

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  12. hola mariano. podrias hacerme el favor mandarme alguna informacion mas detallada a mi correo nyc_73@hotmail.com para el calculo de maquinas sopladoras porfa es para que acabe de diseñar mi maquina de soplado para poder defender mi proyecto de grado de la universidad . gracias

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    1. Hola Isaid. Puedes fijarte en el siguiente enlace…
      http://blowmoulding.blogspot.com.ar/2009/09/clamping-force-tonnage.html
      Saludos

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    2. mariano, disculpa el molde que quiero fabricar aluminio de dos piezas, ya que requiero una pieza muy pequeña, me gustaría saber la distancia mínima que debo canalizar para tener menos perdidas de material, la pieza mide 25 mm de largo 8 mm el lado mas ancho.

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    3. Hola Jonas. En general, el camino que realiza el material hasta el molde debe ser lo más corto posible para, entre otras cosas, minimizar las pérdidas de presión y calor. Pero en el caso de piezas pequeñas, entran en juego otros factores como la capacidad de dosificación de la máquina inyectora. Las limitaciones en el sistema de dosificación de las máquinas de inyección convencionales son considerables cuando se desarrollan piezas plásticas miniaturizadas con peso de sólo unas pocas centésimas de gramo. Es por ello, si no se cuenta con una inyectora especializada para microinyección, en muchos casos, se incrementa el volumen inyectado para permitir una producción fiable utilizando un sistema de colada sobredimensionado en relación a la pieza.
      Saludos

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