01cálculo de La Fuerza de Cierre Necesaria PDF
September 23, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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CÁLCULO DE LA FUERZA DE CIERRE NECESARIA PARA LA FABRICACIÓN DE UNA PIEZA
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CÁLCULO DE LA FUERZA FUERZA DE CIERRE NECESARIA PARA LA FABRICACIÓN DE UNA PIEZA
FUERZA DE CIERRE En el proceso de inyección uno de los datos fundamentales para transformar correctamente una pieza es la fuerza de cierre, que se define como la fuerza que debe aportar la máquina de inyectar para mantener el molde cerrado durante la fase de inyección del material. La fuerza de cierre necesaria depende de la superficie proyectada de la pieza en el plano frontal del molde (perpendicular al eje de desmoldeo) y de la presión real generada en la cavidad
Fc = superficie proyectada x presión interior molde
CÁLCULO DE LA FUERZA DE CIERRE Se define la forma teórica de determinar la fuerza de cierre necesaria en función del material utilizado y aspectos del diseño de la pieza. Para establecer la fuerza de cierre necesaria debe partirse del tipo de mate rial a utilizar y de parámetros geométricos de la pieza que determinan la presión dentro del molde. Conociendo la presión del material dentro del molde y el área de la superficie proyectada puede establecerse la fuerza de cierre necesaria. La distribución de presión dentro del molde no es uniforme y no se establece la máxima presión hasta que la velocidad del material dentro del mismo tiene valor cero. Por contra, mientras se produce el llenado del molde, comienza el proceso de enfriamiento y el material no se comporta hidraúlicamente con la viscosidad del fundido, sino que empieza la transformación a sólido transmitiendo fuerzas para equilibrar presiones. La conclusión es que los cálculos que se realizan son de máximas fuerzas de cierre pero que una correcta transformación puede disminuirlas. Los parámetros de cálculo utilizados son
Ep: espesor de pared medio (mm) Rf: longitud del recorrido de flujo (mm) Sp: superficie proyectada de la pieza (cm2) Fc: fuerza de cierre necesaria (KN) Pi: presión interior molde (bar) Ff: factor de fluidez del material
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Se define como Recorrido de flujo, en el caso de moldes de colada directa, a la máxima distancia recorrid recorrida a por el flujo de material medida desde el punto punto de inyección hasta el extremo más alejado de la pieza. En el caso de moldes con colada múltiple deberá tenerse en cuenta un incremento de presión en función de la relación longitud I diámetro I ramificación de la colada. El espesor de pared de las piezas moldeadas por inyección no puede ser de una delgadez cualquiera. El espesor mínimo de pared depende, entre otros factores, de la fluidez de la masa fundida, así como de la correspondiente longitud del recorrido de flujo y de los parámetros de transformación. Es importante para el transformador saber que recorridos de flujo pueden alcanzarse con determinados espesores de pared. La velocidad de inyección y la temperatura de la masa son de particular impo rtancia para la longitud del recorrido de flujo. A medida que aumenta la velocidad de inyección, también aumenta la longitud de flujo, ya que se incrementa la velocidad de cizallamiento en la boquilla y se reduce la viscosidad de la masa fundida. Además, la corriente de masa disfruta de una mayor sección transversal transver sal de flujo, ya que las capas marginales solidificadas no son tan gruesas. Por el contrario, las elevadas temperaturas del molde sólo aportan pequeñas mejoras.
Influencia de la presión de inyección y la temperatura del molde sobre la longitud de una espiral de ensayo de Resina Acetá lica.
Influencia de la temperatura de la masa y la presión de inyección (a diferentes velocidades), sobre la longitud de una espiral de ensayo de Resina Acetálica.
- líneas continuas = 50% de la velocidad máxima del pistón. - líneas líneas dis continua continuass = velocidad máxima del pistón.
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En piezas con muchas escalas, desviaciones en el flujo de la masa, así como materiales de baja fluidez, deben aumentarse las presiones interiores del molde que resulten de las relaciones dimensionales. En estos casos (la inmensa mayoría), deben multiplicarse las presiones teóricas obtenidas en los diagra mas correspondientes, por el Factor de fluidez del material plástico. Este factor de fluidez (Ff) lo tenemos relacionado para distintos materiales en el diagrama adjunto de relaciones máximas de flujo / espesor de pared.
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Los pasos a seguir para el cálculo de la fuerza de cierre son los siguientes: 1. determinación de la superficie proyectada de la pieza ( Sp) en cm2. 2. cálculo de la relación R como cociente entre el recorrido de flujo y el espesor de pared de la pieza
R = R f/E f/E p 3. en el diagrama presión interior molde/espesor de pared (diagrama 2), determinar el valor de la presión correspondiente a la relación R hallada anteriormente (*). 4. incrementar el valor de la presión hallado, multiplicando por el valor del factor de fluidez (Ff ) correspondiente al material. 5. aplicar la fórmula de la fuerza de cierre Fc = Sp x Pi .
(*) el valor de la presión interior molde se puede obtener también a través de la tabla de relaciones recorrido de flujo/espesor de pared adjunta, sin necesidad de calcular R.
Ejemplo 1 - su supe perf rfic icie ie pr proy oyec ecta tada da de la pi piez eza a
Sp = 20 200 0 cm cm2
- recorrido de flujo
Rf = 90 mm
- espesor de pared
Ep = 1,25 mm
- factor de fluidez (PA)
Ff = 1,2
R = Rf / Ep = 90 / 1,25 = 70:1 según el diagrama (o tabla de relación), resulta una presión interior interio r molde de aproximadamente 175 bar. Pi x Ff = 175 bar x 1,2 = 210 bar Fc = Sp x Pi = 200 cm 2 x 210 bar = 42000 Kp = 420 KN
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2 a m a r g a i D d e r a p e d r o s e p s e l e d n ó i c n u f n e e d l o m l e d o r t n e d n ó i s e r P
5 1 0 1 8 s a d r e a e d d s o a m z n e ó i p i c n c o e c y n y i z e r e d o d s s i u e e l f d p a s n d e a r i / c o j g l o u e l f d e v n s a ó l e i a c i a l l r e i l a e t c n r : a e s m s o a r . í t a r ) e r a t g m p e e m s á o o / r l a ó e m P S g c
. 1 a m a n r a g i a t n e d l m s e . o u e d i a b d n l e m s o o n a s m e c o l i t , c e % b s i d 0 o e s v r 3 t n s i o 0 e s a l r a l i d e e z a t c n i e í n i f u r i i e l p b t a a e a d a s m n l i c e a r y e d n s u a a a e u d i l c f a c i m f r v n r r e í o o f e u c p e n l f p r o s o e p a s n o : t c l n s s n o e s e e t a o n n m z d i o e l e e i t s i m p p n e u r e e p l s a s p s r u o a e s a S L P d l
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Presión interior molde en función de la relación recorrido de flujo / espesor de pared
Espesor de pared (mm) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ) m 16 c ( a i c n e u l f e d o d i r r o c e R
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 42 44 46
200
0,5
140
0. 6
115
0.7
0.8
0. 9
1.0
300
210
170
135
400
280
230
500
350
600
420
700
1 .1
1. 2
1.3
1 .4
1.5
1.7
180
140
120
285
225
175
150
130
340
270
210
180
155
125
490
400
315
245
210
180
150
125
800
560
560
360
280
240
210
170
145
120
900
630
515
405
315
270
235
190
1G0
135
1000
700
570
450
350
300
260
210
180
150
130
770
630
495
385
330
285
230
200
165
145
840
685
540
420
360
310
250
215
180
155
120
910
740
585
455
390
340
275
235
195
170
130
980
800
630
490
420
365
295
250
210
185
140
855
675
525
450
390
315
270
225
195
150
912
720
560
480
415
340
290
240
210
160
120
969
765 810
595 630
510 540
440 470
360 380
305 325
255 270
220 235
170 180
135
855
665
570
495
400
340
285
250
190
900
700
600
520
420
360
300
260
200
735
630
545
440
380
315
275
210
770
660
570
460
395
330
285
220
805
690
595
485
415
315
300
230
840
720
625
505
430
360
315
240
875
750
650
525
450
375
325
250
910
780
675
545
470
390
340
260
810
700
565
485
405
350
270
840
725
590
505
420
365
280
870
755
610
520
435
380
290
780
630
540
450
390
300
805
650
560
465
405
310
830
670
575
480
415
320
855
695
595
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610
510
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650
540
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585
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720
600
520
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630
545
420
660
48
570
440
600
460 480
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2 .0
150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 330 360
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Los pasos a seguir para el cálculo de la fuerza de cierre son los siguientes: 1. Determinar la superficie proyectada en cm2 2. Calcular la relación R como cociente entre el recorrido de flujo y el espesor de pared
R= Rf/Ep 3. En el diagrama presión interior molde - espesor de pared, o en la tabla de relaciones de los mismos parámetros, determinar el valor de la presión interior correspondiente al caso en cuestión. 4. Multiplicar el valor de la presión interior molde resultante por el factor de fluidez correspondiente al material determinado en el diagrama 1.
Ejemplo superficie proyectada 200 cm2 - recorrido de flujo 90 mm espesor de pared 1,25 mm - material ABS a) relación Rf / Ep = 70 : 1 b) según el diagrama resulta una presión interior molde de 175 bar c) en el diagrama 1 para el ABS resulta un Ff = 1,35 por lo tanto Pi = 175 bar x 1,35 = 236 bar d) Fc = 200 cm2 x 236 bar = 47200 Kp = 472 KN
Ejemplo 2 material PC (Ff = 2) espesor pared (Ep = 1,25mm) recorrido de flujo (Rf) 95 + 40 = 135 mm superficie proyectada (Sp) 16 x 10 = 160 cm2 relación Rf/Ep = 108:1 presión interior molde Pi = 280 bar (s/diagrama) Pi = 280 bar x 2 (Ff) = 560 bar fuerza de cierre Fc = 160 cm2 x 560 bar = 89600 Kp = 896 KN
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También se puede utilizar para realizar el cálculo de la Fuerza Fu erza de Cierre necesaria, el diagrama adjunto que engloba en una misma relación los parámetros determinantes de la misma.
Diagrama para el cálculo aroximado de la presión media en el molde en función del espesor de la pieza, del recorrido de flujo y de la viscosidad del material en estado fundido. Ejemplo de cálculo: para moldear una pieza de policarbonato (símbolo PC, escala C) con un espesor de 1,5 mm y un recorrido de flujo de 200 mm, la presión media requerida en la cavidad del molde es de alrededor 500 bar. Para moldear piezas de idénticas dimensiones con materiales menos viscosos, serán obviamente necesarias presiones menores (escala A y B del mismo diagrama.
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0 0 0 1
s e n o s s ñ o i d o s p a S b a j . g P u c c e . i n , y l e s c p d P o é t , s s P s M e s , a a O a E v . z P v P j e e n i e e e . p - d - d p
0 0 7
A M M , P s e s n t e n e r e t o a l c . c i t j e l p e 0 ó . f e 0 - p r 8
o t c u d o r p e d s o p i t o s s r e v i d a r a p e d l o m l e d o r t n e d s a i d e m s a i r s a e c e n s e n o i s e r P
0 0 6
0 0 6
a l n e d l ) ú o s g e m o s a ó n s l e d t o d n i s t e e c o r m r u t i n r p d e e e o r d p d p x s e s e e s o d t n e i o r b e i o m s s l a l e r a Á c v P ( -
, V T , i o d a R n a ó i r x l a e o p n s s o o a c r t s s s e i a a a v s t s a l e s a a c r p z o a g e a 0 n e i o C R T 0 p - F - - - 4
, s s o a l i l t s e ó t e s a p s t t o n , o b p e s t e e d a n d n , o s s e o a m s s p t a c a í r r u m a r j e a t a t o r a C a C p C s n - b - a - i e d
0 0 5
, s o n o f é l e t , s a
0 5 3
0 0 3
l s a i a c j i f a e r l b d e a n n s p i u o o i a c c s s s n d n a e a e m d z i i l i e g i x a d P e c y
0 5 2
3
m c / p k
0 0 0 . 1
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Ejemplo 2 espesor de pared Ep = 1,25 mm factor de fluidez Ff = 1,7 pieza según detalle adjunto con entrada directa en el centro de la base.
1. Sp = 16 x 10 = 160 cm 2 2. Rf = 95 + 40 = 135 mm R = Rf/Ep = 135 / 1,25 = 108:1 3. Pi = 280 bar (según tabla) 4. Pi = 280 bar x 1,7 = 476 bar 5. Fc = 160 cm2 x 476 bar = 76160 Kp = 760 KN
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Para una determinación del valor de la Presión interior molde más rápida, pero menos exacta, puede utilizarse el diagrama que se presenta a continuación situando el valor del recorrido de flujo en la escala correspondiente y trazando una horizontal hasta coincidir con la curva correspondiente al espesor de pa red de la pieza. Desde este punto trazar una vertical hasta la escala que co rresponda al material utilizado.
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Además de la fuerza de cierre, hay otros parámetros fundamentales en una máquina de inyectar que determinan su idoneidad para cada aplicación.
1. Parámetros dimensionales, son aquellos que limitan físicamente la posibilidad de montar el molde en la máquina a) dimensiones de las placas portamoldes b) distancia luz entre columnas c) altura de montaje de molde d) recorrido máximo de montaje con altura a ltura de molde
2 Parámetros de capacidad, son los que definen la capacidad máxima de la máquina, en los diferentes grupos que la componen, y que en cualquier caso, deberán estar por encima de las necesidades del molde. a) fuerza de cierre b) volúmen máximo de inyección (capacidad de inyección) c) capacidad de plastificación d) presión máxima de inyección
Volúmen máximo de inyección, define el volúmen máximo de material que puede ser inyectado al molde en una embolada. Se recomienda trabajar trabaja r utilizando un porcentaje entre 20-80% del volúme volúmen n máximo, de inyección de una máquina. La relación Volúmen / Masa de material viene determinada por el producto del volúmen por un factor de conversión específico para cada material que es función de su densidad específica y su compresibilidad.
Material / Material Factor / Factor
Material / Material Factor / Factor
ABS
0,88
PP + 20 % Tal Talc/Ta c/Talco lco
0,85
CA
1,02
PP + 40 % Talc/Talco
0,98
CAB PA
0,97 0,91
PP + 2Q % GF/GF P S /P S
0,85 0,91
PC
0,97
u-PVCIPVC - duro
1,12
PE
0,71
Soft-PVC/PVC - blando
1,02
PMMA
0,94
SAN
0,88
POM
1,15
SB
0,88
PP
0,73
PF
1,3
UP
1,6
Si por ejemplo queremos saber cuantos gramos de PC podemos inyectar con un volúmen de inyección de 250 cc tendremos que realizar el siguiente producto: volúmen de inyección x factor de conversión del PC Peso en PC = 250 x 0,97 = 242,5 gramos
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Capacidad de plastificación, es la cantidad de material que podrá plastificar la máquina en condiciones de homogeneidad en un tiempo determinado. Este es un dato comparativo con otros plastificadores (normalmente referido a PS), y no es directamente extrapolable a los demás materiales, pero nos permite determinar con una cierta aproximación el tiempo de dosificación necesario. Por ejemplo: si tenemos una pieza de PS de 250 gramos y la capacidad de plastificación de la máquina es de 30 g/s , el tiempo necesario para realizar la carga será de 250 / 30 = 8,4 seg. aprox. La determinación del tamaño de máquina vendrá determinado por la relación individual de los parámetros de capacidad de la máquina y las necesidades del molde en cada uno de los diferentes parámetros: n1 =
fu fuer erza za de ci cier erre re máqu máquin ina a x 0, 0,75 75 fuerza de cierre necesaria pieza
n2 =
vol volúme úmen n máxim máximo o inyec inyecció ción n x 0, 0,8 8 x facto factorr conver conversió sión n peso de la inyectada
n3 =
ca capa paci cida dad d de de pla plast stif ific icac ació ión n ciclos/hora x peso inyectada
Ejemplo total peso inyectado = 125 g superficie proyectada pieza = 150 cm2 espesor pared de la pieza = 0,8 mm recorrido del flujo material = 100 mm material PMMA ciclos/hora previstos = 180 n1 = Fc pieza / 0,75 = 1435 KN / 0,75 = 1913 KN n2 =
peso de la inyectada fa fact ctor or co conv nver ersi sión ón x 0, 0,8 8
= 125 aramos = 166 cc 0, 0,94 94 x 0, 0,8 8
n3 = material necesario hora = 180 x 125 g = 22,500 Kg/hora La máquina necesaria debería tener pues unas capacidades mínimas de: - Fuerza de cierre = 1900 KN - Volúmen máx.inyección = 166 cc - Capacidad de plastificación = 22,500 Kg/hora
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