Para diseñadores de productos e ingenieros de fabricación, el puente entre un CANALLA El modelo y una pieza física de plástico se basan en la eficiencia.. Una de las decisiones más críticas en este proceso, que a menudo se pasa por alto hasta la etapa de cotización, es determinar el precio correcto. Tamaño de la prensa de inyección.
Seleccionar el tamaño de máquina incorrecto no es sólo un error logístico; es costoso. Una máquina demasiado pequeña provoca piezas defectuosas (destello, tiros cortos), mientras que una máquina demasiado grande desperdicia energía, aumenta los tiempos de ciclo, e incluso puede degradar el material plástico..
Contrariamente a la creencia popular, "Cuanto más grande, mejor" rara vez es cierto en el moldeo por inyección. Esta guía amplía los principios básicos del dimensionamiento de prensas para ayudarle a optimizar sus diseños para la producción..
La física central: La batalla de fuerzas
Para entender el tamaño de la prensa, debes entender lo que sucede dentro del molde. Durante la inyección, El plástico fundido se dispara dentro de la cavidad a presiones increíblemente altas. (a menudo van desde 3,000 a 20,000+ psi).
Esta presión interna actúa como un gato hidráulico., tratando de separar las dos mitades del molde. La máquina de moldeo por inyección Unidad de sujeción debe proporcionar suficiente fuerza de oposición para mantener el molde cerrado.
La ecuación fundamental que gobierna esto es:
$$\texto{Presión de inyección} \veces texto{Área proyectada} = texto{Fuerza de sujeción requerida}$$
Estos son los tres pasos críticos para calcular esto correctamente..
1. Limitaciones físicas: Comprender el tonelaje y las dimensiones
Antes de calcular la fuerza, debe asegurarse de que el molde se ajuste físicamente a la máquina. Este es un escenario “Ricitos de Oro”: el ajuste debe ser perfecto.
Los peligros de lo “demasiado grande”
Podría parecer seguro colocar un molde pequeño en una enorme prensa de 400 toneladas, pero esto muchas veces causa fracaso:
Altura mínima de cierre: Las prensas grandes tienen un límite en cuanto a qué tan bien pueden cerrarse. Si tu molde es demasiado delgado, la prensa no puede sujetarlo en absoluto.
Deflexión del plato: Si un molde pequeño está centrado en una platina masiva, La fuerza de sujeción puede doblar los bordes de la platina alrededor del molde., lo que provoca daños y destellos.
Los peligros de ser “demasiado pequeño”
Espaciado de barras de unión: Las prensas tienen cuatro grandes pilares. (barras de corbata) que guían los platos. Si la base de tu molde es ancha, Puede que no quepa entre estas barras., incluso si el cálculo del tonelaje es correcto.
Apertura a la luz del día: Si el producto es profundo (p.ej., un bote de basura), La máquina debe abrirse lo suficiente como para expulsar la pieza.. Las prensas más pequeñas tienen carreras de apertura limitadas..
Para llevar: Verifique siempre el Espaciado de barras de unión y Altura mínima/máxima del molde especificaciones del equipo de su moldeador al principio de la fase de diseño.
2. La geometría: Área proyectada y volumen de disparo
Calcular el área de cierre proyectada
La variable más importante en el cálculo del tonelaje es la Área de cierre proyectada. Imagínese hacer brillar una luz directamente perpendicular a la línea de separación del molde.; la “sombra” proyectada por la pieza es el área proyectada.
Agujeros y ventanas: No reste los agujeros dentro del diseño de la pieza de este cálculo de área a menos que el molde cree un cierre mecánico allí.. La presión plástica todavía actúa sobre los núcleos deslizantes..
La regla general: Generalmente, los estándares de la industria dictan 2 a 5 toneladas de fuerza de sujeción por pulgada cuadrada del área proyectada.
Piezas estándar: ~2,5 toneladas/m2. en.
Piezas de paredes delgadas/alta viscosidad: 3–5 toneladas/m². en.
Nota: El espesor de la pared no aumenta directamente los requisitos de tonelaje de sujeción, pero sí dicta el tiempo de enfriamiento y la presión de inyección..
Calcular el volumen del disparo (Capacidad del barril)
También debes igualar el volumen de plástico de tu pieza. (más el sistema de corredores) al tamaño del cañón de la máquina.
El riesgo de degradación: Si disparas a una pequeña parte con un cañón enorme, la resina plástica permanece en el barril calentado durante múltiples ciclos antes de usarse. Este “tiempo de residencia” extendido cocina el polímero, causando degradación, descoloramiento, y fragilidad.
La solución: Utilizar Análisis de flujo de molde. Esta simulación de software predice el volumen exacto de la pieza y el canal., asegurándose de seleccionar una máquina donde el tamaño del disparo utilice aproximadamente entre el 20% y el 80% de la capacidad del cañón..
3. El calculo: Fuerza de sujeción y factores de seguridad
Una vez que tengas tus dimensiones, debes calcular la fuerza específica requerida para mantener el molde cerrado. Esto está fuertemente influenciado por la viscosidad del material..
El factor IMF
El Índice de flujo de fusión (IMF) Mide la facilidad con la que fluye un polímero..
IMF alta (Baja viscosidad): Fluye fácilmente (como el agua). Aunque es más fácil de llenar, Estos materiales pueden filtrarse fácilmente en huecos microscópicos del molde., causando “destello” (exceso de plástico). Esto a menudo requiere una mayor precisión de sujeción y fuerza para sellar el molde herméticamente..
IMF baja (Alta viscosidad): Flujo rígido (como melaza). Estos requieren altas presiones de inyección para empujar el material dentro de la cavidad., que a su vez empuja más fuerte contra la abrazadera.
La fórmula de cálculo
Para garantizar una ventana de proceso sólida, Los ingenieros aplican un "factor de seguridad" al cálculo base..
Paso 1: Determinar el tonelaje base
Multiplique el área proyectada por el factor de tonelaje (generalmente 2.5 toneladas/in² para resinas estándar).
$$\texto{Tonelaje base} = texto{Área proyectada (en}^2texto{)} \veces 2.5$$
Paso 2: Agregar factor de seguridad
Agregar un búfer (típicamente 10%) para tener en cuenta las variaciones del proceso, inconsistencias materiales, o picos de presión.
$$\texto{Tonelaje final} = texto{Tonelaje base} + 10\%$$
Ejemplo práctico
Calculemos el tamaño de la prensa para una carcasa de plástico rectangular..
Dimensiones de la pieza: 10 pulgadas x 12 pulgadas.
Área proyectada: 120 pulgadas cuadradas.
Cálculo básico: $120 \texto{ cuadrado. en.} \veces 2.5 \texto{ toneladas/m². en.} = 300 \texto{ montones}$.
Amortiguador de seguridad: $300 \texto{ montones} \veces 0.10 = 30 \texto{ montones}$.
Total requerido: $300 + 30 = mathbf{330 \texto{ montones}}$.
En este escenario, una prensa de 300 toneladas estaría funcionando a su máxima capacidad (arriesgado), mientras que una prensa de 400 toneladas ofrecería una ventana operativa cómoda.
Resumen
La determinación del tamaño de la prensa es una combinación de geometría, física, y ciencia de los materiales. Al calcular el Área proyectada, entendiendo el Limitaciones físicas de la maquina (barras de unión/tamaño del barril), y aplicando la correcta Factores de seguridad, puede asegurarse de que su producto se fabrique de manera eficiente.
Consejo profesional: No intentes estos cálculos en el vacío.. Asóciese con su moldeador de inyección desde el principio. Pueden ejecutar un análisis de flujo de molde para validar sus cálculos y sugerir ajustes menores en el diseño, como reducir el área proyectada u optimizar el espesor de la pared, que podrían permitirle utilizar un diseño más pequeño., máquina menos costosa.
Preguntas frecuentes
Q1: ¿Cuál es la diferencia entre Área Proyectada y Área de Superficie Total??
A: Esta es la distinción más crucial en el cálculo..
Área de superficie total es la suma de todas las superficies externas de la pieza (Se utiliza principalmente para calcular el uso de materiales y las necesidades de refrigeración.).
Área proyectada es solo el área que se ve cuando se mira perpendicular a la línea de separación del molde (es decir., en la dirección de la fuerza de sujeción). Sólo esta zona soporta directamente la presión plástica interna., convirtiéndolo en el único parámetro geométrico necesario para calcular la fuerza de sujeción. Por ejemplo, Los lados de un cucharón profundo no están incluidos en el área proyectada para el cálculo del tonelaje..
Q2: ¿Por qué necesito agregar un 10% “Factor de seguridad” según mis cálculos?
A: El factor de seguridad es esencial para proporcionar una estabilidad Ventana de proceso. En la producción del mundo real, hay muchas variables incontrolables:
Variación del lote de materiales: Viscosidad (IMF) puede variar ligeramente entre diferentes lotes de la misma resina.
Fluctuación del proceso: Cambios menores en la temperatura de la máquina., velocidad de llenado, o humedad ambiental.
Picos de presión: Las etapas finales del llenado del molde pueden generar breves, picos de alta presión. Agregar un 10% El amortiguador garantiza que la máquina pueda mantener de manera confiable el cierre del molde cuando ocurren estas variaciones inevitables., minimizando así defectos como flash.
Q3: ¿Cuáles son las consecuencias si elijo una prensa de tonelaje inferior al requerido??
A: El tonelaje insuficiente es una de las causas más comunes de defectos, conduciendo a dos problemas principales:
Destello: Este es el resultado directo. Cuando la fuerza de sujeción es insuficiente para resistir la presión de inyección, el molde se abre ligeramente en la línea de separación, provocando que el plástico fundido se escape y forme una fina capa de exceso de material que requiere un costoso procesamiento secundario.
Disparos cortos (Llenado insuficiente): Para evitar el destello, Los operadores pueden reducir la presión de inyección.. Si la presión baja demasiado, Es posible que el plástico no llene completamente todas las esquinas de la cavidad del molde., resultando en una pieza incompleta o defectuosa. Por lo tanto, una máquina con un tonelaje deficiente tendrá dificultades para producir, piezas de alta calidad.
