Fuerza de cierre, el parámetro olvidado

Vamos a revisar brevemente, qué es la fuerza de cierre, su influencia en el proceso y cómo calcularla o aproximarnos a la necesaria.

Es la fuerza que los platos de la unidad de inyección generan para cerrar el molde. Esta debe ser suficiente para mantener el molde cerrado durante el llenado del mismo, cuando la presión sobre el plástico fundido en el interior de la cavidad y las coladas intente abrir el molde. Es siempre mucho más recomendable trabajar con la fuerza de cierre necesaria y no con la máxima que la máquina puede ejercer.

Además de las ya conocidas influencias de la fuerza de cierre en rebabas, venting, etc. hay algún aspecto que interesa señalar.

Una fuerza de cierre programada sin optimizar puede dar lugar a variaciones en alguna dimensión crítica de las piezas que fabricamos, sobre todo aquellas que se encuentran durante el proceso cerca de los limites superior o inferior de las tolerancias admitidas.

Algunos estudios realizados han demostrado la influencia de la fuerza de cierre en la presión pico alcanzada en la cavidad (siendo mayor cuanto más fuerza de cierre), la capacidad de enfriamiento del molde o 'cooling rate' (mayor cuanto más fuerza de cierre) y la capacidad de compactar el material dentro de la cavidad o 'pack rate' (mayor también cuanto más fuerza de cierre).

Cuando la fuerza de cierre es demasiado alta, puede tener suficiente potencia para cerrar en parte las ranuras de los canales de ventilación o salidas de gases, dañar el partage o línea de ajuste del molde e incluso romper postizos. He visto moldes prácticamente “machacados” por la fuerza de cierre. Esto puede ser un problema cuando trabajamos con bajos niveles de stock y el molde necesita una reparación de semanas.

Influencias de la fuerza de cierre sobre características de las piezas fabricadas han sido estudiadas y se confirma que afecta por ejemplo al espesor de las piezas (más fuerza de cierre menos espesor), longitud y anchura de las piezas también se puede ver afectadas.

Todo esto hace que el parámetro de la fuerza de cierre, al cual no le dedicamos mucho interés, pueda ser imprescindible para ajustar las tolerancias de las piezas fabricadas en lugar de centrarnos en otros parámetros. Muchas veces ajustamos otros parámetros para centrar el proceso y olvidamos la influencia de la fuerza de cierre.

La fórmula universal de cálculo de la fuerza de cierre es FZ= Sup proyectada X Presión de inyección media en cavidad.

En la superficie proyectada hay que incluir la superficie de la colada o runner frío, esta superficie también hay que tenerla en cuenta pues ejerce fuerza en la dirección de abrir el molde durante la inyección.

Hay sistemas de cálculo de la fuerza de cierre necesaria a través de multiplicar la superficie proyectada por un valor que facilita el fabricante del polímero en Tn x cm² de superficie de modo que tan solo hay que multiplicar la superficie proyectada en cm² por la fuerza de cierre por cm² que el fabricante del polímero recomienda. Yo no soy muy partidario de esta simplificación del cálculo ya que no tiene en cuenta factores tan importantes para la fuerza de cierre como el recorrido del flujo y también un factor determinante como es el espesor de la pieza a fabricar.

En cualquier caso, el valor de presión a utilizar en la fórmula universal anteriormente comentada sería el valor medio de presión en cavidad. Si tenemos sensores en la zona final del llenado y también en la zona cercana a la entrada, el valor a utilizar sería la media entre estos dos valores.

Un sistema de optimizar la fuerza de cierre es utilizar el control del peso de las piezas.

Para ello se puede registrar el peso de las piezas individualmente con la fuerza de cierre al máximo y la compactación bien realizada.

Después, ir reduciendo la fuerza de cierre controlando la evolución del peso de las piezas. En el momento que el peso de las piezas empieza a aumentar podemos determinar que este es el punto donde el molde está abriéndose ligeramente. A partir de aquí hay que incrementar un poco la fuerza de cierre para asegurar que esto no sucede. También se pueden utilizar sensores de deflexión del molde para controlar la fuerza de cierre y seleccionar la más interesante.

Con todo lo expuesto, si estamos fabricando piezas con estrechas tolerancias, si queremos cuidar la duración del molde y de la máquina, si queremos repetibilidad en el proceso, no podemos pasar por alto este parámetro tan importante y a veces olvidado, el parámetro de la fuerza de cierre.

José Ramón Lerma es autor de los libros: 'Libro Manual Avanzado de Inyección de Termoplástico', que tiene como objetivo ser, por un lado, una herramienta para la formación y, por otro, un manual de ayuda para todo el personal de una empresa de inyección de plásticos y, del recientemente editado, 'Scientific Injection Molding Tools. Productividad a través del dominio del proceso'. Ambas publicaciones, comercializadas por Plásticos Universales / Interempresas (libros@interempresas.net), consta de detallados casos prácticos, amplia información de moldeo científico y un ‘pendrive’ con 20 hojas de cálculo y herramientas de SC Molding o Scientific Injection Molding, además de optimización y definición de proceso, lo que lo hacen único en el mercado. El libro Manual Avanzado de Transformación de Termoplásticos ha sido editado y comercializado en inglés a nivel mundial por la editorial Hanser Publications. Página web sobre Scientific Injection Molding: www.asimm.es