Conceção para Moldabilidade: Princípios fundamentais, técnicas e melhores práticas para a moldagem por injeção

A indústria transformadora moderna depende em grande medida de moldagem por injeção. As suas práticas centram-se na produção de milhões de plásticos de precisão. Trata-se de um papel multifuncional que exige uma abordagem calma. O designer deve encontrar um equilíbrio entre expectativas diferentes e concorrentes. Há também a manufacturabilidade, a estética, o controlo de qualidade, a moldabilidade e a apreciação da utilização. A aplicação estende-se a indústrias que vão da eletrónica de consumo à indústria automóvel. Os fabricantes adoptam desenhos para moldabilidade.

O projeto de moldabilidade vai para além das diretrizes padrão. Vai para além do conhecimento do processo de moldagem dos materiais, das caraterísticas do molde e das geometrias das peças. O objetivo é tirar partido do potencial e da tecnologia existentes. A integração efectiva e o conhecimento de conceção do molde, A gestão do arrefecimento, as propriedades dos materiais e a geometria das peças promovem um ambiente de inovação. Uma grande variedade de considerações de design exige a aquisição de muitas competências. O processo de aquisição de conhecimentos é essencial para a implementação da moldagem por injeção. Quase tudo o que é feito de plástico é um produto da moldagem por injeção.

O que é a conceção para moldabilidade?

A conceção para moldabilidade é o processo de conceção de plásticos que resulta em peças de plástico fiáveis e eficientes. As caraterísticas físicas fazem parte do processo de moldagem incorporado no projeto de uma peça para moldabilidade. O objetivo é identificar potenciais problemas, tais como aumentos de custos, ejeção técnica e possíveis defeitos. O objetivo é produzir uma peça com caraterísticas de fácil injeção no molde.

O ciclo do processo de moldagem por injeção passa por quatro fases principais. A diferença entre elas é de dois segundos e dois minutos. A primeira fase é a fixação, a injeção, o arrefecimento e a ejeção. Outros objectivos são a ejeção sem danos, a solidificação e o cumprimento das especificações do projeto - as decisões para o projeto centram-se na redução dos aspectos técnicos e no aumento da qualidade da peça. Além disso, a maximização da longevidade do molde e da eficiência da produção determina as decisões de conceção. Um design prático e fiável aumenta o fluxo de material, conduzindo a um arrefecimento uniforme. A longo prazo, há uma redução das marcas de afundamento e deformação, o que garante uma ejeção suave do molde.

Princípios fundamentais do design para moldabilidade

Uma peça moldável prática inclui o desempenho funcional. Existem restrições no processo de injeção para diferentes etapas e níveis. As regras para a conceção de peças moldáveis garantem que todo o processo e o produto final são de boa qualidade. Eis algumas das principais regras para a conceção de peças moldáveis:

1. Incorporação de ângulos de inclinação para facilitar a ejeção

Um princípio fundamental para a moldabilidade é a adoção e utilização de ângulos de inclinação. Trata-se de ligeiros afunilamentos fixados nas superfícies verticais para ajudar a suportar a sua remoção da cavidade do molde. Os ângulos de inclinação desempenham um papel essencial na redução do atrito entre o molde e a peça. Garantem que a ejeção não prejudicial ocorre ocasionalmente. Incluir correntes de ar no projeto é relativamente fácil e vale a pena o trabalho. As peças são vulneráveis a danos e aderência quando ocorre uma ejeção, resultando em perdas em atrasos e defeitos.

O ângulo de inclinação ideal varia geralmente entre 1 e 5 graus, dependendo do material e da complexidade da peça. No entanto, geometrias e materiais específicos exigem ângulos mais significativos. Os produtores e os designers têm de incorporar os ângulos de inclinação de forma eficaz. Os ângulos íngremes podem afetar a resistência ou a função global, e os ângulos insuficientes aumentam os desafios da ejeção.

2. Reduzir os cortes inferiores para simplificar o projeto do molde

Cortes inferiores fazem parte de uma caraterística que o impede de ejetar eficazmente do molde. As caraterísticas desenvolvem problemas no processo de moldagem através de estratégias especializadas. Alguns mecanismos especializados para evitar cortes inferiores são os puxadores de núcleo e os núcleos deslizantes. Como técnicas inteligentes, o seu papel é extrair as peças. Esta técnica geralmente ajuda a reduzir os cortes inferiores, reduzir os tempos de ciclo, aumentar o custo de produção e facilitar os projectos de moldes.

Os projectistas precisam de conceber peças com menos rebaixos para obterem uma moldabilidade óptima. As áreas onde os cortes inferiores são inevitáveis requerem a aplicação de técnicas inteligentes. Os métodos engenhosos aplicam-se em diferentes regiões, incluindo mecanismos deslizantes, elevadores e moldes multi-cavidades. O objetivo é evitar que a peça fique colada, facilitando a sua saída sem danos.

3. Otimizar a geometria da peça e a espessura da parede

A geometria da peça é vital para melhorar a moldabilidade e, mais importante ainda, para determinar o fluxo de material na taxa de arrefecimento e injeção após injeção. Mesmo a espessura da parede é um fator essencial.

Paredes espessas resultam em tensões internas, encolhimento desigual e tempos de arrefecimento. Por outro lado, paredes finas podem impedir o suporte adequado da pressão de moldagem. Os resultados seriam o aparecimento de novos defeitos, bem como o desperdício de material. As peças com designs perfeitos têm uma espessura de parede uniforme, o que lhes permite aumentar o arrefecimento uniforme, melhorar a resistência da peça e minimizar a acumulação de tensões. A recomendação é que a espessura da parede deve ser de 1-5 mm. No entanto, a espessura depende do bem-estar do material e da aplicação específica. É essencial gerir as taxas de arrefecimento para evitar defeitos e deformações.

4. Costeletas

As nervuras são adicionadas para tornar uma peça mais rígida. Dão apoio estrutural e fazem-no sem tornar a parede mais espessa. Isto acontece porque a peça ganha mais resistência à flexão, da mesma forma que uma viga mais forte pode aguentar mais peso.

Outra dica importante é que, além de usar nervuras, a espessura da peça deve ser de pelo menos 60% do que chamamos de espessura nominal. Isso significa apenas que ela deve ser espessa o suficiente para funcionar bem. A altura deve ser inferior a três vezes a espessura da parede e o ângulo de inclinação deve ser de 0,25°. A orientação tem de ser perpendicular ao eixo e os cantos na direção do ponto de fixação arredondado.

5. Conceção para uma ejeção eficiente

A incorporação de um mecanismo de ejeção constitui uma extração de suavização essencial das peças moldadas obtidas a partir da cavidade. O material da peça, bem como a sua complexidade e tamanho, formam sistemas de ejeção variados. Alguns dos sistemas de ejeção aplicáveis incluem:

Ejectores de pinos: Os ejectores de pinos são importantes em peças mais simples com geometria uniforme. A sua remoção é mais fácil devido à força de ejeção em diferentes pontos.

Placas de decapagem: As placas actuam em toda a superfície da peça. Formam proponentes mais salientes e mais delicados.

Ejectores de lâminas:  Os ejectores de lâminas são indispensáveis nas peças frágeis e finas. A sua função é retirar as peças e expô-las a riscos mínimos.

As ejecções eficazes centram-se em concepções de sistemas que utilizam força uniforme e controlada na remoção de peças. Uma ejeção deficiente resulta em riscos, marcas de ejetor e quebra de peças.

6. Assegurar uma ventilação correta

A ventilação no molde facilita o fluxo de ar quando o material fundido é injetado na cavidade. Se a ventilação for deficiente, podem formar-se bolsas de ar no molde. Os resultados são o aumento de vazios, marcas de queimadura e enchimento inacabado. Além disso, existe uma grande probabilidade de aumento da pressão do ar, o que causa problemas no processo de injeção.

Uma ventilação adequada depende da sua colocação efectiva nas extremidades das linhas de separação da cavidade profunda e dos orifícios de ventilação. O processo deve continuar noutras áreas com uma acumulação de bolsas de ar. O sistema de ventilação tem de possuir designs eficazes para permitir a saída do ar, mantendo a sua integridade e o desempenho do molde.

7. Coroamento

O coring é um design de peça plástica que controla a espessura da parede e o peso. O objetivo é evitar o afundamento. A perfuração cria cavidades para a remoção de materiais. O risco de o material permanecer reside no encolhimento e na questão do arrefecimento. A perfuração requer a eficácia e a inclusão da análise 3D que mantém a integridade estrutural e a capacidade de fabrico.

Melhores práticas para a conceção de peças moldáveis

O elevado desempenho da moldagem por injeção depende da adesão às melhores práticas. O objetivo é tirar partido das capacidades de processo existentes.

1. Seleção eficaz de materiais para uma moldabilidade óptima

A escolha dos materiais adequados é fundamental para obter uma boa moldabilidade. É necessário um arrefecimento uniforme, superar a aderência e um fluxo fácil para o molde. Os termoplásticos como o policarbonato, o polipropileno (PP) e o acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) são típicos para a moldagem por injeção. Estes materiais têm boas caraterísticas de fluxo e são fáceis de moldar.

No entanto, alguns termoplásticos, como o policarbonato, possuem caraterísticas de elevada aderência. Os materiais devem ser fáceis de aderir ao molde, apresentar um arrefecimento uniforme e resistir à aderência. Os termoplásticos proporcionam fortes propriedades mecânicas mas são difíceis de desmoldar. A dificuldade deve-se à sua natureza rígida, às caraterísticas não reversíveis e ao processo de cura existente. É importante compreender as propriedades do material ao conceber moldes funcionais. Os principais factores a verificar incluem o acabamento da superfície e a retração.

2. Otimização da temperatura e do arrefecimento do molde

O controlo da temperatura é também vital na conceção do molde. O tipo correto de controlo da temperatura do molde tem impacto na solidificação e no fluxo. O impacto a longo prazo é na qualidade da peça moldada. Os termoplásticos necessitam de temperaturas de molde que variam entre os 50 e os 90 graus.

Os materiais termoendurecíveis necessitam de uma temperatura ligeiramente elevada de 120 a 180 graus. Outro elemento vital é o arrefecimento, que requer uniformidade para ultrapassar defeitos como marcas de afundamento e deformação. Os projectistas têm de alterar o tempo de arrefecimento para respeitar a espessura, o tipo de material e a geometria necessários. O design do canal de arrefecimento assegura uma dissipação uniforme do calor e um arrefecimento eficiente da peça, reduzindo o risco de defeitos como a deformação.

3. Incorporação de agentes de libertação de moldes e tratamentos de superfície

Os agentes de libertação de moldes são essenciais para evitar a ejeção e a aderência das peças à cavidade do molde. Os agentes chave, os sprays à base de silicone e o revestimento de cera formam uma superfície lisa. Uma vez aplicados, os agentes formam uma barreira fina entre a peça e o molde para minimizar os níveis de fricção. No entanto, o uso excessivo de agentes de molde pode afetar negativamente o acabamento da superfície. O que deve ser recuperado é a precisão dimensional da peça. Tratamentos de superfície como niquelagem, Os revestimentos de cromo, cromagem e PTFE podem aumentar as propriedades de libertação do molde e a vida útil do mesmo. O revestimento diminui o rasgo e o desgaste da superfície do molde, melhorando a consistência.

4. Automatização para uma ejeção mais rápida e eficiente

A automatização é vital para aumentar a eficiência e diminuir a probabilidade de risco de ocorrência de um defeito. As indústrias continuam a adotar braços robóticos e outros sistemas automatizados para permitir a remoção de peças. Os braços robotizados são comuns em partes complexas e delicadas da remoção de peças. Desmoldagem robótica reduz os diferentes erros e aumenta o ciclo de produção. O aumento do ciclo é importante para as indústrias que registam um elevado nível de procura.

Desafios na conceção da moldabilidade

Embora existam múltiplas vantagens em conceber a moldabilidade, surgem desafios na conceção e no processo de fabrico. Os desafios exigem soluções que funcionem para melhorar a qualidade e a eficácia do ciclo. Alguns dos principais desafios incluem;

Compatibilidade do material: Cada projeto adapta-se melhor quando a sua conceção é feita com um material específico. O processo de seleção do material tem de estar em equilíbrio com o objetivo e a geometria da peça. Esta abordagem evita a deformação, o mau escoamento e a contração excessiva.

Geometrias complexas:  As peças com desenhos e geometrias complexas podem exigir moldes mais complexos, bem como outras caraterísticas como mecanismos de elevação e núcleos deslizantes que aumentam a complexidade e o custo do molde.

Repercussões em termos de custos: Existem designs de peças complexos devido aos custos de moldagem mais elevados. O processo de moldagem passa por níveis crescentes de ferramentas, exigências de material e tempos de ciclo. O tipo de material adequado para a moldagem são as ferramentas da indústria 4.0 para aperfeiçoar o design. Além disso, o conjunto de ferramentas de moldagem por injeção da Protolabs exclui os seis erros de conceção comuns. Certificar-se de que não há erros ajuda a criar um design perfeito. Escolher os materiais certos é muito importante neste processo. E também dá alguns conselhos úteis sobre como corrigir os erros se eles aparecerem. Os projectistas têm de encontrar o equilíbrio certo entre o custo de fabrico e o tipo de desempenho que deve ter.

Conclusão

Quando se trata de moldagem por injeção, o design para moldabilidade é realmente importante se quiser que o processo funcione o melhor possível. O objetivo é produzir peças moldadas com uma qualidade de topo, mantendo os custos baixos. Existem certas normas e regras que ajudam na conceção para uma melhor moldabilidade. As mais importantes são ter bons mecanismos de ejeção que funcionem bem, certificar-se de que existem ângulos de inclinação adequados e manter a espessura da parede uniforme e homogénea. Mais importante ainda, a utilização eficaz dos materiais deve-se a um processo de seleção de materiais adequado. Outras práticas incluem agentes de libertação do molde e otimização do arrefecimento. O objetivo é minimizar os tempos de produção e os potenciais defeitos e melhorar a moldabilidade.

A tecnologia de moldagem por injeção continua a crescer e a importância da conceção da moldabilidade continuará a aumentar. Mais avanços continuarão a transformar o processo. As normas dizem que os projectistas têm de criar peças que possam fazer o que é suposto fazerem. Isso significa cumprir as funções básicas. Mas não se trata apenas disso. Também precisam de pensar em manter os custos baixos, garantir que a qualidade é boa e fazer as coisas rapidamente e bem. O objetivo é ter um processo agradável e fácil que proporcione um desempenho realmente excelente.