Projeto de molde para moldagem por injeção

A primeira etapa do molde projeto para moldagem por injeção é obter os dados necessários. Isso implica descobrir quantas cavidades haverá, escolher o material para o molde e reunir informações relevantes. Pode ser necessário trabalhar com especialistas, como engenheiros de materiais, fabricantes de ferramentas e analistas de custos. Embora o material de moldagem geralmente não seja escolhido pelo projetista do molde, um projeto de molde bem-sucedido exige o conhecimento de vários fatores importantes. Verifique o dicas de design de nervuras de peças plásticas.

Escolha do material para o projeto do molde

Compreender as propriedades dos materiais de moldagem é essencial ao projetar moldes de injeção. Materiais variados e até mesmo graus têm taxas de encolhimento diferentes, por isso é importante confirmar isso antes de iniciar o projeto do molde, pois se o encolhimento tiver sido definido no projeto do molde, mais tarde não será possível mudar para outro material de encolhimento, pois isso alterará as dimensões da peça. Alguns plásticos são melhores em absorver e dissipar calor, o que afeta a capacidade de resfriamento do molde. Isso pode afetar a localização dos canais de resfriamento do molde, e os projetos de porta, canal e respiro são muito influenciados pela viscosidade do plástico.

Considerações sobre o encolhimento

Uma consideração importante no projeto do molde é a taxa de encolhimento, ou a fase de contração que ocorre nos polímeros. A quantidade que uma peça encolherá após ser retirada do molde é determinada pelo fator de encolhimento alocado a cada tipo de plástico. Os plásticos podem encolher de maneira anisotrópica ou isotrópica. Semelhante aos materiais amorfos, os materiais isotrópicos encolhem uniformemente em todas as direções. Por outro lado, os materiais anisotrópicos, que frequentemente são cristalinos, podem apresentar maior contração ao longo da direção do fluxo.

Por exemplo, para atingir o tamanho necessário após o encolhimento, um produto de 6 polegadas com um fator de encolhimento de 0,010 pol./pol. precisa de uma cavidade de molde de 6,060 polegadas. As três categorias de fatores de encolhimento são as seguintes: baixo, que fica entre 0,000 pol./pol. e 0,005 pol./pol.; médio, que fica entre 0,006 pol./pol. e 0,010 pol./pol.; e alto, que fica acima de 0,010 pol./pol.

A aplicação de fatores de encolhimento a cada centímetro do produto afeta todas as suas dimensões. Três categorias de encolhimento - baixo, médio e alto - têm impacto sobre as dimensões da cavidade do molde. O encolhimento pode ser afetado por flutuações na temperatura do molde, bem como por modificações na espessura da parede do produto. É difícil estimar o encolhimento; os fornecedores de materiais, os fabricantes de moldes e os moldadores experientes devem dar sua opinião. Se você não sabe qual encolhimento deve usar, não precisa se preocupar, basta nos informar sobre o material que prefere usar em seu projeto, e nós cuidaremos do resto para você.

A tabela abaixo mostra a taxa de encolhimento dos materiais mais populares

Nome completo do Material	Nome abreviado do material	Mínimo a Máximo Valores de contração
Acrilonitrila Butadieno Estireno	ABS	.004 – .008
Acrilonitrila-Butadieno-Estireno/Policarbonato	PC/ABS	.004 – .007
Acetal	POM	.020 – .035
Acrílico	PMMA	.002 – .010
Etileno Vinil Acetato (	EVA	.010 – .030
Polietileno de alta densidade	PEAD	.015 – .030
Polietileno de baixa densidade	PEBD	.015 – .035
Poliamida - Nylon (PA) com enchimento 30% Fibra de vidro	PA+30GF	.005 – .007
Poliamida – Nylon (PA) Não preenchido	PA	.007 – .025
Tereftalato de polibutileno	PBT	.008 – .010
Policarbonatoe	PC	.005 – .007
Acrilonitrila Estireno Acrilato	ASA	.004 -. 007
Poliéster		.006 – .022
Polieteretercetona	PEEK	.010 – .020
Polieterimida	PEI	.005 – .007
Polietileno	PE	.015 – .035
Polietersulfona	PES	.002 – .007
Polifenileno	PPO	.005 – .007
Sulfeto de polifenileno	PPS	.002 – .005
Poliftalamida	PPA	.005 – .007
Polipropileno	PP	.010 – .030
Poliestireno	PS	.002 – .008
Polissulfona	PSU	.006 – .008
Poliuretano	PUR	.010 – .020
Cloreto de polivinila	PVS	.002 – .030
Elastômero termoplástico	TPE	.005 – .020

Determinação de cavidades no projeto de moldes para moldagem por injeção

Descobrir quantas cavidades são necessárias é uma primeira etapa importante antes de discutir o tamanho do molde e os requisitos do equipamento. Esse parâmetro é crucial para determinar a quantidade que pode ser produzida pelo processo de moldagem por injeção em um período de tempo específico, juntamente com o tempo total do ciclo.

As metas de volume de produção anual para um determinado produto estão diretamente relacionadas ao número de cavidades necessárias. Por exemplo, o cálculo requer o conhecimento do tempo de produção anual disponível se a meta for criar 100.000 unidades em média por ano. São 6.240 horas por ano (52 semanas * 5 dias/semana * 24 horas/dia), supondo uma semana de trabalho típica de cinco dias e 24 horas por dia. Então, cada mês tem uma média de 520 horas disponíveis (6.240 / 12).

Estimativa do tempo de ciclo

Estimar o tempo de ciclo é essencial para descobrir quantas cavidades são necessárias. A parte da parede mais espessa do item que está sendo moldado tem o maior impacto sobre o tempo de ciclo. Uma diretriz para essa estimativa é mostrada na Figura 2-3, que leva em conta as suposições de uma máquina de moldagem de tamanho adequado e os tempos típicos do processo de injeção. Embora os tempos de ciclo possam variar significativamente dependendo do material, o gráfico fornece um ponto de partida útil.

Uma vez que o tempo total do ciclo tenha sido aproximado, o número de ciclos por hora pode ser calculado dividindo-se o tempo de ciclo estimado por 3.600, que é o número de segundos em uma hora. Por exemplo, 100 ciclos de moldagem são produzidos por item se a espessura máxima da parede for de 0,100 polegadas e o tempo de ciclo for de aproximadamente 36 segundos.

Cavidades e escala de produção

Suponhamos que tenhamos uma necessidade anual de 100.000 unidades. Para atender a esse critério, um molde de cavidade única exigiria cerca de 1.000 horas, ou 8,33 semanas. Como alternativa, o tempo de produção pode ser reduzido pela metade, para 4,16 semanas, com um molde de duas cavidades. As ramificações financeiras de um molde de duas cavidades, no entanto, devem ser consideradas com cuidado.

Um molde de cavidade única operando ininterruptamente não seria viável para números de fabricação maiores, como 10 milhões de unidades por ano. Nesse caso, 624.000 unidades poderiam ser produzidas anualmente usando um molde de 16 cavidades. Vários moldes com 16 a 32 cavidades cada um podem ser considerados, com produção espaçada de três a seis meses, para atingir 10 milhões de peças. No entanto, é importante avaliar aspectos como o custo e a disponibilidade de equipamentos de moldagem.

Selecionando o material certo para o projeto do molde de injeção

A escolha do material adequado para o projeto do molde de injeção é um aspecto crítico que influencia significativamente a eficiência e a eficácia do processo de moldagem. Vários materiais, desde aços a ligas e até mesmo alumínio, oferecem características exclusivas que atendem a diferentes requisitos de moldagem.

Aços

1. Aço carbono 1020: Ideal para placas ejetoras e placas de retenção devido à sua usinabilidade. A carburação é necessária para o endurecimento.
2. Aço carbono 1030: Usado para bases de moldes, carcaças de ejetores e placas de fixação. Pode ser facilmente usinado e soldado, com o potencial de endurecimento para HRC 20-30.
3. Liga de aço 4130: Aço de alta resistência adequado para placas de retenção de cavidade e núcleo, placas de suporte e placas de fixação. Fornecido com 26 a 35 HRC.
4. Aço para ferramentas S-7: Resistente a choques e com boa resistência ao desgaste, usado para travas e fechos. Endurecido a 55-58 HRC.
5. Aço para ferramentas P-20: 4130 modificado, pré-endurecido para cavidades, núcleos e placas de remoção. Fornecido com HRC 28-40.
6. Aço inoxidável S136: Esse é um dos melhores materiais endurecidos para cavidades, núcleos, insertos e outros componentes de moldes de conformação, endurecidos a 50-54 HRC.
7. Aço de alto polimento NAK80: Usado para cavidades, núcleos e outros insertos de molde com alto acabamento de superfície de vidro, pré-endurecido a 38-42HRC.
8. Aço 1.2344 e 1.2343? Esse é um aço endurecido usado principalmente para cavidades, núcleos e outros componentes de moldes, endurecido a 50-54 HRC.

Alumínio

O tipo de alumínio mais comum para moldes é 7075 (T6). Essa liga de grau aeronáutico, quando anodizada, atinge uma dureza de superfície de até 65 Rc para maior resistência ao desgaste. Ela pode ser usada em todo o molde e sua superfície tende a se autoalisar, reduzindo a construção do molde e os tempos de ciclo de moldagem por injeção.

Ligas de berílio-cobre

Essas ligas, como CuBe 10, CuBe 20 e CuBe 275, são frequentemente usadas como componentes instalados em bases de molde de aço ou alumínio. Elas auxiliam na dissipação de calor, principalmente em áreas com canais de resfriamento desafiadores. A dureza varia de Rb 40 a Rc 46.

Outros materiais

Embora menos comuns, outros materiais como epóxi, ligas de alumínio/epóxi, borrachas de silicone e madeira podem ser usados para moldes, principalmente para produção de pequenos volumes ou protótipos (normalmente com menos de 100 peças). Esses materiais não são adequados para a produção de grandes volumes devido à sua durabilidade limitada e podem ser mais apropriados para fins de prototipagem.

Recentemente, o alumínio, especialmente a liga 7075, tornou-se uma opção viável até mesmo para produção de alto volume, desafiando a percepção tradicional de que o alumínio é adequado apenas para moldes de baixo volume ou protótipos. A escolha do material do molde deve estar alinhada com os requisitos de volume de produção, a compatibilidade do material e as características específicas necessárias para o processo de moldagem.

Acabamento de superfície e requisitos especiais no projeto de moldes para moldagem por injeção

Quando se trata de design de produtos moldados, obter a aparência correta da superfície é importante, tanto esteticamente quanto em termos de facilitar a aplicação de retoques finais, como logotipos de marcas ou arte ornamental. Os parâmetros do processo de injeção e o estado da cavidade do molde têm um impacto direto sobre a qualidade da superfície moldada. Os projetistas de moldes não podem controlar os parâmetros de processamento, mas devem especificar critérios para aparências específicas a fim de fabricar moldes com as condições de superfície adequadas.

Diferentes técnicas de usinagem produzem diferentes graus de rugosidade superficial nas superfícies do molde, o que afeta o procedimento de acabamento. Por exemplo, os acabamentos comuns produzidos por Usinagem por descarga elétrica (EDM) variam de 10 a 100 micropolegadas (250 a 2.500 micrômetros). Pode ser necessário apenas menos de 1 micropolegada (25 micrômetros) para obter um acabamento espelhado, enquanto uma leitura média para a maioria das peças pode ficar entre 20 e 40 micropolegadas (500 a 1.000 micrômetros).

Um acabamento mais suave da cavidade reduz as colinas e os vales produzidos durante a usinagem, o que geralmente facilita a ejeção das peças moldadas. O efeito da EDM na rugosidade da superfície da cavidade é mostrado na Figura 2-4, que destaca a necessidade de lapidação e polimento adequados para proporcionar a suavidade necessária. Para os acabamentos da superfície da cavidade do molde, a Society of the Plastics Industry (SPI) criou padrões. Há três níveis (1, 2 e 3) em cada grau (A, B, C e D), sendo que A-1 é o acabamento mais suave e D-3 é um acabamento grosseiro e jateado a seco.

Embora uma superfície plana facilite a ejeção, superfícies muito lisas podem gerar vácuo, especialmente ao usar resinas rígidas e duras. Nessas situações, uma pequena quantidade de rugosidade na superfície do metal ajuda a remover o vácuo e permite a ejeção adequada da peça.

Se forem aplicados acabamentos pós-moldagem, a superfície da peça moldada precisará ser preparada. No caso das poliolefinas, a oxidação da superfície é necessária para facilitar a adesão de tinta, corante, hot-stamps ou outros acabamentos decorativos. Minimizar o uso de agentes desmoldantes durante a moldagem por injeção é aconselhável para evitar interferência na adesão, enfatizando ainda mais a importância de uma superfície de molde altamente polida.

É essencial identificar as superfícies designadas para decoração pós-moldagem nos desenhos do produto. Essa notificação garante que os fabricantes de moldes e os moldadores reconheçam as áreas críticas que exigem atenção especial no processo de acabamento.

Gate Método e local

A qualidade final, a aparência e os atributos físicos de um produto moldado são influenciados pela localização da comporta e pelo tipo de sistema de comporta empregado. Idealmente, a cavidade deve ser fechada de modo que o material fundido entre primeiro na seção mais espessa da peça, conforme ilustrado na figura abaixo.

Esse conceito se baseia no comportamento das moléculas de plástico fundido, que tendem a ocupar o espaço disponível e a buscar uma distribuição igualitária do ar. A colocação da porta na parte mais espessa da cavidade força as moléculas a se unirem, comprimindo-as à medida que entram na cavidade. Essa compactação expulsa o ar entre as moléculas, resultando em uma estrutura molecular densamente compactada e em uma peça moldada com integridade estrutural ideal.

Por outro lado, o gating na extremidade fina permite que as moléculas se expandam, aumentando os espaços de ar entre elas e levando a uma ligação molecular mais fraca. Isso resulta em uma peça moldada com baixa integridade estrutural.

Embora o local e o design ideais do portão sejam explorados em um capítulo posterior, é fundamental reconhecer os possíveis locais do portão neste estágio. A identificação desses locais permite uma comunicação proativa com o projetista do produto para resolver qualquer problema. Os portões, independentemente do tipo, deixarão evidências, conhecidas como vestígios, que se projetam ou se quebram na peça moldada. Ele nunca estará perfeitamente nivelado com a peça moldada. Se o vestígio atrapalhar a função, a aparência ou o uso pretendido da peça moldada, o portão pode precisar de recolocação, uma decisão na qual o projetista do produto deve estar ativamente envolvido.

Ejetarr Método e local

Depois que o plástico derretido se solidifica dentro do molde, o produto final moldado precisa ser ejetado do molde. O método predominante para essa tarefa envolve o uso de pinos ejetores, que são empregados para empurrar a peça moldada para fora da cavidade onde foi moldada, conforme mostrado na figura abaixo.

Para otimizar o processo de ejeção e minimizar o estresse, é recomendável usar pinos ejetores com um diâmetro maior. Isso garante uma distribuição uniforme da força de ejeção em toda a peça moldada, reduzindo o risco de rachaduras ou perfurações causadas pela área insuficiente do ejetor. Idealmente, os pinos ejetores devem ser estrategicamente posicionados para aplicar força nas áreas mais fortes da peça, como perto de cantos, sob saliências e perto de interseções de nervuras. Embora os pinos ejetores redondos sejam os mais comuns e econômicos, as seções transversais retangulares também são viáveis.

Semelhante aos portões, os pinos ejetores deixam rastros na peça moldada. Devido à expansão e à contração contínuas de vários componentes do molde durante o processo de moldagem, é um desafio obter a perfeita fluidez com a superfície da peça. Consequentemente, se os pinos forem muito curtos, eles deixarão uma saliência ou excesso de plástico, conhecida como marca de testemunha, conforme ilustrado na figura abaixo. Por outro lado, se os pinos forem muito longos, eles criarão impressões na peça plástica.

É fundamental encontrar um equilíbrio no comprimento do pino. Pinos excessivamente longos podem fazer com que a peça moldada permaneça nos pinos ejetores, o que representa o risco de danos se o molde se fechar sobre a peça não ejetada. Consequentemente, é prudente manter os pinos intencionalmente curtos, resultando em uma fina almofada de material em excesso. Os projetistas de produtos devem ser informados sobre os locais pretendidos para os pinos ejetores e as marcas de testemunha resultantes para que possam tomar decisões informadas sobre a aceitação.

Se as marcas de testemunho forem consideradas inaceitáveis devido a considerações funcionais ou estéticas, talvez seja necessário explorar métodos alternativos de ejeção, como uma placa removível ou um sistema avançado de jateamento de ar. Como alternativa, o reposicionamento da peça no molde para permitir a realocação dos pinos ejetores é outra opção, embora possa acarretar custos de molde mais altos.

Localizaçãon de cavidades e canais de resfriamento

Ao empregar um molde de cavidade única, é ideal posicionar a cavidade no centro do molde. Essa configuração facilita a passagem do jito, criando condições favoráveis para o processo de moldagem. A injeção de material ocorre diretamente na cavidade, minimizando a distância percorrida. Sem restrições, a pressão de injeção pode ser reduzida e a tensão é efetivamente minimizada. Essas condições são buscadas mesmo em moldes de múltiplas cavidades.

No caso de moldes de múltiplas cavidades, é essencial colocar as cavidades o mais próximo possível do centro do molde. No entanto, deve-se considerar a necessidade de pinos ejetores tanto para as peças quanto para os canais responsáveis pelo transporte de material para as cavidades. Além disso, os canais de resfriamento devem ser estrategicamente posicionados nas placas do molde para levar o líquido de resfriamento, normalmente água, o mais próximo possível das cavidades do molde sem comprometer a integridade do aço e causar vazamentos de água.

É importante posicionar cuidadosamente as cavidades para evitar interferência com os parafusos de montagem e os pinos ejetores. À medida que o número de cavidades aumenta, o layout se torna mais complexo, tornando o processo mais desafiador. Uma diretriz geral é que os canais de resfriamento devem estar situados a uma distância não inferior a duas vezes o seu diâmetro de qualquer outro objeto, conforme ilustrado na figura abaixo. Isso garante que haja metal suficiente ao redor para minimizar o risco de ruptura.

Um layout ideal para um molde de múltiplas cavidades se assemelha aos raios de uma roda. Esse layout permite que as cavidades sejam posicionadas o mais próximo possível do centro do molde e elimina as curvas em ângulo reto no sistema de canais. Essas curvas resultam em uma queda de pressão de 20% para cada volta, exigindo um aumento no diâmetro do canal para manter o fluxo adequado de material. Esse aumento leva a custos mais altos de material e tempos de ciclo mais longos e deve ser evitado sempre que possível. A imagem abaixo ilustra um layout típico de raio para um molde de oito cavidades.

Apesar das vantagens do conceito de raio, ele vem com uma limitação no número total de cavidades possíveis em um determinado tamanho de molde. Um padrão quadrado, como mostrado na Figura 10, pode acomodar mais cavidades. Entretanto, os padrões quadrados introduzem curvas no sistema de canais, geralmente representadas como ângulos retos. As curvas em ângulo reto exigem pressão de injeção adicional para impulsionar o material, o que leva a um aumento de 20% no diâmetro do canal primário para equilibrar as pressões. Se forem necessários padrões quadrados, é preferível ter canais com curvas amplas em vez de ângulos retos,

Independentemente do sistema de canal empregado, os pinos ejetores são essenciais para ejetar tanto o sistema de canal quanto a peça moldada. Portanto, o layout da cavidade deve considerar não apenas a proximidade das cavidades com o centro do molde para minimizar o deslocamento do material, mas também como evitar a colocação de pinos ejetores (e parafusos de montagem) no meio dos canais de resfriamento.

Os itens acima são apenas requisitos gerais relativos ao projeto do molde para moldagem por injeção. Haverá mais alguns requisitos, como conceitos de ventilação, dimensionamento do molde, deslizador ou levantador do molde e assim por diante.

Estudo de caso de projeto de molde de injeção da Sincere Tech - DFM Anylisis

Para que possamos pensar da mesma forma na SinereTech e usar dimensões adequadas para todas as aplicações, criamos as seguintes diretrizes. Essas diretrizes de projeto de molde serão usadas pelos engenheiros de cálculo, bem como uma base para nossos projetistas no caso de qualquer Molde de injeção projeto e, às vezes, podemos chamar isso de Relatório DFM também.

1. Porta de injeção e layout geral.

   1. Em geral, a porta de injeção será colocada ao longo do lado mais longo da peça e o cilindro da porta de injeção estará na distância mais próxima desse lado (normalmente, o canal não contornará a cavidade como uma banana).
   2. Se forem usados controles deslizantes ou se outros fatores puderem influenciar o posicionamento da porta de injeção ou da corrediça, forneça algumas sugestões de localização da porta e pergunte ao cliente qual a localização da porta de sua preferência. Concordar com uma solução antes de o projeto do molde. Assim, o layout geral será adequado para quase todos os moldes.

2. Distância entre as bordas da cavidade e as bordas do inserto.

   1. Para casos normais, exceto para moldes de injeção com controles deslizantes maiores ou peças "profundas", use a distância de 50 a 80 mm. O limite superior é usado para peças "maiores" e o limite inferior é usado para peças menores.
   2. Para Ferramenta de moldagem por injeção de plástico Com controles deslizantes maiores, a distância pode chegar a 90-100 mm, especialmente quando se trata dos dois lados à direita e à esquerda do lado do controle deslizante.
   3. Para peças realmente profundas, a distância pode ser maior do que 100 mm, mas, nesse caso, devemos pedir orientação ao cliente para saber se a máquina de moldagem por injeção do cliente é adequada.
   4. Para peças realmente pequenas, é usada a distância mínima de 50 mm.
   5. A distância para o lado voltado para o cilindro de injeção é a mesma que para os outros lados, mas cerca de 10 a 15 mm além disso.
   6. Caso queiramos otimizar essas distâncias. Isso pode ser usado preferencialmente para esse tipo de ferramenta de fundição sob pressão

3. Distância entre as cavidades.

   1. Geralmente, entre cada cavidade, é usada uma distância de 30 a 50 mm na maioria dos casos.
   2. Para peças realmente pequenas, é usada a distância mínima de 15 a 30 mm.
   3. Para peças realmente profundas, a distância é geralmente maior do que 50 mm, mas nesse caso devemos pedir orientação ao cliente para saber se o tamanho do molde de injeção é adequado à máquina do cliente.
   4. Nos casos em que o canal estiver entre as cavidades, a distância será de no mínimo 30 a 40 mm entre cada cavidade; se for usada uma porta banana, a distância entre cada cavidade será de mais 10 mm.

4. Distância entre a borda do inserto e a borda do porta-molde.

   1. Em geral (para casos normais), a regra é usar a mesma distância que é usada para moldagem por injeção (desde que a peça não exija controles deslizantes grandes). Isso inclui peças maiores, peças mais profundas e peças que exigem controles deslizantes menores. Isso significa que uma distância de 60 a 90 mm é suficiente para a maioria dos moldes.
   2. Para moldes com grandes controles deslizantes hidráulicos, é necessário aumentar a distância de 50 a 200 mm além da distância normal (mais do que seria necessário para a moldagem por injeção). Entretanto, nesses casos, devemos pedir a aprovação do cliente. Uma questão também é como o molde pode ser assimétrico no caso de um controle deslizante grande ser usado somente no lado direito ou esquerdo do molde.

5. A espessura das placas A/B e dos insertos.

   1. A espessura dos insertos e das placas A/B é controlada principalmente pela área projetada da peça. Como regra geral, as espessuras especificadas na tabela abaixo serão usadas no projeto de moldes de fundição sob pressão. As áreas projetadas são especificadas em cm². Para grandes áreas projetadas ou moldes profundos, é recomendável solicitar a aprovação do cliente. Pode haver fórmulas a serem usadas caso essas dimensões sejam otimizadas

Área projetada (cm)2)	A espessura entre a borda do inserto e a parte traseira da placa A/B		A espessura entre a borda da cavidade e a parte traseira da borda do inserto
	Placa A	Placa B	Inserir-A	Inserir-B
1-100	35-40	40-45	35-40	38-40
100-300	40-60	45-70	40-45	40-45
300-600	60-80	70-100	45-50	45-55
600-1000	80-110	100-130	50-60	55-65
1000-1500	110-140	130-160	60-65	65-70
>1500	≥140	≥160	≥65	≥70

Por fim, se você não tiver certeza de qual é a melhor solução de projeto de molde para o seu molde de injeção, entre em contato conosco. projeto de moldeA produção de moldes e o serviço de fabricação de moldagem por injeção.