Projetando defeitos de moldagem por injeção: como a espessura da parede, a localização do portão e as correntes de ar evitam afundamentos, empenamentos e disparos curtos

Um moldador pode ajustar a temperatura, a pressão, a velocidade de injeção e o tempo de resfriamento, e um moldador qualificado obterá resultados notáveis ​​em uma peça difícil. O que nenhuma configuração de processo pode fazer é resfriar uma saliência espessa na mesma proporção que a parede fina ao lado dela. Isso é geometria, e a geometria é decidida muito antes da impressão.

Este guia aborda a prevenção de defeitos na fase de projeto: as cinco variáveis ​​geométricas que causam a maioria dos problemas de moldagem, a causa do projeto por trás de cada defeito comum, as regras para nervuras e ressaltos, onde o projeto realmente não pode resolver o problema, e uma lista de verificação de revisão a ser executada antes de liberar uma peça para ferramental. Para corrigir defeitos em uma ferramenta que já está em execução, nosso guia para corrigir defeitos de moldagem na prensa cobre o lado do processo.

A maioria dos defeitos de moldagem são decisões de projeto em primeiro lugar

Marcas de afundamento, empenamentos, vazios e linhas de solda são geralmente descritos como problemas de processo porque é aí que são descobertos. Na prática, eles são normalmente o resultado visível de uma decisão geométrica: uma parede que muda de espessura abruptamente, uma saliência mais espessa do que a parede sobre a qual está assentada, uma comporta posicionada onde o fluxo tem que passar de fino para grosso, ou um canto sem raio. O ajuste do processo pode reduzir a gravidade destes problemas e raramente os elimina.

Isso é importante comercialmente porque as correções de projeto são quase gratuitas antes da ferramenta e caras depois. Uma alteração na espessura da parede em CAD custa uma tarde. A mesma mudança após o corte do aço endurecido significa soldagem e reusinagem.

As cinco variáveis ​​de projeto que causam mais defeitos

1. Espessura de parede uniforme

Esta é a regra de maior alavancagem no projeto de peças e a que é quebrada com mais frequência. As seções grossas esfriam mais lentamente do que as finas. À medida que a região espessa esfria e encolhe, ela puxa o material da superfície, produzindo uma marca de afundamento, ou forma um vazio interno se a pele já estiver congelada. Onde seções grossas e finas esfriam em taxas diferentes na mesma peça, o encolhimento diferencial deforma toda a peça como empenamento.

Mantenha a parede nominal constante em toda a peça sempre que possível. Quando um projeto precisa genuinamente de massa em uma região, a abordagem correta geralmente é retirar o núcleo da seção espessa em vez de deixá-la sólida, de modo que a parede permaneça uniforme e a resistência venha da geometria em vez do volume.

2. Transições de parede

Onde a espessura tiver que mudar, a mudança deverá ser gradual e não abrupta. Um aumento na espessura da parede cria uma mudança repentina na taxa de resfriamento e uma concentração de tensão na transição, que aparece como afundamento na superfície externa e como fator de empenamento na peça. Mesclar a transição à distância, em vez de pisar nela, remove a maior parte do efeito.

3. Localização do portão

A comporta determina a direção que o plástico flui através da cavidade, e a direção do fluxo determina onde as linhas de solda se formam, onde a peça é preenchida por último e com que eficácia a pressão de retenção pode preencher as regiões espessas. O fluxo deve viajar das seções grossas para as finas, porque uma comporta que alimenta uma região fina primeiro deixa a região espessa incapaz de receber pressão de retenção, o que garante afundamento e vazios ali.

A posição do portão também decide onde as evidências cosméticas aparecem. Cada portão deixa um vestígio, por isso a localização deve ser numa superfície não cosmética sempre que possível. As linhas de solda se formam onde duas frentes de fluxo se encontram, normalmente atrás dos furos e ao redor das pastilhas, e são ao mesmo tempo uma marca cosmética e um verdadeiro ponto fraco. O projeto não pode eliminar as linhas de solda em uma peça com furos, mas o projeto e o posicionamento da porta decidem se elas vão parar em algum lugar estruturalmente sem importância.

4. Rascunho

Draft é a conicidade aplicada às paredes na direção em que o molde se abre para que a peça se solte sem arrastar. Sem tiragem suficiente, a ejeção raspa a superfície, deixando marcas de arrasto e, nos piores casos, tensiona ou distorce a peça durante a liberação.

Os requisitos de calado aumentam com a profundidade e com a textura da superfície. Uma característica profunda precisa de mais conicidade do que uma superficial, e uma superfície texturizada precisa consideravelmente mais do que uma superfície lisa, porque a própria textura atua como um corte inferior. A aplicação de detalhamento tardiamente no projeto é perturbadora porque altera as dimensões de posicionamento, por isso é melhor aplicá-lo desde o início.

5. Raios de canto

Cantos internos afiados causam três problemas distintos. Eles concentram o estresse, que é onde as peças quebram em serviço. Eles perturbam o fluxo, produzindo uma área que é preenchida de forma desigual. E no aço eles forçam um cortador especial ou trabalho de eletroerosão, o que aumenta o custo do ferramental.

Raios internos generosos resolvem todos os três de uma vez. Um raio de canto que mantém a espessura da parede através do canto aproximadamente igual às paredes adjacentes evita a mancha local espessa que um canto mal proporcionado cria.

Defeito por defeito: a causa do projeto e a correção do projeto

A coluna final é a que tem utilidade prática. Onde a causa do projeto domina, o ajuste das configurações do processo proporciona uma melhoria temporária enquanto consome tempo de produção, e o defeito retorna quando as condições mudam. Onde a causa do processo domina, alterar a geometria é uma maneira cara de resolver algo que uma configuração de máquina consegue resolver.

Regras de design de costela, saliência e reforço

Costelas e saliências são a fonte mais comum de marcas de afundamento autoinfligidas, porque ambas fixam massa a uma parede que, de outra forma, seria uniforme.

• Mantenha a espessura da nervura uma fração da parede adjacente, em vez de igual a ela. Uma costela tão grossa quanto a parede cria uma junção espessa e uma marca de afundamento na face oposta.
• Adicione tiragem às costelas para que elas se soltem de forma limpa, lembrando que uma costela alta precisa de mais conicidade do que uma curta.
• Espaçar as nervuras de forma adequada, em vez de sobrecarregá-las, uma vez que as nervuras muito espaçadas restringem o fluxo e complicam o resfriamento do aço entre elas.
• Use várias costelas mais rasas em vez de uma profunda quando o objetivo for rigidez, porque a profundidade aumenta a dificuldade de enchimento e ejeção.
• Retire o núcleo dos ressaltos em vez de deixá-los sólidos, para que a espessura da parede do ressalto corresponda à parede nominal.
• Apoie saliências altas com reforços em vez de aumentar o diâmetro da saliência, o que reintroduziria a seção espessa.
• Raie a base de cada costela e saliência, o que reduz a concentração de tensão sem criar uma junção espessa se as proporções estiverem corretas.

Nosso guia para diretrizes de projeto de nervuras e reforços aborda detalhadamente as proporções e o espaçamento, incluindo como o projeto das nervuras interage com a rigidez que a peça realmente precisa.

Onde o design não pode consertar

Alguns problemas não são genuinamente geométricos e tratá-los como falhas de projeto é uma perda de tempo.

• Espalhamentos e listras superficiais causadas pela umidade em resinas higroscópicas, como policarbonato e náilon, são um problema de secagem na prensa, não um problema de projeto.
• Marcas de queimadura na última área a ser preenchida geralmente são um problema de ventilação na ferramenta ou um problema de velocidade de injeção na máquina.
• O desvio dimensional ao longo de uma produção geralmente reflete a variação do processo ou o controle da temperatura da ferramenta, e não a geometria da peça.
• Contaminação e listras coloridas são problemas de manuseio de materiais.
• Flash em uma ferramenta que anteriormente funcionou limpa indica desgaste da ferramenta ou força de fixação, não uma alteração no projeto.

Há também uma categoria onde o material, e não a geometria, é a restrição. As resinas de alto encolhimento deformam mais facilmente e mantêm as tolerâncias menos bem, independentemente do cuidado com que a peça é projetada, e é por isso que o material e a geometria devem ser decididos em conjunto. Nossa comparação de materiais de moldagem por injeção aborda como o comportamento de contração difere entre as resinas comuns e o que isso significa para as expectativas de tolerância.

Uma lista de verificação de revisão do projeto antes da liberação para ferramentas

Execute isso antes que a ferramenta seja citada. Cada item é barato para endereçar em CAD e caro para endereçar em aço.

1. A espessura nominal da parede é constante em toda a peça e cada desvio dela é deliberado e justificado?
2. Todas as transições de espessura são mescladas em vez de escalonadas?
3. As seções grossas são retiradas em vez de deixadas sólidas?
4. A espessura da nervura é proporcional à parede adjacente em vez de igualá-la?
5. As saliências têm núcleo e são apoiadas por reforços em vez de diâmetro adicional?
6. Todas as superfícies na direção da abertura do molde possuem calado, com calado adicional onde a textura é especificada?
7. Os cantos internos possuem um raio que mantém a espessura da parede aproximadamente constante através do canto?
8. Foi acordada uma posição de comporta e o fluxo corre das seções espessas para as finas?
9. Onde as linhas de solda serão formadas e esse local carrega carga estrutural ou um requisito cosmético?
10. Existem cortes que exigem corrediças ou elevadores, e o custo adicional de ferramentas é aceito ou o recurso pode ser redesenhado?
11. A seleção da resina corresponde às expectativas de tolerância no desenho, dado o seu comportamento de contração?
12. Quais superfícies são cosméticas e a linha de separação foi mantida fora delas?

Uma peça que passa por todos os doze não tem garantia de moldagem perfeita, mas remove os defeitos que a geometria causa e deixa o moldador com problemas que o controle do processo pode realmente resolver.

Provando o projeto antes de comprometer o ferramental

A revisão de design captura o que um revisor sabe que deve procurar. A validação física pega o resto. A construção de peças de protótipo antes que as ferramentas de produção sejam comprometidas revela problemas de ajuste e função, enquanto as alterações ainda são baratas e, onde a geometria é incerta, uma ferramenta de baixo volume comprova o projeto no processo real antes do corte do aço endurecido.

Vale a pena deixar claro o que cada rota de validação comprova. Protótipos usinados ou impressos verificam o ajuste, a montagem e muitos requisitos funcionais, mas não reproduzem o comportamento de fluxo, empacotamento e encolhimento de uma peça moldada. Quando a preocupação é afundamento, empenamento ou posição da linha de solda, apenas uma amostra moldada responde, e é por isso que existem ferramentas de ponte. Nossa validação de protótipo antes dos serviços de ferramentaria cobre ambos os caminhos.

Elite Mold Tech fornece feedback de projeto para fabricação durante a cotação de seus serviços de moldagem por injeção de plástico, sinalizando problemas de espessura de parede, calado, proporção de nervuras e posição de portão enquanto eles ainda estão fazendo alterações no desenho. Envie um modelo de peça para a Elite Mold Tech para uma revisão do projeto antes que o ferramental seja comprometido, em vez de uma discussão sobre defeitos após os primeiros disparos.

Perguntas frequentes