Usinagem CNC para fabricação de moldes de injeção: como cavidades, núcleos e bases de moldes são realmente usinados

Um molde de injeção é um conjunto usinado antes de ser uma ferramenta de produção. Cada superfície que uma peça moldada terá começa como um caminho de corte no aço, e as decisões tomadas durante a usinagem determinam quanto a ferramenta rebarba, quão rápido seu ciclo, quanto tempo leva o polimento e quantas peças ela produz antes da manutenção.

Este guia explica como um molde é realmente construído: a sequência de usinagem do bloco de aço até a ferramenta ajustada, o que é usinado além da cavidade, quais aços-ferramentas se comportam sob uma fresa, as tolerâncias e acabamentos envolvidos e como pensar em adquirir moldes no mercado interno ou offshore.

O que a usinagem CNC faz na fabricação de moldes

A usinagem CNC produz quase todas as superfícies funcionais de um molde. Isso inclui a cavidade e o núcleo que formam a peça, os bolsos da base do molde e as interfaces que os prendem, os canais de resfriamento que controlam a temperatura, os orifícios ejetores que liberam a peça e as superfícies de fechamento onde as duas metades se encontram. A usinagem por descarga elétrica lida com o pequeno restante que uma fresa fisicamente não consegue alcançar, e a bancada manual leva as superfícies ao seu acabamento final.

A sequência de usinagem do bloco até a ferramenta acabada

1. Preparação de blocos. O bloco de aço ferramenta é esquadrado e os pontos de referência são estabelecidos. Tudo o downstream faz referência a essa origem, portanto, um erro aqui se propaga por toda a construção.
2. Desbaste. O material a granel é removido com estratégias adaptativas ou de alto avanço, deixando um estoque uniforme. A uniformidade é mais importante do que a velocidade bruta, porque o material inconsistente causa deflexão variável da ferramenta nas passagens seguintes.
3. Semi acabamento. A folga é reduzida uniformemente e os cantos são preparados com usinagem de descanso, para que a passagem de acabamento atinja um encaixe consistente em vez de alternar entre cortes pesados ​​e leves.
4. Tratamento térmico, onde o aço assim o exigir. O endurecimento e o alívio de tensões introduzem movimentos dimensionais que as operações subsequentes devem corrigir, razão pela qual a sequência deve antecipá-los.
5. Fresamento duro. Passes de acabamento realizados em material endurecido utilizando ferramentas curtas e rígidas. É aqui que a qualidade da superfície é ganha ou perdida e determina diretamente quantas horas o polimento levará.
6. Usinagem por descarga elétrica. Cantos internos afiados, nervuras estreitas e profundas e detalhes abaixo do menor cortador prático são queimados em vez de fresados.
7. Bancada e polimento. Trabalho manual para atingir o nível de superfície especificado, remover marcas de referência da ferramenta e mesclar transições entre regiões usinadas.
8. Montagem e localização. A cavidade e o núcleo são combinados, os fechamentos são verificados e a ferramenta é montada com os sistemas de ejeção e resfriamento antes dos primeiros disparos.

Onde o EDM ainda é necessário e onde o fresamento duro o substituiu

As melhorias no fresamento duro afastaram uma quantidade substancial de trabalho da usinagem por descarga elétrica, porque o fresamento é mais rápido em geometria aberta e não requer a fabricação de um eletrodo primeiro. Mas o fresamento é limitado pela geometria da fresa e pelo alcance de uma forma que o EDM não é.

Os dois processos são complementares e não concorrentes. Uma ferramenta bem planejada fresa tudo o que pode ser fresado com eficiência e reserva o EDM para o que o fresamento fisicamente não pode produzir, o que mantém a fabricação do eletrodo fora do caminho crítico sempre que possível.

O que é usinado além da cavidade

A usinagem de cavidades e machos recebe a maior parte da atenção, mas um molde contém muitos detalhes usinados que determinam se a ferramenta realmente funciona na produção.

• Bolsas e interfaces da base do molde. As inserções da cavidade e do núcleo ficam em compartimentos usinados cuja precisão controla o alinhamento entre as duas metades.
• Canais de resfriamento. Passagens perfuradas e usinadas posicionadas a uma distância controlada da superfície da cavidade. Seu layout impulsiona a uniformidade do resfriamento, o que, por sua vez, gera tempo de ciclo e empenamento.
• Orifícios dos pinos do ejetor. Posicionado e dimensionado para que os pinos funcionem livremente sem permitir flash, o que é um requisito de ajuste mais apertado do que a maioria das pessoas espera.
• Slides, elevadores e mecanismos de came. Necessário sempre que um recurso é cortado e não pode ser liberado na direção de abertura do molde, e cada um deles é uma montagem usinada por si só.
• Superfícies de fechamento. Onde a cavidade e o núcleo se encontram para fechar um recurso. A qualidade do desligamento decide se a ferramenta pisca em cada foto.
• Geometria do corredor e do portão. Usinado nas placas ou inserções e dimensionado de acordo com o comportamento do fluxo da resina, e não de acordo com um padrão.
• Ventilação. Alívio usinado raso que permite que o ar preso escape à medida que a cavidade é preenchida. A ventilação insuficiente causa marcas de queimaduras e tiros curtos.
• Conexões de água, furos de pinos-guia, pinos de retorno e recursos de montagem que permitem que a ferramenta seja aparafusada em uma prensa.

O resfriamento e a ventilação são onde as decisões de usinagem aparecem mais diretamente na economia da produção. Uma ferramenta com resfriamento bem posicionado tem ciclos mais rápidos em cada disparo durante toda a sua vida útil, e o tempo de ciclo é o custo dominante por peça na moldagem de produção. Muitas das questões abordadas em nosso artigo sobre defeitos de moldagem atribuídos às ferramentas têm origem no layout de resfriamento, na ventilação ou na usinagem de fechamento, e não na prensa.

Aços ferramenta e como cada um usina

As ferramentas de alumínio merecem destaque porque mudam completamente a economia da produção inicial. O alumínio usina várias vezes mais rápido do que o aço para ferramentas, o que reduz substancialmente o tempo de processamento do ferramental e reduz os custos, ao mesmo tempo em que produz milhares de tiros. Essa é a base das ferramentas de torneamento rápido e da moldagem, e é o caminho certo quando o projeto ainda não está congelado ou o volume não justifica o aço endurecido.

Tolerâncias e acabamento superficial na usinagem de moldes

As tolerâncias do molde funcionam de maneira diferente das tolerâncias das peças. O que importa não é apenas a precisão com que uma superfície é cortada, mas também como as duas metades se encontram, porque a qualidade do corte determina a aparência da rebarba e da linha de partição em cada peça que a ferramenta produz.

• As superfícies das cavidades são usinadas de acordo com a geometria da peça com uma margem onde o polimento ocorrerá, porque o polimento remove material e uma superfície polida sem margem acaba ficando subdimensionada.
• As superfícies de fechamento exercem o controle mais rígido da ferramenta. Um desligamento que não atende corretamente aos flashes em todas as fotos, e corrigi-lo em aço endurecido é um trabalho difícil.
• Os recursos de guia e alinhamento são usinados de acordo com a especificação da base do molde e não com a especificação da peça, já que seu trabalho é o registro repetível entre as metades.
• A posição do canal de resfriamento é um requisito dimensional, porque a distância do canal à superfície da cavidade determina a uniformidade do resfriamento.
• O grau de textura da superfície deve ser acordado antes do início da usinagem, pois determina quanto material o passe de acabamento deve deixar para a bancada.
• Os ajustes do pino ejetor são uma especificação de folga, apertados o suficiente para evitar flash e soltos o suficiente para movimento livre em toda a faixa de temperatura da ferramenta.

A margem de polimento é o item mais frequentemente maltratado. Muito pouco e uma superfície polida sai da tolerância. Se for demais, a sala de ferramentas gastará horas manuais adicionais, que é o tempo mais caro de toda a construção. Acordar a classe de acabamento desde o início permite que o estágio de usinagem deixe a quantidade correta em vez de uma estimativa.

Por que a configuração do eixo é importante nas ferramentas

O trabalho de molde é usinado em equipamentos de 3 eixos, 3+2 indexados e 5 eixos simultâneos, e a escolha afeta tanto o que é possível quanto o que custa.

• A usinagem de 3 eixos lida com a maioria dos trabalhos de bases de moldes prismáticos, cavidades simples e usinagem de placas, e é a opção mais econômica onde a geometria permite.
• A usinagem indexada 3+2 posiciona o bloco em um ângulo fixo e depois corta com movimento de três eixos, o que se adapta a faces angulares e recursos que não podem ser alcançados a partir de uma única orientação.
• A usinagem simultânea de 5 eixos move todos os eixos durante o corte, o que é necessário para superfícies curvas compostas e valioso onde quer que o alcance da ferramenta seja limitado.
• O alcance da ferramenta é o problema recorrente em ferramentas. Inclinar o eixo da ferramenta permite que uma fresa mais curta e rígida alcance um núcleo profundo, o que corta mais rápido, trepida menos e proporciona um acabamento melhor do que uma ferramenta longa que chega diretamente para baixo.

Este último ponto é o motivo pelo qual os núcleos profundos são usinados em equipamentos multieixos, mesmo quando as superfícies em si não são curvas. O benefício é a rigidez e o acabamento, e não a necessidade geométrica, e isso se traduz diretamente em menos horas de polimento.

Prazos de fabricação de moldes e o que os comprime

O prazo de entrega da ferramenta é determinado pela sequência de usinagem, pela quantidade de EDM necessária e pelo acabamento manual no final. Três coisas o encurtam mais do que qualquer outra coisa.

• Congele o desenho da peça antes de cortar o aço. As revisões tardias após o fresamento duro são a mudança mais cara no processo, porque a correção em material endurecido geralmente significa soldagem e reusinagem.
• Combine a classe de acabamento superficial no início, para que a usinagem deixe a margem correta e a bancada não seja ampliada por suposições.
• Escolha o material da ferramenta honestamente em relação ao volume. Uma ferramenta de alumínio para um projeto ainda em validação é mais rápida e barata do que uma ferramenta de aço endurecido que precisará de modificação.

Um projeto para revisão de fabricação antes do início do ferramental se paga repetidamente aqui. Cortes inferiores que forçam deslizamentos, raios de canto menores do que qualquer cortador prático e seções de parede que precisarão de muita atenção de resfriamento são todos mais baratos de serem resolvidos em CAD do que em aço. Para projetos ainda em validação, nosso protótipo e nossa rota de ferramentas de baixo volume permitem que a geometria seja comprovada antes que as ferramentas de produção sejam comprometidas.

Fornecimento de fabricação de moldes nos EUA versus offshore

A decisão raramente é tudo ou nada. Uma estrutura comum é prototipar e validar rapidamente e, em seguida, construir ferramentas de produção onde a economia for melhor, uma vez que o projeto esteja estável. O que faz com que as ferramentas offshore funcionem é a disciplina de documentação: um pacote completo de dados, uma especificação de acabamento acordada, requisitos de inspeção definidos e um processo claro de mudança de engenharia.

A Elite Mold Tech constrói e opera ferramentas internamente, combinando serviços de usinagem CNC de precisão com moldagem por injeção de plástico para que a usinagem de cavidades, EDM, encaixe e moldagem sejam gerenciados como um processo, em vez de coordenados entre fornecedores. Envie um modelo de peça e volume alvo para a Elite Mold Tech para obter um plano de ferramentas que indique a abordagem de usinagem, o escopo de EDM e a classe de acabamento, em vez de um único valor de prazo de entrega.

Perguntas frequentes

P: Quanto tempo leva para usinar um molde de injeção?

R: Depende do tamanho, da contagem de cavidades e de quanto EDM e bancada a geometria exige. As ferramentas de protótipo de alumínio são consideravelmente mais rápidas do que as ferramentas de produção de aço endurecido, e é por isso que as ferramentas de ponte existem como uma rota distinta.

P: O fresamento duro elimina a necessidade de EDM na fabricação de moldes?

R: Não. O fresamento duro reduziu o escopo do EDM em geometria aberta, mas cantos internos afiados, nervuras estreitas e profundas e detalhes abaixo dos tamanhos práticos de fresa ainda exigem isso. A maioria das ferramentas usa os dois processos em combinação.

P: Que aço ferramenta um molde de injeção deve usar?

R: Classes pré-endurecidas, como P20, são adequadas para ferramentas de média vida útil e evitam distorções no tratamento térmico. Classes mais duras e aços para moldes inoxidáveis ​​são adequados para tiragens mais longas, resinas com enchimento abrasivo ou condições corrosivas, ao custo de uma sequência de usinagem mais longa.

P: Um molde de alumínio pode ser usado para produção?

R: Para volumes mais baixos, sim. As ferramentas de alumínio produzem milhares de tiros e são muito mais rápidas e baratas de usinar, o que as torna adequadas para a produção de pontes e projetos que ainda não estão totalmente congelados.

P: O que causa os atrasos mais caros na fabricação de moldes?

R: O design da peça muda após o fresamento duro. A correção do aço endurecido geralmente requer soldagem e reusinagem, o que é lento e traz riscos. Congelar o projeto antes do corte do aço é a proteção de programação mais eficaz disponível.