A moldagem por injeção é um processo que utiliza um molde para fabricar peças através da injeção de material no seu estado fundido. Tem muitas utilizações para fabricar diferentes tipos de plásticos e produtos, desde pequenas coisas que se usam em casa até peças de automóveis. Outro aspeto importante das peças que se fabricam com a moldagem por injeção é a velocidade a que se injecta o material. Alterar a velocidade de injeção pode melhorar as peças que produz, produzir mais e custar menos. Esta publicação do blogue é sobre a rapidez com que se injecta o material quando se faz moldagem por injeção. Vai responder a estas perguntas: O que é a velocidade de injeção? Porque é que é importante? Que aspectos podem alterar a velocidade de injeção do material? Como é que a pode melhorar?

Introdução à moldagem por injeção

Moldagem por injeção é um processo de fabrico popular e versátil utilizado para produzir peças com formas e padrões intrincados e complexos. Envolve o aquecimento de um material, normalmente um termoplástico, e a sua injeção num molde, onde arrefece e assume a forma do molde. Este processo também pode produzir grandes quantidades de peças idênticas com elevada precisão e consistência.

Definição da taxa de injeção

A taxa de injeção na moldagem por injeção é simplesmente a rapidez com que o material é injetado na cavidade do molde. É frequentemente referido como caudal, que pode ser descrito como volume por unidade de tempo ou taxa de fluxo de volume escrito em centímetros cúbicos por segundo (cc/s) ou polegadas por segundo (in/s). A taxa de injeção é outro parâmetro que tem uma profunda influência na eficiência da operação global que envolve o molde, na qualidade da peça moldada e na produtividade global do processo de moldagem.

Importância da taxa de injeção

A taxa de injeção é crucial por várias razões:

Qualidade do produto final

A velocidade a que se injecta o material tem um grande efeito no aspeto do produto final. Se injetar muito lentamente, poderá não encher completamente o molde, o que pode causar problemas como disparos curtos ou linhas de fluxo. Se injetar demasiado depressa, pode obter flash, que é quando o material sai da cavidade do molde devido a demasiada pressão, ou pode obter marcas de queimadura devido ao ar preso.

Eficiência do tempo de ciclo

Outra forma de medir a eficiência do fabrico é ver quanto tempo é necessário para fazer uma peça. A isto chama-se o tempo de ciclo. A taxa de injeção é o que afecta a rapidez com que o molde se enche. A melhor maneira de obter uma taxa de injeção elevada é ter um tempo de ciclo curto. Quando se tem um tempo de ciclo curto, é possível fazer mais peças num dia. Há muitas vantagens em fazer mais peças num dia.

Propriedades do material

No entanto, o comportamento do fluxo de diferentes materiais é diferente e isso será demonstrado com exemplos específicos abaixo. A taxa de injeção não é constante, mas deve ser adaptada ao material específico que está a ser injetado no molde. Por exemplo, no caso de um material altamente viscoso, recomenda-se a utilização de uma taxa de enchimento mais baixa porque qualquer taxa de injeção elevada pode causar uma acumulação de tensão no molde.

Desgaste do molde

Outro aspeto importante que afecta a duração de um molde é a rapidez com que se injecta plástico no mesmo. Quando se injecta plástico num molde, exerce-se muita pressão sobre o molde e este desgasta-se mais rapidamente. Pode utilizar uma nova máquina de injeção para garantir que não utiliza demasiado o molde e que este dura mais tempo.

Taxa de moldagem por injeção dos plásticos mais utilizados

Polipropileno (PP)

O polipropileno é um dos plásticos mais utilizados para moldagem por injeçãoe a taxa de injeção típica é de cerca de 2-6 g/seg. Se se mantiver uma pressão de injeção de 5000 psi, também é possível manter uma pequena velocidade de injeção.

Policarbonato (PC)

O policarbonato é normalmente injetado a uma velocidade de 2-4 gramas por segundo. Trata-se de um plástico de engenharia que é forte e resistente por conceção. Por ser um material de alta viscosidade, se for injetado demasiado depressa, podem surgir bolhas e uma extrusão deficiente.

Poliestireno (PS)

O poliestireno é um dos plásticos mais comuns utilizados na moldagem por injeção porque é barato e fácil de moldar. Tem uma velocidade de injeção baixa, normalmente à volta de 4-10g/s. Se aumentar a pressão de injeção, pode aumentar a velocidade de injeção para um nível que lhe seja conveniente.

Factores que influenciam a taxa de injeção

Vários factores influenciam a taxa de injeção na moldagem por injeção, incluindo as propriedades do material, a conceção do molde, as capacidades da máquina e os parâmetros do processo.

Geometria da peça

A localização e as dimensões da peça moldada afectam a taxa de injeção. Quanto maior e mais complicada for a peça, maior será a taxa de injeção. Na maioria das vezes, as paredes finas com desenhos complexos requerem taxas mais lentas. Isto deve-se ao facto de ser difícil garantir que toda a secção é preenchida. Por outro lado, os desenhos simples e as secções mais espessas podem suportar definições de taxas elevadas.

Propriedades do material

Viscosidade: A viscosidade do material fundido afecta a facilidade com que este flui. Os materiais de baixa viscosidade fluem facilmente e podem ser injectados a alta pressão, enquanto os materiais de alta viscosidade devem ser injectados lentamente para evitar defeitos.

Propriedades térmicas: É por isso que é importante ter em conta os dados relativos à condutividade térmica e à capacidade térmica do material, uma vez que a taxa de arrefecimento e a solidificação dependem disso, bem como da taxa de injeção.

Conceção de moldes

Disposição das cavidades: O número de cavidades e a sua disposição no molde afectam a taxa de injeção. Os moldes de cavidade única têm a vantagem de uma taxa de injeção equilibrada, e o sistema de injeção deve assegurar que todas as cavidades se enchem igualmente.

Desenho das comportas: O tamanho e a localização das comportas são importantes para a frente de fluxo e a distribuição do material fundido no molde.

Sistema de arrefecimento: A disposição dos canais de arrefecimento e a taxa de arrefecimento determinam a taxa de solidificação e a taxa de injeção.

Capacidades da máquina

Unidade de injeção: As dimensões da unidade de injeção e do parafuso/barril determinam a capacidade de injeção e a taxa de injeção ou o número máximo de disparos por ciclo.

Sistemas de controlo: Outras vantagens do avanço da automatização e do controlo incluem a capacidade de obter um controlo mais preciso da taxa de injeção, o que ajuda a otimizar o desempenho do processo.

Parâmetros do processo

Pressão de injeção: A força com que empurra o plástico para dentro do molde afecta a rapidez com que este flui e a forma como preenche o molde.

Temperatura de fusão: A temperatura do plástico afecta a sua espessura ou espessura fina e a rapidez com que flui. Por exemplo, se o plástico estiver demasiado quente, será demasiado fino e fluirá demasiado depressa.

Temperatura do molde: A temperatura do molde afecta a rapidez com que o plástico arrefece e solidifica depois de ser injetado no molde.

Cálculo da taxa de injeção

Os elementos que afectam a tentativa de determinar a melhor taxa de injeção incluem o volume da cavidade, o material e a capacidade da máquina de moldagem por injeção. A taxa de injeção pode ser determinada utilizando a seguinte fórmula:

Taxa de injeção = Volume da cavidade do molde/Tempo de enchimento

Onde:

Volume da cavidade do molde é o volume total da cavidade do molde a ser ocupada pelo material fundido.

O tempo de enchimento é o tempo necessário para impregnar completamente ou para encher completamente a cavidade do molde.

Pode depender do tempo necessário para encher o material, das propriedades de fluxo do material e dos parâmetros do processo. Apresenta resultados razoavelmente bons, mas para definir a aplicação ideal, é importante realizar experiências e simulações para descobrir o tempo de enchimento correto e a taxa de injeção do material.

Taxa de injeção e o seu impacto na qualidade do produto

Como descobriram, a taxa de injeção afecta grandemente a peça que a máquina de moldagem produz. Aqui estão alguns defeitos comuns influenciados pela taxa de injeção:

Página de guerra

O empeno é quando uma peça se dobra depois de ter sido fabricada, normalmente porque arrefece de forma desigual e ainda tem tensão. Se a peça for injectada demasiado depressa, arrefece a ritmos diferentes e encolhe de forma desigual, e é isso que causa o empeno.

Marcas de pia

As marcas de afundamento são um defeito de superfície que aparece paralelamente à direção da tração e que se caracteriza por depressões ou reentrâncias, especialmente em áreas mais espessas da peça. A velocidade de injeção lenta também causa um empacotamento insuficiente e baixa pressão para ajudar a conformar o material, resultando em marcas de afundamento.

Linhas de soldadura

As linhas de soldadura ou linhas de fluxo são defeitos que ocorrem quando duas ou mais frentes de fluxo se encontram e não se unem corretamente. Embora uma taxa de injeção elevada seja boa porque torna o ciclo de moldagem mais rápido, pode causar turbulência e má ligação nas linhas de soldadura, o que torna a peça mais fraca e afecta o seu aspeto.

Otimização da taxa de injeção

É importante notar que a taxa de injeção tem de ser ajustada adequadamente para criar uma peça moldada corretamente e para minimizar os custos desperdiçados. Aqui estão algumas estratégias para otimizar a taxa de injeção:

Simulação de processos

Ao utilizar a simulação de processos de engenharia assistida por computador antes de fabricar a peça boa, pode simular a melhor taxa de injeção e descobrir os problemas que poderá ter na produção. A simulação pode dizer-lhe como o metal irá fluir, como a temperatura irá mudar e como o metal irá solidificar quando conceber a forma como o metal fundido flui e a forma como o injecta.

Tentativa e erro

Apesar de termos feito muitos progressos com as ferramentas de simulação, a melhor forma de encontrar a melhor taxa de injeção continua a ser a tentativa e erro. Para otimizar a sua processo de moldagem por injeção Ainda mais, pode efetuar experiências com diferentes taxas de injeção. Observando as peças que molda, pode descobrir quais as definições necessárias para obter os melhores resultados.

Sistemas de controlo avançados

Atualmente, as máquinas de moldagem por injeção estão também equipadas com mecanismos de controlo complexos que permitem variar a taxa de injeção. Estes sistemas podem controlar o caudal dos injectores quase em tempo real, em função da informação recebida dos sensores, o que contribuiria para manter um desempenho ótimo.

Desafios e soluções

Este documento identifica três aspectos da taxa de injeção que são problemáticos: variações nos materiais, restrições da máquina e complexidade da peça. Aqui estão alguns problemas e correcções comuns:Aqui estão alguns problemas e correcções comuns:

Variabilidade do material

Diferentes lotes de material têm diferentes viscosidades e caraterísticas de fluxo, o que pode causar uma grande variação na taxa de injeção correspondente. É neste contexto que a implementação de boas medidas de controlo de qualidade ajudará a lidar com estas variações e o trabalho com os fornecedores de materiais também será muito importante em todo o processo.

Limitações da máquina

As máquinas de moldagem por injeção mais antigas podem não ter tantas opções para controlar a taxa de injeção de forma optimizada. Existem duas formas de alterar a forma como o processo é controlado e optimizado: comprar novas máquinas com melhores sistemas de controlo ou reequipar máquinas antigas com melhores sistemas de controlo.

Geometrias de peças complexas

As peças com paredes complexas e secções finas são especialmente difíceis de garantir um fluxo de material adequado e consistente. Para avaliar o comportamento do fluxo e otimizar as alterações ao design do molde, como o estabelecimento de um padrão de enchimento adequado através do controlo de factores como a localização e o tamanho da porta, é fundamental melhorar a uniformidade do enchimento.

Tendências futuras na otimização da taxa de injeção

O mundo da moldagem por injeção não está estagnado e os fabricantes de peças estão constantemente à procura de soluções melhoradas, melhores tecnologias e tendências inovadoras que possam levar esta indústria a um novo patamar. Algumas tendências futuras na otimização da taxa de injeção incluem:

Indústria 4.0 e fabrico inteligente

Indústria 4.0. A introdução de tecnologias digitais nas empresas e a sua evolução contínua é comummente designada por Indústria 4.0. Avanços como a IoT e a análise de dados asseguram a monitorização e a melhoria em tempo real da moldagem por injeção processo. Os sistemas de fabrico inteligentes podem monitorizar todo o processo de fabrico e recolher dados de sensores para ajudar a determinar a melhor taxa de injeção e outros parâmetros.

Inteligência Artificial e Aprendizagem Automática

Os algoritmos de aprendizagem automática e as técnicas de inteligência artificial podem então utilizar dados históricos do processo para determinar correlações e tendências que, utilizando um modelo, calculam a taxa de injeção correta para o tipo de material utilizado e o design da peça a produzir. As tecnologias aqui apresentadas são ferramentas úteis para aumentar a eficiência do processo e evitar testes cegos.

Materiais avançados

Materiais melhores, com melhor fluxo e reforço, podem ajudá-lo a tirar mais peças do molde e a obter peças de melhor qualidade. É necessário falar com cientistas de materiais e fornecedores para descobrir que tipo de material é melhor para a sua aplicação.

Conclusão

A taxa de injeção é um dos factores mais importantes na moldagem por injeção. Ela determina a qualidade, a produtividade e o custo das peças produzidas. Ao compreender a natureza do processo, a taxa de injeção e ao seguir as diretrizes recomendadas, pode maximizar a qualidade das peças e a produtividade da sua fábrica. Ao utilizar tecnologias avançadas como a simulação de processos, a IA e o fabrico inteligente, pode melhorar a sua processo de moldagem por injeçãocontrolar a taxa de injeção e manter-se competitivo face à inovação.

Resumindo, se quiser colocar mais plástico no molde e tiver uma ideia geral de como o fazer, precisa de saber como é o material, como é o molde, o que a máquina pode fazer e quais são as definições. Pode utilizar um computador para o ajudar a descobrir o que fazer e a experimentar diferentes formas de o fazer. Também pode utilizar um computador para o ajudar a controlar a máquina e a fazer o que pretende. Se fizer tudo isto, pode colocar mais plástico no molde e fazer peças melhores e menos peças más e fazer mais peças em menos tempo. Se quiser gerir uma empresa de moldes, tem de continuar a crescer, a mudar e a fazer coisas novas para poder fabricar peças melhores e ganhar mais dinheiro.