Projeto de corte inferior do molde de injeção: por que custa mais e como mantê-lo sob controle

Você projetou um clipe. Um encaixe rápido. Uma porta lateral. Fazia total sentido no modelo CAD. Então você conseguiu o DFM¹ relatório e o fabricante de ferramentas circulou em vermelho: ‘recurso de corte inferior² - requer controle deslizante.’ A cotação aumentou US$ 8.000 e o prazo de entrega aumentou três semanas.

Esta história repete-se centenas de vezes por dia no desenvolvimento de produtos. O mais frustrante é que a maioria das reentrâncias não é necessária — são um hábito de modelação que não foi detetado suficientemente cedo. Este guia explica os custos das reentrâncias, por que motivo são tão dispendiosas, como lidar com as que não podem ser eliminadas e como determinar o tipo de mecanismo de que o seu projeto realmente necessita.

O que é uma contrassaída e por que razão impede a extração da peça?

Uma reentrância é qualquer elemento moldado que impeça a ejeção em linha reta — a peça não consegue sair do molde sem um mecanismo especial. Quando o molde abre, o macho recua e a peça é empurrada para fora do macho por pinos ejetores. Para que isto funcione, todas as superfícies da peça têm de ser visíveis na direção Z — ou seja, não pode existir qualquer elemento que prenda mecanicamente a peça no molde.

Um rebaixo é qualquer característica que bloqueie essa ejeção em linha reta. Os exemplos mais comuns são: um furo na lateral da peça (perpendicular à direção de abertura do molde), uma haste de encaixe que se curva para dentro, uma rosca em um elemento cilíndrico, uma ranhura rebaixada ao redor do perímetro da peça ou um gancho voltado para a linha de separação.

O problema é mecânico, não estético. Se você tentar extrair a peça em linha reta com uma reentrância presente, rasgará a peça, danificará o molde ou ambos. O molde precisa de um mecanismo que saia do caminho antes da ejeção da peça. É esse mecanismo que custa dinheiro.

Por que os rebaixos tornam os moldes de injeção muito mais caros?

Eis aquilo por que está efetivamente a pagar quando um fabricante de ferramentas lhe apresenta um orçamento para um mecanismo de reentrância. Compreender esta decomposição ajuda-o a avaliar se o custo do mecanismo se justifica ou se a reformulação da conceção merece o tempo de engenharia.

Um único externo gaveta lateral³ envolve: projeto e usinagem do pino do came (US$ 800 a US$ 2.000), o próprio corpo do controle deslizante usinado em aço ferramenta (US$ 1.500 a US$ 4.000), trilhos-guia e placas de desgaste (US$ 400 a US$ 800), extensão do circuito de resfriamento para o controle deslizante (US$ 300 a US$ 600, se necessário) e testes de integração durante os testes T1 (1 a 2 rodadas de teste adicionais, US$ 1.000 a US$ 2.500). Total para um controle deslizante: US$ 4.000 a US$ 10.000 em uma típica loja de moldes chinesa, US$ 8.000 a US$ 20.000 em uma loja norte-americana.

Um interno levantador inclinado⁴ geralmente é mais barato: US$ 1.500 a US$ 4.000 por levantador inclinado em uma loja chinesa. Mas os elevadores são mais difíceis de resfriar – eles ficam profundamente no núcleo, onde os canais de resfriamento não podem alcançar facilmente – e são mais propensos a escoriações sob altas forças de ejeção. Na produção de ciclo alto (mais de 500 mil ciclos), os elevadores precisam ser substituídos com mais frequência do que os controles deslizantes.

O impacto no tempo de ciclo é outro custo que não consta do orçamento das ferramentas. As corrediças e os levantadores tornam mais lenta a sequência de abertura do molde e ejeção. Um molde com duas corrediças funciona normalmente 3–8 segundos mais devagar por ciclo do que um molde equivalente sem elas. Com 100,000 ciclos anuais, isso representa 83–222 horas-máquina por ano — um custo contínuo real, além do acréscimo das ferramentas.

É possível reprojetar a peça para eliminar a reentrância?

Redesenhar a peça é a forma mais económica de resolver uma reentrância — nas nossas análises DFM, cerca de 30% das reentrâncias são eliminadas sem qualquer custo.

As estratégias de eliminação mais comuns são: reorientar a peça no molde (às vezes, girá-la 90 graus elimina totalmente a contrassaída), adicionar um furo passante abaixo de um recurso de encaixe por pressão (a técnica de fechamento), dividir a peça no recurso de contrassaída para que cada metade seja moldada sem problemas ou converter um encaixe com contrassaída em um encaixe em balanço que flexione durante a montagem, dispensando um mecanismo no molde.

Recomendamos que a técnica shut-off seja a primeira opção a avaliar, porque é a opção mais frequentemente ignorada. Se tiver um braço de encaixe que se projeta para dentro a partir de uma parede, a colocação de uma janela ou furo diretamente por baixo desse braço permite que o aço do molde se encoste (shut off) através da abertura — o elemento é formado sem qualquer mecanismo deslizante. A peça fica com um pequeno furo que a maioria dos designs consegue acomodar. Impacto no custo: zero. Impacto no prazo: zero. Esta deve ser sempre a primeira opção avaliada.

Quando usar um cursor de ação lateral?

A gaveta lateral é o mecanismo padrão para recortes externos – orifícios laterais, clipes, roscas e portas. O controle deslizante forma o recurso de corte inferior durante o disparo e depois se retrai à medida que o molde se abre – antes que a peça seja ejetada.

Os cursores acionados por pinos inclinados são movidos por pinos fixos à metade estacionária do molde. Quando o molde abre, o pino inclinado força o cursor a recuar perpendicularmente à direção de abertura. O ângulo do pino situa-se normalmente entre 15 e 25 graus. Abaixo de 15 graus, a força do pino é insuficiente. Acima de 25 graus, a força lateral durante a abertura cria cargas laterais perigosas na placa do molde. Os cursores hidráulicos contornam esta limitação e são utilizados quando o curso necessário ultrapassa o permitido pela geometria do pino ou quando o molde é demasiado compacto para acomodar o comprimento de um pino inclinado convencional.

Regras de design para corrediças: ângulo de saída mínimo de 5° em todas as superfícies da corrediça — os nossos moldes funcionam entre 80.0°C e 120.0°C e o atrito aço contra aço a estas temperaturas provoca desgaste rápido; contacto aço contra aço mínimo de 2.0mm na linha de partição, na linha de partição, em todas as faces (este é o ‘shut-off’ que evita rebarbas durante a injeção); e a caixa da corrediça deve ser ventilada para evitar bolsas de ar. A profundidade da contra-saída determina o curso necessário da corrediça: por cada 1mm de profundidade da contra-saída, são necessários pelo menos 1.5mm de curso da corrediça, mais uma margem de segurança de 3mm para libertar a peça.

Quando são os extratores internos a escolha certa?

Ejetores inclinados liberam rebaixos internos — encaixes, nervuras e ranhuras que carros laterais não alcançam. Aplicações clássicas incluem ganchos de encaixe internos em carcaças, nervuras com ângulo negativo, ranhuras internas e anéis de retenção de ressaltos voltados para dentro.

Um extrator inclinado é essencialmente um pino ejetor em ângulo. À medida que a placa ejetora avança para empurrar a peça para fora do macho, o ângulo do extrator inclinado faz com que este se desloque simultaneamente na lateral, libertando o negativo interno. O ângulo típico do extrator inclinado situa-se entre 5 e 15 graus em relação à vertical. Um ângulo inferior a 5 graus produz um deslocamento lateral insuficiente para libertar a peça. Um ângulo superior a 15 graus provoca desgaste excessivo na guia do extrator inclinado e no alojamento no macho.

O dimensionamento do levantador é importante. Em nossa oficina, nossos engenheiros substituíram levantadores subdimensionados em três moldes de produção diferentes nas nossas 45 máquinas — um levantador subdimensionado para a força de extração sofrerá escoriação e travará, deixando depósitos de alumínio ou aço no alojamento e, por fim, bloqueando o sistema de extração. Dimensione a seção transversal do levantador para suportar pelo menos 2× a força de extração esperada e especifique aço H13 para o corpo do levantador em qualquer molde de produção que opere acima de 100,000 ciclos.

Como auditar o projeto em busca de rebaixos antes da fabricação do ferramental?

Uma análise de ângulo de saída é a forma mais rápida de encontrar reentrâncias — todas as superfícies com ângulo negativo na direção de abertura do molde são assinaladas automaticamente. Em qualquer sistema CAD moderno, uma ferramenta de análise de ângulo de saída destaca as superfícies com ângulo negativo na direção de abertura do molde. Execute-a antes de finalizar o projeto. Na ZetarMold, observamos isto em todos os novos projetos — cada superfície vermelha é uma reentrância ou uma superfície sem ângulo de saída — dois problemas que aumentam os custos.

A auditoria de rebaixos em quatro etapas: primeiro, defina a linha de partição e a direção de extração. Segundo, execute uma análise do ângulo de saída na direção de abertura do molde. Terceiro, para cada superfície sinalizada, pergunte: posso adicionar ângulo de saída e eliminar o rebaixo? Posso usar um fechamento? Esse elemento é realmente necessário? Quarto, para os elementos que passarem pelas três perguntas, planeje o tipo de mecanismo — gaveta ou levantador — e inclua a quantidade de mecanismos na estimativa do orçamento do ferramental.

Na ZetarMold, efetuamos uma análise DFM de cada peça nova antes de cotar o molde. Em 20 anos de aplicação deste processo, uma peça nova típica concebida por um engenheiro sem experiência anterior em moldação por injeção apresenta 3–5 contrassaídas involuntárias. Após a DFM, 70–80% são eliminadas ou convertidas em superfícies de vedação sem custos de molde. As restantes 20–30% exigem mecanismos — mas, pelo menos, sabe exatamente o que está a pagar antes do corte do aço.

As roscas merecem uma observação especial. As roscas externas em uma peça cilíndrica são tratadas rotineiramente posicionando-se a linha de partição ao longo da linha central da rosca — a rosca é formada entre as duas metades do molde e a peça é liberada sem dificuldade. As roscas internas quase sempre exigem um mecanismo de desrosqueamento (caro, lento) ou um inserto carregado manualmente que é removido após a injeção (intensivo em mão de obra). Se uma rosca interna for necessária, considere se um ressalto para parafuso autoatarraxante ou um inserto termofixado pode substituir a rosca moldada. Insertos pós-moldagem estão disponíveis em latão ou aço inoxidável nos tamanhos métricos padrão de M2 a M12 e são instalados de forma confiável em qualquer termoplástico com uma simples prensa térmica.

Como a estratégia da linha de partição pode eliminar contrasaídas sem custo?

A relocalização da linha de junta é a única solução para uma contrassaída que custa $0 — converte uma contrassaída numa superfície com ângulo de desmoldagem. Mover ou reformular a linha de junta pode converter uma contrassaída numa superfície convencional com ângulo de desmoldagem — sem qualquer custo adicional do molde. Esta é a abordagem que os guias dos concorrentes quase nunca explicam em pormenor e é onde a experiência mais conta.

O princípio básico é: se uma superfície criar uma contra-saída em uma linha de partição plana, tente escalonar, inclinar ou contornar a linha de partição para acompanhar essa superfície. Um furo lateral que exigiria uma corrediça em uma linha plana pode ser totalmente liberado por uma linha de partição escalonada que divida o furo ao meio. A limitação é que linhas de partição complexas demoram mais para usinar e precisam corresponder com precisão entre macho e cavidade, acrescentando de $1.000 a $4.000 em tempo de usinagem, mas normalmente muito menos que um mecanismo completo de corrediça.

Três estratégias de linha de partição que eliminam reentrâncias comuns: a linha de partição escalonada (para ressaltos, nervuras e saliências próximas da zona de partição), a linha de partição inclinada (para elementos em superfícies cónicas ou inclinadas) e a linha de partição contornada, que acompanha a geometria natural da peça. Modelamos as três opções na nossa análise DFM e apresentamos a diferença de custo, para que o cliente possa decidir se a alteração do projeto compensa.

Perguntas frequentes sobre o projeto de retenções em moldes de injeção

Quanto custa um único slider para adicionar ao custo da ferramenta de moldagem por injeção?

Um único cursor lateral acionado por pino inclinado acrescenta $4,000 a $10,000 ao custo do ferramental em uma fábrica de moldes chinesa típica e $8,000 a $20,000 em fábricas norte-americanas ou europeias. O custo cobre projeto e usinagem do pino inclinado, corpo do cursor em aço-ferramenta H13 endurecido, instalação de trilhos-guia, placas de desgaste e as injeções de teste adicionais T1 e T2 necessárias para verificar o sincronismo do cursor, a distância de deslocamento e a vedação da linha de partição nas faces de fechamento. Cursores hidráulicos ou de dois estágios custam proporcionalmente mais devido ao hardware de acionamento.

Qual é a diferença entre um slider e um lifter na moldagem por injeção?

Um carro lateral trata rebaixos externos nas superfícies externas da peça, movendo-se perpendicularmente à direção de abertura do molde por meio de um pino inclinado ou cilindro hidráulico montado nas placas. Um ejetor inclinado trata rebaixos internos nas superfícies internas da peça, movendo-se em ângulo durante o curso de ejeção — seu deslocamento é integrado ao movimento da placa ejetora. Os carros laterais ficam na região da linha de separação; os ejetores inclinados são embutidos no núcleo. Para furos laterais externos e presilhas, use um carro lateral. Para encaixes internos e elementos na parede interna, use um ejetor inclinado ou considere um fechamento passante.

Posso eliminar um rebaixo usando um material flexível?

Por vezes, sim. Em encaixes de pressão pouco profundos e pequenos ganchos, resinas mais macias como TPE, TPU ou polipropileno de baixo durómetro podem deformar-se o suficiente durante a ejeção para libertar uma pequena contra-saída sem mecanismo — uma técnica denominada ejeção forçada. Para que funcione de forma fiável sem deixar marcas de tensão visíveis nem causar fissuras, a orientação de projeto estabelece que a profundidade da contra-saída não deve exceder 2 a 5 por cento do diâmetro local da peça. Materiais rígidos como ABS, PC ou nylon reforçado com fibra de vidro não podem ser ejetados à força de contra-saídas sem sofrer danos.

Como sei se a minha peça precisa de um cursor ou de um elevador?

Execute análise de ângulo no CAD usando a direção de abertura. Se a superfície assinalada estiver na parede exterior, precisa de corrediça ou alteração do projeto. Se estiver numa parede interior ou recesso, precisa de extrator inclinado ou furo de fecho. Em caso de dúvida, envie ficheiros para análise DFM, normalmente gratuita.

Qual é a forma mais barata de lidar com um subcorte na moldagem por injeção?

A solução mais barata é sempre eliminar a reentrância através de uma alteração do projeto — custo de ferramentas zero, impacto nulo no tempo de ciclo. A segunda mais barata é um fecho ou passagem: acrescentar uma janela ou furo diretamente sob um encaixe rápido ou aba, permitindo ao aço do molde formar o elemento sem mecanismo móvel. Se nenhuma opção funcionar, uma corrediça convencional acionada por pino inclinado é o mecanismo menos dispendioso, entre $4,000 e $10,000. Mecanismos complexos rotativos ou de várias etapas para roscas internas são as soluções de reentrâncias mais caras.

Um subcorte aumenta sempre o tempo de ciclo do molde?

Sim, mas a magnitude depende do tipo de mecanismo. Uma corrediça com pino inclinado bem projetada acrescenta de 2 a 5 segundos à sequência de abertura do molde, pois a corrediça recua antes que a ejeção possa começar. Uma corrediça hidráulica que exige um curso adicional de acionamento hidráulico pode acrescentar de 5 a 10 segundos por ciclo. Com 100,000 ciclos anuais, até mesmo 5 segundos extras representam 139 horas-máquina adicionais por ano — um custo de produção contínuo real além do custo adicional do ferramental. Os levantadores geralmente acrescentam menos tempo de ciclo do que as corrediças, pois seu movimento está integrado ao curso de ejeção.