Que fatores devem ser considerados na definição de um processo de moldagem por injeção?

A otimização de um processo de moldagem por injeção envolve a consideração de vários factores para garantir a eficiência, a qualidade do produto e a relação custo-eficácia no fabrico.

Compreender os factores críticos na configuração da moldagem por injeção é essencial para maximizar a eficiência e a qualidade do produto. Aprofunde-se nestes aspectos para melhorar os seus resultados de fabrico e obter resultados de produção óptimos.

Qual o papel da retração na moldagem por injeção bem sucedida?

Compreender a retração é vital na moldagem por injeção, uma vez que afecta as dimensões finais e a qualidade das peças moldadas. Uma gestão correta assegura a consistência do produto e reduz os defeitos.

Factores que afectam a retração na moldagem de termoplásticos

Os plásticos têm diferentes taxas de contração quando são moldados. Isto deve-se a factores como a cristalização, que altera a forma do plástico, e a tensão interna. Quando o plástico arrefece, mantém alguma dessa tensão. Também tem muita tensão devido à forma como as moléculas estão alinhadas. Tudo isto significa que os plásticos encolhem mais do que outros materiais. Podem encolher muito ou apenas um pouco. Podem encolher mais numa direção do que noutra. Mesmo depois de moldados, podem ainda encolher mais se forem aquecidos ou se ficarem molhados.

Quando o material fundido entra em contacto com a superfície da cavidade do molde, a peça de plástico forma um invólucro sólido de baixa densidade que arrefece imediatamente. Como o plástico tem uma fraca condutividade térmica, a camada interna da peça moldada arrefece lentamente e forma uma camada sólida de alta densidade que encolhe muito. Assim, quanto mais espessa for a parede, mais lento será o arrefecimento e mais espessa será a camada de alta densidade que encolhe. Além disso, a existência ou não de inserções e a forma como estão dispostas afectam diretamente a direção do fluxo de material, a distribuição da densidade e a resistência à contração. Por conseguinte, as caraterísticas da peça moldada têm um maior impacto na dimensão e direção da retração.

A direção do fluxo do material, a distribuição da densidade, a pressão de manutenção¹ para compensar a contração e o tempo de moldagem são diretamente afetados pela forma, pelas dimensões e pela distribuição da entrada. Quanto maior a secção transversal da entrada direta (sobretudo a secção mais espessa), menor a contração, mas maior a direcionalidade; quanto menores a largura e o comprimento da entrada, menor a direcionalidade. Quanto mais perto da entrada ou mais paralela à direção do fluxo do material, maior a contração.

Quando as condições de moldagem incluem uma temperatura elevada do molde, o material fundido arrefece lentamente, resultando em alta densidade e grande contração. Nos materiais cristalinos, em particular, a contração é maior devido à elevada cristalinidade e à variação de volume. A distribuição da temperatura do molde² e a uniformidade do arrefecimento dentro e fora da peça moldada também estão relacionadas com a densidade, afetando diretamente a magnitude e a direção da contração de cada parte.

Além disso, a duração da pressão de retenção também afecta o encolhimento. Se a pressão for elevada e a duração for longa, o encolhimento será pequeno, mas a direccionalidade será grande. Se a pressão de injeção for elevada, a diferença de viscosidade do material fundido será pequena, a tensão de cisalhamento entre camadas será pequena e a elasticidade após a desmoldagem será grande.

Por conseguinte, o encolhimento pode ser moderadamente reduzido. Se a temperatura do material for elevada, a retração será grande mas a direccionalidade será pequena. Por conseguinte, o ajuste da temperatura do molde, da pressão, da velocidade de injeção, do tempo de arrefecimento e de outros factores durante a moldagem também pode alterar adequadamente a contração das peças de plástico.

Conceção do molde de acordo com a experiência para determinar a taxa de encolhimento de cada parte das peças de plástico

Ao projetar um molde, é necessário ter em conta o intervalo de retração do plástico, a espessura da parede de plástico, a forma da peça de plástico, o tamanho do portão e a distribuição do portão. Com base na experiência, é possível determinar a taxa de retração de cada parte da peça de plástico e, em seguida, calcular o tamanho da cavidade.

Para peças plásticas de alta precisão ou cuja contração seja difícil de controlar, geralmente pode usar-se o seguinte método no projeto do molde: adotar uma taxa de contração³ menor para o diâmetro externo da peça e uma taxa maior para o diâmetro interno, deixando margem para correção após o teste do molde.

Quando se projecta um molde, é necessário ter em conta o intervalo de retração do plástico, a espessura da parede de plástico, a forma da peça de plástico, o tamanho do portão e a distribuição do portão. Com base na experiência, pode determinar a taxa de contração de cada parte da peça de plástico e depois calcular o tamanho da cavidade.

Para peças de plástico de alta precisão ou peças de plástico com uma taxa de encolhimento difícil de controlar, pode geralmente utilizar os seguintes métodos para conceber o molde: tomar uma taxa de encolhimento menor para o diâmetro exterior da peça de plástico e tomar uma taxa de encolhimento maior para o diâmetro interior, de modo a que haja espaço para correção após o molde de ensaio.

Porque é que a fluidez é importante na moldagem por injeção?

A fluidez na moldagem por injeção assegura que o material plástico preenche corretamente o molde, conduzindo a peças de elevada qualidade e reduzindo os defeitos.

Termoplástico Tamanho do fluxo

A fluidez dos termoplásticos pode ser geralmente analisada a partir de uma série de índices, como o peso molecular, o índice de fusão, o comprimento de fluxo da espiral de Arquimedes, a viscosidade de desempenho e o rácio de fluxo (comprimento de fluxo/espessura da parede da peça de plástico).

Peso molecular pequeno, ampla distribuição do peso molecular, fraca regularidade da estrutura molecular, índice de fusão elevado, comprimento do fluxo do parafuso, viscosidade do desempenho é pequena, relação de fluxo do fluxo é boa, o mesmo nome do plástico deve ser examinado no manual para deduzir se o seu fluxo é adequado para moldagem por injeção.

Com base nos requisitos do projeto do molde, os plásticos podem ser divididos em três categorias segundo a sua fluidez: os de boa fluidez incluem PA, PE, PS, PP, CA e poli(4-metil-1-penteno); os de fluidez moderada incluem resinas da família do poliestireno (como ABS e AS), PMMA, POM e éter de polifenileno; os de baixa fluidez⁴ incluem PC, PVC rígido, éter de polifenileno, polissulfona, polissulfona e fluoroplásticos.

Os principais factores que afectam a fluidez dos plásticos

Quando a temperatura do material é elevada, a fluidez aumenta. No entanto, os diferentes plásticos também têm as suas próprias diferenças. PS (especialmente o tipo resistente ao impacto e quanto maior o valor MFR), PP, PA, PMMA, poliestireno modificado (como ABS, AS), PC, CA e outros plásticos, a fluidez dos plásticos com a mudança de temperatura é maior. Para PE, POM, o aumento ou diminuição da temperatura tem menos impacto na sua fluidez. Assim, a temperatura de moldagem anterior é adequada para ajustar o fluxo.

A pressão de injeção aumenta o material fundido através do efeito de cisalhamento, e o fluxo também aumenta. Especialmente para PE e POM, são mais sensíveis, pelo que é adequado ajustar a pressão de injeção para controlar o fluxo de moldagem.

A estrutura do molde, a forma do sistema de vazamento, o tamanho, a disposição, a conceção do sistema de arrefecimento, a resistência ao fluxo do material fundido (como a suavidade da superfície do tipo, a espessura da secção transversal do canal, a forma da cavidade, o sistema de exaustão) e outros factores têm um impacto direto no fluxo real do material fundido na cavidade. Sempre que o material fundido é promovido para reduzir a temperatura, aumenta a resistência ao fluxo, o fluxo do material fundido será reduzido.

Ao projetar um molde, deve ter em conta o fluxo do plástico e escolher uma estrutura razoável. Também pode ajustar as condições de enchimento, tais como a temperatura do material, a temperatura do molde, a pressão de injeção e a velocidade de injeção, para satisfazer os requisitos do processo de moldagem.

Como é que a cristalinidade afecta o processo de moldagem por injeção?

A cristalinidade desempenha um papel crucial no processo de moldagem por injeção, influenciando as propriedades mecânicas e a estabilidade dimensional das peças moldadas.

Plásticos cristalinos e plásticos não cristalinos (também chamados de amorfos)

Os termoplásticos podem ser divididos em duas categorias: plásticos cristalinos e não-cristalinos (também chamados amorfos). Isto é determinado pelo facto de cristalizarem ou não quando arrefecem.

O chamado fenómeno de cristalização é o plástico do estado fundido para a condensação, as moléculas do movimento independente, completamente num estado desordenado, as moléculas deixam de se mover livremente, de acordo com a posição ligeiramente fixa, e há uma tendência para fazer o arranjo molecular de um modelo regular de um fenómeno.

O aspeto destes dois tipos de padrões de plástico depende da transparência das peças moldadas de plástico de paredes espessas. Geralmente, os materiais cristalinos são opacos ou translúcidos (como o POM, etc.), enquanto os materiais amorfos são transparentes (como o PMMA, etc.). No entanto, existem excepções. Por exemplo, o poli (4) metil-lixo é um plástico cristalino, mas altamente transparente, e o ABS é um material amorfo, mas não transparente.

Requisitos e precauções para plásticos cristalinos

O calor necessário para elevar a temperatura do material até à temperatura de moldagem é elevado, pelo que é necessário utilizar equipamento com uma grande capacidade de plastificação. O calor libertado durante o arrefecimento é grande, pelo que deve ser suficientemente arrefecido. A diferença de gravidade específica entre o estado fundido e o estado sólido é grande, a contração da moldagem é grande, e é fácil ocorrer retração e porosidade. Arrefecimento rápido, baixa cristalinidade, pequeno encolhimento, alta transparência.

A cristalinidade e a espessura da parede das peças de plástico estão relacionadas. A espessura da parede arrefece lentamente, a cristalinidade é elevada, o encolhimento é grande e as propriedades físicas são boas.

Por isso, nos materiais cristalinos deve prestar-se atenção ao controlo da temperatura do molde⁵. Esses materiais apresentam anisotropia evidente e elevada tensão interna. Após a desmoldagem, as moléculas ainda não cristalizadas tendem a continuar a cristalizar, permanecendo num estado de desequilíbrio energético e sujeitas a deformação e empenamento. A faixa de temperatura de cristalização é estreita, o que facilita a injeção de material não fundido no molde ou o bloqueio da entrada de alimentação.

Como é que os plásticos sensíveis ao calor e os plásticos hidrolisáveis afectam o processo de moldagem por injeção?

Os plásticos sensíveis ao calor e hidrolisáveis desempenham um papel crucial no processo de moldagem por injeção, influenciando factores como as temperaturas de moldagem e a degradação do material.

Os plásticos sensíveis ao calor são aqueles que são mais sensíveis ao calor. Quando expostos a temperaturas elevadas durante um período de tempo prolongado ou quando a secção transversal da porta de alimentação é demasiado pequena e o efeito de cisalhamento é significativo, estes plásticos tendem a mudar de cor, a degradar-se e a decompor-se. É esta caraterística que os torna plásticos sensíveis ao calor.

É o caso do PVC rígido, do cloreto de polivinilo, do copolímero de acetato de vinilo, do POM e do politrifluoroetileno, entre outros. Quando os plásticos sensíveis ao calor⁶ se decompõem, produzem monómeros, gases, sólidos e outros subprodutos. Os gases gerados durante a decomposição podem ser irritantes, corrosivos ou tóxicos para as pessoas, os equipamentos e os moldes.

Por isso, é necessário prestar atenção ao design do molde, à escolha da máquina de moldagem por injeção e ao processo de moldagem. Deve-se escolher uma máquina de moldagem por injeção de parafuso, a secção transversal do corredor deve ser grande, o molde e o barril devem ser cromados e não deve haver cantos mortos para o material. É necessário controlar rigorosamente a temperatura de moldagem e adicionar estabilizadores ao plástico para enfraquecer a sua sensibilidade ao calor.

Alguns plásticos, como o PC, podem decompor-se a altas temperaturas e pressões elevadas, mesmo que contenham apenas um pouco de água. A isto chama-se ser hidrolisável, e é necessário aquecê-los e secá-los antes de os utilizar.

Como é que a fissuração por tensão e a fissuração por fusão afectam o processo de moldagem por injeção?

A fissuração por tensão e a fissuração por fusão são problemas críticos na moldagem por injeção, afectando a durabilidade dos produtos e a eficiência do fabrico em todas as indústrias.

Alguns plásticos são sensíveis à tensão, o que significa que podem facilmente desenvolver tensão interna durante o processo de moldagem. Como resultado, estes plásticos podem tornar-se frágeis e propensos a rachar. Quando expostas a forças externas ou solventes, as peças de plástico fabricadas com estes materiais podem rachar.

Assim, para além de adicionar aditivos à matéria-prima para melhorar a resistência à fissuração, deve prestar atenção à secagem da matéria-prima, escolher uma condição de moldagem razoável, reduzir a tensão interna e melhorar a resistência à fissuração. Além disso, deve escolher uma forma razoável para as peças de plástico, não deve criar inserções e outras medidas para minimizar a concentração de tensões.

Ao conceber um molde, deve aumentar a inclinação do molde, escolher um bom mecanismo de entrada e ejeção e ajustar adequadamente a temperatura do material, a temperatura do molde, a pressão de injeção e o tempo de arrefecimento durante a moldagem. Tente evitar que as peças de plástico fiquem demasiado frias e quebradiças durante a desmoldagem. Também é bom fazer algum pós-processamento nas peças de plástico moldadas para melhorar a sua resistência a fissuras, reduzir a tensão interna e evitar o contacto com solventes.

Quando a taxa de fluxo do fundido⁷ de um determinado polímero atinge certo valor e o ultrapassa, surgem fissuras transversais evidentes na superfície do fundido, fenómeno denominado fratura do fundido. Isso prejudica a aparência e as propriedades físicas das peças plásticas.

Por conseguinte, ao selecionar um polímero com um elevado caudal de fusão, etc., a área da secção transversal do bocal, do canal e da porta deve ser aumentada, a velocidade de injeção deve ser reduzida e a temperatura do material deve ser aumentada.

Como é que as propriedades térmicas e a taxa de arrefecimento afectam o processo de moldagem por injeção?

As propriedades térmicas dos materiais e a taxa de arrefecimento têm um impacto significativo no processo de moldagem por injeção, afectando a qualidade do produto final e a eficiência da produção.

Os diferentes plásticos têm diferentes propriedades térmicas, como o calor específico, a condutividade térmica e a temperatura de distorção térmica. Os plásticos com um calor específico elevado requerem muito calor para derreter, pelo que é necessário utilizar uma máquina de moldagem por injeção com uma grande capacidade de fusão. Os plásticos com uma temperatura de distorção térmica elevada podem ser arrefecidos rapidamente e podem ser desmoldados rapidamente, mas após a desmoldagem, é necessário evitar que arrefeçam e se deformem.

Os plásticos com baixa condutividade térmica têm uma taxa de arrefecimento lenta (por exemplo, os polímeros iónicos, etc., têm uma taxa de arrefecimento muito lenta), pelo que têm de ser suficientemente arrefecidos e o efeito de arrefecimento do molde deve ser reforçado.

Os moldes de canal quente são adequados para plásticos com baixo calor específico e elevada condutividade térmica. O calor específico é grande, a condutividade térmica baixa, a temperatura de distorção térmica baixa, a taxa de arrefecimento lenta do plástico não é propícia à moldagem a alta velocidade, a necessidade de escolher a máquina de moldagem por injeção adequada e reforçar o arrefecimento do molde.

Diferentes tipos de plásticos, com base nas suas propriedades e na forma da peça moldada, requerem uma taxa de arrefecimento específica. Por conseguinte, o molde deve ser concebido com um sistema de aquecimento e arrefecimento para manter uma determinada temperatura do molde, de acordo com os requisitos de moldagem. Quando a temperatura do material é superior à temperatura do molde, este deve ser arrefecido para evitar que a peça de plástico se deforme depois de ser ejectada, para encurtar o ciclo de moldagem e para reduzir o grau de cristalinidade.

Quando o calor dos resíduos de plástico não é suficiente para manter o molde a uma determinada temperatura, o molde deve ter um sistema de aquecimento para manter o molde a uma determinada temperatura, para que se possa controlar a taxa de arrefecimento, garantir que o fluxo é bom, melhorar as condições de enchimento ou utilizá-lo para controlar a peça de plástico para que arrefeça lentamente, para que não haja peças de paredes espessas que arrefeçam de forma desigual no interior e no exterior e melhorar a cristalinidade, etc.

Para garantir uma produção sem problemas e a qualidade das peças moldadas, por vezes é necessário ajustar a temperatura do molde durante o processo de moldagem de plástico. Isto pode ser feito através do aquecimento ou arrefecimento de todo o molde ou através do aquecimento ou arrefecimento de áreas específicas do molde. Por conseguinte, o molde deve estar equipado com um sistema de arrefecimento ou aquecimento correspondente.

Como é que a higroscopicidade afecta o processo de moldagem por injeção?

Compreender a higroscopicidade é vital para manter a qualidade e a eficiência do processo de moldagem por injeção, uma vez que afecta diretamente as propriedades do material e a integridade do produto final.

Os plásticos apresentam diferentes níveis de absorção de água⁸ devido aos vários aditivos. Assim, podem ser divididos em três categorias: higroscópicos, absorventes de água e não higroscópicos. O teor de água do material deve ser controlado dentro de uma determinada faixa. Caso contrário, sob temperatura e pressão elevadas, a água transforma-se em gás ou provoca hidrólise.

Assim, se a resina estiver empolada, a fluidez é reduzida e o aspeto e as propriedades mecânicas são fracos. Por conseguinte, quando se utilizam plásticos higroscópicos, é necessário pré-aquecê-los de acordo com os requisitos do método de aquecimento e especificações adequados para evitar a absorção de humidade.

Conclusão

A moldagem por injeção⁹ é um processo complexo que exige a análise cuidadosa de muitos fatores para garantir uma produção estável e uma qualidade uniforme. Esses fatores incluem a contração, a fluidez, a cristalinidade, a sensibilidade térmica e a hidrólise do plástico, bem como a sua resistência à fissuração sob tensão e à fratura do fundido, as propriedades térmicas, a velocidade de arrefecimento e a absorção de humidade.

Diferentes tipos de plástico apresentam comportamentos de fluxo e características de contração distintos durante a moldagem por injeção, influenciados pela temperatura, pela pressão e pelo projeto do molde. Consulte o nosso Guia completo de moldagem por injeção para uma visão abrangente.

1. Conhecer os efeitos da pressão de manutenção pode melhorar a qualidade e a precisão dos componentes plásticos moldados. ↩

2. Explorar a relação entre a temperatura do molde e a contração permite controlar melhor as dimensões finais das peças moldadas. ↩

3. Compreender os fatores que influenciam as taxas de contração pode ajudar a otimizar o projeto e os processos de fabricação de peças plásticas. ↩

4. Compreender a fluidez é fundamental para otimizar os processos de moldagem por injeção e a seleção de materiais. ↩

5. Explorar o impacto da temperatura do molde pode ampliar o seu conhecimento sobre o comportamento dos termoplásticos durante a moldagem. ↩

6. Compreender os plásticos sensíveis ao calor é fundamental para uma moldagem e seleção de materiais eficazes, garantindo qualidade e segurança na produção. ↩

7. Explorar a taxa de fluxo do fundido ajuda a otimizar os processos de moldagem por injeção, melhorar a qualidade dos produtos e reduzir defeitos. ↩

8. Conhecer a absorção de água nos plásticos é essencial para evitar defeitos e garantir a durabilidade dos produtos moldados. ↩

9. Conheça o guia para iniciantes sobre moldagem por injeção: este processo permite produzir grandes volumes de peças precisas com materiais como plásticos, metais e cerâmicas. ↩

Obtenha preços competitivos, feedback de DFM e o cronograma de produção da equipe de engenharia da ZetarMold.

Solicite uma cotação gratuita →