A moldagem por injeção é um processo de fabrico muito utilizado no fabrico de produtos de plástico. Neste processo, o tempo de arrefecimento ocupa frequentemente uma grande parte do ciclo de produção, chegando mesmo a 60-70%. Por conseguinte, torna-se muito importante minimizar o tempo de arrefecimento, melhorar a eficiência da produção e minimizar os custos de produção. Este artigo tem como objetivo discutir diferentes tecnologias e métodos para reduzir o tempo de arrefecimento na moldagem por injeção.

Compreender a importância do tempo de arrefecimento

Durante o processo de moldagem por injeção, o material plástico é derretido e depois injetado no molde. Após a injeção, tem de passar por um processo de arrefecimento para que o material endureça no molde e adquira a forma e o tamanho finais. O tempo de arrefecimento não só tem um impacto na qualidade do produto fabricado, como também tem um impacto direto no processo de produção e na parte de eficiência do ciclo. Por conseguinte, a redução do tempo de arrefecimento é um objetivo importante para melhorar a qualidade do produto fabricado. processo de moldagem por injeção.

O processo de arrefecimento inclui essencialmente duas fases: o processo de arrefecimento do material através do estado líquido, até ao estado de transição vítrea e do estado de transição vítrea até ao estado completamente cristalizado. A primeira fase demora normalmente mais tempo devido à elevada capacidade térmica específica do plástico a altas temperaturas, o que significa que o material demora mais tempo a libertar o calor. Embora a segunda fase seja mais curta, afecta significativamente a estabilidade dimensional do produto e a distribuição das tensões internas.

Métodos de arrefecimento comuns na moldagem por injeção

Arrefecimento da água

O arrefecimento por água é o método de arrefecimento mais comum utilizado nas máquinas de moldagem por injeção. Geralmente envolve a circulação de água através dos canais de arrefecimento do molde ou da máquina de moldagem por injeção.

Vantagens:

1. Arrefecimento eficaz: Isto deve-se ao facto de a água ser amplamente conhecida como sendo um excelente meio de transferência de calor e proporcionar um arrefecimento constante.

2. Processo controlável: O caudal e a temperatura da água podem ser controlados, pelo que o processo de arrefecimento é rigorosamente regulado.

3. Baixo custo: A água é relativamente barata, pelo que optar pelo arrefecimento a água é uma opção económica.

Desvantagens:

1. Crescimento bacteriano: A água quente provoca a atividade bacteriana, pelo que a água deve ser desinfectada antes de ser utilizada.

2. Requer um sistema de circulação: A introdução de um sistema de circulação de água é também um custo adicional no investimento do sistema.

3. Manchas de água: A água pode ser utilizada no processo, mas mancha os artigos durante o processo e, por conseguinte, é necessário lavá-los constantemente.

Arrefecimento do ar

O arrefecimento por ar utiliza ventoinhas para soprar ar de arrefecimento diretamente para a área do molde da moldagem por injeção máquina e, em seguida, expulsa o ar quente.

Vantagens:

1. Sem necessidade de bombas de circulação: Poupa nas bombas de circulação de água, que são um investimento dispendioso para o sistema de aquecimento.

2. Sem crescimento bacteriano: Sem utilizar água, não há risco de crescimento bacteriano.

3. Arrefecimento de longa distância: A distância de arrefecimento do ar pode ser maior, o que é adequado para alguns equipamentos que são difíceis de arrefecer com água.

Desvantagens:

1. Menos eficaz do que o arrefecimento a água: O ar não é tão eficiente como a água como meio de transferência de calor porque não consegue transferir tanto calor tão rapidamente como a água.

2. Temperatura incontrolável: A temperatura do ar da ventoinha não pode ser ajustada com exatidão.

Arrefecimento do óleo

O arrefecimento a óleo é um método de arrefecimento especializado que utiliza um sistema de arrefecimento a óleo para remover o calor.

Vantagens:

1. Arrefecimento eficaz: O óleo tem uma elevada condutividade térmica, proporcionando efeitos de arrefecimento estáveis.

2. Poupança de espaço: Os sistemas de arrefecimento a óleo ocupam menos espaço em comparação com os sistemas de circulação de água.

3. Temperatura controlável: A temperatura do óleo pode ser controlada, assegurando um processo de arrefecimento bem regulado.

Desvantagens:

1. Custo elevado: O petróleo é um produto químico valioso, o que o torna uma opção de arrefecimento mais cara.

2. Desafios de manutenção: O óleo requer substituição e manutenção periódicas, o que pode ser incómodo.

Factores que afectam o tempo de arrefecimento

Seleção de materiais

1. Condutividade térmica: Existem grandes distinções na condutividade térmica de vários tipos de materiais. Isto significa que os materiais com maior condutividade térmica (por exemplo, plásticos com enchimento de metal) arrefecem mais rapidamente do que os materiais com menor condutividade térmica (alguns dos plásticos de engenharia, por exemplo).

2. Cristalinidade: Os polímeros semi-cristalinos (por exemplo, polietileno, polipropileno) demoram mais tempo a arrefecer do que os polímeros amorfos (por exemplo, poliestireno, policarbonato) devido ao tempo de formação das estruturas cristalinas.

3. Capacidade térmica específica: Os materiais com capacidades térmicas específicas mais elevadas necessitam de mais energia para arrefecer até à mesma temperatura, o que resulta em tempos de arrefecimento mais longos.

Aspeto do molde

1. Conceção do sistema de arrefecimento: É importante ter um sistema de arrefecimento bem concebido para minimizar o tempo necessário para o componente arrefecer. Entre eles, a disposição, o diâmetro e o comprimento dos canais de arrefecimento têm um impacto direto na capacidade de arrefecimento do líquido.

2. Material do molde: A condutividade térmica do material do molde influencia o tempo de arrefecimento. Os moldes de liga de cobre também são bons condutores de calor e, por isso, requerem menos tempo para arrefecer, em comparação com os moldes de aço.

3. Tratamento da superfície do molde: O tempo de arrefecimento também está relacionado com as caraterísticas da superfície do molde. Uma superfície rugosa e um revestimento mais espesso abrandam a velocidade de arrefecimento, enquanto uma superfície lisa e um revestimento termicamente condutor podem melhorar a eficiência do arrefecimento.

4. Disposição do canal de água do molde: No processo de molde de injeção é necessário analisar todos os factores que podem causar problemas na estrutura do produto. Para o efeito, poderá ser necessário propor diferentes designs de canais de circulação de água. Os canais de água do molde devem escolher canais de água em linha reta tanto quanto possível, minimizar os desenhos que contêm muitos poços e cantos de arrefecimento e minimizar a água morta. Na fase de conceção do molde, a disposição do canal de água de refrigeração pode ser razoavelmente organizada para garantir o efeito de refrigeração.

5. Temperatura do molde: É estabelecido pelo cálculo da temperatura real dos pontos de entrada e saída de água na cavidade do molde. Se a variação térmica entre as várias regiões e a variação térmica com a temperatura definida puderem ser reguladas na faixa de ± 5 ℃, isso ainda significa que o resfriamento fundamental é satisfatório.

6. Manutenção diária dos moldes de injeção: Se houver óleo ou sujidade na superfície do molde, a eficiência do arrefecimento será geralmente reduzida. É necessário limpar regularmente a superfície da cavidade e utilizar uma máquina de limpeza para limpar o canal de água do molde. Durante o trabalho de operação normal, especialmente durante as inspecções diárias dos arranques locais, é necessário prestar mais atenção à monitorização do fluxo de água de arrefecimento, e várias anomalias requerem um tratamento atempado.

Parâmetros de processamento

1. Temperatura do molde: Quanto maior for a temperatura do molde, maior será o tempo de arrefecimento. A redução da temperatura do molde pode encurtar o tempo de arrefecimento.

2. Temperatura e pressão de injeção: O calor no interior do molde aumentará à medida que a temperatura e a pressão de injeção aumentam, o que aumentará o tempo de arrefecimento. O ajuste destes parâmetros pode reduzir a acumulação de calor.

3. Velocidade de injeção: Quanto maior for a velocidade de injeção, mais calor de cisalhamento será gerado, pelo que o tempo de arrefecimento será maior. Uma das medidas que os operadores podem tomar para reduzir o tempo de arrefecimento é reduzir a velocidade de injeção.

Factores ambientais

1. Temperatura e humidade ambiente: O processo de arrefecimento é influenciado pela temperatura e pelos níveis de humidade na área de produção. As temperaturas e a humidade elevadas prolongam o tempo de arrefecimento, enquanto as temperaturas e a humidade baixas o encurtam.

2. Temperatura e caudal do meio de arrefecimento: A taxa de temperatura e de fluxo também afecta o arrefecimento no sistema. Também é possível melhorar a velocidade de arrefecimento através da diminuição da temperatura do meio de arrefecimento e do aumento do caudal.

Métodos para reduzir o tempo de arrefecimento

Otimizar a seleção de materiais

Escolher materiais com um coeficiente de condutividade térmica mais elevado, que podem ser plásticos com aditivos adicionais. Recomendam-se as seguintes medidas para melhorar a condutividade térmica da fórmula resultante: Incluir aditivos condutores de calor na composição, por exemplo, aditivos à base de pó de alumínio ou pó de cobre de plastificantes em pó.

Melhorar a conceção do molde

1. Otimizar a conceção do canal de arrefecimento: Conceber corretamente os canais de arrefecimento para garantir um arrefecimento uniforme da superfície do molde. Outro método consiste em utilizar canais de arrefecimento em espiral ou sistemas de arrefecimento multi-circuito.

2. Utilizar meios de arrefecimento de elevada eficiência: O arrefecimento pode ser efectuado com outros meios com maior capacidade de provocar arrefecimento, como o óleo e os gases refrigerados que não a água.

3. Selecionar materiais do molde: Utilizar materiais que tenham uma condutividade térmica mais elevada do que o aço; estes materiais podem ser o cobre e as ligas, incluindo o alumínio.

4. Tratamento da superfície do molde: Deve-se aplicar um revestimento condutor de calor ou um revestimento na superfície do molde para melhorar a condutividade térmica.

5. Conceção de arrefecimento equilibrado: Otimizar a conceção do molde para assegurar um arrefecimento uniforme de todas as partes do produto plástico, evitando tensões internas e deformações.

Ajustar os parâmetros de processamento

1. Temperatura do molde mais baixa: Também pode utilizar dispositivos de arrefecimento para arrefecer a temperatura do molde, como um sistema de água de arrefecimento, um sistema de ar frio ou sprays de arrefecimento.

2. Otimizar a temperatura e a pressão de injeção: Otimizar a temperatura e a pressão da injeção para controlar a acumulação de calor sem afetar a qualidade do produto.

3. Controlo da velocidade de injeção: Ajustar a velocidade de injeção para evitar um calor de cisalhamento excessivo, reduzindo assim o tempo de arrefecimento.

4. Prolongar o tempo de espera: Um maior tempo de retenção sob pressão pode aumentar o efeito de arrefecimento.

Utilizar tecnologias de arrefecimento auxiliares

1. Tecnologia de arrefecimento por impulsos: Uma vez que a taxa de arrefecimento do meio de arrefecimento também pode ter um efeito na eficiência do processo, recomenda-se que o caudal de arrefecimento e a temperatura do meio sejam alterados periodicamente.

2. Tecnologia de arrefecimento de frequência variável: Analisar para os ajustes necessários o caudal e a temperatura do meio de arrefecimento de acordo com as alterações na temperatura do molde.

3. Tratamento da superfície do molde: É possível utilizar um revestimento condutor térmico ou uma camada de revestimento condutor térmico para ajudar a otimizar a condução de calor do molde.

Tirar partido da tecnologia de simulação informática

1. Simulação Computacional de Dinâmica de Fluidos (CFD): Utilizando um software de simulação, são experimentadas diferentes disposições da água de arrefecimento e é estudada a convecção do fluido nos canais de arrefecimento do molde para obter a conceção ideal.

2. Análise do campo de temperatura do molde: Analisar as alterações de temperatura que ocorrem durante a moldagem para verificar se existem áreas que demoram mais tempo a arrefecer e efetuar ajustes em conformidade.

3. Simulação do processo de injeção: Para encontrar outros parâmetros que reduzam o tempo de arrefecimento da moldagem por injeção, utilize o software de simulação para desenvolver o processo de injeção.

Conclusão

O tempo de arrefecimento é um dos parâmetros mais importantes da moldagem por injeção, uma vez que decide a qualidade do produto final, o tempo de ciclo necessário e a produtividade do processo. Para reduzir o tempo de arrefecimento na moldagem por injeção, é fundamental ter em conta factores como a espessura da parede, a manutenção de um tempo de arrefecimento adequado, a temperatura de arrefecimento adequada, a garantia de um tempo de arrefecimento adequado e a implementação de técnicas de arrefecimento do molde eficientes, uma vez que um tempo de arrefecimento insuficiente pode ter um impacto negativo na moldagem por injeção tempo de ciclo. Por conseguinte, para diminuir o tempo de arrefecimento, existem várias abordagens que podem ser aplicadas, tais como a seleção de materiais, a conceção do molde, os parâmetros do processo e a aplicação de tecnologias de arrefecimento auxiliares. As novas tecnologias e materiais que serão desenvolvidos ao longo do tempo criarão melhores hipóteses para que o tempo de corte seja reduzido ainda mais no futuro.