Introdução: A moldagem por injeção é um processo de fabrico comum que injecta material plástico num molde, depois deforma o material e, por fim, dá-lhe forma através de aquecimento e arrefecimento. No entanto, durante o processo de moldagem por injeção, ocorre por vezes uma deformação, que afecta a qualidade e a eficiência da produção do produto. Existem muitas razões para a deformação por empenamento, e muitas vezes é difícil resolvê-la baseando-se apenas nos parâmetros do processo.

Combinando informação relevante e experiência de trabalho real, segue-se uma análise das causas e soluções para o empenamento do plástico moldagem por injeção deformação.

O que é o Warping?

Isto significa que a forma do produto moldado por injeção é diferente da forma da cavidade do molde, que é um dos defeitos comuns dos produtos de plástico.

Causas de empeno na moldagem por injeção

Há muitas razões para o empeno na moldagem por injeção, algumas das quais são razões comuns:

Estrutura do molde

Em termos de moldes, os factores que afectam a deformação das peças de plástico incluem principalmente o sistema de vazamento, o sistema de arrefecimento e o sistema de ejeção.

Sistema de portas

A posição, a forma e o número da porta do molde de injeção afectarão a forma como o plástico preenche a cavidade do molde, o que pode provocar a deformação da peça de plástico.

Quanto maior for a distância de escoamento, maior será a tensão interna causada pela compensação de escoamento e retração entre a camada congelada e a camada central de escoamento.

Por outro lado, quanto mais curta for a distância do fluxo, mais curto será o tempo de fluxo desde o portão até ao fim do fluxo da peça, mais fina será a espessura da camada congelada durante o enchimento do molde, mais baixa será a tensão interna e a deformação por empenamento será muito reduzida.

Para algumas peças plásticas planas, se for utilizada apenas uma porta central, as peças plásticas ficarão distorcidas após a moldagem, porque a taxa de contração na direção do diâmetro é superior à taxa de contração na direção circunferencial. Se, em vez disso, forem utilizadas várias portas pontuais ou portas de película, a deformação por empenamento pode ser eficazmente evitada.

Quando se utilizam portas de borda para moldagem, a localização e a quantidade de portas também têm um grande efeito na deformação da peça de plástico, porque a retração do plástico não é a mesma em todas as direcções.

Além disso, a utilização de várias portas pode encurtar o rácio de fluxo de plástico (L/t), o que torna a densidade de fusão na cavidade do molde mais uniforme e o encolhimento varia mais uniformemente. Ao mesmo tempo, toda a peça de plástico pode ser enchida com uma pressão de injeção mais baixa. E uma pressão de injeção mais baixa pode reduzir a tendência do plástico para ter uma orientação de alinhamento molecular ou de fibras e reduzir a sua tensão interna, o que reduz a deformação da peça de plástico.

Sistema de arrefecimento

Quando se injecta plástico, a peça arrefece de forma desigual. Isto faz com que a peça encolha de forma desigual. O encolhimento desigual faz com que a peça se dobre. A curvatura faz com que a peça se deforme.

Se a diferença de temperatura entre a cavidade do molde e o núcleo utilizado na moldagem por injeção de peças plásticas planas (como os invólucros das baterias dos telemóveis) é demasiado grande, a fusão perto da superfície fria da cavidade do molde arrefece rapidamente, enquanto a camada de material perto da superfície quente da cavidade do molde continua a encolher. O encolhimento desigual causará o empenamento do plástico.

Por conseguinte, o arrefecimento do molde de injeção deve prestar atenção à temperatura da cavidade e do núcleo que tende a equilibrar-se, e a diferença de temperatura entre os dois não deve ser demasiado grande (neste momento, podem ser considerados dois controladores de temperatura do molde).

Quando se está a pensar no equilíbrio da temperatura do interior e do exterior da peça de plástico, também é necessário pensar no equilíbrio da temperatura de cada lado da peça de plástico. Ou seja, quando o molde está a arrefecer, é necessário tentar manter a temperatura da cavidade e do núcleo o mais uniforme possível. Desta forma, cada parte da peça de plástico arrefece à mesma velocidade, pelo que cada parte encolhe ao mesmo ritmo e não há deformações.

A disposição dos orifícios de água de arrefecimento no molde é muito importante. Após a determinação da distância entre a parede do tubo e a superfície da cavidade, a distância entre os orifícios da água de arrefecimento deve ser mantida tão pequena quanto possível para garantir a temperatura uniforme da parede da cavidade.

Além disso, como a temperatura do meio de arrefecimento aumenta à medida que o comprimento do canal de água de arrefecimento aumenta, haverá uma diferença de temperatura entre a cavidade do molde e o núcleo ao longo do canal de água. Por conseguinte, o comprimento de cada canal de água do circuito de arrefecimento deve ser inferior a 2 metros.

Para moldes de grandes dimensões, devem ser instalados vários circuitos de arrefecimento e a entrada de um circuito deve estar próxima da saída de outro circuito. Para peças de plástico compridas, devem ser utilizados canais de água de passagem direta. (E a maioria dos nossos moldes usa circuitos em forma de S - não propícios à circulação, mas também prolongam o ciclo).

Sistema de ejetor

A conceção do sistema ejetor também afecta diretamente a deformação das peças de plástico. Se o sistema ejetor estiver desequilibrado, causará um desequilíbrio na força de ejeção e provocará a deformação da peça de plástico.

Por conseguinte, ao conceber o sistema ejetor, este deve procurar equilibrar-se com a resistência à desmoldagem. Além disso, a área da secção transversal da haste ejectora não deve ser demasiado pequena para evitar que a peça de plástico seja deformada devido a uma força excessiva por unidade de área (especialmente quando a temperatura de desmoldagem é demasiado elevada).

A haste ejectora deve ser colocada o mais próximo possível da peça com maior resistência a ser retirada do molde. Sem afetar a qualidade das peças plásticas (incluindo a sua utilização, precisão dimensional, aparência, etc.), deve ser utilizado o maior número possível de pinos ejectores para reduzir a deformação global das peças plásticas (é por esta razão que os pinos ejectores são substituídos por blocos ejectores).

Quando se utilizam plásticos macios (como o TPU) para fabricar peças de plástico de paredes finas com cavidades profundas, devido à grande resistência à desmoldagem e ao material macio, se utilizar apenas um método de ejeção mecânica, as peças de plástico ficarão deformadas, até mesmo penetradas ou dobradas, e as peças de plástico serão descartadas. Se utilizar uma combinação de vários componentes ou pressão de gás (líquido) e ejeção mecânica, o efeito será melhor (será utilizado mais tarde).

Fase de Plastificação

A fase de plastificação é quando as partículas vítreas se transformam numa fusão viscosa (falámos sobre os três estados de plastificação das matérias-primas na formação). Durante esta fase, a diferença de temperatura do polímero nas direcções axial e radial (em relação ao parafuso) irá provocar tensões no plástico; além disso, a pressão de injeção, a velocidade e outros parâmetros da máquina de injeção irão afetar grandemente a forma como as moléculas se alinham quando o molde enche, o que irá provocar deformações.

Fase de enchimento e arrefecimento

O plástico derretido é injetado no molde sob pressão de injeção, arrefecido e solidificado no molde. Este processo é a etapa principal do moldagem por injeção. Neste processo, a temperatura, a pressão e a velocidade estão inter-relacionadas e têm um grande impacto na qualidade e na eficiência da produção de peças de plástico.

Uma pressão e um caudal mais elevados produzem uma taxa de cisalhamento elevada, o que provoca diferenças na orientação molecular paralela à direção do fluxo e perpendicular à direção do fluxo, produzindo um "efeito de congelação". O "efeito de congelação" produzirá tensão de congelação e formará tensão interna nas peças de plástico.

A temperatura afecta o empeno das seguintes formas:

As diferenças de temperatura entre as superfícies superior e inferior da peça de plástico provocam tensões e deformações térmicas. As diferenças de temperatura entre as diferentes áreas da peça de plástico provocam uma contração desigual. Diferentes condições de temperatura afectam o enchimento ou o reforço de fibras.

Retração de produtos moldados por injeção

A principal razão pela qual os produtos moldados por injeção se deformam é porque o encolhimento das peças de plástico é desigual. Se o efeito de retração durante o processo de enchimento não for considerado durante a fase de conceção do molde, a forma real do produto será muito diferente dos requisitos de conceção, e uma deformação grave fará com que o produto seja desmantelado (ou seja, o problema da taxa de retração).

Para além da deformação resultante do enchimento, a diferença de temperatura entre as paredes superior e inferior do molde também causará diferenças de retração entre as superfícies superior e inferior da peça de plástico, resultando em empeno. Para a análise do empeno, a contração em si não é importante, mas a diferença que cria tensões internas na contração é importante.

Quando se fazem peças de plástico com moldagem por injeção, as moléculas de plástico alinham-se na direção em que o plástico flui. Isto faz com que o plástico encolha mais na direção em que o plástico flui do que na direção para cima e para baixo. Isto faz com que as peças de plástico se deformem (o que se designa por anisotropia).

Normalmente, a retração uniforme apenas provoca alterações no volume das peças de plástico, e apenas a retração irregular pode causar deformações. A diferença entre as taxas de retração dos materiais cristalinos na direção do fluxo e na direção vertical é maior do que a dos plásticos não cristalinos, e a sua taxa de retração é também maior do que a dos plásticos não cristalinos.

O grande encolhimento dos plásticos cristalinos e a sua anisotropia de encolhimento são sobrepostos, resultando numa tendência para afetar a deformação das peças de plástico cristalino que é muito maior do que a dos plásticos não cristalinos.

Tensão térmica residual

Quando se fazem coisas com moldagem por injeçãoO calor do processo pode fazer com que o material se deforme. Isso é mau porque faz com que o material não seja bom. O calor pode fazer com que o material se deforme de diferentes formas, mas não vou falar disso agora.

Medidas de melhoria para o empeno de peças moldadas por injeção

Influência da conceção do molde

No que diz respeito à conceção do molde, os aspectos que afectam a forma como as peças de plástico se deformam são principalmente o sistema de vazamento, o sistema de arrefecimento, o sistema de ejeção, etc.

Sistema de portas

a) A posição, a forma e o número da porta do molde de injeção afectarão a forma como o plástico preenche a cavidade do molde, o que pode provocar a deformação da peça de plástico. Quanto maior for a distância a que o plástico tem de fluir, mais tensão cria no interior da peça à medida que flui e encolhe entre a camada congelada e a camada de fluxo central.

Por outro lado, quanto menor for a distância que o plástico tem de percorrer desde a porta de entrada até à extremidade da peça, mais fina será a camada congelada durante o enchimento do molde, menor será a tensão no interior da peça e menor será a sua deformação.

b) Para algumas peças de plástico planas, se utilizar apenas uma porta central, a taxa de retração na direção do diâmetro é superior à taxa de retração na direção circunferencial e as peças de plástico ficarão distorcidas após a moldagem. Se, em vez disso, utilizar várias portas pontuais ou portas de película, pode evitar eficazmente o empeno.

c) Para peças de plástico longas e em forma de tira, a porta é colocada na extremidade e o material fundido flui ao longo da direção do comprimento, o que pode reduzir a deformação causada pelo desenho da porta no meio.

d) Quando se utilizam portas pontuais para a moldagem, devido à anisotropia da contração do plástico, a localização e o número de portas têm uma grande influência no grau de deformação da peça de plástico. Além disso, a utilização de várias comportas pode também reduzir o rácio de fluxo (L/t) do plástico, de modo a que a densidade da massa fundida na cavidade do molde seja mais uniforme e a retração seja mais uniforme.

e) No caso dos produtos em forma de anel, a redondeza do produto final também é afetada por diferentes formas de porta e pode ser enchido com uma pressão de injeção menor. A menor pressão na cavidade de injeção pode reduzir a tendência de orientação molecular do plástico, reduzir a sua tensão interna e, assim, reduzir a deformação da peça de plástico.

Sistema de arrefecimento

a) Se as caraterísticas de fusão e arrefecimento da peça moldada por injeção não forem uniformes, a peça de plástico encolherá de forma desigual. Esta diferença de contração cria um momento de flexão e provoca a deformação da peça de plástico.

Se a diferença de temperatura entre a cavidade do molde e o núcleo utilizado para moldar por injeção peças plásticas planas (como os invólucros das baterias dos telemóveis) for demasiado grande, o material fundido perto da superfície fria da cavidade do molde arrefecerá rapidamente, enquanto o material perto da superfície quente da cavidade do molde continuará a encolher.

Este encolhimento desigual fará com que a peça de plástico se deforme. Portanto, ao arrefecer o molde de injeção, preste atenção à temperatura da cavidade e do núcleo para equilibrar, e a diferença de temperatura entre os dois não deve ser muito grande (neste momento, pode considerar a utilização de dois controladores de temperatura do molde).

b) A temperatura em ambos os lados da peça moldada por injeção deve ser a mesma. Quando o molde arrefece, a temperatura da cavidade e do núcleo deve ser a mesma, tanto quanto possível. Desta forma, a peça de plástico arrefece à mesma velocidade em todo o lado, pelo que encolhe uniformemente e não se deforma.

c) A disposição dos orifícios de água de arrefecimento no molde é crucial. Isto inclui o diâmetro do orifício da água de arrefecimento, o espaçamento entre orifícios b, a distância entre a parede do tubo e a superfície da cavidade e a espessura da parede do produto.

Uma vez determinada a distância entre a parede do tubo e a superfície da cavidade, a distância entre os orifícios da água de arrefecimento deve ser mantida tão pequena quanto possível para garantir a temperatura uniforme da parede da cavidade.

d) Coisas a considerar ao decidir o diâmetro do orifício da água de arrefecimento. Independentemente do tamanho do molde, o diâmetro do orifício de água não pode ser superior a 14 mm, caso contrário é difícil para o líquido de arrefecimento fazer um fluxo turbulento. Geralmente, o diâmetro do orifício de água pode ser decidido de acordo com a espessura média da parede do produto.

Quando a espessura média da parede é de 2 mm, o diâmetro do orifício de água é de 8-10 mm; quando a espessura média da parede é de 2-4 mm, o diâmetro do orifício de água é de 10-12 mm; quando a espessura média da parede é de 4-6 mm, o diâmetro do orifício de água é de 10-14 mm.

e) Como a temperatura do meio de arrefecimento aumenta à medida que o comprimento do canal de água de arrefecimento aumenta, haverá uma diferença de temperatura entre a cavidade e o núcleo do molde ao longo do canal de água. Por conseguinte, o comprimento de cada canal de água do circuito de arrefecimento deve ser inferior a 2 metros.

f) Para peças quadradas de plástico, o efeito de arrefecimento é melhorado através da incorporação de cobre nos quatro cantos do molde. É nos quatro cantos que o calor se acumula, o que melhora a deformação das peças.

9) Deve-se colocar vários circuitos de refrigeração em moldes grandes e a entrada de um circuito deve ficar perto da saída de outro circuito. Para peças de plástico compridas, devem ser utilizados canais de água de passagem direta.

Sistema de ejetor

a) A conceção do sistema ejetor também afecta diretamente a deformação das peças de plástico. Se o sistema ejetor estiver desequilibrado, a força ejectora será desequilibrada e o plástico moldado por injeção deformado será deformado. Por conseguinte, ao conceber o sistema ejetor, este deve ser equilibrado com a força positiva de desmoldagem.

b) Otimizar o efeito de desmoldagem (colocar o pino ejetor na posição de costela/osso) para melhorar as alterações causadas por uma desmoldagem deficiente das peças de plástico.

c) A área da secção transversal da haste ejectora não deve ser demasiado pequena para evitar que as peças de plástico sejam deformadas devido a uma força excessiva por unidade de área (especialmente quando a temperatura de desmoldagem é elevada).

d) Colocar a haste ejectora o mais próximo possível da peça com maior resistência a ser retirada do molde.

e) Colocar o maior número possível de hastes ejectoras sem afetar a qualidade das peças de plástico (incluindo requisitos de utilização, precisão dimensional, aspeto, etc.) para reduzir a deformação global das peças de plástico. Se necessário, substituir as hastes ejectoras por blocos ejectores.

f) Quando se utilizam plásticos macios (como o TPU) para fabricar peças de plástico com paredes de cavidades profundas, devido à grande resistência à desmoldagem e às fibras dos materiais reforçados com fibras macias, se se utilizar apenas um método de ejeção mecânica, as peças de plástico ficarão deformadas, ou mesmo atravessadas ou dobradas, e será necessário deitá-las fora. Se utilizar uma combinação de vários componentes ou pressão de ar (líquido) e ejeção mecânica, o resultado será melhor.

9) Para moldes com cavidades profundas, adicionamos dispositivos de entrada de ar aos moldes da frente e de trás para melhorar a deformação por sucção a vácuo.

Fase de Plastificação

O controlo da injeção em várias fases pode definir razoavelmente a pressão de injeção em várias fases, a velocidade de injeção, a pressão de retenção e o método sol de acordo com a estrutura do corredor, a forma da porta e a estrutura da peça moldada por injeção. Isto é bom para evitar a deformação por deformação.

Arrefecimento de moldes

O plástico arrefece a velocidades diferentes, o que faz com que encolha de forma desigual. Esta contração desigual cria uma força de flexão que deforma a peça de plástico.

Por exemplo, quando se moldam peças plásticas planas por injeção, se a diferença de temperatura entre a cavidade do molde e o núcleo for demasiado grande, o plástico arrefecerá rapidamente junto à superfície fria da cavidade do molde, mas o material junto à superfície quente da cavidade do molde continuará a encolher.

Este encolhimento desigual fará com que a peça de plástico se deforme. Assim, ao arrefecer o molde de injeção, é necessário garantir que a temperatura da cavidade e do núcleo está equilibrada e que a diferença de temperatura entre os dois não é demasiado grande.

A disposição dos orifícios de água de arrefecimento no molde também é muito importante. Após a determinação da distância entre a parede do tubo e a superfície da cavidade, a distância entre os orifícios da água de arrefecimento deve ser tão pequena quanto possível para garantir que a temperatura da parede da cavidade é uniforme.

Ao mesmo tempo, uma vez que a temperatura do meio de arrefecimento aumenta com o aumento do comprimento do canal de água de arrefecimento, a cavidade do molde e o núcleo terão uma diferença de temperatura ao longo do canal de água.

Por conseguinte, o comprimento do canal de água de cada circuito de arrefecimento deve ser inferior a 2 m. Vários circuitos de arrefecimento devem ser colocados em moldes grandes e a entrada de um circuito está localizada perto da saída de outro circuito.

Para peças de plástico compridas, deve ser utilizado um circuito de arrefecimento para reduzir o comprimento do circuito de arrefecimento, ou seja, para reduzir a diferença de temperatura do molde, de modo a garantir um arrefecimento uniforme das peças de plástico.

Contração do produto

Normalmente, a retração uniforme apenas afecta o volume do plástico e apenas a retração irregular provoca deformações. A diferença de retração que ocorre entre a direção do fluxo e a direção vertical dos plásticos cristalinos é maior do que a dos plásticos não cristalinos.

Para o processo de injeção em várias fases selecionado com base na análise da forma geométrica do produto, devido à parede fina e à relação de comprimento de fluxo longo do produto, a massa fundida deve fluir rapidamente,

Caso contrário, é fácil de arrefecer e solidificar, e a injeção a alta velocidade deve ser definida para isso. No entanto, a injeção de alta velocidade trará muita energia cinética para o fundido e, quando o fundido flui para o fundo, produzirá muito impacto inercial, resultando em perda de energia e transbordamento. Neste momento, o fundido deve diminuir a taxa de fluxo, reduzir a pressão de enchimento.

E manter a chamada pressão de retenção para que o fundido possa complementar o encolhimento do fundido na cavidade do molde antes que o portão se solidifique. Isto coloca requisitos para a velocidade e pressão de injeção em várias fases no moldagem por injeção processo.

Tensão térmica residual

Quando o plástico está a ser moldado, não arrefece uniformemente, pelo que encolhe de forma desigual. Isso significa que tem uma tensão desigual no interior. Por isso, quando o retiramos do molde, ele deforma-se devido à tensão desigual.

A transformação de fase e o comportamento de relaxamento de tensão do plástico de líquido para sólido durante a fase de arrefecimento. Para a área não curada, o plástico actua como um fluido viscoso, que é descrito pelo modelo de fluido viscoso. Para a área curada, o plástico actua como um material viscoelástico, que é descrito pelo modelo de sólido linear padrão.

Por conseguinte, os fabricantes de moldes ou os criadores de produtos podem utilizar o modelo de transformação de fase viscoelástica e o método dos elementos finitos bidimensionais para prever a tensão residual térmica e o empeno correspondente.

Conclusão

Há muitas coisas que podem fazer com que as suas peças de plástico se deformem. O desenho do molde, o tipo de materiais plásticos que está a utilizar e a forma como a máquina de moldagem funciona têm diferentes graus de influência no grau de deformação das suas peças. Por isso, se quiser reparar as suas peças deformadas, tem de pensar em todos estes aspectos.