Selecionando o Tratamento de Superfície Ideal para Ferramentas de Moldagem por Injeção

O processo de moldagem por injeção é bastante complexo. Envolve várias peças diferentes trabalhando juntas para produzir um produto plástico. No entanto, uma peça que se destaca é o próprio molde, onde se injeta o plástico fundido para formar a forma fixa e desejada do produto plástico. O molde é obviamente uma das partes funcionais mais importantes da moldagem por injeção, mas também uma das mais caras. Danos ao molde representam uma obrigação financeira significativa. Felizmente, esta é uma obrigação que você pode evitar. Como? Através do tratamento adequado do molde. Aqui, faremos uma visão geral de alguns tratamentos de superfície para ferramentas de moldagem por injeção.

Por Que o Tratamento do Molde de Injeção é Importante?

Talvez a resposta mais fácil para esta pergunta seja — para economizar custos. Isso faz sentido quando você considera quanto os moldes custam. Um único molde pode custar centenas de milhares de dólares, e esse é apenas o custo para comprá-lo. Esse custo pode e deve ser evitado, e o tratamento de superfície de ferramentas de moldagem por injeção é uma maneira de conseguir isso.

Moldes não são fracos, tipicamente feitos de aço endurecido. No entanto, o processo de injetar resinas fundidas em altas temperaturas e pressões acabará cobrando seu preço nos moldes de injeção. Muitos dos materiais termoplásticos usados hoje também são abrasivos e causarão abrasão e atrito nas superfícies do molde após muitos ciclos de injeção. Há também o risco de corrosão e fadiga após uso contínuo.

Embora o resultado final seja geralmente dano à ferramenta de moldagem, a qualidade do trabalho produzido por moldes afetados por corrosão, atrito, desgaste e abrasão é geralmente inferior ao necessário. O fluxo do molde também pode sofrer sem o tratamento adequado do molde. Tudo isso pode afastar clientes, e reconquistá-los geralmente é desafiador, mesmo após a substituição do molde. Isso enfatiza ainda mais por que os moldadores por injeção devem ser educados sobre tratamento de molde e as diferentes ferramentas de acabamento de molde.

Tipos de Tratamento de Superfície para Ferramentas de Moldagem por Injeção de Plástico

O aço é duro, sim. Mas é duro o suficiente para proteger moldes de injeção contra desgaste após exposição prolongada a resina fundida de alta temperatura e pressão? Não, não exatamente. Diferentes tratamentos de superfície podem fornecer a proteção extra tão necessária. Examinaremos brevemente alguns deles abaixo.

Galvanoplastia

A galvanoplastia é uma das soluções mais comuns para desgaste, rasgo e abrasões de molde. Existem duas formas principais de galvanoplastia — eletrolítica e sem corrente. A diferença entre as duas se resume à presença de correntes elétricas ou não. A galvanoplastia eletrolítica requer uma corrente elétrica, enquanto a galvanoplastia sem corrente não requer.

A galvanoplastia de cromo e a galvanoplastia de níquel sem corrente são as duas formas mais típicas de galvanoplastia para moldes. A galvanoplastia de cromo envolve eletrodepositar uma fina camada de cromo no molde. O produto da galvanoplastia de cromo é cromo. Ao contrário da galvanoplastia de níquel, a galvanoplastia de cromo requer o uso de um ânodo conformal que entra na cavidade do molde. Isso significa que a galvanoplastia de cromo levará mais tempo, especialmente para moldes detalhados, e, por implicação, pode custar mais. Outro ponto negativo aqui é que a galvanoplastia de cromo por muito tempo pode inibir a galvanoplastia uniforme, especialmente em moldes detalhados. A textura da superfície do molde é mais dura com cromo, tornando-os mais resistentes à ferrugem. A galvanoplastia de cromo é geralmente lisa e muito funcional.

A galvanoplastia de níquel sem corrente é um dos tratamentos de superfície de molde de injeção mais versáteis. A galvanoplastia sem corrente depende de reações químicas em vez de corrente elétrica. Oferece proteção contra corrosão, preocupações com lubrificação, abrasão e até ataque químico. Esta forma de galvanoplastia não requer um ânodo, o que implica galvanoplastia mais uniforme do que a de cromo. Níquel preto é uma das galvanoplastias de níquel sem corrente mais identificáveis.

Seja cromo ou níquel, uma coisa que a galvanoplastia garante é durabilidade. O tratamento de molde com galvanoplastia garantirá que os moldes durem mais ciclos de injeção sem comprometer a qualidade do produto.

Nitretação

A nitretação é um processo termoquímico de difusão. Junto com a cementação, esta forma de tratamento de molde é a prática de tratamento térmico mais comum. Este processo permite a difusão de átomos de nitrogênio na superfície do molde em baixas temperaturas sem qualquer mudança na estrutura de fase da superfície do molde. Nenhuma mudança de fase significa distorção mínima do aço do molde.

Existem várias formas de nitretação, incluindo nitretação iônica, nitretação em caixa, nitretação em banho de sal e nitretação a gás, todas com o mesmo propósito de aumentar a textura e o desempenho da superfície de moldagem.

Para este processo, as peças do molde são expostas a nitrogênio ativo entre 496 a 529°C. O controle adequado de temperatura é crítico para o processo de nitretação para distorção mínima do aço. Além disso, os componentes do molde de injeção tratados usando nitretação são tipicamente aliviados de tensão antes da usinagem final para garantir mudanças de tamanho insignificantes.

Com o tempo, o processo de nitretação foi desenvolvido e melhorado das técnicas tradicionais de nitretação a gás para nitretação mais controlada usando computador para controlar os parâmetros de nitretação.

A nitretação leva ao desenvolvimento de uma caixa de molde dura, mas peças que precisam permanecer macias podem ser mascaradas no processo de nitretação. A caixa de molde dura tornará o molde resistente ao desgaste e abrasão.

Cementação

Outra prática de tratamento de molde que requer calor é a cementação. Este processo é semelhante à nitretação. A principal diferença é a difusão de átomos de carbono na superfície dos componentes do molde de injeção sob processamento, em vez de átomos de nitrogênio na nitretação.

A cementação frequentemente leva a moldes resistentes ao desgaste e tenazes. Este processo envolve aquecer os componentes do molde de injeção em um forno de cuba. Em seguida, introduzir os gases de cementação para permitir a difusão na superfície do molde.

Como na nitretação, existem várias formas de processos de cementação, incluindo cementação a gás, cementação a vácuo, cementação por plasma pulsado e cementação de alta temperatura.

A cementação é um melhor tratamento de superfície de ferramenta de moldagem por injeção do que a nitretação para componentes de molde mais pesados e carregados, como engrenagens grandes e rolamentos. Ao contrário da nitretação, a cementação requer pós-tratamento térmico. Isso ocorre por causa da temperatura marcadamente mais alta em que a cementação ocorre.

Revestimento PVD

PVD é um acrônimo para Deposição Física de Vapor. Também conhecido como revestimento de filme fino, este tipo de tratamento de molde é um processo onde um material sólido, conhecido como fonte, é vaporizado em vácuo e depositado na superfície de um componente de molde. A fonte é tipicamente uma haste de cerâmica ou metal.

Os processos de revestimento PVD mais comuns são evaporação e sputtering. Com evaporação, o processo utiliza uma fonte de arco catódico ou feixe de elétrons. Por outro lado, sputtering envolve o uso de fontes com realce magnético.

O princípio por trás deste processo é a formação de superfícies de molde de alta densidade devido ao bombardeio do componente do molde com íons positivamente carregados energéticos. O material da fonte é feito para sputter em plasma, formando ligações fortes com a superfície do molde, formando uma fina camada adesiva.

Também é possível criar composições de revestimento compostas introduzindo gases reativos, como oxigênio e nitrogênio, na câmara de vácuo durante o bombardeio.

O revestimento PVD ajudará a melhorar a resistência do molde. Como as camadas formadas também são muito finas, o revestimento tem pouco impacto nas dimensões finais dos componentes do molde. O tratamento de superfície de ferramenta de moldagem por injeção PVD é um dos mais aceitos na indústria hoje; no entanto, seu uso é apenas para materiais que podem suportar a temperatura muito alta que este processo envolve. Este processo também não é ideal para moldes muito detalhados com muitas partes ocultas.

O revestimento PVD pode ser funcional ou decorativo, dependendo se a ênfase está em melhorar o desempenho geral ou melhorar a estética, respectivamente. Nitreto de Titânio (TiN) é um exemplo de revestimento PVD funcional, enquanto um filme à base de Zr é um exemplo de revestimento PVD decorativo.

Revestimento CVD

CVD é um acrônimo para Deposição Química de Vapor. O princípio por trás deste revestimento é semelhante ao do PVD, com a principal diferença sendo o uso de uma reação química para produzir o filme fino que reveste o molde no revestimento CVD.

O processo de revestimento CVD é geralmente realizado em um reator CVD. Um dos problemas com o revestimento PVD é a alta temperatura em que é realizado; bem, o revestimento CVD é realizado em temperaturas ainda mais altas (cerca de 1052°C). Isso, como você imaginaria, limita este tratamento de molde a componentes que podem suportar temperaturas elevadas.

O filme fino formado neste processo de revestimento é devido a reações entre fases gasosas e a superfície quente do molde nos reatores.

Como o PVD, o revestimento CVD garante molde resistente, resistente ao desgaste e abrasão. O filme formado também é muito fino, geralmente na faixa de nanômetros, garantindo que as dimensões finais do molde não sejam significativamente alteradas.

O revestimento CVD é útil para uma ampla gama de componentes de molde, particularmente aqueles que envolvem muito deslizamento. No entanto, devido à natureza dependente de gás deste processo, mascarar algumas áreas pode ser difícil ou até impossível.

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Considerações para Tratamento de Molde

Existem vários fatores a considerar antes de aplicar as várias ferramentas de acabamento de molde. Aqui estão alguns deles.

1. O tipo de componente ou peça de molde que passa pelo processo de tratamento de molde deve ser bem examinado. Não escolha apenas qualquer ferramenta de acabamento de molde. Em vez disso, considere a tolerância ao calor do componente do molde, pois diferentes processos terão diferentes impactos de calor na superfície do molde. Além disso, a margem que você pode permitir com mudanças de dimensão final deve entrar em jogo. Alguns componentes de molde precisam de filmes extremamente finos, enquanto outros podem aceitar revestimentos relativamente espessos.
2. O preço do tratamento de molde é outro fator essencial a considerar. Os melhores processos geralmente custam mais, mas há momentos em que é mais econômico optar por opções mais baratas, particularmente quando o molde de injeção é apenas para uso esporádico.
3. Você também deve garantir a compatibilidade do processo com seu molde. Por exemplo, alguns processos permitem mascaramento; outros não. Portanto, se mascarar alguns componentes do molde é essencial para seu tratamento de molde, então você deve selecionar processos que permitam mascaramento. O mesmo princípio se aplica à uniformidade do revestimento.

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