Diretrizes de Design Especializadas para Injeção de Alta Qualidade

O processo de injeção é amplamente usado na produção de grande volume, pois produz comparativamente baixa produção de sucata e tem alta repetibilidade. A versatilidade do processo de injeção exige considerações de design muito mais amplas. A maioria das considerações de design será feita no molde após definir os requisitos do produto.

Alguns dos fatores que afetam o design de injeção incluem: como a peça será usada (produto singular ou para montagem), os seus requisitos dimensionais e mecânicos, e a sua capacidade de suportar elementos como produtos químicos ou pressão. Algumas dicas vitais a considerar ao desenhar para injeção são exploradas abaixo.

1. Escolha cuidadosamente materiais adequados ao seu design

Diferentes materiais de injeção oferecem propriedades variadas. Por exemplo, alguns materiais de injeção fornecem mais estabilidade dimensional que outros. Da mesma forma, alguns colam melhor com adesivos que outros. O design de material considera o seguinte: temperatura, pressão, interações biológicas e químicas.

Resinas termoplásticas podem ser amplamente classificadas em amorfas e semi-cristalinas. Enquanto termoplásticos semi-cristalinos oferecem melhor resistência química e elétrica, os seus homólogos amorfos são muito mais dimensionalmente estáveis e mais resistentes ao impacto. A seleção de material pode afetar o nível de tolerância requerido ou certas características, como espessura de parede.

	Resinas semi-cristalinas	Resinas amorfas
Vantagens	• Excelente para rolamentos, desgaste e aplicações estruturais • Boa resistência química e elétrica • Coeficiente de atrito mais baixo	• Colam bem com adesivos • Alta estabilidade dimensional • Boa resistência ao impacto
Desvantagens	• Difícil colar com adesivos • Resistência ao impacto média	• Baixa resistência à fadiga e trinca por stress

2. Ter em conta a tolerância da peça

As tolerâncias são afetadas pela retração que ocorre durante o processo de arrefecimento. Materiais amorfos como PLA geralmente têm tolerâncias mais apertadas que materiais semi-cristalinos como PEEK.

Tolerâncias apertadas tornam a produção mais cara, mas podem ser necessárias para a sua peça encaixar ou funcionar corretamente, especialmente se for usada numa montagem.

Recomendamos contactar o seu fornecedor na fase de design para discutir os padrões de tolerância que eles usam.

Por exemplo, a DIN 16901 contém uma tabela de tolerância geral como referência para diferentes materiais. Se o seu fornecedor usa este padrão e você precisa de tolerâncias mais apertadas ou outros padrões, eles pedir-lhe-ão para fornecer desenhos 2D.

3. Escolher a espessura de parede correta

Existem alguns pontos-chave a considerar para garantir que escolhe a espessura de parede correta para o seu design de injeção:

• Paredes mais finas encurtam o tempo de ciclo e baixam o custo da sua peça. Para muitas aplicações, uma espessura de parede de 1,5-2,5 mm é suficiente, mas também pode consultar espessuras de parede recomendadas para diferentes materiais
• Ao contrário de peças maquinadas CNC, peças de injeção de plástico beneficiam de espessura de parede consistente. Se uma peça for mais grossa numa secção que noutra, uma marca de retração aparecerá nesse local.
• Espessuras de parede não uniformes também levam a empenamento, pois estas paredes arrefecem e retraem a taxas diferentes. Se precisar de espessura não uniforme, a mudança de espessura não deve exceder 15% da espessura nominal da parede e deve ter sempre uma transição suave ou cónica para alcançar uma peça de alta qualidade.

As seguintes são as espessuras de parede recomendadas para diferentes materiais:

Material	Espessura de parede recomendada
ABS	1,143 mm – 3,556 mm
Acetal	0,762 mm – 3,048 mm
Acrílico (PMMA)	0,635 mm – 12,7 mm
Polímero de Cristal Líquido	0,762 mm – 3,048 mm
Plásticos Reforçados com Fibra Longa	1,905 mm – 27,94 mm
Nylon	0,762 mm – 2,921 mm
PC (Policarbonato)	1,016 mm – 3,81 mm
Poliéster	0,635 mm – 3,175 mm
Polietileno (PE)	0,762 mm – 5,08 mm
Polifenileno Sulfeto (PSU)	0,508 mm – 4,572 mm
Polipropileno (PP)	0,889 mm – 3,81 mm
Poliestireno (PS)	0,889 mm – 3,81 mm
Poliuretano	2,032 mm – 19,05 mm

4. Adicionar ângulos de desmoldagem ao seu design

Muitos processos de remoção de material como maquinação CNC podem produzir paredes verticais. No entanto, criar um design de peça para injeção com paredes verticais fará com que a peça fique presa, particularmente no núcleo, à medida que a peça contrai no arrefecimento.

Se muita força for aplicada para ejetar a peça, o risco de danificar os pinos ejetores e até o molde torna-se muito alto. Desenhe as paredes das peças com uma ligeira inclinação para evitar este problema. Esta inclinação chama-se desmoldagem (draft).

Devido à alta complexidade que cria no desenho, o draft é geralmente adicionado nas fases finais do design da peça. Diferentes superfícies requerem drafts variados. Superfícies texturizadas requerem mais draft. Algumas superfícies comuns encontradas na injeção e os seus ângulos mínimos de draft são os seguintes.

• Para requisitos "quase verticais": 0,5°
• Situações mais comuns: 1 ~ 2°
• Todas as superfícies de encosto (shutoff): 3°
• Faces com texturas leves: 1 ~ 3°
• Faces com texturas médias: 5°+

5. Adicionar nervuras e reforços a certas peças

Certas peças requerem nervuras. Nervuras e reforços dão resistência adicional às peças e ajudam a eliminar defeitos cosméticos como empenamento, retração e vazios. Estas características são essenciais para componentes estruturais. Portanto, é preferível adicioná-las às peças em vez de aumentar a espessura das peças para aumentar a resistência.

No entanto, se não desenhados corretamente, isto pode levar a retração. A retração acontece quando a taxa de arrefecimento de certas partes é muito mais rápida que outras, resultando na dobra permanente de algumas secções. O empenamento pode ser efetivamente reduzido mantendo a espessura da nervura entre 50-60% da parede a que está presa.

6. Adicionar raios e filetes ao design da peça

Aplicar raios às peças, quando possível, elimina cantos afiados, o que melhora o fluxo de material e a integridade estrutural da peça. Cantos afiados causam fraqueza na peça pois o material fundido é forçado a fluir através do canto ou para dentro do canto. Os únicos locais onde cantos afiados são inevitáveis são as superfícies de separação ou superfícies de encosto.

Raios e filetes também ajudam na ejeção da peça, pois cantos arredondados são menos propensos a prender durante a ejeção que cantos afiados. Além disso, cantos afiados também não são aconselháveis estruturalmente pois levam a pontos de tensão que podem falhar. Raios ajudam a suavizar a tensão nos cantos.

Além disso, incluir cantos afiados no seu design aumentará exponencialmente o custo de produção, pois isso exigiria que o molde tivesse cantos afiados que só podem ser alcançados usando técnicas de fabrico muito caras.

Adicione raios internos de pelo menos 0,5 vezes a espessura da parede adjacente e raios externos 1,5 vezes o tamanho.

7. Evitar undercuts e fornecer ranhuras quando possível

Encaixes de pressão (snap fits) são obtidos através de undercuts. O molde de extração direta (straight-pull), que consiste em duas metades, e é o design mais direto, não é adequado para fabricar peças com características de undercut. Isto deve-se à dificuldade em maquinar tal molde com CNC e à tendência do material prender na ejeção.

Undercuts são geralmente criados usando núcleos laterais. No entanto, núcleos laterais aumentam significativamente os custos de ferramentas. Felizmente, existem algumas dicas de design para alcançar a função de um undercut sem usar núcleos laterais. Uma forma de fazer isto é introduzindo uma ranhura. Isto também é referido como núcleo de passagem (pass-through core). Outra forma é ajustar ou mover a linha de separação da peça. Ao fazer isto, ajuste também o ângulo de draft correspondentemente. Mover as linhas de separação é mais adequado para undercuts que estão no exterior da peça.

Também pode usar undercuts de extração (stripping undercuts), também referidos como bump offs. No entanto, use esta característica apenas quando a peça for suficientemente flexível para deformar e expandir durante a ejeção do molde.

Também dê folga suficiente: bump-offs devem ter ângulo de entrada de 30° a 45° para ejeção eficaz. Todas estas alternativas a núcleos laterais caros requerem redesenho significativo da peça. Quando o redesenho de uma peça não é possível devido à possibilidade de afetar a funcionalidade da peça, então tem de empregar side-actions deslizantes e núcleos para lidar com undercuts.

Estas características deslizam para dentro quando o molde fecha e deslizam para fora quando abre. Os núcleos laterais devem mover-se perpendicularmente e ter ângulos de draft apropriados.

8. Fixar bosses a paredes laterais ou nervuras

Bosses são suportes cilíndricos moldados numa peça de plástico para aceitar um inserto, parafuso auto-roscante ou pino para montar ou fixar peças.

O diâmetro externo (OD) do boss deve ser 2,5 vezes o diâmetro do parafuso para aplicações auto-roscantes.

Bosses não devem ser autónomos. Fixe sempre bosses a uma parede lateral ou ao fundo com nervuras ou reforços. A sua espessura não deve exceder 60% da espessura total da peça para minimizar marcas de retração visíveis no exterior da peça.

Por exemplo, uma peça com parede externa de 3 mm deve ter nervuras internas não mais grossas que 1,7 mm.

9. Ponto de injeção (Gating): Destacar superfícies visualmente importantes na sua peça onde não deve haver marcas

Para desenhar e fabricar corretamente a sua peça usando injeção, é importante que o fabricante entenda desde o início quais são os seus requisitos em termos de aparência.

Um ponto-chave para o fabricante de ferramentas considerar é a localização do ponto de injeção (gate). Gates são secções de entrada através das quais o material fundido entra no molde. O fabricante de ferramentas tem de escolher o tipo de gates e posicioná-los estrategicamente para minimizar potenciais problemas de qualidade.

Gates também deixam vestígio de gate ou indicação visual de que a peça foi injetada — mesmo que seja subtil.

Por isso, recomendamos informar o seu fornecedor sobre quaisquer requisitos estéticos e funcionais e definir onde não injetar.

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