Moldagem por injeção mestre:fundamentos, aplicações e dicas de design

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Neste guia você encontrará tudo o que precisa saber sobre moldagem por injeção. Domine os princípios básicos da tecnologia e aprenda rapidamente dicas de design práticas que economizarão tempo e reduzirão custos.

Parte 1

Noções básicas de moldagem por injeção

O que é uma moldagem por injeção? Como funciona e para que é usado?

Nesta seção, respondemos a essas perguntas e mostramos exemplos comuns de peças moldadas por injeção para ajudá-lo a se familiarizar com a mecânica básica e as aplicações da tecnologia.

O que é moldagem por injeção?

A moldagem por injeção é uma tecnologia de fabricação para a produção em massa de peças plásticas idênticas com boas tolerâncias. Na moldagem por injeção, os grânulos de polímero são primeiro derretidos e depois injetados sob pressão em um molde, onde o plástico líquido esfria e solidifica. Os materiais utilizados na Moldagem por Injeção são polímeros termoplásticos que podem ser coloridos ou preenchidos com outros aditivos.

Quase todas as peças de plástico ao seu redor foi fabricado por moldagem por injeção:desde peças de automóveis até gabinetes eletrônicos e eletrodomésticos de cozinha.

A moldagem por injeção é muito popular devido ao custo por unidade dramaticamente baixo ao fabricar grandes volumes . A moldagem por injeção oferece alta repetibilidade e boa flexibilidade de design . As principais restrições à Moldagem por Injeção geralmente se resumem à economia, já que o alto investimento inicial para o molde é necessário. Além disso, o tempo de resposta desde o design até a produção é lento (pelo menos 4 semanas).

O processo de moldagem por injeção

A moldagem por injeção é amplamente utilizada hoje tanto para produtos de consumo quanto para aplicações de engenharia. Quase todos os itens de plástico ao seu redor foram fabricados por moldagem por injeção. Isso ocorre porque a tecnologia pode produzir peças idênticas em volumes muito elevados (normalmente, 1.000 a 100.000+ unidades) a um custo por peça muito baixo (normalmente, de US$ 1-5 por unidade).

Mas em comparação com outras tecnologias, os custos iniciais de moldagem por injeção são relativamente altos, principalmente porque são necessárias ferramentas personalizadas. Um molde pode custar entre US$ 3.000 e US$ 100.000 ou mais, dependendo de sua complexidade, material (alumínio ou aço) e precisão (protótipo, molde piloto ou molde de produção em grande escala).

Todos os materiais termoplásticos podem ser moldados por injeção. Alguns tipos de silicone e outras resinas termofixas também são compatíveis com o processo de moldagem por injeção. Os materiais mais comumente usados na moldagem por injeção são:

• Polipropileno (PP): ~38% da produção global
• ABS: ~27% da produção global
• Polietileno (PE): ~15% da produção global
• Poliestireno (PS): ~8% da produção global

Mesmo se levarmos em conta todas as outras tecnologias de fabricação possíveis, a moldagem por injeção só com estes quatro materiais representa mais de 40% de todas as peças plásticas produzidas globalmente todos os anos!

Uma breve história da moldagem por injeção

Plásticos substituem o marfim

Em 1869, John Wesley Hyatt inventou o celulóide, o primeiro plástico artificial prático destinado a substituir o marfim na produção de… bolas de bilhar! As primeiras máquinas de moldagem por injeção usavam um barril para aquecer o plástico e um êmbolo para injetá-lo no molde.

Uma invenção revolucionária

Em meados da década de 1950, a invenção do parafuso alternativo revolucionou sozinha a indústria de plásticos. O parafuso alternativo resolveu problemas importantes com o aquecimento desigual do plástico que os sistemas anteriores enfrentavam e abriu novos horizontes para a produção em massa de peças plásticas.

Moldagem por injeção hoje

Hoje, a moldagem por injeção representa um mercado de US$ 300 bilhões. Mais de 5 milhões de toneladas métricas de peças plásticas são produzidas com moldagem por injeção em todo o mundo a cada ano. Recentemente, a procura por materiais biodegradáveis ​​tem aumentado por razões ambientais.

Máquinas injetoras:como funcionam?

Uma máquina de moldagem por injeção consiste em 3 partes principais:a unidade de injeção , o molde - o coração de todo o processo - e a unidade de fixação/ejetora .

Nesta seção, examinamos a finalidade de cada um desses sistemas e como sua mecânica básica de operação afeta o resultado final do processo de moldagem por injeção.

Assista a uma grande máquina de moldagem por injeção em ação enquanto produz 72 tampas de garrafas a cada 3 segundos no vídeo aqui:

A unidade de injeção

O objetivo da unidade de injeção é derreter o plástico bruto e guiá-lo para dentro do molde. Consiste no hopper , o barril , e o parafuso alternativo .

Veja como funciona o processo de moldagem por injeção:

1. Os grânulos de polímero são primeiro secos e colocados na tremonha, onde são misturados com o pigmento corante ou outros aditivos de reforço.
2. Os grânulos são alimentados no barril, onde são simultaneamente aquecidos, misturados e movidos em direção ao molde por um parafuso de passo variável. A geometria do parafuso e do cilindro são otimizadas para ajudar a aumentar a pressão até os níveis corretos e derreter o material.
3. O carneiro então avança e o plástico derretido é injetado no molde através do sistema de canais, onde preenche toda a cavidade. À medida que o material esfria, ele se solidifica e toma a forma do molde.
4. Finalmente, o molde se abre e a parte agora sólida é empurrada para fora pelos pinos ejetores. O molde então fecha e o processo se repete.
   Todo o processo pode ser repetido muito rapidamente:o ciclo leva aproximadamente 30 a 90 segundos dependendo do tamanho da peça.
   
   Após a ejeção da peça, ela é dispensada em uma esteira transportadora ou em um recipiente de retenção. Normalmente, as peças moldadas por injeção estão prontas para uso imediato e requerem pouco ou nenhum pós-processamento.
   

Fabricação do molde

O molde é como o negativo de uma fotografia:sua geometria e textura superficial são transferidas diretamente para a peça moldada por injeção.

Geralmente representa a maior parte dos custos iniciais na moldagem por injeção:o custo de um molde típico começa em aproximadamente US$ 2.000-5.000 para uma geometria simples e tiragens de produção relativamente pequenas (1.000 a 10.000 unidades) e pode ir até US$ 100.000 para moldes otimizados para pedidos de produção em grande escala (100.000 unidades ou mais).

Isto se deve ao alto nível de conhecimento necessário para projetar e fabricar um molde de alta qualidade que possa produzir com precisão milhares (ou centenas de milhares) de peças.

Os moldes geralmente são usinados em CNC em alumínio ou aço ferramenta e depois com acabamento no padrão exigido. Além do negativo da peça, eles também possuem outras características, como o sistema de canais que facilita o escoamento do material para dentro do molde, e canais internos de resfriamento de água que auxiliam e agilizam o resfriamento da peça.

Saiba mais sobre usinagem CNC no guia de fabricação e design →

Avanços recentes em materiais de impressão 3D permitiram a fabricação de moldes adequados para moldagem por injeção de baixa tiragem (100 peças ou menos) por uma fração do custo. Esses pequenos volumes eram economicamente inviáveis ​​no passado, devido ao custo muito elevado da fabricação tradicional de moldes.
*Um projeto de molde industrial para produzir dezenas de milhares de peças de plástico. A cavidade é mostrada à esquerda e o núcleo à direita.*

A anatomia do molde

O molde mais simples é o molde de tração direta. Consiste em 2 metades:a cavidade (a parte frontal) e o núcleo (a parte de trás).

Na maioria dos casos, moldes de tração direta são preferidos, pois são simples de projetar e fabricar, mantendo o custo total relativamente baixo. Porém, existem algumas restrições de projeto:a peça deve ter uma geometria 2.D em cada lado e sem saliências (ou seja, áreas que não são suportadas por baixo).

Se geometrias mais complexas forem necessárias, então núcleos de ação lateral retráteis ou outras inserções são necessárias.

Os núcleos de ação lateral são elementos móveis que entram no molde por cima ou por baixo e são usados para fabricar peças com saliências (por exemplo, uma cavidade ou um furo). Porém, as ações secundárias devem ser usadas com moderação, pois o custo aumenta rapidamente.

Fato interessante: Cerca de 50% do ciclo típico de moldagem por injeção é dedicado ao resfriamento e solidificação. Minimizar a espessura de um projeto é fundamental para acelerar essa etapa e reduzir custos.

Os 2 lados do molde:lado A e lado B

As peças moldadas por injeção possuem dois lados:o lado A, voltado para a cavidade (metade frontal do molde) e o lado B, voltado para o núcleo (metade posterior do molde). Esses dois lados geralmente servem a propósitos diferentes:

• O lado A geralmente tem melhor aparência visual e costuma ser chamado de lado cosmético . As faces do lado A serão lisas ou terão textura de acordo com as especificações do seu projeto.

• O lado B geralmente contém os elementos estruturais ocultos (mas muito importantes) da peça (ressaltos, nervuras, encaixes de pressão e assim por diante). Por esta razão é chamado de lado funcional . O lado B geralmente terá um acabamento mais áspero e marcas visíveis dos pinos ejetores.

Injetando material no molde:O sistema de canal

O sistema de execução é o canal que guia o plástico derretido para dentro da cavidade do molde. Controla o fluxo e a pressão com o qual o plástico líquido é injetado na cavidade e removido após a ejeção (quebra). O sistema de corredor geralmente consiste em 3 seções principais:

• O sprue é o canal principal por onde todo o plástico derretido flui inicialmente ao entrar no molde.
• O corredor espalha o plástico derretido ao longo da face onde as duas metades do molde se encontram e conecta o esporão aos portões. Pode haver um ou mais corredores, guiando o material para uma ou múltiplas peças. O sistema de deslizamento é cortado da peça após a ejeção. Este é o único resíduo de material na moldagem por injeção, dos quais 15-30% podem ser reciclados e reutilizados.
• O portão (é o ponto de entrada do material na cavidade do molde. Sua geometria e localização são importantes, pois determinam o fluxo do plástico.

Diferentes tipos de portões são adequados para diferentes aplicações. Existem 4 tipos de portões usados na moldagem por injeção:

• Portões de borda injetam material na linha de separação das duas metades do molde e são o tipo de portão mais comum. O sistema de corredor deverá ser removido manualmente posteriormente, deixando uma pequena imperfeição no ponto de injeção.
• Portas do túnel injetar material abaixo da linha de partição. O sistema de canais se solta à medida que a peça é ejetada do molde, eliminando a necessidade de remoção manual. Isto torna este tipo de portão ideal para volumes muito grandes.
• Portões de postes injetar o material pela parte traseira da cavidade, escondendo a pequena imperfeição deixada pela quebra dos demais tipos de comporta. Essas portas são usadas para peças que exigem excelente aparência visual.
• Dicas importantes são conectados diretamente ao dente reto e injetam plástico pela parte superior da peça. Nenhum material é desperdiçado desta forma no sistema de canais, tornando-os ideais para produção em larga escala, mas uma covinha será visível no ponto de injeção.

O vestígio

No ponto onde o sistema de canais se conectou com a peça, geralmente é visível uma pequena imperfeição, chamada de vestígio.

Se a presença do vestígio não for desejável para fins estéticos, então também pode ser “escondido” no lado B funcional da peça.

O sistema de fixação e ejeção

Do outro lado de uma máquina de moldagem por injeção está o sistema de fixação. O sistema de fixação tem dupla finalidade:mantém as 2 partes do molde bem fechadas durante a injeção e empurra a peça para fora do molde após a abertura.

Após a ejeção da peça, ela cai sobre uma esteira transportadora ou caçamba para armazenamento e o ciclo recomeça.

Porém, o alinhamento das diferentes partes móveis do molde nunca é perfeito. Isso causa a criação de 2 imperfeições comuns que são visíveis em quase todas as peças moldadas por injeção:

• 
  Linhas de separação que são visíveis na lateral de uma peça onde as 2 metades do molde se encontram. Eles são causados ​​por pequenos desalinhamentos e bordas ligeiramente arredondadas do molde.
  
• 
  Marcas de ejetor (ou testemunha) que são visíveis no lado B oculto da peça. Eles são criados porque os pinos ejetores ficam ligeiramente salientes acima ou recortados abaixo da superfície do molde.
  

 A imagem abaixo mostra o molde utilizado para fabricar os dois lados da caixa de um controle remoto. Teste rápido:tente localizar o *núcleo* (lado A), a *cavidade* (lado B), o sistema corredor , os pinos ejetores , o núcleo da ação paralela e as saídas de ar neste molde.

Benefícios e limitações da moldagem por injeção

A moldagem por injeção é uma tecnologia de fabricação estabelecida com uma longa história, mas está sendo constantemente refinada e aprimorada com novos avanços tecnológicos.

Abaixo está um rápido resumo das principais vantagens e desvantagens da moldagem por injeção para ajudá-lo a entender se ela é a solução certa para sua aplicação.

Benefícios da moldagem por injeção

Fabricação em alto volume de plásticos

A moldagem por injeção é a tecnologia mais competitiva em termos de custo para a fabricação de grandes volumes de peças plásticas idênticas. Depois que o molde é criado e a máquina configurada, peças adicionais podem ser fabricadas muito rapidamente e com custo muito baixo.

O volume mínimo de produção recomendado para moldagem por injeção é de 500 unidades. Neste ponto, as economias de escala começam a fazer efeito e os custos iniciais relativamente elevados das ferramentas têm um efeito menos proeminente no preço unitário.

Ampla gama de materiais

Quase todos os materiais termoplásticos (e alguns termofixos e silicones) podem ser moldados por injeção. Isto proporciona uma ampla gama de materiais disponíveis com diversas propriedades físicas para projetar.

As peças produzidas por moldagem por injeção apresentam propriedades físicas muito boas. Suas propriedades podem ser adaptadas usando aditivos (por exemplo, fibras de vidro) ou misturando diferentes pellets (por exemplo, misturas de PC/ABS) para atingir o nível desejado de resistência, rigidez ou resistência ao impacto.

Produtividade muito alta

O ciclo típico de moldagem por injeção dura de 15 a 60 segundos, dependendo do tamanho da peça e da complexidade do molde. Em comparação, a usinagem CNC ou a impressão 3D podem levar de minutos a horas para produzir a mesma geometria. Além disso, um único molde pode acomodar múltiplas peças, aumentando ainda mais as capacidades de produção deste processo de fabricação.

Isto significa que centenas (ou mesmo milhares) de peças idênticas podem ser produzidas a cada hora.

Ótima repetibilidade e tolerâncias

O processo de moldagem por injeção é altamente repetível e as peças produzidas são essencialmente idênticas. É claro que algum desgaste ocorre no molde ao longo do tempo, mas um molde de alumínio piloto típico dura de 5.000 a 10.000 ciclos, enquanto os moldes de produção em escala real de aço para ferramentas podem suportar mais de 100.000 ciclos.

Normalmente, a moldagem por injeção produzirá peças com tolerâncias de ± 0,500 mm (0,020''). Tolerâncias mais restritas até ± 0,125 mm (0,005'') também são viáveis em determinadas circunstâncias. Este nível de precisão é suficiente para a maioria das aplicações e comparável à usinagem CNC e à impressão 3D.

Excelente aparência visual

Um ponto forte da moldagem por injeção é que ela pode produzir produtos acabados que precisam de pouco ou nenhum acabamento extra. As superfícies do molde podem ser polidas em alto grau para criar peças espelhadas. Ou eles podem ser jateados para criar superfícies texturizadas. Os padrões SPI determinam o nível de acabamento que pode ser alcançado.

Obtenha as recomendações de acabamento/compatibilidade de materiais →

Limitações da moldagem por injeção

Altos custos iniciais para ferramentas

A principal restrição econômica da moldagem por injeção é o alto custo do ferramental. Como é necessário fazer um molde personalizado para cada geometria, os custos iniciais são muito elevados. Eles estão principalmente relacionados ao projeto e fabricação do molde, que normalmente custa entre US$ 5.000 e US$ 100.000. Por esta razão, a moldagem por injeção só é economicamente viável para produções superiores a 500 unidades.

Mudanças de design são caras

Depois que um molde é fabricado, é muito caro modificá-lo. As alterações de design geralmente exigem a criação de um novo molde do zero. Por esta razão, projetar corretamente uma peça para moldagem por injeção é muito importante.

Na Parte 2, listamos as considerações de projeto mais importantes que você deve ter em mente ao projetar para moldagem por injeção. Na Parte 5, também veremos como você pode mitigar o risco criando protótipos físicos de suas peças.

Prazos de entrega mais longos do que outras tecnologias

O tempo de resposta típico para moldagem por injeção varia entre 6 a 10 semanas. 4 a 6 semanas para fabricar o molde, mais 2 a 4 semanas para produção e envio. Se forem necessárias alterações no design (algo bastante comum), o tempo de resposta aumenta proporcionalmente.

Em comparação, as peças feitas em uma impressora 3D de mesa podem estar prontas para entrega durante a noite, enquanto os sistemas de impressão 3D industriais têm um prazo de entrega típico de 3 a 5 dias. As peças usinadas CNC são normalmente entregues em 10 dias ou em até 5 dias.

Exemplos de produtos feitos com moldagem por injeção

Se você olhar ao seu redor agora, verá pelo menos alguns produtos que foram fabricados com moldagem por injeção. Você provavelmente está olhando para um agora:a caixa do dispositivo que está usando para ler este guia.

Para reconhecê-los, preste atenção a estas três coisas:uma linha divisória , marcas de testemunhas no lado oculto e uma espessura de parede relativamente uniforme em toda a parte.

Coletamos alguns exemplos de produtos comumente fabricados com moldagem por injeção para ajudar a entender melhor o que pode ser alcançado com esse processo de fabricação.

Brinquedos

Embalagem

Miniaturas

Automotivo

Elétrica

Saúde

Tijolos de Lego

Os tijolos Lego são um dos exemplos mais conhecidos de peças moldadas por injeção. Eles são fabricados em moldes, como o da foto, que produziu 120 milhões de peças de lego (ou seja, 15 milhões de ciclos) antes de serem retiradas de serviço.

O material utilizado para os tijolos Lego é o ABS devido à sua alta resistência ao impacto e excelente moldabilidade. Cada tijolo foi projetado com perfeição, atingindo tolerâncias de até 10 micrômetros (ou um décimo de cabelo humano).

Isto é parcialmente conseguido através do uso das melhores práticas de projeto, que examinaremos na próxima seção (espessura uniforme da parede, ângulos de inclinação, nervuras, texto em relevo, etc.).

Um molde de tijolo Lego aposentado

Tampas de garrafa

Muitos produtos de embalagens plásticas são moldados por injeção. Na verdade, a embalagem é o maior mercado para moldagem por injeção.

Por exemplo, as tampas dos frascos são moldadas por injeção de polipropileno. O polipropileno (PP) possui excelente resistência química e é adequado para entrar em contato com produtos alimentícios.

Nas tampas de garrafa, você também pode ver todas as imperfeições comuns inevitáveis da moldagem por injeção (linha de separação, marcas de ejetor, etc.) e características comuns de design (nervuras, cortes inferiores, etc.).

Modelos de aviões

Os aeromodelos são outro exemplo comum de peças moldadas por injeção. O material aqui utilizado é majoritariamente o Poliestireno (PS), pelo seu baixo custo e facilidade de moldagem.

O que é interessante nos kits de aeromodelos é que eles vêm com o sistema de rotor ainda conectado. Assim, você pode ver o caminho que o plástico derretido seguiu para preencher o molde vazio.

Peças de carro

Quase todos os componentes plásticos do interior de um carro foram moldados por injeção. Os 3 materiais de moldagem por injeção mais comuns utilizados na indústria automotiva são o polipropileno (PP) para peças não críticas, o PVC pela sua boa resistência às intempéries e o ABS pela sua alta resistência ao impacto.

Mais da metade das peças plásticas de um carro são feitas de um desses materiais, incluindo os pára-choques, as partes internas da carroceria e os painéis.

Eletrônicos de consumo

Os gabinetes de quase todos os dispositivos eletrônicos de consumo produzidos em massa foram moldados por injeção. ABS e poliestireno (PS) são preferidos aqui por sua excelente resistência ao impacto e bom isolamento elétrico.

Dispositivos médicos

Muitos materiais esterilizáveis e biocompatíveis estão disponíveis para moldagem por injeção.

O silicone de grau médico é um dos materiais mais populares na indústria médica. Porém, o silicone é um termofixo, portanto, são necessários maquinários especiais e controle de processo, aumentando o custo.

Para aplicações com requisitos menos rigorosos outros materiais, como ABS, polipropileno (PP) e polietileno (PE), são mais comuns.

Saiba mais sobre a fabricação de dispositivos médicos →

Parte 2

Existem vários fatores que podem afetar a qualidade do produto final e a repetibilidade do processo. Para obter todos os benefícios do processo, o designer deve seguir certas diretrizes de design.

Nesta seção, descrevemos defeitos comuns de moldagem por injeção e diretrizes básicas e avançadas seguir ao projetar peças, incluindo recomendações para manter os custos no mínimo.

Defeitos comuns em moldagem por injeção

A maioria dos defeitos na moldagem por injeção está relacionada ao fluxo do material fundido ou à sua taxa de resfriamento não uniforme durante a solidificação.

Aqui está uma lista de defeitos que você deve ter em mente ao projetar uma peça para moldagem por injeção. Na próxima seção, veremos como você pode evitar cada um deles seguindo boas práticas de design.

Deformação

Quando certas seções esfriam (e, como resultado, encolhem) mais rápido do que outras, a peça pode dobrar permanentemente devido a tensões internas.

Peças com espessura de parede não constante são mais propensas a empenar.

Marcas de afundamento

Quando o interior de uma peça solidifica antes de sua superfície, pode aparecer um pequeno recesso em uma superfície plana, chamado marca de afundamento.

Peças com paredes grossas ou nervuras mal projetadas são mais propensas a afundar.

Marcas de arrastar

À medida que o plástico encolhe, ele aplica pressão no molde. Durante a ejeção, as paredes da peça deslizarão e rasparão no molde, o que pode resultar em marcas de arrasto.

Peças com paredes verticais (e sem ângulo de saída) são mais propensas a arrastar marcas.

Linhas de tricô

Quando dois fluxos se encontram, podem ocorrer pequenas descolorações semelhantes a cabelos. Estas linhas de malha afetam a estética das peças, mas também geralmente diminuem a resistência da peça.

Peças com mudanças abruptas de geometria ou furos são mais propensas a linhas de tricô.

Planos curtos

O ar preso no molde pode inibir o fluxo do material durante a injeção, resultando em uma peça incompleta. Um bom design pode melhorar a fluidez do plástico derretido.

Peças com paredes muito finas ou nervuras mal projetadas são mais propensas a golpes curtos.

Lidando com reduções

O molde mais simples (o molde reto) consiste em 2 metades. No entanto, recursos com recortes (como os dentes de uma rosca ou o gancho de uma junta de encaixe rápido) podem não ser fabricados com um molde de tração direta. Isso ocorre porque o molde não pode ser usinado CNC ou porque o material está impedindo a ejeção da peça.

Rebaixos na moldagem por injeção são características de peças que não podem ser fabricadas com um molde simples de duas partes, porque o material fica no caminho enquanto o molde abre ou durante a ejeção.

Os dentes de uma rosca ou o gancho de uma junta de encaixe são exemplos de recortes.

Aqui estão algumas idéias para ajudá-lo a lidar com cortes inferiores:

Evite cortes inferiores usando fechamentos

Evitar totalmente as reduções pode ser a melhor opção . Os cortes inferiores sempre acrescentam custos, complexidade e requisitos de manutenção ao molde. Um redesenho inteligente muitas vezes pode eliminar reduções.

Os fechamentos são um truque útil para lidar com rebaixos nas regiões internas da peça (para encaixes rápidos) ou nas laterais da peça (para furos ou alças).



Abaixo estão alguns exemplos de como as peças moldadas por injeção podem ser reprojetadas para evitar cortes inferiores:essencialmente, o material é removido na área sob o corte inferior, eliminando totalmente o problema.

Mover a linha de partição

A maneira mais simples de lidar com um corte inferior é mover a linha de partição do molde para cruzá-la.

Esta solução é adequada para muitos projetos com recortes em uma superfície externa. Não se esqueça de ajustar os ângulos de inclinação de acordo.

Use um corte inferior (bumpoffs)

Os cortes inferiores (também conhecidos como relevos) podem ser usados quando o recurso é flexível o suficiente para deformar-se sobre o molde durante a ejeção . Os recortes de decapagem são usados para fabricar as roscas em tampas de garrafas.

Os cortes inferiores só podem ser usados nas seguintes condições:

• O corte inferior de remoção deve estar localizado longe dos recursos de reforço , como cantos e costelas.
• O corte inferior deve ter um ângulo de ataque de 30º a 45º graus.
• A peça moldada por injeção deve ter espaço e deve ser flexível o suficiente para expandir e deformar.

Recomenda-se evitar a remoção de reentrâncias em peças feitas de plástico reforçado com fibra. Normalmente, plásticos flexíveis como PP, HDPE ou Nylon (PA) podem tolerar cortes inferiores de até 5% do seu diâmetro.
*Exemplo de peça com recortes de remoção. A peça é deformada ao ser empurrada para fora do molde.*

Deslizar ações secundárias e núcleos

Ações laterais deslizantes e núcleos são usados quando não é possível redesenhar a peça moldada por injeção para evitar cortes inferiores.

Os núcleos de ação secundária são inserções que deslizam quando o molde fecha e deslizam para fora antes de abrir. Lembre-se de que esses mecanismos agregam custo e complexidade ao molde.

Siga estas diretrizes ao projetar ações paralelas:

• É preciso haver espaço para o núcleo entrar e sair . Isso significa que o recurso deve estar do outro lado da peça.
• As ações secundárias devem mover-se perpendicularmente . Mover-se em um ângulo diferente de 90° é mais complicado, aumentando os custos e os prazos de entrega.
• Não se esqueça de adicionar ângulos de inclinação ao seu design normalmente, levando em consideração o movimento do núcleo de ação lateral.

Recursos de design comuns

Aprenda como projetar os recursos mais comuns encontrados em peças moldadas por injeção com estas orientações práticas. Use-os para melhorar a funcionalidade de seus projetos, ao mesmo tempo em que segue as regras básicas de projeto.

Fixadores roscados (ressaltos e inserções)

Existem 3 maneiras de adicionar fixadores a uma peça moldada por injeção:projetando uma rosca diretamente na peça, adicionando uma saliência onde o parafuso pode ser fixado ou incluindo uma inserção roscada.

Modelando uma rosca diretamente na peça é possível, mas não recomendado, pois os dentes da rosca são essencialmente rebaixos, aumentando drasticamente a complexidade e o custo do molde (falaremos mais sobre rebaixos em uma seção posterior). Um exemplo de peça moldada por injeção com rosca são as tampas de garrafas.

Chefes

Os ressaltos são muito comuns em peças moldadas por injeção e são usados como pontos de fixação ou montagem . Eles contras Trata-se de projeções cilíndricas com furos destinados a receber parafusos, insertos roscados ou outros tipos de ferragens de fixação e montagem. Uma boa maneira de pensar em um chefe é como uma costela que se fecha sobre si mesma em um círculo.

As saliências são utilizadas como pontos de fixação ou fixação (em conjunto com parafusos auto-roscantes ou inserções roscadas).


*Design recomendado de um chefe*
Quando ressaltos são usados como __pontos de fixação__, o diâmetro externo do ressalto deve ser 2x o diâmetro nominal do parafuso ou inserto e seu diâmetro interno igual ao diâmetro do núcleo do parafuso. O furo da saliência deve se estender até o nível da parede base, mesmo que a profundidade total não seja necessária para a montagem, para manter uma __espessura de parede uniforme__ em todo o recurso. Adicione um chanfro para facilitar a inserção do parafuso ou inserto.

__Para melhores resultados:__

Evite projetar chefes que se fundem nas paredes principais

Apoie as saliências com nervuras ou conecte-as a uma parede principal

Para ressaltos com pastilhas, utilize um diâmetro externo igual a 2× o tamanho nominal da pastilha

Tópicos

inserções roscadas de metal pode ser adicionado a peças moldadas por injeção de plástico para fornecer um orifício roscado durável para fixadores, como parafusos de máquina. A vantagem do uso de insertos é que eles permitem muitos ciclos de montagem e desmontagem .

As pastilhas são instaladas em peças moldadas por injeção por meio de inserção térmica, ultrassônica ou no molde. Para projetar um ressalto que receberá um inserto roscado, utilize orientações semelhantes às acima, usando o diâmetro do inserto como dimensão guia.


*Uma inserção roscada colocada em uma saliência*
__Para melhores resultados:__

Evite adicionar roscas diretamente na sua peça moldada por injeção

Projete ressaltos com diâmetro externo igual a 2x o diâmetro nominal do parafuso ou inserto

Adicione um relevo de 0,8 mm nas bordas da linha

Use uma rosca com passo maior que 0,8 mm (32 roscas por polegada)

Use um fio trapezoidal ou de contraforte

Melhor maneira de lidar com os cortes criados:

Use uma rosca com passo maior que 0,8 mm (32 roscas por polegada)

Para roscas externas, coloque-as ao longo da linha de partição

Costelas

Quando mesmo a espessura máxima de parede recomendada não é suficiente para atender aos requisitos funcionais de uma peça, podem ser utilizadas nervuras para melhorar sua rigidez.

Ao projetar costelas:

● Use uma espessura igual a 0,5 × espessura da parede principal

● Defina uma altura menor que 3 × espessura da nervura

● Use um filete base com raio maior que ¼ × espessura da nervura

● Adicione um ângulo de inclinação de pelo menos 0,25° - 0,5°

● Adicione um min. distância entre nervuras e paredes de 4 × espessura da nervura

Juntas de encaixe

As juntas de encaixe são uma forma muito simples, económica e rápida de unir duas peças sem fixadores ou ferramentas . Existe uma ampla gama de possibilidades de design para juntas de encaixe rápido.

Como regra geral, a deflexão de uma junta de encaixe depende principalmente do seu comprimento e da força permitida que pode ser aplicado sobre ela em sua largura (já que sua espessura é mais ou menos definida pela espessura da parede da peça). Além disso, as juntas de encaixe são outro exemplo de cortes inferiores.


*Exemplo de montagem com juntas de encaixe*
No exemplo acima, o projeto de junta de encaixe mais comum (conhecido como __junta de encaixe cantilever__) é mostrado. Tal como acontece com as nervuras, adicione um ângulo de inclinação às juntas de encaixe e use uma espessura mínima de 0,5x a espessura da parede.

Specific guidelines on designing snap-fit joints is a big subject that goes beyond the scope of this article. For more detailed information, please refer to this article from MIT.

For best results:

Add a draft angle to the vertical walls of your snap-fit joints

Design snap-fits with thickness greater than 0.5x the wall thickness

Adjust their width and length to control their deflection and permissible force

Living hinges

Living hinges are thin sections of plastic that connect 2 segments of a part and allow it to flex and bend . Typically these hinges are incorporated in mass-produced containers, such as plastic bottles. A well-designed living hinge can last for up to a million cycles without failure.

The material used to injection mold a living hinge must be flexible. Polypropylene (PP) and Polyethylene (PE) are good choices for consumer application and Nylon (PA) for engineering uses.



A well-designed hinge is shown below. The recommended minimum thickness  of the hinge ranges between 0.20 and 0.35 mm, with higher thicknesses resulting in more durable, but stiffer, parts.

{{img}}

*Example of a living hinge (left) and recommended design dimensions for PP or PE (right)*

Before going to full-scale production, prototype your living hinges using CNC machining or 3D printing to determine the geometry and stiffness that best fits your application. Add generous fillets and design shoulders with a uniform wall thickness as the main body of the part to improve the material flow in the mold and minimize the stresses. Divide hinges longer than 150 mm in two (or more) to improve lifetime.

For detailed guidelines, please refer to this MIT guide.

For best results :

• 
  Design hinges with a thickness between 0.20 and 0.35 mm
  
• 
  Select a flexible material (PP, PE or PA) for parts with living hinges
  
• 
  Use shoulders with a thickness equal the thickness of the main wall
  
• 
  Add fillets as large as possible
  

Crush ribs

Crush Ribs are small protruding features that deform to create friction when different components are pushed together, securing their possition.

Crush ribs can be an economical alternative for manufacturing high tolerance holes for tight fits . They are commonly used to house bearings or shafts and other press fit applications.



An example of a part with crush ribs is shown below. Using three crush ribs is recommended to ensure good alignment. The recommended height/radius for each rib is 2 mm . Add a minimum interference of 0.25 mm between the crush rib and the fitted part. Because of the small surface contact with the mold, crush ribs can be designed without a draft angle.
*Example of an crush rib (left) and recommended design dimensions (right)*
__For best results:__

Add a minimum interference of 0.25 mm between crush rib and the component

Do not add a draft angle on the vertical walls of a crush rib

Lettering and symbols

Text is a very common feature that can be useful for logos, labels, warnings, diagrams and instructions, saving the expense of stick-on or painted labels.

When adding text, choose embossed text over engraved text, as it’s easier to CNC machine on the mold and thus more economical.

Also raising the text 0.5 mm above the part surface will ensure that the letters are easy to read. We recommend selecting a bold, rounded font style with uniform line thickness, with a size of 20 points or larger. Some font examples include:Century Gothic Bold, Arial and Verdana.



Use embossed text (0.5 mm height) instead of engraved texted

Use a font with uniform thickness and a minimum font size of 20 points

Align the text perpendicular to the parting line

Use a height (or depth) greater than 0.5 mm

Tolerances

Injection molding typically produces parts with tolerances of ± 0.250 mm (0.010").

Tighter tolerances are feasible in certain circumstances (down to ± 0.125 mm - and even ± 0.025 mm), but they increase the cost drastically.

For small production runs (<10,000 units), consider using a secondary operation (such as drilling) to improve accuracy. This ensures the correct interference of the part with other components or inserts (for example, when using press fits).

Design rules for injection molding

One of the biggest benefits of injection molding is how easily complex geometries can be formed, allowing a single part to serve multiple functions.

Once the mold is manufactured, these complex parts can be reproduced at a very low cost. But changes to the mold design at later stages of development can be very expensive, so achieving the best results on the first time é essencial. Follow the guidelines below to avoid the most common defects in injection molding.

Use a constant wall thickness

Use a uniform wall thickness throughout the part (if possible) and avoid thick sections . This is essential as non-uniform walls can lead to warping or the part as the melted material cools down.

If sections of different thickness are required, make the transition as smooth as possible using a chamfer or fillet. This way the material will flow more evenly inside the cavity, ensuring that the whole mold will be fully filled.


Industry Application Best material Why it’s a fit Aerospace Airframes, turbines, fasteners Titanium High strength-to-weight ratio, heat and corrosion resistance Medical Implants, surgical tools Titanium / copper Titanium is biocompatible; copper is antimicrobial (used externally only) Electronics Wiring, PCBs, motors Copper Excellent conductivity and ease of forming HVAC Heat exchangers, radiators Copper Superior thermal conductivity Marine Underwater fasteners, piping Titanium Outstanding corrosion resistance Automotive Exhausts, wiring harnesses Titanium / copper Lightweight strength or conductivity needs Construction Plumbing, cladding Copper Durable, corrosion-resistant, aesthetic
For best results:

Use a uniform wall thickness within the recommended values

When different thickness are required, smoothen the transition using a chamfer or fillet with length that is 3x the difference in thickness

Hollow out thick sections

Thick sections can lead to various defects, including warping and sinking. Limiting the maximum thickness of any section of your design to the recommended values by making them hollow é essencial.

To improve the strength of hollow section, use ribs to design structures of equal strength and stiffness but reduced wall thickness. A well-designed part with hollow sections is shown below:
*Hollow thick sections and add ribs to improve stiffness*
Ribs can also be used to improve the stiffness of __horizontal sections__ without increasing their thickness. Remember though that the wall thickness limitations still apply. Exceeding the recommended rib thickness (see below) can result in sink marks.
*The wall thickness limitations still apply for ribs*
For best results:

Hollow out thick sections and use ribs to improve the strength and stiffness of the part

Design ribs with max. thickness equal to 0.5x the wall thickness

Design ribs with max. height equal to 3x the wall thickness

Add smooth transitions

Recommended: 3 × wall thickness difference

Sometimes sections with different wall thicknesses cannot be avoided. In these cases, use a chamfer or fillet to make the transition as smooth as possible.

Similarly, the base of vertical features (like ribs, bosses, snap-fits) must also always be rounded.

Round all edges

The uniform wall thickness limitation also applies to edges and corners:the transition must be as smooth as possible to ensure good material flow.

For interior edges , use a radius of at least 0.5 x the wall thickness . For exterior edges , add a radius equal to the interior radius plus the wall thickness . This way you ensure that the thickness of the walls is constant everywhere (even at the corners).

Adding to this, sharp corners result in stress concentrations which can result in weaker parts.


*Add wide radii to all edges to maintain uniform wall thickness and avoid defects*
For best results:

Add a fillet equal to 0.5x the wall thickness to internal corners

Add a fillet equal to 1.5x the wall thickness to external corners

Add draft angles

To make the ejection of the part from the mold easier, a draft angle must be added to all vertical walls. Walls without a draft angle will have drag marks on their surface, due to the high friction with the mold during ejection.

A minimum draft angle of 2° is recommended. Larger draft angles (up to 5o °) should be used on taller features.

Saiba mais sobre a importância dos ângulos de inclinação neste artigo →



A good rule of thumb is to increase the draft angle by one degree for every 25 mm . For example, add a draft angle of 3o degrees to a feature that is 75 mm tall. Larger draft angle should be used if the part has a textured surface finish . As a rule of thumb, add 1o to 2o extra degrees to the results of the above calculations.

Remember that draft angles are also necessary for ribs. Be aware though that adding an angle will reduce the thickness of the top of the rib, so make sure that your design complies with the recommended minimum wall thickness.
*Add a draft angle (minimum 2o)to all vertical walls*
__For best results:__

Add a minimum draft angle of 2o degrees to all vertical walls

For features taller than 50 mm, increase the draft angle by one degree every 25 mm

For parts with textured surface finish, increase the the draft angle by 1-2o extra degrees

Part 3

Injection molding materials

Injection molding is compatible with a wide range of plastics. In this section, you’ll learn more about the key characteristics of the most popular materials. We’ll also discuss the standard surface finishes that can be applied to injection molded parts.

Materials used for injection molding

All thermoplastics can be injection molded. Some thermosets and liquid silicones are also compatible with the injection molding process.

They can be also reinforced with fibers, rubber particles, minerals or flame retardant agents to modify their physical properties. For example fiberglass can be mixed with the pellets at ratios of 10%, 15% or 30% resulting in parts with higher stiffness.

Polypropylene (PP)

The most common Injection molding plastic. Excellent chemical resistance. Food-safe grades available. Not suitable for mechanical applications.

ABS

Common thermoplastic with high impact resistance, low-cost &low density. Vulnerable to solvents.

Polyethylene (PE)

Lightweight thermoplastic with good impact strength &weather resistance. Suitable for outdoor applications.

Polystyrene (PS)

The Injection molding plastic with the lowest cost. Food-safe grades available. Not suitable for mechanical applications.

Polyurethane (PU)

Thermoplastic with high impact strength and good mechanical properties &hardness. Suitable for molding parts with thick walls.

Nylon (PA 6)

Engineering thermoplastic with excellent mechanical properties and high chemical &abrasion resistance. Susceptible to moisture.

Polycarbonate (PC)

The plastic with the highest impact strength. High thermal resistance, weather resistance &toughness. Can be colored or transparent.

PC/ABS

Blend of two thermoplastics resulting in high impact strength, excellent thermal stability, and high stiffness. Vulnerable to solvents.

POM (Acetal/Delrin)

Engineering thermoplastic with high strength, stiffness &moisture resistance and self-lubricating properties. Relatively prone to warping.

PEEK

High-performance engineering thermoplastic with excellent strength and thermal &chemical resistance. Used to replace metal parts.

Silicone rubber

Thermoset with excellent heat &chemical resistance and customizable shore hardness. Food-safe and medical grade available.

An additive that is commonly used to improve the stiffness of the injection molded parts is fiberglass. The glass fibers can be mixed with the pellets at ratios of 10%, 15% or 30%, resulting in different mechanical properties.

Colorant can be added to the mixture (at a ratio of about 3%) to create a great variety of colored parts. Standard colors include red, green, yellow, blue, black and white and they can be mixed to create different shades.

Surface finishes and SPI standards

Surface finishes can be used to give an injection molded part a certain look or feel. Besides cosmetic purposes surface finishes can also serve technical needs . For example, the average surface roughness (Ra) can dramatically influence the lifetime of sliding parts such as plain bearings.

Injection molded parts are not usually post-processed, but the mold itself can be finished to various degrees.

Keep in mind that rough surfaces increase the friction between the part and the mold during ejection, therefore a larger draft angle is required.

The Society of Plastics Industry (SPI) explains several standard finishing procedures that result in different part surface finishes.
Finish Descrição SPI standards* Aplicativos Glossy finish The mold is first smoothed and then polished with a diamond buff, resulting in a mirror-like finish. A-1
A-2
A-3 Suitable for parts that require the smoothest surface finish for cosmetic or functional purposes (Ra less than 0.10 μm). The A-1 finish is suitable for parts with mirror-like finish and lenses. Semi-gloss finish The mold is smoothed with fine grit sandpaper, resulting in a fine surface finish. B-1
B-2
B-3 Suitable for parts that require a good visual appearance , but not a high glossy look. Matte finish The mold is smoothed using fine stone powder, removing all machining marks. C-1
C-2
C-3 Suitable for parts with low visual appearance requirements , but machining marks are not acceptable. Textured finish The mold is first smoothed with fine stone powder and then sandblasted, resulting in a textured surface. D-1
D-2
D-3 Suitable for parts that require a satin or dull textured surface finish. As-machined finish The mold is finished to the machinist's discretion. Tool marks will be visible. - Suitable for non-cosmetic parts , such industrial or hidden components.
When selecting a glossy surface finish, remember these useful tips:

• A high glossy mold finish is not equivalent to a high glossy finished product. It is significantly subject to other factors such as plastic resin used, molding condition and mold design. For example, ABS will produce parts with a higher glossy surface finish than PP. To find the recommended material and surface finish combination visit the appendix.
• Finer surface finishes require a higher grade material for the mold. To achieve a very fine polish, tool steels with the highest hardness are required. This has an impact on the overall cost (material cost, machining time and post-processing time).

Part 4

Cost reduction tips

Learn more about the main cost drivers in injection molding and actionable design tips that will help you reduce the costs of your project.

Cost drivers in injection molding

The biggest costs in injection molding are:

• Tooling costs determined by the total cost of designing and machining the mold
• Material costs determined by the volume of the material used and its price per kilogram
• Production costs determined by the total time the Injection molding machine is used

Tooling costs are constant (starting at $3,000 and up to $5,000). This cost is independent of the total number of manufactured parts, while the material and production costs are dependent on the production volume.

For smaller productions (1,000 to 10,000 units), the cost of tooling has the greatest impact on the overall cost (approximately 50-70%). So, it’s worthwhile altering your design accordingly to simplify the process of manufacturing of the mold (and its cost).

For larger volumes to full-scale production (10,000 to 100,000+ units), the contribution of the tooling costs to the overall cost is overshadowed by the material and production costs. So, your main design efforts should focus on minimizing both the volume part and the time of the molding cycle.

Here we collected some tips to help you minimize the cost of your Injection molded project.

Tip #1:Stick to the straight-pull mold

Side-action cores and the other in-mold mechanisms can increase the cost of tooling by 15% to 30%. This translates to a minimum additional cost for tooling of approximately $1,000 to $1,500.

In a previous section, we examined ways to deal with undercuts. To keep your production on-budget, avoid using side-action cores and other mechanisms unless absolutely necessary.

Tip #2:Redesign the injection molded part to avoid undercuts

Undercuts always add cost and complexity, as well as maintenance to the mold. A clever redesign can often eliminate undercuts.

Tip #3:Make the injection molded part smaller

Smaller parts can be molded faster resulting in a higher production output, making the cost per part lower. Smaller parts also result in lower material costs and reduce the price of the mold.

Tip #4:Fit multiple parts in one mold

As we saw in a previous section, fitting multiple parts in the same mold is common practice. Usually, 6 to 8 small identical parts can fit in the same mold, essentially reducing the total production time by about 80%.

Parts with different geometries can also fit in the same mold (remember, the model airplane example). This is a great solution for reducing the overall cost of assembly.

Here’s an advanced technique:

In some cases, the main body of 2 parts of an assembly is the same. With some creative design, you can create interlocks points or hinges at symmetrical locations, essentially mirroring the part. This way the same mold can be used to manufacture both halves, cutting the tooling costs in half.

Tip #5:Avoid small details

To manufacture a mold with small details require longer machining and finishing times. Text is an example of this and might even require specialized machining techniques such as electrical discharge machining (EDM) resulting in higher costs.

Tip #6:Use lower grade finishes

Finishes are usually applied to the mold by hand, which can be an expensive process, especially for high-grade finishes. If your part is not for cosmetic use, don’t apply a costly high-grade finish.

Tip #7:Minimize the part volume by reducing wall thickness

Reducing the wall thickness of your part is the best way to minimize the part volume. Not only does it mean less material is used, but also the injection molding cycle is greatly accelerated.

For example, reducing the wall thickness from 3 mm to 2 mm can reduce the cycle time by 50% to 75%.

Thinner walls mean that the mold can be filled quicker. More importantly, parts thinner parts cool and solidify much faster. Remember that about half the injection molding cycle is spent on the solidification of the part while the machine is kept idle.

Care must be taken through to not overly reduce the stiffness of the part which would downgrade its mechanical performance. Ribs in key locations can be used to increase stiffness.

Tip #8:Consider secondary operations

For lower volume productions (less than 1000 parts), it may be more cost effective to use a secondary operation to complete your injection molded parts. For example, you could drill a hole after molding rather than using an expensive mold with side-action cores.

Part 5

Start Injection molding

Once your design ready and optimized for injection molding, what’s next? In this section we’ll take you through the steps needed to start manufacturing with injection molding.

Step 1:Start small and prototype fast

Before you commit to any expensive injection molding tooling, first create and test a functional prototype of your design.

This step is essential for launching a successful product. This way design errors can be identified early, while the cost of change is still low.

There are 3 solutions for prototyping:

1. 3D printing (with SLS, SLA or Material Jetting)
2. CNC machining in plastic
3. Low-run injection molding with 3D printed mo ldsThese processes can create realistic prototypes for form and function that closely resemble the appearance of the final injection molding product.

Use the information below as a quick comparison guide to decide which solution is best for your application.

Prototyping with 3D printing

Designs optimized for injection molding can be easily 3D printed

The prototyping solution with the lowest cost and fastest turnaround

Not every injection molding material is available for 3D printing

3D printed parts are 30-50% weaker than injection molded parts

Prototyping with CNC machining

Material properties identical to the injection molded parts

Excellent accuracy and finishing

Design modifications may be need, as different design restrictions apply

More expensive than 3D printing with longer lead time

Prototyping with low-run injection molding

The most realistic prototypes with accurate material properties

The actual process and mold design is simulated

The prototyping solution with the highest cost

Smaller availability than CNC or 3D printing

Step 2 :Make a “pilot run” (500 - 10,000 parts)

With the design finalized, it time to get started with Injection molding with a small pilot run.

The minimum order volume for injection molding is 500 units. For these quantities, the molds are usually CNC machined from aluminum. Aluminum molds are relatively easy to manufacture and low in cost (starting at about $3,000 to $5,000) but can withstand up to 5,000 - 10,000 injection cycles.

At this stage, the typical cost per part varies between $1 and $5, depending on the geometry of your design and the selected material. The typical lead time for such orders is 6-8 weeks.

Don’t get confused by the term “pilot run”. If you only require a few thousand parts, then this would be your final production step.

The parts manufactured with “pilot” aluminum molds have physical properties and accuracy identical to parts manufactured with “full-scale production” tool steel molds.

Step 3 :Scale up production (100,000+ parts)

When producing parts massive quantities of identical parts (from 10,000 to 100,000+ units) then special Injection molding tooling is required.

For these volumes, the molds are CNC machined from tool steel and can withstand millions of Injection molding cycles. They are also equipped with advanced features to maximize production speeds, such as hot-tip gates and intricate cooling channels.

The typical unit cost at this stage varies between a few cents to $1 and the typical lead time is 4 to 6 months, due to the complexity of designing and manufacturing the mold.

Part 6

Useful resources

In this guide we touched on everything you need to get started with injection molding - but there’s plenty more to learn.

Here are the most useful resources on injection molding and other digital manufacturing technologies if you want to delve deeper.

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