Dominando Tolerâncias de Injeção: 4 Estratégias Comprovadas para Precisão e Economia

A injeção é o processo de fabricação mais comum para fazer produtos plásticos compostos de múltiplas peças que devem ser montadas na etapa final de produção. A montagem de peças envolve o alinhamento e junção adequados de diferentes peças. Aqui, a tolerância é muito importante, e se não for especificada e controlada corretamente, a montagem falhará.

Erros relacionados à tolerância são sempre problemáticos devido ao custo de um molde de injeção. Portanto, há necessidade de saber como controlar tolerâncias de moldagem por injeção. Este artigo apresentará como você pode controlar tolerâncias de moldagem plástica usando design para fabricação (DfM), seleção de materiais, design de ferramentas e controle de processo.

Por que as Tolerâncias São Importantes para Peças Moldadas por Injeção?

O grau de variações em qualquer processo de prototipagem rápida depende de sua precisão, e embora a moldagem por injeção seja bastante precisa, uma pequena variação ainda existe. Esta variação torna importante determinar a faixa permissível de desvio para o funcionamento efetivo das peças após a montagem.

Tolerâncias de moldagem plástica são críticas na montagem de produtos com múltiplas peças moldadas por injeção. Por exemplo, se você quiser unir duas peças plásticas moldadas usando um parafuso, precisa furar um furo em ambas as peças. Qualquer erro na localização e tamanho dos furos pode resultar em erros durante a montagem e perda de função. Portanto, há necessidade de tolerâncias de localização em ambas as peças para função máxima.

Em termos simples, controlar e otimizar tolerâncias de moldagem por injeção é uma forma de assumir o "pior cenário". Envolve determinar a faixa permissível de desvio que auxilia o funcionamento máximo dos produtos.

Como Otimizar Tolerâncias de Moldagem por Injeção

Para otimizar tolerâncias de moldagem por injeção, você pode otimizar o design do produto usando Design para Fabricação, usando os materiais de injeção certos, ajustando o design do molde de injeção e controles de processo. Esta seção apresentará cada categoria para que você possa alcançar uma tolerância realista de moldagem por injeção plástica.

Durante a Fase de Design

Fabricantes que usam moldagem por injeção encontram problemas como empenamento, encolhimento excessivo de peças e desalinhamento de peças durante o processo, que afetam a tolerância de peças moldadas por injeção. Para combater isso, designers garantem que cada design de produto adira ao Design para Fabricação (DfM) pois pode limitar a ocorrência de tais problemas.

Você pode obter acesso a um bom DfM contratando um bom serviço de prototipagem rápida com ampla experiência em moldagem por injeção (como a RapidDirect) no início do processo de design. Abaixo estão quatro fatores que você deve considerar em termos de design de peça.

· Tamanho Total

Quanto maior o tamanho total dos produtos ou das peças que você quer fazer, maior a importância da tolerância. Na moldagem por injeção plástica, um aumento no tamanho de um produto provavelmente distorcerá o produto, pode levar a empenamento ou encolhimento. Portanto, para reduzir isso, considerar o tamanho é importante.

· Espessura da Parede

Encolhimento é a contração da peça plástica durante a fase de resfriamento. É um processo integral de moldagem por injeção controlado por fatores como espessura da parede da peça, temperatura, etc.

Ter uma espessura de parede uniforme levará a uma taxa de encolhimento estável que reduz defeitos cosméticos como empenamento, afundamento, rachaduras e torção. Você pode ter uma espessura de parede uniforme fazendo o seguinte:

• Evite geometrias de peças como cantos internos agudos, vãos longos sem suporte e bosses mal projetados
• Use nervuras para fortalecer paredes se essencial
• Coloque raio em cantos internos alivia empenamento
• Use os materiais certos com espessura de parede em mente

Além disso, você deve evitar usar paredes grossas pois isso reduz a taxa de resfriamento. Consequentemente, aumentará a taxa de encolhimento e consequentemente empenamento.

· Ângulos de Desenho

Ângulos de desenho são uma parte importante do design de moldagem por injeção pois facilitam a remoção fácil de uma peça de um molde de injeção. A facilidade de remoção pode reduzir danos por atrito, minimiza desgaste e garante acabamento suave.

Não incorporar ângulo de desenho em sua moldagem por injeção pode resultar em encolhimento e peças presas durante a ejeção (materiais plásticos como nylon ainda produzirão um trabalho perfeito a 0°). O ângulo de desenho é medido em graus/polegada/milímetro, mas não há regra padrão de tolerâncias de moldagem por injeção ao incorporar um no design do produto. No entanto, temos algumas regras práticas que você poderia seguir.

• Um ângulo de desenho de 1° a 2° é adequado para a maioria das peças.
• Adicione 1° para profundidade de 1 polegada.
• Use 3° para textura leve e >5° para textura pesada
• Use 0.5° em todas as superfícies verticais.

· Bosses

Bosses são uma parte crítica do design de produto usadas para fixar componentes durante a montagem de peças. Projetar um boss vem com algumas considerações importantes. Uma é que a parede do boss não deve ser grossa. Incorporar um boss grosso em seu design levará ao seguinte:

• Criação de vazios e marcas de afundamento
• Expansão do tempo de ciclo
• Rachadura do plástico durante fixação

Além disso, você deve fazer bosses ocos (ou seja, anexá-los à parede lateral mais próxima). Fazer isso levará a distribuição de carga adicional para a peça, e melhoria da rigidez da peça e fluxo de material.

Selecione o Material Certo para Tolerância de Injeção Apertada

Sua escolha de material desempenha um papel enorme na tolerância de moldagem por injeção baseada em ter encolhimento uniforme (ou seja, a contração de um material de moldagem por injeção durante a fase de resfriamento devido à mudança de densidade). Encolhimento depende de fatores como espessura da parede, temperatura, peças e tipo de material. Em termos de seleção de material, você deve usar os seguintes fatores para auxiliar sua escolha:

• Composição do Plástico: Plásticos amorfos, ex. ABS, têm menor encolhimento que plásticos semi-cristalinos ex. polietileno, devido à sua estrutura menos compacta.
• Peso Molecular: Resinas de alto peso molecular terão alta viscosidade e alta queda de pressão que aumenta a taxa de encolhimento.
• Aditivos: A adição de cargas com baixa expansão térmica reduzirá a taxa de encolhimento.

Diferentes resinas têm diferentes taxas de encolhimento. Portanto, você deve levar isso em conta na seleção de material e design de molde de injeção para reduzir defeitos cosméticos como empenamento, afundamento, rachaduras e torção, que afetam a tolerância de peças moldadas por injeção.

Mantenha Ferramentas de Molde em Mente

Ao selecionar os materiais ideais, designers de molde oferecem para superdimensionar o molde para contabilizar encolhimento do material. Diferentes materiais têm diferentes taxas de encolhimento devido a espessuras desiguais. Para reduzir isso, você deve observar o seguinte ao projetar o molde.

· Resfriamento da Ferramenta

Resfriamento é uma etapa crucial na moldagem por injeção, que determina a qualidade do produto final. Envolve o resfriamento uniforme do polímero plástico aquecido antes de sua ejeção.

O resfriamento deve ser uniforme, pois resfriamento não uniforme leva a encolhimento, marcas de afundamento, jateamento, empenamento, etc., que afetam a aparência, tolerância e funcionamento do produto final.

Para alcançar resfriamento uniforme, designers de molde de injeção devem colocar canais de resfriamento no molde em pontos estratégicos e eficazes. Também pode haver necessidade de monitorar os seguintes parâmetros:

• Pressão de injeção
• Viscosidade da resina
• Tempo de enchimento

· Tolerância da Ferramenta

Um molde de injeção é comumente feito usando usinagem CNC, o que torna possível alcançar uma tolerância apertada que mantém precisão ao longo do ciclo de aquecimento e resfriamento do processo.

Tolerância garantirá que peças resfriem adequadamente sem reduzir precisão. Embora não seja comum devido ao uso de usinagem CNC, não controlar tolerância ao fazer um molde pode resultar em defeitos graves como empenamento, encolhimento, afundamento, etc.

· Localização do Pino Ejetor

Um pino ejetor é uma característica em um molde de injeção que empurra o produto final do molde. O pino vem em diferentes formas (formas planas são as melhores), através do qual aplica alguma quantidade de força para empurrar o produto para fora. Consequentemente, quando está no lugar errado, pode causar reentrâncias indesejadas no produto final. Além disso, em materiais não rígidos ou materiais com resfriamento não uniforme, um pino ejetor pode romper o produto inacabado levando a vários defeitos cosméticos e aberração física.

· Localização do Canal de Entrada

O canal de entrada é a parte do molde através da qual os materiais de moldagem por injeção entram no molde. Ao decidir a localização do canal, você deve considerar o seguinte:

• Coloque o canal na seção transversal mais profunda: Isso minimizará afundamento e vazios. Também melhorará o fluxo do plástico.
• Coloque o canal em áreas de parede grossa para compactação completa.
• Não coloque o canal ao lado de obstruções como pinos e núcleos.
• Não permita que a localização do canal afete a distorção do canal de alimentação e a estética do usuário.

O canal deve estar localizado no lugar certo pois colocá-lo no lugar errado pode levar a:

• Taxa de enchimento desigual: Isso levará a empenamento e encolhimento
• Acabamentos cosméticos ruins.

Execute Controles de Processo Repetíveis

Controles de processo são maneiras pelas quais fabricantes calibram variáveis que podem afetar qualidade da peça. Estas variáveis são parte integral de todo processo de fabricação, e sua calibração ajuda a reduzir o desvio. Variáveis comuns são temperatura, pressão e tempo de espera. Algumas maneiras de alcançar isso incluem:

• Você pode incorporar sensores de temperatura e pressão no molde para medir o ambiente do molde e fornecer feedback em tempo real e controles de processo repetíveis.
• Resinas têm alto coeficiente de expansão térmica que pode levar a alteração no tamanho devido a mudança de temperatura. Portanto, ao trabalhar com peças em temperatura consistente.

Tolerâncias de Moldagem por Injeção Plástica Alcançáveis

Para alcançar tolerâncias reais de moldagem por injeção, existem algumas tolerâncias de moldagem por injeção plástica alcançáveis que você pode introduzir ao seu design de molde plástico. Abaixo estão as comuns para plásticos maiores usados em moldagem por injeção plástica:

· Tolerâncias Dimensionais +/- mm

Manter o grau de precisão pode ser muito desafiador. Portanto, designers fazem uso do sinal (+/-) para mostrar uma faixa em medição. Cada material tem uma faixa de tolerância diferente à medida que as dimensões aumentam. A tabela acima mostra a tolerância dimensional dos principais plásticos usados em moldagem por injeção.

· Tolerâncias de Retidão / Planicidade

Empenamento ocorre devido a diferentes taxas de encolhimento do molde na direção do fluxo do molde e através do fluxo. Pode ocorrer devido a diferentes espessuras de parede, que têm diferentes taxas de encolhimento. Ajustar o design do molde, melhor posição do canal e controle de processo podem minimizar empenamento. No entanto, você pode precisar ter uma tolerância prática em termos de plásticos pois empenamento é difícil de atingir 100%.

· Tolerâncias de Diâmetro de Furo +/- mm

Quanto maior o tamanho do furo, mais a necessidade de considerar tolerância. O gráfico acima mostra explicitamente a tolerância para diferentes tamanhos de diâmetro de furo.

· Tolerâncias de Profundidade de Furo Cego +/- mm

Furos cegos são furos perfurados em uma peça de trabalho usando um núcleo de inserção sem perfurar através. Eles são fixados e mantidos em uma extremidade, o que aumenta sua tendência a sofrer deformação sob forte força de fluxo do molde. O gráfico acima mostra as diferentes tolerâncias que você pode usar.

· Tolerâncias de Concêntricidade/Ovalidade +/- mm

Isso envolve determinar a espessura da parede (a diferença entre diâmetro externo e interno). O gráfico acima mostra as diferentes tolerâncias e mudança de custo no que se refere a alcançar esta tolerância.

Conclusão

Sempre há um grau de variações na moldagem por injeção que torna importante ter uma faixa permissível de desvio para que para funcionamento efetivo das peças após montagem. Como resultado, tolerâncias de moldagem por injeção são críticas na montagem de produtos com múltiplas peças moldadas por injeção.

Ao controlar e otimizar tolerâncias de moldagem por injeção, é possível determinar a faixa permissível de desvio que auxilia o funcionamento máximo dos produtos. Maneiras comuns de alcançar isso dependem altamente de DfM, seleção de material e controle de processo, e este artigo ajuda você a simplificar as comuns que serão muito úteis no seu projeto.

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Produzir produtos de alto desempenho e consistentes a partir de múltiplas peças moldadas por injeção vem com direcionamento e redução de variações na moldagem por injeção. Através de otimização de peça, é possível fazer peças que são confiáveis e de alta qualidade.

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Perguntas Frequentes

Quais são as tolerâncias típicas para peças moldadas por injeção?

Moldes de injeção são feitos usando usinagem CNC, que tem alta precisão e exatidão. Tipicamente, é possível alcançar uma tolerância de +/- 0.005 polegadas. Também é possível alcançar tolerâncias mais restritivas usando o método. No entanto, isso depende da máquina e experiência da equipe.

Quais são os efeitos de especificar uma tolerância mais apertada?

Usar uma tolerância apertada na moldagem por injeção levará a um aumento no custo de fabricação. Também torna mais difícil fabricar e montar múltiplas peças para o produto final. Portanto, há também um aumento no custo de mão de obra e alto desperdício de materiais.

Quão precisa é a moldagem por injeção?

A moldagem por injeção é muito precisa, tornando-a adequada para fabricar muitos tipos de materiais. Embora tenha algumas restrições de design, o molde é preciso e tipicamente dentro de 0.005 polegadas. Consequentemente, é um método de produção muito confiável usado por muitos serviços de prototipagem rápida.