Projeto de peças plásticas para moldagem por injeção: um guia abrangente

O sucesso da moldagem por injeção depende muito do design da própria peça plástica. Este artigo fornece um guia detalhado para projetar peças plásticas para moldagem por injeção, cobrindo considerações-chave, princípios de design e melhores práticas.

A moldagem por injeção envolve a injeção de material plástico derretido em uma cavidade de molde sob alta pressão. O material esfria e solidifica, tomando o formato da cavidade. O processo é ideal para produzir altos volumes de peças com qualidade consistente. Os principais elementos incluem:

• Unidade de injeção: Derrete e injeta o material plástico.
• Mofo: Consiste em duas metades (a cavidade e o núcleo) que formam o formato da peça.
• Unidade de aperto: Mantém as metades do molde juntas durante a injeção.

Guia de design de peças plásticas para moldagem por injeção

Espessura da parede

A espessura de parede é um requisito fundamental no projeto de peças plásticas para moldagem por injeção. Espessura de parede inconsistente pode levar a defeitos como marcas de afundamento, vazios, tensões e empenamentos. Conforme o plástico esfria, ele encolhe, fazendo com que seções mais grossas sejam puxadas para dentro, criando tensões e defeitos.

• Considerações materiais: Para termoplásticos, a espessura da parede normalmente varia de 1 a 6 mm, sendo 2 a 3 mm o mais comum. Peças maiores podem precisar de paredes mais espessas. Para mais informações sobre a espessura da parede do material, consulte a tabela abaixo.
• Uniformidade: Espessura de parede consistente ajuda a evitar defeitos como marcas de afundamento e empenamento. Se estiver fazendo a transição de áreas mais grossas para mais finas, mantenha a proporção gradual, idealmente até 3:1.
• Costelas: O uso de nervuras pode reforçar peças e reduzir o uso de material sem aumentar a espessura da parede, o que também reduz o tempo de resfriamento.
• Caminho do fluxo: A distância que o material fundido percorre do gate até a peça afeta a eficiência do enchimento. Um caminho de fluxo mais longo em relação à espessura da parede pode exigir ajustes na espessura.
• Seções mais finas: Seções mais finas esfriam mais rápido, reduzindo o estresse e a deformação entre seções de espessuras diferentes.

Material Plástico	Faixa de espessura de parede recomendada (mm)
ABS (acrilonitrila butadieno estireno)	1.5 - 4.0
Policarbonato (PC)	2.0 – 4.0 (Paredes mais espessas para peças maiores para reduzir empenamento)
Polipropileno (PP)	1.5 - 3.5
Polietileno (PE)	1.0 – 3.0 (Depende do grau, LDPE, HDPE, etc.)
Nylon (Poliamida)	2.0 – 4.0 (Graus mais fortes podem permitir paredes mais finas)
Cloreto de polivinil (PVC)	1.5 – 3.5 (PVC flexível pode permitir paredes mais finas)
Acrílico (PMMA)	2.0 – 4.0 (Requer suporte para paredes mais grossas para evitar flacidez)
Poliestireno (PS)	1.5 – 3.0 (o HIPS tende a ter paredes ligeiramente mais espessas)
PET (polietileno tereftalato)	1.0 – 3.0 (comumente usado para garrafas e recipientes)
PBT (Tereftalato de Polibutileno)	2.0 – 4.0 (Alta resistência e resistência ao calor)

ângulos de inclinação

Ângulos de calado são necessários para facilitar a remoção fácil da peça do molde. Esses ângulos são aplicados às superfícies da peça que entram em contato com a cavidade do molde, especificamente na direção da abertura do molde. Isso permite que a peça se separe facilmente do molde sem causar danos à peça ou ao próprio molde durante o processo de ejeção.

O requisito mínimo para ângulos de inclinação pode variar dependendo de vários fatores, mas uma faixa de 0.5° a 1° é geralmente considerada o mínimo. No entanto, na maioria dos casos, um ângulo de inclinação de 1.5° a 2° é amplamente aceito como a norma, proporcionando um bom equilíbrio entre a capacidade de liberação da peça e a eficiência de fabricação. Essa faixa oferece folga suficiente para que a peça deslize para fora do molde sem resistência, minimizando o risco de arranhões, empenamento ou até mesmo quebra durante a ejeção.

Ângulos agudos

Ângulos agudos podem aumentar o risco de concentrações de estresse dentro do material plástico à medida que ele esfria e solidifica. Essas concentrações de estresse podem levar a rachaduras, empenamentos ou até mesmo falhas da peça em condições normais de operação. Além disso, ângulos agudos podem criar marcas de afundamento ou vazios, que são imperfeições superficiais que podem prejudicar a estética da peça e comprometer sua integridade estrutural.

Além disso, ângulos agudos podem dificultar o fluxo uniforme do plástico durante o processo de moldagem por injeção. Isso pode resultar em espessura de parede irregular, o que pode exacerbar ainda mais as concentrações de estresse e aumentar a probabilidade de defeitos. Em casos extremos, ângulos agudos podem até mesmo fazer com que o plástico congele prematuramente, bloqueando o fluxo do material e impedindo que o molde se encha completamente.

Para mitigar esses problemas, os designers geralmente incorporam raios ou filetes em ângulos agudos. Essas transições arredondadas distribuem o estresse de forma mais uniforme e reduzem a probabilidade de rachaduras ou empenamentos. Elas também melhoram o fluxo de plástico durante o processo de moldagem, ajudando a garantir espessura de parede consistente e reduzindo o risco de defeitos. Além disso, raios e filetes podem melhorar a aparência geral da peça e torná-la mais fácil de manusear e montar.

Direção de topo e linha de separação na moldagem por injeção

• Direção de saída superior: Estabelecer a direção de saída superior no início do processo de design é essencial. Ajuda a minimizar a necessidade de puxadas complexas do núcleo e reduz o impacto visual das linhas de separação. Alinhe recursos como nervuras, encaixes e saliências com a direção de saída superior para evitar puxadas do núcleo, diminuir as linhas de costura e estender a vida útil do molde.
• Linha de separação: Selecionando o direito linha de separação é crucial tanto para a estética quanto para a funcionalidade. A linha de separação deve melhorar a aparência da peça e facilitar a liberação do molde. Uma linha de separação bem posicionada ajuda a reduzir costuras visíveis e melhora a qualidade geral da peça.
• Forças de ejeção: Durante a ejeção, as peças devem superar tanto a força de saída quanto a força de abertura. A força de saída é tipicamente muito maior devido à contração por resfriamento e ao atrito entre a peça e o núcleo. Força de ejeção excessiva pode causar deformação da peça, branqueamento, enrugamento e desgaste da superfície.

Considerações sobre o projeto da nervura

Adicionar nervuras aumenta a espessura na junção com a parede principal. Essa espessura é influenciada pelo raio máximo do filete, determinado pela espessura da nervura e pelo raio da raiz. Por exemplo, com uma espessura de material base de 4 mm, alterar a espessura da nervura e o raio do filete altera o diâmetro do raio máximo do filete. O design adequado da nervura pode reduzir a indentação da superfície e melhorar a qualidade da peça.

Áreas de encolhimento das costelas:

• Espessura das Costelas: Para manter a rigidez, a espessura da nervura deve ser equilibrada. Nervuras finas exigem maior altura para rigidez, mas podem levar a problemas como deformação sob pressão e dificuldade de preenchimento. As bases das nervuras não devem ter um raio muito pequeno para evitar concentração de estresse. Normalmente, o raio da base da nervura deve ser de pelo menos 40% da espessura da nervura. A espessura da nervura deve ser de 50% a 75% da espessura do material de base, com proporções mais altas limitadas a materiais com menores taxas de encolhimento. A altura da nervura deve ser menor que cinco vezes a espessura do material de base.
• Ângulos de inclinação e espaçamento: As nervuras devem ter ângulos de inclinação e estar alinhadas com a direção de saída superior ou utilizar peças de molde móveis. O espaçamento entre as nervuras deve ser maior que o dobro da espessura do material base.

Aumentando a rigidez: Para rigidez uniforme em todas as direções, adicionar nervuras longitudinalmente e transversalmente em ângulos retos é eficaz. No entanto, isso pode aumentar a espessura da parede em interseções, levando a uma maior contração. Uma solução comum é adicionar um furo redondo na interseção para criar uma espessura de parede uniforme.

Furos no design de peças plásticas

Furos em peças plásticas são comumente usados ​​para montagem ou funcionalidade. Para manter a resistência e simplificar a fabricação, os principais fatores incluem:

• Espaçamento: A distância entre furos adjacentes ou de um furo até a borda mais próxima deve ser pelo menos igual ao diâmetro do furo. Isso é crucial para furos próximos às bordas para evitar rachaduras. Para furos rosqueados, essa distância deve ser geralmente mais de três vezes o diâmetro do furo.

Tipos de furos:

• Através dos orifícios: Eles são mais comuns e fáceis de produzir em comparação aos furos cegos. Estruturalmente, os furos passantes são mais simples e podem ser formados usando pinos nas partes móveis ou fixas do molde. O primeiro cria duas vigas curtas em balanço, enquanto o último forma uma viga simples apoiada, ambas com deformação mínima.
• Buracos cegos: Geralmente formado com vigas em balanço, que podem dobrar sob o impacto do plástico derretido, resultando em furos com formatos irregulares. Buracos cegos não deve exceder o dobro do seu diâmetro em profundidade, e para diâmetros de 1.5 mm ou menores, a profundidade não deve exceder o diâmetro. A espessura da parede inferior deve ser de pelo menos um sexto do diâmetro do furo para evitar problemas de encolhimento.

Furos laterais: Furos laterais são frequentemente criados usando núcleos laterais, o que pode aumentar os custos de molde e manutenção, especialmente se os núcleos forem longos e propensos a quebra. Onde possível, melhorias de design podem ser feitas para mitigar esses problemas.

Projeto do chefe

Bosses são projeções da espessura da parede de peças plásticas usadas para montagem, separação de objetos e suporte de outros componentes. Bosses ocos podem acomodar inserções ou parafusos rosqueados. Para suportar pressão sem rachar, bosses normalmente têm um formato cilíndrico, que é mais fácil de moldar e fornece melhor desempenho mecânico.

Integração Estrutural:

• Conexão: Idealmente, os bosses não devem ser projetados como cilindros isolados. Eles devem se conectar à parede externa ou ser usados ​​com nervuras para aumentar a resistência e melhorar o fluxo do material plástico. A conexão com a parede externa deve ser uma conexão de parede fina para evitar problemas de encolhimento.
• Raio e Espessura: O raio na base do boss deve ser de 0.4 a 0.6 vezes a espessura do material base. A espessura da parede do boss deve ser de 0.5 a 0.75 vezes a espessura do material base. O topo do boss deve ser chanfrado para facilitar a instalação do parafuso e deve incluir um ângulo de inclinação para facilitar a liberação do molde. Esses requisitos são semelhantes aos do projeto de nervura.

Chefes roscados para parafusos autoatarraxantes:

Bosses rosqueados geralmente se conectam com parafusos autoatarraxantes. Roscas internas nesses bosses são formadas por meio de processamento de fluxo a frio, que deforma, mas não corta o plástico. O tamanho do boss rosqueado deve ser suficiente para lidar com a força de inserção e a carga transportada pelo parafuso.

Dimensões e inserções: O diâmetro do ressalto deve suportar forças circunferenciais geradas durante o aperto do parafuso. Normalmente, a parte superior do ressalto é projetada com um recesso ligeiramente maior que o diâmetro nominal do parafuso para fácil inserção. Calcular as dimensões corretas pode ser complexo, mas métodos de estimativa simplificados com base no diâmetro nominal do parafuso e no tipo de material estão disponíveis.

Conexões Snap-Fit

Conexões de encaixe rápido oferecem um método conveniente, econômico e ecológico para montar peças plásticas. Essas conexões são formadas durante o processo de moldagem, eliminando a necessidade de fixadores adicionais, como parafusos. A montagem é obtida encaixando as peças, simplificando o processo.

Mecanismo de encaixe rápido: O mecanismo de encaixe rápido envolve empurrar uma parte saliente de um componente sobre um obstáculo em outro componente. Esse processo requer deformação elástica; uma vez que o obstáculo é removido, a parte volta ao seu formato original, travando os componentes juntos.

Ângulos e Cálculos:

• Ângulos Críticos: Dois ângulos importantes no design de encaixe rápido são o ângulo de retração e o ângulo de entrada. Um ângulo de retração maior geralmente fornece uma conexão mais forte. Quando o ângulo de retração se aproxima de 90 graus, o encaixe rápido se torna permanente.

Cálculos de encaixe rápido:

• Deflexão máxima: Para um encaixe rápido com seção transversal uniforme, a deflexão máxima permitida (Y) pode ser calculada usando:

Esta fórmula assume que a deformação ocorre somente dentro do gancho de encaixe rápido. Alguma deformação perto do encaixe rápido pode ser considerada um fator de segurança.

• Força necessária para deflexão: A força (P) necessária para produzir a deflexão Y é:

• Força de Montagem: A força de montagem (W) pode ser estimada usando:

Para encaixes de encaixe liberáveis, a mesma fórmula é usada, substituindo o ângulo b pelo ângulo a.

A tabela a seguir fornece os coeficientes calculados com base em diferentes materiais.

Materiais	(e)(%)	GPa	Coeficiente(s) de Atrito
PS	2	3.0	0.3
ABS	2	2.1	0.2
SAN	2	3.6	0.3
PMMA	2	2.9	0.4
LDPE	5	0.2	0.3
HDPE	4	1.2	0.3
PP	4	1.3	0.3
PA	3	1.2	0.1
POM	4	2.6	0.4
PC	2	2.8	0.4

Conexões de encaixe rápido em anel: Os encaixes de anel usam uma projeção interna em um anel para engatar com uma ranhura em um eixo. Eles podem ser liberáveis ​​ou não liberáveis, dependendo do ângulo de liberação. O anel se expande elasticamente durante a inserção e remoção, normalmente feito de materiais com boa elasticidade.

• Tamanho máximo de projeção: O tamanho máximo da projeção do anel pode ser calculado com:

onde S é o estresse do projeto, v é o coeficiente de Poisson, E é o módulo de elasticidade, e K é o coeficiente geométrico, dado por:

• Força de Expansão: A força (P) necessária para expansão na manga pode ser calculada usando:

onde μ é o coeficiente de atrito.

Ajustes de interferência

Ajustes de interferência são comumente usados ​​para conectar furos e eixos, transmitindo efetivamente torque e outras forças. Este método oferece uma conexão direta e confiável. No entanto, obter o ajuste de interferência correto é crucial, pois interferência insuficiente pode levar a conexões não confiáveis, enquanto interferência excessiva pode dificultar a montagem e aumentar o risco de rachaduras.

Consideracoes chave: Ao projetar ajustes de interferência, é essencial considerar a tolerância do furo e do eixo, bem como a temperatura de trabalho, pois as flutuações de temperatura podem afetar significativamente o ajuste de interferência.

Práticas comuns:

• Melhorias de superfície: Para garantir uma conexão confiável, principalmente com eixos de metal, recursos como serrilhados ou ranhuras são frequentemente adicionados ao eixo correspondente.
• Fórmula geral para ajuste de interferência:

onde S é o estresse do projeto, v é o coeficiente de Poisson, E é o módulo de elasticidade, e K é o coeficiente geométrico, calculado como:

• Cálculo da força de montagem:

onde μ é o coeficiente de atrito e l é o comprimento de engate.

• Materiais e Coeficiente de Poisson:

Material	Razão de Poisson
ABS	0.38
PMMA (acrílico)	0.4
PEBD (Polietileno de Baixa Densidade)	0.49
HDPE (polietileno de alta densidade)	0.47
Polipropileno (PP)	0.43
Policarbonato (PC)	0.45
PVC	0.42
POM (polioximetileno)	0.42
PPS (sulfeto de polifenileno)	0.41
Aço	0.38

Métodos alternativos de junção: Além de ajustes de interferência, outros métodos para unir peças plásticas incluem fusão a quente, soldagem e soldagem ultrassônica.

Raios em Projeto de Peças Plásticas

Se uma peça tiver um raio interno, mas um canto externo afiado, a área ao redor da curva será mais espessa do que outras seções, causando problemas de encolhimento. Para resolver isso, os cantos internos e externos devem ser arredondados para atingir uma espessura de parede uniforme. Nesse caso, o raio externo deve ser a soma do raio interno e da espessura da parede base.

Para encaixes de cantilever, o cantilever precisa dobrar e encaixar no lugar. Se o raio (R) for muito pequeno, isso levará a uma concentração excessiva de estresse, tornando a peça propensa a quebrar durante a dobra. Por outro lado, se R for muito grande, pode causar marcas de contração e lacunas. Portanto, a proporção entre o raio e a espessura da parede deve ser mantida entre 0.2 e 0.6, com um valor ideal em torno de 0.5.

Portões e pinos ejetores em design de peças plásticas

Gates e pinos ejetores são componentes cruciais no processo de moldagem, permitindo a entrada estratégica de resina plástica no molde e efetivamente ejetando a peça acabada do molde. Entender os diferentes tipos de gate e suas localizações é essencial antes de se preparar para o processamento.

Tipos de Portões:

• Portões de pinos: Comumente usado, afinando do canal para a superfície da peça, permitindo dissipação de calor e minimizando empenamento. Requer remoção manual, deixando uma pequena marca.
• Subportões: Inclui túneis e portões traseiros, que reduzem marcas visíveis. Portões de túnel entram pelo meio da peça, enquanto portões traseiros usam pinos perto do perímetro da peça, potencialmente deixando sombras decorativas.
• Portões de dicas quentes: Ideal para enchimento equilibrado e desperdício mínimo. Esteticamente agradável e pode ser escondido em fossos ou ao redor de logotipos.
• Portões Diretos: Maior e menos atraente, usado para materiais com alto teor de vidro ou peças que precisam de processamento secundário. Difícil de remover manualmente.

Melhores práticas para um projeto de moldagem por injeção bem-sucedido

1. Colaborar com Fabricantes de moldes: Trabalhe em estreita colaboração com projetistas e fabricantes de moldes para garantir que o projeto seja viável e econômico.
2. Otimize o design para eficiência: Concentre-se em reduzir o desperdício de material, minimizar os tempos de ciclo e garantir a facilidade de ejeção das peças.
3. Melhoria Continua: Use o feedback de protótipos e execuções de produção iniciais para refinar o design e obter melhor desempenho e eficiência de custos.

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Conclusão

Projetar peças plásticas para moldagem por injeção envolve um profundo entendimento tanto dos princípios de design quanto do processo de fabricação. Ao considerar propriedades do material, espessura da parede, ângulos de inclinação e outros fatores-chave, os designers podem criar peças que não sejam apenas funcionais e esteticamente agradáveis, mas também econômicas para produzir. Seguir as melhores práticas e evitar armadilhas comuns levará a peças moldadas por injeção bem-sucedidas e processos de fabricação eficientes.

Perguntas frequentes