Guia para Precisão e Eficiência de Custos em Moldagem por Injeção

Imagine este cenário: a sua peça perfeitamente projetada falha na fase de moldagem por injeção devido a pequenas variações dimensionais. Como é possível evitar este resultado frustrante? A solução reside na compreensão e no controlo das tolerâncias da moldagem por injeção. Este guia abrangente explora os aspetos críticos das tolerâncias na moldagem por injeção de plástico.

Na moldagem por injeção, as tolerâncias representam a gama de desvio aceitável para as dimensões e características das peças, normalmente medidas em milímetros ou polegadas e expressas como valores positivos/negativos (±). A magnitude da tolerância depende do tipo de material e das dimensões gerais da peça. Os designers especificam as tolerâncias nos ficheiros CAD para informar os moldadores sobre as variações permissíveis, enquanto os fabricantes utilizam estas especificações durante as revisões de Design para Fabricação (DFM) para orientar as decisões sobre moldes e processos.

Tolerâncias mais apertadas exigem moldes de maior qualidade e processos mais precisos, aumentando inevitavelmente os custos. A qualidade do molde tem um impacto significativo nos resultados, assim como as taxas de enchimento da cavidade adequadas e as temperaturas de arrefecimento consistentes. Mesmo com equipamentos de última geração, a variabilidade do processo continua a ser inevitável. Os moldadores experientes podem calcular as taxas de encolhimento para vários plásticos, mas as escolhas de design determinam, em última análise, as tolerâncias alcançáveis. Os materiais com taxas de encolhimento mais elevadas apresentam maiores desafios de controlo de tolerâncias.

Muitos componentes moldados integram-se em conjuntos maiores. Empilhamento de tolerâncias refere-se à forma como todas as peças montadas devem encaixar-se. Como cada componente tem as suas próprias tolerâncias, os designers devem ter em conta as variações dimensionais cumulativas.

Considere três peças moldadas unidas com parafusos, cada uma com orifícios dentro das tolerâncias especificadas. Embora cada orifício possa cumprir as especificações individuais, os três devem alinhar-se perfeitamente para a inserção do fixador. A consideração inicial do empilhamento de tolerâncias é crucial, e um software de análise especializado pode simular cenários de montagem para garantir o ajuste adequado.

1. Tolerâncias dimensionais: Regem o tamanho geral da peça. Peças maiores sofrem maior encolhimento durante o arrefecimento, necessitando de gamas de tolerância específicas para o tamanho.
2. Tolerâncias de retidão/planicidade: Abordam a deformação em grandes superfícies planas. Elementos de design do molde, como a colocação do canal e o arrefecimento uniforme, podem minimizar a deformação.
3. Tolerâncias de diâmetro do orifício: Orifícios maiores requerem gamas de tolerância mais amplas devido ao aumento do encolhimento.
4. Tolerâncias de profundidade de orifícios cegos: Estas características requerem elementos de molde em balanço. As altas pressões de injeção podem dobrar os pinos do núcleo, sendo os orifícios mais profundos mais suscetíveis.
5. Tolerâncias de concentricidade/ovalidade: Peças cilíndricas grandes com paredes finas podem encolher de forma desigual, comprometendo a circularidade.

As tolerâncias também se classificam por nível de precisão:

• Tolerâncias de grau comercial oferecem menor precisão com custos reduzidos de molde e peça.
• Tolerâncias de grau fino (tolerâncias de precisão) fornecem gamas mais apertadas, mas aumentam as despesas.

As tolerâncias das peças dependem das tolerâncias do molde, que devem ter em conta as dimensões das características e as propriedades do material. As tabelas seguintes apresentam as tolerâncias típicas para materiais de moldagem por injeção comuns, conforme definido pela Plastics Industry Association (anteriormente SPI).

As peças moldadas por injeção encolhem durante o arrefecimento, afetando as dimensões finais. Os designers compensam escalando os moldes de acordo com as taxas de encolhimento esperadas, determinadas através de testes padronizados como a ASTM D955. A fórmula de encolhimento calcula a contração linear:

Encolhimento = 100% × (Lc - Lp) / Lp

Onde Lc representa o comprimento da cavidade e Lp denota o comprimento da peça arrefecida. Este cálculo é particularmente importante para materiais com propriedades assimétricas, como resinas reforçadas com fibra longa.

Para peças complexas, o software de análise do fluxo do molde simula os padrões de enchimento da resina e identifica potenciais desafios de enchimento. Esta simulação avançada ajuda a prever as variações de encolhimento em toda a peça.

A tabela seguinte apresenta as gamas de encolhimento para materiais de moldagem comuns:

Aderir aos princípios DFM otimiza a capacidade de fabricação e a obtenção de tolerâncias.

As dimensões que cruzam as linhas de partição normalmente exibem maior variação do que as características ininterruptas.

Diferentes materiais encolhem a taxas variáveis, com variações de lote para lote e de fornecedor possíveis. Os materiais reforçados com fibra longa demonstram diferenças de encolhimento direcionais.

A pressão de injeção, o tempo de espera, a densidade do material e a temperatura do molde influenciam significativamente a consistência do encolhimento.

Dependendo dos requisitos de design, as especificações podem incluir tolerâncias dimensionais, de retidão/planicidade, de diâmetro do orifício, de profundidade do orifício cego e de concentricidade/ovalidade.

As aplicações comerciais normalmente utilizam tolerâncias de ±0,1 mm, enquanto as aplicações de precisão, como dispositivos médicos, podem exigir ±0,025 mm.

Peças maiores sofrem maior encolhimento, tornando as tolerâncias apertadas mais desafiadoras. A espessura uniforme da parede promove o arrefecimento consistente e a estabilidade dimensional.

Diferentes plásticos e aditivos exibem características de encolhimento únicas que devem ser consideradas no design do molde.

Moldes de aço usinados com precisão com sistemas de arrefecimento adequados fornecem a estabilidade necessária para o controlo de tolerâncias apertadas. As tolerâncias típicas de usinagem de moldes variam de ±0,127 mm para ferramentas padrão a ±0,0254 mm para aplicações de alta precisão.