Na moldagem por injeção , existe um ponto crítico . É um ponto sem retorno. Na fração de segundo em que a resina fundida encontra o molde, seu dinheiro, sua reputação e suas ambições comerciais repousam sobre alguns centímetros de aço. Esse aço é o molde ou a ferramenta, também conhecida como a alma da manufatura.
O molde determina o destino da sua peça. Seja um componente para um dispositivo médico, uma embalagem ou uma peça automotiva , o resultado final nunca será melhor do que a ferramenta. A precisão das ferramentas de moldagem por injeção é o que diferencia um produto líder de mercado de um recall que prejudica a imagem da sua marca.
O que é ferramental de moldagem por injeção?
A fabricação de ferramentas para moldagem por injeção consiste na produção do molde sobre o qual as peças subsequentes serão fabricadas.
O molde ou ferramenta é uma estrutura metálica feita de aço e alumínio, projetada com a forma e as características exatas da peça desejada.
As ferramentas de moldagem por injeção são normalmente construídas para suportar milhares, e até milhões, de ciclos sem perder as tolerâncias.
Dentro do molde existe uma cavidade que funciona como o berço da criação. Durante a produção, o material plástico fundido flui para dentro dela, onde esfria e solidifica, dando forma à peça.
Além da cavidade, os componentes que você pode esperar encontrar em qualquer molde incluem canais de refrigeração, canais de injeção, guias, pontos de injeção e pinos de ejeção.
O processo de fabricação das ferramentas envolve projeto, fabricação, acabamento e testes. Falaremos mais sobre isso adiante.
Tipos de ferramentas de moldagem por injeção
Quando a pressão para entregar chega a 1000 peças por hora, não são apenas os engenheiros que sentem a pressão. É a ferramenta que suporta o peso do trabalho, e por isso você precisa escolher com sabedoria.
Escolha o tipo de molde que melhor se adapte à complexidade da sua peça e às suas projeções de vendas. Se você comprar um molde de alta qualidade para um produto que fracassa, terá prejuízo. E se escolher um molde de protótipo para um produto que viraliza, estará perdendo dinheiro.
| Tipo de Molde | Vantagem Primária | Desvantagem Primária | Mais Adequada Para |
| Cavidade única | Baixo custo de ferramental; alta precisão | Baixa produção; custo unitário mais elevado | Peças grandes ou produções de baixo volume |
| Multi-cavidade | Alto rendimento; baixo custo por peça | Custo inicial mais elevado; sistema de refrigeração complexo | Produção de alto volume |
| Molde Familiar | Várias peças exclusivas em uma única imagem. | Dificuldade em equilibrar o fluxo; risco de defeitos. | Conjuntos de protótipos; kits de montagem |
| Inserir Molde | Combina metal e plástico em uma única etapa. | Carregamento complexo; tempos de ciclo mais lentos | Eletrônica; ferramentas reforçadas |
| Sobremoldagem | Peças multimateriais/multicoloridas | Alta complexidade e custo das ferramentas | Punhos; vedações; peças estéticas |
| Molde Empilhável | Duplica a produção sem a necessidade de uma prensa maior. | Custo e manutenção muito elevados. | Embalagem de parede fina; alto volume |
Moldes de cavidade única
Quando a precisão é mais importante do que o volume de produção, escolha um molde de cavidade única. Ele produz uma peça em cada ciclo de injeção.
No diário de um engenheiro, nada se compara à perfeição controlável proporcionada por um molde de cavidade única. O comprimento do fluxo de fusão é super previsível, o resfriamento é consistente e é mais fácil compensar a contração.
Moldes de Cavidades Múltiplas
Um molde multicavidades é uma solução de alta produtividade para projetos de fabricação em massa. Ele é projetado para produzir até 128 peças por ciclo de injeção, o que é possível graças às suas inúmeras cavidades idênticas.
O principal desafio de engenharia para um molde multicavidades é garantir que o material preencha cada cavidade ao mesmo tempo e com os mesmos parâmetros.
Mas, uma vez resolvido esse obstáculo, os moldes com múltiplas cavidades geram uma economia impressionante em custos de mão de obra e horas de máquina.
Moldes Família
Os moldes familiares são um tipo único de molde multicavidades onde as peças produzidas pertencem à mesma montagem.
Utilize moldes familiares para produtos cujas partes devem ser dos mesmos materiais, cores e texturas. Por exemplo, em bens de consumo, uma garrafa e sua tampa podem ser produzidas simultaneamente em um molde familiar.
As cavidades têm tamanhos e formatos diferentes, ao contrário dos moldes multicavidades, e, portanto, o projeto deve equilibrar volumes desiguais e pressões assimétricas no mesmo molde.
Inserir Moldes
Os moldes de inserção permitem a colocação de uma peça pré-fabricada, como insertos e fixadores, na cavidade antes da injeção do material plástico.
Dentro de um molde de inserção, existem cavidades específicas usinadas para segurar a inserção e evitar que ela flutue quando a injeção começar.
Durante a moldagem por injeção, o material flui ao redor do inserto, e os dois se tornam uma peça integrada.
A moldagem por inserção é utilizada para a produção de peças híbridas sem a necessidade de processos secundários, como a fixação térmica.
Moldes de sobremoldagem
Um molde de sobremoldagem é um tipo avançado de ferramenta de moldagem por injeção que pode moldar dois materiais distintos em uma única peça.
A sobremoldagem possui duas cavidades e uma seção indexadora. A primeira peça é moldada primeiro. Essa peça deve ser resistente o suficiente para suportar o segundo processo de moldagem. A ferramenta é então girada e a segunda peça é moldada através da cavidade restante.
Os moldes de sobremoldagem utilizam dispositivos de fechamento para impedir que os materiais se misturem.
Moldes de protótipo
Os moldes protótipos são moldes temporários projetados para validação de ideias antes do aumento da produção em larga escala. São moldes de alta velocidade e baixo custo, usinados em alumínio macio ou aço macio P20.
Seus sistemas e recursos de refrigeração interna são projetados para simplicidade.
Um molde protótipo tem uma vida útil curta, de 50 a 5000 peças. Mas, ao contrário dos moldes de produção em larga escala, os moldes protótipos passam consideravelmente menos tempo em acabamento.
Empilhar Moldes
Um molde de empilhamento é um molde de dois andares usado para multiplicar o volume de produção sem aumentar significativamente a força de fechamento necessária.
O molde de empilhamento possui duas ou mais superfícies de moldagem que se abrem e fecham em conjunto para produzir múltiplas peças em uma única injeção.
O processo de fabricação de moldes de empilhamento envolve a adição de um bloco central entre duas metades do molde. Um sistema de barras de ligação é incluído para movimentar esse sistema central sempre que o molde é aberto.
O sistema de tubulação inclui um sistema telescópico de canais quentes que se estende e relaxa intuitivamente para fornecer materiais a ambos os níveis do molde.
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Componentes-chave das ferramentas de moldagem por injeção
Um molde funciona conforme o esperado somente quando seus subsistemas individuais são projetados com perfeição. Aqui está uma análise clara dos diferentes componentes das ferramentas e suas funções.
Cavidade e núcleo do molde
A cavidade do molde determina a forma e a superfície externa da peça, enquanto o núcleo define o interior.
A cavidade é estacionária, mas o núcleo é móvel. Essas peças devem ser projetadas para suportar níveis dinâmicos de pressão, calor e abrasão a cada ciclo de moldagem.
Três fatores são importantes na construção da cavidade e do núcleo: geometria de resfriamento, durabilidade do aço e mecânica de ejeção.
O uso de canais de refrigeração conformes ajuda a reduzir os tempos de ciclo. Aços duros como o H13 contribuem para maximizar a vida útil da ferramenta.
Sistema Runner
O sistema de canais de alimentação é a rede de canais no molde através da qual o material entra no molde e na cavidade.
Sempre que os engenheiros precisam ajustar a eficiência do material, o tempo de ciclo e a perda de pressão, eles tomam decisões estratégicas em relação aos canais de alimentação.
Um canal bem projetado mantém a pressão e a temperatura em níveis ideais para um fluxo eficiente e enchimento máximo.
Corredores Quentes
Os canais quentes são projetados para reter o calor, impedindo que o material esfrie muito rapidamente. Isso garante que a resina permaneça suficientemente fundida para o preenchimento completo da cavidade.
Esses canais de alimentação podem acelerar significativamente os tempos de ciclo e evitar o desperdício de material. Eles eliminam o risco de linhas de solda.
Durante o projeto do sistema de canais quentes, os engenheiros perfuram canais no bloco do molde e os dimensionam para o equilíbrio de pressão. Bicos com aquecedores internos e termopares conectam o coletor à peça. O sistema é controlado a partir de um console externo de controle de temperatura.
Os sistemas de canais quentes só fazem sentido quando os volumes de produção justificam o custo.
Corredores Frios
Os canais frios são canais não aquecidos. O material nos canais solidifica em sincronia com a peça, o que significa que a ejeção deve ser feita a cada ciclo.
Você usa canais frios para plásticos sensíveis ao calor que não se comportam bem em sistemas de canais quentes.
Os canais frios são feitos fresando ranhuras nas placas de aço da linha de partição do molde. Em cada curva, um retentor de material frio é implementado para reter o material que entra na cavidade da peça com temperaturas irregulares.
Os canais frios servem como uma estrutura permanente do núcleo e da cavidade, não necessitando de componentes eletrônicos externos. Seu design é simples e seu impacto nos custos gerais de refrigeração é mínimo.
Portão e Canal
O portão serve como entrada para a peça e trabalha em conjunto com o canal para levar o material até as cavidades.
O projeto e a geometria do canal de injeção afetam a velocidade e a pressão com que o material flui. O canal deve ser pequeno o suficiente para resfriar mais rapidamente quando a cavidade estiver cheia, mas não tão pequeno a ponto de causar jatos.
Os tipos de canais de injeção incluem canais de cisalhamento, canais de borda e canais em leque. O posicionamento inadequado do canal de injeção causa o acúmulo de tensão na peça, resultando em linhas de solda e defeitos estéticos dispendiosos.
O canal foi projetado para transportar o material do bocal da máquina até a comporta sem qualquer flutuação de pressão.
Os canais são fresados por CNC nas placas do molde. Seu design aproveita o equilíbrio do fluxo para garantir que os diâmetros melhorem a retenção de calor sem prolongar o tempo de resfriamento.
Sistema Ejetor
O sistema de ejeção é responsável por liberar a peça após a solidificação. O principal objetivo desse sistema é minimizar ou reduzir a tensão superficial na peça, utilizando pinos extratores, placas de retenção, placas de base e placas de retorno.
A localização dos pinos é o fator mais importante no projeto e instalação de um sistema de ejeção. Os pinos devem ser posicionados de forma a empurrar a peça para fora do molde de maneira uniforme, sem causar arranhões ou marcas de tensão.
O diâmetro dos pinos precisa ser adequado para que não perfurem o plástico quente. Para atender a requisitos estéticos de alta qualidade, os engenheiros podem usar placas extratoras para equalizar a pressão de ejeção e minimizar o risco de imperfeições na superfície.
Sistema de Arrefecimento
O resfriamento afeta diretamente os custos de fabricação. Se esse sistema não for bem projetado, os tempos de ciclo aumentam e, nos piores casos, as peças saem deformadas.
A chave para o sucesso é usar canais de resfriamento uniformes e instalá-los próximos à superfície do molde. Dentro dos canais, circula um fluido como água ou óleo.
Os engenheiros preferem usar um projeto de fluxo turbulento para os canais, a fim de maximizar a frequência com que o meio frio entra em contato com o aço quente.
Para projetos complexos de moldagem por injeção, canais de resfriamento conformais contornados para corresponder ao projeto da peça reduzem os tempos de ciclo em 70% [1].
Características de alinhamento e montagem
Os recursos de alinhamento do molde protegem e prolongam sua vida útil. Eles incluem pinos guia, buchas, placas e interfaces de montagem que minimizam o desgaste prematuro.
Essas características garantem que as duas metades dos moldes se conectem com o mais alto nível de precisão, pois se houver um desalinhamento, mesmo que por micromilímetros, ocorrerá vazamento.
Do ponto de vista operacional, o desalinhamento é prejudicial para as empresas porque é sinônimo de manutenção não planejada e tempo de inatividade repentino.
A menor vida útil dos moldes muitas vezes reduz a vantagem de amortização da produção em massa.
Mecanismos de ventilação, deslizamento e elevação
No início do processo de moldagem, o ar presente na cavidade deve ser expelido antes que o plástico entre no espaço. A falta de ventilação leva a um preenchimento insuficiente e a problemas estéticos e estruturais da peça.
Portanto, os moldes devem ser construídos com um sistema de ventilação que inclua minúsculos canais usinados por eletroerosão no molde para permitir a saída do ar.
Os canais devem ser profundos o suficiente para permitir a saída do ar, mas não dos materiais. A instalação geralmente ocorre no final do percurso do fluxo, onde duas frentes se encontram.
Os mecanismos deslizantes e de elevação impedem o travamento mecânico, permitindo que as peças tenham furos, clipes e roscas nas laterais. Isso é obrigatório para peças com rebaixos, que praticamente impossibilitam a ejeção em linha reta do molde.
Os deslizadores movem-se horizontalmente e os elevadores, para cima e para fora, afastam-se do caminho antes da ejeção da peça. Os elevadores são acionados por uma placa ejetora, enquanto os deslizadores são acionados por um pino guia angulado.
Materiais Utilizados em Ferramentas de Moldagem por Injeção
As decisões sobre os materiais para ferramentas de moldagem por injeção geralmente são tomadas com base em:
- Dureza desejada e longevidade da ferramenta
- possibilidades de gerenciamento térmico
- Perfil químico em relação às resinas
No balanço patrimonial de um fabricante de equipamentos originais (OEM), a escolha dos materiais de moldagem afeta o custo de fabricação, o tempo de lançamento no mercado e o custo total de propriedade do molde.
O maior problema, o desalinhamento entre a vida útil da ferramenta e o ciclo de mercado do produto, pode ser resumido como superdimensionamento ou subdimensionamento.
Não utilize uma ferramenta de Classe 101 para um produto de curta duração. Da mesma forma, não utilize uma ferramenta de software para um projeto de produção em larga escala.
Aço ferramenta
Você pode optar pelo aço ferramenta P20 , que se destaca pela usinabilidade, mas não tanto pela resistência ao desgaste. Este é um material pré-endurecido, o que representa uma grande economia de tempo.
Mas quando resistência e durabilidade a longo prazo são mais importantes, o aço H13 é mais adequado. Ele pode suportar ciclos rigorosos de aquecimento e resfriamento rápidos sem apresentar uma única rachadura.
Aço inoxidável e alumínio
O aço inoxidável, como o de grau 420, oferece boa resistência à corrosão. Pode ser utilizado em peças com PVC e outras resinas que emitem vapores corrosivos durante a moldagem por injeção. A superfície de aço inoxidável garante um excelente acabamento em todas as peças.
O alumínio é um material ideal para prototipagem. Escolha este material para moldes de injeção para peças com geometrias mais simples e quando o volume de produção ainda não for elevado.
Liga de cobre
As ligas de cobre evitam pontos quentes em um molde. Em um molde típico, pode haver locais onde o resfriamento não é eficiente o suficiente, causando acúmulo de calor.
Nessas áreas de alta temperatura, a deformação e o empenamento ocorrem com tanta frequência que os engenheiros muitas vezes recorrem a inserções de liga de cobre para dissipar o calor do plástico.
O cobre perde calor mais rapidamente que o aço, uma característica que muitas vezes se traduz em enormes economias de mão de obra e tempo de máquina nas etapas subsequentes do processo.
O que deve ser considerado no projeto de ferramentas?
As considerações sobre o projeto de ferramentas devem ser baseadas nos requisitos e especificações de cada projeto. Mas aqui estão as melhores práticas.
O ângulo de inclinação deve ser suficientemente grande para permitir uma ejeção suave, sem atrito. Sem ângulos de inclinação suficientes, muitas coisas podem dar errado durante a remoção da peça.
O resfriamento é como um jogo de cartas. Quando o projeto da peça inclui seções grossas e finas, prepare-se para um resfriamento desigual posicionando os canais de resfriamento mais próximos das regiões mais espessas.
O posicionamento e o projeto dos pontos de injeção devem permitir um fluxo equilibrado, sem causar resíduos ou rebarbas na superfície da peça. Os pontos de injeção devem promover uma distribuição uniforme da carga na peça final, eliminando tensões internas.
Utilize pilares de suporte no sistema ejetor para que a placa traseira não se flexione quando a pressão de injeção aumentar.
Para ferramentas de produção em grande volume, adicione pinos e buchas de ejeção guiada para evitar o desgaste dos pinos.
Como são fabricadas as ferramentas de moldagem por injeção?
O processo de ferramental envolve projeto, prototipagem e fabricação.
Design
Inicialmente, a ferramenta é apenas uma ideia baseada no arquivo CAD da peça fornecido pelo fabricante original. Em seguida, os engenheiros realizam uma análise de projeto para manufatura (DFM) e uma análise de fluxo de moldagem para prever como o molde real poderia funcionar. Considere essa análise como uma apólice de seguro contra o risco de falha do produto.
Fabricação e montagem de ferramentas
Se os engenheiros validarem o projeto, eles usinam o molde a partir de um bloco de aço ou alumínio usando usinagem CNC ou eletroerosão. Ambas as técnicas de usinagem permitem alcançar tolerâncias rigorosas e possibilitam a inclusão de recursos complexos, como placas, canais de injeção e pinos extratores.
A cavidade do molde é otimizada de acordo com as especificações dimensionais exatas encontradas no desenho digital da peça.
Durante a montagem final, sensores e sistemas hidráulicos são adicionados para monitoramento em tempo real e otimização da precisão durante as operações de moldagem.
Prototipagem e Teste
É dispendioso começar diretamente com a produção de um molde grande de aço temperado. Portanto, os engenheiros geralmente começam com uma ferramenta de alumínio macio ou um molde de aço P20.
A prototipagem ajuda a testar o molde e avaliar seu desempenho e confiabilidade antes de aumentar a produção. Canais de refrigeração são adicionados juntamente com sistemas de ejeção, pontos de injeção, cavidades e núcleos.
Após a usinagem e a montagem, os testes começam com as amostras T-0. Uma pequena quantidade de plástico é injetada no molde, enquanto os engenheiros monitoram de perto a dinâmica do fluxo, a termorregulação e a estabilidade dimensional das peças.
Como solucionar problemas comuns em ferramentas de moldagem por injeção?
| Questão | Causa provável | Solução |
| Rebarba (Flash) | Linhas de separação desgastadas ou alta pressão | Recondicionar as faces do molde; reduzir a pressão de injeção. |
| Tiros curtos | Saídas de ar entupidas ou paredes finas | peixe de água doce aberturas; aumentar o tamanho do ponto de injeção ou a temperatura de fusão |
| Marcas de pia | Resfriamento inadequado ou seções espessas | Aumente o tempo de resfriamento; ajuste seleção de material |
| Marcas de queimadura | Gás preso (ventilação inadequada) | Adicione ventilação ou reduzir a velocidade de injeção |
| Entortar | Resfriamento não uniforme | Otimizar Sistema de Arrefecimento; verificar fluxo de água |
Como gerenciar os custos de ferramentas de forma eficaz?
O gerenciamento de custos envolve o uso de estratégias que reduzam os custos totais de construção e operação do molde.
Como otimizar custos
Considere o uso de ferramentas modulares se estiver projetando peças com perfil semelhante. Utilize um molde base mestre e insertos de cavidade intercambiáveis conforme necessário. Isso reduz os custos com material de ferramental.
Simplifique a peça removendo reentrâncias e uniformizando as espessuras das paredes para minimizar as necessidades de refrigeração.
Estude as propriedades da resina antes de começar a fabricação das ferramentas. Se o tipo de plástico não for abrasivo, você pode não precisar de moldes de aço caros. Só invista em moldes duráveis se o volume do projeto for grande o suficiente.
Use linhas de partição mais simples. Linhas de partição com contornos exigem usinagem CNC dispendiosa. Linhas de partição planas são mais baratas de implementar.
Equilibrando custo e qualidade
Utilize aço carbono macio para a base do molde, mas insertos endurecidos S7 ou H13 para a cavidade e o núcleo.
Invista um pouco mais na implementação do sistema de refrigeração para obter um resfriamento rápido que realmente reduza os tempos de ciclo e os custos de produção.
O desgaste prematuro da ferramenta prejudica os custos e a qualidade. Para evitar o desgaste, não projete componentes adjacentes com a mesma dureza Rockwell. Faça as peças substituíveis com um material mais macio do que a ferramenta principal. Assim, você poderá substituí-las facilmente quando se desgastarem.
Utilize tolerâncias de segurança para o aço. Não usine a peça com as dimensões exatas do primeiro corte. Posteriormente, você poderá fazer ajustes de precisão, o que é melhor do que ter que descartar toda a ferramenta.
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Qual o custo da moldagem por injeção personalizada?
Soluções avançadas de ferramentas
Eis o que está silenciosamente remodelando os processos tradicionais de fabricação de ferramentas de moldagem por injeção.
Soluções de refrigeração autorreguláveis que ajustam dinamicamente a vazão e a temperatura nos canais.
Soluções de moldagem de gêmeos digitais que permitem aos engenheiros produzir uma réplica da ferramenta real para simulações digitais.
Estratégias de sobremoldagem e moldagem por inserção que permitem a formação de peças multifuncionais em uma única injeção e sem operações secundárias.
A moldagem assistida por gás utiliza a injeção de nitrogênio no centro de uma peça para torná-la oca, reduzindo o peso e as marcas de contração.
Moldes de desrosqueamento que produzem peças com roscas para fixação perfeita, sem a necessidade de ranhuras secundárias. As roscas são precisas e de alta exatidão, garantindo uma vedação confiável.
Os moldes rotacionais giram o molde em dois eixos, permitindo que o material fundido se misture e preencha as paredes internas de maneira uniforme. Isso cria peças sem emendas, duráveis e com espessura de parede uniforme.
O futuro das ferramentas de moldagem por injeção
Os avanços futuros em ferramentas de moldagem por injeção provavelmente incluirão a adoção em larga escala da impressão 3D para a criação de canais de resfriamento conformes. Isso reduzirá significativamente os tempos de ciclo. Além disso, os planos de manutenção preditiva assistidos por IA levarão a uma maior vida útil das ferramentas.
Por outro lado, em vez de água circulando continuamente em canais de refrigeração, as ferramentas inteligentes podem usar sistemas de pulso que fazem circular o fluido refrigerante para onde ele é necessário, com base em dados de temperatura da cavidade em tempo real.
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Conclusão
A fabricação de moldes para injeção envolve o equilíbrio entre a seleção de materiais, o design prático e a usinagem de precisão. Essa é a chave para o sucesso de um produto. Ao investir no molde certo, você protege seu projeto do risco de falhas futuras. Seja para a fabricação de bens de consumo simples ou peças complexas para aplicações aeroespaciais ou médicas, o foco deve ser sempre na confiabilidade e na repetibilidade.
Perguntas Frequentes
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Nossa equipe avaliará o projeto da sua peça, o volume de produção e outros requisitos para recomendar o molde mais adequado às suas necessidades.
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Os custos dependem do tipo de molde, dos materiais e dos requisitos de produção. Entre em contato conosco para obter um orçamento detalhado com base nas suas necessidades específicas.
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Fontes
[1] Science Direct: Projeto e fabricação de canais de resfriamento conformes em moldes: Revisão e atualizações de progresso
