Como o projeto do molde de injeção se adapta a diferentes materiais plásticos?

Diferentes plásticos têm comportamentos físicos totalmente diferentes durante o ciclo de moldagem.

Alguns quase não encolhem durante o resfriamento (0,4% para PS). Outros diminuem drasticamente (2,5% para algumas classes de POM). Alguns exigem tipos específicos de aço para moldes para resistir ao ataque químico. Alguns precisam de resfriamento rápido, outros precisam de resfriamento lento para evitar estresse. Alguns fluem facilmente em seções finas, outros lutam com qualquer coisa abaixo de 1 mm de espessura de parede.

Quando o projetista do molde não sabe qual material será inserido, ele precisa fazer suposições. Essas suposições geralmente são otimizadas para o material mais comum que a loja vê - normalmente ABS para peças cosméticas. Se sua produção real utiliza náilon ou policarbonato com enchimento de vidro, o mesmo molde pode deformar peças, desenvolver linhas de solda ou simplesmente não preencher corretamente.

Definir a decisão do material antes do início da ferramentaria é uma das coisas mais importantes que um comprador pode fazer em seu projeto. Além do tempo de ciclo e da qualidade cosmética, a seleção do material orienta a escolha do aço do molde, o projeto do sistema de resfriamento, a estratégia de ejeção e a especificação do acabamento superficial - basicamente tudo o que se segue.

Os plásticos se dividem em três grandes categorias de comportamento. Compreender a qual categoria seu material pertence é o primeiro passo para combinar o design do molde com o material.

Plásticos amorfos - para peças cosméticas e ópticas

Polímeros amorfos como ABS, poliestireno (PS) e policarbonato (PC) possuem cadeias moleculares que se solidificam em uma estrutura aleatória em vez de um padrão cristalino. Isso lhes confere diversas características importantes para o projeto do molde:

Baixas taxas de encolhimento, normalmente de 0,4 a 0,7 por cento

Excelente capacidade de acabamento superficial - eles podem manter o polimento com clareza óptica

Precisão dimensional previsível

Maior sensibilidade ao entalhe, o que significa que são mais propensos ao clareamento por estresse

Para um molde de injeção de casca de mouse, o ABS é o material robusto. Seu baixo encolhimento significa controle rígido de tolerância nas características de montagem e sua capacidade de acabamento superficial atende às expectativas cosméticas dos produtos eletrônicos de consumo. O projeto do molde para ABS concentra-se na preservação cosmética da superfície - posicionamento estratégico da porta para evitar linhas de solda, contagem suficiente de pinos ejetores para evitar branqueamento por tensão e polimento de superfície apropriado à especificação da área -visível.

A Molde de injeção de copos PS de plásticousa PS de uso geral-ou variantes modificadas-de impacto. O projeto do molde aqui se concentra na otimização do fluxo-de paredes finas e em tempos de ciclo ultra{4}}rápidos. PS lida bem com moldes frios (normalmente de 35 a 45 graus), o que contribui para sua eficiência de ciclo-líder do setor para trabalhos em paredes-finas-de alto volume.

Plásticos semi{0}}cristalinos para peças funcionais e de desgaste

POM (acetal), polipropileno (PP) e náilon (PA66) são polímeros sem-cristalinos. Suas cadeias moleculares se organizam em regiões cristalinas durante o resfriamento, conferindo-lhes características muito diferentes dos materiais amorfos:

Altas taxas de encolhimento, normalmente de 1,5 a 2,5 por cento

Excelentes propriedades mecânicas - resistência, rigidez, resistência ao desgaste

Menor sensibilidade de entalhe - mais tolerante com concentradores de tensão geométrica

Controle de temperatura do molde mais exigente

AMolde de injeção de engrenagem de motornormalmente usa POM devido à sua excelente combinação de baixo atrito, estabilidade dimensional sob carga e resistência à fadiga. Mas o alto encolhimento do POM (1,8 a 2,5 por cento) significa que a cavidade do molde deve ser cortada em dimensões maiores do que as dimensões da peça acabada, exatamente na quantidade certa. Fazer isso errado significa engrenagens-fora-das especificações que não conseguem se encaixar corretamente.

O POM também exige moldes quentes - temperaturas típicas de molde de 80 a 95 graus - para garantir a cristalização adequada. Os moldes a frio produzem peças com baixa cristalinidade, propriedades mecânicas ruins e tensões internas que aparecem posteriormente como empenamento.

Plásticos de engenharia para aplicações de alto-desempenho

Misturas de PC/ABS, PEEK, PPS e plásticos de engenharia similares levam o design de moldes a um território especializado:

Temperaturas de processamento acima de 300 graus

Frequentemente abrasivos (graus com-com enchimento de vidro, com enchimento-mineral)

A seleção do aço do molde torna-se crítica

Frequentemente são necessários sistemas de molde aquecido

Para esses materiais, o aço para molde P20 padrão não sobreviverá por muito tempo. Normalmente são necessários aços para ferramentas para trabalho-a quente H13 ou aços inoxidáveis ​​especializados como S136, com dureza na faixa HRC 50 a 58. O polimento de cavidades deve resistir ao ataque abrasivo do enchimento. O projeto de ventilação precisa lidar com gases agressivos liberados durante o processamento.

Aqui está a tabela de referência que deve estar na parede de todo engenheiro de moldes ao iniciar um projeto.

Algumas observações desses dados. A retração do POM de 1,8 a 2,5 por cento é cerca de 4 a 6 vezes maior do que a de 0,4 a 0,7 por cento do ABS. Essa é uma diferença enorme - e é exatamente por isso que as dimensões da cavidade de um molde POM devem ser maiores que as dimensões da cavidade de um molde ABS equivalente para o mesmo tamanho de peça acabada.

As diferenças de temperatura do molde também são importantes. Moldes ABS operando a 50{7}}80 graus usam controladores de temperatura padrão. Moldes POM operando a 80-105 graus precisam de sistemas de aquecimento de maior capacidade e isolamento adequado. Moldes de PC operando de 80 a 110 graus com temperaturas de fusão acima de 280 graus requerem sistemas de câmara quente especificamente classificados para operação em alta temperatura.

Como o aço do molde deve mudar com o material

A seleção do material do molde costuma ser negligenciada na fase de projeto, mas afeta drasticamente o custo inicial do molde e a vida útil-de longo prazo.

Um típico molde de injeção de copos PS de plástico com poliestireno-de uso geral pode usar aço P20-com bom custo-benefício porque o PS não é-corrosivo nem{4}}abrasivo. O molde fornece de 500.000 a 1.000.000 disparos sem desgaste significativo.

Um molde de injeção de casca de mouse para ABS normalmente usa NAK80 -, um molde de aço pré-endurecido que mantém o polimento excepcionalmente bem para os requisitos cosméticos de superfície. O custo ligeiramente superior (cerca de 25% a mais que o P20) é justificado pela qualidade cosmética e pela vida útil um pouco mais longa.

AMolde de injeção de engrenagem de motorexecutar POM, especialmente classes com-com enchimento de vidro, exige aço endurecido como S136 ou H13. O POM-preenchido com vidro é abrasivo - passá-lo através de uma cavidade P20 desgasta a superfície visivelmente em 200.000 disparos. Com a seleção adequada do aço, o mesmo molde de engrenagem fornece 1,5 milhão de tiros ou mais.

Um fabricante respeitável de moldes de injeção combina a seleção do aço com os requisitos reais de material e volume, em vez de usar como padrão um tipo de aço para cada projeto. Esse tipo de engenharia-específica de material é o que separa as ferramentas premium das ferramentas comuns.

Duas tendências emergentes estão remodelando a forma como o design do molde acomoda novos materiais.

Os plásticos reciclados estão crescendo rapidamente nas embalagens de consumo. O PS reciclado, em particular, é cada vez mais comum na produção de copos descartáveis, tanto para alegações de sustentabilidade como para redução de custos. O desafio: os materiais reciclados têm mais variações de lote-para{3}}lote do que o material virgem. Os projetos de moldes precisam de janelas de processamento mais amplas para acomodar essa variabilidade sem produzir defeitos.

Plásticos-de base biológica, como PLA, PHA e bio{1}}PE, estão crescendo em aplicações de contato-com alimentos. Esses materiais têm características de processamento bastante diferentes dos equivalentes-à base de petróleo. Os projetos de moldes podem precisar de taxas de resfriamento ajustadas, diferentes tamanhos de portas e sistemas de ejeção modificados em comparação com os materiais tradicionais.

Para as marcas que estão passando por essa transição, trabalhar com uma fábrica experiente de moldes de injeção que realmente produziu peças virgens e de base-biológica faz uma diferença substancial no sucesso do teste-à{2}}produção.

A seleção de materiais está diretamente ligada à conformidade regulatória:

Prática padrão ASTM D3641 para moldagem por injeção

Padrões de identificação de materiais plásticos ISO 1043

FDA 21 CFR para materiais em contato com alimentos (relevante para aplicações de PS de grau alimentício-)

RoHS e REACH para caixas eletrônicas (relevantes para produtos eletrônicos de consumo)

IATF 16949 para aplicações automotivas (relevante para sistemas de engrenagens de veículos)

Regulamento da UE 10/2011 para materiais plásticos em contato com alimentos

A documentação que corresponda a esses padrões deve acompanhar qualquer entrega de ferramentas de um fornecedor sério - não como uma reflexão tardia, mas como entrega padrão do projeto.

Aqui está um cenário que vemos com frequência. Uma marca de consumo pergunta se um molde pode produzir a mesma peça em ABS, mistura de PC-ABS e PC com enchimento de vidro-- para simplificar seu estoque e reduzir o investimento em ferramentas.

No papel, isso parece razoável. Todos os três materiais produzem peças aproximadamente semelhantes quando moldados por injeção. Na prática, as taxas de contração diferem o suficiente (0,5%, 0,6%, 0,3%) para que a mesma cavidade produza peças com variações dimensionais que excedem a tolerância especificada pelo cliente por um fator de 2 a 3 vezes.

A solução real: uma base de molde compartilhada com três conjuntos de insertos de cavidade intercambiáveis, cada um cortado para compensar a taxa de contração específica do material. O custo é cerca de 1,6 vezes um único molde, em vez de 3 vezes - uma economia significativa -, ao mesmo tempo em que fornece dimensões corretas para cada material.

É exatamente por esse tipo de projeto que a conversa inicial com seu fornecedor sobre materiais e quantidades exatas é tão importante. Esteja você adquirindo um molde de injeção de copos PS de plástico com-cavidades múltiplas para embalagens de alto-volume, um molde de injeção de engrenagem de motor de precisão para montagens de engrenagens industriais ou um molde cosméticoMolde de injeção de casca de ratopara produtos eletrônicos de consumo, a decisão do material orienta todas as outras opções de engenharia a jusante.

Os materiais plásticos se dividem em três famílias: amorfo (ABS, PS, PC), sem-cristalino (POM, PP, PA66) e graus de engenharia (PEEK, PPS, plásticos de engenharia preenchidos)

As taxas de contração variam de 4 a 6 vezes entre os materiais, afetando drasticamente as dimensões da cavidade

47% do retrabalho do molde vem de incompatibilidade de material-com o molde (dados ASTM)

O aço do molde deve corresponder ao material: P20 para uso geral, NAK80 para cosméticos, S136/H13 para plásticos de engenharia

Diferentes produtos naturais combinam com diferentes famílias de polímeros:Molde de injeção de casca de ratonormalmente usa ABS, molde de injeção de engrenagem de motor usa POM, molde de injeção de copos PS de plástico usa PS

Plásticos reciclados e de-base biológica exigem janelas de processamento mais amplas no projeto de moldes

Garanta a especificação do material antes do início do projeto da ferramenta - isso orienta todas as outras decisões de engenharia

Quer o seu projeto precise de peças cosméticas ABS, engrenagens de precisão POM, embalagens PS ou materiais de engenharia especiais, o projeto de molde certo começa com a decisão do material certo.

A Sunhingstones fornece análise de DFM específica-de material em todas as três categorias de produtos - ferramentas de moldes de injeção de copos PS de plástico para embalagens de alto{2}}volume, projetos de moldes de injeção de motor gear para engrenagens industriais de precisão e programas de moldes de injeção de carcaça de mouse para caixas de eletrônicos de consumo.

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