Português
Processo de Moldagem por Injeção de Plástico
Criado em 01.04
Fluxo do Processo de Moldagem por Injeção
O processo de moldagem por injeção consiste principalmente em seis estágios: fechamento do molde, preenchimento, manutenção da pressão, resfriamento, abertura do molde e desmoldagem. Esses seis estágios determinam diretamente a qualidade da moldagem do produto e formam um processo completo e contínuo. Este capítulo foca nos estágios de preenchimento, manutenção da pressão, resfriamento e desmoldagem.
Estágio de preenchimento
O preenchimento constitui a fase inicial de todo o ciclo de moldagem por injeção, começando no momento em que o molde fecha e continuando até que a cavidade do molde esteja aproximadamente 95% preenchida. Teoricamente, um tempo de preenchimento menor se traduz em maior eficiência de moldagem; no entanto, na produção real, o tempo de moldagem (ou velocidade de injeção) está sujeito a inúmeras restrições.
Enchimento de alta velocidade. Durante o enchimento de alta velocidade, a taxa de cisalhamento é elevada, fazendo com que o plástico apresente viscosidade reduzida devido ao afinamento por cisalhamento, diminuindo assim a resistência geral ao fluxo. Efeitos localizados de aquecimento viscoso também contribuem para uma camada de solidificação mais fina. Consequentemente, durante a fase de controle de fluxo, o comportamento de enchimento é frequentemente determinado pelo volume a ser preenchido. Ou seja, nesta fase, o efeito significativo de afinamento por cisalhamento do fundido durante o enchimento de alta velocidade geralmente supera a influência do resfriamento em seções de parede fina, permitindo que o efeito da taxa prevaleça.
Preenchimento em baixa velocidade. Durante o preenchimento em baixa velocidade com controle de condução térmica, as taxas de cisalhamento são baixas, a viscosidade local é alta e a resistência ao fluxo é significativa. Como a taxa de reposição do plástico fundido é lenta, o fluxo progride gradualmente, tornando os efeitos de condução térmica pronunciados. O calor é rapidamente dissipado pelas paredes frias do molde. Combinado com aquecimento viscoso mínimo, a camada solidificada mais espessa aumenta ainda mais a resistência ao fluxo em seções de parede mais finas.
Devido à dinâmica do fluxo da fonte, as cadeias poliméricas no polímero fundido alinham-se quase paralelamente à frente de fluxo. Consequentemente, quando dois fluxos de plástico fundido convergem, as cadeias poliméricas na sua interface tornam-se mutuamente paralelas. Agravado pelas diferentes propriedades das duas massas fundidas (tempo de residência variável na cavidade do molde, temperatura e pressão), isto resulta numa fraqueza microestrutural na zona de convergência. Quando a peça é posicionada num ângulo apropriado sob luz e observada a olho nu, uma linha de solda distinta torna-se visível. Isto representa o mecanismo de formação das linhas de solda. As linhas de solda não só comprometem a aparência das peças plásticas, mas também exibem uma microestrutura solta propensa à concentração de tensões. Consequentemente, a resistência desta área é reduzida, levando a uma potencial fratura.
De modo geral, as linhas de solda formadas em zonas de alta temperatura apresentam resistência superior. Isso ocorre porque as cadeias poliméricas exibem maior mobilidade em temperaturas elevadas, permitindo que elas se interpenetrem e se entrelaquem. Além disso, em regiões de alta temperatura, as temperaturas dos dois fluxos fundidos estão mais próximas, resultando em propriedades térmicas quase idênticas das massas fundidas, o que aumenta a resistência da área soldada. Em contrapartida, a resistência da solda é menor em zonas de baixa temperatura.
Estágio de manutenção de pressão
O objetivo da fase de pressão de recalque é aplicar pressão continuamente, compactando o material fundido e aumentando a densidade do plástico (densificação) para compensar o comportamento de encolhimento do material. Durante a pressão de recalque, como a cavidade do molde já está preenchida com plástico, a contrapressão é relativamente alta. Ao longo do processo de compactação por pressão de recalque, o parafuso da máquina de moldagem por injeção só pode avançar lentamente em incrementos minúsculos, e a taxa de fluxo do plástico também é relativamente lenta; este fluxo é denominado fluxo de pressão de recalque. Durante a fase de pressão de recalque, o plástico arrefece e solidifica rapidamente contra as paredes do molde, fazendo com que a viscosidade do material fundido aumente acentuadamente. Consequentemente, uma resistência significativa acumula-se dentro da cavidade do molde. No final da pressão de recalque, a densidade do material continua a aumentar e a peça gradualmente toma forma. A fase de pressão de recalque deve persistir até que o canal de injeção solidifique e sele. Neste ponto, a pressão na cavidade durante a fase de pressão de recalque atinge o seu valor máximo.
Durante a fase de pressão de manutenção, o plástico exibe compressibilidade parcial devido à pressão relativamente alta. Em áreas de maior pressão, o plástico torna-se mais denso com aumento da densidade; inversamente, em regiões de menor pressão, o plástico torna-se mais poroso com redução da densidade. Consequentemente, a distribuição de densidade varia com a posição e o tempo. Ao longo desta fase, a velocidade de fluxo do plástico é extremamente baixa, tornando a dinâmica de fluxo não mais o fator dominante; a pressão torna-se o principal determinante que influencia o processo de manutenção. Nesta fase, o plástico já preencheu a cavidade do molde. O fundido que solidifica gradualmente atua agora como meio de transmissão de pressão. A pressão dentro da cavidade é transmitida através do plástico para as superfícies da parede do molde, criando uma tendência de expansão do molde. Consequentemente, é necessária uma força de fechamento adequada para fixar o molde. Em condições normais, a força de expansão do molde alarga ligeiramente o molde, auxiliando a ventilação. No entanto, uma força de expansão excessiva pode causar rebarbas, derramamentos ou até mesmo separação do molde. Portanto, ao selecionar uma máquina de moldagem por injeção, deve-se escolher uma máquina com força de fechamento suficiente para evitar a expansão do molde e garantir uma pressão de manutenção eficaz.
Sob as novas condições ambientais de moldagem por injeção, devemos considerar novos processos de moldagem por injeção, como moldagem assistida por gás, moldagem assistida por água e moldagem por injeção de espuma.
Fase de resfriamento
Na moldagem por injeção, o projeto do sistema de refrigeração é de suma importância. Isso ocorre porque a peça plástica moldada deve ser resfriada e solidificada até uma certa rigidez antes da ejeção para evitar deformação sob forças externas. Como o tempo de resfriamento representa aproximadamente 70% a 80% de todo o ciclo de moldagem, um sistema de refrigeração bem projetado pode reduzir significativamente o tempo de moldagem, aumentar a produtividade da moldagem por injeção e diminuir os custos. Um sistema de refrigeração inadequadamente projetado prolonga o tempo de moldagem e aumenta os custos; o resfriamento irregular agrava ainda mais a distorção e a deformação do produto plástico.
Experimentos indicam que o calor que entra no molde a partir do material fundido é dissipado de duas maneiras principais: aproximadamente 5% é transferido para a atmosfera por radiação e convecção, enquanto os 95% restantes é conduzido do material fundido para o molde. Dentro do molde, o calor do produto plástico é transferido por condução térmica do plástico da cavidade através da base do molde para os tubos de água de resfriamento, onde é então levado pelo fluido de resfriamento por convecção. Uma pequena porção do calor não removido pela água de resfriamento continua a conduzir dentro do molde, eventualmente dissipando-se no ar ambiente ao entrar em contato com o ambiente externo.
O ciclo de moldagem por injeção compreende o tempo de fechamento, tempo de enchimento, tempo de pressão de retenção, tempo de resfriamento e tempo de ejeção. Dentre estes, o tempo de resfriamento representa a maior proporção, aproximadamente 70% a 80%. Consequentemente, o tempo de resfriamento influencia diretamente tanto a duração do ciclo de moldagem do produto plástico quanto a produção. Durante a fase de desmoldagem, a temperatura do produto plástico deve ser resfriada abaixo de sua temperatura de deflexão térmica para evitar relaxamento causado por tensões residuais ou empenamento e deformação resultantes de forças externas de desmoldagem.
Fatores que influenciam a taxa de resfriamento do produto incluem:
No projeto de produtos plásticos, a espessura da parede é uma consideração primária. Maior espessura do produto necessita de tempos de resfriamento mais longos. Geralmente, a duração do resfriamento é proporcional ao quadrado da espessura do produto ou à 1,6ª potência do diâmetro máximo do canal de injeção. Ou seja, dobrar a espessura do produto quadruplica o tempo de resfriamento.
Materiais do molde e métodos de resfriamento. Os materiais usados para o núcleo, cavidade e base do molde influenciam significativamente as taxas de resfriamento. Coeficientes de condutividade térmica mais altos nos materiais do molde aprimoram a transferência de calor para longe do plástico por unidade de tempo, reduzindo assim o tempo de resfriamento.
Configuração dos tubos de água de resfriamento. Quanto mais próximos os tubos de água de resfriamento estiverem da cavidade do molde, maior for o seu diâmetro e maior for o seu número, mais eficaz será o resfriamento e menor será o tempo de resfriamento.
Taxa de fluxo do refrigerante. Quanto maior a taxa de fluxo da água de resfriamento (geralmente, atingir fluxo turbulento é o ideal), mais eficazmente a água de resfriamento remove o calor por convecção térmica.
Propriedades do refrigerante. A viscosidade e o coeficiente de condutividade térmica do refrigerante também influenciam a eficiência da transferência de calor do molde. Menor viscosidade do refrigerante correlaciona-se com maior condutividade térmica, temperaturas mais baixas e desempenho de resfriamento superior.
Seleção de plástico. Refere-se à capacidade do plástico de conduzir calor de áreas quentes para frias. Um coeficiente de condutividade térmica mais alto indica melhor eficiência de transferência de calor. Alternativamente, uma menor capacidade térmica específica significa que a temperatura do plástico flutua mais facilmente, facilitando a dissipação de calor e, assim, alcançando melhor desempenho térmico com tempo de resfriamento reduzido.
Configurações de parâmetros do processo. Temperaturas de material mais altas, temperaturas do molde mais altas e temperaturas de ejeção mais baixas exigem tempos de resfriamento mais longos.
Princípios de design para sistemas de resfriamento:
Os canais de resfriamento devem ser projetados para garantir um resfriamento uniforme e rápido.
O objetivo do projeto de um sistema de refrigeração é manter a refrigeração adequada e eficiente do molde. Os furos de refrigeração devem empregar dimensões padrão para facilitar a usinagem e a montagem.
Ao projetar um sistema de refrigeração, o projetista do molde deve determinar os seguintes parâmetros de projeto com base na espessura da parede e no volume da peça plástica: a posição e as dimensões dos furos de refrigeração, o comprimento dos furos, o tipo de furos, o arranjo e a conexão dos furos, e a taxa de fluxo e as propriedades de transferência de calor do refrigerante.
Estágio de desmoldagem
A desmoldagem constitui a fase final de um ciclo de moldagem por injeção. Embora o produto já tenha arrefecido e solidificado, o processo de desmoldagem impacta significativamente a sua qualidade. Métodos de desmoldagem inadequados podem resultar na distribuição desigual de força durante a remoção, potencialmente causando deformação ou outros defeitos. Existem duas abordagens principais de desmoldagem: desmoldagem por pino extrator e desmoldagem por placa extratora. Ao projetar moldes, o método de desmoldagem apropriado deve ser selecionado com base nas características estruturais do produto para garantir a qualidade.
Para moldes que utilizam pinos ejetores, estes devem ser posicionados o mais uniformemente possível, localizados onde a resistência à ejeção é maior e onde a peça exibe máxima resistência e rigidez. Isso evita deformação ou danos ao componente plástico.
Placas ejetoras são tipicamente usadas para recipientes de cavidade profunda e paredes finas e produtos transparentes onde marcas de pinos ejetores são inaceitáveis. Este mecanismo entrega força de ejeção substancial, porém uniforme, opera suavemente e não deixa vestígios discerníveis.
Contato
Deixe suas informações e entraremos em contato com você.