Designers de produtos experientes possuem um profundo conhecimento do processo de moldagem por injeção e consideram vários fatores no projeto de peças plásticas. Este artigo se concentra nos principais elementos do projeto de peças moldadas de plástico, como espessura da parede, ângulo de inclinação, nervuras, furos, ressaltos, encaixes-de pressão, ajustes por pressão e tolerâncias.
Espessura da parede no projeto de peças plásticas
Determinar a espessura apropriada da parede é crucial. Outras características, como nervuras e raios, estão relacionadas à espessura da parede. A espessura da parede de um produto plástico depende de vários fatores, incluindo forças externas que ele deve suportar, suporte para outros componentes, propriedades do material plástico, peso, desempenho elétrico, precisão dimensional, estabilidade e requisitos de montagem.
Normalmente, a espessura da parede para materiais termoplásticos varia de 1 a 6 mm, sendo 2 a 3 mm a mais comum. Para peças-de tamanho maior, a espessura da parede pode exceder 6 mm. A Tabela 1 lista os valores recomendados de espessura de parede para vários materiais termoplásticos.
Uniformidade da Espessura da Parede
A espessura uniforme da parede é um princípio fundamental no projeto de peças plásticas. Espessuras de parede não{1}}uniformes levam a fluxo de fusão inconsistente e retração por resfriamento, resultando em defeitos como marcas de afundamento, vazios, empenamento e até mesmo rachaduras. Além disso, pode causar marcas de encolhimento, tensões internas, deformações, diferenças de cor ou variações de transparência. Paredes excessivamente finas podem reduzir a resistência e a rigidez da peça durante o uso e a montagem. Do ponto de vista económico, peças excessivamente espessas aumentam os custos de material e o tempo de produção. As áreas de plástico mais espessas esfriam mais lentamente e são propensas a marcas de afundamento. A Figura 1 ilustra o projeto de espessura de parede uniforme.
Se a transição de uma seção mais espessa para uma mais fina for inevitável, ela deverá ser gradual, mantendo uma proporção máxima de espessura de parede de 3:1, conforme mostrado na Figura 2.
Em muitos casos, os projetistas podem utilizar nervuras para alterar a espessura da parede. Isto não só economiza material, reduz os custos de produção, mas também reduz o tempo de resfriamento. O tempo de resfriamento é aproximadamente proporcional à espessura da parede.
Além disso, os projetistas também devem considerar o comprimento do caminho do fluxo, que é a distância que o material fundido percorre da comporta até várias partes da cavidade. Normalmente, o comprimento do caminho do fluxo é proporcional à espessura da parede. Quanto maior a espessura da parede, maior será o caminho do fluxo. Se a relação entre o comprimento do caminho de fluxo e a espessura da parede for muito alta, poderá ocorrer material insuficiente ou enchimento incompleto longe da comporta. Portanto, em alguns casos, pode ser necessário aumentar a espessura da parede.
Cantos afiados
Cantos agudos geralmente levam a defeitos nas peças e concentração de tensão. Essas áreas são propensas ao acúmulo de material durante o pós{1}}processamento, como galvanoplastia ou pintura. A concentração de tensão pode causar a fratura da peça sob carga ou impacto. Portanto, cantos vivos devem ser evitados no projeto. A Figura 3 mostra um exemplo de design de canto agudo.
Considerações sobre ângulo de aproximação e direção de ejeção
Direção de ejeção e linha de partição
No início do projeto do produto de injeção, é crucial determinar a direção de ejeção e a linha de partição. Isso minimiza a necessidade de mecanismos de ação-lateral e reduz o impacto da linha de partição na aparência. Uma vez determinada a direção de ejeção, estruturas como nervuras, encaixes-de encaixe e saliências devem ser alinhadas com ela para evitar ações-laterais, reduzir linhas de malha e prolongar a vida útil do molde. Posteriormente, uma linha de partição adequada pode ser escolhida para melhorar a aparência e o desempenho do produto.
Quando uma peça é removida do molde, ela deve superar a força de ejeção e a força de abertura. A força de abertura refere-se ao processo de separação da peça da cavidade. À medida que a peça esfria no molde, ela encolhe, fazendo com que as paredes do furo agarrem firmemente o núcleo. O atrito entre a peça e o núcleo, a adesão a vácuo na parte inferior dos furos e outros fatores tornam a força de ejeção muito maior que a força de abertura. A força de ejeção excessiva pode causar deformação, branqueamento, enrugamento e desgaste superficial da peça.
Ângulo de inclinação
O ângulo de inclinação é crítico para determinar a magnitude da força de ejeção. Como as peças moldadas por injeção geralmente aderem ao núcleo (parte macho) após o resfriamento e o encolhimento, o uso do mesmo ângulo de inclinação na cavidade e no núcleo garante uma espessura de parede uniforme e evita que a peça grude na cavidade mais quente após a ejeção. Em casos especiais, se for necessário que a peça grude na cavidade após a ejeção, o ângulo de saída na cavidade adjacente pode ser reduzido ou um rebaixo intencional pode ser adicionado à cavidade.
Não existe um valor fixo para o ângulo de saída; geralmente é determinado empiricamente. Um ângulo de inclinação tão pequeno quanto 1/8 ou 1/4 grau pode ser usado em paredes externas altamente polidas. Para peças mais profundas ou com texturas, o ângulo de saída deve ser aumentado de acordo. Normalmente, para cada 0,025 mm de profundidade de textura, o ângulo de saída precisa ser aumentado em 1 grau.
Além disso, embora ângulos de saída maiores geralmente facilitem a desmoldagem das peças, manter a precisão dimensional é fundamental. Erros dimensionais causados pelo ângulo de saída devem ser mantidos dentro da tolerância de precisão. Para peças com alto encolhimento ou formatos complexos, um ângulo de saída maior deve ser considerado.
Costelas em design de peças plásticas
A resistência de uma peça plástica não depende apenas do aumento da espessura da parede. Na verdade, o aumento da espessura da parede leva a um maior encolhimento, resultando em tensões internas que na verdade reduzem a resistência. A chave para melhorar a resistência de uma peça plástica reside na sua rigidez. Isso geralmente é conseguido combinando uma estrutura de parede-fina com nervuras estrategicamente posicionadas para aumentar o módulo da seção.
Considerações para design de nervuras
No entanto, a adição de nervuras aumenta a espessura na junção com a parede principal. Esta espessura é normalmente determinada pelo diâmetro do maior círculo inscrito, que por sua vez é determinado pela espessura da nervura e pelo raio da raiz. Para uma espessura de parede base de 4 mm, a variação da espessura da nervura e do raio da raiz altera o diâmetro do maior círculo inscrito. A Figura 4 mostra como o aumento da espessura da parede local pode levar a marcas de afundamento na superfície oposta, afetando a aparência. Um projeto racional pode reduzir a probabilidade de depressão superficial, melhorando assim a qualidade da peça.
A análise mostra que a espessura de uma nervura deve ser minimizada tanto quanto possível dentro de um determinado intervalo. Se a costela for muito fina, sua altura deverá ser aumentada para manter a rigidez. No entanto, nervuras excessivamente finas podem causar empenamento durante a injeção, dificuldade no preenchimento do molde e aderência ao molde. O raio na base da nervura não deve ser muito pequeno para evitar concentração de tensões.
Normalmente, o raio da raiz de uma nervura deve ser de pelo menos 40% da espessura da nervura. A espessura da nervura deverá ser de 50% a 75% da espessura da parede de base, sendo percentuais maiores aplicáveis apenas a materiais com baixa retração. A altura da nervura deve ser inferior a cinco vezes a espessura da base. As nervuras devem ter um ângulo de saída e sua orientação deve estar alinhada com a direção de ejeção, ou podem ser usados componentes móveis do molde. O espaçamento entre as nervuras deve ser superior ao dobro da espessura da base.
Para obter rigidez uniforme em todas as direções, o método mais simples é adicionar nervuras tanto longitudinalmente quanto transversalmente, com as nervuras se cruzando perpendicularmente. No entanto, isto aumenta a espessura da parede na intersecção, levando a uma maior retração. Uma solução comum é adicionar um furo circular na interseção para formar uma espessura de parede uniforme, conforme mostrado na Figura 5.
Considerações de projeto para furos em peças plásticas
1. Localização e resistência do furo
É prática comum incorporar furos em peças plásticas para facilitar a montagem ou para fins funcionais. Idealmente, o tamanho e a localização desses furos não devem comprometer a resistência do produto nem aumentar a complexidade da fabricação. Considerações principais:
A distância entre furos adjacentes, ou a distância de um furo até a borda mais próxima, deve ser pelo menos igual ao diâmetro do furo. Isto é especialmente importante para furos próximos às bordas, para evitar quebras. Para furos roscados, a distância do furo até a borda do produto é normalmente maior que três vezes o diâmetro do furo.
2. Tipos de furos
Os furos vêm em vários tipos, como furos passantes, furos cegos e furos escalonados. Do ponto de vista da montagem, os furos passantes são mais comuns e mais fáceis de usinar do que os furos cegos. Em termos de projeto de molde, a estrutura dos furos passantes é mais simples. Eles podem ser formados colocando machos nas partes móveis e fixas do molde, ou usando um único macho em apenas uma peça. O primeiro cria duas vigas cantilever sob a ação do plástico fundido, mas devido aos comprimentos curtos das vigas, a deformação é mínima. Este último normalmente forma uma viga simplesmente apoiada, com deformação mínima. Quando dois núcleos são usados, seus diâmetros devem ser ligeiramente diferentes para evitar desalinhamento e garantir uma superfície de contato lisa. Furos cegos formados por pinos de núcleo cantilever são mais propensos a dobrar sob o impacto do plástico derretido, levando a formatos de furos irregulares. Normalmente, a profundidade de um furo cego não deve exceder o dobro do seu diâmetro. Para furos cegos com diâmetro igual ou inferior a 1,5 mm, a profundidade não deve exceder o diâmetro. A espessura da parede na parte inferior de um furo cego deve ser de pelo menos um{11}}sexto do diâmetro do furo para evitar encolhimento.
3. Orifícios laterais
Os furos laterais são normalmente formados usando núcleos laterais, o que aumenta o custo e a manutenção do molde, especialmente quando o núcleo lateral é longo e propenso a quebrar. Se for viável, o projeto pode ser melhorado conforme mostrado na Figura 6 para mitigar esses problemas.
Chefes no projeto de peças plásticas
As saliências normalmente se projetam da espessura da parede principal e são usadas para montagem de produtos, espaçamento de objetos e suporte de outros componentes. As saliências ocas podem acomodar inserções ou parafusos. Estas aplicações exigem que os ressaltos tenham resistência suficiente para suportar a pressão sem rachar. Os ressaltos geralmente são cilíndricos, pois esse formato é mais fácil de moldar e oferece melhores propriedades mecânicas.
Integração com Estrutura
Idealmente, uma saliência não deve ser projetada como um cilindro isolado, mas deve ser conectada à parede externa ou usada em conjunto com nervuras. Essa abordagem aumenta a resistência da saliência e auxilia no fluxo suave do material plástico. A conexão com a parede externa deve ser uma conexão-de parede fina para evitar marcas de afundamento.
O raio do filete na base onde a saliência se conecta ao substrato deve ser de 0,4 a 0,6 vezes a espessura do substrato. A espessura da parede do ressalto deve ser de 0,5 a 0,75 vezes a espessura do substrato. A parte superior do ressalto deve ser chanfrada para facilitar a instalação do parafuso. As saliências também devem ter um ângulo de inclinação. Esses requisitos de projeto são semelhantes aos das nervuras, portanto, uma saliência pode ser considerada uma variação de uma nervura. Consulte as Figuras 7 e 8 para ver essas relações.
Ressaltos roscados para parafusos auto-roscantes-
Muitas saliências são usadas para conectar parafusos auto-roscantes. As roscas internas nessas saliências são formadas por um processo de moldagem-de fluxo a frio, que molda o plástico por meio de deformação em vez de corte. As dimensões dos ressaltos roscados devem ser suficientes para suportar as forças de inserção dos parafusos e as cargas que suportam. O diâmetro do furo na saliência deve garantir que o parafuso permaneça seguro sob condições especificadas de torque e vibração.
O diâmetro externo da saliência deve suportar as forças circunferenciais geradas durante o aperto do parafuso sem fraturar. Para facilitar a inserção do parafuso, geralmente é fornecido um escareador na parte superior do ressalto, com diâmetro um pouco maior que o diâmetro nominal do parafuso. O cálculo das dimensões da saliência pode ser complexo.
Recomenda-se um método de estimativa simplificado, sugerido em sites estrangeiros e baseado no diâmetro nominal do parafuso. Primeiro, determine o material do parafuso e, em seguida, com base no coeficiente correspondente na tabela, substitua o coeficiente pelo diâmetro nominal do parafuso para determinar o tamanho apropriado.
Conexões-de encaixe instantâneo em projetos de peças plásticas
A montagem de encaixe{0}}é um método de conexão conveniente, econômico e ecologicamente correto. Os componentes de encaixe rápido são moldados simultaneamente com o produto, eliminando a necessidade de fixadores adicionais, como parafusos. A montagem envolve simplesmente encaixar as peças correspondentes.
O princípio de uma conexão de encaixe rápido envolve empurrar uma parte saliente de um componente sobre uma obstrução em outro. Este processo envolve deformação elástica; assim que a obstrução for eliminada, a peça volta à sua forma original e trava no lugar, conforme mostrado na Figura 9. As conexões de encaixe-de encaixe podem ser permanentes ou removíveis.
Estruturalmente, os ajustes-de encaixe podem ser classificados nos tipos cantilever, anular e esférico, conforme mostrado na Figura 10.
Principais ângulos e cálculos
Ângulos Críticos
Os dois ângulos principais no design de-ajuste instantâneo são o ângulo de retorno (ou ângulo de retenção) e o ângulo-de entrada. Geralmente, um ângulo de retorno maior favorece um ajuste mais seguro. Quando o ângulo de retorno se aproxima de 90 graus, a conexão-de encaixe torna-se permanente, conforme mostrado na Figura 11.
