As peças do molde não são tão misteriosas depois que você desmonta algumas ferramentas para reparo. O núcleo forma a superfície interna, a cavidade forma a parte externa e todo o resto está lá apenas para apoiar essas duas peças ou mover coisas. Mas os detalhes ficam confusos dependendo do que você está moldando e de quanto tempo a ferramenta precisa para durar.
O aço P20 é o que a maioria das oficinas domésticas usa para ferramentas de uso geral. Custa cerca de US$ 5,40/lb da Castle Metals quando pedimos 1.800 libras em março de 2024. Isso é pré-endurecido a 30 HRC para que você possa usiná-lo sem tratamento térmico, o que economiza semanas de atraso no cronograma. Para uma base de molde de tamanho médio, talvez 18"x24", você está considerando 400-500 libras de aço apenas para os blocos de núcleo e cavidade.
O H13 custa mais e as máquinas são mais lentas, mas você obtém melhor resistência ao desgaste. Nós só o usamos quando o cliente usa materiais com enchimento de vidro-ou deseja um ciclo de vida superior a 200 mil. A dureza após o tratamento térmico é de cerca de 50 HRC versus 30 para P20, o que significa ferramentas de metal duro e avanços mais lentos. A EDM torna-se necessária para quaisquer características finas porque não é possível fresar aço endurecido com eficiência.
Os pinos ejetores parecem simples até que não sejam
Os pinos ejetores redondos padrão da Progressive Components custam talvez US$ 8-12 cada, dependendo do diâmetro. O problema não é o custo, é fazê-los funcionar de forma confiável por dezenas de milhares de ciclos sem danificar o furo.
Fizemos uma ferramenta no ano passado para pinos ejetores de acabamento interno automotivo - 32 porque a peça tinha geometria complexa. Após 8.000 ciclos, seis pinos travavam de forma intermitente. Rasguei o molde e encontrei escoriações nos eixos dos pinos onde eles passavam pela placa ejetora. O acabamento do furo foi de 32 Ra quando deveria ser de 16 Ra ou melhor. A responsabilidade é nossa por não pegá-lo durante a aceitação do molde.
Corrigido puxando todos os pinos, polindo os furos para 12 Ra e instalando pinos nitretados. Os pinos nitretados custam cerca de US$ 14 cada, contra US$ 9 do padrão, mas a dureza da superfície salta para 65 HRC. A ferramenta executou outros 40.000 ciclos antes de detectarmos qualquer problema.
Os ejetores de lâmina são diferentes - você está fazendo EDM com fio em um formato personalizado em vez de usar material redondo. Leva uma eternidade e custa de acordo. Fiz um conjunto para uma caixa de bateria que custou US$ 2.100 em tempo de usinagem, enquanto os pinos redondos custariam talvez US$ 400 no total. Mas alfinetes redondos não funcionariam com as costelas profundas dessa parte.
Os canais de resfriamento são muito mais importantes do que as pessoas pensam
O tempo do ciclo é basicamente controlado pela rapidez com que você consegue resfriar a peça. Medimos isso em um invólucro de polipropileno com - 8mm de espessura de parede, temperatura do molde de 180 graus F. Com linhas de resfriamento de 3/8" de diâmetro espaçadas de 1,2" da superfície da cavidade, o tempo de resfriamento foi de 38 segundos. Mudou as linhas para espaçamento de 0,7 "e reduziu para 26 segundos.
Essa redução de 12 segundos não parece muito até que você esteja executando 500.000 peças por ano. Economiza cerca de 1.660 horas de tempo de impressão anualmente, o que, com uma taxa de máquina de US$ 65/hora, representa mais de US$ 100 mil em custos de fabricação reduzidos. No entanto, o redesenho da linha de resfriamento só adicionou talvez US$ 3.500 ao custo da ferramenta.
O resfriamento conformal usando insertos de molde impressos em 3D pode reduzir outros 20{4}}30% no tempo de resfriamento, mas você está pagando entre US$ 95 e 115 por polegada cúbica de material impresso. Fizemos uma análise de custo para um molde de dispositivo médico - o encarte impresso custaria US$ 18.000 contra US$ 4.000 para o resfriamento convencional perfurado. O retorno foi de 14 meses em seu volume de produção, então eles o repassaram.
Unidades de controle de temperatura são outra coisa. Os baratos da China custam US$ 1.800-2.500 e têm uma estabilidade de temperatura terrível - medimos uma variação de ±8 graus F em uma unidade. As unidades de tratamento térmico custam entre US$ 6.500 e 9.000, mas mantêm ± 1 grau F. Para resinas de engenharia onde a precisão da temperatura do molde é importante, vale a pena pagar por isso.
A taxa de fluxo através dos canais de resfriamento precisa atingir o fluxo turbulento - número de Reynolds acima de 4.000 ou mais. Testamos isso com bombas diferentes em uma ferramenta - a 2 GPM em linhas de 3/8", o fluxo era laminar e o resfriamento era sugado. Aumentei para 5 GPM e as temperaturas se estabilizaram. Ir para 8 GPM não ajudou muito mais, apenas desperdiçou a capacidade da bomba.
Tipos de portões e a bagunça que eles causam
Os portões de borda deixam uma marca visível que precisa ser aparada. Simples de usinar, mas você está pagando alguém para aparar peças manualmente ou configurar um dispositivo de corte. Ninguém se importa com peças industriais, mas com produtos de consumo é inaceitável.
Os portões do submarino se rompem durante a ejeção, portanto não há corte manual. O canal do portão escava sob a superfície da peça com calado de 5 a 7 graus. Quando o ângulo de saída está errado ou o diâmetro da comporta é superdimensionado, a comporta não corta corretamente e você obtém material rasgado no local da comporta.
Se isso tivesse acontecido em uma peça cosmética da carcaça, a porta - foi especificada com 0,060" de diâmetro, mas foi usinada com 0,072" porque alguém interpretou mal o desenho. As peças saíram com cicatrizes ásperas que não atendiam às especificações de aparência. Levamos um dia inteiro para retrabalhar a área do portão e testar as fotos antes de voltarmos às especificações.
As câmaras quentes eliminam totalmente o desperdício de câmaras, mas você está gastando US$ 18.000-30.000 em um sistema múltiplo para uma ferramenta de 4 cavidades. A manutenção é constante – os bicos ficam entupidos, os termopares falham, as bandas do aquecedor queimam. Orçamos entre US$ 1.500 e 2.500 por ano para reparos de câmaras quentes em ferramentas moderadamente complexas.
Alguns materiais não funcionam em câmaras quentes. Tentamos colocar PVC em uma câmara quente uma vez - péssima ideia. O material se degrada em temperaturas elevadas e você obtém liberação de gases de HCl que corrói tudo. Acabei convertendo novamente para câmara fria apesar do desperdício de material.
Os portões valvulados oferecem controle preciso, mas cada conjunto de pino de válvula custa US$ 1.800-2.400. Para uma ferramenta de 8-cavidades que custa quase US$ 20.000 apenas em ferragens de portão, além de você precisar de atuação hidráulica ou pneumática. Faz sentido apenas para aplicações-de alto nível, onde a estética da entrada e a consistência entre tomadas são essenciais.
Ações secundárias falham em padrões previsíveis
Os pinos angulares puxam os slides para trás conforme o molde se abre. O ângulo padrão é 18 graus da vertical - mais íngreme do que isso e você recebe cargas laterais excessivas, mais raso e o pino precisa ser muito longo. Usamos uma faixa de 15 a 20 graus, dependendo das restrições de espaço.
Os pinos falham onde o diâmetro muda - como passar de 0,500" para 0,375" de diâmetro. O raio de transição nítido cria concentração de tensão e você obtém rachaduras por fadiga após ciclos de 25k-40k. Um lote de pinos angulares falhou em 32.000 ciclos em uma ferramenta de náilon preenchida com vidro. Alterei o raio de transição de 0,020" para 0,080" e nitretei os pinos, o que resolveu.
As placas de desgaste sob as corrediças precisam ser substituídas a cada 60.000 ciclos ou mais. O PTFE com preenchimento de bronze- é um material padrão - custa cerca de US$ 45-65 por placa, dependendo do tamanho da Misumi. A substituição leva talvez 90 minutos, se você projetou para facilitar a manutenção. Algumas ferramentas têm as placas de desgaste enterradas, onde são necessárias 4 horas de desmontagem para acessá-las. Projeto ruim.
O núcleo hidráulico puxa completamente o pino angular - o cilindro hidráulico apenas empurra o núcleo para dentro e para fora. Muito mais flexibilidade na direção de atuação e você pode usar núcleos maiores. O cilindro custa US$ 1.400-2.200 dependendo do tamanho do furo e do comprimento do curso. A maioria das máquinas de moldagem possui sistema hidráulico auxiliar que pode operar de 2 a 3 núcleos, além disso, você precisa de uma unidade de alimentação externa.
A ventilação é ignorada até que você tenha marcas de queimadura
O ar preso é comprimido durante a injeção e aquecido até 700-800 graus F, o que queima o plástico e deixa marcas pretas. As aberturas padrão têm 0,0008-0,0012" de profundidade na linha de partição - profundas o suficiente para o ar, mas muito rasas para o plástico passar.
Na prática, as aberturas de ventilação ficam obstruídas com desmoldante e resina degradada. Você os limpa semanalmente com escovas de latão ou jateamento. Demora cerca de 30 minutos por molde se as aberturas de ventilação estiverem acessíveis, e mais se estiverem enterradas em alguma área de fechamento complicada.
Os plugues de ventilação porosos custam US$ 95-140 cada, mas funcionam muito melhor do que os respiradouros usinados em locais apertados. O metal sinterizado é poroso na escala de 25-30 mícrons, então o gás escapa, mas o plástico não consegue penetrar. Colocamos estes em áreas de nervuras profundas ou geometria complexa onde a ventilação convencional não funciona.
Alguns construtores estão usando ablação a laser para micro{0}}ventilação agora - queima canais de 0,0003-0,0006" de profundidade que são menos propensos a piscar. Ainda não tentamos fazer isso porque não temos equipamento a laser. Provavelmente precisamos fazer trabalho aeroespacial ou médico para justificar esse investimento.
Quando componentes baratos destroem o seu dia
Comprei pinos de retorno do ejetor com desconto uma vez para economizar US $ 180 na construção de uma ferramenta. Os pinos mediram 36 HRC em vez do mínimo especificado de 48 HRC. Após 4.200 ciclos, as cabeças dos pinos cresceram e ficaram presas na placa ejetora. Molde bloqueado completamente.
Tive que demolir tudo, substituir todos os seis pinos de retorno por unidades de dureza adequadas e limpar os orifícios danificados da placa ejetora. Perdeu três dias de produção e queimou US$ 1.800 em mão de obra de reparos de emergência. Isso é o que acontece quando você barateia US$ 30 em componentes.
Pinos líderes e buchas controlam o alinhamento do molde. A folga padrão é de 0,0007-0,0010" de diâmetro para uma operação suave e sem falhas. Especificamos pinos líderes revestidos de diamante da DME por US$ 135 cada para ferramentas que utilizam materiais abrasivos - eles duram talvez de 6 a 8 vezes mais que os pinos não revestidos.
As buchas de sprue da Strack ou Hasco custam US$ 80-120 cada, dependendo do raio da ponta e do diâmetro da porta. O raio onde o canal de entrada encontra o bico é importante - muito agudo e você obtém concentração de tensão e eventuais rachaduras. Usamos raio mínimo de 0,500" em ferramentas de câmara fria, e maior para manifolds de câmara quente.
A moldagem por inserção fica complicada
As pastilhas de metal precisam de localização precisa - até mesmo um desalinhamento de 0,015" pode causar problemas dimensionais. Pinos de localização carregados por mola- seguram a pastilha contra superfícies de referência durante o fechamento do molde. Os pinos custam talvez US$ 25-40 cada, da Misumi ou Fibro, um componente bastante padrão.
A retenção da pastilha depende do intertravamento mecânico. O recartilhamento em pastilhas cilíndricas de latão melhora a força de arrancamento em 35-40% em comparação com pastilhas lisas com base em testes que fizemos em náilon 6/6. O serrilhado de diamante funciona melhor do que o recartilhado reto porque você obtém mais área de superfície.
Fizemos um projeto de sobremoldagem onde a primeira foto do ABS precisou de 5 horas de exposição atmosférica antes da segunda foto do TPE. Algo sobre estabilização dimensional antes da sobremoldagem - o engenheiro não explicou muito bem, mas foi o que o fornecedor da resina recomendou. Significava que precisávamos de estoque intermediário e espaço em rack, o que complicava a programação da produção.
Os moldes de duas{0}}tomadas evitam o problema de estoque fazendo as duas tiragens em um ciclo. O molde gira ou indexa entre estações. Mas o custo do ferramental salta para US$ 45.000-65.000, contra US$ 12.000-18.000 para moldagem sequencial. Só faz sentido em volumes realmente altos.
Por que as ferramentas de alumínio ainda têm lugar
Máquinas de alumínio são 4x mais rápidas do que aço para ferramentas. Uma cavidade que leva 28 horas para ser fresada em H13 leva talvez 7 horas em alumínio QC-10. A uma taxa de loja de US $ 90 / hora, isso é muito dinheiro.
A vida útil da ferramenta é o problema - o alumínio é bom para 8.000 a 12.000 ciclos, dependendo da resina e das condições. Ótimo para prototipagem ou ferramentas de ponte, mas você não pode executar volumes de produção. O alumínio QC-10 custa cerca de US$ 9,50/lb contra US$ 5,40 do aço P20, portanto o custo do material é mais alto, mas a economia de usinagem mais do que compensa.
Alguns construtores usam cavidades de alumínio com núcleos de aço e inserções de portão. Fizemos isso com uma tiragem de 35.000 peças - economizando cerca de US$ 6.500 em custos de ferramentas em comparação com toda-construção em aço. A cavidade de alumínio desgastou-se em cerca de 32.000 ciclos e precisou de um pequeno polimento, mas sobreviveu.
Kirksite é ainda mais barato que o alumínio, mas nunca o vi usado para moldagem por injeção real. Talvez para aplicações-de baixa pressão, mas não para injeção padrão.
Adição sugerida para o final do artigo
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