O que é um relatório DFM (Design for Manufacturing) de moldagem por injeção?
O DFM (Design para Fabrico) o relatório para produtos moldados por injeção é uma ferramenta de avaliação meticulosamente concebida, especificamente para avaliar o design de produtos moldados por injeção. O objetivo principal deste relatório é garantir que o design do produto não seja apenas adequado ao processo de moldagem por injeção, mas também otimizado para reduzir custos e complexidades de fabrico.
Servindo como uma ponte entre os clientes do projeto e os fabricantes de moldes, facilita eficazmente a comunicação ao visualização de conceitos de design em imagens, melhorando assim a qualidade do produto e a eficiência da produção. Em suma, um relatório DFM é uma ferramenta analítica destinada a garantir a eficiência e a viabilidade de designs de produtos moldados por injeção.
Adicionalmente, para aplicações com requisitos mais elevados, a análise do fluxo do molde representa outro passo crítico. Embora seja frequentemente considerada uma parte da análise DFM, nem sempre é necessária. A análise do fluxo do molde ajuda os projectistas a compreender o comportamento dos materiais dentro do molde, optimizando tanto o design como o processo de produção.
Neste artigo, apresentaremos o conceito e a importância do relatório DFM de uma forma clara e concisa, complementado com exemplos específicos. O nosso objetivo é demonstrar como um relatório DFM pode ajudar a alcançar a melhor correspondência entre o design e a produção, levando a uma maior eficiência, redução de custos e melhor desempenho do produto.
O papel de um relatório DFM de moldagem por injeção
O relatório DFM (Design for Manufacturing) para produtos moldados por injeção desempenha um papel crucial no desenvolvimento do produto e no processo de fabrico. As suas principais funções podem ser resumidas da seguinte forma:
Confirmação e Otimização do Design do Produto: O relatório DFM analisa a viabilidade de um design no processo de fabrico, garantindo que os designs dos produtos cumprem os requisitos de fabrico. Explora também potenciais áreas de otimização no design do produto, melhorando significativamente a qualidade e a consistência do produto final.
Otimização de Planos de Design de Moldes: A análise DFM examina diferentes opções de design de molde para garantir que a melhor escolha é feita em termos de qualidade e eficiência de custos.
Encurtamento do Ciclo de Desenvolvimento do Produto: A análise DFM ajuda a identificar problemas de design antes da produção, evitando redesenho e retrabalho demorados durante a fase de produção, acelerando assim o tempo de introdução do produto no mercado.
Melhorar a Colaboração entre Design e Produção: O relatório DFM promove a comunicação e a colaboração entre designers e equipas de produção, ajudando ambas as partes a compreender melhor as necessidades e restrições umas das outras para alcançar a melhor solução de design.
Avaliar a Competência dos Fabricantes de Moldes: Nem todos os fabricantes de moldes estão familiarizados com os potenciais problemas e riscos na fabricação de produtos e moldes, e alguns podem não ser hábeis na criação de relatórios DFM. A qualidade dos seus relatórios DFM pode representar diferentes níveis de especialização e habilidade. Assim, serve como um bom método para avaliar as capacidades dos fabricantes de moldes.
Conteúdo típico de um relatório DFM
Um relatório DFM (Design for Manufacturability) padrão para produtos moldados por injeção inclui normalmente os seguintes elementos:
Nas secções seguintes, iremos desenvolver cada um destes elementos, complementados com exemplos práticos para ilustrar a sua aplicação e importância na conceção de produtos moldados por injeção. Esta abordagem proporcionará aos leitores uma compreensão mais profunda do valor de um relatório DFM e da forma como estas análises podem ser utilizadas para aumentar a eficiência da conceção do produto e do processo de fabrico.
Tipo e localização dos portões
Esta secção esclarece o caminhos e locais através dos quais o material entra no molde, desempenhando um papel fundamental na qualidade geral e no efeito de moldagem dos produtos moldados por injeção.
Um design de gate adequado é crucial para evitando defeitos comuns tais como empenamento, linhas de soldadura e marcas de gate.
Nota:
- Neste caso, posicionámos a porta na lateral do molde, perto de um canto, em vez de no meio. Esta colocação reduz significativamente o empeno da peça, uma vez que as portas no centro tendem a causar empeno em ambos os lados, afectando a planicidade.
- Além disso, utilizámos uma porta tipo banana, colocando a cicatriz da porta na superfície inferior, tornando-a oculta durante a montagem e reduzindo a necessidade de corte manual. Esta abordagem de design tem em conta tanto o aspeto estético do produto como a eficiência de fabrico.
Razão por trás da Escolha do Gate Banana
Para explicar melhor por que a opção de gate banana foi escolhida, vamos examinar uma comparação de três opções de design de moldagem por injeção ilustradas na figura seguinte:
Nota:
Opção 1 – Opção de Gate Direto/Gate de Sprue: Este tipo de design básico tem uma desvantagem significativa: deixa uma grande marca de gate no centro do produto, que pode até ser visível do outro lado, comummente referida como “corar o portão“. Devido a este problema estético, esta opção geralmente não é recomendada, a menos que o produto não tenha requisitos de aparência.
Opção 2 – Opção de Gate Lateral/Gate de Borda: Este design é mais viável, mas ainda tem desvantagens. Embora as marcas de gate sejam menores do que as deixadas por gates diretos, pequenas marcas permanecem nas bordas do produto. Estas podem ser visíveis após a montagem, tornando este design menos que ideal.
Opção 3 – Opção de Gate Banana: Este design esconde eficazmente as marcas de gate após a montagem, sendo assim a abordagem geralmente recomendada. No entanto, é importante notar que quebrar o gate e ejetar a peça pode ser algo desafiante com um gate banana, e também apresenta maior resistência ao fluxo.
Dado que o sprue está localizado no centro do molde, opção 2 e opção 3 são geralmente mais adequado para uma configuração de duas cavidades para evitar canais de alimentação excessivamente longos. No entanto, para produtos maiores onde uma configuração de cavidade única é preferida para poupar custos, um sistema de canal quente pode ser necessário para resolver o problema de canais de alimentação longos devido ao gate estar num lado do produto.
Tipo e localização dos pinos ejectores
Os pinos ejectores desempenham um papel crucial na libertação suave do produto moldado do molde. A seleção dos seus tipos e localizações precisas tem um impacto significativo na integridade e na qualidade da superfície do produto.
- Uma consideração fundamental durante a fase de conceção é se as marcas dos pinos ejetores são aceitáveis na superfície do produto.
- É essencial garantir que o produto possa ser ejetado suavemente do molde sem causar qualquer branqueamento esteticamente desagradável das marcas dos pinos ejectores ou outras formas de danos.
A configuração adequada dos pinos ejetores é vital para manter a integridade e a aparência do produto durante o processo de desmoldagem.
Nota:
- Uma vez que as nervuras e as saliências (qualquer caraterística com paredes verticais) criarão resistência à ejeção, os pinos de ejeção serão concebidos perto destas caraterísticas para equilibrar a resistência. Isto evitará a distorção da superfície (mantendo-os planos).
- Quanto mais nervuras a peça tiver, mais pinos ejectores terão de ser atribuídos para equilibrar a força de resistência das nervuras.
- Os tubos ejectores (semelhantes aos pinos ejectores, mas ocos no interior) serão colocados nas saliências com orifícios.
Colocação da linha de separação
A linha de separação, como um ponto crucial onde as metades do molde de injeção se encontram, afeta principalmente a aparência do produto, particularmente através da potencial formação de marcas de linha. Com o uso prolongado e desgaste do molde, estas marcas de linha podem tornar-se mais pronunciadas. Portanto, é aconselhável posicionar a linha de separação em áreas onde tem impacto mínimo na aparência do produto.
Além disso, como a linha de separação é onde o molde fecha, também pode afetar a precisão das dimensões do produto. Os impactos específicos na precisão dimensional podem ser encontrados na secção de dimensões tipo A das diretrizes de tolerâncias de moldagem por injeção.
Exemplo 1
Nota:
Para peças como este painel, a escolha da localização da linha de separação é relativamente simples e direta. Optar por uma posição numa superfície plana escalonada ajuda a evitar a criação de marcas de linha e é também menos suscetível ao desgaste do molde.
Exemplo 2
Nota:
Para este componente, o desenho da linha de separação é algo complexo. Normalmente, para peças de plástico em forma de tubo, a abordagem padrão (Opção 1) coloca a linha de separação numa superfície da extremidade. No entanto, dado o comprimento desta peça (que requer um molde muito alto) e a necessidade de manter um ângulo de inclinação mínimo ou nulo no diâmetro exterior (uma vez que um ângulo de inclinação alteraria visivelmente o tamanho de uma extremidade), posicioná-la horizontalmente no molde torna-se uma opção mais adequada, favorecendo assim a Opção 2.
Para evitar que o tubo fique oval ou se dobre, um entrada em raios foi concebido na superfície de extremidade. Uma desvantagem da Opção 2 é o canal de alimentação prolongado, o que leva a desperdício de material e à possibilidade de cold slugs. Para mitigar isto, adotar um design de canal quente pode ser uma solução benéfica, contrabalançando os problemas associados ao canal mais longo.
Colocação de elevadores e corrediças
No caso de peças plásticas com rebaixos, a utilização de mecanismos de deslizamento lateral, tais como elevadores e deslizadores, é essencial. O seu posicionamento deve ser especificamente destacado no relatório DFM.
À semelhança da linha de separação, os lifters e os sliders, enquanto componentes móveis, podem criar marcas de linha no produto. É crucial garantir que a sua colocação é aceitável em termos de aparência e funcionalidade do produto.
Além disso, estes componentes podem também afetar a precisão dimensional das peças, um impacto semelhante ao da linha de corte.
Nota:
A partir do exemplo da imagem acima, é evidente onde aparecerão as marcas de linha criadas pelo controlo deslizante. No entanto, estas marcas de linha podem ser muito subtis e quase imperceptíveis.
No entanto, se o produto for produzido em grandes quantidades, o desgaste do molde irá gradualmente tornar estas marcas mais pronunciadas. Por conseguinte, esta questão deve ser tida em consideração.
Análise da espessura das paredes e das nervuras
As espessuras das paredes e das nervuras têm um impacto significativo nos produtos moldados por injeção:
- Espessuras de parede desiguais ou inadequadas podem levar a problemas como deformação, contração desigual ou concentração de tensões durante o processo de fabrico.
- Uma espessura de parede adequada é crucial para assegurar a resistência estrutural do produto, garantindo simultaneamente um fluxo de material uniforme e o arrefecimento dentro do molde, evitando assim defeitos.
- A conceção da espessura das nervuras deve estar em harmonia com a espessura da parede primária para manter a resistência e a estabilidade globais do produto, bem como para otimizar a utilização do material e a eficiência da produção.
Nota:
Como mostrado neste exemplo, uma vez que as nervuras estão localizadas numa superfície inclinada, resulta inevitavelmente em algumas áreas com paredes mais espessas do que outras. Esta espessura desigual tende a levar à formação de marcas de afundamento nestas áreas.
Embora seja possível compensar isto durante a produção aumentando a pressão de injeção e o tempo de retenção, permanece algum grau de marcas de afundamento, como foi confirmado em execuções de produção subsequentes.
Análise dos ângulos do projeto
O ângulo de inclinação é um aspeto crítico da conceção de produtos moldados por injeção, afectando principalmente o processo de desmoldagem. Um ângulo de inclinação adequado assegura que o produto pode ser suave e completamente libertado do molde após a produção, minimizando os danos ou a deformação da superfície.
Se o ângulo de inclinação não for definido corretamente, o produto pode ficar colado ao molde durante a ejeção, aumentando as dificuldades de produção e o risco de danos. Por conseguinte, a conceção do ângulo de inclinação correto é vital para garantir a qualidade do produto e aumentar a eficiência da produção.
A maioria dos softwares de projeto modernos inclui funcionalidades de análise do ângulo de inclinação, que podem apresentar os ângulos de inclinação de várias áreas utilizando cores e números para facilitar a visualização.
Nota:
A partir do exemplo apresentado na imagem, é evidente que se a secção verde (a parte sem um ângulo de inclinação) tiver uma determinada altura, é essencial adicionar-lhe um ângulo de inclinação. No entanto, se a altura da secção verde for muito baixa, pode ser ignorada.
Otimização possível para o desenho da peça
Na conclusão do relatório DFM, com base na análise anterior, são apresentadas sugestões de melhoria específicas para o design do produto, particularmente no que diz respeito a ajustes na espessura da parede e nos ângulos de inclinação.
Além disso, os utilizadores do produto devem avaliar a viabilidade do design da porta, a disposição dos pinos ejectores e as definições da linha de separação com base nas propostas de design do molde mencionadas no relatório. Este processo tem como objetivo garantir que o design global cumpre os requisitos de produção e as normas de qualidade, facilitando um fluxo de trabalho de produção eficaz e eficiente.
Análise do fluxo do molde (MFA)
A análise do fluxo do molde é uma ferramenta essencial para simular e otimizar o processo de moldagem por injeção de plástico. Ao modelar o fluxo, o arrefecimento e a solidificação do plástico dentro do molde, ajuda a identificar potenciais problemas de produção, tais como armadilhas de gás, deformações, concentração de tensões ou enchimento insuficiente.
Esta análise permite a otimização da conceção do molde e dos parâmetros de injeção antes da produção real, garantindo a qualidade do produto e aumentando a eficiência da produção. A análise do fluxo do molde é importante para reduzir o número de ensaios, encurtar os ciclos de desenvolvimento do produto e diminuir os custos de produção.
No entanto, a análise de fluxo do molde também envolve custos adicionais. Não é necessária para todos os produtos, especialmente aqueles com estruturas mais simples. A decisão de realizar a análise de fluxo do molde deve basear-se em circunstâncias específicas, considerando a complexidade do produto, a escala de produção e a relação custo-benefício.
Geralmente, um relatório de análise de fluxo de molde inclui os seguintes conteúdos：
Em seguida, explicaremos o conteúdo do relatório relacionado com os potenciais defeitos de moldagem por injeção que podem ocorrer nas peças.
Informações gerais da peça (o peso e o tamanho da peça, o material a utilizar com um grau específico).
Processamento recomendado (parâmetros de moldagem, como pressão, temperatura, etc.)
Tempo de enchimento (isto incluirá uma animação do processo de enchimento).
Contorno de enchimento (parece um mapa de contorno geográfico).
Pressão na comutação V/P (ou seja, comutação do controlo de volume para o controlo de pressão).
Pressão no final do enchimento.
Temperatura da frente de fluxo.
Temperatura da massa no final do enchimento.
Força de fecho (isto sugerirá a tonelagem da máquina de injeção a utilizar).
Purgadores de ar (Tendência de bolhas de ar).
Linhas de soldadura.
Contração volumétrica na ejeção.
Índice do sumidouro (a tendência de marcas de afundamento).
Temperatura da peça no final do arrefecimento.
Deflexão (a tendência de empeno, curvatura e distorção).
Conclusões e sugestões.
Purgadores de ar
A armadilha de ar refere-se a áreas dentro do molde onde o ar fica preso durante o processo de moldagem por injeção. Este aprisionamento pode levar a defeitos no produto final, tais como vazios ou enchimento incompleto, uma vez que o ar aprisionado impede que o material plástico ocupe efetivamente toda a cavidade.
Nota:
Neste exemplo, podemos ver que esta peça tem uma baixa tendência para a formação de bolhas de ar, o que significa que deve ser boa para a produção.
Linhas de soldadura
A linha de soldadura indica os locais potenciais na peça moldada onde duas ou mais frentes de fluxo de plástico fundido podem convergir. Esta convergência pode criar uma linha ou costura, conhecida como linha de soldadura, que pode ser mais fraca e menos esteticamente agradável do que o material circundante, afetando potencialmente a integridade estrutural e a aparência da peça.
Nota:
Esta peça tem uma tendência moderada para formar linhas de soldadura. Se a cor e o brilho do material não forem escolhidos adequadamente, aparecerão linhas de fusão visíveis na superfície.
Índice do sumidouro
O Índice de Afundamento no relatório quantifica a probabilidade de formação de marcas de afundamento numa peça moldada. Estas marcas ocorrem tipicamente em áreas mais espessas onde o material encolhe à medida que arrefece, conduzindo a depressões ou reentrâncias na superfície.
Nota:
Com base no exemplo representado na imagem, a quantidade de afundamento prevista é ≤0,0218mm. Isto indica que as espessuras da parede e da nervura estão bem concebidas, e as marcas de afundamento situam-se dentro de um intervalo aceitável.
Além disso, para um aspeto visualmente apelativo, eis as quantidades de lava-loiça aconselhadas para vários tipos de acabamentos de superfície:
- Para uma superfície texturada: ≤0,10 mm
- Para uma superfície pintada: ≤0,05 mm
- Para uma superfície revestida: ≤0,03 mm
Deflexão
A Deflexão refere-se à probabilidade de uma peça moldada se deformar ou dobrar. Prevê o grau em que uma peça se pode deformar, normalmente devido a um arrefecimento desigual, à contração do material ou a tensões internas durante o processo de moldagem
Nota:
Neste exemplo, o foco deve ser a deflexão na direção Z, que se refere à deformação por empeno da peça. No entanto, com base na experiência, este empeno do painel pode ser minimizado aumentando a pressão e o tempo de embalamento, um facto que foi confirmado em execuções de produção subsequentes.
É importante notar que muitas ferramentas de software de análise de fluxo de molde nem sempre são precisas na previsão da extensão do empeno da peça. Confiar na experiência continua a ser crucial para uma análise eficaz.
Desenho do molde
Note-se que o objetivo do DFM não é aprofundar os pormenores intrincados do molde, mas apresentar sucintamente as informações mais importantes. Esta abordagem ajuda-o a concentrar-se nos aspectos principais, poupando tempo na preparação do relatório.
Para uma visão abrangente do molde, é aconselhável solicitar o desenho do molde.
O desenho do molde é especialmente valioso para quaisquer necessidades futuras de reparação. Contém todos os dados dimensionais necessários para a maquinação CNC dos componentes do molde.
Conclusão
Em conclusão, através das etapas de análise acima descritas, os riscos potenciais podem ser amplamente antecipados, permitindo a identificação e a melhoria dos problemas existentes. Este processo também permite o estabelecimento de um plano de conceção básico antes da produção, tornando o trabalho subsequente mais organizado e sistemático.
No entanto, é importante notar que a análise do software de design 3D não é totalmente precisa, mas oferece, ainda assim, um valor de referência significativo.
