Tecnologias essenciais da análise de fluxo de moldagem para otimizar defeitos em moldes de injeção.

Na produção moderna de moldagem por injeção, as taxas de defeitos do produto, o desperdício de material e as paralisações da produção causadas por defeitos no molde são problemas comuns no setor. De acordo com as estatísticas da indústria, a taxa de aprovação no primeiro teste de moldes sem otimização por análise de fluxo é de apenas 40% a 50%, enquanto defeitos comuns levam diretamente a uma redução da eficiência da produção em mais de 30%. Baseada em princípios de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) e termodinâmica, a análise de fluxo em moldes pode simular com precisão todo o processo de fusão do plástico na cavidade do molde, fornecendo uma base científica para o projeto do molde e o ajuste do processo. O molde de teste com ranhuras é fundamental para a verificação dos resultados da análise, e a combinação dos dois forma o sistema central para o controle de defeitos.

I. Defeitos comuns em moldes de injeção e seu impacto na produção

1. Tipos de defeitos comuns

Os defeitos típicos na produção de moldes de injeção incluem rebarbas, falhas de injeção, bolhas de ar, deformação por empenamento, linhas de solda e marcas de afundamento. Dentre esses, a taxa de ocorrência de rebarbas em produtos de paredes finas chega a 60%; linhas de solda são comuns em produtos com cavidades complexas; e a deformação por empenamento é proeminente em produtos de plásticos de engenharia, como ABS e PC.

2. Impacto na eficiência da produção e na qualidade do produto

A taxa de retrabalho causada por rebarbas é de aproximadamente 15% a 20%, com um tempo médio de retrabalho de 3 a 5 minutos por peça; o desperdício de material causado por injeções incompletas representa de 8% a 12%; e a taxa de refugo de produtos com deformação por empenamento pode chegar a 25%. Além disso, o tempo de parada do molde e de depuração devido ao tratamento de defeitos representa de 20% a 25% do tempo total de produção, restringindo severamente a capacidade produtiva.

II. Princípios básicos e dados-chave da análise de fluxo de moldagem

1. Princípio básico da análise de fluxo de moldagem

Ao criar um modelo de molde 3D e um banco de dados de materiais plásticos, o sistema simula todo o processo de fusão, desde a injeção até o resfriamento e a solidificação. Com o auxílio de cálculos numéricos, ele reproduz a distribuição dos campos de temperatura, pressão e velocidade, e prevê a localização e a causa de defeitos.

2. Interpretação dos principais indicadores de dados

Os principais indicadores de dados incluem tempo de fluxo, distribuição de pressão, distribuição de temperatura, taxa de cisalhamento e tempo de solidificação. A diferença no tempo de fluxo deve ser controlada dentro de ±0,3 s; a pressão máxima de injeção na cavidade deve ser inferior a 85% da pressão admissível do molde (a pressão admissível de moldes de plásticos de engenharia em geral é de 150 a 200 MPa); o erro de uniformidade da distribuição de temperatura deve ser ≤5 °C; a taxa de cisalhamento deve ser controlada entre 1000 e 5000 s⁻¹; e o tempo de solidificação geralmente representa de 70% a 80% do tempo total de resfriamento.

III. Métodos Essenciais de Análise do Fluxo de Moldagem para Otimização de Defeitos em Moldes de Injeção

1. Otimização do projeto da porta lógica

(1) Determinação da posição do ponto de injeção: Com base na simulação do fluxo de material fundido, o ponto de injeção é posicionado no ponto mais distante do fluxo na cavidade ou na posição com a maior espessura de parede, evitando as áreas críticas de resistência do produto. Para produtos com cavidade única, o número de pontos de injeção geralmente é de 1 a 2.

Otimização do tamanho do ponto de injeção: Calculado com base na fluidez do material e no peso do produto, o diâmetro do ponto de injeção para produtos pequenos de PP é de 0,8 a 1,2 mm e, para produtos grandes, é de 1,5 a 2,5 mm.

2. Otimização do Sistema de Corredores

Projeto do Layout dos Canais de Distribuição: Prioriza-se um layout equilibrado para garantir uma distância de fluxo de material fundido e perda de pressão consistentes em cada cavidade. A diferença no comprimento dos canais deve ser controlada em até 5%. O diâmetro do canal principal é de 1 a 2 mm maior que o dos canais secundários, e o diâmetro dos canais secundários é de 4 a 8 mm.

Otimização do tamanho do canal de distribuição: Garantir que a perda de pressão do material fundido no canal de distribuição seja ≤30MPa e reduzir a diferença no tempo de preenchimento de moldes multicavidades para menos de 0,2s.

3. Otimização do Sistema de Refrigeração

Projeto do canal de água de refrigeração: Segue o princípio de "proximidade à cavidade e distribuição uniforme". A distância entre o canal de água e a superfície da cavidade é de 15 a 25 mm, e o espaçamento entre os canais de água é de 25 a 35 mm. Canais de água conformes são usados ​​para moldes com superfícies curvas complexas, o que pode melhorar a uniformidade da refrigeração em mais de 40%.

Seleção do fluido de resfriamento: Água de resfriamento industrial (temperatura de 20 a 25 °C) com vazão de 1,5 a 2,5 m³/s é utilizada para produtos comuns; resfriamento com água gelada (temperatura de 5 a 10 °C) é utilizado para plásticos de engenharia ou produtos de paredes espessas, e a flutuação de temperatura da superfície do molde é ≤ 3 °C.

4. Otimização dos parâmetros do processo de injeção

Pressão e velocidade de injeção: A pressão de injeção é definida entre 1,1 e 1,2 vezes a pressão máxima da cavidade. Adota-se uma velocidade segmentada: 30-50 mm/s na fase inicial de preenchimento, 60-100 mm/s na fase intermediária e 20-40 mm/s na fase final.

Pressão e tempo de retenção: A pressão de retenção é de 60% a 80% da pressão de injeção. O tempo de retenção é determinado pela espessura da parede do produto — para cada aumento de 1 mm na espessura da parede, o tempo de retenção é prolongado em 1 a 1,5 segundos.

Temperatura de moldagem: A temperatura do cilindro é de 20 a 40 °C superior ao ponto de fusão do plástico (200 a 240 °C para materiais ABS, 260 a 300 °C para materiais PC); para a temperatura do molde, é de 40 a 80 °C para plásticos cristalinos e de 60 a 120 °C para plásticos amorfos.

IV. Aplicação de moldes de teste de spline na análise de fluxo de moldagem

1. Visão geral dos moldes de teste de spline

Um molde padrão especialmente utilizado para verificar os resultados da análise de fluxo de moldagem, adotando as dimensões das ranhuras de tração padrão ISO 527-2 (170 mm × 15 mm × 4 mm). Pode ser projetado com uma ou múltiplas cavidades, equipado com canais de injeção, canais de distribuição e sistemas de refrigeração padrão. Ao produzir ranhuras padrão, detecta-se a consistência entre o desempenho de moldagem do material e os dados da análise.

2. Principais pontos de projeto de moldes de teste de estrias

O material do núcleo do molde é preferencialmente aço para moldes S136 ou H13, com dureza de HRC50-55 após tratamento térmico; a rugosidade da superfície da cavidade é Ra≤0,8μm; o sistema de ejeção utiliza uma combinação de pinos ejetores e placas ejetoras, com diâmetro dos pinos ejetores de 2-3mm e espaçamento de 30-40mm; e furos de montagem para sensores de temperatura são reservados para monitorar a temperatura da cavidade em tempo real.

3. Papel dos testes de spline na análise do fluxo de moldagem

Ele funciona como um "calibrador" para os resultados da análise, corrigindo os parâmetros do modelo ao comparar dados simulados e medidos. Por exemplo, se a análise de fluxo do molde prevê uma deformação da ranhura de 0,5 mm e a medição real é de 0,52 mm, o erro pode ser reduzido para ±3% após o ajuste. Ao mesmo tempo, ele pode verificar os parâmetros do processo antecipadamente — como testar a resistência da linha de solda das ranhuras sob diferentes velocidades de injeção para determinar a faixa de processo ideal.

V. Análise de Caso Prático

Uma empresa utilizou material ABS para produzir frisos de portas automotivas. O primeiro teste de moldagem apresentou linhas de solda severas e deformação por empenamento, com uma taxa de defeitos de 12%. A análise do fluxo de moldagem revelou que o projeto de entrada única do molde original resultou em um caminho de preenchimento do material fundido excessivamente longo, e a distribuição irregular dos canais de refrigeração causou uma diferença de temperatura de 8°C na cavidade.

Plano de Otimização: Adicionar 1 comporta auxiliar e adotar um canal de alimentação balanceado; ajustar o espaçamento dos canais de refrigeração para 30 mm e adicionar 2 canais de refrigeração conformes. Os testes de reforço da junta estriada mostraram que a resistência à tração da linha de solda aumentou de 18 MPa para 25 MPa e a deformação diminuiu de 0,8 mm para 0,3 mm.

Após a aplicação do plano de otimização, a resistência da linha de solda do produto atingiu o padrão, a deformação por empenamento tornou-se controlável, a taxa de defeitos caiu para 2,5%, a eficiência da produção aumentou em 28% e o desperdício de material por lote diminuiu em 10%.

VI. Tendências de desenvolvimento da tecnologia de análise de fluxo de moldes

1. Integração com IA e Big Data

Avançando rumo à inteligência artificial, os algoritmos de IA identificam automaticamente defeitos de projeto e espaços para otimização de parâmetros, combinando-os com big data para realizar o autoaprendizado e a autocalibração do modelo. Alguns sistemas conseguem concluir a análise completa do processo de moldes complexos em 10 minutos, aumentando a eficiência em mais de 50%.

2. Simulação de Acoplamento de Campos Multifísicos

Aprimorar a análise de acoplamento do campo de fluxo, do campo de temperatura e do campo de tensão, simular a interação entre o fluxo de material fundido e a deformação da estrutura do molde e combinar com simulação colaborativa por software para realizar a verificação digital completa, desde o projeto até a previsão de desempenho.

VII. Conclusão

A análise de fluxo de moldagem é a tecnologia central para a otimização de defeitos em moldes de injeção, e os moldes de teste de spline aprimoram a confiabilidade das soluções de otimização. Ao otimizar o projeto e os processos, em conjunto com a verificação por teste de spline, a incidência de defeitos pode ser significativamente reduzida e a taxa de aprovação no primeiro teste de molde pode ser melhorada. Com o desenvolvimento da integração tecnológica, a análise de fluxo de moldagem desempenhará um papel ainda maior no campo da moldagem por injeção de precisão, promovendo a transformação da indústria rumo à alta eficiência, precisão e inteligência. Estabelecer um sistema de circuito fechado de "análise de fluxo de moldagem - teste de spline - otimização de molde" é fundamental para que as empresas aumentem sua competitividade.