Injeções incompletas na moldagem por injeção: análise de causas, soluções e casos práticos

I. A natureza dos tiros curtos: ruptura dinâmica do equilíbrio do fluxo

A formação de falhas de injeção não é causada por um único fator; sua essência reside na ruptura do equilíbrio dinâmico entre a "energia propulsora" e a "resistência ao fluxo" do plástico fundido durante o processo de preenchimento. De uma perspectiva microscópica, para que a frente de fusão complete o preenchimento da cavidade, ela deve superar três tipos principais de resistência:

1. Resistência viscosa da própria massa fundida: Gerada pela viscosidade do material e pelo atrito do canal de alimentação;

2. Decaimento da pressão: A perda de pressão do material fundido desde o ponto de entrada até o final da cavidade aumenta exponencialmente com o comprimento do percurso do fluxo;

3. Gradiente de temperatura: O resfriamento do material fundido leva a um aumento acentuado na viscosidade — para cada queda de 10°C na temperatura, a viscosidade pode aumentar 2,3 vezes (de acordo com a equação de Arrhenius).

Quando a soma dessas resistências excede a força propulsora fornecida pelo sistema de injeção, a frente de material fundido solidifica antes de preencher completamente a cavidade, resultando no defeito de injeção incompleta.

As manifestações típicas de tiros curtos incluem:

● Escassez progressiva de material (afinamento gradual desde o ponto de entrada até o final da peça);

● Interrupção intermitente do fluxo (aparecimento de "linhas semelhantes a juntas de bambu" na superfície);

● Subenchimento geral (preenchimento insuficiente de toda a cavidade);

● Escassez local de materiais (estruturas complexas não preenchidas ou áreas de malha).

Diferentes manifestações correspondem a diferentes combinações de causas.

(1) Propriedades do material: Limitações inerentes à capacidade de fluxo

Os materiais são o fator fundamental que afeta a qualidade das injeções, com as principais questões focadas em dois aspectos: fluidez e pureza.

Materiais de alta viscosidade (ex.: PC, PPO, PC + 20% de carga mineral) apresentam alta resistência ao fluxo de fusão. Particularmente em produtos de paredes finas (≤2 mm) ou produtos com canais de fluxo longos (razão de fluxo > 100:1), é altamente provável que ocorram falhas de injeção devido ao fluxo insuficiente. Impurezas, partículas não fundidas ou excesso de lubrificantes nas matérias-primas agravam ainda mais o problema: as impurezas podem obstruir os canais de alimentação e formar "obstáculos ao fluxo", enquanto o excesso de lubrificantes pode causar deslizamento do material fundido, reduzindo a pressão efetiva de enchimento.

Além disso, em materiais reforçados com fibra de vidro (por exemplo, PP + 30% GF), a reorientação das fibras de vidro aumenta a resistência ao fluxo. Áreas com alta concentração de fibras longas podem até formar uma estrutura em rede, dificultando o avanço do material fundido.

(2) Projeto de moldes: defeitos estruturais nos caminhos de fluxo

A racionalidade do projeto do molde determina diretamente a suavidade do fluxo de material fundido. Problemas comuns de projeto incluem:

● Projeto inadequado dos canais e comportas (canais excessivamente finos, posições desalinhadas das comportas ou comportas subdimensionadas), levando a uma perda excessiva de pressão;

● Ventilação inadequada da cavidade: o ar aprisionado não consegue escapar, formando uma contrapressão que obstrui o enchimento da cavidade fundida;

● Projeto inadequado do sistema de resfriamento: O resfriamento excessivo localizado faz com que o material fundido se solidifique prematuramente;

● Geometria complexa do produto (ex.: malhas densas, nervuras estreitas): Aumenta a resistência ao fluxo e forma facilmente zonas de estagnação do fluxo.

Por exemplo, a área da malha na tampa inferior de um notebook (NB) possui uma grande área de contato e rápida dissipação de calor — não é apenas uma área de alto risco para fotos curtas, mas também propensa a defeitos de flash devido à alta pressão necessária para o preenchimento.

(3) Parâmetros do processo: Desequilíbrio na correspondência das condições de moldagem

Os parâmetros do processo são a causa mais direta de falhas de injeção, sendo o principal fator a correspondência triangular entre temperatura, pressão e velocidade.

● Pressão ou velocidade de injeção insuficientes resultam em força propulsora de material fundido inadequada; inversamente, velocidade excessivamente alta pode aprisionar ar, enquanto velocidade excessivamente baixa faz com que o material fundido se solidifique prematuramente.

● Temperaturas baixas de fusão ou de molde aumentam significativamente a viscosidade do material fundido. Por exemplo, a fluidez do PP a 200 °C é muito menor do que na sua faixa de temperatura ideal (220–240 °C).

● Configurações inadequadas de pressão de retenção (por exemplo, atraso no tempo de comutação, pressão insuficiente) não compensam a contração da massa fundida, resultando em falta de material na peça finalizada.

A estratégia de injeção de velocidade constante "tamanho único" dos processos tradicionais não consegue se adaptar à lei de queda de pressão de produtos com longos percursos de fluxo, o que também é uma das principais causas de injeções incompletas progressivas.

(4) Desempenho do equipamento: Precisão insuficiente na transferência de energia

O desempenho das máquinas de moldagem por injeção afeta diretamente a estabilidade do "fornecimento de energia", e a ocorrência de falhas na injeção varia significativamente entre máquinas de diferentes marcas. Para máquinas de moldagem por injeção elétricas, os principais fatores de influência incluem a precisão da transferência de pressão, a estabilidade da taxa de fluxo e a uniformidade do campo de temperatura.

● As máquinas Fanuc apresentam uma alta taxa de degradação do fluxo (até 60%), o que facilmente leva à escassez progressiva de material;

● Atrasos na resposta da válvula de comutação de pressão de retenção das máquinas Sumitomo podem causar interrupções intermitentes no fluxo;

● As flutuações de velocidade nas máquinas haitianas resultam em instabilidade de pressão, levando a um enchimento insuficiente do tanque.

Além disso, defeitos no equipamento, como funis vazios, entradas de alimentação bloqueadas e válvulas de retenção desgastadas, podem causar uma queda na pressão real de injeção ou vazamento de pressão, agravando ainda mais os problemas de injeção incompleta.

III. Soluções Abrangentes: Uma Estratégia Sistemática da Prevenção à Erradicação

(1) Otimização de Materiais: Aumentando a Capacidade de Fluxo na Fonte

O objetivo principal do ajuste de materiais é reduzir a resistência ao fluxo, o que pode ser alcançado por meio de três abordagens:

1. Substitua por resinas com melhor fluidez: Selecione materiais com maior índice de fluidez (MFR) para reduzir a pressão de injeção necessária para o enchimento;

2. Modificação da matéria-prima: Melhorar a fluidez da massa fundida adicionando plastificantes, reduzindo a proporção de cargas ou otimizando a distribuição do comprimento das fibras de vidro;

3. Pré-tratamento da matéria-prima: Controlar rigorosamente o teor de impurezas e secar completamente os materiais higroscópicos para evitar flutuações de viscosidade causadas pela umidade.

Para materiais reforçados com fibra de vidro, como PP + 30% GF, a taxa de compressão da rosca e o comprimento da seção de mistura podem ser ajustados para reduzir a quebra da fibra de vidro e diminuir a resistência ao fluxo.

(2) Otimização de moldes: Construindo um sistema de fluxo suave

A melhoria dos moldes requer otimização precisa combinada com análise de fluxo de molde CAE:

● Projeto de canais de injeção e pontos de injeção: Amplie o tamanho dos canais, otimize a posição dos pontos de injeção (por exemplo, alterando de injeção lateral para injeção central) e equilibre o tempo de preenchimento de cada cavidade. Um determinado componente automotivo alcançou um aumento de 20% na taxa de preenchimento por meio desse método;

● Sistema de ventilação: Adicione ranhuras de ventilação (profundidade ≤ 0,02 mm, largura 5-10 mm) na extremidade da cavidade e nas áreas de acumulação de ar, ou utilize inserções de aço poroso para eliminar o impacto da contrapressão;

● Sistema de resfriamento: Evite o super-resfriamento localizado; para produtos com percurso de fluxo longo, podem ser instaladas barras de aquecimento adicionais na extremidade para manter a temperatura de fusão;

● Produtos com estrutura complexa: Otimize a geometria do produto por meio de simulação CAE, como engrossar áreas de paredes finas ou simplificar caminhos de fluxo, para reduzir a resistência ao fluxo.

(3) Otimização de Processos: Obtendo Controle Preciso do Processo

A chave para o ajuste do processo é estabelecer uma relação de correspondência dinâmica entre "temperatura, pressão e velocidade":

● Controle de temperatura: Aumentar adequadamente a temperatura de fusão (por exemplo, elevando a temperatura do PP de 200°C para 220-240°C) e a temperatura do molde para reduzir a viscosidade da massa fundida, evitando a degradação do material causada por temperaturas excessivamente altas;

● Controle de pressão e velocidade: Adote uma estratégia de injeção segmentada e ajuste dinamicamente os parâmetros com base no comprimento do percurso do fluxo. Por exemplo, utilize alta pressão e alta velocidade no estágio inicial para estabelecer rapidamente um gradiente de pressão, mantenha a pressão no estágio intermediário para compensar a queda de pressão e reduza a velocidade no estágio final para evitar a vaporização instantânea. Ao mesmo tempo, utilize uma pressão de retenção que diminua gradualmente para evitar mudanças bruscas de pressão;

● Princípio de ajuste de parâmetros: Siga o princípio "pequeno e gradual" — ajuste a pressão de injeção em 5% a 10% de cada vez para evitar novos defeitos causados ​​por mudanças drásticas nos parâmetros.

(4) Otimização de Equipamentos: Garantindo a Transferência Estável de Energia

A otimização ao nível do equipamento inclui:

● Calibre regularmente a pressão de injeção e a precisão da taxa de fluxo para garantir a exatidão da transmissão de pressão;

● Inspecione e substitua as válvulas de retenção desgastadas para evitar vazamentos de pressão;

Desenvolva parâmetros diferenciados com base nas características de máquinas de diferentes marcas. Por exemplo, as máquinas Fanuc precisam focar na compensação da queda da vazão, as máquinas Sumitomo requerem a otimização do tempo de comutação da pressão de retenção e as máquinas Haitian precisam controlar as flutuações de velocidade;

● Para produtos com percursos de fluxo longos e paredes finas, selecione equipamentos com maior estabilidade em volume, pressão e velocidade de injeção para evitar injeções incompletas causadas por capacidade insuficiente do equipamento.

Caso 1: Solução para curtos-circuitos em para-choques de paredes finas para veículos de novas energias

Uma determinada montadora de automóveis produziu para-choques de paredes finas feitos de PP + 30% GF (espessura da parede: 1,8 mm, taxa de fluxo: 120:1). Todas as três máquinas de moldagem por injeção elétrica apresentaram falhas de injeção em massa, com uma falta de material de 2 a 5 mm no final das peças. O método tradicional de aumentar a pressão de injeção melhorou o problema em apenas 15% e causou rebarbas severas.

Solução: Foi adotada uma estratégia de otimização acoplada de "características do equipamento - comportamento do material - parâmetros do processo":

● Para máquinas Fanuc: Foi implementada a injeção segmentada (estágio inicial: 140 MPa/200 mm/s → estágio intermediário: 120 MPa/150 mm/s → estágio final: 100 MPa/100 mm/s). Hastes de aquecimento adicionais foram instaladas na extremidade dos canais de injeção para aumentar a temperatura final de 185 °C para 220 °C, reduzindo a viscosidade em 48%;

● Para máquinas Sumitomo: O tempo de comutação da pressão de retenção foi otimizado para reduzir o atraso de resposta para 0,05 segundos, e o ângulo R nas curvas do canal foi expandido para 1,5 mm;

● Para máquinas haitianas: O comprimento da seção de mistura da rosca foi ajustado para reduzir a dispersão irregular das fibras de vidro, e a flutuação da velocidade foi controlada dentro de ±1 rpm.

Por fim, o defeito de injeção incompleta foi completamente resolvido, o rendimento aumentou de 70% para 95% e o volume de flash diminuiu em 80%.