O guia para moldagem por inserção: princípios, processos e aplicações

Moldagem por inserção é uma etapa fundamental da fabricação. Os engenheiros muitas vezes são incomodados por questões como pós-montagem complicada, aumento de custos e conexões frágeis, enquanto os métodos convencionais de fabricação têm dificuldade em equilibrar desempenho e eficiência.

Na moldagem por inserção, as peças metálicas são firmemente fixadas no plástico, tornando-as inseparáveis.

Este artigo discute os básicos, bem como o uso desse método. Continue lendo para aprender como usar a moldagem por inserção para reduzir custos totais e aumentar o poder de precificação do produto.

Visão geral rápida das respostas principais

Principais vantagens:

• Ponto de inflexão de custos: quando a produção anual excede 50.000 peças, a moldagem por inserção é 25-40% mais barata do que os custos de montagem tradicionais.
• Limite de precisão: A tolerância para localização da inserção em termos de posicionamento deve ser mantida dentro de ±0. 05 mm, caso contrário, pode ocorrer transbordamento ou esgotamento do inserto.
• Força de ligação: Uma profundidade de serrilhamento na faixa de 0,2-0. 4mm pode produzir uma força de tração superior a 500N, que é muito maior do que a de superfícies lisas.
• Impacto no tempo de ciclo: Com a automação na colocação da pastilha, o tempo de ciclo de uma única peça pode ser controlado em 30 segundos, enquanto a colocação manual requer mais de 45 segundos.

Por que confiar neste guia? Experiência em moldagem por inserção da JS Precision

A moldagem por inserção é uma mudança fundamental na fabricação e na precisão. A implantação de seu processo profissional determina em grande parte a qualidade do produto final.

A JS Precision é uma especialista consistente em moldagem de pastilhas de longo prazo. Temos uma ampla variedade de máquinas de moldagem por injeção de precisão de 30T a 350T, incluindo sistemas automatizados de colocação de pastilhas, juntamente com o centro de testes de alta precisão Zeiss CMM.

Além disso, fornecemos a mais de 500 clientes de ponta nas indústrias automotiva, médica e eletrônica, mais de 2.000 projetos personalizados de moldagem por inserção, obtendo assim conhecimento profundo e abrangente sobre desafios de processos e soluções de diferentes indústrias.

Nós, empresa, somos precursores na incorporação de padrões de processo para buscar alto crescimento, cumprindo integralmente a ISO 13722-2017 "Especificações técnicas para moldagem por inserção de plástico". Assim, todo o nosso processo, desde a seleção do material e projeto do molde até os testes de produção em massa, está alinhado com os padrões internacionais autorizados.

Além disso, nossa empresa possui uma equipe de análise independente da DFM e um laboratório de análise de fluxo de molde. Portanto, conseguimos antecipar mais de 80% dos riscos do processo, como deslocamento da pastilha e fissuração por tensão interna. Além disso, conseguimos reduzir a frequência de modificações nos moldes em 60% em comparação com a média da indústria.

Ao mesmo tempo, inovamos as principais tecnologias para colocação automatizada de insertos, com a precisão de execução do braço robótico atingindo ±0,02mm, o que atende aos requisitos de produção em massa para moldagem de insertos de alta precisão.

Anteriormente, a JS Precision abordou grandes problemas do setor, como insertos de sensores soltos e falhas de vedação para um fornecedor automotivo europeu de nível 1 reconhecido internacionalmente, finalmente reduzindo a taxa de defeitos do produto de 4,5% para menos de 0,7%.

Além disso, facilitamos a produção de cabos cirúrgicos para dispositivos médicos por meio de moldagem de uma peça, o que atende aos requisitos muito rigorosos da certificação médica ISO 13485. Esses casos não apenas marcam nossa expertise técnica, mas também nossa capacidade de solucionar problemas no domínio da moldagem por inserção.

Se você estiver enfrentando dificuldades com o projeto do processo de moldagem por inserção, controle de custos ou implementação de produção em massa, entre em contato imediatamente com os engenheiros da JS Precision para uma avaliação gratuita do processo de moldagem por inserção. Deixe que nossa equipe profissional elimine quaisquer obstáculos técnicos para o seu projeto.

O que é exatamente o processo de moldagem por inserção e como funciona?

O processo de moldagem por inserção basicamente transforma duas etapas de fabricação, montagem e moldagem em apenas uma etapa, integrando uma inserção diretamente no molde. A inserção (geralmente de metal) é colocada dentro da cavidade do molde, o plástico fundido é injetado sobre ela e, após o resfriamento e solidificação, o plástico e a inserção tornam-se um único produto integrado.

O produto moldado combina as melhores características do plástico e do metal. Assim, aprender o processo de moldagem por inserção pode levar ao aumento do rendimento do produto.

As três fases básicas do processo de moldagem por inserção

• Colocação do inserto: Coloque e posicione o inserto de metal (por exemplo, mangas de cobre rosqueadas ou pinos condutores) na cavidade do molde manualmente ou mecanicamente, a tolerância de posicionamento deve ser controlada dentro de 0,05 mm.
• Injeção de plástico: Uma vez fechado o molde, a máquina de moldagem por injeção injetará o plástico fundido a 200-300°C e alta pressão, envolvendo a inserção totalmente em plástico.
• Resfriamento e Remoção: Depois que o plástico é resfriado e endurecido por 15 a 30 segundos, o molde é aberto e a peça é retirada enquanto a inserção ainda está embutida formando uma única unidade.

Colocação de inserção manual versus automatizada

• Colocação manual: Geralmente viável para operações de pequeno volume com produção anual de <5.000 peças. Baixo investimento em equipamentos, mas tempo de ciclo longo, baixa eficiência e propenso a erros de posicionamento.
• Colocação automatizada: Alimentado por um alimentador vibratório + operado por um robô de seis eixos, com um ciclo de posicionamento de 3-5 segundos/peça e uma precisão de ±0,02 mm, adequado para produção de alto volume e alta precisão.

Quer saber se o seu produto é mais adequado para moldagem por inserção manual ou automatizada? Envie os desenhos do seu produto para a JS Precision para obter soluções de processo e cálculos de capacidade gratuitos.

Figura 1: um fluxograma detalhando as etapas do processo de moldagem por pastilhas, incluindo carregamento das pastilhas, injeção, resfriamento, abertura do molde e pós-processamento.

Por que escolher a moldagem por injeção por inserção em vez da montagem tradicional?

Diante dos problemas de montagem complexa, alto custo e alta taxa de defeitos, a moldagem por injeção de insertos pode formar vários insertos de moldagem por injeção em um molde, eliminando vários processos. Um processo padronizado de moldagem por inserção é fundamental.

Cinco vantagens principais

Moldagem por injeção de pastilhas não só oferece vantagens essenciais significativas, como obter ajuste com folga zero e reduzir o custo unitário em 15-30%, mas seu design de travamento mecânico também proporciona uma força de extração da pastilha muito superior à da colagem adesiva.

Além disso, fornece os meios para integração funcional e maior liberdade de design, que pode ser adaptado a requisitos complexos de produção.

Quando a moldagem por inserção faz sentido economicamente?

• Ponto de inflexão de produção: quando a necessidade de produção anual é de > 5.000 unidades, o custo unitário da moldagem por inserção após a amortização do custo será menor do que o da montagem tradicional.
• Ponto de inflexão de complexidade: Quando o número de inserções é ≥3 ou requer posicionamento multidirecional, as vantagens de eficiência e qualidade da moldagem única no molde são muito óbvias.

Quais são as regras críticas de projeto para uma moldagem por inserção de plástico bem-sucedida?

A realização de empreendimentos de moldagem por inserção de plástico depende do manuseio diligente dos detalhes do projeto. O projeto inadequado pode ser a causa do deslocamento da pastilha, rachaduras no plástico e vários outros problemas. Boas práticas de projeto de DFM podem até levar a uma redução de mais de 50% nos tempos de modificação do molde.

Evitando deformação e deslocamento da pastilha

A prevenção da deformação e deslocamento da pastilha depende de um projeto muito cuidadoso. A tolerância do diâmetro do pino de localização deve ser mantida dentro de 0,01 mm. Inserções com paredes finas também requerem pinos de suporte extras.

Ao mesmo tempo, deve-se usar o software Moldflow para determinar a localização ideal da comporta e evitar problemas de impacto de derretimento.

Otimizando a espessura e a contração da parede

É necessário otimizar a espessura e a contração da parede e é preciso seguir a regra da espessura uniforme da parede. Ao redor da inserção, é aconselhável uma espessura de parede plástica de 1,5-3,0 mm. Nos pontos de mudança repentina na espessura da parede, as transições devem ser graduais.

Ao mesmo tempo, a análise do fluxo do molde pode ser usada para compensar o encolhimento e ajudar a manter a forma do produto.

Aumentando a resistência da união com recursos mecânicos

• Design serrilhado: A profundidade do serrilhado de diamante de 0,2-0,4 mm pode aumentar significativamente a força de extração da pastilha em 3-5 vezes.
• Design de ranhura e ressalto: O intertravamento mecânico é formado por ranhuras anulares com largura ≥1mm e profundidade ≥0,3mm o que também resulta no aumento da resistência de colagem.
• Projeto da estrutura anti-rotação: A borda externa da pastilha é chanfrada ou achatada para evitar rotação sob torque.

Quais são as aplicações mais comuns para moldagem de inserção de plástico?

A moldagem por inserção de plástico é hoje em dia um processo industrial amplamente utilizado, especialmente nas áreas automotiva, médica e eletrônica. Ele permite equilibrar precisão, robustez e eficiência para atender aos requisitos da fabricação luxuosa e a gama de sua aplicação continua crescendo.

Aplicações típicas de moldagem de inserção de plástico em diversas indústrias

Deseja ver estudos de caso de sucesso de moldagem de plástico no mesmo setor? Entre em contato com a JS Precision para casos detalhados de aplicação no setor e análise de processos.

Como selecionar materiais para inserções em moldagem por injeção?

A seleção dos materiais determina diretamente o sucesso ou fracasso da inserção no projeto de moldagem por injeção. A diferença significativa nos coeficientes de expansão térmica entre metal e plástico pode levar à falha.

Somente combinando adequadamente os materiais é possível alcançar o melhor desempenho, garantindo um processo de moldagem por inserção suave e eficiente.

Materiais de inserção comuns e suas aplicações

• Latão: o mais utilizado, com boa processabilidade, adequado para insertos e terminais roscados, com condutividade térmica de 120 W/m·K.
• Aço inoxidável: resistente à corrosão, adequado para dispositivos médicos, peças em contato com alimentos, dureza HRC 35-45.
• Liga de alumínio: leve, adequada para produtos eletrônicos de consumo, exigindo tratamento de superfície para melhorar a adesão.
• Cerâmica: resistência a altas temperaturas (>1000 ℃), isolamento, adequada para embalagens eletrônicas.

Diretrizes para seleção de resina plástica

A seleção da resina plástica deve ser considerada de acordo com os requisitos do produto.

• Para produtos de habitação, o ABS é uma boa escolha devido à sua boa moldabilidade.
• O PC é uma boa escolha para componentes de precisão para janelas devido à sua alta transparência e resistência ao impacto.
• PA66 pode ser usado para componentes estruturais de suporte de carga porque é resistente ao calor e ao desgaste.
• O LCP pode ser usado para conectores eletrônicos de precisão e alta fluidez.

Regra principal de correspondência de expansão térmica

A diferença nos coeficientes de expansão térmica de plástico e metal deve ser <50×10⁻⁶/℃, atendendo à norma ASTM D4060-18. Se a diferença for muito alta, é necessário usar estruturas de alívio de tensão, por exemplo, quando o PA66 é combinado com latão, é necessária a compensação da espessura da parede.

Figura 2: um gráfico de radar comparando as principais propriedades mecânicas, como resistência à tração e dureza de plásticos comuns para moldagem por inserção (PP, PA66, ABS, PC, POM).

Automação e custo: como aumentar sua produção de moldagem por inserção?

O custo inicial do equipamento automatizado de moldagem por pastilhas é bastante elevado (US$500.000-1.500.000) , no entanto, uma combinação com braços robóticos e dispositivos de alinhamento de pastilhas pode aumentar muito a eficiência e reduzir custos. Selecionar a solução adequada com base na capacidade de produção é muito importante para a produção em massa.

Dados comparativos em nível detalhado para linhas de produção automatizadas de moldagem por inserção de diversas escalas de capacidade de produção podem ajudar as empresas a escolher com precisão as soluções adequadas. Abaixo está um resumo dos dados principais em diversas dimensões:

Soluções de automação para diferentes volumes

• Pequeno volume (<10.000 peças/ano): Colocação manual + inspeção simples, investimento <100.000 USD, adequado para produção experimental e personalização de pequenos lotes.
• Volume médio (10.000-100.000 peças/ano): Alimentador vibratório + braço robótico, investimento de 300.000 a 500.000 USD, período de retorno de 12 a 18 meses.
• Alto volume (>100.000 peças/ano): Linha de produção totalmente automatizada + inspeção visual, investimento >1.000.000 USD, custo unitário reduzido em 40%.

Detalhamento da estrutura de custos da moldagem por inserção

• Custo do molde: 3.000-15.000 USD/conjunto, representando 60% do investimento inicial, o aço para moldes de alta qualidade pode produzir de 500.000 a 1.000.000 peças.
• Custo da inserção: inserções de moldagem por injeção de latão custam US$ 0. 02-US$ 0,5 cada , as compras em grandes quantidades podem reduzir os custos em 30%.
• Custo de moldagem por injeção: A amortização de mão de obra + equipamento custa aproximadamente US$ 5 a US$ 15 por hora. A automação pode reduzir os custos em mais de 50%.
• Custo de inspeção: custos de inspeção de amostragem CMM $10-$20 por peça , inspeção visual completa, após amortização, custa <$0. 1 por peça.

Garantia de qualidade na produção automatizada

• Na inspeção de moldes: sensores de pressão monitoram o status do enchimento, flutuações superiores a 5% acionam um alarme automático para evitar escassez e transbordamento de material.
• Limpeza com sopro de ar: Limpa a cavidade do molde antes da colocação do inserto para evitar que detritos causem desvios de posicionamento.
• Inspeção visual: a inspeção on-line da posição da pastilha com uma precisão de ±0,02 mm rejeita automaticamente produtos defeituosos.

Deseja construir sua própria linha de produção automatizada de moldagem por inserção? Entre em contato com a JS Precision para obter uma solução de produção automatizada personalizada, adaptada às suas necessidades de capacidade e um orçamento.

Como escolher o parceiro certo para seu projeto de moldagem por inserção?

A qualidade da moldagem por inserção é determinada pela força do seu parceiro. Ao escolher um fornecedor, não se concentre apenas na tonelagem de seus equipamentos, mas sim avalie suas habilidades de integração de processos e capacidades de serviço completas para apoiar a execução do projeto.

Avaliação de capacidade técnica

Julgue um fornecedor por suas capacidades técnicas, em particular seu suporte DFM, habilidades de análise de fluxo de molde e controle de precisão de produção em massa. Isso garante que o fornecedor detecte antecipadamente os riscos do processo, preveja problemas de produção e mantenha as tolerâncias de posicionamento da pastilha consistentemente dentro de 0,05 mm.

Sistema de Qualidade e Certificações

• Requisito principal: A padronização da produção é garantida através da certificação ISO 9001:2015.
• Normas da indústria: a certificação IATF 16949 é obrigatória para o setor automotivo, enquanto a certificação ISO 13485 é obrigatória para o setor médico.
• Documentação de qualidade: inclui documentos de qualidade, como relatórios de primeiro artigo, dados de SPC, análise de Cpk, etc.

Resiliência da produção e da cadeia de suprimentos

• Taxa de fabricação de moldes: uma empresa com uma taxa de modificação de moldes >80% será mais adequada para fornecer um retorno mais rápido e baixo custo.
• Cadeia de fornecimento de pastilhas: Uma cadeia de fornecimento estável de pastilhas para moldagem por injeção pode ajudar a reduzir os custos de aquisição.
• Flexibilidade da capacidade de produção: permite uma mudança de 1 amostra para 100 unidades de produção experimental para 100.000 unidades de produção em massa com muita eficiência.

Figura 3: Uma coleção de vários componentes eletrônicos pretos e metálicos, como conectores e estruturas, produzidos usando técnicas de moldagem por inserção.

Estudo de caso JS Precision: redução de custos de 28% para um projeto alemão de sensores automotivos!

Desafio do Projeto

No setor automotivo alemão, o fornecedor Tier 1 estava usando o processo convencional de "inserção por pressão + soldagem a laser" para fabricar um sensor de velocidade de roda ABS (que contém duas inserções de moldagem por injeção de cobre).

O custo unitário de produção do sensor foi de US$ 2,35, e a taxa de defeitos chegou a 4,5%. O afrouxamento da inserção e a falha da vedação foram os principais modos de falha. O cliente queria que o custo do produto fosse reduzido, mantendo ao mesmo tempo a classificação ultra-alta à prova d’água IP69K.

Solução Personalizada

Após a intervenção da JS Precision,três mudanças principais foram feitas que ajudaram muito na resolução dos problemas do projeto, design e atualizações de processos com foco principalmente no processo de moldagem por inserção:

1. Redesenho do DFM: A profundidade de serrilhamento do pino de inserção de cobre foi aumentada de 0,15 mm para 0,3 mm, enquanto a ranhura anular antiderrapante também foi introduzida, a localização da porta foi ajustada para que o fundido não atinja os pinos de inserção diretamente, e a análise do fluxo do molde indicou uma diminuição de 22% na pressão de enchimento.

2. Atualizações de processos e equipamentos: um sistema de colocação de pastilhas totalmente automatizado (alimentador vibratório + robô de seis eixos) + máquina de moldagem por injeção de precisão foram trazidos, ajudando a reduzir o tempo do ciclo de produção de uma inserções em moldagem por injeção de 45 segundos para 28 segundos.

3. Otimização de material e inspeção: O PBT-GF30 inicial foi substituído pelo DuPont Zytel. PA66-GF35, a resistência de colagem da pastilha foi aumentada em 35%, o custo do material foi reduzido em 8%, e o produto agora também é garantido por inspeção visual on-line + 100% de teste de estanqueidade ao mesmo tempo.

Resultados do Projeto

• Economia de custos: O preço por unidade foi reduzido de US$ 2,35 para US$ 1,69, as despesas gerais diminuíram 28%, o que resultou em mais de US$ 300.000 economizados pelo cliente todos os anos.
• Avanço na qualidade: A porcentagem de produtos defeituosos caiu de 4,5% para menos de 0,7%, o que representa uma diminuição de 84%, levando o cliente a obter uma isenção da inspeção de qualidade por parte dos OEMs usuários finais.
• Aumento da capacidade de produção: A capacidade de produção em turno único aumentou de 800 unidades para 1.600 unidades, dobrando a capacidade de satisfazer os requisitos de fornecimento de grande volume do cliente.

Se você também deseja reduzir os custos do produto e melhorar a qualidade por meio da moldagem por inserção, entre em contato imediatamente com a JS Precision, envie os requisitos do seu produto e obtenha uma solução personalizada de moldagem por inserção.

Figura 4: close-up de um sensor de velocidade de roda ABS completo com inserções de pino de cobre incorporadas, um produto de estudo de caso de moldagem de inserção de precisão.

Perguntas frequentes

Q1: Qual é a diferença entre moldagem por inserção e sobremoldagem?

Moldagem por inserção é um método em que você coloca um metal ou qualquer outro tipo de material diferente em um molde e depois injeta plástico para fazer uma peça única e integrada. A sobremoldagem é um método de injeção de um tipo de plástico sobre um plástico previamente moldado.

Q2: Qual é a espessura mínima da parede para moldagem por inserção?

A espessura mínima para moldagem por inserção depende do material. Por exemplo, o LCP pode ser tão fino quanto 0,3 mm, enquanto materiais de uso geral como ABS e PC devem ter ≥1,0 mm para evitar defeitos de moldagem.

Q3: Qual é a força de extração típica para pastilhas?

Exemplo: a inserção de latão M3 recartilhado no PA66 leva a forças de extração de 600-800N, e as lisas apenas cerca de 100-200N. O travamento mecânico pode aumentar drasticamente a força de extração.

Q4: A moldagem por inserção causará rachaduras no plástico?

Na verdade, a moldagem por inserção pode resultar em rachaduras nos plásticos. As principais razões são uma incompatibilidade significativa entre os coeficientes de expansão térmica do metal e do plástico e paredes muito finas. É necessária uma simulação do fluxo do molde para verificar e corrigir esses problemas antes da produção.

Q5: Qual é a precisão de posicionamento controlável para pastilhas?

A precisão do posicionamento da moldagem de inserção durante a produção em massa pode ser mantida de forma confiável em ±0,05 mm, enquanto moldes de alta precisão e automação podem atingir ±0,02 mm.

Q6: As pastilhas requerem pré-aquecimento?

O pré-aquecimento não é necessário para pastilhas metálicas de pequenas dimensões. No entanto, para pastilhas de tamanho grande (peso> 10g), é melhor pré-aquecer a 100-150 ℃ para reduzir a tensão dentro do material causada pelo rápido resfriamento do plástico.

Q7: Qual é o tempo típico do ciclo de moldagem por inserção?

A forma como as pastilhas são colocadas afeta o tempo do ciclo de moldagem da pastilha. Ao colocar manualmente, leva cerca de 45-60 segundos por peça, enquanto as linhas de produção automatizadas podem reduzir esse tempo para 20-30 segundos, aumentando assim a produção significativamente.

Q8: Qual é a vida útil dos moldes de inserção?

A duração dos moldes de moldagem por inserção é determinada pelo aço do molde.Os moldes S136 tratados termicamente são capazes de fabricar de 500.000 a 1.000.000 peças. A manutenção regular pode ajudar a prolongar sua vida útil.

Resumo

A moldagem por inserção tornou-se uma das principais vantagens competitivas em indústrias de manufatura de alto nível, como automotiva, médica e eletrônica. Ele contorna as restrições da montagem antiga com moldagem integrada, permitindo que as empresas reduzam os custos e aumentem a qualidade.

JS Precision é uma empresa profissional de moldagem por inserção que oferece serviços abrangentes que vão desde o design até a produção em massa, a fim de melhorar a competitividade do seu produto.

Entre em contato com a JS Precision hoje mesmo para obter uma avaliação DFM gratuita e um pacote de amostras de moldagem de inserção!

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Especializamo-nos em usinagem CNC, impressão 3D, fundição de uretano, ferramental rápido, moldagem por injeção, fundição de metais, chapas metálicas e extrusão.