Repartição das cotações de moldagem por injeção: O que está realmente a pagar

Uma cotação de moldagem por injeção tem três grandes grupos de custos: ferramentas (o molde), custo de material por peça e custo de processamento por peça (tempo de máquina, tempo de ciclo, mão de obra). As ferramentas são um custo fixo único que, normalmente, varia entre $3,000 e $80,000, dependendo da complexidade da peça e do número de cavidades. O custo por peça diminui à medida que o volume aumenta, porque as ferramentas são amortizadas por mais unidades. Este guia analisa cada item de linha numa cotação típica de moldagem por injeção, explica o que determina cada custo e dá-lhe as decisões de design que reduzem o custo total do programa sem comprometer a qualidade da peça.

O orçamento de moldagem por injeção que é $40.000 mais elevado do que o previsto contém normalmente um custo de ferramentas que não estava previsto no orçamento. O orçamento que é suspeitamente baixo tem normalmente uma ferramenta de cavidade única quando eram necessárias quatro cavidades, ou um molde em aço P20 quando o volume anual exige aço endurecido H13.

Compreender o que está dentro de uma cotação de moldagem por injeção antes de enviar o pedido de cotação significa que pode estruturar o design e o programa para obter o resultado de custo correto. Não a cotação mais barata. A correta para o seu volume, requisitos de qualidade e cronograma do programa.

Em Precisão Yicen, Trabalhamos com as equipas de produto em peças CNC de precisão e protótipos impressos em 3D ao longo do ciclo de desenvolvimento, incluindo peças de ligação para equipas que aguardam ferramentas de moldagem por injeção. Este guia fornece-lhe o quadro de custos para que saiba exatamente o que está a comprar quando uma cotação de moldagem chega à sua secretária.

Balde de custos 1: Ferramentas

As ferramentas são o molde, a ferramenta de aço maquinada com precisão que define a geometria da peça. É um custo de capital, pago uma vez, que permite cada produção subsequente. Tudo sobre o custo do ferramental se resume a cinco variáveis: complexidade da peça, tamanho da peça, número de cavidades, tipo de aço e vida útil esperada da injeção.

Complexidade da peça

Formas de caixa de geometria simples, espessura de parede uniforme, sem cortes inferiores, requisitos mínimos de acabamento de superfície produzem uma ferramenta simples. Uma ferramenta para uma tampa de caixa plana com alguns orifícios de passagem e sem complicações de ângulo de inclinação pode ser maquinada em 200 horas de tempo combinado de fresagem, EDM e polimento.

Acrescente um elevador para criar uma caraterística de rebaixo, uma ação lateral para um furo lateral ou um colapso do núcleo para um rebaixo interno e a complexidade das ferramentas multiplica-se. Cada mecanismo adicional acrescenta 40-120 horas de maquinação e tempo de ajuste, mais componentes de aço específicos do mecanismo. Uma peça com três acções laterais numa ferramenta de cavidade única custa 2 a 3 vezes mais do que a mesma peça redesenhada sem rebaixos.

Esta é a mais poderosa alavanca DFM disponível na moldagem por injeção: redesenhar os cortes inferiores antes da cotação das ferramentas. Acrescentar 1 ° de inclinação, deslocar uma caraterística para eliminar uma ação lateral ou dividir uma peça complexa em duas peças mais simples pode reduzir o custo das ferramentas em $8,000-$20,000 numa ferramenta de complexidade média.

Número de cavidades

Uma ferramenta de cavidade única produz uma peça por disparo. Uma ferramenta de quatro cavidades produz quatro peças por disparo no mesmo ciclo de prensagem. O custo de produção por peça diminui proporcionalmente com as cavidades.

A contrapartida: uma ferramenta de quatro cavidades custa 2,5-3,5 vezes mais do que uma ferramenta de cavidade única para a mesma peça. O prémio da ferramenta é compensado pela redução do custo por peça em volumes mais elevados.

O cálculo do ponto de equilíbrio: se a ferramenta de cavidade única custar $8.000 e a ferramenta de quatro cavidades custar $22.000, o prémio da ferramenta é de $14.000. Se a adição de cavidades reduzir o custo por peça de $0,80 para $0,25 (devido ao tempo de ciclo efetivo mais rápido), a ferramenta de quatro cavidades atinge o ponto de equilíbrio em $14.000 ÷ ($0,80 - $0,25) = 25.455 peças. Acima desse volume, cada peça adicional economiza $0.55 em comparação com a ferramenta de cavidade única.

Grau de aço e vida útil prevista da granalha

As ferramentas de protótipo em alumínio reduzem 4-6 semanas do calendário de fabrico de ferramentas e custam menos 60-70% do que o aço P20. É adequado para validação do projeto, amostras iniciais do cliente e produção de ponte enquanto as ferramentas de produção são construídas. Não é adequado como ferramenta de produção permanente acima de 10.000 disparos - o alumínio macio desgasta-se nos locais das portas e nas superfícies de fecho, produzindo flashes e desvios dimensionais.

Para programas de produção que esperam mais de 500.000 disparos por ano, o aço endurecido H13 é a especificação correta. O P20, nesse volume, produz um desgaste progressivo que provoca um desvio dimensional antes de a ferramenta ser amortizada. O custo adicional de ferramentas do H13 em relação ao P20, normalmente $4,000-$10,000, dependendo do tamanho da ferramenta, evita um re-tool de $25,000+.

Balde de custos 2: Material

O custo do material é simples: preço da resina por quilograma vezes o peso da peça em gramas, mais um fator de desperdício para o material do canal e do jito que não se transforma em peças acabadas.

Gamas de preços da resina por classe de material:

• Resinas de base (PP, PE, ABS, PS): $1.50-$4.00 por kg
• Resinas de engenharia (PC, PA, POM, PBT): $4.00-$9.00 por kg
• Resinas de alto desempenho (PEEK, PPS, LCP): $40-$120+ por kg

Para uma caixa de ABS de 50 gramas a $2,50 por kg, o custo da matéria-prima é de $0,125 por peça antes do fator de sucata. Com um fator de refugo de 15% no canal/sprue (assumindo um sistema de canal frio), o custo efetivo do material é de aproximadamente $0,145 por peça.

Impacto da câmara quente vs. câmara fria no custo do material. Um sistema de canal quente mantém a resina nos canais do canal fundida entre os disparos, pelo que o canal não é uma peça separada de plástico solidificado a ser descartado ou retificado. Para materiais com preços superiores a $5/kg ou peças com grandes rácios de peso do canal em relação à peça, um sistema de canal quente recupera rapidamente o seu prémio de $3,000-$8,000 em ferramentas. Para resinas de base em que o material do canal pode ser retificado e reutilizado com um impacto mínimo na qualidade, os canais frios são normalmente mais económicos.

Resinas preenchidas e reforçadas. A adição de fibra de vidro (GF), fibra de carbono (CF) ou enchimento mineral altera o custo do material e os requisitos de processamento. O nylon 30% com GF custa cerca de 60-80% mais por kg do que o nylon sem enchimento. Também requer aço para ferramentas endurecido (a fibra de vidro é abrasiva e desgasta rapidamente as ferramentas de alumínio ou P20), maior pressão de injeção e velocidades de enchimento mais rápidas para evitar problemas de orientação da fibra. Estes requisitos aumentam o custo das ferramentas e o custo de processamento por peça. Especifique resinas com enchimento apenas quando a melhoria da propriedade mecânica for estruturalmente necessária.

Balde de custos 3: Custo de processamento (tempo de máquina e tempo de ciclo)

O custo de processamento é o custo de funcionamento da prensa de moldagem por injeção para cada ciclo de injeção. É calculado como: taxa horária da prensa × tempo de ciclo.

Taxas horárias de imprensa variam consoante a tonelagem da máquina: máquinas de 50-150 toneladas utilizam $35-$65 por hora; máquinas de 400-800 toneladas utilizam $80-$150 por hora; acima de 1.000 toneladas, $150-$300 por hora. Peças maiores requerem prensas maiores.

Duração do ciclo é o tempo total desde o fecho da pinça até à ejeção da peça. Tem três componentes: tempo de enchimento (0,5-5 segundos para a maioria das peças), tempo de embalamento e retenção (2-15 segundos) e tempo de arrefecimento (5-60+ segundos, dependendo da espessura da parede e do material).

O tempo de arrefecimento é onde o DFM é mais importante no custo de processamento. O tempo de arrefecimento é aproximadamente proporcional ao quadrado da espessura da parede. Duplicar a espessura da parede de 2 mm para 4 mm aumenta o tempo de arrefecimento em cerca de 4×. Uma peça com uma espessura de parede nominal de 3 mm e uma nervura de 2 mm tem taxas de arrefecimento diferentes nessas duas regiões - a região da nervura mais espessa arrefece mais lentamente, causando marcas de afundamento na superfície oposta, a menos que a espessura da nervura seja corretamente concebida.

A regra padrão: a espessura das nervuras não deve exceder 60% da espessura da parede adjacente. Uma parede de 3 mm deve ter nervuras de espessura não superior a 1,8 mm. Seguir esta regra mantém o tempo de arrefecimento uniforme e elimina as marcas de afundamento sem acrescentar qualquer custo de ferramenta.

Custo das operações secundárias está frequentemente ausente das cotações de primeira passagem. Inserções de estacas térmicas, soldadura por ultra-sons, impressão de almofadas, operações de montagem - estes elementos aumentam o custo por peça e devem ser especificados no pedido de cotação para que a cotação seja exacta. Um orçamento apenas para a peça moldada não é um orçamento para a peça acabada.

Como ler um orçamento completo de moldagem por injeção

Um orçamento de moldagem por injeção totalmente discriminado deve indicar: custo das ferramentas (discriminado por componente sempre que possível), tipo de aço e vida útil esperada da injeção, número de cavidades, tipo de sistema de canais (quente ou frio), tipo e localização da porta, custo da resina por peça, custo de processamento por peça, custos de operações secundárias por peça, se aplicável, e prazo de entrega previsto para as ferramentas e os primeiros artigos.

Uma cotação de montante fixo com um único item de linha rotulado como “ferramentas” e outro rotulado como “peças” não é uma cotação auditável. Torna impossível avaliar se a especificação da ferramenta corresponde aos seus requisitos de volume ou se o custo por peça reflecte o grau de resina correto.

Peça a discriminação. Um fornecedor confiante nos seus preços irá fornecê-la. Um fornecedor que resista à discriminação está a proteger uma estrutura de margens que não resiste a um exame minucioso.

Quando a maquinagem CNC supera a moldagem por injeção em termos de custo total

A vantagem económica da moldagem por injeção só se materializa depois de as ferramentas serem amortizadas. Antes disso, a maquinação CNC produz as mesmas peças de plástico com um custo total do programa mais baixo.

O volume de cruzamento depende do custo das ferramentas, do diferencial de custo por peça e do facto de a peça ser viável em ambos os processos. Uma referência geral: para peças em que o custo por peça da moldagem por injeção é de $0,50 e o das ferramentas é de $15.000, e o equivalente maquinado em CNC é de $8,00 por peça, o ponto de equilíbrio é de 15.000 ÷ ($8,00 - $0,50) = 2.000 peças. Abaixo de 2.000 peças, o CNC ganha. Acima disso, ganha a moldagem.

Para protótipos estruturais, peças de validação do projeto e produção de pontes antes de as ferramentas estarem prontas, Maquinação CNC da Yicen Precision e Serviços de impressão 3D fornecem peças de propriedade total sem custos de ferramentas e com prazos de entrega de 1-7 dias.

Conclusão

Uma cotação de moldagem por injeção tem três baldes de custos: ferramentas, material e processamento. Cada um deles é determinado pelas decisões de conceção que controla. Os cortes inferiores aumentam o custo das ferramentas. A espessura da parede aumenta o tempo de arrefecimento e o custo de processamento. A seleção da resina afecta o custo do material e a taxa de desgaste da ferramenta. A contagem de cavidades determina o volume em que o custo total do programa é minimizado.

Compreender o que está no orçamento antes de encomendar o aço do molde. As alterações DFM que não custam nada na fase de conceção podem eliminar $10,000-$30,000 em ferramentas e evitar problemas de processamento que aparecem na inspeção do primeiro artigo.

Contactar a Yicen Precision para protótipos maquinados por CNC e peças de ponte enquanto as suas ferramentas de molde de injeção estão em produção. Prazos de entrega rápidos, qualidade certificada pela ISO, peças em apenas 24 horas.

Perguntas mais frequentes

Quanto custa o fabrico de ferramentas para moldes de injeção? 

O custo das ferramentas depende da complexidade da peça, do tamanho da peça, do número de cavidades e do tipo de aço. Ferramentas simples de cavidade única em aço P20 custam $3,000-$10,000. As ferramentas de média complexidade com acções laterais ou elevadores em P20 variam entre $10,000 e $35,000. Ferramentas multi-cavidades de alta complexidade em aço temperado H13 para produção de grandes volumes de $35,000-$80,000 ou mais. As ferramentas de protótipo de alumínio funcionam 40-60% menos do que as ferramentas de aço P20 equivalentes e são adequadas para quantidades de validação até 10.000 disparos.

Como é que a espessura da parede afecta o custo da moldagem por injeção? 

O tempo de arrefecimento é aproximadamente proporcional ao quadrado da espessura da parede - o principal fator do tempo de ciclo, que determina o custo do tempo de máquina por peça. Uma peça com uma espessura de parede de 4 mm demora cerca de quatro vezes mais tempo a arrefecer do que uma peça com uma parede de 2 mm, quadruplicando a contribuição do custo de processamento do arrefecimento. A espessura uniforme da parede também evita a contração diferencial que causa empenos e marcas de afundamento. Procure obter uma parede nominal de 2-3 mm para a maioria dos plásticos estruturais; mantenha-se abaixo dos 4 mm, exceto se os requisitos estruturais o exigirem explicitamente.

O que é um sistema de canal quente e quando é que vale a pena o seu custo? 

Um sistema de canal quente mantém a resina nos canais do canal fundida entre os disparos, aquecendo eletricamente o coletor do canal. O canal não é ejectado como resíduo sólido - permanece na ferramenta e alimenta o disparo seguinte. Os canais quentes eliminam os resíduos do canal e podem reduzir o tempo de ciclo em 15-30%, permitindo um congelamento mais rápido da porta. O prémio das ferramentas é de $3,000-$8,000. Os canais quentes têm um retorno rápido para materiais com preços superiores a $5/kg, para grandes rácios de peso do canal em relação à peça ou para programas de grande volume em que a redução do tempo de ciclo é composta por milhões de disparos.

Quantas cavidades são necessárias no meu molde de injeção? 

O número correto de cavidades depende do seu volume anual e da redução de custos por peça que pode ser alcançada através da adição de cavidades. Calcule o prémio de ferramentas para cavidades adicionais e divida pela redução de custo por peça para encontrar o volume de equilíbrio. Abaixo do ponto de equilíbrio, menos cavidades são mais económicas. Acima dele, mais cavidades reduzem o custo total do programa. Uma ferramenta de cavidade única é normalmente adequada abaixo de 50.000 peças por ano; quatro cavidades tornam-se económicas a partir de 200.000 peças por ano para tamanhos de peças e tempos de ciclo típicos.

Quanto tempo demora a construção de ferramentas para moldes de injeção? 

Ferramentas de cavidade única em aço P20 para peças simples: 3-5 semanas. Ferramentas multi-cavidades ou complexas com acções laterais em P20: 6-10 semanas. Ferramentas de produção em aço temperado H13: 8-14 semanas. Ferramentas de protótipo em alumínio: 1-2 semanas. Estes são os prazos de entrega de ferramentas para amostras do primeiro artigo - a entrega da produção segue-se à aprovação do primeiro artigo e a quaisquer modificações de ferramentas necessárias. Planeie 10-16 semanas desde o congelamento do design até às peças de produção validadas para ferramentas de complexidade padrão.