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ANALISES-TEORICAS-PARA-DEFINICAO-DE-MOLDES-DE-INJECAO
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JHONATAN SILVESTRE
MÁRIO BENTO JUNIOR
MAYKON H. DELANEZA
ANÁLISES TEÓRICAS PARA DEFINIÇÃO DE MOLDES DE
INJEÇÃO
CURITIBA
2015
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao
curso de Engenharia Mecânica da Universidade
Tuiuti do Paraná, como requisito de avaliação da
disciplina de TCC II.
Professor: Marcelo Piekarski
RESUMO
Este trabalho tem como objetivo o estudo do método de dimensionamento e
fabricação de um molde de injeção plástica. Para este piloto, utilizamos um sistema
de injeção com bucha quente e com bucha normal de injeção. O método foi gerado
através da compilação da pesquisa de mercado com a pesquisa acadêmica. Foi
calculado um projeto que otimize material, tempo, energia e custos. Foram injetados
corpos de prova para serem ensaiados, e assim poder avaliar suas propriedades
mecânicas, principalmente na região do vestígio. Durante o processo de injeção o
molde se comportou dentro do esperado, produzindo assim peças em condições
ótimas de qualidade. Concluímos com isto, que usar um método analítico de
dimensionamento, considerando todas as variáveis para obter um molde de injeção,
deu resultado que se viu refletido durante a produção das peças, conseguimos
também otimizar alguns recursos como, matéria prima e mão de obra.
Palavras chave: método dimensionamento, molde de injeção, bucha quente , bucha
normal, método analítico de dimensionamento.
ABSTRACT
This work aims to study the design method and manufacturing of plastic injection
mold. For this pilot, we use an injection system with hot plug and normal injection
sleeve. The method was generated by compiling market research with academic
research. It was calculated a project that optimizes material, time, energy and costs.
They were injected specimens to be tested, and thus to evaluate its mechanical
properties, mainly in the trace region. During the injection process the mold behaved
as expected, producing parts in good conditions and great quality. We conclude with
that, to use an analytical method sizing considering all variables for an injection mold,
gave a result that was reflected during the production of parts, we can also optimize
some resources as raw materials and labor.
Key Words: injection mold, hot plug, injection sleeve, analytical method sizing.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – COMPONENTES PRINCIPAIS DE UMA MÁQUINA INJETORA ........... 3
FIGURA 2 - MÁQUINA INJETORA - PARAFUSO INJETOR ...................................... 4
FIGURA 3 - CICLO DE MOLDAGEM PROCESSO DE INJEÇÃO .............................. 5
FIGURA 4 – MATERIAL PLÁSTICO PENETRANDO NA CAVIDADE DO MOLDE .... 6
FIGURA 5 – ESQUEMA CONJUNTO SUPERIOR E INFERIOR MOLDE DE
INJEÇÃO ..................................................................................................................... 7
FIGURA 6 - EXEMPLOS DE SISTEMAS FUNCIONAIS NO MOLDE ......................... 7
FIGURA 7 - ESTRUTURA BÁSICA DO MOLDE DE INJEÇÃO .................................. 8
FIGURA 8 - CARACTERISTICAS DOS COMPONENTES DO MOLDE ..................... 9
FIGURA 9 - CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE ALIMENTAÇÃO ...................... 10
FIGURA 10 - ESQUEMA BUCHA DE INJEÇÃO ....................................................... 11
FIGURA 11 - FORMATOS DE ENTRADA DO CANAL DE INJEÇÃO ....................... 11
FIGURA 12 - VESTÍGIO OBTIDO EM CANAL FRIO ................................................ 12
FIGURA 13 - CANAL FRIO - INJEÇÃO COM GALHO .............................................. 12
FIGURA 14 – FRENTE DE FLUXO E CAMADA CONGELADA ................................ 13
FIGURA 15 - DIFERENÇAS QUANTO A FORMAÇÃO CAMADA CONGELADA
DEVIDO VELOCIDADE DE INJEÇÃO ...................................................................... 13
FIGURA 16 - BUCHA QUENTE HELICOIDAL .......................................................... 14
FIGURA 17 - ESQUEMA BICO QUENTE SOBRE BUCHA DE INJEÇÃO ................ 14
FIGURA 18 - EXEMPLO SISTEMA DE CÂMERA QUENTE ..................................... 15
FIGURA 19 - INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE OS POLÍMEROS............ 17
FIGURA 20 - CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO POLÍMERO .................................. 17
FIGURA 21 - MODELO UNIFICADO PARA O PDP .................................................. 18
FIGURA 22 - ANÁLISE DE INTERFERÊNCIA DE COMPONENTES EM CAD ........ 19
FIGURA 23 - EXEMPLO MODELAMENTO CAD APLICADO EM CAM ................... 19
FIGURA 24 - SIMULAÇÃO DE TRAJETÓRIA DE USINAGEM EM CAM ................. 20
FIGURA 25 - EXEMPLO DE APLICAÇÃO CAE PARA ANÁLISE PRODUTO E
REFRIGERAÇÃO ...................................................................................................... 20
FIGURA 26 – FATORES QUE INFLUENCIAM NA QUALIDADE DO PRODUTO
MOLDADO. ............................................................................................................... 21
FIGURA 27 - POSSÍVEIS PROBLEMAS E CAUSAS EM MOLDES DE INJEÇÃO
PLÁSTICA (PARTE 1) ............................................................................................... 22
FIGURA 28 - POSSÍVEIS PROBLEMAS E CAUSAS EM MOLDES DE INJEÇÃO
PLÁSTICA (PARTE 2) ............................................................................................... 23
FIGURA 29 - DEFEITOS COMUNS EM INJEÇÃO PLÁSTICA ................................. 24
FIGURA 30 - ANÁLISE COMPARATIVA DE TEMPO DE CICLO SISTEMAS DE
INJEÇÃO ................................................................................................................... 26
FIGURA 31 – QUESTIONÁRIO SOBRE MOLDE DE INJEÇÃO ............................... 27
FIGURA 32 – RESULTADO QUESTIONÁRIO SOBRE MOLDE DE INJEÇÃO ........ 28
FIGURA 33 - ATIVIDADES PROPOSTAS PARA AS FASES DO PROJETO DO
MOLDE DE INJEÇÃO SEGUNDO DIFERENTES AUTORES .................................. 31
FIGURA 34 - FLUXO DAS ATIVIDADES RELACIONADAS COM O PROJETO DO
MOLDE ..................................................................................................................... 32
FIGURA 35 – METODOLOGIA PROPOSTA DE PLANEJAMENTO PROJETO DE
MOLDE ..................................................................................................................... 33
FIGURA 36 - ESTADO MOLECULAS EM POLÍMERO AQUECIDO ......................... 34
FIGURA 37 - PERFIL DE VELOCIDADE DE UM FLUÍDO ....................................... 34
FIGURA 38 - ESQUEMATIZAÇÃO DOS PERFIS ATUANTE NO FLUÍDO .............. 35
FIGURA 39 - DISTORÇÃO GEOMÉTRICA GERADO POR RESFRIAMENTO
INEFICAZ .................................................................................................................. 37
FIGURA 40 - TRANSFÊRENCIA DE CALOR EM UM MOLDE ................................. 37
FIGURA 41 - CONSIDERAÇÃO DE MOLDE COMO UMA VIGA BI ENGASTADA .. 40
FIGURA 42 - CONSIDERAÇÃO DE MOLDE COMO UMA VIGA LIVREMENTE
APOIADA .................................................................................................................. 41
FIGURA 43 - MÉTODO DO PÓRTICO PARA DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA
DA CAVIDADE .......................................................................................................... 42
FIGURA 44 - PLACA APOIADA EM AMBOS OS LADOS......................................... 43
FIGURA 45 - COEFICIENTE DE CÁLCULO (C) ....................................................... 43
FIGURA 46 - MOLDE DE CORPO DE PROVA ........................................................ 49
FIGURA 47 - MEDIDAS CORPO DE PROVA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO ............ 50
FIGURA 48 - ÁREA ÚTIL DO CORPO DE PROVA .................................................. 51
FIGURA 49 - MOLDE DE INJEÇAO CENTRAL (JARRA) .........................................52
FIGURA 50 - MOLDE DE INJEÇÃO FORMATO DE BALDE .................................... 53
FIGURA 51 - MOLDE DE INJEÇÃO PELO CENTRO (CALOTA) ............................. 53
FIGURA 52 - POTE DE SORVETES INJETADOS PELO CENTRO ......................... 53
FIGURA 53 - CORPO DE PROVA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO ............................. 54
FIGURA 54 - PRINCIPAIS MEDIDAS DO CORPO DE PROVA ............................... 55
FIGURA 55 - TIPOS DE VESTÍGIO .......................................................................... 55
FIGURA 56 - EXEMPLO DE POÇO FRIO ................................................................ 56
FIGURA 57 - ÍNDICE DE FLUIDEZ ........................................................................... 57
FIGURA 58 - TEMPERATURA PARA REALIZAÇÃO ENSAIO DE FLUIDEZ ........... 57
FIGURA 59 - DIMENSÕES DAS PLACAS DE UM MOLDE...................................... 58
FIGURA 60 - EXEMPLO DE CAVIDADE ALOJADA NA PLACA .............................. 59
FIGURA 61 - EXEMPLO DE CP USINADO DIRETAMENTE NA PLACA ................. 59
FIGURA 62 - ANEL DE CENTRAGEM DO MOLDE ................................................. 60
FIGURA 63 - ÂNGULO DE SAÍDA DA ROSCA DA MÁQUINA INJETORA .............. 60
FIGURA 64 - EXTRAÇÃO DO CP POR PINOS EXTRATORES ............................... 62
FIGURA 65 - EXEMPLO DE REFIGERAÇÃO EM UM CORPO DE PROVA ............ 63
FIGURA 66 - PORTA MOLDE ................................................................................... 63
FIGURA 67 - TIPOS PADROES DE MONTAGENS DE PORTA MOLDES .............. 64
FIGURA 68 - 4 PILARES DO MOLDE DO CP EM AZUL .......................................... 66
FIGURA 69 - BUCHA QUENTE ................................................................................ 67
FIGURA 70 - CÂMARA QUENTE EM CORTE .......................................................... 67
FIGURA 71 - ALTURA BUCHA QUENTE ................................................................. 68
FIGURA 72 – ANÁLISE DE TEMPERATURA CP INJEÇÃO BICO QUENTE – PP .. 68
FIGURA 73 – ANÁLISE DE TEMPERATURA CP INJEÇÃO BICO FRIO – PP ........ 69
FIGURA 74 - SIMULAÇÃO PRESSÃO DE INJEÇÃO ............................................... 70
FIGURA 75 - PROPRIEDADES POLÍMEROS E TEMPERATURA DE TRABALHO 71
FIGURA 76 - CARACTERISTICA E PARAMETROS DE INJETORAS ..................... 71
FIGURA 77 - TEMPO DE INJEÇÃO SIMULADO ...................................................... 73
FIGURA 78 - MEDIDAS CANAL DE REFRIGERAÇÃO ............................................ 75
FIGURA 79 - ILUSTRAÇÃO MEDIDA ENTRE CALÇOS .......................................... 76
FIGURA 80 - SEÇÃO TRANSVERSAL DE MOMENTO DE INERCIA ...................... 76
FIGURA 81 - VALORES MÉDIOS DOS PROCESSOS COM IMPOSTOS ............... 92
FIGURA 82 - TOTAL DE HORAS POR PROCESSO ............................................... 92
FIGURA 83 – CUSTO CONVENCIONAL MOLDE INJEÇÃO.................................... 93
FIGURA 84 - CUSTO SUBSIDIADO MOLDE DE INJEÇÃO ..................................... 93
FIGURA 85 – PROCESSOS UTLIZADOS NA CONSTRUÇÃO DO MOLDE. ........... 97
FIGURA 86 – PROCESSOS UTLIZADOS NA CONSTRUÇÃO DO MOLDE. ........... 98
FIGURA 87 – PLACA CAVIDADE (P2) MONTADA NA PARTE MÓVEL .................. 98
FIGURA 88 – PLACA CAVIDADE (P2) MONTADA NA PARTE MÓVEL .................. 99
FIGURA 89 – MOLDE MONTADO. ........................................................................... 99
FIGURA 90 – INJETORA BATTENFELD ................................................................ 100
FIGURA 91 – MOLDE NA INJETORA .................................................................... 100
FIGURA 92 – CORPO DE PROVA INJETADO (BUCHA DE INJEÇÃO) ................ 101
FIGURA 93 – CORPO DE PROVA INJETADO COM BUCHA QUENTE ................ 102
FIGURA 94 – EXTENSÔMETRO TRD6 ................................................................. 102
FIGURA 95 - INTERFACE EXTENSÔMETRO TRD6 ............................................. 103
FIGURA 96 – GRÁFICO FORÇA MÁXIMA DE TRAÇÃO [N] PP. ........................... 104
FIGURA 97 – GRÁFICO FORÇA MÁXIMA DE TRAÇÃO [N] PS. ........................... 104
FIGURA 98 – ALONGAMENTO DE RUPTURA [%] PARA PP. ............................. 105
FIGURA 99 – ALONGAMENTO DE RUPTURA [%] PARA PS. .............................. 105
LISTA DE SIGLAS
CP – Corpo de prova.
BQ – Bucha quente.
CQ – Câmara quente.
PM – Porta molde.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 1
1.1 OBJETIVO ........................................................................................................... 1
1.1.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................... 1
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................... 1
1.2 JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 2
2 CONSIDERAÇÕES SOBRE INJEÇÃO PLÁSTICA ............................................ 3
2.1 MÁQUINA INJETORA .......................................................................................... 3
2.2 MOLDES DE INJEÇÃO PLÁSTICA ...................................................................... 5
2.3 SISTEMAS DE INJEÇÃO PLÁSTICA ................................................................... 9
2.3.1 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO - CANAL FRIO ....................................... 10
2.4 ENSAIO COM CORPOS DE PROVA ................................................................. 15
2.5 PDP (PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO) .......................... 17
2.6 APLICAÇÕES DE SOFTWARES DA ENGENHARIA ......................................... 18
2.7 PROBLEMAS COMUNS DE INJEÇÃO DE PLÁSTICOS .................................... 20
2.8 VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO SISTEMA DE CÂMARA OU BUCHA QUENTE 24
3 PESQUISA DE MERCADO ............................................................................... 27
4 SOLUÇÕES PROPOSTAS................................................................................ 31
5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.............................................................................. 34
5.1 ANÁLISE COMPORTAMENTAL DO FLUÍDO NA INJEÇÃO .............................. 34
5.2 ALGUMAS DAS FORÇAS ATUANTES NO MOLDE DE INJEÇÃO .................... 35
5.3 ANÁLISE DO PROCESSO DE REFRIGERAÇÃO EM MOLDES ........................ 36
5.4 MEMORIAL DE CÁLCULOS .............................................................................. 38
6 PROJETO DEFINITIVO ..................................................................................... 49
6.1 PRODUTO ......................................................................................................... 50
6.2 DEFINIÇÃO DO TAMANHO DO MOLDE ........................................................... 58
6.3 DEFINIÇÃO DO PORTA-MOLDE ...................................................................... 63
6.4 DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE INJEÇÃO ........................................................... 66
6.5 CALCULOS FINAIS............................................................................................ 69
6.6 PROJETO TÉCNICO ......................................................................................... 79
6.7 CUSTOS FINAIS ................................................................................................ 92
7 FMEA ................................................................................................................. 94
7.1 FMEA SYSTEM .................................................................................................. 94
7.2 FMEA DESIGN ...................................................................................................95
8 PROTÓTIPO ...................................................................................................... 96
8.1 CONSTRUÇÃO .................................................................................................. 97
8.2 TESTES ........................................................................................................... 100
8.3 RESULTADOS ................................................................................................. 101
8.3.1 MOLDE ....................................................................................................... 101
8.3.2 CORPO DE PROVA ....................................................................................... 101
9 CONCLUSÃO .................................................................................................. 107
REFERÊNCIAS....................................................................................................... 108
1
1 INTRODUÇÃO
Após a revolução industrial muitas estruturas foram desenvolvidas utilizando
combinações das propriedades de materiais obtidas através de ligas de metais
convencionais. Entre o século XIX e XX surgiram os primeiros polímeros, propiciando
maior flexibilidade na fabricação e manuseio a um baixo custo em relação aos
metais. Dentre os polímeros podemos basicamente classifica-los em três categorias:
Termoplásticos rígidos, termos fixos rígidos e elastômeros. Os termoplásticos são os
mais utilizados na indústria devido à facilidade de conformação e moldagem, além
disso, se fundem por aquecimento e solidificam por resfriamento, em um processo
reversível (MANO et al 1999). Essa facilidade propiciou avanços no desenvolvimento
tecnológico das estruturas da matéria prima e no processamento dos polímeros,
sendo favoráveis as exigências do mercado quanto à importância de se conceber
produtos com geometrias complexas, utilizando sistemas como injeção, sopro,
termoformagem, extrusão e rotomoldagem.
1.1 OBJETIVO
1.1.1 OBJETIVO GERAL
Definição de um modelo de referência para o processo de desenvolvimento
de moldes para sistemas de injeção de peças plásticas. Demonstrando a partir da
metodologia proposta, a confecção de um molde que injete em bucha quente e
bucha a canal frio, algumas variedades de materiais como, PP e PS em formatos de
corpos de prova.
Além disso, serão utilizados diversas ferramentas e softwares disponíveis
aplicados na engenharia, bem como o dimensionamento dos elementos que o
compõem, seguindo um encadeamento de etapas que visam otimizar os prazos,
custos e qualidade na concepção do molde.
1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
o Aplicar ferramentas de engenharia, para auxilio e análises dos
componentes;
2
o Propor um modelo de encademento das etapas para dimensionamento
dos componentes de um molde;
o Dar continuidade deste projeto através de um Mestrado na área de
engenharia mecânica para um aprofundamento das propriedades
mecânicas de um polímero, realizar ensaios de tração, evidenciando entre
as amostras injetadas com bucha quente e bucha de canal frio, as
diferenciações das propriedades mecânicas;
o Construir um protótipo de molde para bucha quente e canal frio, com
cavidade para um corpo de prova com a metodologia proposta.
1.2 JUSTIFICATIVA
Para realizar um projeto de molde, é necessário aplicar conhecimentos de
distintas áreas técnicas, além de habilidade para reunir informações de requisitos e
regras de projetos, alocação dos componentes (gavetas, pinos, buchas, pilares,
parafusos, anéis, etc), parâmetros de injeção e dados referentes a custos, métodos
de extração e alimentação. Essas informações devem destinar-se ao
desenvolvimento do molde determinando as características que influenciarão na
qualidade do produto final.
3
2 CONSIDERAÇÕES SOBRE INJEÇÃO PLÁSTICA
2.1 MÁQUINA INJETORA
Dentre os processos de transformação de termoplásticos, a injeção destaca-se
por sua abrangência em todos os segmentos da indústria. Esse processo, segundo
BLASS 1988, aproxima-se dos processos de moldagem em metais, atribuindo calor e
determinada pressão para escoamento do material.
Moldagem por injeção é um processo de alta produção com
materiais termoplásticos. A matéria prima é misturada em uma cama de
aquecimento no qual é amolecida. A massa amolecida é então injetada na
cavidade do molde, que é mantida a uma temperatura inferior a do
amolecimento. A peça então é solidificada. (BLASS, 1988, p. 136).
Na figura 1 abaixo é possível visualizar os principais componentes que formam
uma máquina injetora.
FIGURA 1 – COMPONENTES PRINCIPAIS DE UMA MÁQUINA INJETORA
FONTE: C-MOLD DESIGN GUIDE, 1991
Componentes como, parafuso injetor, cilindro de aquecimento, funil de
alimentação e as resistências de aquecimento, formam o conjunto de injeção do
material, denominados como sistemas de injeção. Segundo Harada, 2004, o parafuso
injetor é responsável por transportar o material até ao molde e também realizar a
pressão sobre a matéria prima em direção a cavidade, realizando a homogeneização
4
e plastificação através dos movimentos rotativos da rosca (FIGURA 2).
FIGURA 2 - MÁQUINA INJETORA - PARAFUSO INJETOR
FONTE: C-MOLD DESIGN GUIDE, 1991
O processo de injeção depende basicamente de três elementos, a máquina
injetora, o molde e a matéria prima. As máquinas de moldagem de injeção foram
derivadas da moldagem de metais (fundição em moldes). No processo de injeção é
possível delimitar as etapas ou ciclos que a máquina realiza. As quatro operações
que se seguem na figura 3 abaixo, ocorrem automaticamente, cujo ciclo da máquina
é a soma do tempo do processo de injeção seguida do resfriamento até completa
solidificação. O resfriamento é a etapa do ciclo que apresenta maior tempo para ser
realizada, variáveis como espessura e as características do polímero interferem no
tempo de resfriamento do produto, justificando maior ciclo na etapa de resfriamento
(HARADA, 2004).
Harada (2004, p. 53) conclui que ciclos mais rápidos darão peças de menor
custo, porém se excessivamente curtos podem elevar a quantidade de peças que
necessitem de retrabalhos. Portanto em casos que necessitamos de maior controle
dimensional e ciclos mais rápidos habitualmente projeta-se no molde canais para
refrigeração. Harada (2004, p. 53) também alerta que moldes com temperaturas
baixas de operação causam tensionamentos nas peças produzidas as tornando
quebradiças e com uma superfície sem brilho.
5
FIGURA 3 - CICLO DE MOLDAGEM PROCESSO DE INJEÇÃO
FONTE: HARADA, 2004, p. 53
A primeira patente para moldagem por injeção foi concedida nos Estados
Unidos, em 1872, a John e Isiah Hyatt que a usaram para moldar celuloide.
Juntamente com as injetoras os moldes foram evoluindo, Em 1878, John Hyatt usou
o primeiro molde de múltiplas cavidades. Em 1920, na Alemanha iniciou-se a
moldagem por injeção de termoplásticos. Um maior desenvolvimento ocorreu em
1951, quando William H: Willert (United States) desenvolveu a rosca recíproca para
máquinas de moldagem por injeção (NUNES, 2002). Nunes, Raul. Conformação dos
Metais – PUC-RJ, 2002.
2.2 MOLDES DE INJEÇÃO PLÁSTICA
O molde de injeção é um conjunto de componentes que permitem que material
plástico fundido, escoe por meio de pressão até a cavidade, região na qual é
determinada a geometria e as dimensões da peça desejada. Na figura 4 abaixo é
apresentado esquema simplificado do material plástico. (HARADA 2004).
6
FIGURA 4 – MATERIAL PLÁSTICO PENETRANDO NA CAVIDADE DO MOLDE
FONTE: HARADA, 2004, p. 93
Fatores como peso, tamanho e desenho da peça, são decisivos ao se
determinar a localização ea quantidade de cavidades que terão o molde, definindo
inclusive o tipo de injetora mais adequada para receber o conjunto. Com base nessas
informações, Harada, 2004, p.93 justifica que é possível determinar a região mais
adequada para fixação dos sistemas de extração e outras particularidades.
Harada, 2004 p.94, alega também, que os principais dados para projetista de
moldes em uma máquina injetora é a capacidade de injeção, a força de fechamento e
o grau de plastificação que a injetora oferece.
O molde injeção é dividido basicamente em duas partes: Conjunto superior e
conjunto inferior, conforme demonstrado na figura 5 abaixo. A parte superior é fixada
na parte fixa da máquina e o conjunto inferior na placa móvel da injetora.
Os moldes são constituídos a partir das necessidades de cada produto,
buscando realizar adequadamente as funções associadas à execução do processo
no ciclo de moldagem. Conforme apresentado na figura acima, um molde pode ser
considerado como uma estrutura de placas ou chapas onde são montados os
sistemas que permitem que o molde cumpra as suas funções.
7
FIGURA 5 – ESQUEMA CONJUNTO SUPERIOR E INFERIOR MOLDE DE
INJEÇÃO
FONTE: Moldes de injeção, Sociesc Tupy, 2002, p. 5
Os sistemas funcionais de um molde podem ser classificados como:
cavidades; sistema de alinhamento; sistema de alimentação; sistema de escape de
gases; sistema de resfriamento e sistema de extração.
FIGURA 6 - EXEMPLOS DE SISTEMAS FUNCIONAIS NO MOLDE
FONTE: Polimold
A cavidade é a região destinada a dar forma a peça a ser produzida, em
seguida o sistema de alinhamento permite montar o molde na máquina guiando as
duas ou mais partes do molde, garantindo conformidade dimensional das peças a
uma alta produtividade. O sistema de alimentação é responsável por permitir que o
plástico fundido preencha a cavidade. A área de escape de gases tem a função de
8
retirar o ar existente na cavidade. O sistema de refrigeração mantém um controle
dimensional da peça reduzindo o tempo de ciclo. Após concluída o processo de
injeção e preenchimento do material na cavidade, os componentes de extração
permitem realizar a retirada das peças produzidas no molde.
Abaixo na figura 7 é possível ilustrar, em vista explodida, os diversos
componentes integrados ao molde de injeção, garantindo a realização das funções
do molde.
FIGURA 7 - ESTRUTURA BÁSICA DO MOLDE DE INJEÇÃO
FONTE: Moldes de injeção, Sociesc Tupy, 2002, p. 11
A seguir, na Figura 8, estão relacionadas algumas das características dos
componentes de um molde. Harada (2004, p. 100) afirma que qualquer uma das
características listadas se não forem observadas adequadamente, pode-se ter uma
qualidade inferior a almejada para o produto.
Segundo HARADA, na década de 40 tínhamos moldes que injetavam poucas
gramas, atualmente temos moldes com áreas projetadas de 1 metro quadrado e
peças pesando até 20 Kg. Nos últimos 25 anos a aplicação de produtos
termoplásticos passou de objetos mais simples como brinquedos e utensílios
domésticos para peças técnicas de indústrias automobilísticas, eletrodomésticos,
aeroespacial, entre outras.
9
FIGURA 8 - CARACTERISTICAS DOS COMPONENTES DO MOLDE
FONTE: Adaptado Harada, 2004, p. 101
Para atender exigências de mercado os moldes evoluíram, tornando-se cada
vez mais automatizados e complexos para suportar a injeção de plásticos de
engenharia e altas produções. Neste contexto, surgem os moldes com câmara
quente, propiciando a geração de peças com melhor qualidade, menos tensões
internas e com menores ciclos de injeção. (MANRICH 2005).
2.3 SISTEMAS DE INJEÇÃO PLÁSTICA
Os moldes de injeção podem ser classificados por sua forma de extração e
pelo sistema de alimentação, tambem conhecido por sistemas de injeção. Segundo
Harada (2004, p. 145) estes sistemas são influenciados pelos fatores de forma do
produto, pela matéria prima a ser utilizada e tambem pela máquina injetora. Na
10
figura 9 abaixo é melhor ilustrado essa classificação e variedades existentes quanto
aos sistemas de alimentação.
FIGURA 9 - CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS DE ALIMENTAÇÃO
FONTE: Adaptado de HARADA, 2004, p. 145
2.3.1 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO - CANAL FRIO
Após a massa fundida sair do cilindro da injetora, a primeira região
encontrada pela matéria prima é a bucha de injeção. A entrada do canal de injeção
do molde apresenta uma parte côncava ou reta, para realizar encaixe no bico da
injetora (Figura 10). Devido a grandes velocidade e pressões, o formato e
dimensionamento da bucha (Figura 11), são de aspecto importante para não gerar
qualquer dano ao material polimérico, como por exemplo degradação por
cisalhamento. “As bandas de cisalhamento, que são finas regiões planas de elevada
deformacão por cisalhamento, são iniciadas em regiões onde há pequenas
heterogeneidades de deformacão, devido a imperfeições internas ou da superfície,
ou à concentração de tensão”. (CANEVAROLO 2006). Esse cisalhamento faz com
que o polímero perca suas propriedades, mecânicas, térmicas, etc.
11
FIGURA 10 - ESQUEMA BUCHA DE INJEÇÃO
FONTE: HARADA, 2004, p. 102
FIGURA 11 - FORMATOS DE ENTRADA DO CANAL DE INJEÇÃO
FONTE: HARADA, 2004, p. 102
Ao utilizarmos o canal frio, após o processo de injeção, o produto sai com a
moldagem, ou vestígio no formato do canal de injeção (Figura 12), esse vestígio é
popularmente conhecido como galhos (Figura 13).
12
FIGURA 12 - VESTÍGIO OBTIDO EM CANAL FRIO
FONTE: HARADA, 2004, p. 102
FIGURA 13 - CANAL FRIO - INJEÇÃO COM GALHO
FONTE: Polimold
2.3.2 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO - CANAL QUENTE
O uso de sistemas com canal quente são utilizados em casos que a distância
entre a sáida do canhão da injetora até a entrada da cavidade são grandes, evitando
que o material injetado, durante o fluxo, resfrie-se ao longo do trajeto. Se não utilizar
sistemas para manter o material fundido aquecido, ao entrar em contato com as
paredes de menor temperatura no molde, gera-se uma camada congelada,
conhecida por frozen layer (Figura 14).
13
FIGURA 14 – FRENTE DE FLUXO E CAMADA CONGELADA
FONTE: THOMAZI, Introdução ao projeto de ferramentas, p. 92
Essa camada congelada, caso o preenchimento da cavidade moldante seja
lenta, a espessura de material solidificado dentro do canal de injeção reduz o
diâmetro do fluxo de injeção “h”, sendo necessário aplicar maior pressão de injeção,
aumentando o fluxo, reduzindo o tempo com que o material realiza as trocas
térmicas com as parades do molde (Figura 15).Porém com essa pressão maior sem
levar em conta os esforços sobre as placas, as mesmas podem fletir, gerando
rebarbas no produto final.
FIGURA 15 - DIFERENÇAS QUANTO A FORMAÇÃO CAMADA CONGELADA
DEVIDO VELOCIDADE DE INJEÇÃO
FONTE: THOMAZI, Introdução ao projeto de ferramentas, p. 92
• ENTRADA COM BUCHA QUENTE
Para reduzir esses problemas de solidificação de material ao longo do
processo, surgiram os bicos injetores, no qual são posicionados diretamente sobre a
cavidade, permitindo que o material injetado escoe em seu interior e chegue com
14
menor perda de temperatura. Para que o material permaneça aquecido, são
colocados de forma helicoidal em torno do canal de injeção enrolamentos de
resistência linear.
FIGURA 16 - BUCHA QUENTE HELICOIDAL
FONTE: Polimold
O bico quente é indexado no molde por meio da bucha de injeção, ficando a
ponteira próxima à cavidade, injetando diretamente sobre o produto através de um
unico canal de alimentação sem derivações ou desvios no fluxo do material.O bico
quente é encontrado de duas formas distintas: Bico quente normal e bico quente
valvulado, na figura 17 abaixo se ilustram a localização dos componentes que
auxiliam na indexação do bico no molde e também no isolamento térmico.
FIGURA 17 - ESQUEMA BICO QUENTE SOBRE BUCHA DE INJEÇÃO
FONTE: Moldes de injeção, Sociesc Tupy, 2002, p. 11
• ENTRADA COM CÂMARA QUENTE
15
Para Harada, (2004, p. 168) câmara quente é um conjunto de elementos que
garantem o estado do plástico em temperatura controlada, mantendo fluidez ao
longo do sistema. Esse sistema também permite a injeção em vários pontos (multi-
point).
Diferentemente do sistema de bucha de injeção a canal frio, o sistema de
bucha quente apresenta uma resistência em torno do canal que irá percorrer o
material, mantendo-o aquecido, porém ao longo de um único canal. O sistema de
câmara quente distingue-se da bucha quente nesse último item, no qual ocorre a
derivação de canais, através de um sistema de alimentação denominado como
manifold, distribuindo de forma balanceada o polímero para mais de uma cavidade
simultaneamente.
Na figura 18, podemos ver as placas de suporte da câmera, conhecidas por
hot-half, compostas por placa base superior, placa porta manifold e placa porta
bucha.
FIGURA 18 - EXEMPLO SISTEMA DE CÂMERA QUENTE
FONTE: Polimold
2.4 ENSAIO COM CORPOS DE PROVA
Através da utilização de corpo de provas, obtendo curvas conhecidas por
tensão-deformação, no qual é avaliado o alongamento do material a partir da força
aplicada nas extremidades do objeto, seguindo normas regidas pela ASTM Standard
D 638 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics) (CALLISTER, 2007).
16
A ruptura da peça ocorre ao adicionar carga σ gradativamente até a ruptura
da peça, ocorrendo na região mais fina. O percentual da deformação é dada por:
o ɛ= 100 ( ∆L / L0 )
o ∆L = L – L0
E a tensão de tração aplicada na peça é dada por :
o σ = ( F / S0 )
S0 é a área da seção transversal antes da aplicação dos esforços e F é a
carga aplicada sobre o corpo de prova. Seja σP a tensão limite de proporcionalidade
do material, o material segue a lei de Hooke, onde E é o modulo de elasticidade:
o σP = E ɛ
o EP = (σP / ɛ)
O alongamento é o aumento percentural da peça sobre tração, até ocorrer a
fratura. O módulo de elasticidade ou módulo de Young (E) é a relação entre a tensão
aplicada ao corpo e sua deformação.
Na figura 19, percebe-se a influência da temperatura no comportamento do
polímero, alterando as suas propriedades mecânicas. Nota-se situações em que
elevando-se a temperatura o material torna-se mais ductil e menos frágil em
temperaturas mais elevadas (140ºF), porém suportando menor carga.
Em situações a baixa temperaturas o plástico pode-se comportar como um
vidro, a média temperaturas pode-se obter propriedades similares a de borrachas e
a alta temperaturas torna-se material viscoso ou líquido sendo de grande fluidez. Na
figura 20 ilustra-se o comportamento e alongamento do material a cada etapa do
ensaio.
17
FIGURA 19 - INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA SOBRE OS POLÍMEROS
FONTE: CALLISTER 2005, p. 526 apud T. S. Carswell and H. K. Nason, “Effect of Environmental
Conditions on the Mechanical Properties of Organic Plastics,Philadelphia, 1944.
FIGURA 20 - CURVA TENSÃO-DEFORMAÇÃO POLÍMERO
FONTE: CALLISTER 2005, p. 527 apud Jerold M. Schultz, Polymer Materials Science, p. 488.
2.5 PDP (PROCESSO DE DESENVOLVIMENTO DE PRODUTO)
Autores de PDP como ROZENFELD et al, descrevem a sequência das etapas
no desenvolvimento de um produto, como no caso um molde, em três macros linhas
(Pré-Desenvolvimento, Desenvolvimento e Pós-Desenvolvimento) subdividindo a
parte do desenvolvimento em três outras linhas (Projeto informacional; projeto
conceitual e projeto detalhado).
18
FIGURA 21 - MODELO UNIFICADO PARA O PDP
FONTE: ROZENFELD et al, 2006
Em Desenvolvimento de Produtos definem-se as estratégias que irão atender
as necessidades dos clientes. OGLIARI em seu resumo das abordagens clássicas
de planejamento com asssociação de demais autores, concluiu que as informações
de mercado alimentam o conteúdo na etapa de projeto informacional, transformando
estas em especificações de projeto.
Apartir das especificações informacionais inicia-se a etapa de projeto
conceitual configurando as primeiras linhas gerais de escopo do projeto, neste ponto
a fase de layout do produto já é preliminar. No projeto detalhado os sistemas de
extração e alimentação começam a ser considerados seus modelos.
2.6 APLICAÇÕES DE SOFTWARES DA ENGENHARIA
A fim de melhorar a eficiência na concepção da cavidade e dos componentes
do molde e prever antecipadamente problemas no processo, ferramentas como CAD
(Computer Aided Design), auxiliam em tarefas de análise de interferência entre os
componentes, como por exemplo, se os sistemas de refrigeração não irão atrapalhar
os sistemas de extração, bem como o espaço para alojar demais componentes sem
prejudicar a cavidade do produto.
19
FIGURA 22 - ANÁLISE DE INTERFERÊNCIA DE COMPONENTES EM CAD
FONTE: Polimold
CAM (Computer Aided Manufacturing) baseia-se no desenho projetado em
CAD (Figura 23) para determinar as trajetórias das ferramentas de usinagem para
fabricar o molde, essa ferramenta torna-se importante principalmente para
geometrias complexas como as cavidades, região determinante para a moldagem do
produto (Figura 24), Powermill é um dos softwares utilizados para definição de
trajetórias das ferramentas utilizadas nos equipamento que utilizam CNC (Comando
Numérico Computadorizado), essas simulações são avaliadas, validadas e então o
programa é descarregado nessa máquinas e iniciado trabalho de usinagem.
Essa análise através do software possibilita ter uma previsão do tempo para
usinagem do molde, viabilizando custos da hora-máquina, sistematizando as trocas
de ferramentas.
FIGURA 23 - EXEMPLO MODELAMENTO CAD APLICADO EM CAM
FONTE: Polimold
20
FIGURA 24 - SIMULAÇÃO DE TRAJETÓRIA DE USINAGEM EM CAM
FONTE: CT Formácion/ Grupo CT. Disponível em: http://www.ctformacion.es
Sofwares de CAE (Computer Aided Engineering) permitem visualizar o
comportamento da refrigeração e do polímero permeando dentro do molde e em sua
periferia, sendo assim, possível prever as trocas térmicas as quais estarão sujeitas
(Figura 25).
FIGURA 25 - EXEMPLO DE APLICAÇÃO CAE PARA ANÁLISE PRODUTO E
REFRIGERAÇÃO
FONTE: Polimold
2.7 PROBLEMAS COMUNS DE INJEÇÃO DE PLÁSTICOS
Em se tratando de desenvolvimento de produtos injetados, o molde de injeção
para plásticos é a principal ferramenta para assegurar a qualidade do produto. A
figura 26 explicita os diversos fatores que podem influencia-la. Segundo STEINKO
um molde mal projetado acarreta em custos, retrabalhos e atrasos em cronogramas.
21
FIGURA 26 – FATORES QUE INFLUENCIAM NA QUALIDADE DO PRODUTO
MOLDADO.
FONTE: STEINKO 2004, p. 63.
Harada (2004, p. 275) descreve que os problemas relacionados a injeção de
plásticos giram em torno de três componentes (molde, material e máquina). Podendo
estar na maioria das vezes relacionado o defeito ao material ou às condições de
injeção, porém o mau dimensionamento do molde acarreta também em problemas
de qualidade e tempo de ciclo.
A seguir nas figuras 27 e 28, encontra-se um resumo adaptado citado por
Harada (2004, p. 275), no qual foram selecionados informações apenas
relacionadas aos possiveis problemas e causas originadas em um molde de injeção.
Diante disso, pode-se associar claramenteao processo de construção e
projeto de um molde, a boa qualidade das peças. Deve-se cuidar principalmente dos
parâmetros de injeção como controle de algumas variáveis: velocidade, tempos de
resfriamento, pressões de injeção e a caracteristica do material. Na sequência a
figura 29 segue uma exemplificação de defeitos oriundas desses parâmetros e
caracteristicas não percebidas durante o projeto de um molde.
22
FIGURA 27 - POSSÍVEIS PROBLEMAS E CAUSAS EM MOLDES DE INJEÇÃO
PLÁSTICA (PARTE 1)
FONTE: Adaptado HARADA 2004, p. 277.
Parâmetros
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Temperatura baixa no molde X X X
Bico do molde muito comprido X X
Diâmetro do bico muito pequeno X X
Canais distribuição pequenos X X
Mudanças bruscas de espessura X
Nervuras muito grossas X
Acabamento superficial inadequado X
Excesso de agente desmoldante X
Encaixe imperfeito entre bico na máquina com do molde X
Diâmetro do bico da máquina maior que o bico do molde X
Angulo do bico inadequado X
Riscos ou superficies não polidas no molde X
Mecanismo inadequado de extração X
Cantos das cavidades alisadas na linha de separação do
molde X
Temperatura do bico muito alta X
Temperatura do molde não uniforme X
Entradas pequenas/ Inadequada/ Mal posicionada X X X
Saídas de ar insuficiente/ Obstruída X X X
Temperatura do molde muito alta X
Conicidade insuficiente X
Extração do macho deficiente X
Pinos extratores com funcionamento muito rápido ou não
uniforme X
Espessura das peças não uniforme X
Seção muito fina molde X
Material frio entupindo entradas X
23
FIGURA 28 - POSSÍVEIS PROBLEMAS E CAUSAS EM MOLDES DE INJEÇÃO
PLÁSTICA (PARTE 2)
FONTE: Adaptado HARADA 2004, p. 277.
Parâmetros
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Temperatura baixa no molde X X X
Material estranho nas faces do molde ou linha de separação X
Numero excessivo de cavidades X
Bico do molde muito comprido X X
Diâmetro do bico muito pequeno X X X
Canais distribuição pequenos X X X
Excesso de agente desmoldante X
Temperatura do molde não uniforme X
Oleo, graxa, lubrificante ou agua no molde X X
Alinhamento falho entre as duas partes X
Entradas pequenas/ Inadequada/ Mal posicionada X X X
Saídas de ar insuficiente/ Obstruída X X X
Area projetada do molde muito grande para a capacidade
da máquina X
Temperatura do molde muito alta X
Saída de ar muito aprofundadas X
Canais muito quentes (Câmara quente) X
Graxa saindo dos pinos X
Seção muito fina molde X
24
FIGURA 29 - DEFEITOS COMUNS EM INJEÇÃO PLÁSTICA
FONTE: Adaptado de Book de defeitos, Celso Roberto Silva. Disponível em:
http://www.moldesinjecaoplasticos.com.br/bokdedefeitos.asp#13
2.8 VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO SISTEMA DE CÂMARA OU BUCHA
QUENTE
Harada 2004, p. 168, relata que ao utilizar um sistema de injeção com canal
quente, seja bico quente ou câmara quente, obtêm-se como vantagem em relação à
injeção de canal frio, os seguintes itens:
• Redução da pressão de injeção nas cavidades;
� Material em seu estado pastoso, não realiza trocas térmicas como nos
moldes a canal frio, dessa forma reduzindo a pressão de injeção, podendo,
conforme afirmação de Harada, chegar a 50% de redução.
• Possibilidade de utilização de máquinas de porte menores;
� Devido a redução na pressão de injeção, as máquinas e sistemas
alimentadoras tem menor curso de abertura, podendo ser de tamanhos e
custo de aquisição bem menores.
• Menor equipamento de refrigeração;
25
� Não tendo a necessidade de se resfriar o galho, será reduzida a
quantidade de calor a ser extraída do sistema, podendo ser economizado
em equipamentos de menor porte para realizar a refrigeração.
• Redução em quantidade de equipamentos para preparação e recuperação de
matéria-prima;
� Devido a utilização do sistema com controle de temperatura e injeção mais
próxima da cavidade, eliminam-se os “galhos” dos canais e rebarbas do
material, excluindo equipamentos como: moinhos, misturadores, balanças,
extrusoras e carrinhos de transporte.
• Redução no custo de mão de obra direta;
� Elimina-se a mão de obra para a retirada dos galhos, rebarbas,
movimentação e moagem dos galhos, além de diminuir mão de obra
necessária para fazer a alimentação das máquinas.
• Redução do custo da matéria-prima;
� Eliminando os “galhos” do processo, reduz-se a perda de material, do peso
das peças por ter a possibilidade de utilizar espessuras menores.
• Possibilidade de preenchimento de cavidades com espessuras menores;
� Com menores perdas de pressão e de temperatura pelo qual o sistema
oferece, devido controladores instalados externamente ao equipamento, é
factível produzir peças com espessuras menores.
• Melhoria das propriedades físico-mecânicas da peça injetada;
� Tem-se o aumento da resistência mecânica devido às menores tensões
internas em até 50% devido à eliminação das juntas frias.
• Redução de contrações e “chupagens”;
� Devido material permanecer em estado pastoso, transfere-se com
eficiência a pressão de recalque para a cavidade.
• Melhoria da qualidade visual.
� Com a temperatura ideal do polímero dentro do molde, à medida que o
material preenche a cavidade, elimina-se a marca de fluxo e linhas de
solda, melhorando o brilho e a transparência das peças.
• Redução no tempo ciclo.
� Com o intuito de realizar uma análise comparativa do tempo de ciclo entre
os sistemas de injeção quente e a frio, podemos utilizar de exemplo um
26
molde com 16 cavidades, em material PP (Polipropileno), com peso de 5
gramas de uma tampa flip-top.
FIGURA 30 - ANÁLISE COMPARATIVA DE TEMPO DE CICLO SISTEMAS DE
INJEÇÃO
FONTE: O próprio autor
O ganho econômico do exemplo da figura 30 contempla apenas a variável
tempo de ciclo, atingindo um valor de R$ 23.654,40 por mês, possibilitando uma
redução no prazo de entrega do produto ao cliente final. Se considerarmos outras
vantagens, conforme citadas anteriormente, tais como estabilidade de processo,
estabilidade dimensional do produto, melhor vestígio de injeção, menor força de
injeção e ausência do processo de moagem de galho, entre outros, o ganho
econômico e em qualidade é muito superior.
27
3 PESQUISA DE MERCADO
A maior parte do público alvo para o estudo proposto são as ferramentarias
fabricantes de moldes de injeção plástica. Uma vez definido o método, o objetivo
deste trabalho, vão ser as ferramentarias as principais beneficiadas com o produto
deste estudo.
� METODOLOGIA
A metodologia de pesquisa foi dividida em duas partes: Pesquisa geral e
Pesquisa específica.
Na pesquisa geral, objetivando uma melhoria no processo de
dimensionamento e fabricação de um molde, enviamos a um universo de 29
ferramentarias localizadas dentro do estado do Paraná uma pesquisa rápida e
simples Figura 31, contendo apenas dez perguntas enviadas por e-mail. As
pergundas foram elaboadas visando obter uma referência de conhecimento sobre
moldes de injeção. Como o universo a ser pesquisado era relativamentepequeno
optou-se por elaborar um questionário objetivo e sem qualquer necessidade de uma
resposta mais elaborada para que se obtenha o maior número de respostas. Para
evitar o descarte voluntário da pesquisa, identificamos pessoas resonsáveis
estratégicas dentro das ferramentarias para responder o questionário de forma ágil
no próprio corpo do e-mail enviado.
FIGURA 31 – QUESTIONÁRIO SOBRE MOLDE DE INJEÇÃO
Questionário Molde Injeção
Resposta
Sim Não
1 Moldes de injeção é a principal atividade da ferramentaria?
2 Existe um setor de projetos?
3 Terceirizam Projetos de Molde?
4 Existe uma metodologia definida para projeto de Molde?
5 Sabem a diferença entre Câmara Quente e Bucha Quente?
6 Utilizam porta moldes normalizados?
7 Utilizam componentes normalizados?
8 Já fabricaram moldes utilizando BQ ou Câmara Quente?
9 Calculam eficiência do sistema de Refrigeração?
10 Costumam calcular forças de injeção e fechamento do molde?
FONTE: O próprio autor
Posteriormente foram feitas entrevistas com três projetistas de moldes.
28
� RESULTADO DA PESQUISA GERAL
Das 29 ferramentarias 23 responderam o questionário, representando um
total aproximado de 80% de retorno. Os questionários foram complilados conforme
figura 32.
FIGURA 32 – RESULTADO QUESTIONÁRIO SOBRE MOLDE DE INJEÇÃO
Questionário Molde Injeção
Resposta
Sim Não
1 Moldes de injeção é a principal atividade da ferramentaria? 69,56% 30,43%
2 Existe um setor de projetos? 73,91% 26,08%
3 Terceirizam Projetos de Molde? 39,13% 60,08%
4 Existe uma metodologia definida para projeto de Molde? 82,60% 17,39%
5 Sabem a diferença entre Câmara Quente e Bucha Quente? 52,17% 47,82%
6 Utilizam porta moldes normalizados? 47,82% 52,17%
7 Utilizam componentes normalizados? 73,91% 26,08%
8 Já fabricaram moldes utilizando BQ ou Câmara Quente? 47,82% 52,17%
9 Calculam eficiência do sistema de Refrigeração? 17,39% 82,60%
10 Costumam calcular forças de injeção e fechamento do molde? 65,21% 34,78%
FONTE: O próprio autor
A primeira pergunta da pesquisa visava verificar a parcela de ferramentarias
que tinham como ramo principal de atividade a contrução de moldes de injeção.
Como 70% tinha como principal atividade, podemos considerar que a pesquisa
estava direcionada ao público alvo, uma vez que existem muitas empresas que para
sobreviver precisam atuar em diverssas áreas de ferramentaria.
A segunda pergunta visava identificar o percentual de empresas que mantiam
em seu quadro de funcionários um setor específico para projetos.
A terceira questam tentou identificar o percentual de empresas que
tercerizavam projetos, mesmo possuindo este setor muitas empresas não dão conta
da demanda de projetos.
A quarta pergunta explicita que mais de 80% das empresas possuem uma
metodologia definida para projetos de moldes de injeção.
A quinta pergunta refeência o grau de conhecimento em sistemas de câmra
quente e bucha quente.
29
A sexta pergunta identifica o percentual de empresas que utilizam porta
moldes normalizados. Verificou-se que menos da metade beneficia-se da
normalização.
A sétima pergunta identifica que 73% das ferramentarias beneficiam-se de
componentes padronizados.
A oitava pergunta mostra que menos da metade já utilizou sistemas de
câmara quente e bucha quente.
A nona pergunta explicita que apenas 17,39% calculam eficiência do sistema
de refrigeração dos moldes.
A décima pergunta visava analizar o percentual de projetos que calculavam
premissas básicas de moldes de injeção.
Já na Segunda parte da pesquisa foram feitas entrevistas com três projetistas
de moldes (A,B e C). A entrevista era basicamente solicitar ao projetista a
metodologia para projeto e concepção de moldes.
1) Projetista A
a. Característica do Molde
b. Refrigeração
c. Extração
d. Sistema de Injeção
e. Material de Consumo
f. Tratamento térmico
2) Projetista B
a. Número de Cavidades, massa e material.
b. Extração
c. Sistema de Injecão
d. Material do molde
e. Tratamentos térmicos
f. Refrigeração
g. Cavidade alojada ou usinada na placa
3) Projetista C
a. Material, Massa e Geometria.
b. Temperatura de Trabalho do Molde
c. Ponto de Injeção
30
d. Análise de Flow
e. Sistema de Injeção
f. Sistema de Extração
g. Refrigeração
h. Previsão de produção
i. Definição de material
� CONSIDERAÇÕES DA PRIMEIRA PARTE DA PESQUISA
É notório que um seleto grupo de ferramentarias e projetistas dominam o
assunto e que a grande maioria utilizam meios empiricos para projeto e concepção
de moldes de injeção. Notou-se que mais da metade não utizam placas
padronizadas e 73% utilizam componentes padronizados (Buchas, colunas,
pinos,..,). Entretanto a pesquisa apontou que menos da metade já utilizou sistemas
de alimentação aquecida (Câmara quente e Bucha quente), exacerbando que esta
tecnologia extremamente benéfica é ainda pouco explorada.
� CONSIDERAÇÕES DA SEGUNDA PARTE DA PESQUISA
Na entrevista com os projetistas notou-se que mesmo tratando-se
profissionais altamente técnicos em formação, muitas etapas do projetos são
definidas atráves de conhecimento experimental e empirico. Apenas o projetista C,
fazia cálculos estruturais e de efeciência térmica.
31
4 SOLUÇÕES PROPOSTAS
SACCHELLI, 2007 cita que a indústria brasileira ainda não identificou a
importância dos métodos de gerenciamento ao se desenvolver um molde, deixando
de lado grandes ferramentas que norteiam projetistas quanto ao referencial técnico e
redução de custos, visando atender as necessidades do cliente.
Na figura 33 formentada pelo autor, demonstra que é possivel ver diversos
modelos propostos para o projeto de moldes dentro da literatura acadêmica,
existindo coerências e divergências entre as etapas.
FIGURA 33 - ATIVIDADES PROPOSTAS PARA AS FASES DO PROJETO DO
MOLDE DE INJEÇÃO SEGUNDO DIFERENTES AUTORES
FONTE: SACCHELLI, 2007
Para SACCHELLI, as etapas podem ser vistas e expandidas conforrme figura
34 abaixo.
32
FIGURA 34 - FLUXO DAS ATIVIDADES RELACIONADAS COM O PROJETO DO
MOLDE
FONTE: SILVA, 2009, p. 57 apud SACCHELLI, 2007
Outra fonte de referência quanto a melhor medodologia para administrar um
projeto de concepção de molde é a pesquisa de mercado.
Analisando as metodologias dos autores com a pesquisa prática de mercado
podemos observar uma similaridade, considerando que algumas se apresentam de
forma superfícial (genéricas) e outras mais extratificadas (específicas). Com a
dificuldade de se apontar a melhor metodologia compilamos e integramos as
metodologias teóricas com as práticas para estabelecer um diagrama abranjente e
ao mesmo tempo contemplando os detalhes técnicos de cada etapa conforme Figura
35.
33
FIGURA 35 – METODOLOGIA PROPOSTA DE PLANEJAMENTO PROJETO DE
MOLDE
FONTE: O próprio autor.
34
5 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
5.1 ANÁLISE COMPORTAMENTAL DO FLUÍDO NA INJEÇÃO
Primeira etapa do processo de um ciclo de injeção é o preenchimento, nessa
etapa deve-se analisar o comportamento do fluido ao longo dos canais de
alimentação. Harada (2004, p. 225), descreve que o controle da viscosidade é
fundamental para assegurar que o molde seja totalmente preenchido com a pressão
desejada e também impacta na orientação molecular do polímero. Define-se a
viscosidade como um fluído que se deforma continuamente sobre a ação de uma
tensão de cisalhamento (FOX et al 2001, p. 16).
Ao ser aquecido, o material polimérico tem sua orientação molecular
desordenada (Figura 36). No momento que o material começa a reagir com a
pressão de injeção, o fluído aquecidoé forçado a se movimentar (Figura 37).
“...em qualquer escoamento viscoso, o fluído em contato direto com
uma fronteira sólida, tem a mesma velocidade que ela, não há deslizamento
da fronteira. Num fluído em movimento, a velocidade em contato com uma
superfície solida estacionária é zero”. (FOX et al, 2001, p. 20).
FIGURA 36 - ESTADO MOLECULAS EM POLÍMERO AQUECIDO
FONTE: HARADA, 2004, p. 226
FIGURA 37 - PERFIL DE VELOCIDADE DE UM FLUÍDO
FONTE: HARADA, 2004, p. 226
35
Quando o fluído está em movimento, ele fica sujeito a gradientes de
velocidades e temperaturas, estando presente também as tensões de cisalhamento
(Equação 1), afetando o movimento do fluido (Figura 38).
� ��� = � ��� (Tensão de cisalhamento) (1)
FIGURA 38 - ESQUEMATIZAÇÃO DOS PERFIS ATUANTE NO FLUÍDO
FONTE: CAVALHEIRO, 2007, p. 13
5.2 ALGUMAS DAS FORÇAS ATUANTES NO MOLDE DE INJEÇÃO
Segundo Ângelo R. Neto (2001) apud Ress, são várias as forças que são
exercidas sobre o molde, porem podem ser divididas entre a pressão exercida
durante a injeção, no qual o plástico fundido, choca-se contra a cavidade, fazendo
com que o molde tenda a abrir, ou também pela força provocada pela injetora, a fim
de manter as superfícies entre as interfaces fechadas, durante a injeção, evitando o
transbordamento de material injetado. Estes esforços sobre o molde são cíclicos,
partindo do repouso até o máximo valor, alternando a cada ciclo de injeção.
Força de fechamento: Ângelo R. Neto (2001, p. 15), relata que as forças de
fechamento no molde são perpendiculares a linha de abertura do molde, sendo ela
responsável por manter as placas unidas até o início do processo de extração. Essa
força evita o surgimento de rebarbas no produto, oriundo do transbordamento de
material, opondo-se a força de injeção sobre a cavidade.
Força para abertura do molde: Uma das forças que se opõem a força de
fechamento do molde é a de abertura, devido a contração do material e sua
solidificação, exercerem uma pressão sobre a parede da cavidade, dificultando a
36
abertura devido ao encaixe entre o macho e a fêmea do molde. “Quando a
contração do componente não é suficiente para retornar à dimensão nominal das
espessuras das paredes, a fêmea e o macho poderá comprimi-lo, aumento a força
para se abrir o molde” (Ângelo R. Neto, 2001, p.16).
Forças devido a injeção: Segundo Ângelo R. Neto (2001, p.17) a pressão
dentro da cavidade aumenta no decorrer do preenchimento da mesma, sendo o
esforço distribuído em todas as direções a partir do momento em que a cavidade
está totalmente preenchida. A injeção pode causar três esforços sendo elas: tensão
de compressão, tração e deflexão.
o Tensão compressão: Surge após o completo preenchimento das
cavidades, fazendo com que o plástico fundido atue sobre as superfícies
em que está em contato (Cavidade e macho).
o Tensão de Tração: Ângelo R. Neto (2001, p. 18), sugere que o
comportamento da cavidade do molde, assemelha-se ao vaso de pressão,
onde ao final da fase de injeção a pressão colocada sobre as paredes
tende a expandi-las criando tensões de tração.
o Deflexão: A pressão de injeção tende a deslocar a cavidade no mesmo
sentido do fluxo de injeção, repulsando o macho em direção oposta,
portanto se faz necessário determinar a espessura da parede, que seja
capaz de manter a deflexão, mantendo produto dentro de seus limites de
tolerância para a conformidade geométrica.
5.3 ANÁLISE DO PROCESSO DE REFRIGERAÇÃO EM MOLDES
O processo de refrigeração do molde de injeção tem como finalidade diminuir,
de modo rápido e constante, a temperatura da peça moldada até que atinja seu
estado sólido (SILVA S. L, 2009). A peça tem que atingir um determinado ponto de
solidificação para ser extraída, para Harada (2004, p.188) o molde deve estar em
temperatura suficientemente baixa, para que o material quente transfira seu calor às
superfícies do molde.
Uma refrigeração adequada proporciona a peça ciclos de trabalhos mais
rápidos, permitindo com menor tempo a possibilidade de extração da peça no molde.
Além disso, consegue-se melhor controle dimensional, evitando distorção por
37
desbalanceamento dos pontos que irão realizar a troca térmica com o produto
(Figura 39).
Em um processo de injeção, conforme ilustrado na figura 40 abaixo, o molde
está sujeito a três condições de trocas térmicas, sendo elas convectivas, de
condução e radiação.
FIGURA 39 - DISTORÇÃO GEOMÉTRICA GERADO POR RESFRIAMENTO
INEFICAZ
FONTE: SILVA S. L. 2009, p. 18 apud C-MOLD DESIGN GUIDE, 2000
INCROPERA, p. 9, relata que um regime estacionário é caracterizado por não
haver variação de energia térmica no volume de controle, podendo ser escrita a
energia acumulada conforme equação 5.
o ∆��
�� = ���� − ���� + �����
FIGURA 40 - TRANSFÊRENCIA DE CALOR EM UM MOLDE
FONTE: SILVA S. L. 2009 apud BRITO et al 2004
38
As trocas térmicas referentes a condução, são realizadas no instante que o
polímero aquecido entra em contato com as paredes do molde na cavidade e canais
de distribuição. Outro aspecto caracterizado por condução são os canais de
refrigeração, visando completar o ciclo de solidificação do produto. O fluxo de
energia é a partir do molde para o ambiente em que o molde está inserido. A
convecção é caracterizada natural, partindo da superfície do molde para o ambiente.
SILVA S. L (2009, p. 19), salienta que para ter de forma eficiente a troca
térmica entre o molde e a massa injetada, deve-se incluir no sistema de refrigeração
de convecção forçada, em circuito fechado, utilizando-se de água, óleo ou gás
refrigerantes. Outro fator importante é a arquitetura dos sistemas e dutos distribuídos
no molde, de forma a garantir a refrigeração uniforme do polímero, extraindo ao
máximo o calor da peça, garantindo controle dimensional maior e com ciclos
menores de produção.
5.4 MEMORIAL DE CÁLCULOS
Neste capitulo, busca-se mostrar a metodologia de cálculo aplicada no
dimensionamento do molde de injeção, dividindo-se em 3 principais etapas:
• Dimensionamento dos componentes mecânicos;
• Volume de injeção;
• Estimativa de tempo de ciclo.
• Dimensionamento dos componentes mecânicos:
Nesta etapa determina-se a dimensão dos calços que irão suportar a força de
fechamento do molde, não permitindo o vazamento de material durante o processo
de injeção.
� Força de Fechamento (���
�)
( )[ ]
1000
1
cav
P*
proj
A
fechF
FS+
=
�
�� = Pressão na cavidade [kgf/�� ];
�! = Fator de segurança ≅ 15%;
39
� Área projetada (#$�%&)
#$�%& = #' + # + #(
#$�%& = Área projetada do produto [�� ];
#' = Área da peça [�� ];
# = Área canal de alimentação [�� ];
#( = Área do bico de injeção [�� ];
A pressão de injeção pode ocasionar deflexão nas placas da cavidade. Por
isso a fim de evitar gerar rebarbas do produto, são alocados suportes de pilares,
principalmente em regiões que não irá interferir com algum outro componente.
Segundo Harada (2004, p. 117) pode-se nestes casos aplicar formula de
vigas bi apoiada para determinar a distância correta entre os calços. Inicialmente é
obtido Z (módulo da seção resistente a flexão)
� Módulo da seção resistente a flexão (*)
6*
2tbZ =
1 = base [��];
t = espessura [��];
Obtendo o valor de Z é possível determinar a força (W) suportada pelos
calços devido a força de fechamento. Nesse instante deve-se observar se S> FFech,
caso contrário a estrutura do molde entrará em colapso.
ZLWS *8 *=
! = Tensão admissível [678 �� ⁄ ];
: = carga que o calço pode suportar [67];
; = distância entre calços [��];
Z = módulo da seção resistente a flexão [��(];40
A partir disso avalia-se se a pressão exercida durante o processo de injeção
será capaz de fletir a cavidade do molde. Para Harada (2004, p.108), é quase
impossível um cálculo preciso sobre a resistência da cavidade, porém baseando-se
nas formas mais simples, adotando um coeficiente de segurança, são possíveis
quatro aproximações:
o Considerar cada parede da cavidade como uma viga fixa, com carga
uniformemente distribuída.
FIGURA 41 - CONSIDERAÇÃO DE MOLDE COMO UMA VIGA BI ENGASTADA
• Deflexão da cavidade (<)
< = :;=
384�@
W = Carga no interior da cavidade [Kg/�� ];
L = Comprimento interno da parede da cavidade [cm];
E = Módulo de Elasticidade [Kg/�� ];
I = Momento de Inercia [��=];
@ �
AB(
12
d = Profundidade total parede cavidade [cm];
t = espessura da parede [cm];
• Tensão máxima (D��E�
D��E �
:; �
12@
c= distância ponto aplicação carga até o eixo neutro [cm];
41
• Espessura mínima da parede da cavidade (t)
B = :;=32�<A
o Considerar cada parede da cavidade como uma viga livremente apoiada,
com carga uniformemente distribuída.
FIGURA 42 - CONSIDERAÇÃO DE MOLDE COMO UMA VIGA LIVREMENTE
APOIADA
• Deflexão da cavidade (<)
< = 5:;=384�@
• Tensão máxima (D��E)
D��E = :; �8@
• Espessura mínima da parede da cavidade (t)
B = 5:;=32�<A
o Considerar a cavidade como um pórtico com carga uniforme internamente.
� Segundo Harada (2004, p. 108) a forma mais racional é considerar
o molde como sendo um pórtico. Métodos anteriores tratam o
problema considerando cada lado da cavidade como uma viga com
carga uniforme, de extremos sendo eles fixos ou apoiados.
42
� Na figura 43, é possível verificar que a pressão da cavidade tende a
fletir para fora, enquanto os cantos se opõem ao momento gerado
pela cavidade.
� Considerações para utilização do método:
• Cantos devem permanecer fixos;
• Pressão de fechamento e efeito de retenção da placa
suporte são ignorados;
• As espessuras em ambos os lados da cavidade devem ser
iguais.
FIGURA 43 - MÉTODO DO PÓRTICO PARA DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA
DA CAVIDADE
FONTE: Harada (2004, p. 113)
• Momento (GH)
o GH = G�� −G'
o GH = IJKL −G'
o G' = IMNOJPQNRJPS' (NOJQNRT)
• Deflexão (<)
o < = UVJW(L=XNJY − Z[JKLXNY
• Espessura parede (B)
o B = \',UJK�XN^Y _UVJK=L −G'`P
43
o Calcular baseado que cada parede se comporte como uma placa
livremente apoiada com carga uniforme.
� Descrito por Harada (2004, p.113), o método de Timoshenko e
Lessels, que considera cada lado da cavidade como uma placa
uniformemente carregada e livremente apoiada nos quatros cantos,
designa sua aplicação sobre cavidades sólidas e rigidamente fixada
as paredes, sendo o lado aberto da cavidade completa e bem
fixado ao macho.
FIGURA 44 - PLACA APOIADA EM AMBOS OS LADOS
Fonte: Ângelo R. Neto (2001, p. 41)
• Deflexão (<)
o < = aV�WX�P
• Espessura parede (B)
o B = \aV�WX^P
FIGURA 45 - COEFICIENTE DE CÁLCULO (C)
Fonte: Harada (2004, p. 116)
44
( ) ( )PnPP cancavpçmold += *
• Volume de injeção:
Possibilita o cálculo do tempo de injeção e também a capacidade da máquina
a ser utilizada no processo. Tendo obtido a FFech calculada anteriormente e também
pressão necessária a ser aplicada na cavidade, através de simulações levando em
consideração a geometria da peça, massa e matéria prima.
o Tempo de injeção (B��&)
%)(*)( volutilinj
inj
inj
FQ
V
t ∗
=
����b = Fator de utilização ≅ 60%
o Capacidade de plastificação injetora )(
pa
C
T procC p
C pi
C pa
∗
=
6,73*
c$� = Capacidade máxima de plastificação [7 d⁄ ];
c$ = Calor específico [�ef 7ºc⁄ ];
Torna-se importante nessa etapa, obter número de cavidade que o molde
deve possuir, bem como o material a ser trabalhado e o peso do produto final, a fim
de determinar sua densidade, tanto no estado sólido como fundido.
o Peso de moldagem (��hfA)
Através do peso de moldagem possibilita-se calcular o volume de moldagem
(i��&) e a capacidade máxima de injeção (j��&) obtido pelo datasheet da injetora.
45
o Volume de moldagem (i��&)
ρ
Pmold
inj
Q =
ρ = Densidade material estado fundido [7/��(];
o Razão do Volume moldagem (%�%b)
V inj
Pmold
vol =%
j��& = Capacidade máxima de injeção [��(];
A partir desses dados, determina-se a injetora, escolhendo a capacidade
volumétrica máxima de injeção, além de sua capacidade de plastificação e também
o tempo de ciclo a seco ou tempo de abertura.
• Tempo de ciclo estimado:
Para determinar o tempo de ciclo estimado, é necessário, além das
informações, já obtidas (tempo de injeção, tempo de abertura e extração), se faz
necessário contabilizar o tempo de resfriamento, ou seja, o tempo que possibilita a
extração da peça sem gerar deformação visuais após o termino do processo.
( )[ ]100/%1*)( somattttT
extraresfabertinjCY ++++=
B��& = Tempo de injeção [s];
B�m��� = tempo de abertura do molde [s];
B���� = tempo de resfriamento [s];
B�E�� = tempo de extração da peça [s];
Tempo de resfriamento: AHRENS C. H. et al (2009), publicou um artigo
relatando as dificuldades e necessidades em se dimensionar corretamente um
sistema de refrigeração, para isso realizou estudo com simulação em CAE/ CAM
empregando a metodologia descrita por MYLLA (1998).
46
Para os sistemas de refrigeração é importante dimensionar o comprimento
dos canais de resfriamento e também o diâmetro que deverão possuir para
comportar a vazão requerida.
Para dimensionar o diâmetro adequado para se resfriar o produto, é
importante obter a quantidade de calor que o termoplástico gera para o molde.
no� = ∆ℎ�qr�s
Onde:
no�= calor gerado pelo termoplástico [W];
∆�= diferença de entalpia [KJ/Kg];
�o�= massa injetada no molde [Kg].
Com o valor em Watts da quantidade a ser retirada do termoplástico pelo
molde, estabelece-se a vazão mássica do fluido que irá permear no molde e retirar o
calor gerado pelo produto.
� = tqr
(Hs uvwxHs Yy)
Onde:
� = vazão mássica de fluído refrigerante [�( d⁄ ];
� = calor específico do fluído refrigerante [KJ/KgºC];
z
%��= temperatura de saída do fluído [ºC];
z
��= temperatura de entrada do fluído [ºC].
Com os dados de vazão e a quantidade de calor a ser extraída, é possível
determinar o diâmetro e o comprimento dos canais, por onde irá circular o líquido
refrigerante.
o Cálculo do diâmetro dos canais de resfriamento (D)
{ = =�| }�~
Onde:
{ = diâmetro do canal [m];
47
= número de Reynolds (coeficiente representativo do tipo de fluxo
do fluído refrigerante);
� = viscosidade do fluído refrigerante [� d⁄ ];
� = vazão mássica de fluído refrigerante [�( d⁄ ].
o Cálculo comprimento mínimo dos canais de resfriamento (L)
; = H
xH
tqr
[q K_W~ `
Q [~
Onde:
L = comprimento dos canais [m];
zI ��E = temperatura máxima das paredes do molde [ºC];
z} = temperatura do fluído refrigerante [ºC];
no� = calor gerado pelo termoplástico e fornecido ao molde [W];
6Z = condutividade térmica do material do molde [W/mºC]; # = distância entre a superfície do molde e o canal de resfriamento [m];
{ = diâmetro do canal [m];
ℎ = coeficiente de troca por convecção [calor gerado pelo termoplástico
e fornecido ao molde [: � ºc⁄ ];
ℎ = �~∙o
Onde:
= número de Nusselt (coeficiente representativo da transmissão de
calor por convecção forçada);
6� = condutividade térmica do fluído de resfriamento[W/mºC];
{ = diâmetro do canal [m].
= (�/L)(}�~x')∙V'Q' ,(�/L)[ K VK P x'
48
Onde:
�� = Número de Prandtl
Segundo AHRENS C. H. et al (2009), o Número de Prandtl em fluxo
turbulento é considerado como sendo 1;
8 = [0,79 ∙ (ln) − 1,64]
Com o dimensionamento dos elementos que compõem o sistema de
refrigeração, permitindo a extração da peça sem deformação geométrica, AHRENS
C. H. et al (2009) demonstra formula de Mylla (1998) para o resfriamento de moldes,
os as condições de contorno impostas permitem correlacionar as equações de
transferência de calor por condução e demais energia na única formula descrita na
sequência.
B
= d ¥��¦ ln
8¦ zZ − zIzX − zI
FONTE: MYLLA, 1998.
Onde:
B
= tempo de resfriamento [s];
d= espessura [mm];
zZ= temperatura de injeção [ºC];
zI= temperatura do molde [ºC];
zX= temperatura de extração [ºC];
¥��= difusidade térmica efetiva [�� d]⁄
Com o valor do tempo para que se obtenha resfriamento da peça para
extração do molde, é possível obter o tempo de ciclo total ( CYT ), logo com o total de
cavidades e também o percentual de peças perdidas se obtém a produção por hora
(���) do molde.
( ) ntolP cavperCYhr T *%*
3600
=
49
6 PROJETO DEFINITIVO
Para confirmar a metodologia proposta o presente capitulo irá abordar todas
as etapas para concepção do molde do corpo de prova. Cada subcapítulo compilará
a metodologia proposta Figura 34, utilizando conhecimentos acadêmicos e de
literaturas técnicas em todas as etapas de construção de um molde de injeção
utilizando uma bucha quente.
A construção de um molde protótipo que aborda-se todas as características
citadas na análise do produto, elevaria substancialmente o valor da ferramenta.
Para reduzir os custos do protótipo, uma vez que trata-se de um estudo com fim
acadêmico, optou-se por um produto de fácil construção.
Visando um futuro trabalho de mestrado o produto escolhido então é o corpo
de prova para ensaio de tração, a Figura 41 a seguir mostra o molde com o produto
escolhido.
FIGURA 46 - MOLDE DE CORPO DE PROVA
FONTE: Próprio autor.
50
6.1 PRODUTO
Entende-se que uma ferramenta de injeção de um corpo de prova adequada a
norma poderá ser muito útil em um futuro trabalho de pós-graduação na área de
polímeros.
O produto segue a norma de corpos de prova com seção retangular que são
geralmente retirados de placas, chapas ou lâminas. Suas dimensões e tolerâncias
de usinagem são normalizadas pela ISO/R377 enquanto não existir norma brasileira
correspondente. A norma brasileira (NBR 6152, dez./1980) somente indica que os
corpos de prova devem apresentar bom acabamento de superfície e ausência de
trincas. Para polímeros as principais medidas do corpo de prova são explicitadas na
Figura 42 a seguir.
FIGURA 47 - MEDIDAS CORPO DE PROVA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO
FONTE: ABNT
Segundo a ABNT, o comprimento da parte útil (G) dos corpos de prova
utilizados nos ensaios de tração deve corresponder a 5 vezes a seção da parte útil
(W). A Figura 43 a seguir mostra a área útil do corpo de prova.
51
FIGURA 48 - ÁREA ÚTIL DO CORPO DE PROVA
FONTE: ABNT
Como produto final, do molde que está sendo estudado e desenvolvido neste
trabalho, terá corpos de prova injetados em PP (polipropileno) e PS (poliestireno), o
formato geométrico destes corpos de prova, terá como referencia a norma ASTM
D638 e terá como característica especial, o fato de terem sido injetados pelo centro,
e não pelas extremidades, como normalmente seria feito, e como está previsto na
mesma norma, a qual regulamenta este tipo de corpos de prova.
• Justificativa para injetar um corpo de prova pelo seu centro
geométrico.
A norma prevê que o corpo de prova deve ser injetado pelas extremidades,
para que no ensaio, os vestígios não influenciem na avaliação das propriedades
mecânicas do material. Logo, parece totalmente contra produtivo injetar um corpo de
prova com o vestígio no centro, local justamente onde se concentrarão as maiores
tensões e deformações. A menos que, se esteja querendo avaliar como se
comportam as tensões e deformações no local do vestígio, neste caso ficaria
justificado por que injetar um corpo de prova pelo centro.
Seguindo o raciocínio anterior, também devemos responder a outra pergunta,
por que realizar ensaios visando avaliar o local do vestígio? Existem certos tipos de
peça que por motivo de balanceamento e fluxo de material durante a injeção, não é
viável deslocar o ponto de injeção. Logo a única forma viável de fazer isto, é injetar a
peça pelo centro, desta forma geramos um problema, o vestígio ficou localizado em
um local crítico de concentração de esforços. Sendo assim, para poder entender e
controlar melhor este problema, é que decidimos que deveríamos fabricar um corpo
de prova injetado pelo centro.
52
Outros motivos que devemos tomar em conta quando vamos decidir se é
necessário deslocar o ponto de injeção do centro da peça são:
• Custo benefício baixo para deslocar o ponto do centro, isto é, para deslocar o
ponto de injeção do centro da peça, exige que sejam feitas modificações nos
moldes, as quais envolvem um custo maior e isto acaba se tornando inviável,
devido ao já mencionado custo beneficio.
• Em casos de moldes do tipo macho-fêmea, a mudança de posição do ponto
de injeção, irá mudar também as regiões de esforços internos do molde, o
que mais uma vez não justifica a mudança.
• Irá mudar a direção dos esforços internos no molde, isto é ao deslocar o
ponto de injeção do centro, todo o equilíbrio dinâmico dos esforços envolvidos
durante a injeção, o que requereria uma repaginação do molde, não valendo
assim o esforço em contrapartida com a aplicação da peça injetada.
Alguns exemplos de peças e moldes de peças que não é viável deslocarem o
ponto de injeção se observar nas figuras abaixo:
FIGURA 49 - MOLDE DE INJEÇAO CENTRAL (JARRA)
FONTE: Moldes de injeção Disponível em: http://www.plastic-injectionmoulds.com
53
FIGURA 50 - MOLDE DE INJEÇÃO FORMATO DE BALDE
FONTE: Sistemas de injeção Disponível em: http://www.preciolandia.com
FIGURA 51 - MOLDE DE INJEÇÃO PELO CENTRO (CALOTA)
FONTE: Moldes de injeção de calota Disponível em: http://www.unionmoldes.com
FIGURA 52 - POTE DE SORVETES INJETADOS PELO CENTRO
FONTE: Projeto para potes de sorvetes Disponível em: http://www.widestock.com
54
• ANÁLISE DO PRODUTO
Para que se obtenha um melhor desempenho em todas as etapas do projeto
é de fundamental importância uma análise criteriosa do produto. Segundo a
metodologia proposta na Figura-34, as características mais relevantes são:
1. Ângulo de saída
2. Espessuras mínimas e máximas
3. Verificar a possibilidade de poço frio no produto
4. Verificar a existência de garras e negativos.
5. Matéria Prima
6. Material e Índice de fluidez.
1.Ângulo de saída - Os ângulos de saída do produto são fundamentais para
definições de extração do produto do molde de injeção plástica. Dependendo dos
ângulos de saída do produto o molde necessitará de um conjunto extrator adequado
ou ainda de um conjunto de gavetas. No caso do corpo de prova não haverá
necessidade de gavetas ou dispositivos especiais para extraí-lo, pois se trata de
uma geometria simples conforme FIGURA 44 a seguir.
FIGURA 53 - CORPO DE PROVA PARA ENSAIO DE TRAÇÃO
FONTE: Próprio autor
2.Espessuras - Em se tratando de moldes de alta produção, produtos com
espessuras mínimas são muito desejados por sua economia na matéria prima. As
espessuras mínimas e máximas do produto vão impactar na estabilidade
dimensional
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