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Moldes de Injeção Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Índice Capítulo 1 - Processos de fabricação e transformação de plásticos...................... 4 Termoformagem ............................................................................................... 6 Extrusão ............................................................................................................ 9 Sopro............................................................................................................... 14 Injeção............................................................................................................. 18 Seleção de máquinas injetoras ........................................................................ 26 Exercícios ....................................................................................................... 27 Bibliografia ..................................................................................................... 29 Capítulo 2 - Generalidades dos moldes de injeção............................................. 30 Cavidades........................................................................................................ 30 Linhas de Fechamento .................................................................................... 35 Contração........................................................................................................ 43 Exercícios ....................................................................................................... 47 Capítulo 3 – Projeto de peças plásticas............................................................... 52 Exercícios ....................................................................................................... 66 Capítulo 4 - Componentes básicos de um molde de injeção .............................. 67 Capítulo 5 – Tipos de moldes ............................................................................. 71 Critérios para classificação dos moldes.......................................................... 73 Duas placas (Standard Mold): ........................................................................ 75 Moldes de três placas (Three-plate Mold): ..................................................... 77 Moldes com mandíbulas ou partes móveis (Split-Cavity Mold): ................... 80 Moldes com desenroscador ou núcleo rotativo (Unscrewing Mold):............. 81 Moldes com placa flutuante (Stripper Mold): ................................................ 83 Exercícios: ...................................................................................................... 84 Capítulo 6 - Porta-moldes................................................................................... 86 Capítulo 7 – Sistemas de injeção ........................................................................ 91 Fluxo de injeção.............................................................................................. 91 Buchas de Injeção ........................................................................................... 92 Canais de distribuição..................................................................................... 93 Tipos de canais ............................................................................................... 94 Pontos de Entrada de Injeção.......................................................................... 95 Bico-quente:.................................................................................................. 101 Sistema de câmara-quente ............................................................................ 103 - 2 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Saída de Gases .............................................................................................. 106 Exercícios: .................................................................................................... 107 Capítulo 8 – Sistemas de extração .................................................................... 108 Extração por pino.......................................................................................... 109 Extração por lâmina...................................................................................... 109 Extração por bucha ....................................................................................... 110 Extração por desenroscador.......................................................................... 111 Extração por placa ........................................................................................ 112 Extração por anel .......................................................................................... 113 Extração por válvula de ar ............................................................................ 113 Extração por gaveta ...................................................................................... 114 Capítulo 9 – Sistemas de refrigeração .............................................................. 116 Projeto de refrigeração.................................................................................. 117 Canais de refrigeração .................................................................................. 118 Métodos de refrigeração ............................................................................... 120 Resfriamento com água ................................................................................ 122 Conexões....................................................................................................... 123 Direcionadores.............................................................................................. 124 Tampões........................................................................................................ 124 Anéis de vedação (O´ring)............................................................................ 125 Capítulo 10 - Considerações iniciais no projeto de moldes de injeção ............ 126 Peso da moldagem ........................................................................................ 126 Capacidade de injeção .................................................................................. 128 Capacidade de plastificação.......................................................................... 129 Força de fechamento..................................................................................... 130 Exercício ....................................................................................................... 132 - 3 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Capítulo 1 - Processos de fabricação e transformação de plásticos Da produção da matéria-prima por processos químicos até o produto plástico que será utilizado pelo consumidor são necessárias algumas etapas intermediárias. A matéria-prima é produzida em grãos (chamado de granulado), de pó, pasta ou liquido e então transformada em semi-manufaturado ou peça pronta. Semi-manufaturados são produtos intermediários que serão ainda processados em produto final por meio de diferentes técnicas de fabricação, como por exemplo através de termoformagem. Exemplos de semi-manufaturados são placas, filmes, tubos e perfis de plástico. Peças prontas são produtos finais fabricados por exemplo através do processo de injeção. Exemplos de produtos acabados são baldes, engrenagens e carcaças de plástico conforme é mostrado no diagrama da figura 1.1. MATÉRIA-PRIMA PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO E FABRICAÇÃO SEMI-MANUFATURADOSPEÇA PRONTA - PLACAS - FILMES - TUBOS - PERFIS - FARÓIS - ENGRENAGENS - CARCAÇAS DE FAROL - BALDES Fig. 1.1 – Diagrama da matéria-prima até o produto final Na tabela 1.1 é mostrada uma panorâmica sobre processos de fabricação e transformação para o grupo dos termoplásticos e durômeros. Tabela 1.1 – Fabricação e transformação de termoplástico e durômeros PROCESSOS Durômeros Termoplásticos Moldagem Massa fundida será transformada ao mesmo tempo que ocorre uma reação química: - Massa rígida - Resina reativa fluida Massa fundida será moldada em estado termoplástico. Extrusão Massa fundida será extrudada em estado termoplástico. F ab ric aç ão Sopro Peça será moldada por sopro no estado termoplástico Termoformagem Semi-manufaturados serão moldados em estado termoplástico. Separação Moldagem sob tensão Moldagem sob tensão Tr an sf or m aç ão União Processos de união mecânica: colagem. Processos de união mecânica Colagem Soldagem (ultrassom, termofusão, etc...) - 4 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Na tabela 1.1 é possível verificar que não foi citado nenhum processo de transformação para os elastômeros, pois funciona de forma semelhante aos durômeros , com exceção da extrusão. Plásticos encadeados não possuem uma faixa de estado termoplástico e, devido a este fato, não podem mais ser transformados após o processo de endurecimento. A moldagem de plásticos sob tensão, da qual fazem parte os processos de torneamento, fresagem, serra, entre outros, é caracterizada pela designação genérica de “separação”. Os processos de união dos plásticos, dos quais fazem parte da colagem e a soldagem, bem como os processos mecânicos de parafusar, rebitar e assim por diante, são caracterizados pela designação genérica de “união”. A termoformagem, separação e união são agrupadas sob a designação de processos de transformação, pois operam com produtos semi-manufaturados, enquanto que os processos de moldagem, como a extrusão, o sopro e a injeção, compõem a fabricação, pois já convertem a matéria-prima em peça pronta. Processos de moldagem dos termoplásticos A tabela 1.2 mostra uma coletânea dos processos em relação ao estado físico de termoplásticos. Tabela 1.2- Execução de processos em relação ao estado físico do material ESTADO PROCESSOS Rígido Termoelástico Termoplástico Moldagem Extrusão Fundição Calandragem Injeção Prensagem Sinterização Termoformagem Chanfro/dobra Estampo Repuxo Repuxo profundo Processos combinados Separação Furação Torneamento Fresagem Aplainamento Serra Corte Retificação União Parafusagem Rebitagem Colagem - 5 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Termoformagem Entende-se por termoformagem a transformação do plástico sob ação de calor e força. Para este fim existe um grande número de técnicas de processamento. Para a termoformagem de termoplásticos tem sido disseminado o uso de ar e/ou vácuo para a produção da força necessária à formação. A seqüência normal do processo é: o plástico é aquecido a uma temperatura na qual ele atinge a elasticidade (zona termoelástica, como pode ser observado na figura 1.2), moldado através da força do ar e novamente resfriado. R es is tê nc ia à tr aç ão B A lo ng am en to B Faixa de transformação Rígido Temperatura Termoelástico Termoplástico Tg Tf Tz σ ε Fig. 1.2 – Gráfico Temperatura x Resistência à tração Como os termoplásticos podem ser levados, por aquecimento, do estado fixo até o elástico, somente eles podem ser termoformados, enquanto que, por exemplo, os durômeros, que não se tornam elásticos com o aquecimento, não podem ser moldados por este processo. O processamento é feito principalmente com filmes e placas, com espessura entre 0,1 e 12 mm. O material, também chamado de semi-manufaturado, pode ser encontrado em placas individuais ou em rolos. Etapas do processo O processo ocorre em três passos: o aquecimento, a moldagem e o resfriamento. Na primeira etapa o semi-manufaturado é aquecido. Para isto existem três possibilidades de processos: o aquecimento por convecção, por contato ou por radiação infra-vermelha. - 6 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi O método mais empregado é o por radiação infra-vermelha, já que sua energia avança diretamente ao interior do plástico. Assim ele é aquecido muito rapidamente e de forma homogênea, sem que a superfície fique danificada por sobre-aquecimento. A segunda etapa é a moldagem da peça, onde o plástico é estirado. O semi- manufaturado aquecido é preso em um suporte e pressionado, por ar ou vácuo, para o interior do molde ou puxado sobre o mesmo. Uma desvantagem do processo é que somente o lado da peça que entra em contato com o molde é formado perfeitamente. Dependendo se é o lado interno ou externo da peça que será moldado, distingue- se entre processo positivo e negativo. O processo negativo é apresentado na figura 1.3. Fig. 1.3 – Termoformagem negativa No processo negativo o semi-manufaturado é puxado para o interior da ferramenta, enquanto que no processo positivo ele é aspirado sobre a ferramenta. Neste processo o semi-manufaturado é preso e esticado. Desta forma ocorrem variações nas espessuras de parede das peças, principalmente os cantos tornam-se finos. Para reduzir este efeito, muitas vezes o semi-manufaturado é pré-estirado antes da moldagem propriamente dita. No processo negativo isto é executado por um estampo - 7 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi e no processo positivo por sopro. Como exemplo é apresentado na figura 1.4 o processo positivo com estiramento prévio. Fig. 1.4 – Termoformagem Positiva A terceira etapa, o resfriamento, inicia assim que o semi-manufaturado encosta na ferramenta fria. Para reduzir o tempo de resfriamento, por exemplo na produção em série, a ferramenta pode ser refrigerada. Pode-se elevar ainda mais a velocidade através do resfriamento do lado da peça que não está em contato com a ferramenta. Para isto é utilizado o resfriamento por jato de ar. Instalações para termoformagem A realização prática das etapas de processamento ocorre em máquinas de uma ou múltiplas estações. Na máquina de uma estação os equipamentos se deslocam enquanto o semi-manufaturado mantém sua posição desde o aquecimento até a extração. Na máquina de múltiplas estações o semi-manufaturado movimenta-se de uma estação para outra como pode-se ver na figura 1.5. Fig. 1.5 – Instalação de uma estação de termoformagem - 8 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi A desvantagem da máquina de uma estação é o seu longo ciclo, que é a soma dos tempos individuais de cada etapa, enquanto que nas máquinas de múltiplas estações o ciclo é igual ao tempo para a etapa mais longa. O processo de termoformagem é aplicado para a produção em larga escala de embalagens, como por exemplo, copos de iogurte, mas também para grandes peças como piscinas ou peças de automóveis. Extrusão A extrusão é a fabricação de um semi-manufaturado contínuo de plástico. O espectro de produtos estende-se de simples semi-manufaturados como tubos, placase filmes até perfis completamente complicados. Também é possível um processamento adicional direto do semi-manufaturado ainda quente, por exemplo, por sopro. Como o plástico é completamente fundido durante a extrusão e adquire uma forma completamente nova classifica-se a extrusão como processo de moldagem. A extrusora é o componente padrão em todas as instalações e processos baseados em extrusão. Ela tem como função produzir um fundido homogêneo do plástico alimentado (normalmente em pó ou granulado) e conduzi-lo com a pressão necessária através da ferramenta. Uma extrusora é composta pelas partes mostradas na figura 1.6: Fig. 1.6 – Elementos do canhão de uma extrusora O parafuso exerce várias funções como, por exemplo puxar, transportar, fundir e homogeneizar o plástico que é a matéria-prima da extrusora. O mais difundido é o parafuso de três zonas (figura 1.7), pois com ele pode ser processada térmica e economicamente a maioria dos termoplásticos. - 9 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Zona de calibragemZona de compressãoZona de entrada Fig. 1.7 – Parafuso de três zonas de uma extrusora Na zona de entrada (alimentação) o material em sua forma rígida é introduzido e transportado para frente. Na zona de compressão o material é compactado e fundido pela variação do diâmetro do parafuso. Na zona de saída (calibragem) o material fundido é homogeneizado e elevado a temperatura de processamento desejada. Independente da sua forma construtiva são colocadas as seguintes exigências para as extrusoras: • Avanço constante, sem pulsação; • Produção de um fundido homogeneizado térmica e mecanicamente; • Processamento do material abaixo de seus limites de degradação térmica, química e mecânica. Do ponto de vista econômico é exigida uma produção em grande escala e com baixo custo. No entanto, estas exigências serão preenchidas apenas se houver uma boa combinação entre o cilindro e parafuso. A diferença entre cada extrusora reside no tipo de construção de cada cilindro, como mostrado na tabela 1.3. Tabela 1.3 – Tipos de parafuso de uma extrusora Extrusora Tipo de cilindro Parafuso único • Convencional ou Extração rígida; Duplo parafuso • Mesmo sentido de giro ou Sentido de giro inverso; A extrusora de parafuso único central possui um cilindro interno liso. Característico para ela é que a pressão necessária para vencer a resistência da - 10 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi ferramenta é formada na zona de saída. O material é transportado pelo atrito entre os próprios pedaços de material bem como entre os pedaços e a parede do cilindro. Na extrusora de parafuso único com extração rígida a parede do cilindro é guarnecida ao longo da zona de entrada com ranhuras longitudinais. Estas ranhuras proporcionam um melhor transporte e com isso melhor compactação do material. A formação de pressão acontece já na zona de entrada. Todavia, é necessária a utilização de peças especiais para a obtenção da mistura na zona de saída, já que a homogeneização do material neste tipo de extrusora é pior que na convencional. A extrusora de duplo parafuso com sentido inverso de giro é utilizada para materiais em pó e especialmente para o PVC. A vantagem deste tipo de extrusora é que os aditivos são facilmente misturados no plástico sem exigir em demasia o material mecânica ou termicamente. No cilindro em forma de 8 (figura 1.8) os parafusos são construídos de maneira que são formados por câmaras fechadas entre os eixos, obrigando o material a avançar. Somente no final do parafuso onde a pressão é gerada aparece um fluxo escorrido e o material funde graças ao atrito. Fig. 1.8 – Parafuso de extrusão duplo Sistema de aquecimento A fusão do material na extrusora não ocorre somente devido ao atrito, mas também por introdução externa de calor. Para isto existe o sistema de aquecimento. O sistema é dividido em várias zonas, que podem ser aquecidas ou resfriadas isoladamente. São utilizadas resistências em tiras, no entanto outros sistemas também são empregados, como por exemplo, serpentinas de líquidos. Desta forma pode-se obter uma determinada distribuição de temperatura ao longo do cilindro. Para o processamento de materiais termicamente sensíveis, são utilizados parafusos aquecidos. - 11 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Materiais utilizados Na extrusão são processados materiais que também são utilizados na injeção. Todavia, existe uma grande diferença entre os dois processos e a partir disso resultam variadas exigências ao material. Enquanto que na injeção e outros processos é desejável baixa viscosidade e alta fluidez, na extrusão é exigida alta viscosidade. Esta alta viscosidade garante que o material não escoe entre a saída do bico e a entrada do calibrador. Na tabela 1.4 estão listados alguns exemplos de aplicação (extrudados), obtidos através do processo de extrusão. Tabela 1.4 – Tabela de materiais plásticos, temperatura e aplicação Plástico Faixa de Temperatura de Processamento Exemplo de Aplicação PE 130-200 ºC Tubos, tablet, filmes e revestimentos. PP 180-260 ºC Tubos, tablet, filmes planos e fitas. PVC 180-210 ºC Tubos, tablet e perfis PMMA 160-190 ºC Tubos, tablet e perfis PC 300-340 ºC Tablet, perfis e copos ocos Principio de funcionamento da extrusora O principio de funcionamento da extrusora se assemelha com o moedor de carne. O material é puxado na zona de entrada e empurrado para a zona de compressão. Então é compactado pela diminuição gradativa da altura de passagem, eventualmente aerado e levado ao estado de fundido. Na zona de saída o material é ainda mais homogeneizado e igualmente aquecido. Dependendo de cada tipo de extrusora, a pressão é obtida na zona de entrada ou na zona de saída. Como o processo de fusão não fornece sempre uma massa fundida completamente homogênea as extrusoras para estes casos são construídas com um parafuso que possui uma zona de mistura diferentes como pode ser visto na figura 1.9. - 12 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 1.9 – Parafusos com zonas de misturas diferentes Ferramentas Enquanto a extrusora se encarrega de preparar o material para obter um fundido homogeneizado, a ferramenta nela flangeada determina a forma do semi-manufaturado, também denominado de extrudado. Os extrudados diferenciam-se entre si pela sua forma, conforme é mostrado na figura 1.10. Fig. 1.10 – Exemplos de extrudados Todas as ferramentas contêm um canal de escoamento, denominado de distribuidor, que é atravessado pelo fluxo de massa e dá a forma desejada. Via de regra, todas as ferramentas são aquecidas eletricamente. Ferramenta de deslocamento ou de torpedo Para a produção de tubos, mangueiras e filmes tubulares são utilizadas preponderantemente as ferramentas de torpedo. - 13 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 1.11 – Torpedo de uma extrusora Estas ferramentas possuem um deslocador, colocado de maneira a permitir o fluxo mais favorável possível, que é unido à parede externa do canal de escoamento por meio de pinos. No lado da extrusora ele é de forma cônica e vai até a saída da ferramenta adquirindo o formato interno do extrudado. A vantagem está na posiçãocentral do torpedo, que resulta em boa distribuição do fundido. Efeito desvantajoso causam os suportes do torpedo, uma vez que o fluxo ao seu redor gera marcas de escoamento, que são visíveis no semi-manufaturado em forma de pontos finos localizados e riscos. Sopro Com o processo de sopro podem ser fabricados nos dias de hoje produtos de termoplástico vazado, como por exemplo, tanque de veículos, latas, pranchas de surf, tanques para óleos de aquecimento e garrafas. A fabricação de garrafas, vasilhames e recipientes para líquidos de plástico através de moldes de injeção seria extremamente anti- econômica. Seria muito difícil remover a parte do molde de injeção responsável por moldar à parte interna da garrafa. Conseqüentemente o tempo de ciclo seria extremamente longo. Além - 14 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi disso a moldagem por injeção necessita de produtos com paredes de um milímetro ou mais, o que aumentaria o custo da produção de garrafas. Tais peças podem ser fabricadas a partir de um modelo (produto base ou pré- forma) obtido por moldagem por injeção ou por extrusão. Para o processo de sopro por extrusão são necessárias duas partes principais do equipamento: • Uma extrusora (normalmente extrusoras de parafuso único) com cabeçote móvel; • A ferramenta de sopro e a estação de sopro. Seqüência do processo A seqüência do processo de sopro é apresentada abaixo: • Extrusão da pré-forma ou também chamado de parison. • Posicionamento da ferramenta de sopro. • Agarramento e separação da pré-forma. • Moldagem através da pressão do ar nas paredes internas e resfriamento. • Desmoldagem e extração. Fig. 1.12 – Seqüência do processo de sopro De uma forma mais detalhada se pode dizer que a extrusora processa o plástico até um fundido homogêneo. O cabeçote móvel direciona o fundido, que vem da extrusora em posição horizontal, para a posição vertical, onde uma ferramenta conforma uma pré-forma similar a uma mangueira (parison). Esta pré-forma está pendurada verticalmente para baixo. No caso de garrafas ou vasilhames retangulares está pré-forma poderá ser elíptica para melhor acomodar-se no molde de sopro. - 15 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi A ferramenta de sopro é composta de duas metades móveis, que contém um negativo do produto a ser soprado. Após a pré-forma ter saído do cabeçote móvel, a ferramenta fecha-se sobre esta e solda o fundo por esmagamento. A seguir a máquina movimenta a ferramenta para a estação de sopro. Na estação de sopro o mandril de sopro penetra na ferramenta e, com isso, na pré-forma. Desta forma, o mandril forma e calibra o pescoço do corpo vazado, ao mesmo tempo em que introduz ar na pré-forma, como se pode observar na figura 1.13. Com o ar surge uma pressão na pré-forma, pela qual ela é soprada e acomoda-se nas paredes da ferramenta. Assim ela obtém a forma desejada. Neste instante inicia também o resfriamento da ferramenta. Para reduzir o tempo de resfriamento cria-se na peça uma circulação de ar, por meio de um furo no mandril de sopro. O ar pode então sair por um estrangulamento, que serve para manter a pressão de sopro. Como fluido de sopro pode ser usado tanto ar comprimido como CO2, bem como nitrogênio resfriado. Após a peça ser suficientemente resfriada e obter, com isto, uma resistência mínima, o cabeçote de sopro retorna, a ferramenta abre e a peça pode ser retirada. Entrada de ar Mandril de sopro Núcleo Cavidade Solda inferior Canais de refrigeração Fig. 1.13 – Molde de sopro e mandril de sopro - 16 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Molde de sopro Se a garrafa for um corpo de seção redonda o produto-base poderá ser um cano de seção circular. Se for ou angular como alguns frascos de amaciante, então deverá ser utilizado um produto-base injetado ou um tubo extrudado angular. A figura 1.14 mostra uma simulação do processo de sopro. Percebe-se que o processo é mesmo descrito anteriormente, porém neste exemplo o extrudado vem de cima e o ar de baixo, enquanto no exemplo anterior, tanto o ar quanto o extrudado estavam localizados acima do molde. Fig. 1.14 – Processo de sopro com mandril na parte inferior No molde de sopro deve-se observar os seguintes critérios: - Quanto mais eficiente o circuito de refrigeração, menor o ciclo do processo e conseqüentemente mais rentável torna-se o produto. - O molde de sopro é construído em liga de alumínio com postiços de aço especial nas áreas de corte e esmagamento. Como exemplo poderia ser utilizado Duralumínio para o corpo do molde e aço P-20 para os postiços nas áreas de esmagamento. - O molde de sopro deverá conter escapes de gás distribuídos nas cavidades e com ênfase nos cantos vivos do produto. A figura 1.15 mostra exemplos de moldes de sopro. Na parte de cima está demonstrado exemplos de moldes para soprar garrafas e as fotos da parte de baixo mostram um molde para soprar um reservatório de água para caminhão. - 17 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 1.15 – Exemplos de moldes de sopro Injeção A injeção é o principal processo de fabricação de peças plásticas. Grande parte das máquinas de processamento de plásticos são injetoras. Com elas podem ser fabricadas peças de miligramas até 90kg. A injeção classifica-se como um processo da moldagem. Na figura 1.16 é apresentado a seqüência do processo de moldagem por injeção. - 18 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi O processo por injeção é adequado para produção em massa, uma vez que a matéria-prima pode geralmente ser transformada em peça pronta em uma única etapa. Ao contrário da fundição de metais e da prensagem de durômeros e elastômeros, na injeção de termoplásticos com moldes de boa qualidade não surgem rebarbas. Desta forma o retrabalho de peças injetadas é pouco ou nenhum. Assim podem ser produzidas peças de geometria complexa em uma única etapa. Fig. 1.16 – Processo de moldagem por injeção Em geral, apenas os materiais termoplásticos são moldados por injeção, mas os durômeros e elastômeros também podem ser moldados. A tabela 1.5 apresenta os tipos de resinas mais utilizados de cada classe. Tabela 1.5 – Alguns materiais plásticos para injeção Termoplásticos Durômeros Elastômeros • Poliestireno (PS) • Acrilonitrilabutadieno estirol (ABS) • Polietileno (PE) • Polipropileno (PP) • Policarbonato (PC) • Polimetilmetacrilato (PMMA) • Poliamida (PA) • Resina poliéster insaturada (UP) • Resina fenol formaldehído (PF) • Borracha nitril butadieno (NBR) • Borracha estirol butadieno (SBR) • Poli-isoprene (IR) - 19 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi É possível listar as seguintes características sobre a injeção: • Passagem direta de material fundido para peça pronta; • Não é necessário nenhum ou apenas pouco retrabalho da peça; • Processo totalmente automatizável; • Elevada produtividade; • Elevada qualidade; Ciclo de injeção O ciclo de injeção é o intervalo total entre o instante em que o molde se fecha durante o ciclo e o período correspondente em que ele se encerra no ciclo seguinte. O ciclo total é a soma do cicloda máquina mais o tempo que o operador leva para abrir a porta, retirar a peça e fechar a porta (em moldes não automáticos). O termo “ciclo da máquina” refere-se à parte do ciclo total que é controlado pelo painel da máquina. As operações que se seguem (fechamento do molde, injeção, e abertura do molde), ocorrem automaticamente. O ciclo da máquina termina quando os tempos pré-programados são finalizados e a máquina entra em espera aguardando o início do próximo ciclo. O ciclo da máquina é a soma do tempo de injeção, do tempo de resfriar a peça injetada (até atingir o estado sólido) e do tempo de abertura e fechamento do molde. Estas duas últimas fases são características da máquina e, portanto são independentes dos controles usuais das variáveis de injeção e do tipo de material utilizado. O tempo de resfriamento é mais longo e dependente da espessura da peça, da temperatura do molde e das características do termoplástico. Na figura 1.17 é apresentada como funciona um ciclo de injeção. Abertura Extração Fechamento Injeção Recalque Plastificação Resfriamento Fig. 1.17 – Ciclo de injeção - 20 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Normalmente, deseja-se obter ciclos de injeção curtos. O custo operacional por hora de uma máquina injetora é constante e, portanto, os ciclos mais rápidos darão peças de menor custo. Contudo, ciclos excessivamente curtos podem causar maior quantidade de peças defeituosas. Em muitos casos, usa-se água a baixa temperatura para resfriamento dos moldes para obter ciclos mais curtos. Embora esta seja uma prática comum e decisiva para a rentabilidade do processo, deve-se tomar cuidado para que a temperatura do molde não seja excessivamente baixa (o que causaria peças tensionadas, quebradiças e com superfícies sem brilho). O tempo de resfriamento cresce com o quadrado da espessura da parede. Por motivos econômicos é muito rara a produção de peças com grandes espessuras de parede. Normalmente não se encontram paredes maiores que 8 mm. No gráfico da figura 1.18 se pode ver claramente que os passos do processo ocorrem um após o outro até o processo de resfriamento, que se sobrepõe aos outros processos. Abre molde Unid. Inj. Retorna Resfriamento Recalque Injeção Unid. Inj. Avança Fecha molde PASSOS TEMPO (s) 1 Ciclo Fig. 1.18 – Sobreposição do processo de resfriamento Máquinas Injetoras Há uma grande variedade de injetoras para plástico. Algumas injetoras de pistão são equipadas com um dispositivo de dosagem que permite fornecer ao cilindro a quantidade exata de material para encher o molde. O cilindro injetor pode ser de pistão (utilizado em máquinas mais antigas) ou de rosca (possui melhor homogenização do material plástico), entre muitas outras características das máquinas injetoras. Na figura 1.19 é possível ver esquemas de diversas máquinas injetoras. - 21 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 1.19 – Tipos de máquinas injetoras A figura 1.20 mostra os dois principais tipos de injetoras encontradas na indústria: a injetora horizontal e a injetora vertical. Fig. 1.20 – Exemplo de uma injetora horizontal e uma vertical Os principais componentes da máquina injetora são: • A unidade de injeção que compreende o dispositivo de alimentação e dosagem, plastificação e injeção; • A unidade de fechamento que é responsável pela abertura, fechamento e extração do molde. - 22 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Unidade de injeção Na unidade de injeção o plástico é fundido, homogeneizado, transportado, dosado e injetado no molde. A unidade de injeção tem assim duas funções. Uma é a plastificação do plástico e outra é sua injeção no molde. Estas injetoras trabalham com um parafuso que serve de êmbolo de injeção. O parafuso gira em um cilindro aquecível, ao qual o material é alimentado por cima através de um funil. Na figura 1.21 é possível observar o canhão de uma injetora e perceber que é muito semelhante ao de uma extrusora. Fig. 1.21 – Elementos de uma injetora A unidade de injeção move-se, geralmente, sobre a mesa da máquina. Via de regra podem ser substituídos o cilindro, o parafuso e o bico de injeção, de formas que podem ser ajustados ao material a ser processado ou ao volume de injeção. Unidade de fechamento A unidade de fechamento das injetoras assemelha-se a uma prensa horizontal. A placa de fixação no lado do bico de injeção é fixa e a placa de fixação no lado do fechamento é móvel, de maneira que ela desliza sobre colunas ou barramentos. Sobre estas placas são fixados os moldes de maneira que as peças prontas possam cair após extraídas do molde pela força da gravidade. Os dois sistemas de acionamento da placa de fixação móvel são: - Alavancas articuladas acionadas hidraulicamente; - Puramente hidráulico; Os sistemas de alavancas articuladas são utilizados em máquinas de pequeno e médio porte. A alavanca é acionada hidraulicamente. - 23 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 1.22 – Unidade de fechamento com alavancas articuladas As vantagens destes sistemas são o ciclo de movimentação e velocidade rápidas, além da auto-regulação. As desvantagens são a possibilidade de quebra das colunas, a deformação permanente do molde por mau ajuste do sistema ou o elevado trabalho de manutenção. O perigo de quebra das colunas não aparece nos casos puramente hidráulicos, uma vez que o fluido hidráulico é variável resistindo assim a grandes deformações. Fig. 1.23 – Unidade de fechamento puramente hidráulica A vantagem deste sistema é sua alta precisão de posicionamento sem perigo de deformação inadmissível do molde e quebra das colunas. Desvantagens são sua baixa velocidade de fechamento, a baixa rigidez da unidade de fechamento e o elevado consumo de energia. Placa Estacionária ou Fixa Tem sua estrutura fundida e serve de apoio à parte do molde onde fica localizada a bucha de injeção. Suporta as colunas da máquina, nas quais são efetuados os - 24 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi movimentos da placa móvel. Possui furos ou ranhuras que permitem a fixação do molde e uma furação central onde se aloja o anel de centragem do molde, garantindo o alinhamento da bucha de injeção com o conjunto injetor da máquina. Fig. 1.24 - Exemplo de placa fixa (máquina Arburg 420/470S) Placa Móvel Tem sua estrutura fundida e serve de suporte para a parte do molde que contém o sistema de extração. Seu deslocamento e regulagens são realizados através das colunas das máquinas. Esta placa também contém furos ou ranhuras para a fixação do molde, porém diferencia-se da placa fixa, pois no lugar do furo para o anel de centragem existe o furo para o acionador do sistema de extração. Fig. 1.25 - Exemplo de placa móvel (máquina Arburg 420/470S) - 25 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Seleção de máquinas injetoras Quando se desenvolve um novo molde, também se faz necessário que se faça um estudo do parque de máquinas de empresa. Se as máquinas que a empresa possui, tem capacidade para aceitar o novo molde desenvolvido no que se refere aos itens abaixo: • Abertura máxima deplaca móvel; • Distância entre colunas; • Capacidade de injeção; • Capacidade de plastificação; • Força de fechamento; • Pressão de injeção suficiente; • Horas disponíveis deste equipamento no que se refere à programação de produção. No anexo A estão os dados da injetora Himaco 150-80. Pode-se citar como principais características: - Força de fechamento de 80 ton; - Peso máximo injetável de 172g de Poliestireno; - Distância entre colunas de 305x305mm; - Curso de abertura de 300mm; - Diâmetro da rosca de 40mm. - 26 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Exercícios 1 – A injeção é um processo de _____________________________________. (transformação/erosão/fabricação). 2 – A injeção serve para produção de ________________________________. (peças individuais/produto em massa) 3 – Pelo processo de injeção são produzidas, em primeira linha, _____________. (peças prontas/semi-manufaturados) 4 – Os produtos na extrusão são produzidos _____________________________. (continuamente/descontinuamente) 5 – Tanques de veículos, pranchas de surf e garrafas em geral são produzidas pelo processo de _____________________. (Extrusão/Sopro/Termoformagem) 6 – Na termoformagem o plástico é inicialmente________________, antes de poder ser moldado. (resfriado/aquecido/fundido) 7 – Somente os ____________________ podem ser termoformados, pois apenas eles tornan-se elásticos quando aquecidos. (termoplásticos/elastômeros/durômeros) 8 – Na extrusão a ferramenta determina __________________ do extrudado. (o comprimento/a forma/a temperatura) 9 – No resfriamento do molde de injeção a peça _______________________. (expande/contrai/permanece estática) 10 – Qual a fase do processo de injeção que se sobrepõe as outras? Por quê? 11 – Quais são as três fases do processo de injeção? 12 – No processo de injeção, qual a função do molde? 13 – Quais as funções da unidade de injeção? 14 – Qual a classe de polímeros normalmente utilizada na moldagem por injeção? 15 – Cite quatro itens existentes no catalogo da máquina Himaco 150-80t? 16 – Quanto ao tamanho físico do molde, quais as dimensões da máquina mais importantes a serem levadas em conta? 17 – Dadas às dimensões do molde, determine em quais máquinas o molde poderia ser utilizado: - 27 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Modelo da máquina A B C D Curso de abertura (máx. mm) 275 350 250 575 Altura mínima do molde (mm) 150 200 200 225 Altura máxima do molde (mm) 425 550 680 800 Distância entre colunas (mm) 221 x 221 270 x 270 320 x 320 420 x 420 Tamanho das placas fixa e móvel 400 x 400 446 x 446 476 x 476 650 x 650 18 - Observe o desenho da injetora abaixo: PLACA MÓVELPLACA FIXA SANDRETTO SB UNO - 110T Considere que: - Altura máxima do molde: 380mm - Altura mínima do molde: 150mm - 28 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi CURSO DE ABERTURA: 200 A C B LADO FIXOLADO MÓVEL Responda: A B C O molde pode ser utilizado nesta injetora? Molde 1 400 600 140 Molde 2 420 420 350 Molde 3 410 500 360 Molde 4 400 400 400 Molde 5 370 450 380 Molde 6 380 400 350 Molde 7 350 460 370 Molde 8 250 350 420 Bibliografia MICHAELI, Walter,GREIF, Helmut, KAUFMANN, Hans, VOSSEBÜRGER, Franz-Josef. Tecnologia dos plásticos. 1a. Ed., São Paulo: Editora Edgar Blücher Ltda., 2000. 205 p. HARADA, Júlio. Moldes para injeção de termoplásticos – projetos e princípios básicos. 1a. Ed., São Paulo: Artliber Editora, 2004. 308 p. MANRICH, Silvio. Processamento de termoplásticos. 1a. Ed., São Paulo: Artliber Editora, 2005. 431 p. ARBURG, Technical data Allrounder 420/470s. - 29 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Capítulo 2 - Generalidades dos moldes de injeção Cavidades O molde é um componente do processo de injeção que não pertence a máquina injetora, uma vez que normalmente para cada peça tem-se um molde diferente. O molde é composto por duas partes principais, sendo que uma é fixada na placa fixa da injetora e outra na parte móvel da injetora. Estas partes do molde contêm os perfis e formas da peça a injetar e cumprem essencialmente as seguintes funções: • Receber e distribuir o plástico fundido. • Modelar o fundido na forma da peça. • Resfriar o fundido (termoplástico) ou introduzir energia de ativação (elastômeros ou durômeros). • Desmoldar a peça injetada. A cavidade de moldagem é normalmente composta por duas partes: a unidade fêmea, que modela a parte externa da peça; e o núcleo ou unidade macho, que modela a parte interna da peça. Tanto a parte fêmea como a parte macho, podem ser formadas por um conjunto de outras peças chamadas postiços ou insertos. Os blocos que contém as cavidades de moldes podem conter mais que um produto, pode ser usinado a quantidade que melhor se adaptar a necessidade de produção e a máquina injetora. Na figuras 2.1 são mostrados exemplos de cavidades de moldes para injetar chaveiros. Fig. 2.1 – Exemplos de cavidades de moldes de injeção - 30 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi O tamanho dos blocos das cavidades varia conforme o produto a moldar. Os moldes montados podem pesar entre 100 quilogramas e 50 toneladas. Os insertos tem a função de completar detalhes do macho ou fêmea e facilitar a usinagem e o polimento. Na figura 2.2 é mostrado um produto com seus respectivos macho e fêmea. Fig. 2.2 – Produto, macho e fêmea As cavidades de um molde podem ser obtidas por: I – Usinagem, que utiliza três métodos distintos: - Fresamento: utilizando máquinas fresadoras do tipo ferramenteiras, copiadoras ou com CNC – Comando Numérico Computadorizado, trabalhando com material não temperado ou temperado. Eletroerosão: por meio de descargas elétricas realiza uma usinagem de precisão, mesmo em materiais endurecidos. Utiliza ferramentas (eletrodos) de cobre eletrolítico ou de grafite com perfil inverso ao da cavidade que será produzida. O acabamento da eletroerosão é do tipo texturizado e não é polido ou espelhado. As descargas elétricas utilizadas na remoção de material produzem endurecimento superficial e não causam tensão, excetuando-se a tensão superficial correspondente ao endurecimento produzido pela centelha. - 31 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi - Cunhagem: obtém a cavidade pela prensagem de uma ou vários modelos contra um bloco de aço especial, montado sobre blocos de apoio. Necessita de tratamento térmico entre uma cunhagem e outra; apara alívio de tensões, além de produzir acabamento excelente. Este processo é muito pouco utilizado nos dias atuais. II – Fundição, que também pode ser de três tipos: Simples: feita com ligas de zinco ou alumínio. Consiste em fundir estes metais com um modelo de aço similar à peça plástica a ser moldada, dando a forma desejada à cavidade. O modelo deve ser polido, tratado com grafite, e ter ângulos de saída que permitam sua retirada da massa fundida. Deve também ser previsto sobremetal para compensar a contração. Metalização: de utilização recente, este metido permite obter ambas as metades de uma molde. Consiste em metalizar diretamente um modelo padrão em madeira, metal, plástico ou qualqueroutro material que esteja montado em uma placa de apoio. Após a obtenção da casca metálica de 1 mm de espessura em metal de baixo ponto de fusão, através de um maçarico especial, coloca-se araldite na parte de trás da casca para criar a primeira metade da cavidade. Neste momento podem ser colocados também os tubos para refrigeração. O processo deve repetir-se para a obtenção da segunda metade. Os fabricantes responsáveis por este método, o recomendado para pequenas séries de produção e afirmam ser possível conceber um molde completo em um dia. Fundição de precisão: consiste em fazer um modelo do produto em cera e cobri- lo com cerâmica refratária. A cerâmica necessita de secagem e deve ser levada ao forno para que a cera se funda e deixe a cavidade moldada na cerâmica, que será posteriormente preenchida com o metal desejado. Este processo também é conhecido como microfusão. A precisão deste sistema é tão grande que alguns fabricantes injetam pentes de máquinas de corte de cabelo, em poliestireno, para servirem de padrão de fundição. Após ser fundido, retifica-se a face de deslizamento do pente e ele está pronto. III – Eletrodeposição: Consiste em recobrir um modelo de acrílico, ou qualquer outro plástico rígido, com uma camada condutiva de prata por deposição química, sobre a qual são depositados 5 a 8 mm de liga de níquel-cobalto. Essa camada de liga é novamente recoberta com cobre, numa espessura suficiente para usinagem e que permita o encaixe na matriz. A qualidade de reprodução é perfeita, atingindo até mesmo ótima qualidade - 32 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi óptica, o que permite seu uso, por exemplo, na produção dos refletivos de olho-de-gato dos triângulos de segurança. IV – Composição de postiços: Utilizado para cavidades com alto poder de refração, como placas reflexivas rodoviárias, o fundo da cavidade é composto por centenas de pinos sextavados de aço inoxidável temperado, em cujas pontas é lapidada uma pirâmide. As faces da pirâmide têm ângulos projetados para igualar o ângulo de refração da resina utilizada, obtendo máxima luminosidade e visibilidade a 50 metros. Obstruções Não deverão existir cortes na cavidade ou componentes que impeçam a retirada da peça do molde. Estes cortes podem ser feitos por partes móveis ou pinos laterais, que necessitam ser retirados antes que o mecanismo de injeção expulse a peça injetada. Os pinos laterais devem ser desenhados com precisão, para que o molde possa trabalhar automaticamente. Às vezes é mais econômico e fácil fazer os furos da peça com uma furadeira ou os cortes com máquinas apropriadas após a peça ter sido moldada. Uma peça complexa pode ser moldada em duas ou mais partes e montada posteriormente, em alguns casos com custo inferior ao de uma única peça injetada. Materiais para cavidades A seleção dos materiais com os quais se confeccionará as cavidades irá depender dos seguintes fatores: - Precisão. - Número esperado de produção. - Processo de obtenção da cavidade escolhida. - Acabamento e tratamento térmico disponível. - Facilitar a usinagem. - Características de condutibilidade térmica. Na tabela 2.1 existem alguns exemplos de aços para moldes e suas características gerais. Tabela 2.1 – Aços mais utilizados em cavidades Características P20 P50 P420 H13 Usinabilidade Boa, tanto recozido como beneficiado Excelente Boa Boa Soldabilidade Boa Excelente Difícil Média Reprodutibilidade Boa Boa Boa Boa - 33 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Condição normal de entrega Beneficiado para 30/34 HRC Solubilizado, dureza na faixa de 30/35 HCR. Pode ser entregue envelhecido com 40/42 HCR Recozido, dureza de 200 HB ou na versão VP420 TIM temperado e revenido para 28/32 HCR Recozido, dureza máxima de 197 HB Aplicações típicas -Moldes para injeção de termoplásticos não clorados. - Matrizes para extrusão de termoplásticos não corados. - Moldes para sopro - Moldes para injeção de termoplásticos não clorados. - Matrizes para extrusão de termoplásticos não corados. - Moldes para termoplásticos reforçados com carga. Plásticos de Engenharia. -Moldes para sopro -Moldes para plásticos corrosivos (clorados) acetato e PVC. -Resistência a atmosfera úmidas. -Moldes para sopro - Mandris e outros componentes de extrusoras. -Moldes para injeção de termoplásticos não clorados que requer alto grau de polimento. Nitretação Sim Sim Não Sim Cementação Sim, antes de temperar Não Não Não Na tabela 2.1 pode-se observar alguns exemplos de aços, mas cada fabricante de aço utiliza uma nomenclatura própria e uma tabela de equivalência com as normas internacionais. Além de possuírem materiais patenteados desenvolvidos por eles mesmos, como por exemplo, o SPAL 36, aço da empresa Thyssen que, segundo o fabricante, não apresenta similares ou equivalentes no mercado. É importante observar que os materiais empregados na construção das cavidades e dos machos requerem, normalmente, tratamentos térmicos, como normalização, recozimento, têmpera, carbonitretação, cementação, teniferização, nitretação, entre outros. Em alguns casos, os moldes podem ser construídos com materiais não-ferrosos, como ligas de cobre ou ligas de alumínio. Mais informações sobre materiais ferrosos e não-ferrosos para moldes podem ser vistos nos endereços da internet abaixo: www.diferro.com.br - Empresa fornecedora de aços Diferro; - 34 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi www.villaresmetals.com.br - Villares Metals; www.bohler-brasil.com.br - Bohler Aços Especiais; www.uddeholm.com.br - Empresa Uddeholm; www.coppermetal.com.br - Coppermetal – Alumínios para moldes; www.ampcoalloy.com - Ampco Metal – Ligas de bronze e cobre para moldes; Linhas de Fechamento Para entender melhor o que é linha de fechamento é necessário observar alguns conceitos básicos, conforme os indicados na figura 2.3. Fig. 2.3 – Elementos do fechamento de um molde Planos de fechamento: São as faces formadas a partir das linhas de fechamento. Os planos de fechamento são importantes para fazer a vedação entre o macho e a cavidade, evitando que no momento da injeção o material plástico ultrapasse os limites do produto e ocorra o aparecimento de rebarbas na peça injetada. Com a utilização de softwares de CAD, a criação dos planos de fechamento tornam-se muito mais importantes, pois é através deles que serão gerados os modelos matemáticos das cavidades macho e fêmea. - 35 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi 1 2 3 4 5 6 7 8 Fig. 2.4 – Exemplos de fechamentos Na figura 2.4 pode-se observar diversos exemplos de fechamentos, machos e cavidades. Note que nos exemplos 4 e 7 o molde contém dispositivo auxiliar de extração. O primeiro ponto a ser determinado no projeto da ferramenta é a posição da linha de fechamento do molde em relação ao componente, isto é, a linha de separação do macho e da cavidade. Na determinação das linhas de fechamento é importante observar alguns critérios: - 36 - Moldes de Injeção Prof. EduardoThomazi 1 - Marcas no produto: É importante que as linhas de fechamento não deixem marcas ou rebarbas no produto. A linha de fechamento normalmente deixa uma “linha testemunha” onde o material da moldagem tende a formar uma leve rebarba. Nos casos críticos, esta linha pode se estender e formar uma rebarba maior, que deve ser removida posteriormente de forma manual. Assim é importante que as linhas de fechamento do molde ocorram numa parte da peça em que esta marca seja visual e funcionalmente aceitável. Deve-se ter atenção as tolerâncias do produto na moldagem. É indesejável que dimensões de alta precisão sejam divididas por linhas de fechamento, pois marcas e rebarbas afetarão a precisão da peça. 2 - Desmoldagem do produto: A relação da face plana com a direção de abertura da injetora deve ser tal que permita que a moldagem seja extraída sem interferências. Os casos óbvios de interferência raramente são omitidos, mas interferências quase imperceptíveis comumente aparecem em concordâncias de perfis geométricos e estes casos necessitam de maior atenção. Interferência Linha de Fechamento Direção de Abertura Fig. 2.5 – Fechamento com interferência A linha de fechamento não deve interferir na extração do produto e tornando-a o mais eficiente possível. Em geral é conveniente que a ferramenta abra com a moldagem no lado móvel, pois é deste lado que se encontra o mecanismo de extração. Quanto ao produto, todas as superfícies perpendiculares à linha de separação dos dois moldes deve existir uma conicidade adequada. Com isso a extração da peça torna- se mais fácil. Para a maioria dos materiais plásticos é conveniente projetar as paredes do - 37 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi produto com ângulos de no mínimo 0,5º em cada parede. Em alguns casos, e quando necessário, pode-se utilizar ângulos menores de 0,5º por lado. 3 - Facilitar a usinagem A linha de fechamento deve ser criada o simples possível. Um grande número de ferramentas tem fechamentos planos que podem ser facilmente usinados dando o mínimo de problemas em serviço. Se a linha de fechamento possui ressaltos ou perfis a dificuldade para usinar o macho e a cavidade aumenta. Deve-se sempre que possível evitar a escolha dessas linhas. O problema de linhas de fechamento mais complexas se deve ao fato de dificultar a usinagem e a ajustagem das cavidades (macho e fêmea). Nos últimos anos com o projeto do produto exigindo um “design” mais moderno e arrojado, tornou-se comum encontrar moldes com linhas de fechamento impossíveis de serem usinadas por máquinas convencionais e se tornou quase obrigatório ter máquinas de usinagem CNC nas ferramentarias. Fig. 2.6 – Exemplos de divisão de postiços para facilitar ou diminuir a usinagem - 38 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Características das linhas de fechamento: As linhas de fechamento de um produto são responsáveis pela determinação de diversos parâmetros no projeto de um molde de injeção, como por exemplo: - Tipo de molde (duas placas, três placas, com gavetas, com placa flutuante, etc...); - Tipo de extração (com articulado, pino, bucha, mecanismo retrátil, etc...); - Posição da entrada de injeção; - Posicionamento das cavidades em molde multi-cavidades; Tipos básicos de linhas de fechamento: Plano Ressalto Ressalto PerfilPerfilAngular Fig. 2.7 – Tipos de linhas de fechamento A linha de fechamento principal pode ser de forma plana e simples, com ressaltos em dois ou mais níveis, faces angulares ou cônicas e faces perfiladas. No caso de ferramentas que abrem lateralmente, as linhas ocorrem na divisão das partes móveis e em outros casos na linha extrema da cavidade. Entretanto, além da linha de fechamento principal que é considerada como inicial para o projeto de um molde, outras naturalmente ocorrerão em outras faces do produto. Estas linhas podem ser de furos, divisão de partes móveis (gavetas, articulados e outros) ou em postiços inseridos nas cavidades para facilitar a usinagem. - 39 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 2.8 – Linhas de fechamento principal e secundária Observações quanto as linhas de fechamento: Quando se projeta o fechamento de um molde de injeção é necessário: - Evitar criar fechamentos com ângulos muito agudos, pois estes criam paredes frágeis no molde que se tornam muito suscetíveis à quebra; - Evitar criar fechamentos sem ângulos que favoreçam a abertura do molde (As paredes com ângulo de 90º podem sofrer engripamento e desgastes precoces). Nestes casos é sempre interessante deixar um ângulo de fechamento maior do que 3º. - Observar os intervalos entre ressaltos de fechamento, pois se forem muito pequenos podem acarretar dificuldades na usinagem. - O fechamento sempre deverá conter superfícies o mais suaves possível. - Todo projeto deve ser elaborado levando em consideração o equipamento disponível na ferramentaria. Nas figuras abaixo são mostrados exemplos de linhas de fechamento diferentes das convencionais e como influenciam na escolha do tipo de molde, acessórios, mecanismos, sistema de extração, entre outros. - 40 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 2.9 – Exemplo de peça que exige um molde com partes móveis - 41 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 2.10 – Exemplo de peça que exige mecanismo retrátil na parte interna Fig. 2.11 – Exemplo de peça com fechamento inclinado - 42 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Contração Entende-se por contração ou encolhimento, a diferença entre as dimensões da peça injetada, após alcançar o equilíbrio térmico em temperatura ambiente, e o tamanho da cavidade em que a peça foi moldada. Essa propriedade é característica de todos os materiais que, ao contrário da dilatação, ao serem esfriados se contraem ou encolhem, resultando num produto final menor que o molde original. Assim, o tamanho do molde a ser confeccionado a partir das dimensões do projeto que deve levar em consideração a contração do material. Na produção de peças de material plástico a contração é muito importante, devendo ser atentamente considerada, pois refletirá nas dimensões de produto moldado, além de influenciar sobre os seguintes itens: - A solidez: a contração pode provocar, em pontos do produto com espessuras distintas, tensões que podem causar rachaduras, rupturas, chupagens, etc. - Devido à instabilidade dimensional, a contração pode não ser uniforme em toda a superfície da peça moldada, causando empenamentos e deformações. Isto acontece geralmente em peças que têm diferentes espessuras em várias partes, as quais conseqüentemente, não sofrem contração uniforme. - Inserto de partes metálicas: a contração do metal é diferente da do plástico. Este, ao resfriar-se, pode contrair duas a cinco vezes mais que os metais. Conseqüentemente, a força desta contração agindo sobre o metal, que tem maior resistência mecânica, poderá provocar o rompimento do plástico. - As tolerâncias dimensionais obtidas de acordo com o coeficiente de contração dos plásticos nem sempre são constantes, pois dependem de diversos fatores, tais como:inconstância das propriedades das matérias-primas empregadas em sua preparação, variações das fases do processo de fabricação, cujo controle exato nem sempre é possível, condições de moldagem, etc. as tolerâncias médias adotadas para determinar as dimensões de uma peça a ser moldada com material plástico não devem ser inferiores a um certo limite dado. - A incidência nas dimensões do molde: a desmoldagem das peças, as quais ainda não se encontram em um estágio totalmente frio, terá o seu resfriamento completo à temperatura ambiente, continuando assim a contração, aumentando ou diminuindo as dimensões do molde, conforme o coeficiente de contração ou dilatação do material a ser processado. - 43 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi - No molde, a forma da peça é reproduzida em negativo. Por esta razão, deve-se calcular um aumento na contração do material plástico ligeiramente inferior na fêmea e superior no macho. Isto é feito para possibilitar pequenos ajustes na obtenção das dimensões requeridas. Para a maioria dos plásticos deve-se levar em consideração, para reduzir as contrações, as seguintes recomendações: 1. Diminuir a temperatura do material; 2. Aumentar a pressão da injeção; 3. Reduzir o limite da carga a ser injetada; 4. Reduzir a temperatura do molde; 5. Aumentar o tamanho da entrada da cavidade; 6. Aumentar o tamanho do bico; 7. Colocar entradas múltiplas; 8. Aumentar o tempo de avanço; 9. Aumentar a velocidade de injeção; 10. Aumentar o tempo de molde fechado; 11. Aumentar a saída de ar da cavidade. Os materiais plásticos, em sua variedade, têm diferentes valores de contração, dependendo do seu fabricante. Geralmente, é especificada uma faixa de valores de contração por material, valores esses que podem variar de acordo com o projeto do molde ou com as condições de moldagem na máquina injetora. Qualquer fator que aumente a pressão dentro da cavidade do molde reduzirá a contração. A contração da peça acabada é volumétrica, ou seja, resultando em uma diminuição em todas as dimensões do produto de acordo com o coeficiente de contração do material plástico. No anexo B encontra-se uma tabela com diferentes materiais composta de dados como densidade, contração, temperatura de injeção e temperatura do molde. Os fatores que influenciam diretamente na contração de uma peça moldada relacionam-se com: Molde - Área da entrada ou ponto de injeção (maior área, menor contração). - Espessura da parede do produto (maior espessura, maior contração). - Temperatura do molde (maior temperatura, maior contração). - 44 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Máquina injetora - Ciclo de moldagem (ciclo maior, menor contração). - Pressão de injeção (maior pressão, menor contração). Material plástico - Cristalinidade (maior densidade, maior contração). - Temperatura (maior temperatura, maior contração). A espessura da parede da peça faz com que a contração seja afetada sensivelmente pela velocidade de resfriamento. Observe no gráfico da figura 2.12, que a espessura da parede da peça tem influência direta com a porcentagem de contração. Neste caso estamos analisando um gráfico para o Polipropileno, mas acontece o mesmo efeito em praticamente todos os materiais plásticos. Fig. 2.12 – Relação do efeito da contração em função da espessura da parede Como podemos verificar na figura acima, a diferença de contração varia bastante conforme a espessura, é por este motivo que os fabricantes de material plástico especificam em seus catálogos uma faixa de valores para a contração. As cavidades do molde são dimensionadas com um valor maior que já leva em conta a porcentagem de contração do material que será injetado a peça. Este cálculo é feito somando o valor da dimensão nominal com o valor da porcentagem de contração. Uma observação importante é que as dimensões angulares não sofrem alteração com a contração da peça. Por isso não se deve aplicar o fator de contração em dimensões angulares de cavidades. No exemplo abaixo, a peça será injetada em Polipropileno que tem fator de contração entre 1,5 e 2%. Para os cálculos das cavidades macho e fêmea utiliza-se um valor médio (1,75%), mas vale lembrar que alguns projetistas mais experientes utilizam - 45 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi outros valores entre o máximo e mínimo indicado pelo fabricante do material, de acordo com o tipo de produto a moldar ou de acordo com simulações computacionais realizadas através de softwares de CAE, como por exemplo, o Moldflow. Nas dimensões nominais do produto devem ser somados os valores de contração encontrados para cada uma das dimensões. Para este cálculo utiliza-se a seguinte associação: Dimensão Nominal + (Dimensão Nominal * Contração em %) Exemplo: Dimensão Nominal: 40mm Contração média para o material Polipropileno: 1,75% Dimensão na Cavidade: 40 + (40 * 1,75%) = 40 + (0,7) = 40,70 Uma segunda forma de calcular este valor seria somando o valor de porcentagem a cota: 40 + 1,75% = 40,70 Um cálculo prático para ser utilizado em qualquer calculadora é converter o fator de contração em fator de multiplicação. Exemplo: - Fator de contração: 1,75% - Fator de multiplicação: (1.75/100)+1 = 1.0175 Fig. 2.13 - Exemplo de produto com fator de contração aplicado no macho e na cavidade Todas as dimensões que sofrem efeito da contração devem ser multiplicadas pelo fator de multiplicação. Desta forma aplica-se a contração especificada pelo fabricante do material plástico no produto a moldar. Na figura 2.13 é mostrado um exemplo de um produto onde em suas cavidades (macho e fêmea) foi aplicada contração de 1.75%. - 46 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Exercícios 1- Determine as linhas de fechamento nos produtos abaixo e os possíveis postiços que possam facilitar a usinagem das cavidades. - 47 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi 2 – Determine os fechamentos para as peças a seguir e desenhe o macho e fêmea para cada uma delas: PRODUTO A PRODUTO B 3 – Nos desenhos de produto a seguir aplique o fator de contração em todas as dimensões que sofrem alteração. Considere o material indicado na sulte a tabela do apêndice B para obter o valor de contração média a utiliza - 48 - legenda e con r. Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Introdução ao Projeto de Ferramentaria FERRAMENTARIA TÉCNICO EM Data Escala: Denominação: Material: PROFESSOR: - 49 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi PROFESSOR: Material: Denominação: Escala: Data TÉCNICO EM FERRAMENTARIA Introdução ao Projeto de Ferramentaria - 50 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Bibliografia GLANVILL, A. B., DENTON, E. N.. Moldes de injeção – Princípios básicos e projetos. 2a. Ed., São Paulo: Editora Edgar Blücher Ltda., 1989. 308 p. PROVENZA, Francesco. Moldes para plásticos. 1a. Ed., São Paulo: Editora F. Provenza, 1976. 210 p. CRUZ, Sérgioda. Moldes de injeção. 2a. Ed., Curitiba: Editora Hemus, 2002. 242 p. MICHAELI, Walter,GREIF, Helmut, KAUFMANN, Hans, VOSSEBÜRGER, Franz-Josef. Tecnologia dos plásticos. 1a. Ed., São Paulo: Editora Edgar Blücher Ltda., 2000. 205 p. HARADA, Júlio. Moldes para injeção de termoplásticos – projetos e princípios básicos. 1a. Ed., São Paulo: Artliber Editora, 2004. 308 p. MANRICH, Silvio. Processamento de termoplásticos. 1a. Ed., São Paulo: Artliber Editora, 2005. 431 p. - 51 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Capítulo 3 – Projeto de peças plásticas A ocorrência de defeitos típicos em moldados por injeção (empenamento, rechupes, deformações, distorções, etc...) está diretamente associado com as características de contração, contração diferencial e rigidez do polímero no momento da extração. O principal fator a ser considerado para a obtenção de um moldado de boa qualidade é o nível de contração da peça que é afetado: Pelo projeto do molde; Pelo desenho da peça, principalmente em função da espessura de parede; Pelas características da resina empregada; Pelas condições de processamento (principalmente temperaturas de injeção e do molde). Como o resfriamento das seções mais espessas ocorre mais lentamente, o polímero tende a apresentar nestas regiões um maior grau de cristalinidade, resultando numa maior contração em relação às paredes mais finas. Outro fator que contribui para aumentar a contração em zonas mais espessas (como nervuras, por exemplo) é o fato de que nestas regiões a pressão exercida é menor do que nas paredes mais finas. Desta forma, nestas regiões há uma menor compensação da contração devido ao recalque. O empenamento é causado pela contração diferencial entre a direção do fluxo e sua perpendicularidade. Se o polímero apresentar menor contração e uma boa rigidez ele estará menos sujeito a empenamentos. Alguns problemas associados à contração diferencial podem ser solucionados facilmente. Por exemplo, no carretel esquematizado na figura 3.1, a ocorrência do “chupado” na face contrária (conforme aparece em a) é eliminada com a redução da largura do reforço interno conforme proposto em b. a) Desenho original mostrando "chupado". b) Desenho da peça mostrando a modificação que evita o "chupado". Fig. 3.1 – Carretel com chupagem devido à espessura excessiva - 52 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi De modo similar, na figura 3.2, a distorção provocada na peça do desenho a, resultante da variação brusca da espessura, é resolvida utilizando-se um perfil modificado (conforme mostrado em b). b) Desenho modificado.a) Desenho original mostrando distorções provocadas pela contração diferencial. Fig. 3.2 – Peça com distorção e peça modificada Para determinar a espessura mínima de parede do ponto de vista de processabilidade, o fluxo da resina do moldado deve ser considerado com respeito às temperaturas do fundido e do molde, profundidade/comprimento da cavidade e dimensões do canal e ponto de injeção. Em geral, moldes de peças maiores com paredes finas devem ser preenchidos por resinas de alta fluidez, enquanto moldes de paredes grossas permitem o uso de resinas com fluidez variando de média a baixa. Peças contendo dobradiças integrais requerem polímeros de fluidez alta para assegurar rápido preenchimento e boa qualidade de dobradiças. Porém, cuidado deve ser tomado na escolha do tipo de polímero a ser utilizado, uma vez que para fluidez crescente há diminuição de resistência das dobradiças. A espessura de parede deve ser constante sempre que possível para diminuir chupagem, contração diferencial e um conseqüente empenamento. Se isto não for possível, deve-se diminuir a espessura progressivamente na direção do fluxo. As peças ao serem projetadas, precisam, preferencialmente apresentar paredes com espessuras uniformes (Figura 3.3). Peças maciças ou de paredes grossas devem, sempre que possível, ser evitadas, pois seu resfriamento não é uniforme, o que pode provocar defeitos. A principal função das nervuras é o aumento de rigidez e resistência mecânica da peça. As nervuras, quando localizadas convenientemente, podem ser utilizadas também para facilitar o fluxo do polímero, evitando assim o empenamento. Mas nervuras mal dimensionadas podem causar rechupes e empenamentos nas peças. - 53 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 3.3 – Área de peças com chupagem e bolhas A figura 3.4 mostra um botão de rádio com peso aliviado na parte posterior. Para assegurar sua resistência durante sua aplicação, a peça foi reforçada por meio de nervuras. Fig. 3.4 – Peça com alívio interno e reforço em sua estrutura Como no exemplo anterior, a figura 3.5 mostra um volante para registro que também foi aliviado na parte posterior, sendo reforçado com quatro nervuras radiais. Fig. 3.5 – Produto com alivio e reforço interno A figura 3.6 mostra uma base aliviada posterior e reforçada por meio de nervuras. - 54 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 3.6 – Produto com nervuras na parte interna Em situações nas quais é necessária a utilização de nervuras de grandes dimensões, os eventuais “chupados” podem ser disfarçados por meio de artifícios como: 1. Utilização de seção em desnível, imediatamente acima da nervura (figura 3.7a). 2. Incorporação de filete decorativo (figura 3.7b). 3. Uso de texturização da superfície oposta à nervura. Esse artifício é o mais indicado para caixas com divisórias. b)a) Fig. 3.7 – Alternativas para disfarçar possíveis rechupes Os furos devem estar longe das proximidades de nervuras em uma distância (dimensão G) que seja equivalente à metade ou pelo menos a um terço do seu diâmetro. A figura 3.8 exemplifica a distância mínima do furo em relação à nervura. Fig. 3.8 – Distância minima entre um furo e uma parede de produto A figura 3.9 mostra um produto com nervuras, furos, ressaltos e pinos posicionadores. - 55 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Fig. 3.9 – Produto com nervuras, furos, ressaltos e castelos A figura 3.10 mostra uma caixa interna de rádio, onde se pode observar um castelo com reforço (3) e outros sem reforços (1, 2 e 4). Fig. 3.10 – Exemplo de peça com diversos castelos A figura 3.11 ilustra proporções de um castelo próximo à parede do produto em relação à espessura do mesmo. Fig. 3.11 – Proporções de castelos próximos a paredes do produto - 56 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi A figura 3.12 ilustra a proporções do castelo longe da parede do produto em relação à espessura do mesmo. Fig. 3.12 – Proporção de castelos longe de paredes do produto A figura 3.13 ilustra a proporção da espessura da peça em relação à parte externa do produto. Fig. 3.13 – Espessura da peça x parede externa do produto - 57 - Moldes de Injeção Prof. Eduardo Thomazi Evitar, sempre que possível, castelos muito próximos à parede externa, uma vez que isso pode causar uma seção fraca no molde (Figura 3.14) e aumentar a quantidade de massa próximo a nervura. Fig. 3.14 – Exemplo de castelos próximos a paredes do produto Deve-se
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