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Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial SENAI/SC Joinville MOLDES DE INJEÇÃO PLÁSTICA Compilado por: Cassiano de Medeiros Joinville Agosto – 2007 1 SENAI/SC Sérgio Roberto Arruda Diretor Regional SENAI/SC Joinville Hildegarde Schlupp Diretora EQUIPE TÉCNICA Cassiano de Medeiros Professor 2 MOLDES DE INJEÇÃO PLÁSTICA 3 Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida sem prévia autorização escrita do SENAI/SC Joinville Catalogação na fonte por Simoni Casimiro de Oliveira – Bibliotecária CRB-14/258 _______________________________________________________ M488t Medeiros, Cassiano de Moldes de injeção plástica / Cassiano de Medeiros. Joinville : SENAI, 2007. 78 p. : il. Inclui bibliografia. 1. Moldes de injeção. 2. Moldagem (Fundição). I. Título. CDU 621.744 ________________________________________________________ SENAI-SC Joinville – Centro de Tecnologia em Eletrometalmecânica Rua: Arno Waldermar Döhler, 957 89215-155 – Joinville – SC - Brasil Tel: (0xx47) 3441-7700 Fax: (0xx47) 3441-7740 e-mail: jonville@joinville.senai.br 4 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Quadro 1 - Exemplos de termoplásticos e termofixos.....................................................07 Quadro 2 - Característica Ótica dos materiais plásticos..................................................08 Quadro 3 - Densidade dos materiais plásticos.................................................................08 Quadro 4 - Solubilidade dos materiais plásticos.............................................................08 Tabela 1 - Temperaturas para trabalho na injeção de termoplásticos..............................09 Figura 1 - Componentes básicos de um molde................................................................10 Figura 2 - Fechamento e preenchimento do molde de duas placas.................................13 Figura 3 - Abertura e extração do produto......................................................................13 Figura 4 - Fechamento e preenchimento do molde de três placas...................................14 Figura 5 - Abertura e separação do canal do produto......................................................14 Figura 6 - Abertura da placa do produto..........................................................................15 Figura 7 - Extração do canal e do produto.......................................................................15 Figura 8 - Ilustração de um molde com gaveta...............................................................16 Figura 9 - Cavidade produto console...............................................................................17 Figura 10 - Macho produto console.................................................................................17 Figura 11 - Exemplos de fechamento em produtos de situações variadas......................18 Figura 12 – Cálculo de cavidade cilíndrica...............................................................................19 Figura 13 - Cálculo de cavidade quadrada ou retangular..........................................................19 Figura 14 – Força atuando dentro do molde....................................................................22 Figura 15 - Demonstração de uma viga e as deformações que sofre...............................22 Figura 16 – Força atuando dentro do molde....................................................................24 Gráfico 1 – Analise da pressão de injeção no percurso de preenchimento da cavidade de um molde termoplástico..................................................................................................24 Gráfico 2 - Pressões internas na cavidade de um molde.................................................25 Figura 17 - Desenho placa suporte com dados ilustrados para cálculo de sua espessura..........................................................................................................................26 Figura 18- Desenho do produto para cálculo de espessura da placa suporte..................26 Figura 19- Carga concentrada na viga.............................................................................27 Figura 20- Carregamento distribuído na viga..................................................................27 Tabela 2 - Definição da pressão de injeção através do percurso de injeção e espessura da peça..................................................................................................................................28 Figura 21– Carregamento distribuído..............................................................................30 Figura 22 - Demonstração da utilização de pilares (calços) abaixo da placa suporte.....31 Figura 23 – Dimensionamento dos furos de água nas placas que moldam o produto.....34 Figura 24 - Sistema de entrada e saída de água no resfriamento de um molde...............34 Figura 25 - Simulação de resfriamento em produto termoplástico no software..............35 Figura 26 - Simulação de resfriamento em produto termoplástico no software..............35 Tabela 3 – Difusividade térmica efectiva média.............................................................39 Figura 27 – Circuitos de refrigeração..............................................................................40 Figura 28 – Circuito de refrigeração com placa de conexão...........................................41 Figura 29 – Circuito de refrigeração em Z......................................................................41 Figura 30 – Circuito de refrigeração retangular..............................................................42 Figura 31 – Circuito de refrigeração para cavidades com insertos circulares.................42 Figura 32 – Circuito de refrigeração circular..................................................................43 Figura 33 – Refrigeração para cavidades circulares........................................................43 Figura 34 – Circuito de refrigeração com placas.............................................................43 Figura 35 – Circuito de refrigeração em espiral..............................................................44 Figura 36 – Refrigeração com circuito helicoidal...........................................................44 5 Figura 37 – Circuito de refrigeração helicoidal...............................................................45 Figura 38 – Circuito de refrigeração em postiço.............................................................45 Figura 39 – Circuito inclinado de refrigeração................................................................46 Figura 40 - Circuito cascata com núcleo..........................................................................46 Figura 41 – Circuito cascata............................................................................................47 Figura 42 – Refrigeração Cascata....................................................................................47 Tabela 3 - Materiais plásticos, abreviaturas e contração.................................................48 Figura 43 - Sistema de distribuição de material desbalanceado......................................49 Figura 44 - Sistema de distribuição de material balanceado...........................................50 Figura 45 - Sistema de distribuição de material desbalanceado artificialmente.............50 Figura 46 - Simulação de preenchimento de cavidade em software...............................51 Figura 47 - Perfis dos canais de distribuição..................................................................54 Figura48 - Padrões de preenchimento de um molde com duas cavidades diferentes antes e depois do balanceamento em software...............................................................56 Figura 49 - Entrada circular, dados para cálculo............................................................58 Figura 50 - Entrada em Leque vista superior................................................................ .59 Figura 51 - Entrada em Leque vista Frontal...................................................................60 Figura 52 - Entrada tipo flesh.........................................................................................61 Figura 53 - Entrada capilar.............................................................................................61 Figura 54 - Molde de duas cavidades por peças injetadas com entrada tipo ABA........62 Figura 55 - Molde de quatro cavidades em entradas tipo ABA unidas..........................63 Figura 56 - Molde de oito cavidades em entrada tipo ABA...........................................63 Figura 57 - Entrada submarina vista frontal...................................................................64 Figura 58 - Entrada em disco vista superior e frontal....................................................64 Figura 59 - Sistema de extração por pinos.....................................................................66 Figura 60 - Sistema de extração por pinos com mandíbula...........................................66 Figura 61 - Sistema de extração por pinos com gaveta.................................................67 Figura 62 - Sistema de extração por camisa..................................................................67 Figura 63 - Sistema de extração por lâminas................................................................68 Figura 64 - Sistema de extração por tirantes.................................................................68 Figura 65 - Sistema de extração por ar comprimido.....................................................69 Figura 66 - Sistema de extração com auxilio de ar comprimido vista frontal..............69 Figura 67 - Sistema de extração por núcleo rotativo....................................................70 Figura 68 - Núcleo rotativo...........................................................................................70 Figura 69 - Construção de saída de gases em moldes termoplásticos...........................71 6 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO.........................................................................................................05 2. AÇOS PARA CONSTRUÇÃO DE MOLDES.......................................................06 3. MATERIAIS PLÁSTICOS......................................................................................07 3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS PLÁSTICOS....................................................................07 3.2 ANÁLISE PRELIMINAR........................................................................................08 3.3 DENSIDADE............................................................................................................08 3.4 SOLUBILIDADE......................................................................................................08 3.5 TESTE DE CHAMA Cor -Cheiro –Gotejamento.....................................................08 4. CARACTERÍSTICAS DA MÁQUINA INJETORA.............................................10 5. COMPONENETES BÁSICOS DE UM MOLDE..................................................10 6. INFORMAÇÃO TÉCNICA.....................................................................................11 6.1 LISTA DE COMPARAÇÃO NAS ETAPAS DE PROJETO DE UM MOLDE......11 7. CONSIDERAÇÕES SOBRE OS PROJETOS DE MOLDES DE INJEÇÃO PLÁSTICA.....................................................................................................................12 8. MOLDE DE DUAS PLACAS...................................................................................13 9. MOLDE DE TRÊS PLACAS...................................................................................14 10. SISTEMA DE GAVETAS......................................................................................16 11. CAVIDADES E MACHOS....................................................................................16 11.1 CAVIDADE............................................................................................................17 11.2 MACHO..................................................................................................................17 12. LINHA DE FECHAMENTO.................................................................................18 13. CÁLCULO DE CAVIDADE PARA MOLDES TERMOPLÁSTICOS............19 13.1 CÁLCULO DA PRESSÃO TOTAL NA CAVIDADE (PTC)...............................20 14. PESO DE MOLDAGEM........................................................................................20 15. CAPACIDADE DE INJEÇÃO...............................................................................20 16. CAPACIDADE DE PLASTIFICAÇÃO................................................................20 17. CICLO DE MOLDAGEM......................................................................................21 18. FORÇA DE FECHAMENTO................................................................................21 19. DIMENSIONAMENTO DE PLACAS DE APOIO DE MOLDES....................22 19.1 ANÁLISE DA SITUAÇÃO MECÂNICA - A placa como viga bi-engastada.......22 19.2 ESFORÇO DE FLEXÃO........................................................................................22 19.3 EQUAÇÃO DA TENSÃO DEVIDO AO MOMENTO FLETOR.........................23 19.4 EQUAÇÃO DA FLECHA ELÁSTICA..................................................................23 19.5 ORIGEM DA CARGA APLICADA, PRESSÃO DE INJEÇÃO X ÁREA PROJETADA..................................................................................................................24 19.6 EFEITO DA PRESSÃO..........................................................................................25 19.7 CÁLCULO APLICADO AO DIMENSIONAMENTO.........................................26 20. RESFRIAMENTO DO MOLDE...........................................................................33 20.1 CANAIS DE REFRIGERAÇÃO............................................................................33 20.2 SIMULAÇÃO DE REFRIGERAÇÃO EM SOFTWARE......................................35 20.3 CÁLCULO DO RESFRIAMENTO COM ÁGUA.................................................36 20.3.1 Cálculo do tempo de resfriamento com água...................................................38 20.4 CIRCUITO EM U...................................................................................................40 20.5 CIRCUITO EM Z....................................................................................................41 20.6 CIRCUITO PARA CAVIDADES RETANGULARES..........................................42 20.7 CIRCUITO PARA CAVIDADES CIRCULARES.................................................42 20.8 COLOCAÇÃO DE PLACAS DE REFRIGERAÇÃO............................................43 20.9 CIRCUITO ABERTO EM ESPIRAL.....................................................................44 7 20.10 CIRCUITO COM CANAL HELICOIDAL..........................................................44 20.11 CIRCUITOS USINADO NA BUCHA.................................................................45 20.12 CIRCUITO INCLINADO.....................................................................................45 20.13 CIRCUITO EM CASCATA COM NÚCLEO DE REFRIGERAÇÃO................46 20.14 CIRCUITO EM CASCATA COM LÂMINA SEPARADORA..........................47 21. CONTRAÇÃO........................................................................................................47 22. QUANTIDADE E DISPOSIÇÃO DAS CAVIDADES........................................49 23. ABERTURADO MOLDE.....................................................................................51 24. CLASSIFICAÇÃO DOS MOLDES QUANTO ALIMENTAÇÃO...................52 25. ALIMENTAÇÃO....................................................................................................52 25.1 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DAS CAVIDADES..........................................53 25.2 CANAIS DE DISTRIBUIÇÃO...............................................................................53 25.3 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO INDIRETA.......................................................56 26. ENTRADAS.............................................................................................................56 26.1 ENTRADA RESTRITA (CIRCULAR)..................................................................58 26.2 ENTRADA EM LEQUE.........................................................................................59 26.3 ENTRADA TIPO FLESH.......................................................................................60 26.4 ENTRADA CAPILAR............................................................................................61 26.5 ENTRADA EM ABA..............................................................................................62 26.6 ENTRADA SUBMARINA.....................................................................................64 26.7 ENTRADA EM ANEL E DISCO...........................................................................64 27. SISTEMA DE EXTRAÇÃO...................................................................................65 28. SAÍDA DE GASES..................................................................................................71 REFERÊNCIAS............................................................................................................72 8 1. INTRODUÇÃO Talvez não seja exagero afirmar que um dos pontos chaves de todo o desenvolvimento industrial é o projeto de alto padrão e a construção moderna de moldes de plástico. Esta é a única forma de satisfazer a demanda rapidamente crescente de produtos de plástico diretos ou indiretos que se manifesta em praticamente toda a produção industrial. Um item fundamental para uma boa moldagem de um determinado plástico é, sem dúvida, o molde. Um projeto mal feito ou um material mal definido podem ser os responsáveis por inúmeros problemas frequentemente observados na moldagem por injeção. Como tensões residuais, manchas, peças queimadas, etc. Molde para injeção é, sem dúvida, uma das partes mais caras no desenvolvimento de uma peça projetada para ser obtida por este processo. Daí, o projeto do molde, bem como o material que será usado em sua construção, merece ampla discussão. Os assuntos que serão apresentados nesse contexto são colocados de forma simples e elementar, ilustrados e colocados em seqüência didática facilmente assimilável. Como também comentários de atividades práticas na construção de moldes de injeção plástica. 9 2. AÇOS PARA CONSTRUÇÃO DE MOLDES A seleção do aço para um molde pode não ser tão crítica quanto a seleção do plástico para o sucesso de uma aplicação. Como os plásticos são formulados para atingir um desempenho numa aplicação, os aços são misturados (formando ligas) para atingir um desempenho específico de uso. Algumas aplicações requerem um aço com alta dureza e resistência ao desgaste, enquanto outras requerem um aço altamente tenaz para vencer a fadiga mecânica. Em geral, aços com alta dureza e resistentes ao desgaste tendem a tornarem- se mais quebradiços; a seleção de um aço mais tenaz torna o molde menos resistente ao desgaste pela fricção aço-aço ou pela abrasividade de plásticos carregados. Geralmente, moldes para injeção podem ser construídos com aços cuja dureza Rockwell C varie de 36 - 40. No entanto, para moldes que irão demandar longo tempo de vida e utilização constante, são recomendados aqueles cuja dureza Rockwell C varie de 48 - 60. SAE 1045: suporta eficazmente os esforços de compressão mecânica e longas produções. Permite fácil usinabilidade nas condições fornecidas e é especialmente indicado para estrutura dos moldes com cavidades em postiços. AISI P20: Aço ligado ao Cr/Ni (baixa liga), cuja elaboração cuidadosa procura obter um mínimo de inclusões metálicas e alta dureza, destacando-se sua capacidade elevada de polimento. Indicado unicamente para a injeção de plásticos, sem características corrosivas.Fornecido já na condição beneficiada, com dureza de 270 a 310 HB (36-40 Rockwell C). Possui alta dureza e garante perfeita usinabilidade, polimento extraordinário e longa vida útil do molde. É recomendado para cavidades usinadas diretamente nas placas e pode ser tratado termicamente para se obter maior dureza. AISI 420: Aço inoxidável martesítico, o qual somente alcança a propriedade de “não oxidar”, após a têmpera e revenimento. É fornecido na condição recozida, como também na condição beneficiada com dureza semelhante ao AISI P20. Indicado para a injeção de plásticos com características corrosivas como PVC ou plásticos com composição clorada. H13: Este aço é destinado à fabricação de matrizes para forjamento a quente em prensas, fabricação de moldes para a injeção de plásticos e zamak, ferramentas para corte a quente, matrizes para fundição de ligas de alumínio, chumbo, estanho ou zinco, ferramentas para extrusão de ligas leves, etc. Aço para trabalho a quente, ligada ao cromo-molobdênio-vanádio, temperável em óleo ou ar, de excelente tenacidade, alta resistência mecânica e boa resistência ao desgaste em temperaturas elevadas.Apresenta boa resistência à fadiga térmica, ótima resistência ao choque térmico a ao amolecimento pelo calor. Este aço é utilizado em uma faixa ampla de dureza, entre 44-60 HRC, a qual deve ser especificada em função das condições de aplicação da ferramenta. 10 3. MATERIAIS PLÁSTICOS Aparentemente, uma peça de plástico é similar a qualquer outra, ou seja, todos os artefatos de plástico parecem constituídos do mesmo material, variando apenas a cor e o formato do objeto. Na realidade, existem vários tipos de plásticos e borrachas que possuem propriedades e estruturas químicas diferentes. Por exemplo, um plástico utilizado na fabricação de um balde não é o mesmo usado na produção de um CD. O plástico é uma MOLÉCULA sintética, ou seja, produzida pelo homem, chamada de polímero (do grego: poli - muitas, mero - partes). Os polímeros são moléculas gigantes, geralmente de origem orgânica, constituída pela união de moléculas de baixo PESO MOLECULAR, denominadas monômeros, através de REAÇÕES QUÍMICAS. Um plástico pode ter um uso geral ou ser um plástico de engenharia: Plásticos de uso geral - São polímeros utilizados nas mais variadas aplicações, como o polietileno, o polipropileno, o poliestireno, o poli (metacrilato de metila), o poli (cloreto de vinila), baquelite, etc. Plásticos de engenharia - São polímeros empregados em substituição de materiais clássicos usados na engenharia, como por exemplo, a madeira e os metais. Ex: Poliacetal, policarbonato e poli (tetrafluor-etileno). Além das classificações descritas para os polímeros, o termo resina é muito empregado na indústria de plásticos. Geralmente, à temperatura ambiente, as resinas apresentam um aspecto de líquido viscoso, que amolece gradualmente ao ser aquecido. 3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS PLÁSTICOS Quadro 1 - Exemplos de termoplásticos e termofixos. Fonte: Cassiano de Medeiros. PLÁSTICOS TERMOPLÁSTICOS TERMOFIXOS Polietileno (PE) Polipropileno (PP) Policloreto de Vinila (PVC) Poliestireno (PS) Poliamida (PA) Poliacetal (POM) Polimetilmetacrilato (PMMA) Politetrafluoretileno (PTFE) Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS) Estireno Acrilonitrila (SAN) Fenol-Formaldeído Uréia-Formaldeído SiliconeEpoxi Poliuretano Poliéster Insaturado 11 3.2 ANÁLISE PRELIMINAR Característica Ótica Material Plástico Transparente PVC, PS, PMMA, SAN, PC, PET Leitoso à Opaco PE, PP, ABS, PÁ, POM, PTFE Quadro 2 - Característica ótica dos materiais plásticos. Fonte: Cassiano de Medeiros. 3.3 DENSIDADE Densidade (g/cm³) Material Plástico 0,9 a 1,0 PE, PP 1,0 a 1,2 PS, SAN, ABS, PMMA, PC, PÁ 1,2 a 1,5 PVC, POM, PET Quadro 3 - Densidade dos materiais plásticos. Fonte: Cassiano de Medeiros. 3.4 SOLUBILIDADE Plástico Solvente Não Solvente PE, PP Para-xileno, triclorobenzeno. Acetona, Álcool. OS Benzeno, tolueno, clorofórmio, acetona. Álcool PVC Tetrahidrofurano, ciclo-hexanona, dimetilformamida. Metanol, acetona. Quadro 4 - Solubilidade dos materiais plásticos. Fonte: Cassiano de Medeiros. 3.5 TESTE DE CHAMA Cor -Cheiro -Gotejamento Plástico Comportamento na Chama PÉ, PP Chama amarela com núcleo azul, gotejamento, cheiro de parafina (vela) OS Chama amarela fuliginosa, cheiro de borracha queimada. PVC Dificuldade de queima, cheiro picante de ácido clorídrico, carboniza. 12 Materiais Sigla Temperatura de trabalho °°°°C Temperatura da cavidade °°°°C Contração % Densidade (sólido) g/cm3 Densidade ( fundido) g/cm3 Polietileno de baixa densidade PEBD 140 – 260 10 – 70 1,5 – 3,0 0,954 0,74 Polietileno de alta densidade PEAD 160 – 280 20 – 95 1,5 – 5,0 0,965 0,74 Polipropileno Homopolímero PP Homo 160 – 280 20 – 80 1,0 – 2,5 0,91 0,73 Polipropileno Copolímero PP Copo 140 – 250 20 – 80 2,0 – 2,5 0.905 0,73 Poliestireno Cristal PSC 180 – 280 20 – 70 0,4 – 0,7 1,04– 1,05 0,95 Poliestireno de alto impacto PSAI (HIPS) 180 – 260 20 – 60 0,4 – 0,7 1,03– 1,06 0,95 Copolímero de Acrilonitrila, Butadieno e Estireno ABS 170 – 270 60 – 80 0,4 – 0,7 1,08 0,95 Copolímero de Estireno e Acrilonitrila SAN 190 – 280 40 – 80 0,5 – 0,7 1,08 0,99 Poli ( cloreto de vinila ) Flexível PVCf 150 – 200 20 – 50 > 0,5 1,38 1,02 Poli ( cloreto de vinila ) Rígido PVCr 160 – 210 30 – 50 0,5 1,38 1,12 Politetrafluoretileno PTFE 320 – 360 200 – 230 3,5 – 6,0 2,17 Poli(metacrilato de metila) PMMA 220 – 260 50 – 70 0,1 – 0,8 1,18 1,09 Poli(óxido de metileno) ( Poliacetal ) POM 160 – 220 90 1,9 – 2,3 1,42 1,16 Policarbonato PC 280 – 320 80 – 100 0,8 1,2 1,08 Poli(Tereftalato de etileno) PET 180 – 240 140 1,2 – 2,0 1,37 Poli(Tereftalato de butileno) PBT 210 – 240 60 –80 0,3 –1,2 1,57 Poliamida 6 ( nylon 6 ) PA 6 230 – 250 50 – 80 0,5 – 2,2 1,14 0,98 Poliamida 6.6 (nylon 6.6) PA 6.6 280 – 300 70 – 100 0,5 – 1,5 1,65 Poli(sulfeto de fenileno) PPS 280 – 350 100 – 150 0,2 1,64 Poli(óxido de fenileno) PPO 250 – 300 80 – 100 0,5 – 0,7 1,06 Tabela 1 - Temperaturas para trabalho na injeção de termoplásticos. Fonte: Cassiano de Medeiros. 13 4. CARACTERÍSTICAS DA MÁQUINA INJETORA Para projetar convenientemente um molde, é necessário conhecer as características da máquina injetora em que irá trabalhar, isto é, é preciso saber: - Capacidade da injetora; - Força de fechamento da injetora; -Pressão de injeção; -Sistema de fixação do molde às placas da injetora; -Sistema de refrigeração; -Sistema de extração; -Dimensões das placas; -Distância máxima entre as placas; -Distância livre entre as colunas; -Diâmetro do furo entre as colunas; -Diâmetro do furo de localização; 5. COMPONENETES BÁSICOS DE UM MOLDE Figura 1 - Componentes básicos de um molde. Fonte: DME Plastic. 14 6. INFORMAÇÃO TÉCNICA 6.1 LISTA DE COMPARAÇÃO NAS ETAPAS DE PROJETO DE UM MOLDE 1) O peso do conjunto formado pela montagem, canais de injeção e de distribuição está dentro da capacidade de injeção da injetora? 2) A capacidade de produção esperada é compatível com a capacidade de plastificação da injetora? 3) A capacidade de fechamento da injetora é suficiente em relação à área projetada das moldagens e dos canais de distribuição? 4) O molde passa entre as colunas da injetora? 5) O espaço para fixação do molde é compatível com os furos dos parafusos das placas da injetora? 6) A altura do molde está entre o mínimo e o máximo requeridos para injetora? 7) O curso de abertura da injetora é suficiente para extração da peça? 8) A linha de abertura que corresponde à divisão do molde é visualmente aceitável na moldagem? 9) As posições de quaisquer marcas ou linhas conseqüentes de blocos de ferramentas, núcleos, extratores, etc., são visualmente aceitáveis na moldagem? 10) A posição de entrada é visualmente aceitável na moldagem? 11) A posição de quaisquer linhas de fluxo ou de solda que possam ocorrer será aceitável, tendo em vista a aparência? 12) Alguma linha de solda poderá causar fraqueza em uma área crítica? 13) Alguma seção grossa, na moldagem, poderá causar chupagem inaceitável? 14) O projeto está livre de quaisquer recessos que poderão evitar a extração? 15) A linha de divisão da ferramenta é a mais eficiente para a operação e construção do molde? 16) O macho e cavidade foram projetados para tornar a usinagem a mais fácil possível e com o equipamento disponível? 17) Existe qualquer pino de pequeno diâmetro ou lâminas que deformarão sob a pressão ou fluxo na cavidade? 18) A cavidade é de resistência adequada para suportar a pressão a que estará sujeita? 19) Todos os componentes de ferramenta que estarão expostos a empuxo lateral de cavidade estão fixados solidamente, por aço e não somente por parafusos e pinos? 20) A construção da ferramenta é tal que estará livre de qualquer rebarba horizontal? 21) As colunas do molde dão apoio suficiente para a placa da matriz de modo a evitar distorção sob a pressão da cavidade? 22) Podem todas as partes da ferramenta ser desmontada e separada no caso de avaria ou modificação da ferramenta? 23) Todas as partes que precisam ser endurecidas foram assim tratadas? 24) Todas as tolerâncias necessárias para a contração foram adicionadas? 25) Todas as partes que formam superfícies de moldagem receberam suficiente conicidade para a moldagem? 26) As dimensões da ferramenta serão capazes de produzir moldagens dentro das tolerâncias especificadas para a peça? 27) A moldagem permanecerá no lado de extração quando o molde abrir? 15 28) O curso de extração é suficiente para livrar a moldagem? 29) Existe extrator suficiente para evitar agarramento, quebra ou distorção da moldagem? 30) O extrator e as barras extratoras são suficientemente fortes? 31) O mecanismo de extração é adequado para o sistema extrator da injetora? 32) Está previsto o mecanismo de retorno do extrator? 33) Foram colocados pinos guias adequados entre as metades da ferramenta? 34) Em ferramentas divididas, ou em núcleos móveis, o movimento de abertura provido por cames, cilindros, etc., é suficiente para livrar os recessos da peça? 35) Os insertos estão bem colocados ou impedidos de se moverem durante a abertura e fechamento da cavidade, e sob o fluxo do material plástico? 36) Em ferramentas divididas, ou em núcleos móveis, o mecanismo é suficiente à prova de enganos para evitar avarias por operação errada? 37) Em todas as ferramentas divididas e em núcleos móveis, a pressão da cavidade é restrita por faces de travamento do aço, sólidas e não pelo cames ou cilindro de operação da divisão ou do núcleo? 38) Os canais de refrigeração são adequados? 39) O resfriamento é por demais próximo ou por demais distantes das superfícies do molde? 40) O canal de distribuição tem suficiente tamanho? 41) Estão previstos ganchos puxadores do canal de injeção e o poço frio? 42) São necessários ganchos e poços frios para os canais de distribuição? 43) O molde tem suficiente saídade ar? 44) Em moldes fora de centro a força de desbalanceamento é excessiva? 45) Está previsto um anel de localização na placa no lado de injeção? 46) Estão previstos parafusos de suspensão para transporte de ferramenta? 7. CONSIDERAÇÕES SOBRE OS PROJETOS DE MOLDES DE INJEÇÃO PLÁSTICA As considerações necessárias para o projeto de um molde de injeção plástica, além dos conhecimentos das características da injetora em que irá trabalhar são: -Contração do plástico; -Peso do material em cada injeção; -Ciclo de moldagem; -Força de fechamento; -Quantidade e disposição das cavidades; -Abertura do molde; -Alimentação; -Resfriamento; -Aquecimento; 16 8. MOLDE DE DUAS PLACAS Figura 2 - Fechamento e preenchimento do molde de duas placas. Fonte: Fonte: DME Plastic. Figura 3 - Abertura e extração do produto. Fonte: Fonte: DME Plastic. 9. MOLDE DE TRÊS PLACAS Bucha Placa fixa Placa móvel Placa Ejetora Extração 17 Figura 4 - Fechamento e preenchimento do molde de três placas. Fonte: DME Plastic. Figura 5 - Abertura e separação do canal do produto. Fonte: DME Plastic. 18 Figura 6 - Abertura da placa do produto. Fonte: DME Plastic. Figura 7 - Extração do canal e do produto. Fonte: DME Plastic. Peça Canal 19 10. SISTEMA DE GAVETAS Figura 8 - Ilustração de um molde com gaveta. Fonte: Sergio da Cruz (Moldes de Injeção). 11. CAVIDADES E MACHOS Sempre quando se faz o projeto de um molde, em primeiro lugar temos que analisar o produto, ou seja: a) Determinar quantas peças por mês vão ser produzidas, para sabermos o número de cavidades por molde; b) Sabendo-se o número de cavidades, temos que calcular o peso das peças e canais de alimentação, para sabermos se a injetora tem determinada capacidade para injetar o número de peças calculadas por vez; c) Calcular dimensões das cavidades e dos machos; d) Posicionar com uma certa simetria às cavidades; e) Determinar dimensões do molde. O molde pode ser confeccionado na própria empresa e também pode ser adquirida porta moldes prontos. Como sabemos em um molde os machos fazem os formatos internos da peça desejada e as cavidades fazem os formatos externos. Porém, estas cavidades e machos podem ser usinados em postiços ou na própria placa do molde. 20 11.1 CAVIDADE Figura 9 - Cavidade produto console. Fonte: Cassiano de Medeiros. 11.2 MACHO Figura 10 - Macho produto console. Fonte: Cassiano de Medeiros. 12. LINHA DE FECHAMENTO 21 A determinação da(s) linha(s) de fechamento das peças injetadas é um dos mais importantes itens no projeto de um molde, deve ser analisada minuciosamente e juntamente com a engenharia de produto. Figura 11 - Exemplos de fechamento em produtos de situações variadas. Fonte: Cassiano de Medeiros. 13. CÁLCULO DE CAVIDADE PARA MOLDES TERMOPLÁSTICOS 22 Cavidade Cilíndrica e=0,25 x D h=0,65 x D/2 Figura 12 – Cálculo de cavidade cilíndrica. Fonte: Cassiano de Medeiros Cavidade Quadrada ou Retangular 30000 x L 253440 x h1 3 e= 3 h=0,66 x l x l x X 0,42 x 2 2 X=l/L Figura 13 – Cálculo de cavidade quadrada ou retangular. Fonte: Cassiano de Medeiros. 13.1 CÁLCULO DA PRESSÃO TOTAL NA CAVIDADE (PTC) 23 PTC = PI.A................Kg 1. Determinar a linha de fechamento. 2. Desenha-se com certa simetria as distâncias entre centro das cavidades (se forem mais que uma) 3. Determinar as dimensões dos canais de distribuição. 4. Calcula-se a área projetada na linha de fechamento. PI – Pressão de injeção do plástico. A-Área projetada na linha de fechamento (cm²) 14. PESO DE MOLDAGEM Ao projetar um molde, deve-se calcular o peso de moldagem para a escolha da máquina (injetora). O peso inclui as peças, os canais de injeção, distribuição e retenção. Pj = V.γ [g] Pj: peso de moldagem em cada injeção [g] V: volume de moldagem (produto + canais de alimentação) [cm³] γ : peso específico do material plástico [g/cm³] 15. CAPACIDADE DE INJEÇÃO É a quantidade máxima de material que a máquina consegue injetar por ciclo. O fabricante da máquina faz o teste com um material padrão e padroniza a mesma com este material. Capacidade de injeção da PRIMAX 100R = 367g 16. CAPACIDADE DE PLASTIFICAÇÃO É a quantidade máxima de material que a máquina consegue amolecer por hora, para ser moldado. 24 CP = Cap.de plast.do polistireno x Caloria do polistireno / Caloria do material a ser inj. Capacidade de plastificação da PRIMAX 100R = 36g/s A capacidade de plastificação do polistireno e caloria dos materiais plásticos são tabeladas. 17. CICLO DE MOLDAGEM É bastante difícil de ser determinado, depende do resfriamento necessário para extrair o produto. Há fatores que influenciam a duração do ciclo de moldagem: • Características térmicas do material plástico; • Peso, espessura e superfície de moldagem; • Sistema de resfriamento da ferramenta. n = 0,8Cp ÷ Pj. 60 [ciclos/min] n= número de ciclos por minuto. Cp= capacidade nominal de plastificação da injetora [kg/h] Pj= peso da moldagem em cada injeção [kg] 18. FORÇA DE FECHAMENTO Ff = S.p [kg] Ff: força de fechamento [kg] S: superfície da projeção da peça no plano normal ao fechamento [cm²] P: 1/2 ÷ 1/3 pj= pressão na cavidade do molde [ kg/cm²] Pj: pressão da injeção 19. DIMENSIONAMENTO DE PLACAS DE APOIO DE MOLDES 25 19.1 ANÁLISE DA SITUAÇÃO MECÂNICA - A placa como viga bi-engastada Figura 14 – Força atuando dentro do molde. Fonte: Engo INGO MEES. A força é igual à pressão de injeção que multiplica a área projetada. A placa de apoio indicada na acima ilustra a situação de uma viga bi- engastada. Temos uma força F gerada a partir da pressão de injeção aplicada sobre a área. 19.2 ESFORÇO DE FLEXÃO A abaixo representa o comportamento em esforço de flexão para uma viga bi-apoiada. Observe no quadriculado que as fibras superiores da viga estão sobre carregamento de compressão. Em mesma análise temos as fibras inferiores sobre tração. Esta análise nos leva a considerar uma linha neutra, sem tensão de tração ou compressão e, por conseguinte, sem deformação elástica. L INHA N EU TRA F σ TRAÇÃO σ COM PRESSÃO Figura 15 – Demonstração de uma viga e as deformações que sofre. Fonte: Engo INGO MEES. 19.3 EQUAÇÃO DA TENSÃO DEVIDO AO MOMENTO FLETOR F=Pi x A F PLACA DE APOIO F 26 F σ MF Wf Wf = bh 6 2 MF MF= FL 8 Seção da viga Onde: σMF� Tensão devido ao momento fletor; MF � Momento fletor; Wf � Módulo de resistência à flexão; b � Medida da base da seção da viga; h � Medida da altura da seção da viga. 19.4 EQUAÇÃO DA FLECHA ELÁSTICA f = - F.L 192.E.I 3 máx I = b.h 12 3 A equação acima determina a flecha máxima para uma viga bi - engastada, sendo aplicada uma carga F ao centro de seu vão “L”. Onde: fmáx � Flecha máxima; F � Força aplicada; L �Vão entre os apoios; E � Módulo elástico; I � Momento de inércia da seção da viga; 19.5 ORIGEM DA CARGA APLICADA, PRESSÃO DE INJEÇÃO x ÁREA PROJETADA 27 A pressão de injeção atuando sobre a área projetada da peça, gera a carga F sobre o postiço (macho), e este transfere esta carga para a placa de apoio, conforme a abaixo: F PRESSÃO DE INJEÇÃOF =Pi.A Figura 16 - Força atuando dentro do molde. Fonte: Engo INGO MEES. O gráfico que segue demonstra a comparação entre as perdas de pressão durante a fase de injeção e de pressão de recalque. O diagrama mostra um típico percurso da pressão durante o processo de enchimento do molde. Como as perdas de pressão durante o processo de injeção são dependentes de muitos fatores, como a velocidade de injeção, forma do molde, viscosidade do material e assim por diante, este exemplo não pode ser aplicado aleatoriamente para outros moldes. 200 Vazamen to 400 600 800 1000 Peça m oldada V ia de fluxo 20 0 40 60 80 200 400 600 800 1000 Cavidade P e s p e c íf ic a P h id rá u lic a Comparação : Pe rdas de pressão du rante a fase de in jeção e a fase de pressão posterior. 1 2 3 4 7 9 10 5 6 8 11 Gráfico 1 – Analise da pressão de injeção no percurso de preenchimento da cavidade de um molde termoplástico. 1. Pressão na câmara prévia da rosca pouco antes do término do enchimento do molde; 28 2. Pressão na bucha de injeção. 1-2, perda de pressão no bico (perfuração do bico muito pequena); 3. Percurso da pressão na área da bucha de injeção; 4. Conexão da peça moldada (ponto de alimentação); 5. Percurso da pressão na cavidade do molde com 300mm de via de fluxo; 6. Percurso da pressão na cavidade do molde com 600mm de via de fluxo; 7. Percurso da pressão na cavidade do molde com cerca de 300mm de via de fluxo; 8. Ponto de comutação para a pressão de recalque; 9. Pressão de recalque hidráulica bico/bucha de injeção; 10. Curva da pressão durante a fase de pressão de recalque; 11. Pressão de recalque efetiva no término da via de fluxo. 19.6 EFEITO DA PRESSÃO A pressão é a força motriz que faz com que o polímero fundido escoe para preencher a cavidade do molde e seja compactado dentro dela. Se forem colocados sensores de pressão ao longo do caminho percorrido pelo polímero, a distribuição da pressão pode ser obtida, como ilustrado esquematicamente na figura abaixo: Gráfico 2 - Pressões internas na cavidade de um molde. 19.7 CÁLCULO APLICADO AO DIMENSIONAMENTO 29 F Figura 17 - Desenho placa suporte com dados ilustrados para cálculo de sua espessura. Fonte: Engo INGO MEES. Desenho do produto Ponto de injeção Linha de Fechamento Figura 18- Desenho do produto para cálculo de espessura da placa suporte. Fonte: Engo INGO MEES. Teremos três abordagens: 30 F Figura 19 - Carga concentrada na viga. Fonte: Engo INGO MEES. A – Carga concentrada IE LF fmáx ..192 . 3− = Figura 20 - Carregamento distribuído na viga. Fonte: Engo INGO MEES. B – Carregamento distribuído IE LP fmáx ..384 . 4− = C - Viga hiperestática, pilares de apoio. Opção A, Carga Concentrada: 31 1. Critérios: � Flecha máxima = 0,02mm; � Viga bi - engastada; � Carga concentrada. 2. Determinação da pressão de injeção: Percurso= x+10= 125=10= 135mm Espessura= 1,3mm Pressão de injeção = 250 bar = 250kgf/cm2 Pressão interna específica em bar Espessura de parede (mm) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,7 Recorrido de fluência (cm) 2 200 140 115 3 300 210 170 135 4 400 280 230 180 140 120 5 500 350 285 225 175 150 130 6 600 420 340 270 210 180 155 125 7 700 490 400 315 245 210 180 150 125 8 800 560 457 360 280 240 210 170 145 120 9 900 630 515 405 315 270 235 190 160 135 10 1000 700 570 450 350 300 260 210 180 150 130 11 770 630 495 385 330 285 230 200 165 145 12 840 685 540 420 360 310 250 215 180 155 120 13 910 740 585 455 390 340 275 235 195 170 130 14 980 800 630 490 420 365 295 250 210 185 140 15 855 675 525 450 390 315 270 225 195 150 16 912 720 560 480 415 340 290 240 210 160 17 969 765 595 510 440 360 305 255 220 170 18 810 630 540 470 380 325 270 235 180 19 855 665 570 495 400 340 285 250 190 20 900 700 600 520 420 360 300 260 200 21 735 630 545 440 380 315 275 210 22 770 660 570 460 395 330 285 220 23 805 690 595 485 415 345 300 230 24 840 720 625 505 430 360 315 240 25 875 750 650 525 450 375 325 250 26 910 780 675 545 470 390 340 260 27 810 700 565 485 405 350 270 28 840 725 590 505 420 365 280 29 870 755 610 520 435 380 290 Tabela 2 - Definição da pressão de injeção através do percurso de injeção e espessura da peça. Fonte: Engo INGO MEES. Fatores para comportamento da fluência: 32 PE,PS,PP ................................. 1 PA ............................................ 1,2 – 1,4 ABS........................................... 1,3 – 1,5 PMMA....................................... 1,5 – 1,7 PC............................................. 1,7 – 2,0 3. Cálculo da força “F” atuante na placa: F = Pi x Área F = 250 x 300 = 75000 kgf. A = 20 x 15 = 300 cm2 4. Determinação da espessura de placa “e”: (flecha máxima = 0,02mm) (E = 21000kgf/mm2) Substituindo os valores máx e = 12.I l 3 3 I = - F.L 192.E.f I = 75000 x 2003 = 7440476,1mm4 192x21000x0,02 3 420 1,7440476.12 =e = 59,6mm � e = 60mm. 5. Verificação da tensão devido ao momento fletor: σMF = WF MF± = 252000 1875000 ± = 44,7± kgf/mm2 MF = 8 .LF = 8 200.75000 = 1875000kgfmm WF = 6 . 2el = 6 60.420 2 = 252000mm3 Dados: Tensão admissível de projeto aço carbono ABNT1045, carregamento intermitente: σflexão= 10,5kgf/mm 2. Pi = 250 x 1 = 250 kgf/cm2 Peça de geometria simples, com fácil preenchimento. Isolamos o momento de inércia I na primeira equação, e a espessura “e” na segunda: COMPRESSÃO +σ TRAÇÃO 33 Obs: com esta condição de carregamento e uma espessura de placa de 60mm, temos uma flecha máxima de 0,02mm, e também uma tensão de 7,44kgf/mm2, abaixo da admissível de projeto. Esp. 21/2”(63,5mm)”. Opção B, Carregamento Distribuído: 1. Critérios: � Flecha máxima = 0,02mm; � Viga bi-engastada; � Carregamento distribuído. 2. Determinação da pressão de injeção: Pi= 250kgf/cm2. 3.Cálculo da carga P(carga distribuída): F= 250x300= 75000kgf. Teremos 75000kgf aplicados ao longo dos 200mm de vão da placa. 75000kgf / 200mm = 375kgf/mm . P= 375kgf/mm P=375kgf/mm L= 200mm. Figura 21 – Carregamento distribuído. 4. Determinação da espessura de placa “e” a partir de uma flecha máxima de 0,02mm: I = fmáxE PL ..384 4 = 02,0.21000.384 200.375 4 = 3720238,09mm4 e = 3 .12 l I = 3 420 09,3720238.12 = 47,36mm� 47,5mm. Viga bi-engastada Carregamento distribuído. fmáx =- IE PL ..384 4 34 Obs.: Pela carga concentrada e=60 mm, pelo carregamento distribuído e= 47,5mm. � Redução de espessura de placa em 12,5mm. 5. Verificação da tensão devido ao momento fletor: MF WF MF± 5,157937 625000 ± = 95,3± kgf/mm2 MF = 24 . 2LP = 24 200.375 2 = 625000kgfmm WF = 6 . 2el = 6 5,47.420 2 = 157937,5mm3 Dados: Tensão admissível de projeto aço carbono ABNT1045, carregamento intermitente: σflexão= 10,5kgf/mm 2. Obs.: com esta condição de carregamento e uma espessura de placa de 47,5mm, temos uma flecha máxima de 0,02mm, e também uma tensão de 3,95kgf/mm2, abaixo da admissível de projeto. Espessura nominal=2”. OPÇÃO C, VIGA HIPERESTÁTICA, PILARES DE APOIO Condição estabelecida: PILARES Figura 22 - Demonstração da utilização de pilares (calços) abaixo da placa suporte. Fonte: Engo INGO MEES. COMPRESSÃO +σ TRAÇÃO P=375kgf/mm A B C 35 Utilizaremos o métododa sobreposição dos efeitos: flecha RBflecha B P=375kgf/mm RB = - 0,02mm - IE PL ..384 4 + IE LF ..192 . 3 = - 0,02mm Devemos determinar a força RB, ou seja, a reação de apoio no pilar: RB Retornando para a equação da sobreposição dos efeitos: - IE PL ..384 4 + IE LRB ..192 . 3 = - 0,02mm - I.21000.384 200.375 4 + I.21000.192 200.3,13194 3 = - 0,02 - I 76,74404 + I 16,26179 = -0,02 ; 42411280mmI = ; 3 .12 l I e = = 3 420 2411280.12 = 40,99mm � 41mm. ∆L ∆L= -0,02mm. σ = E.ε ε = 0L L∆ 0 . L L E A F ∆ = ∴ 0 . L L AEF ∆ = = 21000.1256,6. 80 02,0 = 6597,15kgf. RB= 2.F= 13194,3kgf 4 . 2D A π= = 4 40 . 2 π = 1256,63mm2 36 Obs: com esta condição de carregamento e uma espessura de placa de 41 mm, temos uma flecha máxima de 0,02mm, e com referência ao cálculo precedente temos uma redução na espessura de placa de 6,5mm. 20. RESFRIAMENTO DO MOLDE O resfriamento do molde é necessário para reduzir a temperatura do material plástico quente, injetado na cavidade, até um ponto de solidificação suficientemente rígido para permitir a extração da peça. Assim, a temperatura do molde deve ser mantida suficientemente baixa para abrigar o material quente a transferir seu calor de fusão sensível e latente às superfícies do molde. A velocidade de transmissão de calor determina o tempo de resfriamento necessário, tempo este que aumenta proporcionalmente ao quadrado da espessura da parede no molde. Se o calor transferido da peça para o molde for maior do que a quantidade que este pode normalmente dissipar – por condução, etc – deve-se utilizar outros meios para a remoção desse excesso de calor, reduzindo este tempo de resfriamento, para obter peças de boa qualidade. A velocidade do resfriamento depende da temperatura do molde que, por sua vez, influencia o fluxo do material, sua contração e a aparência do produto moldado. Assim, por exemplo, superfícies brilhantes são obtidas com altas temperaturas no molde. O resfriamento deverá ser feito a uma velocidade adequada, para se obter um produto com as características desejadas. Cada parte da moldagem deve apresentar temperatura compatível para a extração. Um resfriamento uniforme através do molde não alcançará esse objetivo, uma vez que a temperatura de fluxo do material plástico decresce do ponto de alimentação da cavidade para o interior da mesma. O espaçamento e a distância da superfície de moldagem variam quando existem seções espessas num molde. Um resfriamento mais eficaz localizado nessas áreas ajuda a evitar variações de contração e um possível aumento no tempo no ciclo. 20.1 CANAIS DE REFRIGERAÇÃO Num projeto de refrigeração de um molde devem ser especificadas as seguintes variáveis: - Localização dos canais de refrigeração; - Diâmetro dos canais de refrigeração; - Tipos de canais de refrigeração; - Layout e conexões entre canais de refrigeração; - Comprimento dos circuitos de refrigeração - Vazão do refrigerante; Deve ser ressaltado que os tamanhos dos canais de refrigeração devem ter um tamanho padrão, a fim de usar sempre ferramentas padronizadas durante a usinagem, medidas padronizadas, e conexões facilitadas. Algumas regras de projeto apresentadas mais a diante dão algumas dicas a respeito de uma refrigeração adequada 37 Para moldes de aço, é recomendado que os canais de refrigeração estejam posicionados a uma distância de 1 a 2 diâmetros da parede do molde, ou seja que a sua profundidade esteja a esta distância. Uma regra geral é que essa distância seja de 1 diâmetro para o aço, 1,5 para cobre-berílio e 2 para alumínio. A distância entre os canais pode ser de 3 a 5 vezes o diâmetro. Valores típicos para os diâmetros dos canais estão entre 10 e 14mm. Figura 23 – Dimensionamento dos furos de água nas placas que moldam o produto. Fonte: Cassiano de Medeiros. Figura 24 - Sistema de entrada e saída de água no resfriamento de um molde. Disponível: www.moldflow.com.br 38 20.2 SIMULAÇÃO DE REFRIGERAÇÃO EM SOFTWARE Figura 25 - Simulação de resfriamento em produto termoplástico no software (moldflow). Disponível em: www.moldflow.com.br Figura 26 - Simulação de resfriamento em produto termoplástico. Software (moldflow). Disponível em: www.moldflow.com.br 39 O resfriamento por meio de furos é o método mais comum por ser mais conveniente e econômico. Os furos, sempre que possível, devem manter uma distância mínima de 25 mm em relação à peça, pois ao redor do furo ocorre um severo resfriamento local, que pode causar restrições ao fluxo do material de moldagem, provocando marcas superficiais indesejáveis. Na maioria, os moldes de injeção são resfriados com água através de canais de refrigeração existentes nos mesmos. Estes canais podem ser furados diretamente no molde ou feitos com tubos de cobre alojados neste e envolvidos por uma liga de baixo ponto de fusão. A quantidade de resfriamento deve ser suficiente para manter a temperatura do molde com a máxima produção. O meio de resfriamento não deverá provocar grandes diferenças de temperatura nas várias partes do molde. Em geral, as máquinas injetoras incorporam registros para as tubulações de água necessária para manter a temperatura ideal dos moldes. É essencial que a água que circula por canais construídos no molde venha de uma fonte com temperatura controlada.O fluxo de água deverá ser suficientemente rápido, para que a temperatura de saída não seja superior a 5 graus em relação à temperatura de entrada. Quando se trabalha com moldes de ciclo rápido ou peças muito pesadas, aconselha-se o uso de água gelada para uma retirada mais rápida de calor.Este sistema pode ser usado caso a temperatura da superfície da cavidade e do macho não se tornarem inferiores à temperatura ambiente. Os seguintes pontos devem ser observados pelo projetista do molde: • O meio de resfriamento não deve ser colocado muito próximo da superfície do molde por que provoca pontos mais frios, além de produzirem falhas de moldagem, tais como linhas de união do material.Deve-se ter cuidado para que os furos de resfriamento também estejam próximos da superfície do molde, evitando o perigo de a pressão do material plástico na cavidade provocar um colapso localizado no molde.Ao mesmo tempo, no entanto, o resfriamento não deve estar distante da superfície aquecida, de forma a se tornar eficiente. • As conexões de entrada e saída do molde devem estar do mesmo lado e, normalmente, na parte posterior da máquina, a fim de não restringir os movimentos do operador. • A grande diferença na temperatura da água de resfriamento entre a entrada e a saída, ou através dos circuitos de derivação, devem ser evitados, pois provocam diferenças de temperatura nas várias partes do molde e podem provocar dificuldades na moldagem. 20.3 CÁLCULO DO RESFRIAMENTO COM ÁGUA Para calcular a quantidade de calor Qc (Kcal) a ser extraída do molde por hora, ultiliza-se a fórmula: Qc = m [Cp (T1-T2) +L] 40 ONDE: m = Massa de material plástico injetado por hora no molde (Kg/h). Cp = Calor específico do material. T1 = Temperatura de injeção de material(C). T2 = Temperatura do molde(C). L = Calor latente de fusão do material (Kcal/Kg). Alternativamente, se o calor total por quilogramas do material plastificado for conhecido, teremos: Qc = m x a ONDE: m = Massa do material plástico injetado no molde (Kg/h). a = Conteúdo total de calor do material plastificado(Kcal/Kg). Os valores típicos, com temperaturas normais de moldagem são dados a seguir: MATERIALKcal/kg Acetato de Celulose 124 Acetato-Butirato de Celulose 111 Náilon 300-350 PVC 90 Metilmetacrilato 123 Poliestireno 120-150 Acrilonitrila-Butadieno-Estireno 140-170 Acrilonitrila-Estireno 120-150 Polietileno Baixa Densidade 250-300 Polietileno Alta Densidade 300-350 Polipropileno 250-300 Poliacetal 18 O peso de água m2 que deve circular por hora para dissipar o calor é deduzido por: H = Km2(T3-T4) ONDE: m2 = Peso de água circulada(Kg/h). T3 = Temperatura de saída da água(C). T4 = Temperatura de entrada da água (C). H = Quantidade de calor extraído por hora (Kcal). 41 Os valores da constante K a serem considerados são: • Canais de resfriamento na placa da cavidade ou nos núcleos dos machos K = 0,64. • Canais de resfriamento perfurados nas placas de encosto K = 0,5. • Canais de resfriamento que usam tubos de cobre K = 0,1. 20.3.1 Cálculo do tempo de resfriamento com água st c = x¶ 2 2 e f x ln ( K x Y ) tc = tempo de resfriamento. S = espessura da parte moldada. K = coeficiente dependente da espessura da peça. 4/п - para peças finas (s ≤ 3 mm) e 8/п para peças espessas (s > 3 mm). ef = difusividade térmica(µm/s). y = temperatura adimensional dada por: Y = T in j - T m o l T e x t - T m o l T inj, T ext, T mol, temperaturas de injeção, extração e do molde. 42 Tabela 3 – Difusividade térmica efectiva média. Fonte: Cassiano de Medeiros. EXEMPLO 1: Calcular o tempo de resfriamento de uma peça injetada em poliestireno cristal com as seguintes propriedades: S = 2 mm T inj = 200 T ext = 30 T mol = 40 43 EXEMPLO 2: Calcular o tempo de resfriamento de duas peças injetadas de ABS com as seguintes espessuras 5mm e 8,5 mm. T inj = 230 T ext = 30 T mol = 60 EXEMPLO 3: Calcular o tempo de resfriamento de uma peça injetada em polipropileno. S = 0,5 mm T inj = 220 T ext = 30 T mol = 30 20.4 CIRCUITO EM U Usado para refrigeração de cavidades longas e estreitas. A) Conexão do circuito por mangueira, baixa eficiência. B) Furação Cruzada, solução mais eficiente. Figura 27 – Circuitos de refrigeração. Fonte: DME Plastic. 44 C) Placa de Conexão – uma placa de conexão é fixada na estrutura do molde. Figura 28 – Circuito de refrigeração com placa de conexão. Fonte: DME Plastic. 20.5 CIRCUITO EM Z Usado para refrigeração de cavidades grandes com grandes áreas. É uma variação do circuito em U, com várias interligações. Figura 29 – Circuito de refrigeração em Z. Fonte: DME Plastic. 45 20.6 CIRCUITO PARA CAVIDADES RETANGULARES É usado para o resfriamento das paredes laterais de peças retangulares, a distância entre os canais de entrada e saída deve ser a mínima possível, para cavidades profundas há necessidade de dispor os circuitos por diferentes níveis. Figura 30 – Circuito de refrigeração retangular. Fonte: DME Plastic. 20.7 CIRCUITO PARA CAVIDADES CIRCULARES Os canais retos não devem ser usados. A solução é usinar as cavidades em postiços circulares sendo os canais de refrigeração usinados em sua superfície. O-rings são utilizados para a vedação do fluído de refrigeração. Figura 31 – Circuito de refrigeração para cavidades com insertos circulares. Fonte: DME Plastic. 46 Figura 32 – Circuito de refrigeração circular. Fonte: DME Plastic. Figura 33 – Refrigeração para cavidades circulares. Fonte: DME Plastic. 20.8 COLOCAÇÃO DE PLACAS DE REFRIGERAÇÃO Placas com o circuito de refrigeração já usinado podem ser fixados às placas do molde através de parafusos. A vedação é promovida por uma junta de vedação. Principalmente usado em moldagem Sopro. Figura 34 – Circuito de refrigeração com placas. Fonte: DME Plastic. 47 20.9 CIRCUITO ABERTO EM ESPIRAL Para buchas circulares de grande dimensão. O número de espirais depende da dimensão da bucha. Promove distribuição de temperatura uniforme. Apresenta maior tempo de usinabilidade. Figura 35 – Circuito de refrigeração em espiral. Fonte: DME Plastic. 20.10 CIRCUITO COM CANAL HELICOIDAL Usado para refrigerar paredes laterais de buchas fundas. Este tipo de circuito pode ser utilizado para qualquer forma da peça, mesmo não sendo circular. Também se podem utilizar componentes normalizados. Figura 36 – Refrigeração com circuito helicoidal. Fonte: DME Plastic. 48 Figura 37 – Circuito de refrigeração helicoidal. Fonte: DME Plastic. 20.11 CIRCUITOS USINADO NA BUCHA O circuito é usinado diretamente na bucha. Deve-se fechar o circuito com um tampão de fechamento e depois encher o espaço envolvente ao tampão com uma liga de baixo ponto de fusão. Deixa uma marca na peça principalmente em peças transparentes. Figura 38 – Circuito de refrigeração em postiço. Fonte: DME Plastic. 20.12 CIRCUITO INCLINADO Furo inclinado ligados no topo, evita desta forma furar a parte lateral da bucha. Para formas particulares da bucha, o circuito muito dificilmente acompanhará a forma da peça, o arrefecimento será pouco uniforme. 49 Figura 39 – Circuito inclinado de refrigeração. Fonte: DME Plastic. 20.13 CIRCUITO EM CASCATA COM NÚCLEO DE REFRIGERAÇÃO Consiste na introdução de um tubo no interior de um furo, por onde entra o fluido de refrigeração que depois “escorre” pelas paredes e sairá por um canal de saída. Figura 40 – Circuito cascata com núcleo. Fonte: DME Plastic. 50 20.14 CIRCUITO EM CASCATA COM LÂMINA SEPARADORA Neste circuito, uma lâmina separadora é montada perpendicularmente ao furo de passagem obrigando o fluído a subir por um lado e descer por outro. Pode também ser utilizado em cavidades fundas. Figura 41 – Circuito cascata. Fonte: DME Plastic. Figura 42 – Refrigeração Cascata. Fonte: DME Plastic. 21. CONTRAÇÃO É uma propriedade dos materiais plásticos que, ao serem refrigerado na cavidade, se contraem, resultando que o produto moldado fique menor que o molde. Assim quando o molde é confeccionado a partir do produto dimensionado, deve-se levar em consideração a contração do produto. Os materiais plásticos, em sua variedade, têm diferentes valores de contração, em que a dimensão final dependerá do produto e das condições da injetora. A contração da moldagem é volumétrica. Desta forma em todas as dimensões do produto deve-se levar em conta um coeficiente para compensar a contração. 51 MATERIAIS ABREVIATURAS CONTRAÇÃO ACETATO DE CELULOSE CA 0,3 – 0,7 POLIAMIDA NYLON 1,0 – 2,5 CLORETO DE POLIVINILA “RÍGIDO” PVC 0,1 – 0,2 CLORETO DE POLIVINILA “FLEXÍVEL” PVC 0,2 – 2,0 METILMETACRILATO PMMA 0,2 – 0,8 POLIESTIRENO OS 0,2 – 0,6 ACRITONITRILO- BUTADIENO-ESTIRENO ABS 0,3 – 0,8 POLIETILENO BAIXA DENSIDADE PEBD 1,5 – 3,0 POLIETILENO ALTA DENSIDADE PEAD 1,5 – 3,0 POLIPROPILENO PP 1,5 – 2,5 POLICARBONATO PC 0,5 – 0,7 ACETAL POM 2,5 Tabela 3 - Materiais plásticos, abreviaturas e contração. Fonte: Cassiano de Medeiros. Fatores que influenciamna contração de um produto moldado estão relacionados com: Molde: Área de 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”. Máquina injetora: Ciclo de moldagem “ciclo maior, menor contração”. Pressão de injeção “maior pressão, menor contração”. Material plástico: Densidade “maior densidade, maior contração”. Temperatura “maior temperatura, maior contração”. PRESSÃO NOME COMERCIAL DENSIDADE CONTRAÇÃO MOLDAGEM FERRAMENTA INJEÇÃO ABS 1,05 0,5 190-250 15-70 500 DELRIN 1,10 2,5 195-240 65-120 500 NYLON 1,10 1,5 180-240 60-100 500 POLICARBONATO 1,20 0,6 270-300 85-120 500 POLIETILENO 0,96 2,0 180-260 13-60 500 POLISTIRENO 1,05 0,5 170-200 45-60 500 PVC 0,94 2,0 165-190 30-40 50 52 22. QUANTIDADE E DISPOSIÇÃO DAS CAVIDADES A quantidade de cavidade em um molde depende da produção desejada, do custo da ferramenta e da capacidade da injetora. Recorre-se a moldes com uma única cavidade no caso de produção pequena, peça grande ou molde barato. Uma boa disposição das cavidades proporcionará: a) Ferramenta compacta; b) Canais de distribuição curtos; c) Fechamento balanceado. O não balanceamento de uma cavidade é evitado colocando cavidades iguais e simétricas. Com uma boa disposição das cavidades reduz o tamanho do molde. Sistema desbalanceado Figura 43 - Sistema de distribuição de material desbalanceado. Fonte: DME Plastic. A A A A B B B B 53 Sistema balanceado Figura 44 - Sistema de distribuição de material balanceado. Fonte: DME Plastic. Sistema artificialmente balanceado Figura 45 - Sistema de distribuição de material desbalanceado artificialmente. Fonte: DME Plastic. A A A A A A A A 1/8” 1/4” 3/8” 1/2” 1/2” 54 Figura 46 - Simulação de preenchimento de cavidade. Fonte: Software (Cmold). 23. ABERTURA DO MOLDE A separação das duas placas do molde deverá ser determinada de modo a: 1) Usinar facilmente as partes do molde; 2) Extrair facilmente a peça moldada; 3) Não deixar marcas na peça moldada. É importante que as linhas de abertura do molde não deixem marcas ou rebarbas no produto, ou pelo menos, que se localizem de forma a serem pouco visíveis e aceitáveis. Em geral é conveniente que o molde abra com a moldagem na sua parte móvel, pois é deste lado que atua o mecanismo de extração da injetora. Com o resfriamento, o material plástico se contrai, por isso convém colocar os machos do lado da placa móvel, pois assim, com a abertura do molde, o produto ficará agarrado nos machos e por eles arrastado. 55 24. CLASSIFICAÇÃO DOS MOLDES QUANTO A ALIMENTAÇÃO Os moldes de injeção classificam-se de acordo com o sistema de alimentação e com o sistema de extração. Os sistemas de alimentação e extração são influenciados pelos seguintes fatores: � Forma do produto; � Material plástico a ser empregado; � Máquina injetora; Classificação Sistema de extração: � Placa impulsora – Pinos, camisa, lâmina, ação retardada, placa extratora, tirante. � Ar comprimento núcleo rotativo. Sistema de Alimentação: � Indireta – Restrita, leque, flash, capilar, aba, submarina e disco. � Direta – Direta, câmara quente, canal isolado, canal quente. 25. ALIMENTAÇÃO O fornecimento do material plástico às cavidades do molde é feito pelo bico do cilindro, através da bucha de injeção para os canais de distribuição e, destes para as cavidades do molde, através dos pontos de injeção. Os pontos de injeção devem ser localizados convenientemente, a fim de fornecerem as melhores condições de fluxo e peças em que a marca por eles deixada não afetem a eficiência e a estética do produto ou, que possa ser facilmente liberada com a operação posterior. Deve-se atender a regra de que caminhos mais curtos percorridos pela massa plástica proporcionam produtos de maior qualidade. No projeto do molde é preciso lembrar que: 1) O ponto de injeção não deve ir diretamente para a cavidade, pois teríamos marcas no produto acabado. A entrada deverá dirigir o material de forma a eliminar o esguicho direto; 2) O ar existente na cavidade é deslocado pelo material plástico, deverá ter condições de saída (pelas faces de fechamento, pelos extratores ou outros arranjos) a fim de evitar moldagens incompletas, bolhas ou queimaduras provocadas pelo ar comprimido que fica super aquecido; 56 3) O material plástico deverá preencher primeiro as secções mais espessas e depois as mais delgadas, pois nestas o material resfriará mais rapidamente obstruindo a passagem; 4) Se o produto for de espessuras delgadas e bastante compridas ou amplas, para evitar pressões de injeção elevadas e garantir a moldagem completa, recorre-se a múltiplos pontos de injeção; 5) Levar em conta a contração do material, dando à cavidade dimensões superiores a do objeto; 6) Para evitar chupagem de resfriamento, fazer nervuras com espessuras de no máximo 75% da espessura da parede que o reforça. 25.1 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DAS CAVIDADES O sistema de alimentação das cavidades subdivide-se em: � Indireta – Restrita, leque, flash, capilar, aba, submarina, disco. � Direta – Direta, câmara quente, canal isolado, canal quente. Todo o percurso do material plástico fundido, desde a máquina injetora até a cavidade do molde, é composto, normalmente, de canal de injeção da bucha, canal de distribuição (primário e ou secundário), entradas ou pontos de injeção, produto moldado e poço frio (na alimentação indireta). 25.2 CANAIS DE DISTRIBUIÇÃO Os canais de distribuição transferem o material desde o bico até as entradas das cavidades. O correto dimensionamento, portanto, é fundamental: canais com pequenas seções transversais (muito finos) necessitam de altas pressões de injeção e levam mais tempo para preencher as cavidades; canais maiores permitem um melhor acabamento nas peças injetadas e minimizam linhas de junção de fluxo e tensões internas. No entanto, canais excessivamente grandes também podem causar problemas em razão dos seguintes fatores: � A solidificação dos canais é mais demorada e, consequentemente, o ciclo é mais prolongado. � O peso dos canais é maior diminuindo, portanto, a capacidade útil da máquina e de plastificação. � Canais largos produzem mais rebarbas, que devem ser moídas e reprocessadas, aumentado o custo e a possibilidade de contaminação. � Em moldes de duas placas com mais de oitos cavidades, área projetada do sistema de canais aumenta significativamente as dimensões projetadas das cavidades, reduzindo, dessa maneira, a força de fechamento efetiva. Nota-se que estas desvantagens não se aplicam a moldes com canal quente. 57 De forma geral, os canais circulares (figura abaixo) são mais recomendados, pois apresentam uma superfície de contato mínimo entre o plástico e omolde, minimizando, consequentemente, as perdas de atrito. A camada de plástico em contato com o molde solidifica-se rapidamente, de tal forma que o material continuará a fluir apenas no núcleo. Os canais totalmente circulares precisam ser trabalhados em ambas as metades do molde, que se sobrepõem quando este é fechado. Apesar dos custos adicionais de ferramentaria, estes canais permitirão uma melhor injeção. Quando o canal encontra-se em apenas uma metade do molde, a forma trapezoidal é a mais indicada por se aproximar mais do canal circular: Canais de seções semicirculares (meia cana) ou retangulares não são recomendáveis. A forma ideal (5° de afunilamento) é obtida concebendo-se a largura com dimensões 1,18 vezes maiores que a profundidade. A tabela a seguir apresenta a profundidade necessária da forma trapezoidal para se obter uma área equivalente à da seção de forma circular. Figura 47 - Perfis dos canais de distribuição. Fonte: Apostila cmold (CNPJ) A tabela a seguir apresenta a profundidade necessária da forma trapezoidal para se obter uma área equivalente à da seção de forma circular. Área equivalente da seção trapezoidal e circular Ø do canal circular Área da seção Profundidade do canal trapezoidal equivalente (mm) (mm2) (mm2) 3,175 7,936 70,972 3,968 12,388 89,037 4,762 17,807 107,103 5,556 24,259 125,168 6,350 31,679 145,589 7,143 40,131 160,654 7,937 49,486 178,720 8,731 59,874 196,786 9,525 71,230 214,206 11,318 83,617 232,272 11,112 96,973 250,337 11,906 111,297 267,758 12,700 109,296 285,823 13,493 143,169 303,889 14,287 160,267 321,309 58 Os dados abaixo apresentam os valores típicos do diâmetro do canal de alimentação empregados para moldagem dos termoplásticos mais usuais. Material Diâmetro típico do canal de alimentação (em mm) Polipropileno 4,8 – 9,5 Polietileno 1,6 – 9,5 ABS, SAN 4,8 – 9,5 Poliestireno 3,0 – 9,5 Poliamida 1,6 – 9,5 PVC Rígido 4,8 - 9,5 Polioxifenileno 6,3 – 9,5 Policarbonato 4,8 – 9,5 Pelo fato do material plástico possuir um tempo relativamente pequeno de fusão, os canais de alimentação devem ser mais curtos e diretos possíveis, evitando a solidificação do material no seu interior. Não há necessidade de se polir a superfície dos canais. Pelo contrário, superfícies não polidas têm a vantagem de reter a película do material frio adjacente às paredes, facilitando sua liberação para o interior das cavidades. O diâmetro dos canais para o uso do poliestireno deverá ser de pelo menos 3 mm. Canais mais compridos requerem diâmetros maiores, como mostra a tabela a seguir. Num determinado molde, todos os canais principais deverão ter o mesmo diâmetro e todos os canais secundários precisam ser pelo menos 80% menores que os principais. Diâmetro de canal recomendado Comprimento Principal Secundário do canal principal Até 75 mm 5 mm 4 mm 75 mm a 150 mm 6 mm 5 mm 150 mm a 225 mm 8 mm 6 mm 225 mm a 300 mm 9,5 mm 8 mm Mais de 300 mm 9,5 mm 8 mm As intersecções dos canis secundários com os principais deverão ser arredondadas, com raio de 3 mm. Da mesma forma, a intersecção do bico com o canal principal também deve ser arredondada e com 3 mm de raio. Em moldes com muitas cavidades, o layout das cavidades e canais deverá ser posicionado da tal forma que a distância a ser percorrida pelo plástico, desde a bucha até as cavidades, seja a mesma. Isso permite uma distribuição eqüitativa da pressão de injeção para cada cavidade, fazendo com que a velocidade de entrada do fluxo em cada cavidade seja a mesma. A figura a seguir mostra esse fato. Este princípio pode ser adotado para qualquer número de cavidades pares, sendo que para seis cavidades é preferível optar pela forma circular. 59 Figura 48 - Padrões de preenchimento de um molde com duas cavidades diferentes antes e depois do balanceamento. Fonte: Software (Cmold). 25.3 SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO INDIRETA O caminho do fluxo do material plástico, do bico de injeção da máquina até as cavidades onde é moldado, normalmente formado por canal de injeção da bucha, poço frio, canais de distribuição e entradas ou ponto de injeção, constitui o sistema de alimentação indireta. 26. ENTRADAS A entrada ou ponto de injeção é um canal ou orifício que liga o sistema de alimentação à cavidade e possui uma superfície pequena em comparação com o restante do sistema de alimentação. Suas principais funções são: • Esfriar o material na entrada logo que a cavidade esteja cheia de plástico. Só então o êmbolo da máquina injetora pode voltar sem provocar sucção no produto moldado. • Permitir a separação entre o sistema de alimentação e o produto de forma manual ou automática. • Reduzir marcas no produto provocadas pelo sistema de alimentação. • Reduzir a necessidade de compactação (pressão final de injeção) necessária durante a moldagem para compensar a contração do material. 60 A entrada controla a velocidade do fluxo do material na cavidade e também o seu “empacotamento”. O tamanho e a forma da peça determinam o tipo, a localização e as dimensões da entrada. Ela deve estar localizada num lugar pouco ou nada visível, pois deixa marcas de imperfeição na peça. Às vezes, este problema impede que ela seja colocada no lugar mais indicado. A localização ideal é o mais próximo possível do centro da peça, a fim de minimizar as distâncias que o material deve percorrer para encher a cavidade. Quando o projeto da peça impedir este posicionamento,
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