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As Mais10Dicas de DesignDicas de Design

1. Comparação dos materiais

2. Seleção do material

3. Espessura de parede

4. Nervuras

5. Posicionamento dos pontos de injeção

6. Projetos econômicos

7. Tecnologia geral de montagem

8. Tecnologia de solda

9. Tolerâncias

10.Verificação

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1Os plásticos não são metais

Comparação dos materiais

Diferenças nas propriedades básicas dos materiaisAs propriedades dos materiais plásticos podem variar ao longo de uma faixa muitomais ampla que todos os outros materiais de engenharia. O perfil das propriedadesde praticamente qualquer polímero pode ser radicalmente alterado através daadição de materiais de carga/reforço. Entretanto, a maioria das propriedadesbásicas dos polímeros contrasta com as dos metais. Em uma comparação direta,por exemplo, os metaisapresentam maior:– densidade– temperatura de aplicação

máxima– rigidez/resistência– condutividade térmica e– condutividade elétrica,

enquanto que– o amortecimento mecânico– a expansão térmica– o alongamento na ruptura e– a tenacidade dos

termoplásticos de engenharia são maiores em ordem de magnitude

(Consulte a Figura 1).

Para se fabricarpeças funcionais emplástico e reduzirsimultaneamente oscustos, é geralmentenecessária umamodificação radicaldo projeto, se oplástico for utilizadona substituição dometal. Esse processooferece aoportunidade de seredesenharcompletamente apeça, com a possívelintegração defunções e asimplificaçãogeométrica.

Efeito do tipo de tensão na deformação

kg

Tensão estática de curta duração

Tempo de aplicação da tensão 1 s < x < 10 min

kg

kg

kg

kg

Tensão estática de longa duração(tensão constante)

Tensão estática de longa duração(deformação constante)

Tipo de solicitação mecânica Exemplo de aplicação Características do cálculoEfeitos sobre o comporta-

mento na deformação

Capacidade de carga à resistência básica

Gráfico de tensão x deformaçãoUtilizar o módulo secante

Aumento da deformação inicial com o tempo (creep)

Diminuição da tensão inicial com o tempo (relaxamento)

Gráfico de resistência ao creepUtilizar o módulo de creep

Gráfico de resistência ao creepUtilizar o módulo de relaxamento

Curva de WöhlerAtenção para a faixa de tensões(por exemplo faixas alternadas de tensão de tração-compressão/flutuação da faixa de tensão natração)

Apenas limitada possibilidadede estimativa por cálculo(testes práticos necessários)

Redução significativa da tensão e deformaçãode longo prazo

Materiais borrachosos/ elásticos apresentam comportamentos de deformação de tenaz a frágil

Tensão dinâmica de longa duração

Tensão súbita por impacto

Tempo de aplicação da tensão > 10 min

Tempo de aplicação da tensão > 10 min

Tempo de aplicação da tensão < 1 s

Tensão crescente edecrescente cíclica

Fivelasde encaixe

Encapsulamento de compo-nentes insertos metálicos

Tubulações submetidas a pressões internas

Coberturas

Tampas de airbag

Fig. 2

Propriedades de resistência / rigidez de diversos materiais (valores médios)

Mó ã 2)1000100

100Ten

são

no

esc

oam

ento

/res

istê

nci

a à

ão (

N/m

m2 )

200

300

400

101

PP

PA6

PA66 PPGF30

PA6GF30

PBTGF30

PA66GF30

ABSPS

POMPC

PETGF30

Magnésio

Alumínio

Zinco

Aço estrutural

Termoplásticos reforçados

Metais

ão reforçados

Fig. 1

Comparação dosmateriais – Muitosprojetos a seremexecutados emplástico aindacontinuam a serderivados de"componentesmetálicos". Na sérieiniciada por esteartigo, os autoresdescrevem osaspectos queexigem atençãoquando se projetapeças em plástico,em lugar dosmateriaistradicionais.

a t r

ç

d u lo d e e t n s o 1 0 0 0 N /mm(

P

PBT

Termoplásticos n

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Fatores que influenciam as propriedades da peça

Geometria da peçaCantos vivos Espessuras da parede

Ambiente deaplicação

TemperaturaProdutos químicos

Radiação UVUmidade

TensõesPercentual de deformação

Tempo de aplicação da tensãoTipo de tensão

Aplicaçãoda força

ProduçãoOrientação (moléculas e materiais de carga e reforço) Tensões internas Grau de cristalização Linhas de emenda Aprisionamento de ar Condições de processamento (degradação do material)

Degradação do material devido ao excesso de radiação UV

Fig. 4

Fig. 3

Comportamento diferente do materialOs plásticos apresentam às vezes umcomportamento totalmente diferente dos metais, nasmesmas condições de aplicação. Por este motivo,um projeto econômico e funcionalmente eficiente,em metal fundido, pode falhar facilmente, se foraplicado em plásticos sem a devida análise crítica.Os projetistas de componentes plásticos devem,conseqüentemente, estar familiarizados com aspropriedades deste grupo de materiais.

Relação das características de deformaçãocom tempo e temperaturaQuanto mais a temperatura de aplicação de ummaterial se aproxima da temperatura de fusão domesmo, mais dependente do tempo e da temperaturaé o comportamento do material no que se refere àdeformação. A maioria dos plásticos apresenta umaalteração de suas propriedades mecânicas básicas, àtemperatura ambiente ou quando expostos a tensõesde curta duração. Os metais, por outro lado,apresentam normalmente um comportamentomecânico muito mais estável, até mesmo nasimediações de sua temperatura de recristalização (> 300ºC).

Se a temperatura de aplicação ou a taxa dedeformação variarem de maneira significativa, ocomportamento dos termoplásticos de engenharia,no que se refere à deformação, pode se modificar derígido e quebradiço para borrachoso-elástico. Umatampa de airbag, por exemplo, com sua aplicaçãotípica que envolve a abertura explosiva, apresentaum comportamento totalmente diferente daquele deum componente de encaixe lentamente montado,

feito do mesmo material (Figura 2). Domesmo modo, esse elemento de encaixe deveser montado de diferentes formas, conformetemperatura de aplicação. O efeito datemperatura, neste caso, é significativamentemaior que o efeito da intensidade da tensão.

Fatores que influenciam aspropriedades das peçasAs propriedades dos plásticos não sãoexclusivamente suas propriedadesintrínsecas. As propriedades básicas de umapeça plástica podem ser modificadas pordiversos fatores (como a radiação UV, porexemplo; ver Figura 3), chegando mesmo aoponto de ser inutilizada. Uma peça bemprojetada pode falhar facilmente, se omaterial for processado em condiçõesinadequadas. Da mesma forma, ostransformadores não conseguem geralmenteeliminar as falhas de projeto, durante oprocessamento. A obtenção de uma boa peçaplástica só pode ser assegurada através de umprocesso de otimização que leve em contatodos os fatores (Figura 4).

Uma vez que os plásticos são menostolerantes que os metais, no que se refere àsfalhas de projeto, deve ser dedicada umagrande atenção à escolha do material correto,quando se projetar peças plásticas. Todoprocesso de projeto deve, conseqüentemente,começar pela análise minuciosa e exata, detodos os requisitos e todas as condições daaplicação.

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Termoplásticos

PS

ABS

PMMA

PVC

PC

POM

PA 6

PA 66

PA 11

PA 12

PBT

PET

PE

PP

Termoplásticos

Amorfos Semi-cristalinos

Poliestireno

Acrilonitrila-Butadieno-Estireno

Polimetil metacrilato

Poli-cloreto de vinila

Policarbonato

Polioximetileno(poliacetal)

Poliamidas

Poliésteres

Polietileno

Polipropileno

Fig. 1

2 Seleção do material

A escolha corretaSeleção domaterial – Nãoexiste algo comoum material ruim -existem apenasmateriaisinadequados adeterminadasaplicações. É,portanto, essencialque os projetistasconheçamplenamente aspropriedades dosdiversos materiais,testando-oscuidadosamente emrelação aos fatoresque afetam aspeças injetadas.

Termoplásticos convencionaisOs materiais mais freqüentementeutilizados na moldagem por injeção sãoos termoplásticos. Estes podem sesubdividir em plásticos amorfos eplásticos semi-cristalinos (Figura 1).

Esses dois grupos diferem quanto aestrutura molecular e em relação a todasas propriedades influenciadas pelacristalização (Figura 2).Fazendo-se uma generalização ampla, ostermoplásticos semi-cristalinos sãoutilizados principalmente na fabricação de

componentes expostos aelevadas tensões, enquanto queos termoplásticos amorfos sãoutilizados mais freqüentementena moldagem de alojamentos,devido à sua menor tendênciaao empenamento.

Materiais de carga ereforçoOs termoplásticos sãofornecidos nas formas semreforço, reforçados com fibrasde vidro e combinados comminerais e esferas de vidro. Asfibras de vidro são utilizadasprincipalmente para aumentar aresistência, a rigidez e a

Comparação de propriedades dos termoplásticos

Propriedades mecânicas

Tendência ao creep

Resistência química

Resistência à fadiga por flexão

Deformação crítica

Sensibilidade ao entalhe Temperatura de aplicação Propriedades de fusão

Contração

O

+

0,4% – 0,8%

O

Faixa de amolecimento

0,3% – 0,8%

+

O

+

+

0,5% – 8%

O

+

Ponto de fusãoexato

1,0% – 3%

Amorfos

+ Favorável O Satisfatório – Insatisfatório

Semicristalinos

Fig. 2

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Alterações nas propriedades mecânicas em materias semreforço e reforçados com fibras de vidro (PA66)

Comparação da tensão de tração na ruptura

Sem reforço 20% 30% 40% 50%Reforço de fibras de vidro

Sem reforço 20% 30% 40% 50%Reforço de fibras de vidro

Sem reforço 20% 30% 40% 50%Reforço de fibras de vidro

Sem reforço 20% 30% 40% 50%Reforço de fibras de vidro

250200150100 50 0

N/m

m2

Comparação dos valores do módulo de elasticidade

N/m

m2

°C

15000

10000

5000

0

Comparação dos valores de estabilidade térmica 1,8 MPa

300

200

100

0

Comparação do alongamento na ruptura

80

60

4020

0

%

Fig. 3

Corpo de prova na direçãoparalela e transversal ao fluxo

corpo de prova

Direção do Fluxo

Corpo de prova tranversais à direção do fluxo

Corpo de provana direção do fluxo

Ponto de injeção

Fig. 4

Efeito dos aditivos

60

40

20

15

1

20

40

5

Fibras de vidro

Minerais

Fibras de aramida

Elastômeros

Estabilizantes UV

Retardantesde chamasOrgânico

Inorgânico

Agentes antiestáticos

Estabilidadedimensional

Teormáximo(% peso)

Módulo deelasticidade

DeformaçãoAditivo

Resistênciaao impacto

Retardode chama

Fig. 5

temperatura de aplicação; os minerais eas esferas de vidro têm um efeito menorde reforço e são usados principalmentepara reduzir o empenamento.

As fibras de vidro afetam oprocessamento, notoriamente ocomportamento das peças quanto àcontração e ao empenamento. Osmateriais reforçados com fibras de vidronão podem, portanto, ser substituídospelos termoplásticos sem reforço oumateriais com baixo teor de reforço,sem que ocorram alterações dimensionais(Figura 3).

A orientação das fibras de vidro édeterminada pela direção do fluxo.Isto causa uma alteração naresistência mecânica.

Para se demonstrar esses efeitos,foram cortados corpos de prova apartir de placas injetadas, nossentidos longitudinal e transversal,comparando-se em seguida osvalores das propriedadesmecânicas, em um dinamômetro(Figura 4).

No caso do PET reforçado com30% de fibras de vidro, houve

uma perda de 32% da tração, umaperda de 43% no módulo de flexãoe uma perda de 53% na resistênciaao impacto, na direção transversalao fluxo. Essas perdas devem serlevadas em conta no cálculo daresistência, incorporando-se fatoresde segurança.Adiciona-se uma ampla variedadede materiais de reforço, cargas emodificadores, aos diversostermoplásticos, para se alterar suaspropriedades. Durante a seleção domaterial, as alterações daspropriedades resultantes dessesaditivos devem ser conferidas

4

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Fluxograma de seleção de materiais

Relacionar eavaliar os possíveis materiais

Use Campus ou outros bancos de dadose literatura de materiais...

Classificação dosmateriais utilizáveis

Componentes semelhantesExperiência na utilização, por parte de especialistas

ou do fornecedor damatéria-prima

Métodos de teste

ProtótiposMoldes, modelos

Material selecionado para uso

Relação detodos os requisitos essenciaisEspecificações, tensões, tolerâncias,

agentes químicos, ambiente de aplicação …

Requisitosdesejáveis

Aparência, brilho, seria vantajoso se...

Análise da lucratividadeEspessura de paredes e tempo de

produção, funções múltiplas, condiçõesde injeção, número de cavidadesdo molde, secagem, reciclagem...

Fig. 8

5

Efeito da umidade

Resistência

Deformação

Módulode elasticidade

Resistência ao impacto

Dimensões

Peso

Características elétricas

SecoÚmido

Fig. 6

2 Seleção do material (continuação)

cuidadosamente, na literatura ou em bancos de dados(Campus, por exemplo); ou melhor ainda, deve ser buscada aorientação técnica dos especialistas que trabalham para osfabricantes de matérias-primas (Figura 5).

Efeito da umidadeAlguns termoplásticos, especialmente a PA 6 e a PA 66,absorvem umidade. Isso pode ter um efeito considerável sobresuas propriedades mecânicas e sua estabilidade dimensional.Deve ser dada atenção especial a essa característica, durante aseleção do material (Figuras 6 e 7).

Efeito da umidade nas propriedades mecânicas da PA 66( corpo de prova c/ 3,2 mm de espessura )

Tensão no escoamento (N/mm2)

0 0 5 10 15 20 2510 20 30 40 50 60 70 80 90

0 35002000500 30001000 25001500

Deformação no escoamento (N/mm2)

Úmido

Seco

Módulo de elasticidade (N/mm2)

Outros critérios de seleçãoOs outros requisitos estão relacionados àsconsiderações de processamento e àmontagem. É igualmente importanteinvestigar-se a possibilidade de integrardiversas funções em uma só peça, poupando-se assim operações de montagem de custo elevado. Essa medida pode apresentar um efeitomuito vantajoso sobre os custos de produção.Pode-se perceber que não é apenas o preço

da matéria-prima queé importante nocálculo dos custos. Deve-se assinalarainda que osmateriais com maiorrigidez permitemparedes mais finas, resultando assim emciclos mais rápidos.

É importanterelacionar e avaliarsistematicamentetodos os critériosreferentes à escolhado material. A Figura 8, ilustraum fluxogramaaproximado doprocesso de escolhado material.

Fig. 7

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Tão espessa quanto necessário- tão fina quanto possível

3 Espessura de parede

Comportamento de fluxo em molde espiral

60 80 100Presão de injeção (MPa)

120

200

400

600

800

1000

1200

0140

Temperatura do fundido290 °C

Temperatura do molde 90 °C

PET 30% GF

PET 45% GF

Ext

ensã

o d

o f

luxo

(m

m) Espessura 2,5 mmEspessura 2,5 m

mEspessura 1,0 m

Fig. 1

Comprimentos de fluxo para diferentes viscosidades

Ponto de injeção

Fig. 2

Espessura deparede – Ao seprojetar peças aseremmoldadas compolímeros deengenharia, aexperiênciademonstra quedeterminadosaspectos de projetoocorremrepetidamente,podendo serreduzidos asimplesdiretrizes de desenho. Umdessesaspectos é aespessura deparede, que temgrandeinfluência sobrea qualidade das peças.

Efeitos sobre os critériosespecíficos da peça

A alteração da espessura da paredede uma peça tem um efeitosignificativo sobre as seguintescaracterísticas essenciais:– peso da peça– comprimento máximo

do fluxo no molde– duração do ciclo de produção– rigidez da peça– tolerâncias– qualidade da peça, em termos

de acabamento superficial, empenamento e vazios

Relação entre o comprimentodo fluxo e a espessura dasparedes

É importante analisar, ainda noestágio inicial do projeto, se aespessura exigida para a parede podeser conseguida com o materialdesejado. A relação entre ocomprimento do fluxo e a espessuradas paredes tem influência críticasobre o preenchimento das cavidadesdo molde, no processo de injeção. Sefor necessário combinar longoscomprimentos com reduzidaespessura de paredes, em um moldede injeção, o único material adequadoé um polímero com viscosidade noestado fundido relativamente baixa.Para se entender o comportamento defluxo dos polímeros fundidos,comprimentos de fluxo podem serdeterminados utilizando-se um moldeespecial (Figuras 1 e 2).

Fundido de alta viscosidade

Fundido de média

Fundido de baixa

viscosidade

viscosidade

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Fig. 3

Módulo de flexão em função da espessura da parede

3,2 mm 6,35 mm

2 000

5 000

10 000

20 000

9,5 mmEspessura

du

lo d

e fl

exão

(N

/mm

2 )

PET 45% GF

PET 55% GF

Fig. 4

materiais semi-cristalinos. No caso dosmateriais reforçadoscom fibras de vidro, amodificação daespessura de paredeinfluencia também aorientação das fibras devidro. Próximo àsparedes do molde, asfibras são orientadas nadireção do fluxo. Nocentro da seçãotransversal da parede,por outro lado, ocorre

uma orientação aleatória das fibras,como resultado do fluxo turbulento.Aumentando-se a espessura daparede, aumenta-se tambémprincipalmente a área na qual as fibras de vidro estão aleatoriamenteorientadas. Por outro lado, a espessurada zona onde as fibras estãoorientadas na direção do fluxopermanece em grande parte a mesma(Figura 3).

Essa região, que determina de maneiracrítica a rigidez da peça, no caso dosplásticos reforçados com fibras devidro, fica, assim, proporcionalmentereduzida em relação à espessura geraldas paredes. Isso explica o declínio nomódulo de flexão (Figura 4), quandose aumenta a espessura das paredes.Os valores de resistênciadeterminados com os corpos de provapadronizados (3,2 mm) não são,conseqüentemente, diretamenteaplicáveis a espessuras de parede quese desviem desse valor. Para se avaliaro comportamento da peça, é essencialfazer uso de fatores de segurança.Assim sendo, o aumento da espessuradas paredes, sem que leve em conta asconseqüências, eleva os custos dematerial e de produção, sem queocorra um aumento significativo darigidez.

7

Módulo de flexão em função da espessurade parede A resistência à flexão de uma placa plana édeterminada pelo módulo de elasticidadeespecífico do material e pelo momento de inérciada seção transversal da placa. Se a espessura daparede for automaticamente aumentada, visando-seaumentar a rigidez das peças plásticas, sem que seatente para as conseqüências, isso pode resultarfreqüentemente em sérios problemas com os

3 Espessura de parede (continuação)

Orientação das fibras (zona central/zona externa)

S1

S00S1 S

0SS1S1 S0> >

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8

Aumentar a espessura daparede?

O aumento da espessura das paredesnão só determina de forma crítica aspropriedades mecânicas, comotambém influencia a qualidade doproduto acabado. Ao se projetarpeças plásticas, é importante visar aespessura uniforme das paredes.Diferentes espessuras de parede, emuma mesma peça, resultam emcontração diferencial que,dependendo da rigidez da peça, podeacarretar sérios problemas deempenamento e precisão dimensional(Figura 6). Para se obter umaespessura de parede uniforme, asáreas com paredes espessas do moldedevem ser redesenhadas (Figura 5).Dessa forma, é possível prevenir orisco de formação de vazios e reduziras tensões internas. Além disso, atendência ao empenamento tambémé minimizada. Os vazios e amicroporosidade das peças reduzemseveramente suas propriedadesmecânicas, devido ao estreitamentodas espessuras, às elevadas tensõesinternas e, em alguns casos, pelosefeitos de entalhe.

Transição entre espessuras diferentes

Espessura constante

Ponto de injeçãoRuim

Adequado

Bom

Ponto de injeção

Ponto de injeção

Fig. 5

Empenamento devido a transiçãoentre espessuras mal projetada

Fig. 6

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Quando a rigidez exigida nãopuder ser obtida no projeto, aetapa recomendada a seguir éescolher um material queapresente um módulo deelasticidade maiselevado que aqueledo materialoriginal. Umaforma simples dese aumentar omódulo deelasticidade éaumentar aproporção de fibrasde reforço de umpolímero. No

Ângulo de saída

POM

PA (Sem reforço)

PA (GF)

PET / PBT (GF)

Ânguloleve

(menos de 25 mm altura)

Ânguloagudo

(mais de25 mm altura)

0 - 1/4°

0 - 1/8°

0 - 1/2°

1/2°

1/2°

1/4° - 1/2°

1/4° - 1°

1/2° - 1°

Fig. 2

9

Em termos gerais, arigidez de uma peçapode ser aumentadadas seguintesformas:– aumentando-se a

espessura das paredes

– aumentando-se o módulo de elasticidade (elevando-se por exemplo a proporção de fibras de reforço)

– incorporando-se nervuras ao desenho

Projeto de nervura

Círculo imaginário

R=T

Rechupe

Insatisfatório

T

D1

3TT

D2

Adequado

R máx0,5 T

0,5 T

Ângulo de saída

Fig. 1

Desenho ideal das nervuras4 Nervuras

Nervuras –As nervurassão métodoseficazes paraaumento derigidez eredução deespessuracomo formade evitar osproblemascausados porparedesespessas.

entanto, admitindo-se a mesma espessura de parede, issoresulta apenas no aumento linear da rigidez. Umasolução muito mais eficaz é aumentar a rigidez atravésde nervuras corretamente projetadas. A rigidez da peça éaperfeiçoada como resultado do aumento no momentode inércia. Quanto às dimensões ideais das nervuras, égeralmente necessário levar em conta não só asconsiderações de engenharia no projeto, como tambémos fatores técnicos relativos à produção e aos aspectosestéticos.

Dimensões ideais das nervurasAo se projetar as nervuras, um grande momento deinércia pode ser obtido mais facilmente prevendo-senervuras altas e grossas. No entanto, quando se trata depolímeros de engenharia, essa abordagem gera,normalmente, sérios problemas, como rechupes, vaziose empenamento. Além disso, se a altura das nervuras formuito elevada, há o risco das nervuras flambarem sob

Concentração de tensõesem cantos vivos

Cantos adequadamentearredondados

Fig. 3

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carga. Por essa razão, é absolutamente necessáriomanter as dimensões das nervuras dentro de proporçõesrazoáveis (Figura 1).

Para se assegurar a extração da peça nervurada isentade problemas, é essencial prever um ângulo de saída(Figura 2).

Restringir o acúmulo de material O dimensionamento das nervuras é importante, quandose trata de peças que exigem acabamento superficial dealta qualidade, como as calotas. O desenho correto dasnervuras reduz a tendência à formação de rechupes,aumentando assim a qualidade das peças.O acúmulo de material na base da nervura é definidopelo círculo imaginário traçado na Figura 1.Respeitando-se as proporções dimensionaisrecomendadas, esse "círculo" pode ser o menor possívele o rechupe pode ser evitado ou reduzido.Se o círculo imagináriofor muito grande, nessaárea de acúmulo dematerial, podem se formarvazios o que reduzdrasticamente aspropriedades mecânicas.

Redução da tensão nabase das nervurasSe a peça nervurada forexposta a cargasaplicadas, podem seformar tensões na basedas nervuras. Se nãoforem previstos raios detransição nessas áreas,podem se acumular picosmuito elevados de

Carcaça nervurada

Fig. 4

Junção da nervuracom a parede da peça

adequadoadequado

necessário aperfeiçoar

concentração de tensões (Figura 3) que levam commuita freqüência arachaduras e à falha da peça.A solução é prever um raiode transição suficientementeamplo (Figura 1), quepermita a distribuição maisadequada das tensões, nabase da nervura. Por outro lado, os raiosmuito amplos tambémaumentam o diâmetro docírculo imaginário, o quepode, por sua vez, resultarnos problemas jámencionados.

Escolha da estrutura dasnervurasEstruturas com nervuras

cruzadas mostraram sucesso, no projeto de peçasplásticas, isto porquê podem suportar diversasconfigurações de cargas aplicadas (Figura 4). Aestrutura com nervuras cruzadas, corretamenteprojetada em função das cargas previstas, assegura adistribuição uniforme da carga por toda a peçamoldada. Os nódulos que se formam nas interseçõesdas nervuras (Figura 5) representam acúmulos dematerial, devendo ser otimizados para se prevenirproblemas. É igualmente necessário tomar o cuidadode assegurar que seja evitado o acúmulo indevido domaterial, nos pontos onde as nervuras se unem àsbordas da peça (Figura 6).

1/2 T

1/2 T

T

Interseção de nervuras

Fig. 5Fig. 6

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Além de executar os cálculos deprojeto referentes às peçasplásticas, os projetistas devemdar uma atenção especial aospontos de injeção . É necessárioescolher o sistema, localização equantidade corretos de pontos deinjeção. As diferenteslocalizações e tipos de pontos deinjeção têm considerável efeitosobre a qualidade das peças.

11

Correta localização dos pontosde injeçãoPosicionamentodos pontos deinjeção– Alémde ocasionarproblemas deprocessamento,a escolhaincorreta dotipo elocalização dospontos deinjeção podeapresentar umefeitoconsiderávelsobre aqualidade daspeçasinjetadas. Osdepartamentosde projeto nãodevem,conseqüen-temente,subestimar aimportância dalocalização dospontos deinjeção.

Valores de tensão x deformação determinados em uma peça de 3 mm de espessura

1 2 3Deformação (%)

4

20

40

60

80

100

120

140

160

050

PA66GF30(seco)Na direçãodo fluxo

PA66GF30(seco)A 45° emrelação à di- reção do fluxo

PA66GF30(seco)Na direçãotransversalao fluxo

PA66(seco)Nas direçõestransversale do fluxo

Ten

são

[N

/mm

]

Fig. 1

A localização dos pontos tambémdetermina as seguintescaracterísticas das peças plásticas:– comportamento de

preenchimento– dimensões finais das peças

(tolerâncias)– comportamento de contração e

empenamento– nível das propriedades

mecânicas– qualidade superficial (aparência

estética)Os moldadores dispõem de poucosrecursos para corrigir asconseqüências indesejáveis dalocalização incorreta dos pontosde injeção, por otimização dosparâmetros do processo.

Linha de emenda Micro-entalhe

Fig. 2b

A linha de emenda em um castelo

Fig. 2a

A orientação determina as propriedades das peçasNo processo de injeção, as longas moléculaspoliméricas e os materiais fibrosos de carga ereforço orientam-se principalmente na direçãodo fluxo do polímero fundido. Isto resulta emuma dependência da direção nas propriedadesda peça (anisotropia). As características deresistência, por exemplo, são

5 Posicionamento dos pontos de injeção

Peça defeituosa

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Redução da resistência mecânica devidoa linha de emenda (valores médios)

Nível inicial da propriedade, sem a linha de emenda : 100%

Resistência à tração Alongamento na ruptura

PA66

PA66GF30

PA66GF30 tenaz

PETGF30

PETGF45

PETGF55

0 20 40 60 80 100%

extensão do corpo de prova

Linha de emenda

Fig. 3

Fatores de redução paraáreas de linha de emenda

0 20 40 60 80 100%

5-60

40-90

0-15

30-70

20-80

ResistênciaTenacidade

50-80

Redução naspropriedades, emrelação aos níveisiniciais

Plásticos amorfos

Plásticos semi-cristalinos

Plásticos reforçados com fibras de vidro

Fig. 4

consideravelmente mais elevadas na direção dofluxo que na direção transversal (Figura 1). Aqui, ainfluência das fibras de reforço é significativamentemaior que o efeito isolado da orientação molecularsobre a resistência. A orientação das fibras tambémresulta em contração diferenciada, nas direçõeslongitudinal e transversal, o que pode levar aoempenamento.

Redução da qualidade como resultado daslinhas de emenda e do aprisionamento dear

As linhas de emenda ocorrem quando duas ou maisfrentes de fluxo se reúnem no interior do molde.Isso ocorre, por exemplo, quando o fundido temque fluir ao redor de um inserto do molde, ouquando a injeção se processa através de diversospontos de injeção (Figura 2 A e B). Além disso,diferentes espessuras de parede em uma peçatambém podem levar à separação das frentes defluxo e, dessa forma, ocasionar linhas de emenda.O aprisionamento do ar (bolhas de ar) ocorrequando o ar que deveria ser expulso do molde ficaretido pelas frentes de fluxo do fundido e nãoconsegue escapar. As linhas de emenda e o araprisionado manifestam-se freqüentemente como

defeitos superficiais. Além do fato de apresentaremmá aparência, também reduzem consideravelmente aspropriedades mecânicas das áreas afetadas,especialmente a resistência ao impacto (Figuras 3 e 4).

A localização inadequada dos pontos deinjeção tem conseqüências negativas

Uma vez que os pontos de injeção sempre deixammarcas evidentes, os mesmos não devem serlocalizados em áreas onde se exija uma boa qualidadesuperficial. Qualquer que seja a área dos pontos deinjeção, ocorre uma elevada solicitação mecânicaimposta ao material (cisalhamento) que reduzconsideravelmente o nível das propriedades dasresinas plásticas (Figura 5). Os plásticos nãoreforçados apresentam melhor qualidade que osplásticos reforçados, nas linhas de emenda. Osfatores de redução da qualidade na área das linhas deemenda dependem muito do tipo e do percentual dosmateriais de carga e reforço. Da mesma forma, osaditivos como os lubrificantes e os retardantes dechama podem apresentar um efeito prejudicial. É,portanto, difícil avaliar até onde esses fatores afetama resistência final das peças. Adicionalmente, as áreasdas linhas de emenda com alta resistência à tração,não oferecem uma resistência ao impacto e à fadigada mesma qualidade. Com materiais reforçados, asfibras se alinham transversalmente à direção dofluxo, na área das linhas de emenda. Isso reduzsignificativamente as propriedades mecânicas dapeça, nesse ponto (Figura 6).

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Localização correta dos pontos deinjeção

Peças complexas não podem, normalmente, serfabricadas sem linhas de emenda. Se o númerodas linhas de emenda não puder ser reduzido,estas devem ser localizadas em pontos ondenão afetem a peça, em termos de acabamentosuperficial e resistência mecânica. Isso podeser conseguido deslocando-se a localização dospontos de injeção ou pelo aumento/redução daespessura das paredes.

Princípios básicos de projeto:– não localizar os pontos de injeção em zonas

altamente solicitadas– evitar ou minimizar as linhas de emenda– evitar deixar as linhas de emenda em áreas

altamente solicitadas– com os plásticos reforçados, a localização

dos pontos de injeção determina o empenamento das peças

– evitar o aprisionamento de ar, prevendo saídas de gases adequadas

13

Orientação das fibras de vidro na linha de emenda

Fig. 6Defeitos do material na área do ponto de injeção

Ponto de injeção

Vazios

Fig. 5

5 Posicionamento dos pontos de injeção (continuação)

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Custo influenciado pelaspropriedades dos materiaisO pleno aproveitamento daspropriedades específicas dosmateriais plásticos pode reduzir oscustos de muitas formas:

Projetos com múltiplas funçõesintegradasRedução do número de peças,através da integração de diversasfunções em uma só peça.

Utilização de técnicas de montagemde baixo custoEncaixes de pressão, conjuntossoldados, conjuntos rebitados,tecnologia de dois componentes, etc.

Exploração da capacidade deoperar a secoPoupa a necessidade de lubrificaçãoadicional ou subseqüente.

Desenhos de baixo custo

Comparação de custos divididos pelos custos deprodução (com base no peso)

Alumínio

Magnésio

Zinco

PA 66 GR 30

Material Custes de moldagem Acabamento

Energia Custos de produção Revestimento

Fig. 1

6 Projetos econômicos

O Preço comoFator de Projeto– O projetista depeças plásticasarca com a maiorparte daresponsabilidadepelo custo finaldessas peças.Suas decisõespredeterminamessencialmenteos custos deprodução,fabricação domolde emontagem. Acorreção e aotimização emestágiosposteriores sãogeralmenteonerosas ouimpraticáveis.

Eliminação dos tratamentossuperficiaisCor integrada, resistência aprodutos químicos e à corrosão,propriedades de isolamentoelétrico e térmico.

NucleaçãoOs materiais da mesma família deprodutos podem apresentar temposde ciclo diferentes. A razão paraisso é um aditivo nucleante queacelera a cristalização do fundido,durante a fase de resfriamento.

Custo influenciado peloprojeto da peça acabadaPode-se obter reduções adicionaisdo custo, além daquelas acimamencionadas, observando-se osseguintes pontos:

Espessura de paredeAdistribuição ideal da espessura deparede influencia o custo do material epode reduzir o tempo de produção.

MoldesMoldes de duas placas,redução do número degavetas, etc.

TolerânciasAs exigênciasexcessivamenteelevadas quanto àstolerâncias aumentamos percentuais derejeição e os custos docontrole da qualidade.

MateriaisRedução dos temposde ciclo e resfriamentopela escolha demateriais que secristalizamrapidamente;minimização dosproblemas deempenamento, pela

Redução de custos utiliando-seperfis nervurados

11,2

140

Placa nervurada, variante 2

Momento de inércia: 2520 mm4

Redução do tempo de recalqueaté aproximadamente 15% Economia de material: 57%

281,4

2

9,2

Placa nervurada, variante 1

Momento de inércia: 2520 mm4

Redução do tempo de recalqueaté aproximadamente 35% Economia de material: 23%

282,8

4

140

6

Perfil original, material POM

Momento de inércia: 2520 mm4

Recalque : aproximadamente 95 s (100%)

140

Fig. 2

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utilização de polímeros de baixo empenamento (p. ex.otimização da proporção entre cargas minerais e fibras devidro).

Comparação dos custos de produção das peçasAs peças injetadas devem estar prontas para amontagem, assim que forem extraídas do molde, semnecessitar de operações da acabamento adicionais. Seforem necessárias operações de acabamento, o custodessas peças freqüentemente iguala-se ao das peçasmetálicas (Figura 1).

O projeto determina os custos de produçãoO aumento geral da espessura de parede nem sempreconduz ao aumento desejado na resistência de uma peça,mas certamente significa uma acentuada elevação dos custosde material e de produção (Figura 2). Os termoplásticossemi-cristalinos sofrem uma contração volumétrica àmedida em que se cristalizam. Essa contração deve sercompensada pela contínua alimentação do fundido durantea fase de recalque. O tempo aproximado de recalque a cadamm de espessura de parede, pode ser, por exemplo:– POM = 8 s– PA 66 sem reforço = 4-5 s– PA 66 reforçado = 2-3 s(Aplica-se a paredes de até 3 mm de espessura)

Exemplos de aplicações típicasEm contraste com os projetos em metal que precisam serusinados e freqüentemente sofrem muitos estágios demontagem até se obter uma única peça funcional, atecnologia dos plásticos oferece uma considerável economiaem potencial. Neste exemplo (Figura 3), a guia e as hastesde acionamento, a mola, o elemento de fixação e o mancalforam moldados por injeção em uma só peça. O projetoequivalente em metal não só exigiria cincocomponentes individuais que precisariam sermontados, como também as hastes teriam queser lubrificadas no ponto onde entram emcontato com o limitador. A escolha de umPOM homopolímero torna desnecessária alubrificação neste ponto.

Os projetos de fixação por encaixecombinados a dobradiças integradas,reduzem o número de peças individuais,facilitando assim a montagem e reduzindoos custos. Se forem utilizados materiaisquebradiços, um segundo elemento defixação por encaixe se encarrega da funçãode bloqueio, caso a dobradiça integrada serompa (Figura 4).

15

Exemplo de integração funcional (haste guía e guiada produzidas em POM)

Fig. 3

Exemplo de montagem simplificada (fixadores de cabos com dobradiça integrada)

Fig. 4

Molde de baixo custo

Fig. 5

Ao projetar a peça, o projetista também devedefinir o desenho das cavidades do molde, eledetermina conseqüentemente o sistema deextração e o número de gavetas exigidas. Atravésdo arranjo criterioso dos rebaixos, as gavetaspodem ser substituídas por pinos (Figura 5).

6 Projetos econômicos (continuação)

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Distribuição de tensões em diferentes perfis

Curva de tensões na lingüeta

F = 7 NF = 4,3 N

1515

1

33 1,51

mm5 10 150

0

10

20

30

40

N/m

m2

mm5 10 150

0

10

20

30

40

N/m

m2

Fig. 2

16

As técnicas de montagem podemser divididas nos tipos destacáveise não destacáveis. As técnicas quese seguem, enquadram-se nacategoria de montagens nãodestacáveis:– soldagem– rebitagem– colagem– insertos– encaixe com ângulo de

retenção de 90º

As melhores técnicas de Montagem – Parte I

Tecnologia Geralde Montagem –As montagensrealizadas pormeio de encaixe,pressão erosqueamentosão técnicassimples quepermitem aosprojetistasexplorarem umagrande economiade produçãoatravés damontagemsimples e rápidadas peças.

7 Tecnologia geral de montagem

As montagens destacáveisincluem:– encaixe com ângulo de

retenção < 90º– montagens com parafusos– montagens por pressão

Projeto de montagem porencaixeA maior vantagem dos projetosde montagem por encaixe é que,com esta técnica, não énecessário nenhum elemento

adicional para se realizar amontagem.Os tipos mais freqüentementeutilizados de montagem porencaixe para plásticos, são:– montagem por encaixe com

lingüeta – montagens por encaixe

cilíndricas– montagens por encaixe tipo

esfera e soquete

Qualquer que seja o tipo escolhido, oprojetista deve certificar-se de que ageometria do conjunto permita que oscomponentes fiquem o mais isentospossível de tensões após a montagem,para se evitar a deformação quepoderia afrouxar o encaixe com opassar do tempo.

Princípios básicos de projetoO projeto de um encaixe édeterminado pela deformação máximapermitida do material que seráutilizado. Deve-se tomar cuidado coma poliamida, por exemplo, porque estematerial permite, no estado seco,deformações consideravelmentemenores que aquelas permitidas noestado condicionado. O teor de fibrasde vidro também apresenta umimportante efeito sobre asdeformações permitidas e,conseqüentemente também, sobre adeflexão permitida da lingüeta(Figura 1).Nas montagens por encaixe comlingüeta, a conicidade da lingüetareduz a tensão (Figura 2). Esteformato permite uma melhordistribuição da carga ao longo de todaa extensão de deflexão. Os picos deconcentração das tensões na base da

Deformações permissíveis por material(Valores válidos apenas para uma única montagem)

Material

POM homopolímero

PA sem reforço (cond.)

PA sem reforço (seca)

PA66 GR (condicionada)

PA66 GR (seco)

PET GR

PBT GR

Deformação permissível em %

aproximadamente entre 5-8

aproximadamente entre 4-6

aproximadamente 3

aproxim... entre 0,9-1,5

aproximadamente 0,8

aproxim... entre 0,5-0,8

aproxim... entre 0,7-1,5

Fig. 1

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17

Efeito do tempo

Montagens por encaixe: 80% da força de desencaixe original

Encaixes por pressão: 50% da força de desencaixe original

Tempo (horas)500 10000

0

20

50

80

100

% d

a fo

rça

de

des

enca

ixe

Fig. 3

lingüeta são menores e a força exigidapara a montagem é consideravelmentemenor.A inexistência de um raio de uniãoentre a base da lingüeta dentada e amassa principal da peça, bem comoraios muito pequenos nesta área,resultam freqüentemente em pontosmais frágeis. A princípio, deve serprevisto um raio de transiçãosuficientemente amplo para se evitar aconcentração das tensões. Asmontagens por encaixe do tipocilindrico, esfera e soquete precisamfreqüentemente ser sulcadas parafacilitar a montagem; nesse caso, aextremidade do sulco não deve possuircantos vivos.

Montagens de encaixe sobpressãoOs encaixes sob pressão possibilitammontagens de alta resistência entre oscomponentes plásticos a um custo mínimo. Tal como ocorre com asmontagens por encaixe, a força exigidapara o desencaixe diminui com opassar do tempo, como resultado dorelaxamento de tensões (Figura 3). Oscálculos de projeto devem levar essefato em consideração. Adicionalmente,devem ser realizados testes natemperatura operacional esperada, paraconfirmar a viabilidade do projeto.

Montagens com parafusosAs montagens com parafusos podem ser obtidas com a aberturadas roscas ou parafusos auto-roscantes, ou ainda pela utilização deinsertos roscados. O módulo de flexão do material a ser usadoproporciona uma boa orientação quanto ao tipo de montagem comparafuso mais adequada. Com um módulo de flexão deaproximadamente 2800 MPa, por exemplo, podem ser utilizadosparafusos auto-roscantes.Devem ser utilizados insertosmetálicos, se forem exigidosparafusos de rosca métrica,ou no caso da montagem terque ser desmontada algumasvezes. Para se impedir a falhaprematura da peça, éimportante assegurar odimensionamento correto docastelo (Figura 4). Osfabricantes de parafusosfornecem orientações quantoa isso.Como regra geral, osparafusos com cabeça cônicadevem ser evitados paraplásticos, uma vez que asforças resultantes (Figura 5)podem levar ao"espanamento" do furo. Umdos possíveis resultadosdessa tensão adicional é afácil ruptura das linhas deemenda.

Montagens com parafusos

Utilização de um parafuso de cabeça cilíndrica

Utilização de um parafuso com cabeça cônica

Utilização de um parafusode cabeça cilíndrica com inserto

As forçasresultantescausamespanamento

Inserto metálico

Ótimo

Inadequado

Adequado

Fig. 5

Recomendações de projetopara parafusos EJOT PT

A parede pode serprolongada nesta área

Nervura 0,4t - 0,75t

d = diâmetro nominal do parafuso

DA

dL

Lmin

Material dL (mm) DA (mm) Lmin (mm)

POM 0,75 d 1,95 d 2,0 d

PET FV30 0,8 d 1,8 d 1,7 d

PBT FV30 0,8 d 1,8 d 1,7 d

PA66 FV30 0,82 d 2,0 d 1,8 d

PA66 0,75 d 1,85 d 1,7 d

Fig. 4

7 Tecnologia geral de montagem (continuação)

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Placa quente

Princípio

Duração do ciclode solda

Vantagens

Limitações

Exemplos

– Plásticos sensíveis à oxidação– Mais rebarbas

10-20 s 0,2-10 s 0,1-2 s

– Posição relativa das peças a serem soldadas– Exigida uma rigidez mínima (material/geometria)– Exigido um movimento relativo exato

– Adequado apenas para solda de peças pequenas e médias– A montagem próxima/distante da linha de união é um fator influenciador adicional

– as desigualdades existentes na área da união (deformação, por exemplo) se fundem– boa reprodutibilidade– melhor qualidade de solda– Possibilita elevado grau de automação

– Adequado para solda de peças médias e grandes– Adequado para solda de materiais sensíveis a oxidação

– Possíveis diferentes variações (rebitagem, flangeamento, inserção)– Tempos de ciclo mais reduzidos– O método pode ser facilmente automatizado e integrado

Vibração/Rotação Ultra-sônico

Comparação dos diferentes métodos de soldagem

Mangueira de admissãode ar (insertos)

Tubulação de admissão de ar Isqueiros

Fig. 1

As melhores técnicas de Montagem – Parte II

8 Tecnologia de solda

Tecnologia desolda –Adicionalmenteàs técnicas demontagemdescritas nosétimo artigodesta série,pode-seutilizardiferentesmétodos desolda parapeçasplásticas.Visandoassegurar ocusto reduzidoe os projetosfuncionalmenteeficientes, énecessárioescolher ummétodo desoldaadequado eestudarcuidadosamentea geometriada linha deemenda, aindano estágioinicial doprocesso deprojeto.

A técnica de solda é uma montagem quepermite a conexão permanente das peçasplásticas, sem elementos adicionais demontagem. A escolha do método de soldadepende de diversos critérios: a geometria eo material das peças, o custo, a viabilidadede integração no ciclo geral de produção eas exigências mecânicas e estéticas relativasà zona soldada.

Diferentes métodos de soldaExistem muitos métodos de soldadiferentes, eficientes em termos de custo,adequados à produção industrial de grandevolume. Os métodos mais freqüentementeutilizados, para peças produzidas empolímeros de engenharia, são (Figura 1):– solda por placa quente

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Fig. 2

19

– solda rotacional– solda por vibração– solda ultra-sônica

Outros métodos incluem:– solda por alta freqüência– solda por indução– solda por gás aquecidoEstão sendo desenvolvidos novosmétodos (como solda a laser, porexemplo), que no entanto ainda não sãoamplamente utilizados na indústria.Qualquer que seja o método, a operaçãode montagem é executada aplicando-secalor (fundindo-se as superfícies a seremreunidas) e pressão. O calor pode sergerado diretamente, por contato ouradiação, ou indiretamente, pelo atritointerno ou externo, ou ainda por efeitoselétricos.

Escolha do método corretoPara se obter uma qualidade de soldaadequada e reprodutível, é necessárioescolher um método de solda adequado,

8 Tecnologia de solda (continuação)

Perfil da linha de união parasolda rotacional

15°

15°

15°

30°

otimizar os parâmetros doprocesso e assegurar que aspeças soldadas tenham sidocorretamente projetadas emfunção do método de solda aser utilizado. Os fabricantesde máquinas de soldafornecem não sóequipamentos padronizadoscomo também diversasunidades especiais, cobrindouma ampla variedade detarefas. Antes de se decidir o

método, é aconselhável consultar osfabricantes de maquinário ou osfornecedores das resinas.

Diferentes características desoldaTeoricamente, todos os termoplásticossão soldáveis; no entanto, ocomportamento de solda dos plásticosdifere consideravelmente em algunscasos. Os polímeros amorfos nãopodem ser unidos com os semi-cristalinos por solda. Os plásticos queabsorvem água (como o Nylon, porexemplo) precisam ser previamentesecos, uma vez que a umidade acarretaem uniões de baixa qualidade. Para seobter os melhores resultados, as peçasde Nylon devem ser soldadasimediatamente após a moldagem porinjeção ou mantidas em estado secoantes da solda. Os aditivos como asfibras de vidro e os estabilizantestambém podem influenciar osresultados da solda. A soldagem deplásticos sem reforço permite aobtenção de uniões com resistênciapróxima à resistência de peçasinjetadas, uma vez que o projeto daspeças e os parâmetros do processo desoldagem sejam adequados. Com osplásticos reforçados com fibras devidro, deve ser levada em conta aredução da resistência decorrente daseparação ou da reorientação dasfibras, na área soldada.

Perfil da linha de união parasolda por vibração/placa quente

Peças com grandes espessuras Peças com pequenas espessuras

T

3-3,5 T

1,2

T 3 T

T

w = 2-3 T

Fig. 3

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20

Exemplos de recessos pararetenção de rebarbas

a

T

0.5 T

w = 2-3 TFig. 4

Desenhos de solda de topo e por cisalhamentopelo processo de ultra-som

Soldapor cisalhamento

Solda de topoem orientador de energia

A: 0,4 mm con B = 1,5-3 mmB: espessura de parede

B

A

B

1,4 B

0,6 B

90°

AB

EC

A: 0,2-0,4 mmB: espessura de paredeC: 0,5-0,8 mmE: 1,25-1,5 B

B B

B

Fig. 5

Métodos de soldagem próxima à linha de união e distante da linha de união

Transmissãodas vibraçõesultra-sônicas

Próxima a linha de união Distante da linha de união

Fig. 6

Projeto correto da área desolda (linha de união)Um dos requisitos essenciaispara a solda de alta qualidade é oprojeto adequado do perfil daárea a ser soldada. Os perfisilustrados nas Figuras 2 e 3provaram ser bem sucedidos.Caso a área de solda devaatender a especificações estéticasrigorosas, será necessária umageometria especial. Osdiagramas ilustram as possíveisformas de se ocultar as rebarbas,prevendo-se recessos pararetenção do material excedente(Figura 4). Peças de paredesfinas devem ser projetadas comguias de encaixe, de forma quese possa aplicar a pressão desolda necessária, sem que asparedes percam o alinhamento.

Características especiaisda solda ultra-sônica

Os polímeros semi-cristalinostêm pontos de fusão bemdefinidos, ou seja, passamabruptamente da fase sólida paraa fase fundida, ao ser aplicado ocalor. Conseqüentemente, épreferível utilizar a solda porcisalhamento (Figura 5), parasoldagem ultra-sônica dospolímeros semi-cristalinos. Emrelação à soldagem dospolímeros amorfos, queapresentam uma faixa de

amolecimento, o tipo da solda é menos crítico. AFigura 6 ilustra diagramas de métodos de soldapróxima à linha de união e distante da linha de união.A diferença reside na distância entre o ponto decontato do sonotrodo com a peça e as faces a seremsoldadas. Em termos gerais, a soldagem próxima àlinha de união permite melhores resultados, mas éessencial utilizá-la com os materiais que apresentarembaixo módulo de elasticidade.

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assegurar queas tolerânciasestabelecidassejameconomica-mente viáveis.As tolerânciasselecionadasnão devem sertão rigorosasquantopossível, massim tãorigorosas quanto necessário.

Um percentual economicamente aceitável para atolerância de produção é um desvio de 0,25 a0,3% das dimensões nominais, porém estesvalores devem ser conferidos com as exigênciasda aplicação (Figura 1).Deve-se recordar que os termoplásticos, queapresentam tipicamente alto alongamento e altaelasticidade, não precisam ter as mesmastolerâncias estreitas especificadas para metais,que apresentam alta rigidez, reduzidoalongamento e pouca elasticidade.Fatores que influenciam as tolerânciasVisando-se evitar tolerâncias muito estreitas para aspeças plásticas, deve-se ter em mente os diversosfatores que influenciam a exatidão dimensional daspeças injetadas (Figura 2). As tolerâncias naconstrução do ferramental devem ser rigorosas. Osprojetistas não devem esquecer, no entanto, que os

Ângulo de saída

α para:°- 3°

°-3°ícies texturizadas:

1,5°da rugosidade

α

α

Fig. 3

21

Tolerâncias e suas implicaçõessobre os custosNormalmente é feita uma distinção entretrês classes de qualidade: injeção parafinalidades gerais, injeção técnica e injeçãode alta precisão. A norma DIN 16901especifica essas classes em tolerânciasgerais e, dimensões com tolerânciasdiretamente indicadas (faixas 1 e 2):– a injeção para "finalidades gerais"

exige um reduzido nível de controleda qualidade e se caracteriza pelosbaixos índices de rejeição e rápidosciclos de produção.

– a injeção técnica é consideravelmentemais onerosa, uma vez que impõeexigências maiores sobre o molde e oprocesso de produção, exigefreqüentes controles da qualidade e éconseqüentemente propensa aapresentar maiores índices de rejeição.

– o terceiro grupo, a injeção de altaprecisão, exige moldes precisos,condições ótimas de produção emonitoração de 100% da produção,com contínuo controle da qualidade.Isso afeta a duração do ciclo e, devidoaos altos custos de produção econtrole da qualidade, maior é o preçounitário.Uma vez que os projetistasdesempenham um papel fundamentalna determinação do custo das peçasinjetadas, eles também devem

Preço unitário em funçãoda tolerância

0,1 0,2 0,3 0,4 0,50

Pre

ço u

nit

ário

Tolerâncias custam caro

Tolerância: % de desvio da variação dimensional

valor normal

Fig. 1

Fatores de influênciasobre a variação dimensional

As variações dimensionais de peças injetadasresultam de:

tolerâncias na fabricação do molde

tolerâncias no processamento

tolerâncias devidas ao material de moldagem

empenamento devido a:contração/ contração pós moldagem/ geometria da peça/tensões internas / diferentes condições de resfriamento

alterações dimensionais devidas a:absorção de umidade / expansão térmica

Fig. 2

Fatores ocultos do custo9 Tolerâncias

Tolerâncias–Peçasinjetadas nãopodem serfabricadascom asmesmastolerânciasque as peçasusinadas.Embora amaioria dosprojetistasesteja cientedisso,continuamsendoespecificadastolerânciasque nãopodem serobtidas e/ouimpossibilitama produçãoeficiente emtermos decusto.

amorfos: 1,5semi-cristalinos: 0,5superf

por 0,02 mm de altura

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Contração

Barra127 x 12,7 x 3,2 mmponto de injeçãona extremidade

Contração de moldagem: Comprimento Diâmetro Comprimento Largura

PA66 1,5% 1,7% 1,7% 1,8%

PA66 30% FV 0,1% - 0,2 0,4% 0,4% 1,1%

PA66 43% FV 0,1% 0,2% 0,2% 0,5%

Placa152 x 76 x 3,2 mmponto de injeçãona extremidade

Disco50 x 3,2 mmponto de injeçãocentral

Fig. 5

ângulos de saída (Figura 3) são vitais para a extraçãosem distorção das peças.A conformidade com as tolerâncias constitui umproblema, na moldagem de peças com materiaisdiferentes ou com diferentes espessuras de paredes. Acontração de moldagem é altamente dependente dadireção e da espessura. Esse comportamento pode serobservado mais claramente no caso dos materiaisreforçados com fibras de vidro. Nestes casos aorientação das fibras de vidro pode resultar em umacontração significativamente diferente, nos sentidoslongitudinal e transversal, o que pode levar a falta deprecisão dimensional.A geometria da peça injetada também pode ter efeitossobre a contração e, assim, sobre as tolerâncias (Figura 4).Se for necessário produzir peças complexas, comtolerâncias rigorosas, a utilização de protótipos éessencial para se obter informações exatas quanto àcontração e ao empenamento.

Tolerâncias de produção e funcionaisÉ importante decidir se é suficiente estabelecer umatolerância de produção ou se a tolerância funcional éigualmente necessária, uma vez que os termoplásticossão afetados pelo ambiente de aplicação. A expansãotérmica, por exemplo - que pode ser dez vezes superiorà dos metais (Figura 5) - e a acentuada tendência dealguns polímeros (como o Nylon) de absorveremumidade, desempenham um papel fundamental naconfiabilidade funcional de uma peça em serviço.A contração pós-moldagem também deve ser levada em consideração, quando o material for semi-cristalino.Este fenômeno, influenciado principalmente pelascondições de processo, pode resultar na alteraçãodimensional das peças acabadas, após a desmoldagem.O controle da qualidade não deve ser realizadoimediatamente após a desmoldagem. A norma DIN

Expansão térmica

Material POM

D = 100 mm

Coeficiente de expansão téα °C)D = 100 mm a 23 °CD = 100,3 mm a 50 °C

Fig. 4

Fatores relacionados á tolerância

Os termoplásticos semi-cristalinos apresentam índices de contração pós-moldagem mais elevados que os dos termoplásticos amorfos.

Os termoplásticos reforçados contraem em percentuaisdiferentes, nas direções longitudinal (sentido de orientaçãodas fibras de vidro) e transversal.

As paredes espessas resultam em rechupes, variações dimensionais e empenamento

O projeto e as condições de processamento das peças desempenham freqüentemente um papel decisivo no atendimento às tolerâncias especificadas.

As variações de temperatura e a absorção de umidade resultam em alterações dimensionais que devem ser levadas em conta, no estabelecimento das tolerâncias funcionais

Fig. 6

16901 especifica que o controle da qualidade só deveser realizado após 16 horas de armazenagem emcondições climáticas padronizadas (23ºC, 50% deumidade relativa do ar), ou após um pré-tratamentoadequado.

RecomendaçõesAs tolerâncias especificadas na norma DIN 16901podem ser usadas como ponto de partida para aprodução eficiente, em termos de custo, de peçasinjetadas, Entretanto, a alta tecnologia das modernasmáquinas de injeção permite a obtenção de tolerânciasconsideravelmente mais rigorosas do que os valoresespecificados naquela norma.Para moldagens de alta precisão, os setores industriaisindividuais desenvolveram tabelas de tolerânciasseparadas, pois a norma DIN não é mais adequada.De qualquer forma, quando são exigidas tolerânciasrigorosas, é importante consultar o fabricante do molde,o moldador ou o fornecedor da matéria-prima, a fim dese verificar se as tolerâncias exigidas são tecnicamenteviáveis e economicamente adequadas (Figura 6).

rmica= 12 x E-5 (1 /

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As peças injetadas, de alta qualidade eeconomicamente viáveis, só podem serproduzidas após uma avaliação criteriosae o acompanhamento sistemático de cadauma dessas etapas do projeto. Osdepartamentos de projeto buscamfreqüentemente uma solução apenasfuncional. Deve-se enfatizar, no entanto,que a funcionalidade e a eficiência daspeças plásticas, em termos de custo, sópodem ser consideradas garantidasdepois que os projetistas derem umaatenção adequada ao desenvolvimentodas soluções corretas para o material e oprocesso de produção.

As propriedades dos plásticos nãosão constantes imutáveisOs perfis das propriedades dos plásticospodem ser influenciados pelo ambientede aplicação, pelo processo de produção,pela geometria da peça e pelas condiçõesde funcionamento (Figura 1). Aspropriedades dos plásticos sãodeterminadas através de testes realizadosem condições laboratoriais. Os corpos deprova são fabricados em moldesaltamente polidos, com parâmetrosotimizados, e testados em condiçõespadronizadas, sob tensões precisamentedefinidas. Na prática, entretanto, aspeças plásticas nunca são fabricadas

Deformação ε

Efeito da temperatura

T1

T1<T2<T3

T2

T3

Ten

são

σ

Deformação ε

Efeito do tempo

v1

v1>v2>v3

v2

v3

Efeito do tempo e temperatura na deformação

Ten

são

σ

Fig. 1

Algumas Diretrizes

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10 Verificação

Verificação doprojeto –O objetivo dodesenvolvimentode novosprodutos ou doaperfeiçoamentode um produtojá existente é aobtenção de umprojetotecnologicamenteadequado, quepossa serproduzido a umcustoeconômico. As principaistarefas doprojetista são aescolha domaterial, aseleção de umprocesso deproduçãoadequado, ocálculo daresistência e odesenho dapeça.

exatamente nessas mesmas condições,além de não serem expostas asolicitações mecânicas idênticas, quandocolocadas em serviço. Em vista disso, asexigências exatas e as condições decontorno devem ser cuidadosamenteanalisadas e relacionadas, quando seiniciar qualquer projeto a ser executadoem plástico. Uma lista de verificação(Figura 2) pode, nesse caso,proporcionar uma boa assistência.

.Fabricação de protótiposPara se desenvolver uma peça desde afase de projeto até a colocação nomercado é, geralmente, necessáriofabricar protótipos destinados aos testese às modificações. Deve-se ter o cuidadode assegurar que o método utilizado nafabricação dos protótipos seja o maissemelhante possível do método a serutilizado na fabricação em escalaindustrial. Protótipos de peças a seremproduzidas por injeção devem serfabricados por injeção.Caso não exista um molde disponível, éocasionalmente necessário recorrer aprotótipos usinados. No entanto, esteprocedimento não está sempre isento deproblemas, pelas seguintes razões:– é impossível estudar o efeito das

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linhas de emenda, que podem existir na peça moldada

– os sulcos produzidos pala usinagem podem ocasionalmente reduzir consideravelmente a resistência, em comparação a uma peça injetada

– a resistência e a rigidez das barras e placas extrudadas podem ser maiores que uma peça injetada, em virtude da cristalização mais elevada

– é impossível avaliar o efeito da orientação das fibras

O protótipo usinado de umamola destinada a um interruptorde luz, fabricado a partir dematerial extrudado, suportou180.000 ciclos de acionamentosem apresentar fadiga domaterial. Essa mesma peça,depois de moldada por injeção,apresentou uma fraturadecorrente da fadiga após80.000 ciclos do acionamento. Arazão dessa falha foi a estruturacristalina diferente da peçamoldada por injeção (Figura 3).

Moldes protótiposPara se produzir os protótipos,pode-se utilizar moldes paramoldagem por castingexistentes ou moldes fabricadoscom materiais de baixo custofacilmente usináveis, como oalumínio ou o latão. Deve-se,entretanto, ter mente que osparâmetros mais importantes damoldagem por injeção, como atemperatura e a pressão, nãopodem ser reproduzidos comestes moldes. Além disso, suascaracterísticas de resfriamentodiferentes levam a umcomportamento diferente, noque se refere à contração e aoempenamento. Recomenda-seutilizar moldes de produção

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Lista de verificação de projeto

A. Geral

1. Função da peça2. Possibilidades de modificação e integração (melhora da funcionalidade)

B. Condições de funcionamento

1. Solicitações mecânicas: tipo, duração, nível - estática, dinâmica - de curta duração, de longa duração, intermitentes - valores máximo e mínimo2. Temperatura de operação - valores máximo e mínimo - duração da exposição3. Ambiente de aplicação - ar - água - umidade - produtos químicos - radiação UV - ...

C. Exigências de projeto

1. Tolerâncias2. Deformação máxima permissível da peça acabada3. Montagem - desmontagem (técnicas de montagem)4. Especificações e aprovações - normas oficiais - diretrizes internas da empresa5. Qualidade superficial - marcas permissíveis

D. Condições de teste

Devem ser descritos detalhadamente todos os métodos de teste que podem ser utilizados para se avaliar o desempenho e a qualidadeda peça.

E. Eficiência, em termos de custo

1. Custos da peça ou sistema de montagem antigos2. Volumes de produção

F. Outros

1. Normas ambientais2. Fatores de segurança3. Todas as informações adicionais que permitam uma compreensão completa das funções e das condições de funcionamento da peça, das solicitações mecânicas e ambientais e das possíveis condições adversas que a peça tenha que suportar.

Fig. 2

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Molausinada de material extrudado

Molainjetada

Mola de interruptor de luz feita de POM

Fig. 3

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preliminar, fabricados em aço temperado. Essesmoldes podem ter uma única cavidade ou,alternativamente, utilizar-se uma só cavidade de ummolde de cavidades múltiplas.

Teste dos projetos em plásticoAtravés das modernas técnicas de simulação com-putadorizada, como as análises de fluxo e deresistência, os pontos potencialmente insatis-fatórios do projeto ou do processo podem, algumasvezes ser identificados nos estágios iniciais.Porém, é impossível garantir 100% a qualidade doproduto final e seu comportamento, emcondições operacionais reais. As infor-mações mais confiáveis são sempreobtidas testando-se os protótipos emcondições operacionais reais. Este tipode teste nunca deve ser omitido, compeças de engenharia que devam atendera requisitos elevados de qualidade efuncionamento.Se for difícil realizar os testes emcondições reais de funcionamento,podem ser também utilizados testes fun-cionais em condições simuladas. Ovalor destes testes depende, no entanto,da exatidão com que as condições reaispodem ser simuladas.

Regras para projetistade peças em plástico

Evite acúmulos de material

Evite rebaixos

Evite áreas planas

Não projete com uma precisão acima da necessária

Utilize técnicas de montagem econômicas

Projete as paredes o mais finas possível e apenas tão espessas quanto necessário

Procure manter a espessura das paredes uniforme

Projete raios de transição

Projete conicidade para desmoldagem

Projete peças multifuncionais

Localize os pontos de injeção na parede mais espessa

Use nervuras, em substituição a maiores espessuras de paredes

Quando da substituição de metais, um novo projeto é sempre necessário

10 Verificação (continuação)

As séries muito longas de testes, para se avaliar o com-portamento a longo prazo sob efeito de solicitaçõesmecânicas ou térmicas, são, às vezes, impraticáveis ounão se justificam economicamente. Por outro lado, asprevisões relativas ao comportamento a longo prazo,baseadas em testes acelerados sob condições maisadversas, nem sempre são claras e devem ser encaradascom extrema cautela. O comportamento de um plásticosubmetido a uma solicitação, em um teste a longoprazo, pode ser completamente diferente daquele verifi-cado a partir de um teste acelerado de curta duração.

Inovando com os plásticosOs diversos tipos de aplicações , em todos os setoresindustriais, indicam que o futuro pertence aos plásticos.Se as propriedades dos polímeros foreminteligentemente exploradas, podem ser produzidoscomponentes multifuncionais econômica efuncionalmente superiores a projetos anteriores.Os projetos atuais exigem geometrias e materiais cadavez mais complexos. Os plásticos podem e realmentesolucionam muitos tipos diferentes de problemas. É, noentanto, importante estabelecer muito cuidadosamente acorrespondência entre o plástico e a respectivaaplicação. Os fabricantes de matérias-primas (resinas)dispõem de uma extensa experiência quanto a isso. Essaexperiência deve ser plenamente utilizada, para seconverter em realidade as novas idéias de projetos emplástico.

Fig. 4

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Notas:

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Notas:

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Os dados aqui listados se encontram dentro da faixa normal de propriedades, porém não devem ser utilizados individualmente para estabelecer limites de especificaçõesnem como base para projeto. A DuPont não assume nenhuma obrigação ou responsabilidade por quaisquer recomendações apresentadas ou resultados obtidos a partir destas informações. Estas recomendações são apresentadas e aceitas por conta e risco do comprador. A divulgação destas informações não constitui uma autorização de operação ou para infração de nenhuma patente da DuPont ou de outras empresas. A DuPont garante que o uso ou venda de qualquer material aquiapresentado e comercializado pela DuPont não infringe nenhuma patente que cubra o próprio material, porém não garante contra violações causadas por sua utilização conjunta com outros materiais ou na operação de qualquer processo.

ATENÇÃO: Não utilize este material em aplicações médicas que envolvam implantes permanentes no corpo humano. Para outras aplicações médicas, consulte o manual “Declaração de Cuidados Médicos da DuPont”, H5010

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