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MOLDES DE..[1]

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Page 2: MOLDES DE..[1]

Este livro é uma obra simples e objeti-

va, que enfoca com profundidade as técni- cas para a moldagem por injeção de terrno- plásticos.

Cada capítulo foi planejado para consti- tuir uma unidade expositiva completa e ri- gorosamente fiel à fórmuia pedagógica ado- tada pelo autor.

Assim, ele começa por conceituar os * materiais plásticos e as maquinas. A seguir

discute o projeto do produto e em seguida o projeto do molde. Nos últimos capítulos ele trata dos problemas mais comuns na moldagem, das técnicas para obtenção de ciclos mais rápidos e dos problemas e solu- ções decorrentes da contaminação das pe- ças plásticas.

E um livro texto para as escolas técni- cas e de engenhsuria e é uma leitura reco- mendada para projetistas de peças plásticas e de moldes, e também para os profissio- nais envolvidos com a injeção de peças e

que estão interessados em se reciclar e atua-

lizar e seus conhecimentos.

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Jiilio Harada

MOLDES PARAJNJEÇAO DETERMOPLASTICOS

iiw?li EU,TaRA befl

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CopyrighP.9004 by Axrliber Editora Ltda.

Composjção eletrônjca: S h

Imagem de capa: A r t ~ - m o U e p d r o n i ~ d d ~ j ~ b n r n d o p b en9w.u Polimdd Itiduí&/S/A,

E r t d a das Cam, 3.883, Adina Alwarcn~ci, 09840-009,Jüo Bmardo do Gzmp, fP Te). 55 1 1 4358-7300, mm,polimoM rom, pmduto~p~drnold.iom.br

&ordenação editorial: Eqap Ediforiol

Dados Internacionxis de Catalogagãn na Publicação (CTP)

(Câmara Brasileira do Livro. SP, Brasil) - Handa, ]ilin

Moldu pern injeçio & rumopldsucos: projetos e p&clpi<s bhsicos / Jiilio Harada. -- Sin Pauio: Artliber Edimrp. 2004.

1. Plásciccs - Modcin~m por injcçáo 2 Tcrrnoplisuccls I. Tída

Í d c c s para ca&go sisrcrn6oco: 1. Moldes pars inieçáo: Termoptiscicos: Temdogia 668.423 2 Terrnoplísticos: M d d s pn injqáo: Tccnologia 66ô.423

Todos os direitos desta edição reservados i

A i c t i b e r Editora Ltda. Av. Diógencs Ribeiro de L i m ~ 3.294 05083-010 - S90 Pado - SP - Brasil

Td: (1 1) 3832-5223 Fw.: (1 I) 3832-5489 [email protected] www.artiiber.com.br

Obra selecionada - convênio Ardibu - ABPol ADPol Associação Bcasile'm de Polimeros

Caixa Postd 490 13560-970 - São Carlos - SP

a b p o l ~ a v . c o m . b r / w.abpol.com.br

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Dedico este trabalho à rninha esposa Fátima Regina e aos meus filhos Hugo Hajime e Mayumi Marcela.

In memorian: Edsoii C, Medialdéa

Podemos ser leigos no que diz respeito à plásticos, mas temos pleno

conhecimento da força de vontade e perseverança do homem que escreveu este livro.

Por isso, nos orgulhamos!

Mayumi, Hugo e Fátima Harada

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................................................................................... Prefácio 1

................................................................................... Prefácio 2 ............................................................................ Nota do Autor

........................................................... 1 . Introdu~ão à injeção

2 . Materiais plásticos .................................................................. 2.1 . Características

.................................................................... 2.2 . Classif cação ................................................................. 2.3 - Componentes

2.4 -Contração .......................................................................

3 . Máquinas de injeção 3.1 . Seleção ............................................................................

.................................................................... 3.2 - Constituição 3.3 - Capacidade da máquina injetora .....................................

.................................................... 3.3.1 - Capacidade de injeção ............................................ 3.3.2 - Capacidade de plastificação

....................................................... 3.3.3 - Forga de fechamento ......................................................... 3.3.4 - Pressão da injeção

4 . Dados técnicos para injeção 4.1 . Secagem .......................................................................... 4.1.1 - Secagem eficiente para obtenção de peças

.................................................................... de qualidade .................................................. 4.1.2 - Secagem com ar quente

...................................................... 4.1.3 - Secagem com ar seco 4.1.4 - Escolha da capacidade para o aquecimento do funil ......

............................................. 4.1.5 - Cálculo do volume do funil

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............................. 4.1.6 - Tempo de secagem/tempo de espera 4.1.7 - Controle de umidade ....................................................

................................................... 4.1.8 - Economia e eficiência ................................................. 4.2 - Geometria dos materiais

............................ ............ 4.3 - Lubrificação .. ... ... .................................................. 4.4 - Temperatura de injeção

4.5 -Temperaturadomolde ................................................. 4.6 - Pressão de injeção/recalque ...........................................

....................................................... 4.7 - Tempo de injeção ............................................................. 4.8 - Ciclos de injeção

............................................ 4.9 - Tolerância de dimensionais

5 . Plastificação do polímero ...................................................................... 5.1 . Introdução

.............................................................. 5.2 - Projeto de rosca ................................................ 5.2.1 - Geometria geral da rosca

5.2.2 - Razão de compressão ..................................................... .................................................... 5.2.3 - Comprimento da rosca .................................................... 5.2.4 - Profundidade do canal

....................................................... 53 - Válvulas de retenção ............................... 5.4 - Controle da temperatura do cilinclro

....................................... 5.5 - Velociciade de rotação da rosca 5.6 - Velocidade de injeção .....................................................

....................... ................................. 5.7 - Conu-apressão .... ............................................................... 5.8 - Descompressão ............................ 5.9 - Rico de injeção ..... ...........................

6 . Projeto de produtos ...................................................................... 6.1 . Xntrodução

.............. 6.2 . Características técnicas e aparência do produto 6.3 . Desenho de produto e desenho de molde ...................... 6.3.1 -Contração .......................................................................

............................... 6.4 - Normas para o desenho do produto ....................................................... 5 - Estudo experimental

6.6 - Reduqão de custo sem comprometer ................................................... a qualidade do produto

.............................................................. 6.7 - Projeto de peças .......................................................... 6.8 - Postiços /i ... e insertos .

.- ... .............................................. G.9 - , ~ & s f ~ é h d ; i l ~ , ~(iodútg j

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7 . Projeto de moldes 71 . Lnuodu~ào ...................................................................... 72 - Considerações básicas ...................................... .. ............ 72.1 - Força de fechamento ....................................................... 72.2 - Pressão de injeção ........................................................ 7.2.3 - Capacidade da máquina ................................................. 72.4 - Fluxo do materia 1 no molde ........................................... 72.5 - Contraçâo ....................................................................... 7.3 - Componentes do molde .............................................. 74 - Bucha de injeção ........................................................... 74.1 - Características da bucha ................................................. 74.2 - Dimensões ......................................................................

........................................................................ 7.5 - Cavidades 75.1 - Introdução ...................................................................... 75.2 - Materiais para cavidades .................................................

.................................................................... 75.3 - Obstruções 75.4 - Conicidade ............................. .. ................................... 7.5.5 - Resistência das cavidades ................................................ 75.6 - Deflexão das cavidades cilíndricas .................................. 5 7 - Outras considerações possíveis para

o cálculo da resistência das cavidades ............................. 15.8 - Dimensionamento do tamanho

e do material para base de molde .............................. ..... 75.9 - Dimensionamento dos calços ......................................... 75.10 -Alinhamento das duas metades de um molde ................ 7.5.11 - Disposição das cavidades ........................................... 75.12 - Escolha do número de cavidades ................................... 7.6 - Coluna-guia e bucha-guia ............................................... 77 - Pinos de extração ............................................................ 77.1 - Pinos de retrocesso do mecanismo

extrator ou pino de retomo .................. ... ................... 78 - Saídas de gases ............................................................... 79 - Classificação dos moldes ................................................. 710 - Sistema de alimentação das cavidades ............................ 710.1 - Canais de distribuição ................................................... 710.2 - Sistema de alimentação indireta ..................................... 710.2.1 - Entradas ..........................................................................

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. Sistema de alimentação direta ........................... .. .......... - Sistema de extração .......................................................

........................ - Sistema de extração por placa impulsora - Sistema de extração por pinos ........................................ . Sistema de extração por camisa ...................................... . Sistema de extração por lâminas ....................................

......................... . Sistema de extração por açào retardada . Sistema de extraçao por placa estracora .......................... . Sistema de extração por tirantes ..................................

......................... . Sistema de extração por ar comprimido

........................ . Sistema de extração por núcleo rotativo ............................................................ . Tipos de molde

. Molde de injeção de duas placas .................................

. Molde de injeção de três placas ...................................... .............................. . Molde de injeção com partes móveis

- ' / /R'e~fiianí~nts'do~hdde~ .,. < ... ..................................................... .*~tnaí$dé . reftigeía $0 . .-C: ................................................. . Métodos de refrigeração .................................................. . . . Resfriáinento com água;; ................................................. . Cálculo do resfriamenío com aguar ................................. . Refrigeração a ar ................... .. .................................. . Materiais para construção de moldes .............................. . Seleção de aços, de tratamentos

térmicos e de tratamentos de superfície ............................. . Aços indicados ................................................................ . Tratamentos térmicos indicados ......................................

Conclusão . ....................................................................... . Aplicação de revestimentos depositados via PVD .......... . Requisitos básicos necessários para

o tratamento superficial um molde .................................. . Problemas frequentemente encontrados em moldes ...... . Exemplos de aplicação de revestimentos ........................

Conclusões . ...................................................................... . Diretrizes básicas para projeto

de moldes para injeção de plásticos ............................... . O início do projeto .......................................................... . O projetista e a ferramentaria .................. ........ ................

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716.3 . Lista para elaboração de projeto de um molde para injeção de termoplásticos .............. 216

8 . Orientação (peças tensionadas) ...................................................................... 8.1 . Introdução 221

............................................................. 8.2 . Tensões internas 222

9 -Análise da influência da orientação molecular .................................................... 9. 1 . Orientação rnolecular 225

........................................................... 9-2 - Tensões internas 232

10 -Efeito das condições de processo ........................................ 10.1 . Temperatura da massa plástica

.................................................... 10.2 . Temperatura do molde 10.3 - Efeitos oriundos do desbalanceamento

................................................... do processo de injeção 10.3.1 - Empenamento ................................................................ 10.3.1.1 - Orientação diferencial .................. .. ..............................

................................................ 10.3.1.2 - Cristalinidade diferencial .................................... 10.3.1.3 - Resfriamento diferencial ........ ..

........................................... 10.3.1.4 - Chupagem e vazios internos ............................ 10.3.1.5 - Linha de emenda fraca ........................

.................................................... 10.3.1.6 - Sobre empacotamento

11 -Análise de preenchimento da(s) cavidade(s) do molde 11.1 . Fase de preenchimento da cavidade do molde ............... 247

................................ 11.2 . Tempo de enchimento da cavidade 252 ..................................................... 11.3 . Fase de pressurização 254

11.4 . Fase de compensação ........ .. ...................................... 254 .......................................... 11.5 - Tempo e pressão de recalque 256 ......................................... 11.6 - Dimensionamento dos canais 257

11.7 . Canais de distribuição posicionando linhas ..................................................................... de emenda 259

11.8 - Canais de distribuição balanceando o fluxo .................... 260 ......... 11.9 - Canais de distribuição balanceados artificialmente 261 .......... 11.10 - Canais de distribuição naturalmente balanceados 262

11.11 - Determinação das entradas de injeção ........................... 262

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........................ . Entradas de injeção balanceando o fluxo 264 . Fluxo reverso ................................................................... 265 . Entradas de injeção evitando fluxo reverso ..................... 266 . Hesitação no fluxo .......................................................... 268 . Entradas de injeção evitando hesitação do fluxo ............ 268 . Fluxo multidirecional ....................................................... 269 . Entradas de injeção proporcionando

fluxo unidirecional ....................................................... 270 . Fluxos com velocidades diferentes .................................. 270 . Fluxo instável .................................................................. 272

........................................... . Guias e defletores de fluxo 272

12 . Problemas de moldagem 12.1 . Introdução .................................................................... 275 12.2 . Problemas de injeç2o ...................................................... 277 12.2.1 . Injeções incompletas .................................................... 277 12.2.2 . Superfície opaca, sem brilho ......................................... 277 12.2.3 . Manchas de queimado ............................................... . 278 12.2.4 - Chupado ou bolhas ........................................................ 278 12.2.5 - Marcas de junção ........................................................... 279 12.2.6 - Aderência no bico ou na cavidade ................... .. ........ 279 12.2.7 - Marcas oblíquas, linhas prateadas, Mica .......................... 280 12.2.8 - Rebarba na peça .......................................................... 281 12.2.9 - Manchas pretas ou degradação da cor ............................ 281 12.2.10 - Deformação ou contração excessivas ............................ 282

13 . Algumas técnicas para obtenqão de cicios mais rápidos

14 . Condições principais do material plástico durante um ciclo na moldagem por injeção 4.1 . Fase do ciclo I ................................................................. 285 14.2 . Fase do ciclo I1 ................................................................ 286 14.3 -FasedocicloIII ............................................................... 287 14.4 - Fase do ciclo IV ............................................................... 287 14.5 - Fase do ciclo V ............................................................... 288 14.6 - Fase do ciclo Vi ............................................................... 288 14.7 - Fase do ciclo VI1 .............................................................. 289

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15 . Rechupes: como evitá-los 15.1 . Introdução ...................................................................... 291 15.2 . Fatores que infiuem no projeto do molde ....................... 292 15.3 . Condisões de moldagem ................................................ 296

16 . Contaminação e m peças plásticas. problemas e soluções 16.1 . Contaminação na indiístria

transformadora de plásticos ............................................ 299 16.2 . Identificação do problema e a origem ............................ 299 6 . Matéria-prima .............................................................. 300 16.4 - Mgquina injetora e molde ...................... .. ................. 301 16.4.1 -Manutençãodamáquina .................... ... ........................ 301 16.5 - Depósito de materia-prima . . . . . . .. ...... ... ................... 302 16.6 - Estufa ............................................................................. 302 16.7 - Limpeza da fábrica e do ambiente ............................... 303 16.8 - Siscerna de circ~~laçào de ar ............................................. 303 16.9 - Moinhos e depósitos de material moído

e regranulado ......................... ... ............................ 303

Referências Bibliogrrncas ......................... .. ....................... 305

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A constante evolução da tecnolc~ga de injeção de terrnoplásricos no Brasil, especialmente nos últimos dez anos, tem exigido pesados investimentos da indústria de transformac;ão muitas vezes em cen5rios ecnnômicos incertos e com retornos nem sempre viáveis.

O ciclo clc: renovação do parque de máquinas e de moldes para injeção de plásticos tem sido intenso, atingindo iim ritmo de cinco anos atualrnen te, ~iltrapassando significativamente longos períodos de dez a quinze anos que eram necessários à sua evolução durante os anos de 1950 a 1980. Esse desentrolvimento significa maior demanda por inves- timento nesses produtos e tambem na capacitaç,Jq trtiinarnento e atua- lizaqão da mão-de-obra.

Yesse contexto, a tecnologia de projeto e construção de moldes de injeçào de termoplásticos ganha destaque pelos avanços conceituais e pelos ganhos de efiçiencia e produtividade.

Este livro, editado com o apoio da ABPd - Associac;ão Brasileira de Polírneros, tem o mesito de mostrar de forma didatica e envciknte a dinimica dos conceitos tecnol6gicos utilizados no desenvolvimento dos moldcs de injeçaq empregando ilustrações e exemplos de grande visibilidade. Oferece leitura agradável mesmo quando toca em assun- tos mais complexos e técnicos, e certamente será de grande vãlia em cursos de treinamento e em programas de capacitação de recursos humanos na indiístria do plástico.

Julio Harada, com a paciência com que um ourives lapida uma gema preciosa, ciediçou mais de vinte anos de sua profícua vida profis- sional na concepção, reali7aç3o e meticulosa revisão deste projeto, qiie merece a mais honrosa recomendação da ABPol.

13omingos Jcfelice Prrsidm& ABPoI- Associagão Brasileira 1- ~olímemx

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Esta é mais lima puhliças;ào e~ecutada com esmero e precisão por urn profissional do mais alto gabarito. considerado pela indústria brasileira dos terrnopllásticos há mais de tnnta anos

Trabalhos como este abrem novos horizontes para a l-iusca de informações consolrdadas em moldes para transformaçfio de termo- plásticos. É um livro que serve também para transmitir e perpetuar o conhecimento e know-how adquiricios de forma prática neste vasto mercado, não s6 brasileiro como rni~ndial.

Pub1icay;hes neste: formato e conteijdo sào muito escassas em noso ambiente de tmbalho.

?leste livro encontramos explicações simples e concisas sobre temas bastante complexos. permitindo assim a fácil assimilação para qualquer Iejtor, independenternence de siia formaçãci acadêmica ou prática. Para profissionais já ~nseridos neste ramo, como txansfor- rnadores, fabricantes de moldes, produtores de resinas ou usuários finais, esta publicação serve como unia excelente fonte de consultas para problemas do cotodiano.

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N OTA AUTOR

O mercado de transformação de plástico no Brasil tem crescido nas últimas décadas de forma constante e promissora diferentemente do que ocorreu na área do ensino técnico regular que não conseguiu acompanhar o seu ritmo.

O fato da expansão do parque industrial de plásticos ser muito mais veloz do que o ensino possa prover aos profissionais capacitados em razão da ausência de literatura técnica especifica, principalmente em português, e a necessidade da formação de fontes de consultas, in- centivaram a elaboração deste trabalho.

Esta obra foi desenvolvida para a consulta de estudantes, técnicos, engenheiros e especialistas em transformação de plásticos, com o pro- pósito de cobrir a lacuna existente na orientaçâo da solução de proble- mas do dia-a-dia em injeção de peças plásticas.

Este trabalho não tem a mínima pretensão de esgotar um assunto, que se caracterim pela sua amplihlde e complexidade, nem colocar em dúvida qualquer teoria acadêmica ou prática de cada profissional, e sim de acrescentar a experiência de longos anos de trabalho no setor:

Um fato bastante importante é esclarecer que os textos e figuras foram baseados nos livros citados na bibliografia e catálogos de fabricantes.

Embora tenham sido tomadas medidas para se obter segurança na projeção dos dados técnicos, coeficientes, e parâmetros aqui mencio- nados, aconselho o leitor se baseie nos dados de seu fornecedor para diagnosticar a decisão final.

Há muito a fazer e se alguém não tomar a iniciativa, nada será rea- lizado em prol do desenvolvimento técnico brasileiro. Não queremos inventar a roda, apenas movimentá-la.

0 s meus agradecimentos às empresas que colaboraram para a pre- paração desta obra, perrnihdo o uso de mformaçòes técnicas de seus catálogos, bem como fotos de seus produtos: BASF, Battenfeld, Brasimet,

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Delkron, Monsanto, Romi e Wittmann. E também aos engenheiros Daniel A. Yuhara, Fernando M. Felicetti, Ney Kaiser, Paulo A. Santos, Paulo K. Vencovsky e Shun Yoshida, pela cessão de seus artigos, que foram adaptados para este livro.

Júlio Hamda São Paulo, fevereiro de 2004

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Na diicada de 1940, a utilizaçao de peças injetadas de material pIás- tico restringk-se a produtos de, no mrixirno, alguns poucos gramas, Com u crescimento do mercado devido h alta aplicabilidade desses pro- dutos, os pedidos aos transformadores paw.rarn a se concentrar em peças maiores e mais complexas.

Atualmente, tanos moldes com áreas projeradas de ate 9 m2e pecas pesando até 20 kg. Yos ultimos 25 anos, as aplicações desse tipo de pro- dcrto passaram de objetos mais simples, como brinquedos, por exern- pio, para componentes complexos prcjprios da indijscrkd deiroeletr8- nim, automobilistica, tmnsporre (caixas c pdetes, etc) .

Para acompanhar essa cwuluçào do mercado, ocorreu um rápido progresso dos equipamentos, que cvoluirm das primeiras máquinas a pistão, com capacidade máxjrna de 200 g, até atingir o formato de modernas máquinas com rosca e pré-plastificador, com capacidade para mais de 30 kg

Os mo1 des, por sua vez, tamlgm .w sofisti a r a m tornando-se total- mente automáticos, com canais quentes, hses e componentes padro- ni~ados. Atualmente, a sua constniçào utiliza ligas de ago e programas çornputacionais qiie permitem dirnensionar tanto o moldç quanto os seus çomponen tes.

O futuro da injçc;ão C um desafio para toda a indústria. Um cres- cimento contínuo, bem como o sucesso de novas aplicações, requer a combinação de esforços envolvendo tanto transformadores e projetis- tas quanto Fabricantes de máquinas e macénas-primas.

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Os materiais plásticos são compostos de resinas naturais ou sinté- ticas que, atravks de pressão e calor, podem fluir e adquirir uma forma determinada.

A definição oficial de "materiais plásticos'~ &vuigada pela SPE - Society of Plastics Engineers (Sociedade dos Engenheiros do Plástico), dos EUA, é a seguinte:

Um grande e variado grupo de materiais, que consiste ou contém como ingrediente essencial uma substância de alto peso molecu- lar, que é sólido no estado final, e que em algum estágio de sua manufatura é suficientemente mole para ser moldado em várias formas, muito usualmente através da aplicação (sejam separadas ou juntas) de calor e pressão.

2.1 - Características

A maioria dos materiais plásticos é de natureza orgânica, tendo como principal componente o Carbono adicionado aos elementos Hidrogênio, Oxigênio, Nitrogenio e Cloro.

Como simples exemplos, damos a fórmula química dos polímeros mais consumidos e a base da matéria-prima do polimero, que são os monorneros:

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20 MOLDES PARA INJEÇAO DE TERMOPLÁSTICOS

Polimero Monômero

Polietileno CH2 = CH2 Polipropileno CHZ = CH

I CH3

Poliestireno CH2 = CH I

Poli (clorato de vinila) CH2 = CH "PVC" I

C I

Unidade repetidora i I

- C H 2 - C H 2 . - CHq - C H -

l i

CH3 I

- CHZ - CH - I I I

2.2 - Classificação

Os materiais plásticos se classificam em dois grandes grupos: ter- moplásticos e termoestáveis.

Os termoplásticos têm como característica atingir o estágio de amolecimento ao serem aquecidos, podendo então ser moldados. Esta troca de estado não altera sua estrutura química, o que permite que, uma vez resfriado, ele possa ser novamente aquecido e reaproveitado.

Exemplos de materiais termoplásticos: Polietileno de Baixa Densi- &de, Polietileno de Alta Densidade, Polipropileno, Poliestireno de uso geral, Poliestireno Alto Impacto, Policloreto de Vida, Poliamida (Nái- lon) e outros.

Aquecido Amolecido Esfriado Endurecido

Os temoestáveis possuem essa mesma propriedade de amolece- rem ao serem aquecidos, sendo posteriormente moldados. No entanto, esse processo leva a uma transforma~ão química em sua estrutura, o que não permite sua reversão ao estado original, impedindo, portanto, a sua reutilização.

Exemplos de materiais terrnoestáveis: Fenol-Formaldeido, Uréia- Forrnaldeído, Poliésteq Melarnina-Formaldeido e outros.

Aquecido Amolecido Esfriado Estado irreversível

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Materiais plásticos 21

Tabela de características físicas e de transformação dos termoplásticos e termoestáveis mais conhecidos

Nome genérico

Nota: As variações n o peso específico alteram-se de acordo com o tipo da carga incorporada ao material

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2.3 - Componentes

Resina: l? o componente básico do material plástico e que lhe con- fere as principais características. propriedades. nome e sua classificação.

Carga: É um componente inerte e fibroso que é adicionado à resina a fim de reduzir o custo de sua fabricacào e melhorar as proprie- dades físicas, térmicas, quírnícas e elétricas do material. Nos materiais terrnoestáveis, sâo utilizados geralmente com massa, pó de madeira, mica, celdose, algodão, papel, asfalto, grafita ou pó de pedra, conforme O caso.

Plastificantes: Sâo líquidos que fervem a temperaturas elevadas, entre 94°C e 205%. Sua k~ncão é melhorar ou facilitar o fluxo do mate- rial amolecido,

Lubrificantes: São produtos usados com a finalidade de facilitar a saída da5 peças dos moldes. Os lubrificantes mais comuns s5o: óleo de rícino, lanolina, óleo mineral, parafina, grafita e outros.

Corantes: Também chamados de pigmentos, são materiais que conferem ao produto a cor desejada.

Estabilizadores: Sâo elementos que impedem a deterioração dos materiais quando expostos 3 ação das intempéries e dos raios ultra- violeta.

Propriedades principais e comuns à maioria dos materiais plústicos:

a Baixo peso especifico. Baim condutibilidade elétrica e térmica.

8 Resistência mecânica aceitlivel, em geral menor que a dos metais, 2 exceção dos plásticos de engenharia que já se igua- lam em resistência aos metais. Boa apresentação e acabamento. FaciIidade de moldagem.

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Materiais plásticos 23

2.4 - Contração

Entende-se por contração ou encolhimento, a diferença entre as dimensões da peça injetada, após alcançar o equilíbrio térmico em temperatura ambiente, e o tamanho da cavidade em que a peça foi inje- tada.

Essa propriedade é característica dos materiais plásticos que, ao serem esfriados, se contraem, resultando num produto final menor que o molde original. Assim, o tamanho do molde a ser confeccionado a partir das dimensões do projeto deve levar em consideração a contra- ção do material.

Para a maioria dos plásticos deve-se levar em consideração, para reduzir as contrações, as seguintes recomendações:

1. Diminuir a temperatura do material; 2. Aumentar a pressão da injeção; 3. Reduzir o limite da carga a ser injetada; 4. Reduzir a temperatura do molde; 5. Aumentar o tamanho da entrada da cavidade; 6. Aumentar o tamanho do bico; 7 Colocar entradas múltiplas; 8. Aumentar o tempo de avanço; 9. Aumentar a velocidade de injeção;

10. Aumentar o tempo de molde fechado; 11. Aumentar a saída de ar da cavidade.

Um procedimento contrário irá aumentar a contração. Os materiais plásticos, em sua variedade, têm diferentes valores de

contração, dependendo do seu fabricante. Geralmente, é especificada uma faixa de valores de contração por material, valores esses que podem variar de acordo com o projeto do molde ou com as condições de moldagem na máquina injetora. Qualquer fator que aumente a pres- são dentro da cavidade do molde reduzirá a contração.

A contração da peça acabada é volumétrica, ou seja, resultando em uma diminuição em todas as dimensões do produto de acordo com o coeficiente de contração do material plástico.

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24 MOLDES PARA INJEÇÁO DE TERMOPLASTICOS

Tabela de contração de materiais termoplásticos mais utilizados

Os fatores que influenciam diretamente na contração de uma peça moldada relacionam-se com:

Área da entrada ou ponto de injeção (maior área, menor contração)

Molde Espessura da parede do produto (maior espessura, maior contração)

Temperatura do molde (maior temperatura, maior contração)

Ciclo de moldagem (ciclo maior,

Máquina injetora menor contração)

Pressão de injeção (maior pressão, menor contração)

-====I Cristaliniciade (maior densidade, maior contração) Material plástico Temperatura (maior temperatura, maior contração)

Page 25: MOLDES DE..[1]

3.1 - Seleçáo

Para acompanhar o enorme crescimento do processo de injeção foram desenvolvidos diversos tipos e tamanhos de máquinas de inje- ção, com uma ampla variedade de equipamentos:

Unidade de injeção 1. Máquina a pistão (convencional)

a. Cilindro de injeção horizontal. b. Cilindro de injeção vertical.

Foto 1

Máquina injetora de ciiindro de injeção horizontal. Cortesia: Indusuias Romi S.A.

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F:-- Foto 2

Máquina injetora de cilindro de injeção vertical. Cortesia: Battenfeld S.A.

2. Máquina com rosca-pistão a. Acionamento hidráulico para rotação da rosca. b. Acionamento elétrico para rotação da rosca. c. Pré-plastificador de rosca, acionamento hidráulico com injeção

a pistão.

Unidade de fechamento do molde 1. Cilindro hidráulico, fechamento horizontal. 2. Fechamento com articulação

a. Horizontal. b. Vertical.

A seleção que especifica o tipo de equipamento de injeção a ser utilizado é determinada pelo trabalho que se deseja realizar. Cada tipo de unidade injetora e de fechamento tem as suas vantagens e desvan- tagens e, portanto, seus defensores e críticos. Nos últimos anos, tem se

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Máquinas de injeção 2-

tornado frequente o uso de máquinas com rosca, em razão do aumento de capacidade e versatilidade dessas máquinas quando comparadas às convencionais (a pistão).

Quanto à unidade de fechamento, a de tipo articulado possui van- tagem sobre o hidrdulico por permitir ciclos mais rápidos. No entanto, o fechamento articulado está geralmente Iimitado a uma força máxima de 500 toneladas, sendo utilizado nas unidades de menor capacidade e com moldes automáticos.

Para obter-se uma boa versatilidade e qualidade, independente- mente do tipo de máquina, os equipamentos devem apresentar as seguintes características:

I . Cilindro de znjeção: deve possuir pelo menos ttês zonas de aque- cimento, controladas individualmente, preferencialmente do tipo proporcional, ou controles de temperaturas de 'voltagem dupla. A temperatura no bico deverá ser controlada separadamente, por pirômetro ou reostato individual.

2 P m ã o de »Ije@o: deve ser variável e atingir até 1 400 kg/cm2 pelo menos, de preferência em dois estágios (pressão de injeção para encher o molde e recalque para evitar retomo do material ao cilin- dro), cada um controlado por um timer.

3 Eloczdade de injeção: deve ser variável e controlada, atingindo no máximo cerca de 150 crdminuto.

4. Aiimentação ajustável: deve ser preasa para permitir um controle do peso e da quantidade de material injetado.

5 Timers: devem ser precisos, alcançando até 0,l segundo, a fim de medir o tempo de injeção, tempo de fechamento do molde, etc.

3.2 - Constituição

As máquinas de injeção atualmente utilizadas nas indústrias de transformação possuem as seguintes partes (Figura 1):

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Fig. 1

Nomenclatura

A - Base

B - Conjunto injetor

C - Placa estacionária OLI fixa

D - Placa móvel

E - Conjunto de fechamento

F - Motor e sistema hidráulico

Base é uma estrutura de forma retangular - fundida ou de canto- neiras soldadas - que, apoiada no piso, sustenta as demais partes da máquina e contém os componentes do sistema hidráulico, como o motor elétrico e o reservatório de óleo hidráulico.

Conjunto injetori é uma estrutura fundida formada pelos compo- nentes responsáveis pela injeção (Figura 2)

O conjunto pode deslocar-se no sentido de Apara B ou vice-versa, a fim de conectar ou afastar o bico de injeção em relação à bucha de injeção do molde.

O conjunto de injeção pode ser: 1. por êmbolo; 2. por plastificador; 3. por pré-plastificador.

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Máquinas de injeção 29

Elementos

O conjunto de injeção por êmbolo (Figuras 3 e 4) é formado por um êmbolo simples, acionado pelo sistema hidráulico, que empurra o mate- rial plástico através de um cilindro previamente aquecido por elementos de aquecimento, onde se realizará a plastificação do material. O torpedo (Figura 3) tem a função de homogeneizar a plastificação do material. A Figura 3 mostra o êmbolo estacionado e o material plástico sendo alimentado no cilindro de injeção aquecido, enquanto na Figura 4 vemos o êmbolo acionado levando o material através do cilindro aquecido.

Elemento

Fig. 3

A injeção por rosca plastificadora é feita por uma rosca sem fim com duas funções: plastificar e homogeneizar o material, através de um

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movimento rotativo, e injetá-lo, posteriormente, através de um movi- mento retilíneo (Figura 5).

I Y h ' Tremonha

Fig. 5 A A injeção por pré-plastifimdor consiste na plastificaçâo do mate-

rial em uma câmara auxiliar colocada acima do cilindro (Figura 6).

Fig. 6 1

Placa estacionária oufixa (Figura 7): tem sua estrutura fundida e serve de apoio à parte do molde que leva a bucha de injeção. Suporta as colunas da máquina, nas quais são efetuados os movimentos da placa móvel. Possui furos, ou ranhuras, que permitem a fixação do molde, e uma perfuração central onde se aloja o anel de centragem do molde, garantindo o alinhamento da bucha de injeção do molde com o bico de injeção da máquina.

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Máquinas de injeção 33

-

Furo de centragem

Furos para fixar o molde

000- 0 00

?H, oi+pp Aloiamento

I V \ '

da coluna Fig. 7 / I

Placa móvel: tem sua estrutura fundida e serve de suporte para a parte do molde onde se situa o sistema de extração. Seu deslocamento e regulagem são efetuados através das colunas da máquina (Figura 8).

Furo para sistema de extração

Conjunto de fechamento (Figura 9): é um sistema que serve para o deslocamento da placa móvel, possibilitando a abertura e o fechamento do molde. Na sua estrutura, encontram-se localizados o sistema hidráu- lico que aciona o seu deslocamento, e parte da máquina injetara, onde estão posicionadas as colunas da máquina, além do sistema extrator e o sistema de fechamento (hidráulico ou hidráulico-mecânico).

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A Figura 10 mostra em detalhe um conjunto de fechamento.

-

móvel

Circuito hidráulico: formado pelo motor e pelo sistema hidráulico, que fazem parte da unidade de acionamento de todos os movimentos da máquina injetora.

A Figura 11 mostra de forma esquemática a unidade de aciona- mento do circuito hidráulico.

Componentes do sistema hidráulico e Êmbolo de fechamento

Êmbolo de injeção Carne

e Válvula de inversão de quatro vias para o êmbolo de fecha- mento (acionada por válvula auxiliar ou por solenóide)

a Válvula acionada por carne

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Máquinas de injeção 33

a Válvula de inversão de quatro vias para o êmbolo de injeção (acionada por válvula auxiliar ou solenóide) Válvula de retenção

a Válvula de bola a Unidade formada por bomba a válvula de combinação, para o

controle automático do volume e regulagem da pressão a Motor a Válvula redutora de pressão para o ajuste, independente da

pressão de injeção. Reservatório de óleo hidráulico.

3.3 - Capacidade da máquina injetora - Antes de iniciar o projeto do molde é necessário determinar a

capacidade desejada da máquina injetora, de forma a estabelecer o tipo adequado de máquina injetora a ser empregada. Quando esta já estiver estabelecida, as informações necessárias quanto aos dados de projeto para a montagem, área da placa, distância entre as colunas, etc., podem ser obtidas no catálogo do fabricante.

Basicamente, devem ser consideradas:

1. A capacidade de injeção, . 2. A capacidade de plastificação, 3. A força de fechamento, 4. A pressão de injeção.

3.3.1 - Capacidade de injeção

As máquinas injetoras são normalmente especificadas pelo peso máximo de material que pode ser moldado a cada injeção. Atualmente, o peso é dado em gramas de poliestireno. Se o material a ser usado difere daquele para o qual a máquina está especificada, deve ser efetuada a cor- reção para qualquer diferença entre o seu peso, o fator volumétrico do material da especificação, e o que vai ser utilizado. Assim, para se deter- minar a capacidade de injeção de uma máquina com especificação baseada no material A em relação ao material B, deve-se utilizar a fórmula:

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34 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS

Capacidade de injeção (gramas) de material B =

[ cap$~r ] [ Peso espec%co de E 3 [Fator volurn&rico PS ] (g) do PS Peso específico do PS Fator volumétrico B

A máquina injetora assim selecionada deve ser capaz de injetar material suficiente para completar o peso estimado da moldagem a cada injeção, incluindo os canais de injeção e de distribuição. Isto com- preenderia o peso de toda a moldagem: no caso dos moldes com múl- tiplas cavidades.

Propriedade dos materiais termoplásticos com relação à capacidade da máquina injetora

Material Fator Peso volurnetrico especdco

1 Acetato de Celulose 2,4 1 1,24 - 1,34 1 0,3 - 042 1 Acetato- Butirato de Celulose Poliamicia (Náilon) PVC - N a d o

1 Poliestireno 1,9 - 2,15 1 1,04 - 1,06 I O, 32

PVC - Flexível Metilmetacrilato

2 - 2,l

2,3

1 Acrilonitrila - Estireno 1,9 - 2,15 I 1,1 0,33

2,3 1,8 - 2

Acrilonitrila - Butadieno Estireno (ABS)

1 Polietiieno Baixa ~ e n s i d a d e 1,84 - 2,4 1 O,91 - 0,94 1 055

l,09 - 1,14

1,35 - 1,45

1 Polietileno Alta Densidade 1 1,725 - 1,9 0,94 - 0,965 1 955 1

0,4 0,2 - 0,28

1,16 - 1,35 1,17 - 1,2

1,8 - 2

0:3 - 0,5 935

1 - 1,l

Polipropileno Pol icarbonato Poliacetal

0,35 - 0,4

1,92 - 1,96 1,75

1,8 - 2

0,9 - 0,91

1,2 44

0,46

930 Ol 35

Page 35: MOLDES DE..[1]

Máquinas d e injeção 35

3.3.2 - Capacidade de plastificaçáo

A capacidade de plastificação é expressa pela quantidade de qui- logramas de material que a máquina injetora pode elevar por hora à temperatura de moldagem. O poliestireno é frequentemente utilizado como material padrão no qual se baseia a capacidade de plastificação, mas o valor adequado dependerá do material a ser moldado. A capaci- dade de plastificação é uma função do potencial de aquecimento da máquina. Dessa forma, a quantidade de material que pode ser levado à condição de moldagem em um determinado tempo depende da tem- peratura de moldagem necessária e do calor específico do material.

A capacidade de plastificação de uma máquina para qualquer material B pode ser determinada, aproximadamente, a partir da espe- cificação da máquina baseada no poliestireno, utilizando-se a seguinte fórmula:

Capacidade de plastificação com o material B =

Capacidade d e Calor específico PS l x l Temperatura moldagem PS

plastificação com Calor específico B Temperatura moldagem B

Se o conteúdo total de calor por quilograma do material plastifi- cado for conhecido e for igual a Q, a capacidade de plastificação pode ser determinada por:

d e plastificação d e plastificaçâo com o material B

É necessário que a máquina injetora selecionada seja capaz de plastificar materihuficiente para manter o ciclo de moldagem espe- rado. Isto pode ser determinado por:

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Capacidade plastificaçào / = r capacik

I > - -

3 & ] . [ NQ de rnolciagens

L kgíh I nmaagem Kg por hora L ' L

E conveniente selecionar uma máquina com capacidade de plasti- ficação maior do que a necessária. para dar margem a uma eventual melhora no ciclo de mold~yem e assegurar que o material plástico esteja numa condiçào de nlac-ie;acào uniforme.

Para se alcancar e5Cêr.C~ máama. geralmente considera-se que uma máquina de iniecào n?o cpere acima de 80% de sua capacidade nominal no que diz respeito :m.ro ao peso de injeção quanto à capaci- dade de plas~caçào.

3.3.3 - Forca de fechamento

A tonelagem de fechamento da máquina injetora controla a área máxima projetada de moldagem que pode ser produzida.

A máquina injetora exerce no interior da cavidade do molde uma forca que tende a abri-lo. Essa força é proporcional à área projetada da moldagem e dos canais de distribuição e a pressão de injeção que deve ser resistida pela força de fechamento. Apenas uma proporção da pres- são produzida pelo cilindro de injeção é transmitida à cavidade, pois ocorrem várias perdas de pressão no cilindro de aquecimento, assim como no bico, e nos canais de injeção e de distribuição e no ponto de injeção. A pressão atuante na cavidade, a ser compensada pela força de fechamento. Desta forma, apenas uma fração da pressão de injeção é considerada usualmente entre a metade e dois terços. Assim:

Força de 1/2 a 2/3 da pressão

moldagens (cm2) necessária (t)

da injeção (kg/cm2) I 3.3.4 - Pressão de injeção

A proporção exata da pressão de injeção a ser adotada depende

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Máquinas de injeção 37

da espessura de seção da moldagem e da facilidade de fluxo do mate- rial usado. As seções delgadas requerem uma alta pressão de injeção para enchimento, necessitando, portanto, de maior força de fecha- mento. Os materiais de fluxo relativamente fácil, tais como o polietileno de alto índice de fluidez, e o poliestireno, enchem com mais facilidade, requerendo menor pressão de injeção e menos força de fechamento.

A pressão de injeção pode ser calculada da seguinte forma:

-.-A - - - - Pressão de Pressão manométrica da [ injeção ] = [ linha hidráulica de injeção

(kg/cm2> (kg/cm2>

Onde:

di = Diâmetro do cilindro hidráulico de injeção (cm). d = Diâmetro da haste do cilindro de injeção ou da rosca (cm). P

Como já descrito, a pressão de injeção necessária depende da espessura da seção, do comprimento e tamanho dos canais, dos pontos de injeção e do material empregado. Os requisitos de pressão para vários materiais são dados nos catálogos dos fabricantes. A influência dos canais e pontos de injeção será considerada mais adiante neste livro.

A maioria das máquinas injetoras modernas é capaz de fornecer pressões de injeção suficientes para quase todas as necessidades nor- mais, geralmente enquadrando-se na faixa de 1 400 kg/cm2 ou abaixo desta medida. E bastante frequente, na prática, o fornecimento, quando necessário, de uma máquina com cilindro especial de alta pressão de injeção. Isto é feito pela redução do diâmetro do pistão de injeção (rosca) e mantendo o diâmetro do cilindro de aquecimento, aumen- tando, assim, a pressão específica, ainda que ocorra uma redução da capacidade de injeção.

No caso da injeção direta por rosca ou com pré-plastificador, são usadas pressões de injeção um pouco mais baixas, dependendo do tipo de máquina empregada e do cilindro de injeção. As perdas de pres- são no cilindro são menores nestes dois tipos de máquinas e podem

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38 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TER~LIOPLÁSTICOS

ser usadas pressões mais baixas no bico de injeção para encher a cavi- dade. As pressões máximas de injeçao podem ser obtidas nas especi- ficações do fabricante da máquina iniecora para fins de fechamento, e deve-se tomar um valor entre 2 3 a 1 3 para o cálculo da força de fecha- mento (Figura 12).

Potenciórnetro linear de posição da rosca 1 Transdutor hidráulico

Base do funil r e f r i q e r a d a l I rde

I I Bico não-retorno de aquecimento EmboloA I I I

pressão

Rosca plastificadora hidráulico

Motor hidraulico

Fig. 12 1 Corte esquemático de uma máquina injetora horizontal. Cortesia: Indústrias Romi S.A.

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2 4 DADOS TÉCNICOS PARA INJEÇAO (69)

Em condições ideais de armazenagem, o material deve apresentar baixo grau de umidade. No entanto, se o ambiente da estocagem e o local de trabalho apresentarem-se úmidos, poderá haver condensação na super- fície dos grânulos do material a ser moldado. Esta presença de umidade poderá resultar em "mica': manchas, escamas ou bolhas nas peças molda- das. Nestes casos, a secagem prévia é o procedimento recomendado.

A secagem do polímero tem ainda a vantagem de pré-aquecer o material, fornecendo uma temperatura de plastificação mais uniforme, reduzindo as possibilidades de pontos de superaquecimento no cilin- dro e permitindo ciclos de moldagem mais rápidos.

Consideremos um exemplo: sem o pré-aquecimento, o cilindro deverá esquentar os grãos de 20°C até 200°C, ou seja, um diferencial de 180°C. Se neste caso fosse feito um pré-aquecimento a 70°C, este diferencial seria de apenas 130°C, com consequente redução do calor necessário no cilindro.

O pré-aquecimento é especialmente vantajoso naqueles casos em que o peso do material a ser injetado ultrapasse 70% da capacidade teó- rica da máquina.

A secagem poderá ser feita através de estufas de bandeja, secado- res de ar circulante, funis secadores, centrais de secagem ou desumidi- ficadores.

No caso da moldagem por injeção, a estufagem poderá ser feita entre 2 a 4 horas, a uma temperatura de 60% a 180°C, dependendo do material. Temperaturas muito mais altas que estas poderão causar a sin- terização dos grânulos, com o consequente "empedramento" destes.

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40 MOI.DES PARA I N J E C À O DE TERMOPLÁSTICOS

Para se obter uma melhor eficiência na secagem, recomenda-se ainda que a espessura da camada de material sobre a bandeja não ultrapasse 2 cm quando se utilizar secagem em estufa e, periodicamente, durante a estufagem, esta camada deverá ser remexida.

4.1 . I . - Secagem eficiente para obtenção de peças de qualidade (*)

Granulados plásticos siio submetidos a diversas temperaturas durante a siia armazenagem e transformação. A absorção capilar de água por condensa~ão da umidade do ar na superfície do granulado ocorre com freqüência. Além disso, quando em contato com o ar ambiente, dependendo da estação e h s condições climáticas, pode ocorrer absorção da umidade.

A transformação da maioria das matérias-primas plásticas neces- sita de um valor limite de umidade contida no granulado. A necessidade de uma pré-secagem depende, em primeiro lugar, do grau higroscópico da matéria-prima com relação à água. E por isso é importante conhe- cer o p u de umidade no recebimento dos materiais, tipo de embala- gem e tempo de estocagem.

A poliamida, por exemplo, na maioria das vezes é fornecida em sacos com uma barreira de alumínio, o que peimite a utilização direta- mente a partir da embalagem. A maioria dos transformadores de polia- midas faz a pré-secagem para neutralizar variacões decorrentes da umi- dade natural (umidade contida no fornecimento, tempo de estocagem) e não natural (embalagens danificadas ou já abertas). No entanto, o PET e PBT são muito mais críticos em relação 2 água e sempre tedo que ser pré-secados, caso contrário, poderá ocorrer perdas consideráveis na resistência ao impacto da peça. Além do mais, deve se dar atenção especial à velocidade com a qual estes materiais absorvem umidade após a secagem, fazendo o manuseio correto das embalagens, man- tendo a permanência adequada nas instalações de alimentação e do tempo de permanência no funil de alimentaçâo.

* Este texto foi adaptado pelo autor a partir do original escrito por Dieter Rath, da empresa Wittmann

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Dados técnicos para injeção 41

Em condições climáticas desfavoráveis o P l 3 pode absorver em 10 minutos tamanha quantidade de umidade, podendo superar o limite permitido de 0,02%.

Atenção especial deve ser dada ainda à secagem cios materiais moídos e dos granulados saturados, como, por exemplo, materiais que ficaram depositados em recipientes abertos. Nestes casos, os tempos de secagem normais não serão suficientes.

Uma poliamida saturada pode demandar tempo de secagem igual ou superior a 12 horas, sendo que a mudança da cor (amarelagem) é pra- ticamente inevitável. Por isso, os seguintes fundamentos precisam ser respeitados:

Canais granulados e moídos devem ser guardados em recipien- tes fechados. - Embalagens abertas devem ser fechadas. - O funil deve estar sempre tampado.

Pelo fato de o nível de umidade ser muito elevado no granulado, verificam-se as seguintes desvantagens na produção: Variações das características mecânicas. Alterações do brilho na superfície. Oscilações das propriedades isolantes (artigos eletroeletrôni- cos). Contrações do material. &trias. Inclusões de ar: Rechupe. Diferenças de viscosidade. Problemas de desmoldagem e preenchimento. Diferenças de cor.

Geralmente, distinguem-se dois tipos de processos de secagem; Secagem com ar e ambiente quente, Secagem com ar submetido à prévia secagem e aquecimento.

Fara granulados de plásticos, distinguem-se dois tipos de conteúdo de umidade:

A umidade higroscópica, Umidade de superfície.

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4.1.2 - Secagem com ar quente

Materiais plásticos como polietileno? polipropileno e poliestireno na forma pura, sem aditivos, somente admitem umidade na superfície.

Em caso de armazenagem inadequada pode ocorrer condensação da umidade na superfície de granulados. Para secar estes granulados, geralmente, são utilizados os chamados secadores de ar quente (estu- fagem), que são equipamentos com capacidade de aquecer o ar ambiente aspirado até uma temperatura de secagem específica para o granulado, que, em seguida, sopram este volume relativamente elevado de ar através do granulado. A umidade aderida ao granulado evapora através de aquecimento. A seguir, depois do silo de secagem, o ar car- regado de umidade é liberado no ambiente.

Baixos custos de investimentos são a principal vantagem dos seca- dores de ar quente que têm como desvantagens os elevados custos de energia e a dependência da umidade do ar ambiente. Essas razões não garantem uma qualidade de secagem constante.

4.1.3 - Secagem com ar seco

Materiais plásticos como ABS, PA, PC, PMMA ou PET (eventual- mente reforçados com fibras de vidro), têm comportamento higroscó- pico. Se, por um lado, a sua composição química é responsável pela atração molecular interna de água, por outro lado, a constihiição mecâ- nica do granulado, com uma estrutura de tipo capilar, pode contribuir para a absorção de água. Dependendo do tipo de material plástico e das condições do ambiente, poderão ser armazenadas elevadas quan- tidades de água.

Devido a estas características, um secador de ar quente não é sufi- ciente para uma qualidade constante de secagem. Estes tipos de mate- riais plásticos devem sempre ser submetidos à secagem através de um secador de ar seco.

Contrariamente à secagem com ar quente, no secador com ar seco, o ar do processo é mantido em um circuito fechado. No retorno do ar encontra-se um meio de secagem (peneira molecular), que retira a umi-

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Dados técnicos para injeção 43

dade do ar. Assim, no acesso ao silo de material seco encontra-se sem- pre à disposição um constante ar pré-seco.

Ambos os sistemas de secagem são geralmente utilizados para uma retirada contínua ou quase contínua de granulado. De acordo com o fluxo de material necessário, deve-se elaborar um projeto com a dis- posição do secador e o volume do silo de material seco. Secadores de lotes de cargas necessitam de outro tipo de disposição.

Para o projeto de uma instalação de secagem são necessárias as seguintes informações:

- Tipo de material plástico. - Fluxo de granulado em kg/h. - Temperatura de secagem. - Tempo de secagedtempo de espera. - Umidade de entrada. - Umidade de saída.

4.1.4 - Escolha da capacidade para o aquecimento do funil

Para a instalação de diversos funis, deve ser aplicada a seguinte fór- mula (também válida para um só funil), para cada funil. E a capacidade resultante deve ser arredondada para cima até o próximo patamar de aquecimento. Como calor próprio do secador podemos admitir 40°C.

Onde: P = Capacidade de aquecimento em kW V = Quantidade de ar em (m3/h). AT = Incremento de temperatura (OC)

Como fórmula geral, pode se considerar, nos casos de instalações com diversos fins, aproximadamente, 1,5 kW por 100 L de volume do funil. Excluem-se os materiais tais como PE, PEEK, Py PPS, PS, PSU. Neste caso, deve se instalar uma capacidade de aquecimento maior.

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44 MOLDES PARA INJEÇÃO DE T E R M O P

4.1.5 - Cálculo do volume do funil

O volume do funil pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

Onde: V = Volume do funil M = Volume do material processado P = Peso específico do material granulado (peso aparente) T = Tempo de permanência

4.1.6 -Tempo de secagemltempo de espera

Para granulados higroscópicos, a observação do tempo de espera é um fator essencial. Para isto, os dados e diagramas de secagem e as recomendações do fabricante do granulado devem ser conhecidas a fim de poder se determinar o volume do silo de material seco.

Além da observação da temperatura e do ponto de orvalho, o tempo de espera não deve ser inferior nem superior ao recomendado. Por tempos de espera excessivamente longos podem, por exemplo, ocorrer aumentos de viscosidade em PAI além de descolorações.

Tabela de valores de orientação

Page 45: MOLDES DE..[1]

Dados técnicos para injeção 45

I Plástico

Poliamida 6 Poliamida 6-10 Poliainida 6-3-T Poliamida 6-6 Poliainida 6-6 35% Fibici de vidro Policetona Poli (tereftalato de biitileno) Policarbonato Policiclohexanodirn eulrereftalato + Giicol (Coa)

poli(eter-eter-ceiona) Polietileno Polietdeno alta densidade (linear) yoli(éter-imida) Polietileno baixa densidade Polietileno linear de baixa densidade Polietileiio linear de média densidade Polieterssulfona Polietersul fona com 30% fibra de vidro Poli (etileno tereftalato) Poli (etileno tereftalato) amorfo Poli (etdeno terdtalato) glicol

1 Poli (metacrilato de metila) Poli (óxido de metileno) Pol ipropileno Polipropileno Pol inroni leno Polipropileno poliftalarnida poliftalamida Poli (6xido de feruleno) I'oli (sulfeto de fenileno) Poli (sulfeto de Fenileno) 40% fibra de vidro

1 Poliestireno

Temp' Temp. VoL de ar S í m b i o 1 sec. 1 z;. 1 pcl (*I Perm- [h] ím'/kg)

I I , I

PEEK 1 150 1 4 1 0.79 2.52 PEEK GF3O 150 4 0,89 2

PE 90 3 0.57 2, l j PE-HD 90 3 0,58 2,15

PEI 150 35 0,76 1,4 PE-LD 80 3 0,55 2,15

PE-LLD 90 3 0>55 2,15

PES 150 3: 5 0,82 153

PES GF30 I50 35 0,82 1,46

PET 1 125 1 3 1 0,84 1 1,72 PET-A 1 170 1 6 1 0,841 1 2,13 PETG 1 65 1 4 1 0,76 1 1,36

PP M4O 1 90 1 3 1 0,73 1 1.57 PPA 1 80 1 15 I 0.69 1 1.58

I I , PPA GF33 80 1 I5 1 0.89 1 1.24

PPO 100 2 054 1 ,G1 PPS 150 3 0,80 163

PPS GF40 I 150 3 0,99 1.38

PS 80 3 0,63 1,47 PSU GF20 150 2,5 0,74 2,5

PSI J 150 3 0,84 2,38

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Plástico

-

Polisulfona 20% fibra de vidro Poli(tetrafluoro-etileno) Poliuretano elastomero Poli (cloreto de vinila) Poli (cloreto de vinila) Poli (cloreto de vinila) Copolímero de estkeno-acrilonicrila Copolímero de estireno

Símbolo

PSU mod PTFE PUR PVC

PVC-P

SAN

SB

TPE-E TPE-U

espec. Vol. de ar

[m3/kgl

(*) Válida para granulado d e plástico com tamanho de grào entre 3 e 5 mm e uma

temperatura de enchimento d e +20°C

Ponto de orvalho

climáticas Umidade Ponto de Água gím3

relativa (%) orvaiho ?C) 1 de ar

Verão quente

Primavera/ outono

+25

Primavera/ OLI tono

Um fluxo de ar não pode absorver qualquer quantidade de água em forma de vapor a uma determinada temperatura. Assim que o ponto de saturação for atingido, o vapor de água é excluído como con- densado. Forma-se o orvalho, o que originou a designação da "tempe- ratura de ponto de orvalho': De forma contrária à indicação da "umi-

-1 5

Inverno Inverno Valor mínimo

14 Verão normal 1 +25

+ 10

19 80

80

O -10 +40

+20,5 60 +15,5

+ 10

67 70

80 50

0,65

9>75

+4,5

-25 -17,5 -30

3,9 1 ,O3

0,3300

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Dados técnicos para injeção 47

dade relativa do ar': o ponto de orvalho é independente da tempera- tura do gás.

A absor~ão de água pelo a- aumenta com a queda do ponto de orvalho. Nos secadores de ar seco, os pontos de orvalho usuais encon- tram-se entre -30% Tp e -60°C Tp.

Energeticarnente, o ponto de orvalho considerado ótimo está em -30°C. Cada ponto de orvalho mais baixo não aprimora os resultados da secagem, entretanto, aumenta desnecessariamente o consumo de energia resultante da necessidade mais elevada de energia na regene- ração.

4.1.7 - Controle de umidade

A umidade do granulado pode ser medida através de aparelhos comuns por meio do método manométrico ou método Karl-Fischer

Para evitar erros, a amostra deve ser retirada na parte inferior do funil e acondicionada em seguida em um recipiente fechado. Recornen- damos sacos plásticos soldados com acabamento de alumínio e PE ou recipientes de vidro a vácuo, normalmente usados em laboratórios.

4.1.8 - Economia e eficiência

Pelo balanço de energia, o secador de ar seco apresenta claras van- tagens. Através do retorno de ar em circuito fechado, as perdas de calor podem ser entre cerca de 40 a 60% inferiores às ocorridas no secador simples de ar quente, que libera a energia restante diretamente no ambiente.

4.2 - Geometria dos materiais

Normalmente, os materiais plásticos são colocados nas máquinas em forma de grãos ou aparas (moído). Os grãos são pequenos, geral- mente cúbicos ou cilíndricos, obtidos pelo corte de tiras extrudadas. As aparas são partículas de formas irregulares, produzidas pela moagem

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de peças, refugos ou canais e bicos, com ampla variação no tamanho das partículas obtidas.

A densidade bruta dos materiais (peso por unidade de volume), fornece um índice de quantidade de ar num volume determinado de grãos. A densidade bruta do poliestireno em grãos é de, aproximada- mente, 600 a 700 kg/m3, enquanto a densidade bruta do poliestireno em aparas é de 400 a 600 kg/m3, ou seja' possui mais aE

A redução da densidade bruta requer maior volume de alimenta- ção quando se injeta material virgem uma vez que a existência de ar junto ao material não permite que seja atingido o volume necessário no cilindro para iniciar a injeção. Se o ar não for eliminado, entrará junto com o material no molde, provocando o aparecimento de marcas tipo "mica'; manchas prateadas, linhas pretas e bolhas.

Obs. Densidade bruta = Densidade aparente #Densidade absoluta dos materiais

O excesso de pó no polímero, pros-eniente da moagem, poderá causar queima do material no cilindro prol-ocando, conseqüentemente, manchas escuras na peça ou mudança de COE Seste caso, é aconselhá- vel manter as zonas traseiras do cilindro com temperaturas de 15°C a 25°C mais baixas do que no centro e no fm Este procedimento não só diminui a tendência de queima como também permite a eliminação de ar preso.

Volume máximo de injeção Vi (Cm )

Deslocamento m8xirno da rosca Ia - '

OU curso maximo de injeção

d max (mm)

Demonstração para cálculo do volume de injeção em urna máquina injetora. Cortesia: Indústrias Romi S.A.

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Dados técnicos para injeção 45)

4.3 - Lu brificaçáo

Os lubrificantes externos, homogeneizados juntamente com o material, ganham melhor fluidez em funis ou tubos de transporte, por facilitar o deslizarnento dos grãos e evitar manchas escuras nas peças injetadas causadas pela queima do pó por atrito.

Por outro lado, nas máquinas a pistão convencionais ocorre uma perda de pressão na parte traseira do cilindro, para a compactação e a movimentação dos grânulos que ainda não se fundiram. Essa perda de carga pode chegar até cerca de 50% da pressão aplicada pelo pistão. A lubrificação externa atuará aqui facilitando o deslizamento dos grânu- los,' o que reduz significativamente a perda de carga.

Durante o processo de moldagem, o lubrificante extemo é misturado ao material de tal forma, que as aparas resultantes não estarão mais lubri- ficadas, e poderão apresentar escoamento mais difícil ou provocar linhas escuras na peça. Neste caso, o transformador poderá acrescentar lubrifi- cante extemo adicionando-se 0,05% de lubrificante em pó, e tarnboreando por cerca de quinze minutos. Esta porcentagem equivale a 50 g de lubri- ficante por 100 kg de material. Excesso de lubrificante ou pouco tempo de mistura podem causar linhas ou manchas esbranquiçadas nos artigos moldados, especialmente no caso de termoplásticos transparentes.

4.4 -Temperatura de injeção

À medida que a temperatura aumenta, a viscosidade do material fundido diminui e, portanto, menos pressão é necessária para atingir a velocidade de injeção desejada. Copolímeros contendo borracha são mais propensos à oxidação a temperaturas elevadas.

O ajuste mais conveniente da temperatura nas diversas zonas do cilindro deve ser determinado com base na prática para cada tipo de moldagem. Além do tipo de matéria-prima que está sendo injetada, deve-se levar em consideração as condições ideais de moldagem da máquina utilizada, do projeto do molde e das dimensões, além do for- mato e da espessura de peça moldada.

Com base em uma série de observações práticas, pode-se elabo- rar uma Tabela de valores típicos para as temperaturas de injeção.

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4.5 -Temperatura do molde

Moldes com temperaturas altas reduzem tensões internas, origi- nam superfícies mais brilhantes e rninimizam linhas de junção e mar- cas do fluxo do material. Infelizmente, altas temperaturas requerem cidos maiores para que o plhtico solidifique e possa ser retirado do 111olde. Temperdluras baixas permitem ciclos mais rápidos, mas têni a

séria desvantagem de causar tensões internas: superfícies pouco bri- lhantes, além de salientar as linhas de junçâo. A quebra da peça na extração é uma característica em moldes frios.

A temperatura mínima recomendada para o molde é de cerca de 200C; temperaturas menores deste patamar podem causar tensões e peças deformadas e sem brilho, dependendo do tipo de material a ser injetado.

A temperatura máxima para termoplásticos amorfos é de cerca de 700C. Acima disso, a peça injetada não irá conservar sua forma e suas dimensões quando ejetada do molde. A temperah~ra ideal para o molde é um ajuste entre esses valores mínimo e máximo.

Observe que estas são temperaturas do molde e não da água cir- cuiante dos seus canais. Em ciclos rápidos, 21s vezes é necessário fazer circular água fria para remover rapidamente o calor.

4.6 - Pressão de injeção/recalque

Na moldagem do material, a pressão de injeção exercida pela rosca ou pistão deve estar entre 400 e 1 400 kg/cm2! dependendo dos seguin- tes fatores: tipo de material e de máquina, das temperaturas de plasti- ficação, do tamanho do orifício do bico, do desenho do molde, do tama- nho da entrada, da lubrificação dos grãos, etc. Para se obter ciclos mais rápidos é preferível trabalhar simultaneamente com altas pressões e temperaturas reduzidas no cilindro. Uma boa prática neste caso é aumentar gradualmente a pressão, 2 medida que o ciclu e reduzidu (au invés de aumentar a temperatura). Em temperaturas muito altas, um excesso de pressão pode provocar rebarba na peça ou "trancar" o molde de tal maneira que impeca a sua abertura pela força hidráulica aplicada no lado móvel. Em temperaturas excessivamente baixas po-

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Dados técnicos para injeção 51

dem ocorrer danos no torpedo (em máquinas a pistão), ou tensões internas nas entradas das cavidades.

Para evitar isso, é recomendável usar uma pressão de injeção alta para encher as cavidades, e uma pressão de recalque menor, evitando que o material retorne aos canais. O momento de passar da pressão de injeção à pressão de recalque é quando a rosca ou o pistão interrompe o avanço.

4.7 -Tempo de injeção

É o intervalo de tempo entre o instante em que a rosca avança e o momento em que a pressão de injeção pára de atuar. É possível perce- ber que, durante a injeção, a velocidade inicial diminui drasticamente à medida em que chega na posição pré-determinanda na regulagem da máquina.

Geralmente, a velocidade inicial é de cerca de 3 crn/s, caindo para 0,l cm/s quando as cavidades estiverem cheias, sendo que, posterior- mente, a rosca ou o pistão agem no sentido de "empacotar" o material nas cavidades.

O período inicial da injeção, correspondente ao avanço da rosca em alta velocidade, chama-se "tempo de enchimento" ou "avanço da rosca!! Este avango será gradualmente mais lento até que a entrada da cavidade esfrie e fique sólida.

Se o timer indicar a parada do pistão quando as cavidades estive- rem cheias (por exemplo, no fim do "tempo de enchimento"), a pres- são de injeção cessará imediatamente de atuar e o material começará a sair das cavidades até que a entrada solidifique. Se a rosca se retrai imediatamente após o tempo de enchimento, tende-se a criar uma pressão negativa ou sucção, provocando uma superfície "chupada" ou rugosa da peça.

Portanto, é necessário manter uma pressão positiva (pressão de recalque), por um certo período de tempo após as cavidades terem sido completadas, a fim de que as entradas se solidifiquem.

Recomenda-se que se reduza progressivamente o tempo de avanço da rosca até que apareçam partes chupadas na peça. Uma vez atingido esse ponto, o tempo de avanço da rosca deverá ser aumentado

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em 1 s a cada três ou quatro ciclos até que os defeitos desapareçam. Este procedimento estabelece o tempo mínimo requerido para que as entradas solidifiquem a uma certa temperatura do material e do molde. Mantendo este tempo de avanço, o ciclo total pode ser prcgressiva- mente reduzido até que deformações comecem a ocorrer na extração.

4.8 - Ciclos de injeção

O cicio de injeção é o intervalo total de tempo entre o instante em que o molde se fecha durante um ciclo e o período correspondente em que ele se encerra no ciclo seguinte. O ciclo total é a soma do tempo do ciclo da máquina mais o tempo que o operador leva para abrir a porta, retirar a peça, e fechar a porta (em moldes não automáticos). O termo "ciclo da máquina" refere-se à parte do ciclo total que é contro- lado pelo timer do painel. O ciclo da máquina começa quando o ope- rador fecha a porta que ativa o fechamento do molde. As operações que se seguem (fechamento do molde, injeção, reshiamento e abertura do molde), ocorrem automaticamente. O ciclo da máquina termina quando o timer de "molde fechado'' chega a zero e o molde se abre ate o limite previamente imposto.

O ciclo da máquina é a soma do tempo para injeção do tempo para resfnar a peça injetada (até atingir o estado sólido), e do tempo de abertura e fechamento do molde. Estas duas últimas fases são carac- terísticas da máquina, e são, portanto, independentes dos controles usuais das variáveis de injeção e do tipo de material usado. O tempo de resfriamento 6 o mais longo e depende da espessura da peça injetada, da temperatura do molde e das características do termoplástico.

Normalmente, deseja-se obter ciclos de injeção curtos. O custo operacional por hora de uma máquina injetora é constante e, portanto, os ciclos mais rápidos darão peças de menor custo. Contudo, ciclos excessivamente curtos podem causar maior quantidade de peças defei- tuosas.

Em muitos casos, usa-se água a baixa temperatura para resfriar os moldes, a fim de obter ciclos mais rápidos. Embora esta seja uma prá- tica corrente, deve-se tomar cuidado para que a temperatura do molde

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Dados técnicos para injeção 53

não seja excessivamente baixa - o que causaria peças tensionadas, que- bradiças e superfície sem brilho.

Ciclo básico de uma maquina injetora

Injeção Fechamento (preenchimento)

Controle do colcháo

I Resfriamento Fig. 14 1

4.9 -Tolerâncias dimensionais

Como já foi descrito, as condições de moldagem e projeto do mol- de afetam as contrações do material. Mesmo nas melhores condições, haverá pequenas variações na temperatura do material, na pressão de injeção, na temperatura do molde, na quantidade de material a ser inje- tado e no ciclo total da máquina, como, por exemplo, ligamento e des- ligamento dos tirners de temperaturas do cilindro além de tendência de queda da pressão de injeção. Além disso, depois de aquecido o óleo, a carga a ser injetada varia de acordo com o tamanho das partículas e a temperatura do molde é variável.

Por estas razões, todas as peças injetadas precisarão de uma tole- rância dimensional. O poliestireno pode ser injetado com tolerâncias bem próximas, superando a de outros termoplásticos, como poliami- das, acetais, poliolefinas e celulósicos.

As tolerâncias comerciais obtidas pela maioria dos moldes são de,

Edna
Highlight
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aproximadamente, 0,005 cm para dimensões até 2,5 cm e, aproximada- mente, 0,0025 cm para cada. 2,5 cm adicionais. Por exemplo, uma peça com dimensão de 32 cm terá uma tolerância perto de 0,032 cm, no caso do poliestireno.

Mantendo-se um controle cuidadoso sobre as diferentes variáveis, tolerâncias menores podem ser obtidas.

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5.1 - Introdução

Até o advento da plastificação por intermédio da rosca, entre os anos de 1955 a 1960, as máquinas injetoras empregavam pistões para forçar o material aquecido do cilindro para o molde. Na máquina a pis- tão original, o material plástico era empurrado em etapas através do cilindro por sucessivos avanços do pistão, ficando cada vez mais fluido à medida que avançava em direção ao bico.

A pressão exercida pelo pistão, para forçar o material através do bico e daí para o molde, devia ser transmitida através de uma massa compacta e não completamente fundida. A queda de pressão provo- cada por este sistema limitava praticamente sua capacidade de 1 a 1,5 kg de material.

Com a crescente demanda de máquinas capazes de injetar grandes quantidades de plástico de uma só vez, foi adicionado um pré-plastifica- dor, montado acima do pistão, obtendo-se, assim, uma máquina de dois estágios (Figura 6). Porém, este método nem sempre oferecia suficiente capacidade calorífica para plastificar o material rápida e uniformemente. O sistema da rosca rotativa foi então adotado a fim de se aumentar a produção e obter-se um aquecimento mais uniforme. (Figura 5)

Existem dois sistemas de plastificação do material com rosca:

A. Máquina de dois estágios 1. Plastificação; 2. Pistão.

B. Combinação de rosca-pistão em um estágio 1.Plastificação e pistão.

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A principal característica da rosca plastificadora, em qualquer tipo de máquina, é a sua capacidade de plastificar o polímero de forma rápida e uniforme, mantendo homogeneizadas a composição e a tem- peratura da massa. IJma rosca bem projetada deverá produzir uma massa com viscosidade e temperaturas uniformes, obtendo-se altas produ~ões com um mínimo de degradaçáo térmica.

Os equipamentos com roscas oferecem algumas vantagens quan- do comparados com as máquinas a pistão a seguir enumeradas:

1. Materiais de alta viscosidade são mais facilmente plastificados; 2. A maior uniformidade da massa pliistica provoca: a. melhor aparência e brilho superficial; b. menores pressões de injeção; c. menor distorção e melhor controle das tolerâncias dimensionais; d, redução das tensões internas. 3. Melhor aproveitamento do material moído. 4. Melhor dispersão da COE

5. Avariação da granulome~a do material afeta menos o processarnento 6. Na zona de alimentagão não existe perda de pressão por compres-

são dos grãos. 7. Limpeza mais rápida do cilindro. 8. Remoção mais eficiente dos voláteis. 9. Redução do cicio devido a injeções mais rápidas e/ou maior capa-

cidade de plastificação.

Os mesmos princípios utilizados na injeção de peças por máqui- nas a pistão, ou com pré-plastificador e pistão, se adaptam ao equipa- mento de injeçâo a rosca.

5.2 - Projeto da rosca

5.2.1 - Geometria geral da rosca

As características do projeto, como ângulos, passos e comprimen- tos das zonas, são adaptações de exciusoras convencionais. O modelo

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Plastificação do polímero 57

mais comum 6 o de passo constante, no qual o passo da rosca é equi- valente ao maior diâmetro. Neste tipo de rosca, os projetos atuais, em geral, distinguem três zonas distintas na seguinte ordem: alimentaçâo, compressão e plastificação (ou dosagem).

A função da seção de alimentação, constituída de vários filetes de profundidade uniforme, é fornecer à seção de compressão a quanti- dade suficiente de grãos de tal forma que toda a rosca esteja comple- tamente cheia de plástico fundido até o final.

Na seção de compressão, inicia-se e intensifica-se a compressão, fusão e hornogeneização do material. A profundidade do filete diminui nesta seção (desde a seção de alimentação até a de plastificação).

A seção de plastificação é constituída tipicamente de diversos file- tes em quantidades relativamente rasas. Sua função é completar a fusão e a mistura do polímero de tal forma que uma homogeneidade máxima (térmica e física) seja obtida.

Na prática, frequentemente, são encontradas seções de alimenta- ção com comprimentos entre 8 a 10 diâmetros e seções de transigão e de plastificação de 4 a 6 diâmetros, respectivamente.

Devido 5s grandes diferenças no comportamento reológico dos diferentes termoplásticos, niio existe nenhum desenho de rosca que funcione igualmente bem para todos os materiais.

5.2.2 - Razão de compressão

A razão de compressão é a relação entre os volumes de um canal na seção de alimentação e de um canal na secão de plastificaçâo. As razões de compressâo mais frequentemente encontradas nos equipa- mentos comerciais variam de 1,5: 1 a 4,5:1. Geralmente, as roscx com alta razão de compressão são operadas com velocidades menores que as roscas com baixa razão de compressão.

5.2.3 - Comprimento da rosca

O comprimento da rosca é expresso, geralmente, em termos da relação L/D, sendo L o comprimento efetivo da rosca e il o seu maior

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diâmetro. Na maior parte das roscas comerciais, este valor varia entre 12/l e 24/1.

5.2.4 - Profundidade do canal

Em geral, quanto maior for a profundidade do canal, mais escala ganhará a produção, desde que a velocidade da rosca seja constante. Uma prática comum no projeto é usar uma profundidade menor para materiais de alta viscosidade.

Partes de uma rosca

Fig. 15

Roscas de alto rendimento com misturador Rosca plastificadora

Cortesia: Indústrias Rorni S.A. Fig. 16

5.3 -Válvulas de retenção

As máquinas de injeção com rosca, geralmente, possuem uma vál- vula de retenção ao final da rosca, para impedir o retorno do material

, durante a injeção. Essa válvula é necessária quando: a viscosidade do material for baixa; a pressão da injeção for alta; a relação L/D da rosca for pequena.

Existem dois tipos principais de válvulas: com anel externo e com

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Plastificação do polímero 59

bola interna. Ambos são utilizados para reter material plástico, mas podem provocar, às vezes, uma degradação térmica e linhas pretas no produto final. É aconselhável, portanto, uma revisão periódica nas peças. As válvulas de anel normalmente apresentam algum desgaste com o 'tempo, devendo ser trocadas quando isso ocorrer. (Figura 17)

Válvula aberta durante a plastificação 1

VBlvula de não retorno

Sentido de fluxo do material

Válvula fechada durante a injeção

Pressão de injeção na massa plástica Fig.

5.4 - Controle da temperatura do cilindro

Os pirômetros indicadores da temperatura do cilindro não medem a temperatura real da massa, que, em geral, é superior à dos pirômetros devido à fricção gerada pelo contato entre a rosca em rota- ção e o material.

As temperaturas da zona central e frontal do cilindro podem aumentar consideravelmente, mesmo com as resistências desligadas. Isto acontecerá se o tempo de rotação da rosca for superior à metade do ciclo total, ou se forem usadas velocidades e contra-pressões elevadas. Qualquer destas condições pode gerar aquecimento excessivo (por atrito), no polímero, de tal maneira que a temperatura do material não venha a ser mais controlada pela temperatura das resistências.

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Se o aquecimento excessivo por atrito é causado por uma rotação prolongada da rosca, quando esta está carregando o material (retroce- dendo), deve-se:

Diminuir a velocidade de rotação; Aumentar o ciclo; Diminuir a contra-pressão; Aumentar a temperatura na zona de alimentação. As temperaturas ideais dependem do tipo de polímero utilizado.

Materiais com viscosidades elevadas, como alguns tipos de poliestireno de alto impacto, podem requerer ternperaniras elevadas ou razoavel- mente altas na zona de alimentação, especialmente se o material não for pré-aquecido, ou se o peso do material a ser injetado for muito pró- ximo da capacidade máxima da máquina.

Quando se trabalha com o poliestireno, as temperaturas das zonas central e frontal deverão variar de acordo com a massa do material. Se o peso da peça exceder 75% da capacidade máxima da máquina, ou se o material não estiver pré-aquecido, a zona da alimentação poder5 estar de 10% a 15°C acima das outras zonas. Quando a peça apresentar peso entre 50% a 75% dessa capacidade, todas as zonas deverão man- ter a mesma temperatura. Caso o peso seja inferior a 50% da capaci- dade, a temperatura da zona de aIimentação poderá ser de 10°C a 150C mais baixa que as das zonas central e hontai.

É preferível que a maior parte do calor seja produzida por fricção da rosca, mantendo a temperatura das resistências o menor possível, a fim de controlar a temperatura do material.

A temperatura ideal da massa deverá ser medida por um pirôme- tm de agulha, após a máquina ter trabalhado durante certo tempo.

5.5 -Velocidade de rotação da rosca

A capacidade de plastificação é controlada, principalmente, pela velocidade de rotação da rosca que, ao ganhar mais aceleração, vai gerar maior a produção. O calor gerado pela rotação da rosca é proporciona1 ao quadrado da velocidade de rotação. Porém, o aumento da velocidade de rotação da rosca reduz o tempo de rotação desta durante a injeção, diminuindo a temperatura indicada nos pirômetros do cilindro.

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Plastificaç20 do polímero 61

Avelociclade ideal depende das características da rosca e das proprie- dades reológicas do polímero. A temperatura da massa nas resinas de alta viscosidade é mais sensível a mudanças na velocidade de rotação.

Um excesso de velocidade de rotagão pode causar degradação tér- mica resultando em peças malformadas (por exemplo, com tensões internas), e com manchas pretas.

É recomendável ajustar a velocidade de rotação de tal maneira que permaneça 1/3 do tempo total do ciclo. A rotação da rosca deverá parar imediatamente antes de abrir o molde, caso contrário o material ficará exposto a temperaturas elevadas por um tempo maior que o devido podendo degradar-se.

5.6 -Velocidade de injeção

ks máquinas de msca proporcionam uma velocidade de injeção superior à das máquinas a pistão, por não ocorrer perdas de pressão na pré-compressão do material n2o completamente fundido (na zona de alimentação). A inexistência do torpedo nesse tipo de máquina tam- bém faz com que a injeção seja mais rápida, uma vez que também ele provoca perda de carga.

Nas máquinas a pistão, a perda de pressão na zona de alimenta- ção pode chegar a 50% da pressão total exercida pelo êmbolo. Nas máquinas de rosca, portanto, a pressão original deve ser inferior à das máquinas a pistão para obter-se a mesma pressão de injeção no bico.

Altas velocidades favorecem a redução de tensões internas e a obtenção de ciclos mais curtos, senclo apropriadas para peças de pare- des finas. No entanto, entradas ou bicos mal dimensionados (muito pequenos, por exemplo), impõem um limite no ritmo da injeção por- que uma velocidade muito alta pode causar esguichamento, queima ou delaminação na entrada.

Por outro lado, peças de espessuras maiores como cabos de esco- vas, exigem uma injeção mais lenta para evitar marcas de fluxo e outros defeitos superficiais Essa velocidade de injeção menor pdde ser obtida diminuindo-se a temperatum do material. Uma temperatura mais baixa combinada com uma melhor homogeneização permite um resfria-

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mento mais rápido da peça no molde. Portanto, as máquinas de rosca criam ciclos menores quando injetam peças de paredes grossas.

É comum usar-se uma pressão de injeção alta para preencher o molde mais rapidamente (sempre de acordo com as tolerâncias do molde e do desenho). Uma vez completadas as cavidades com o mate- rial, imediatamente se deixa cair a pressão, evitando tensões internas na peça. O tempo de injeção, exceto para peças de paredes grossas, deve ser, no máximo, de 5 a 6 segundos.

Obviamente, este tempo de injeção depende do tamanho, do número, e da localização das entradas, bem como das dimensões do bico e das .propriedades de fluxo do material.

5.7 - Contrapressão

Contrapressão é a força que a rosca deve vencer para retroceder para alimentar o material plástico no próximo ciclo quando está dosando o material. Só há contrapressão quando existir material no funil alimentador da máquina que é o responsável pela função de empurrar o êmbolo do cilindro hidráulico para trás. O controle da con- trapressão melhora as qualidades de homogeneização e plastificação do material plástico.

5.8 - Descompressáo

Descompressão é um recurso utilizado para evitar que o material dosado e plastificado para o próximo ciclo fique sob pressão, vmmdo pelo bico injetor da máquina, ou seja, fazendo um pequeno recuo da rosca.

5.9 - Bico de injeção(*)

Bico blindado - as principais vantagens da utilização deste item nas máquinas injetoras são as seguintes:

C) Este item foi adaptado do trabalho escrito por Ney Kaiser da empresa Delkron

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Plastificação do polímero 63

- Menor custo de manutenção: como a resistência é blindada em aço inoxidável, o material apresenta vida muito longa, redu- zindo, custos e mão-de-obra da manutenção.

- Rapidez na troca de formato e na limpeza: como possui pon- teira rosqueada, a troca do formato da ponta (de raio para ângulo, por exemplo), bem como sua limpeza, torna-se muito rápida e fácil, dispensando a remoção do bico e a sua descone- xão elétrica nesta operação.

- Redução no tempo de injeção: como a potência instalada é muito maior que a normalmente obtida com os bicos conven- cionais, reduz-se a ocorrência de resfriamento da ponta deste item, eliminando-se, em muitos casos, a necessidade do desen- costo do bico a cada ciclo. Desta maneira, economiza-se o tempo de movimentação do cilindro da injetora, além de redu- zir o impacto deste conjunto no molde e seus efeitos.

- Homogeneidade e regularidade de temperatura: a construção especial da resistência permite excelente transferência de calor e grande estabilidade térmica, eliminando a presença de pon- tos muito quentes ou frios no percurso interno da resina. Isto reduz drasticamente a ocorrência de degradação do material, de marcas de fluxo, e no caso de resinas transparentes, evitam- se as manchas esbranquiçadas oriundas da entrada da resina na cavidade em temperatura inadequada.

- Proteção do controlador de temperatura: como são utilizados elementos térmicos (resistência e sensores), independentes,. com isolação mineral, fugas eventuais de corrente não são con- duzidas ao controlador através da entrada do sensor, protegen- do-o contra estes danos.

- Possibilidade de redução do canal de injeção: com este bico é possível se adentrar o molde, reduzindo, desta forma, o canal primário de injeção.

- . Filtragem e homogeneização da resina.

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6.1 - Introdução

Para se obter um bom desempenho da peça, evitando-se inconve- niências posteriores que provoquem um aumento de custo, é necessá- rio que os seguintes fatores sejam analisados:

1. É possível moldar o produto nas formas desejadas? 2. Qual será o material plástico indicado para este produto? 3. A conformação e a determinação das medidas do produto são com-

patíveis com as exigências requeridas em sua aplicação? 4. O método de moldagem é o mais conveniente para a forma e o

material do produto? 5. Relacionar o desenho do produto e os tipos de moldes mais apro-

priados. 6. Determinar o custo de acordo com a produção requerida.

Após a verificação destes itens, e de outras etapas como o traba- lho do criador da peça e do responsável pela área de projeto em con- junto com o projetista do molde e o técnico responsável pela área de transformação, o técnico poderá chegar ao ponto máximo de perfeição das peças.

6.2 -Características técnicas e aparência do produto

Há produtos, normalmente utilizados em eletroeletrônica, que requerem somente características técnicas, aplicações mecânicas e con-

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juntos de pecas não visíveis, e, portanto não exigem preocupação com os aspectos estéticos.

Por outro lado, existem produtos que não necessitam de dimen- sões e propriedades rígidas, mas cuja aparência é bastante importante tais como brinquedos, utilidades domésticas, adornos, etc.

Assim, a avaliação destes itens para a confecção dos produtos deve ser considerada no projeto do molde (pontos de entradas, linhas de solda, dimensões, etc).

6.3 - Desenho de produto e desenho de molde

Considerando que o molde é a ferramenta que dará as dimensões e a forma do produto, faz-se necessário um estudo criterioso das dimensões das cavidades, levando em consideração a contração do material a ser utilizado.

6.3.1 - ContraçSio Na produção de peças de material plástico a contração é muito

importante, devendo ser atentamente considerada, pois refletirá nas dimensões de produto moldado, além de influir sobre os seguintes itens:

A solidez: a contração pode provocar, em pontos do produto com espessuras distintas, tensões que podem causar rachaduras, rupturas, chupagens, etc.

Devido à instabilidade dimensional, a contração pode não ser uniforme em toda a superfície da peça moldada, causando empenamentos e deformações. Isto acontece geralmente em peças que têm diferentes espessuras em várias partes, as quais, conseqüentemente, não sofrem contração uniforme.

Inserto de partes metálicas: a contração do metal é diferente da do plástico. Este, ao resfriar-se, pode contrair duas a cinco vezes mais que os metais. Conseqüentemente, a força desta contração

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Projeto de produtos 67

agindo sobre o metal, que tem maior resistência mecânica, poderá provocar o rompimento do plástico.

* As tolerâncias dimensionais obtidas de acordo com o coefi- ciente de contração dos plásticos nem sempre são constantes, pois dependem de diversos fatores, tais como: inconstância das propriedades das matérias-primas empregadas em sua prepara- ção, variações das fases do processo de fabricação, cujo controle exato nem sempre é possível, condições de moldagem, etc. As tolerâncias médias adotadas para determinar as dimensões de uma peça a ser moldada com material plástico não devem ser inferiores a um certo limite dado.

A incidência nas dimensões do molde: a desmoldagem das peças, as quais ainda não se encontram em um estágio total- mente frio, terá o seu resfriamento completo à temperatura ambiente, continuando assim a contração. Para se obter peças moldadas com dimensões pré-estabelecidas é necessário pre- ver essa contração, aumentando ou diminuindo as dimensões do molde, conforme o coeficiente de contração ou dilatação do material a ser processado.

No molde, a forma da peça é reproduzida em negativo. Por esta razão, deve-se calcular um aumento na contração do material plástico ligeiramente inferior na fêmea e superior no macho. Isto é feito para possibilitar pequenos ajustes na obtenção das dimensões requeridas.

6.4 - Normas para o desenho do produto

Algumas vezes, a criação de novos produtos de material plástico, dependendo da sua forma geométrica, traz sérios problemas na hora da elaboração do projeto e construção do molde. Para evitar a ocorrên- cia de reveses, deve-se procurar atingir uma simplificação máxima dos produtos.

A simplicidade do projeto é o requisito principal de uma peça do

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68 MOLDES PARA I N J E Ç À O DE TERMOPLÁSTICOS

material plástico, cuidando-se para que seja mantida a função para a qual foi projetada. É aconselhável, como regra geral, fazer uma análise funcional da peça, observando-se atentamente todas as possíveis utili- zações que esta deve exercer.

Tomando como exemplo um cinzeiro, de aplicações aparente- mente simples, pode-se estabelecer quais as funções requeridas:

O cinzeiro deve ter uma forma que permita apoiar vários cigar- ros, conter as cinzas. a s pontas de cigarros, palitos de fósforos, etc. Deve resistir a temperaturas ele\-adas para apagar os fósforos e os cigarros sem deixar marcas. ou seja, sem sofrer deformações na aparência. Ter superfície brilhante e consenrá-la após muito tempo, apesar da limpeza frequente Boa resistência ao impacto. pois sofrem quedas frequentes e não devem quebrar-se.

Outro exemplo mais complexo é o coletor de ar de um motor à explosão que deve responder às seguintes solicitações:

Boa resistência mecânica. Boa resistência ao calor. Resistência química à ação de lubrificantes e carburantes. Alto poder isolante. Estabilidade dimensional.

Este tipo de peça possui características eminentemente técnicas que devem ser estudadas atentamente em relação à sua forma e dimensões. Em primeiro lugar, deve-se obter um ajuste de encaixe pre- ciso, pois o coletor deve estar perfeitamente centralizado em relação ao corpo do motor, exigindo, portanto, uma grande estabilidade dimensional.

Como esta peça leva insertos metálicos, suas espessuras devem ser construídas e distribuídas de maneira tal que o material plástico garanta um perfeito isolamento. Ela não deverá trincar-se ou romper-se pelos efeitos de tensões internas causadas pela contração posterior à

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Projeto de produtos 69

moldagem ou devido às constantes variações de temperaturas a que é Submetida durante sua aplicação.

6.5 - Estudo experimental

Quando a análise funcional deixa dúvidas em relação ao perfeito funcionamento ou quanto à resistência de algumas partes, deve-se fazer um estudo experimental de todas as características funcionais.

Podemos, para isso, tomar como base objetos similares ao que se está analisando, tentando eliminar todos os inconvenientes, erros ou falhas que este apresentar. No caso de não existir peças similares, é aconselhável construir um protótipo em escala natural, empregando materiais com as mesmas propriedades e características do material a ser utilizado nas peças.

Quando a peça a ser construída possuir apenas exigências estéti- cas, deve-se ter uma visão geral de como esta ficará depois de pronta. Para isso, pode-se fazer um modelo em gesso, madeira, argila, etc., sobre o qual se realizarão todas as correções e modificações necessárias. Em alguns casos, os modelos podem ser feitos de metal ou ligas leves.

Atualmente existem peças plásticas prototipadas, uma cópia perfeita de uma peça real e do mesmo material plástico escolhido.

6.6 - Redução de custo sem comprometer a quali- dade do produto

A moldagem de peças de material plástico requer geralmente fer- ramentas muito caras, sendo necessária uma produção em grande escala para que esta seja economicamente viável. E é evidente que a amortização do custo do molde incidirá sobre o custo das peças. Assim, quanto maior for o número de peças requeridas, menor será a taxa de amortização correspondente.

O custo do material plástico empregado representa uma grande porcentagem do custo total da peça, razão pela qual é interessante diminuir ao máximo seu peso, sem comprometer a solidez. Este proce- dimento, além da economia evidente de material plástico, possibilitará também um menor tempo de moldagem e a conseqüente economia do custo da produção.

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6.7 - Projeto de peças plásticas (8)

As peças, ao serem projetadas, precisam, preferencialmente apre- sentar paredes com espessuras uniformes (Figura 18). Peças maciças ou de paredes grossas devem, sempre que possível, ser evitadas, pois seu resfriamento não é uniforme, o que pode provocar defeitos.

Bolhas

A Figura 19 mostra um botão de rádio e uma jarra plástica com peso aliviado na parte posterior. Para assegurar sua resistência durante sua aplicação, a peça foi reforçada por meio de nervuras

Nervura

Cortesia: BASF S.A. - p-h Fig. 19 1 --

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Projeto de produtos 71

Como no exemplo anterior, a Figura 20 mostra um volante para registro que também foi aliviado na parte posterior, sendo reforçado com quatro nervuras radiais e talheres descartáveis.

/cortesia: BASF S.A.

O desenho da Figura 21 mostra uma base aliviada na parte poste- rior e reforçada por meio de nervuras e de uma carcaça de uma furadeira manual.

A = Espessura da parede B = 0,8 A C = 3 x B ou mais D = P x B E = 0,10 a 0,15 mm

B F = 2' a 2,5O

cortesia: BASF S.A. Fig. 21

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72 MOLDES PARA INJEÇAO DE TERMOPLÁSTICOS

Os furos devem estar longe das proximidades de nervuras em uma distância que seja equivalente à metade ou pelo menos a um terço do seu diâmetro. A Figura 22 mostra a distância mínima do furo em rela- ção à nervura.

Fig.

A Figura 23 mostra um produto com nervuras, furos, ressaltas e pinos posicionadores. - _Castelo com inserto

3 Pinos posicionadores v-.

/ Fig. 23

A Figura 24 mostra uma caixa interna de rádio.

' 1 1 - Pino posicionador ' / 2 -Castelo

, ' 3 -Castelo com nervura i 4 -Castelo

-. - L-. --..

%" ..&*&:&-.s:~g.. : Fig. 24 .-A-. --

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Projeto de produtos 73

A Figura 25 ilustra proporções de um castelo próximo à parede do produto em relação à espessura do mesmo.

A = Espessura da parede B = Diametro da base do castelo C =0,8 x A D = 0.8 a 0.9J E = I 0 a 2 O F = 0,l a 0,5 mm G = A + D

L=0 ,8xA

A-A Fig. 25 /

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74 MOLDES PARA INJEÇÂO DE TERMOPLASTICOS

A Figura 26 ilustra as proporções do castelo longe da parede do produto em relação à espessura do mesmo

A = Espessura da parede B = Diâmetro da base do castelo C =0.8xA D = 2 x B E = I 0 a Z 0

: F = 0 , l a 0,5 mm G = 0,85 x Dmáx

) H = 0,7 Gmáx I = 0 , 8 x A

I Fig. 26 1

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Projeto de produtos 75

A Figura 27 ilustra a proporçâo da espessura da peça em relação. à parte externa do produto.

Secçâo k - A B = A

8 - 2 x A m a x Fig. 27

Evitar, sempre que possível, castelos muito próximos à parede externa, uma vez que isso pode causar uma seção fraca no molde (Figura 28).

Castelo

~ Fig. 28 ~

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Deve-se evitar também os cantos vivos nos castelos, por acarreta- rem maior custo na confecção dos moldes (Figura 29).

Fig. 29 1

As Figuras 30a e 30b ilustram proporções da nervura. Para obten- ção de melhores produtos devem ser utilizados reforços.

Espessura da i

(b) Fig. 30a e

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Projeto de produtos 77

A Figura 31 ilustra proporções dos reforços nos produtos.

Fig. 31

Os cantos dos produtos deverão ser projetados conforme a Figura 32, a fim de evitar problemas de tensões.

Não recomendado

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78 MOLDES PAIIA I N J E Ç Ã O D E T E R ~ I O P L Á S T I C O S

A Figura 33 ilustra raios de concordância para nervuras e castelos.

de tensões , 0,I Raio mínimo

Cortesia: BASF S.A. Fig. 33

As curvas nos produtos moldados eliminam concentrações de ten- sões e ajudam a eliminar peças "torcidas': como mostram as Figuras 34 a e b.

Projeto ruim Projeto bom l (4

Fig. 34a e b

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Projeto de produtos 79

6.8 - Postiços e insert~s'~)

Algumas vezes, por exigências de construção ou funcionais, é necessário colocar insertos metálicos nas peças (Figura 35). Isso é necessário nos seguintes casos:

P a r a rasgos internos ou externos que precisam resistir a esforços elevados ou que devam atarraxar e desatarraxar com freqüência, causando um rápido desgaste.

l Para peças empregadas nas indústrias eletrônicas que necessitam de contatos terminais, condutores, conexões, coletores, etc.

l Para peças que devam acoplar-se ou sustentar outras partes mecâ- nicas rotativas, necessitando ser munidas de pinos, parafusos ou porcas (Figuras 36 e 37).

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80 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS

I Fig 37 1

Para peças que devam conter circuitos magnéticos isolados, inter- ruptores, etc. (Figura 38).

Inserto metálico

Fig. 38 /

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Projeto de produtos 81

Para peças que necessitam esforços internos, tais como volantes de automóveis, cabos de utensílios, etc. (Figura 39).

plástico

Na Figura 40 aparecem alguns tipos de insertos utilizados na mol- dagem

B C Fig. 40

I

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Fig. 40 1 A colocação de insertos metálicos pode causar alguns proble-

mas, exigindo uma técnica especial estritamente ligada aos seguintes fatores:

T i p o de material plástico empregado e o efeito da pressão de mol- dagem requerida; direção do fluxo de material plástico dentro da cavidade; diferença de contração entre o material plástico e o metal inserido.

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Projeto de produtos 83

e Método de moldagem empregado em relação ao tipo de inserto metálico e sua posição dentro da cavidade.

e Os insertos apresentam tipos variados e, geralmente, podem ser construidos pelos métodos convencionais de usinagem, de acordo com sua conformação. Podem ser usinados, cunhados, estampa- dos, etc. (Figura 41).

.- 5 . - Y'

J

Fig. 41

Existem vários métodos para a colocação das partes metálicas que devem ser selecionados de acordo com as possibilidades técnicas, exi- gências funcionais e conveniência econômica.

Os principais métodos de colocação de insertos são:

Incorporação do inserto durante a moldagem (Figura 42).

I A B C Fig 42 ~

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Fig. 42 ~ Colocação do inserto após a moldagem sob pressão (Figura 43).

Inserto a ser colocado sob pressão

I , I I Furo dimensionado para o inserto

Colocação de insertos após a moldagem por meio de rebitagem ou remachado (Figuras 44a e 44b).

Inserto metbliw

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Projeto de produtos 85

Dois tipos de insertos metálicos e suas diferentes maneiras de fixa- ção (Figuras 45 e 46).

~ Fig. 45 Fig. 46 1 Os insertos metálicos usados com maior freqiiência são os rosca-

dos. De maneira geral, estes insertos devem ter forma apropriada e ser providos de boa ancoragem, opondo-se aos esforços de rotação, tração e compressão no sentido longitudinal.

É recomendável que as porcas tenham furo cego para evitar a infil- tração de material plástico nos filetes da rosca. E para favorecer o fluxo

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do material plástico durante a moldagem, é conveniente arredondar o topo de inserto ou fazer um cone (Figura 47).

I

C Fig. 47

A fixação dos insertos pode ser de diferentes tipos:

l Por meio de estrias cruzadas na superfície cilíndrica (Figura 48). Através de estrias longitudmais e um canal côncavo circular (Figura 49). l Com as extremidades rebaixadas e a parte maior do diâmetro

estriada (Figura 50).

1 Fig 48 Fig. 49 Fig. 50 1

Com forma hexagonal e um canal côncavo circular (Figura 51a) Com forma quadrada e as extremidades rebaixadas (Figura 51 b). Com forma hexagonal e as extremidades rebaixadas (Figura 51c).

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Projeto de produtos 87

I I Fig. 51a Fig. 51 b Fig. 51c

F e t o Projeto inadequado

ótimo

I Fig. 52 /

Para inserir prisioneiros pode-se adotar os meios propostos nas Figuras 53a, 53b, 53c.

Cabeça redonda estriada cabeça redonda Cabeça quadrada

Fig. 53a Fig. 53b Fig. 53c

Insertos machos ou fêmeas deverão funcionar também como um espaçador, a fim de vedar o material plástico que possa ser forçado para dentro do inserto durante a operação de moldagem (Figuras 54 e 55).

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Projet'o fraco Projeto bom sem espaçador com vedação

ou vedação horizontal

Projeto'ótirno Projeto kxceiente vedação horizontal vedaçso horizontal

e vertical e vertical

Fig. 54

Projeto fraco Projeto bom vedaçSo horizontal de vedaçáo

não efetiva horizontal

Projeto ótimo Projeto excelente de vedação horizontal de vedação horizontal

e verlical e vertical

Fig. 55

Quando ocorrem esforços, o inserto e não o plástico deve supor- tar sua pressão ,(Figura 56).

I Errado Certo

Fia. 56

É necessário calcular uma espessura adequada de material plástico em volta do inserto, especialmente quando se empregam os tipos hexa- gonais e quadrados, ou quando estes apresentam arestas que podem ocasionar trincas ou até mesmo rupturas no material plástico. A espes-

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Projeto de produtos 89

sura mínima recomendada deve ser de, aproximadamente, 2/5 do diâ- metro do inserto (Figuras 57 e 58).

Fig. 57 A-B

B I Fig. 58 Corte A-B

I I

A distância mínima dos pinos insertos em relação às paredes da peça deve ser de 5 mrn (Figuras 59 e 60).

1 Fig. 59 Fig. 60

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Podem ocorrer também problemas de distribuição da espessura da parede (Figura 61).

Incorreto Correto Fie. 61 ~

A espessura do material plástico onde se colocará o inserto, deve ser suficiente para evitar que na superfície oposta forme-se uma saliên- cia (Figuras 62 e 63).

Espessura insuficiente Formato ressalto "A

Espessura suficiente L = o D 5

Fig. 62 1 Inserto met~~ico I

'peça injetada

Fig. 63

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Projeto de produtos 91

Em alguns casos, é necessário que se usine o inserto metálico após a injeção. Se o material plástico utilizado possuir alto coeficiente de contração, deve-se deixar, no mínimo, 0,4 rnrn (Figura 64).

Fig.

A Figura 65 mostra diversas maneiras de fixação de pinos metáli- cos: usinado, dobrado, ressaltado, remachado.

Fig 65 ~ 6.9 - Resfriamento do produto

O produto injetado deverá ser resfriado através da passagem de água corrente dentro das cavidades do molde, sendo que a entrada da água deverá estar situada na parte mais distante possível do canal de injeção, e a saída precisa estar mais próxima possível do bico de inje- ção, uma vez que a peça dentro do molde deve começar a solidificar- se em direção ao canal de injeção (Figura 66).

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.Canal de resfriamento

O canal de injeção deverá ter, no mínimo, o diâmetro da maior espessura da peça moldada para que não se solidifique antes da mesma (Figura 67).

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7.1 - lntrodução

O molde de injeção é uma unidade completa com condições de produzir peças moldadas. Suas cavidades possuem as formas e as dimensões da peça desejada. O molde é adaptado ao final da máquina de injeção e recebe, em sua cavidade, o material plástico fundido, intro- duzido por meio de pressão.

A Figura 68 apresenta um esquema simplificado do material plás- tico penetrando na cavidade.

Placa máquii

Placa estacionária da Cavidade com produto máquina injetara

moldado \ /

Fia. 68

Ao se projetar um molde de injeção, as primeiras considerações se referem ao peso, tamanho e desenho da peça, para então se decidir sobre a localização e a quantidade de cavidades no molde, o local mais adequado para as entradas, e os elementos de extração, a necessidade de inserções metálicas, roscas e outras particularidades.

Edna
Highlight
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Baseando-se no peso e no tamanho das peças, é possível definir o tipo de máquina injetora ideal e a quantidade de cavidades do molde específico para esta. Os principais dados considerados por um proje- tista de moldes em uma máquina injetora, devem ser: a capacidade de injeção, a força de fechamento e a sua capacidade de plastificação.

Finalmente, é necessário conhecer algumas características impor- tantes do material plástico a ser moldado, tais como contração, fluxo e abrasividade.

7.2 - Considerações básicas

Na construção de um molde, é indispensável que suas placas fi- quem perfeitamente paralelas após a usinagem. Os pinos de guia devem estar em esquadro perfeito para permitir um funcionamento suave da abertura do molde.

As placas de fixação inferior e superior ultrapassam o corpo prin- cipal do molde, a fim de fornecer um espaço para grampeamento, ou fixação direta na máquina injetora.

O projeto básico do molde depende dos seguintes fatores: @Tamanho e forma da peça e Número de cavidades .Tamanho e capacidade da máquina em que o molde será usado Todos estes fatores estão interligados com o tamanho e o peso do

objeto moldado, limitando o número de cavidades e determi- nando também a capacidade necessária da máquina. As dimen- sões das placas, por exemplo, limitam o número de cavidades de um molde. No caso de peças grandes, como a grade do radiador de um a~itomóvel, é necessário que a máquina apresente dimen- sões apropriadas entre as colunas para possibilitar o encaixe do molde.

e Face de abertura do molde, ou seja, a linha de separação entre as duas metades do molde, normalmente, a linha de separação das metades de um molde deixa marca, portanto, a linha de abertura deve ocorrer em uma parte em que o visual da peça seja funcio- nal e aceitável. A relação da face plana deve ser tal que a peça inje- tada possa ser extraída sem interferência. A linha de separação

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Projeto de moldes 9'

deve dividir o molde de maneira que facilite a usinagem das peças da forma mais simples possível. A definição da linha de separação deve facilitar a extração da peça e o molde aberto precisa ser facil- mente acessível pelo operador da máquina injetora. Deve-se, então, verificar as tolerâncias requeridas versus tolerâncias das peças injetadas.

.A extração da peça norrnalmente é considerada junto com a linha de separação. Em alguns casos, há a necessidade de mais de uma linha de abertura, onde se emprega um tipo de abertura para os lados (moldes com gavetas). Os pontos de entradas nas cavidades, geralmente, estão no centro das peças ou nas arestas das mesmas. Os pontos de entrada pelo centro são utilizados em moldes com cavidades simples, e de duas ou três placas. O ponto de entrada pela aresta é normalmente usado em moldes de duas placas, com cavidades múltiplas ou simples.

I- -- 1 Foto3 Sistema de coletor de ar [cortesia: BASF s.A.)

7.2.1 - Força de fechamento (69)

A área projetada total da peça determina a forca de fechamento necessária para manter o molde fechado durante a injeção. Pode-se visualizar esta área projetada como a sombra de uma peça injetada que cai sobre um plano paralelo. É importante notar que a área projetada inclui os canais.

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Para um fluido hidráulico como a água, a força de fechamento requerida por um centímetro quadrado da área projetada, é igual i pressão aplicada pela rosca de injegão. No entanto, devido ao endure- cimento parcial do plástico 2 medida que passa pelo bico, pelos canais, e na cavidade, a pressão exercida pelo plástico na cavidade é menor do que a feita pela rosca. Por isso, raramente uma pressão de 1 400 kg/cm2 na rosca exigirá uma força de fechamento superior a 900 kg/cm2 de área projetada na peça.

7.2.2 - Pressão de injeção

Para uma determinaria pressão da rosca, a pressão exercida nas cavidades dependerá da pega a ser injetada (relação direta), e da vis- cosidade do material (reiação inversa). Seções espessas requerem for- cas de fechamento maiores, pois o material permanece semifiuido por mais tempo durante a injeção. O mesmo acontece com altas tempera- turas do material, moldes quentes, entradas amplas, ou quando e empregada grande velocidade de injeção. Geralmente, na prática, usam- se cerca de três toneladas de fechamento para cada polegada quadrada de área projetada na peça.

Já vimos que a área projetada determina a força de fechamento. Igualmente, o peso da peça a ser injetada determina a capacidade da máquina na qual deverá ser colocado o molde. Note-se que o peso inclui os bicos e os canais, exceto nos casos de cvdnais quentes.

7.2.3 - Capacidade da máquina

A capacidade de uma máquina injetoi-a é geralmente medida pela quantidade de gramas de poliestireno possíveis de serem injetados de uma só vez Uma medida melhor de capacidade é dada pelo volume de plástico deslocado em uma operacão de injeção. Para determinadas máquinas, esse deslocamento volurnétrico é uma constante indepen- dente da densidade específica do plástico. Por exemplo, uma máquina que tenha uma capacidade de 1,350 kg de poliestireno possui um des- locamento volumétrico de + 1 288 cm3, pois 1 cm3 de poliestireno pesa

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Projeto de moldes 97

1,05 g. Porém, esta mesma máquina injetará 1,783 kg de PVC rígido, e ainda 1,180 kg de polietileno.

Frequentemente, os moldes são usados em máquinas que traba- lham no limite máximo de sua capacidade, produzindo peças com uma qualidade inferior, com marcas, defeitos de chupagem, linhas de inje- ção sem brilho, etc. Para atingir o máximo da sua capacidade, uma máquina requer, usualmente, ciclos mais longos para se obter uma plas- tificação mais uniforme do material.

O uso prolongado da capacidade máxima pode resultar num desgaste premáturo (por excesso de uso) das resistências, bombas e váivulas.

7.2.4 - Fluxo do material no molde

O comprimento de fluxo do material depende de vários fatores, tais como: condições de processamento, índice de fluidez, tipo e dimensões dos canais de alimentação, etc; sendo muito difícil, por essas razões, obterem-se valores precisos sobre o fluxo. Uma das maneiras de quantificá-10 é determinando a relação de fluxo, que é dada pela relação entre o seu comprimento e a espessura da parede.

Na Figura 69 apresentamos esta característica para uma parede com espessura de 2 a 3 rnm.

5 1 O 15 índice de fluidez

Fig. 69

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98 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPL~STICOS

A determinação desses dados é muito importante para o projetista de moldes de injeção, pois além de orientar na escolha do tipo mais apropriado de material para a fabricação da peça desejada, serve como um guia sobre a quantidade ou posição das entradas que o molde deve conter.

7.2.5 - Contração

Devido à propriedade de contração do material plástico quando resfriado, já apresentada anteriormente, deve-se adicionar uma tolerân- cia de contração nas dimensões do molde, quando este é projetado para que a peça final atinja o tamanho desejado.

Do ponto de vista do desenho do molde, duas variáveis principais da contração devem ser consideradas. A primeira delas é a espessura da parede da peça, cuja contração é afetada sensivelmente pela veloci- dade de resfriamento. Altas contrações ocorrem sob lentas condições de resfriamento.

Como exemplo, a Figura 70 apresenta a influência da espessura da parede na contração do polipropileno.

I I I I I 1 I 1 2 3 4 5 6

Espessura em (rnm) Fig. 70

A segunda variável trata da diferença entre a contração no sentido longitudinal e transversal do fluxo, a qual também depende das condi- ções de processamento.

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Projeto de moldes !99

Na Figura 71, aparece a influência da temperatura do cilindro nes- tas contrações, para uma temperatura constante de 50°C no molde.

I I I I I I I 1 2 3 4 5 6

Espessura em (mm) Fig. 71

Como podemos verificar através da Figura, a diferença de contra- ção nos dois sentidos é pequena. Por esta razão, e também pelo fato de em muitos casos ser difícil definir o sentido do fluxo, esta diferença é ignorada. No entanto, sempre que possível, devem ser efetuadas redu- ções de 0,05 mm na contração transversal para peças de tolerâncias dimensionais mais rígidas.

7.3 - Componentes de um molde

A constituição de um molde segue o princípio típico de montagem de placas de aço em determinada ordem, a fim de obter-se a estrutura básica do molde de injeção (Figura 72).

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Linha de abertura molde

Fig. 72 1

Nomenclatura Placa de fixação inferior Coluna ou espaçador Bucha-guia Coluna-guia Pino extrator Extrator de canal Placa porta-extratores Placa impulsora Pino de retorno Placa-suporte Postiços Bucha de injeção Anel de centragem Placa de fixação superior Placa de montagem de postiços superior e inferior Cavidade Canal de distribuição

A seguir, na Tabela 1, estão relacionadas algumas das características dos componentes de um molde. Se qualquer uma destas características não for bem observada, a peça terá qualidade inferior à especificada.

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Projeto de moldes ll:,!

Tabela 1 - Características dos componentes do molde

Componentes do molde

Base do molde (1 e 14)

Pinos guia (4)

Canais (6)

Características

Mantém a cavidade; deve estar corretamente posicionada em relação ao bico da máquina

Mantém o alinhamento entre as

Bucha de injeção (12)

Controlam a passagem do mate- rial desde o bico até a cavidade

duas metades do molde

Controla a entrada do material para a parte interna do molde

Entradas / Controlam a entrada do material / na cavidade I

Cavidades e macho (11)

Sistema de refrigeração

Controlam o tamanho, a forma e a superfície da peça

Controla a temperatura das su- perfícies do molde para solidfi-

I car o material

Gaveta, pino, lateral I Formam os furos, rasgos, rebai- 1 xos e roscas do produto final

Saídas 1 Permitem a saída de gás e ar

Mecanismo de extração (6,7 e 8) 1 Extrai a peça rígida da cavidade 1

Pinos de retorno (9) / Retornam os extratores à posi- 1 ção inicial quando o molde se fecha para o próximo ciclo

7.4 - Bucha de injeção

Também chamada bucha do canal de injeção, é um componente

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do molde através do qual o fluxo do material plástico procedente da máquina injetora penetra até às cavidades do molde.

A entrada do canal de injeção do molde tem uma parte côncava que permite o encaixe perfeito do bico da máquina injetora (Figura 73). O canal de injeção do molde é afundado, divergindo a partir do bico da máquina, a fim de permitir uma fácil saída do canal de injeção, sepa- rando-o do canal de injeção quando o molde se abrir. O afunilamento padrão é de 10 mm por 300 mm. O orifício da bucha do molde deve ter, no mínimo, 3 mm de diâmetro com um comprimento menor possível (nunca superior a 100 mm).

O canal de injeção do molde deve ser bem polido, sem apresentar nenhuma marca. Na injeção direta com cavidade única, o diâmetro do canal de injeção na entrada da cavidade deverá ser de, aproximada- mente, o dobro da espessura da peça. Se for pequena, poderá ocorrer delaminação do material ou calor excessivo neste ponto.

Um diâmetro muito grande, por sua vez, requer um ciclo maior para permitir a solidificação do canal de injeção. Recomenda-se colo- car a entrada da água de refrigeração do molde no lado oposto à entrada do canal de injeção.

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Projeto de moldes 103

7.4.1 - Características da bucha

Ela é feita de aço cromo-níquel endurecido, constituída de um assento esférico (Figura 75) ou em ângulo (Figura 74), onde é alojado o bico do cilindro de injeção. É dotada de um rebaixo que evita seu des- locamento para dentro do molde devido à pressão da extremidade do cilindro de injeção. O furo da bucha que forma o canal de injeção é quase sempre redondo, polido e cônico, para facilitar o fluxo do mate- rial e a extração do canal. A conicidade varia entre 20 e 50.

Fig. 74 Fig. 75

7.4.2 - Dimensões

O comprimento da bucha de injeção deve ser o mais curto possí- vel para que o resfriamento seja rápido e os ciclos de injeção curtos. Quando as circunstâncias exigirem a utilização de buchas grandes, elas devem ser refrigeradas para que a moldagem do canal da bucha não se rompa. Geralmente, o comprimento da bucha é de 5 a 10 vezes o do diâmetro (Figura 76), o que permite um bom rendimento.

Page 104: MOLDES DE..[1]

Um diâmetro menor varia de acordo com o peso da moldagem e do furo do cilindro da injetora.

Dimensões recomendadas para o diâmetro mínimo da bucha de injeção para poliestireno de uso geral

Massa a injetar

G3)

Diâmetro mínimo da bucha (d) (mm>

Para outros materiais, estes valores devem ser multiplicados pelos seguintes fatores :

Material Outros tipos de poliestireno Polimetacrilato de metila

I Polietileno 1 I

Fator 1,2 a 1,5

2 Poliamidas Acetato de celulose

7.5 - Cavidades

08 0.8

7.5.1 - Introdução

A cavidade de moldagem é normalmente composta por duas par- tes: a unidade fêmea, que modela a parte externa da peça; e o núcleo ou unidade macho, que configura sua parte interna.

A cavidade pode ser obtida por:

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Projeto de moldes 105

I - Usinagem, que utiliza três métodos distintos:

- Fresamento: utilizando máquinas fresadoras do tipo ferramentei- ras, copiadoras ou com CNC - Comando Numérico Computadorizado, trabalhando com material não temperado e causando tensão de usina- gem (típica nas máquinas fresadoras, tornos, retificadoras, etc.).

- Eletroerosão: por meio de descargas elétricas realiza uma usina- gem de precisão, mesmo em materiais endurecidos. Utiliza moldes de cobre eletrolítico ou de grafite com perfil idêntico ao da cavidade que será produzida. Seu acabamento não é polido ou espelhado. Produz endurecimento superficial e não causa tensão, excetuando-se a tensão superficial correspondente ao endurecimento produzido pela centelha.

- Cunhagem: obtém a cavidade pela prensagem de um ou vários modelos contra um bloco de aço especial, montado sobre blocos de apoio. ,Necessita de tratamento térmico entre uma cunhagem e outra; apara alívio de tensões, além de produzir acabamento excelente.

I1 - Fundição, que também pode ser de três tipos:

- Simples: feita com ligas de zinco ou alumínio. Consiste em fundir estes metais com um modelo de aço similar à peça plástica a ser mol- dada, dando a forma desejada à cavidade. O modelo deve ser polido, tratado com grafite, e ter ângulos de saída que permitam sua retirada da massa fundida. Deve também ser previsto sobremetal para compen- sar a contração.

- Metalização: de utilização recente, este método permite obter ambas as metades de um molde. Consiste em metalizar diretamente um modelo padrão em madeira, metal, plástico ou qualquer outro material que esteja montado em uma placa de apoio. Após a obtenção da casca metálica de 1 mm de espessura em metal de baixo ponto de fusão, atra- vés de um maçarico especial, coloca-se araldite na parte de trás da casca para criar a primeira metade da cavidade. Neste momento podem ser colocados também os tubos para refrigeração. O processo deve repetir-se para a obtenção da segunda metade. Os fabricantes responsá- veis por este método, que é recomendado para pequenas séries de pro- dução, afirmam ser possível conceber um molde completo em um dia.

- Fundição de precisão: consiste em fazer um molde da cavidade

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em cera e cobri-lo com cerâmica refratária. A cerâmica necessita de secagem e deve ser levada ao forno para que a cera se funda e deixe a cavidade moldada na cerâmica, que será posteriormente preenchida com o metal desejado. A precisão deste sistema é tão grande que alguns fabricantes injetam pentes de máquinas de corte de cabelo, em polies- tireno, para servirem de padrâo de fiindição. Após ser fündido, retifica- se a face de deslizamento do pente e ele está pronto.

111 - Eletrodeposição:

Consiste em recobrir um modelo de acrílico, ou qualquer outro plástico rígido, com uma camada condutiva de prata por deposição química, sobre a qual são depositados 5 , a 8 mm de liga de níquèl- cobalto. Essa camada de liga é novamente recoberta com cobre, numa espessura suficiente para usinagern e que permita o encaixe na matriz, A qualidade de reprodu~ão é perfeita, atingindo até mesmo ótima qua- lidade óptica, o que permite seu uso, por exemplo, na produção dos refletivos de olho-de-gato dos triângulos de segurança.

IV - Composição de postiços:

Utilizado para cavidades com alto poder de refi-ação, como placas reflexivas rodoviárias, o fundo da cavidade é composto por centenas de pinos sextavados de aço inoxidável temperado, em cujas pontas é lapi- dada uma pirâmide As faces da pirâmide têm ângulos projetados para igualar o ângulo de refi-ação da resina utilizada, obtendo máxima lumi- nosidade e visibilidade a 50 metros.

7.5.2 - Materiais para cavidades

A seleção dos materiais com os quais se confeccionará as cavida- des irá depender dos seguintes fatores:

- precisão requerida - número esperado de produção - processo de obtenção da cavidade escolhida - acabamento e tratamento térmico disponível.

Page 107: MOLDES DE..[1]

Projeto de moldes 107

Assim, temos como exemplo na Tabela 2 a seguir algumas aplica- ções de aços para moldes e suas características gerais.

Tabela 2 -Aços para moldes - características gerais

Usinaalidade I Boa, tanto 1 Boa, tanto 1 Excelente

características I V P ~ O ISO

I recaidocomo I recozidocomo 1

VPU)IM I VPSOIM

beneficiado

Beneficiado para

30/34 HRC

beneficiado

Polibiudade I Excelente

-Moldes para inje-

ção de termoplhti-

cos não clmdos

Beneficiado pard

30134 HRC

Soldabilidade I Boa

Fxcelente

Moldes para injeção

de termoplásticos

não clmdos

hcelente

Reprodutibilidade I Boa

Salubiida d u m

na faixa de 30/35

HCR. Pode ser

enuegue envelhe-

cido com 40/42

HCR

-Moldes para inje-

@o de termoplásti-

cos não clorados.

Boa Excelente

Boa

( tennoplásticm I termoplásticos 1 cos não clorados.

Boa

-Matrizes I -Mamimpara

para wmrsào de wmrsào de

-Matr&paraexm-

são de tennoplásti-

I I 1 -Mokles para

ApliaçOes típicas

I Cementação / Sim, antesde / Sim, antesde 1 Não

n8o domdos.

- Moldes para

=o!-'"'

Nitreta@o 1 Sim

v420 IM

Boa

não clwados:

- Moldes para

temperar

Dial

Excelente

- ivloldes para

termoplásticos

Sim

temperar

Boa

SUn

Adaptado do catálogo da empresa Villares Metais

Recozido, d u m

de 200 HB o11 na

versão W420 TIM

temperado e

revenido para

28/32 HCR

-Moldes para plás- ticos comivos

(clorados) acetato

e PVC

- Resistência a

amosferas úmidas

- Moldes para

sopro

Não

Na0

VH13 IM Boa

Média

Excelente

Boa Recaido, dureza

máxima de 197 HE

- Mandris e o u m

componentes de

extru5Oras

- Moldes para

injeção de rermo-

plásticos

não clorados que

requer alto grau

de polimento..

Sim

Nâo

É importante observar que os materiais empregados na constm- ção das cavidades e dos machos requerem, normalmente, tratamento térmico, como normalização, recozimento, têmpera, carbonitretação, cementação, etc.

Page 108: MOLDES DE..[1]

Em alguns casos, os moldes podem ser construidos com materiais não-ferrosos, como o cobre, o beríiio, alumínio e outros .

7.5.3 - Obstruções

Não deverão existir cortes na cavidade ou componentes que impeçam a retirada da peça do molde. Estes cortes podem ser feitos por partes móveis ou pinos laterais, que necessitam ser retirados antes que o mecanismo de injeção expulse a peça injetada. Os pinos laterais devem ser desenhados com precisão, para que o molde possa trabalhar automaticamente. Às vezes é mais econômico e fácil fazer os furos da peça com uma furadeira ou os cortes com máquinas apropriadas após a peça ter sido moldada. Uma peça difícil ou complexa pode ser mol- dada em duas ou mais partes e montada posteriormente, com custo inferior, em alguns casos, ao de uma única peça injetada.

7.5.4 - Conicidade

Em todas as superfícies perpendiculares à linha de separação dos dois moldes deve existir uma conicidade adequada. Para o poliestireno de uso geral e de alto-impacto é conveniente projetar as paredes com ângulos de lo para cada lado. Em alguns casos, e quando necessário, pode-se usar ângulos menores de 0 , 5 O por lado.

jp 7.5.5 - Considerações possíveis para o calculo da resistência ' das cavidades v3)

O cálculo preciso da resistência das cavidades do molde é quase impossível de ser obtido para @s aplica(;ões comuns, mesmo naquelas que tenham perfil regular. E comum, portanto, basear-se nas formas b5sicas simples e considerar uma ampla margem de segurança.

Por exemplo, a cavidade é submetida a uma alta pressão interna \

provocada pelo material injetado. É essencial, assim, determinar-se a espessura da parede capaz de manter a deflexão da cavidade sob a

Edna
Highlight
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Projeto de moldes 109

carga abaixo de um máximo especificado. Enquanto o nível de tensão no molde permanecer dentro de limites seguros, a deflexão física das paredes do molde torna-se de capital importância para a sua operação. Se a deflexão for mantida dentro dos limites especificados, os níveis de calor da tensão também serão satisfatórios.

Estes métodos se aplicam razoavelmente bem apenas para cavida- des onde o comprimento de parede excede a profundidade; quando a profundidade se aproxima do comprimento ou o supera. O efeito simi- lar a uma viga em balanço sobre a deflexão total deve ser propriamente considerado.

Para cavidades quadradas ou retangulares de proporções normais são possíveis aproximações simples, incluindo:

Cálculos baseados na.consideração de cada parede da cavidade como uma viga fixa, com carga uniformemente distribuída; Cálculos baseados na consideração de cada parede da cavidade como uma viga livremente apoiada, com carga uniformemente distribuída; Cálculos baseados na consideração da cavidade como um pór- tico com carga uniforme interna; Cálculos baseados na consideração de cada parede da cavidade como uma placa retangular livremente apoiada com carga uni- forme.

Os efeitos da pressão de fechamento e da retenção da placa de suporte são ignorados.

A pressão máxima na cavidade, na qual esses cálculos se baseiam, é de 650 kg/cm2. Em alguns casos, é estabelecido um limite dado pela pressão de fechamento disponível para o máximo de .pressão na cavi- dade que pode ser alcançado. Além desse valor limite, haverá formação de rebarbas. Por exemplo: se a área projetada da moldagem é de 2 000 cm2, e a pressão de fechamento é de 750 t, a pressão máxima na cavi- dade será 750 xl000/2 000 = 375 kg/cm2. O valor máximo para a defle- xão deveria estar entre 0,l rnrn e 0,2 mm, sendo que o menor índice tomado nessa faixa deve ser consistente com as proporções gerais do molde. As deflexões dessa ordem são aceitáveis para as cavidades usi- nadas a partir de um bloco sólido, mas precisa-se ter um cuidado espe-

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cial com as cavidades de blocos montados, particularmente as cavida- des sólidas com base postiça. Aqui, a deflexão não deve permitir que a folga entre as peças separadas aumente a um determinado grau que possibiIite a entrada de material. A folga entre os blocos não deve exce- der 0,08 mrn a 0,l mm para o poliestireno ou acrílico, e 0,02 rnrn para o náilon.

Os cálculos a seguir são baseados nas cavidades de bloco sólido, devendo-se observar que, com moldes de blocos montados, qualquer desajuste ou perda de rigidez ou resisténcia pode gerar resultados con- sideravelmente inferiores. Também precisa-se observar que quanto mais alta a deflexão, maior a quantidade de plástico necessária para encher o molde. Recordemos ainda que, quando o material esfria e se contrai, a pressão na cavidade cai e as paredes do molde tentam retor- nar h posi~ão inicial. Isto, por sua vez, pode causar o aperto da molda- gem entre as faces de aço das unidades macho e fêmea, dificultando a abertura do molde.

O primeiro método de cálculos baseia-se na fórmuIa padrão da viga fixa:

Onde: y = Deflexâo da parede lateral (cm)

w = carga no interior da cavidade (kg por cm de vão) = pressão da cavidade (kg/crn2) x profundidade da cavidade (cm)

L = Comprimento interno da parede da cavidade (cmj

E = Módulo de elasticidade (aqo = 2 x 106 kg/crn2)

1 = Momento de inércia da parede da cavidade = dt3 12

d = Profundidade total da parede de cavidade (cm t = Espessura da parede da cavidade (cm)

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Projeto de moldes 11 1

A c:spessura da parede necessária para permitir uma deflexão máxima especificada pode ser obtida pela transposição da equação:

t = [wL4/32EydI1/3 (2)

Placa A (c)

Figura 77 -Aplicação de uma ferramenta de três placas para a alimentação de enm-

das capilares múltiplas numa moldagem do tipo bandeja (o sistema de refrigeração

não é mostrado)

Este cálculo é feito primeiramente para o lado maior da cavidade. Para os lados menores, podem ser feitos cálculos análogos, ou pode-se utilizar a mesma espessura da parede determinada para o lado maior, uma vez que nos lados menores a deflexão é ainda menor.

Pela utilização de (2), é obtida a espessura mínima da parede para uma dada deflexão. Na prática, no entanto, os lados da cavidade de um molde não atendem totalmente aos requisitos básicos de fixação da extremidade, nos quais se baseia a fórmula de viga fixa, e o método pode conduzir a deflexões consideravelmente maiores quando em ser- viço. Se a fórmbla (2) for usada, ela deve restringir-se aos moldes nos quais as duas metades se assentam uma sobre a outra, de tal forma que

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a unidade macho evite a abertura da cavidade, atuando como ponto de fixação.

Outra aproximação possível consiste em considerar os lados da cavidade como vigas livremente apoiadas, de acordo com a fórm~lla básica:

Assim, a espessuta da parede para uma dada deflexão y é dada por:

Esta fórmula é a mais comumente usada fornecendo a maior. espessura da parede para uma dada deflexão entre todos os métodos aqui descritos. Isso proporciona uma margem de segurança maior, uma vez que, em muitos moldes, uma espessura de parede acima da estrita- mente necessária, não tem maiores consequências~

No entanto, uma aproximação mais racional é oferecida quando se considera o molde como sendo um pórtico. Todos os métodos anterio- res tratam o problema considerando independentemente cada lado da cavidade como uma viga com carga uniforme, de extremos fixos e livre- mente apoiados. Nenhum, no entanto, é verdadeiro porque os extre- mos não são fixos, nem livres e nem tampouco qualquer parede da cavidade se deflete independentemente das demais. Desta forma, os efeitos sobre os cantos devem ser considerados.

A deflexão para fora de uma parede da cavidade provocará um momento em torno de cada canto das extremidades da parede, o que tenderá a causar a deflexão para dentro das paredes com ângulo reto em relação 2 primeira. Como estas paredes estão tentando defletir para fora, sob a ação da pressão na cavidade, o efeito resultante é aquele em que a deflexâo de cada parede para fora é reduzida pela oposição do momento nos cantos, produzido pelas paredes adjacentes.

O efeito acima é ilustrado pela Figura 78, onde a parede da cavi- dade, considerada como uma viga simplesmente apoiada e uniforme- mente carregada, fornece um momento fletor de wL2/8, resistido pelo momento do canto de fixação M1. O momento fletor que provoca a deflexão atual da parede é a diferensa entre esses dois outros momen-

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Projeto de moldes 113

tos, isto é, (wL2/8) - M1. A cavidade é considerada, portanto, como um pórtico com carga uniforme interna, com a premissa usual de que os cantos permanecem retos e fixos no espaço. O efeito da pressão de fechamento e o efeito de retenção da placa suporte são novamente ignorados.

1 I Figura 78 - Método do pórtico para determinação da resistência da cavidade

P = Pressão da cavidade (kg/cm2), digamos 650 kg/cm2 L = Comprimento do lado maior da cavidade (cm) B = Comprimento do lado menor da cavidade (cm) d = Profundidade total da parede da cavidade (cm)

dl = Profundidade da parede da cavidade sujeita à pressão (cm) t ~ ; t~ = Espessura das paredes da cavidade (cm) IL; I* = Momento de inércia das paredes (cm4) W = Carga no interior da cavidade (kg por cm de vão) = pdl M = Momento fletor na metade do vão

M1 = Momento fletor devido à influencia da carga no lado adjacente E = Módulo de elasticidade = 2 x 106 kg/cm2 Yfi YB = Deflexão das paredes laterais

O momento fletor em qualquer ponto do vão é igual a MSs - M1, onde Mss = momento fletor devido à pressão na cavidade menos o momento fletor à viga considerada como simplesmente apoiada.

Assim, M = (wL2/8) - M1

Obtém-se daí a inclinação da viga no canto, dada por:

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De forma análoga, a inclinação para B no canto é dada por:

Partindo-se da premissa de que o canto permanece em ângulo reto, conclui-se que essas inclinações devem ser iguais, ou seja:

De (7) temos,

Se tL = t ~ , então IL = IB, e:

Assim,

De tal forma que:

De forma análoga:

t~ = [(1,5B2/dEYB) ( 5 ~ ~ 2 / 4 8 - M1)11'3 (11)

O valor de Mi é calculado de (8) ou (9) , enquanto YL e YB serão assumidos a partir das condições permissíveis.

Todas essas fórmulas aplicam-se fundamentalmente 2s cavidades retangulares, uma vez que os cálculos que levam em conta as formas retangulares, recessos locais, etc, são bastante complexos para o uso prático. Nestes casos, a cavidade de ser considerada como um retângulo baseado nas maiores dimensões.

Exemplo: Determinar a espessura da parede da cavidade a fim de

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Projeto de moldes 1 15

permitir uma deflexão máxima de 0,02 cm, com paredes de 15 cm de comprimento, pressão da cavidade de 650/cm2 e prohndidade da cavi- dade de 25 cm.

Aqui: L = 40cm p = 650 kg/cm2 B = 15cm YL = 0,02 cm d = d l=25cm E = 2 xl06 kg/cm2 w = 650 x 25 = 16 250 kg

(I) Tratado como uma viga fixa pela fórmula (2)

(11) Tratado como uma viga simplesmente pela fórmula (4)

(111) Tratado como um pórtico, assumindo que as seções das paredes em todos os lados são iguais, isto é, IL = IB e t~ = tg, pelas fórmulas (9) e (10)

Estes três exemplos ilustram métodos diferentes para a determina- ção da espessura das paredes da cavidade.

O método (I) fornece a menor espessura da parede, mas uma cavi- dade aberta do molde não preenche totalmente as condições de uma viga fixa, sendo que este método é apenas aplicado quando a cavidade é totalmente fixada por meio de um molde macho de travamento.

O método (11) fornece a parede mais grossa e, desta forma, possui

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maior margem de segurança. Em alguns casos, no entanto, uma parede com espessura excessiva pode dificultar a ajustagem do molde na máquina injetora especificada.

O método (111) é o mais racional, pois considera a interdependên- cia das paredes, mas seu cálculo é mais complexo e depende das pro- porções do molde fazendo o canto completamente rígido, permane- cendo em ângulo reto sob a ação da carga.

Uma possibilidade de aproximação bastante diferente consiste em considerar cada lado da cavidade como uma placa retangular uniforme- mente carregada e livremente apoiada. Para preencher estas condições de apoio, a base da cavidade deve ser sólida ou rigidamente fixada 2s paredes, enquanto o lado aberto da cavidade deve ser completa e fir- memente fixado 2 unidade macho. Assim, a fórmula deduzida por Timoshenko e Lessells, que fornece a deflexão máxima aproximada, é dada pela equação:

Onde C é uma constante cujos valores são mostrados a seguir para a relação L/d, sendo L a maior dimensão principal da parede da cavi- dade (normalmente o comprimento da parede) e d a menor dimensão principal da parede da cavidade (normalmente a profundidade da cavi- dade).

Assim, temos:

t = [Cpd4/Eyll/3 (13)

Exemplo: Aplicando-se a fórmula (13) para o exemplo anterior

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Projeto de moldes 117

Onde: L = 4 0 c m p = 650 kg/cm2 d =25cm y = 0,02 cm E = 2 x 106 kg/cm2; a relação L/d = 1,6

Pela Tabela, C = 0,09, temos:

7.5.6 - Deflexão das cavidades cilíndricas

O aumento do raio de um cilindro sob pressão interna é dado pela equação de Larné:

Onde: = Aumento do raio interno (cm)

r = Raio interno original R = Raio externo original M = Coeficiente de Poisson (= 0,25 para o aço)

Exemplo:

Seja: r = 8 c m E = 2 x 106 kg/cm2 R = 13cm m = 0,25 p = 650 kg/cm2

Então:

p= 8x650 (82+132) +0,25 1~ = 0,0057 cm I! Zxi06 )[ 13'-R2 1 1 Assim, o acréscimo em diâmetro interno é 2 x 0,0057 = 0,0144 cm.

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- 7.5.7 - Outras considerações possíveis para o cálculo da resis- tência das cavidades

As dimensões das paredes das cavidades devem ser calculadas para oferecer resistência contra a força de fechamento do molde e da pressão de injeção do material plastificado no interior da cavidade.

A linha de abertura do molde está sujeita a impactos repetitivos pela ação de fechamento da máquina injetora e isto causa empena- mentos, que, por sua vez, modificam as dimensões do produto, reten- do-o no lado invertido do molde, e possibilitando o aparecimento de rebarbas na linha de abertura. Se a pressão de injeção for baixa para injetar determinadas peças, isso poderá ser desprezado. Mas para evi- tar tais problemas é necessário calcular adequadamente a força de fechamento, selecionar o material para confecção do molde para resis- tir à tensão de compressão (tração), e calcular a respectiva área de con- tato na linha de abertura do molde.

Para determinar a força de fechamento para um molde, deve-se multiplicar a área projetada da moldagem pela pressão de injeção ou algo equivalente.

A pressão de injeção depende de vários fatores, como fluidez do material, temperatura de plastificação, temperatura do molde, entre outros.

Como regra bastante prática e próxima pode-se dar um valor médio de pressão de injeção de 300 a 1 100 kg/cm2.

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Projeto de moldes 119

Tabela 3: Pressão específica na cavidade do molde

Eixo (r) BAR: Prusáo na cavidadc (pressão a deicrminar) DIAGR~MA ELO (y) mm: Maior percurso do marerial (referente a peça)

curva (n): grupo dc cspcssura (refcrcnre a peça)

(Y) A pressão í- determinada cm hinçiio do percurso i.) pcla cspçssura (n) I

GRUPO DE CURVAS

EM ESPESSURA

I - 0.5 mm z - 0.7 mm 3 - 1.0 mm 4 - 1.2 mm 5 - 1.5 mm 6 - 2.0 mm 7 - 2.5 mm 8 - 3.0 mm

UNIDADE

I BAR = 10 N/ cm2

I BAR = 10 KgW crn2

I BAR = 14.5 i's1

I 100 rjo 200 300 400 500 600 800 1000

-7 , I,-,- - ,- - (4 B

i j ~ 200 300 400 (00 600 800 1000 1500

O eixo (x) t dado em 3 escalas de pressão devido a variação de viscosidade dos materiais A - baixa viscosidade - PA, PE, PP c PS B - media viscosidade - ABS, CA, POM e SAN C - alta viscosidade - PC, PMMA, PPO e PVC

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Exemplo de cálculo - Uma calota injetada em policarbonato

Adotar para o policarbonato uma pressão de injeção de 775 kg/cm2. Depois da força de fechamento ser calculada, seleciona-se um mate- rial com uma tensão de compressão (tração), admissível para a cavi- dade, calculando a largura correspondente da cavidade. Determinar a largura da linha de abertura (fechamento) de um molde conforme a Figura 79.

1 Moldes de injeção

refrigeração : I i 0.

. - ! Pinos - . de 1-

Inserto de cobre

do pino :xlraçáo

I

Fig. 79 1

É uma calota feita em policarbonato num molde de quatro cavida- des. A área projetada das cavidades e do sistema de alimentação do molde será:

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Projeto de moldes 121

1. Quatro vezes a área da peça Diâmetro da calota é de 74 cm

2. Quatro canais de alimentação de d,= 0,6 cm e 5 cm de comprimento A2=4x0,6x5=12cm2

3. Área do bico de injeção na linha de abertura d, = 1,2 cm

Área total projetada: A = A1 + A2 + A3

Força de fechamento: Área projetada x pressão de injeção Assumindo a pressão de injeção para o policarbonato de 775 kg/cm2

Força de fechamento: 183,73 x 775 = 143 t

A máquina injetora selecionada e disponível em função da força calculada é de 200 t de fechamento.

Escolhendo um aço com resistência a compressão de 550 kg/cmz, com uma dureza de 44 RC e a pressão de injeção de 775 kg/cm2.

Força de Compressão = área de contato x tensão admissível do aço

200 t = área x 775

Área de contato = 200 000/775 = 258 cm2

Page 122: MOLDES DE..[1]

Sendo para cada cavidade 258/4 = 65 cm2 na linha de abertura. Para determinar a largura da face da cavidade e a área necessária

de contato sendo de 65 cm2, que é igual à área do diâmetro externo (D) menos a área do inserto da cavidade, e o diâmetro da peça sendo de 74 cm (d), utiliza-se a fórmula abaixo:

Área = n d 2 = ~(7.412 = 43 crn2 4 4

Área de contato = 65 cm2 = -2-43 4

Face da cavidade = (D-d) = (11.7 - 7.4) = 2,16 cm 2 2

Conforme manuais de engenharia e resistência dos materiais, a equação de LAME para cilindros de parede grossa com final obstruído, apresenta a seguinte espessura:

S = tensão admissível para material cilíndrico = 21 000 kg,cm2. Adotar um fator de segurança de 5

p = pressão de injeção do material adotando a máxima de 1 400 kg/cm*

Considerando que a flecha máxima admissível seja de 0,01 crn

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Projeto de moldes 123

A especificação da tensão requerida pode ser de duas formas de montagem: uma com o inserto encaixado nas laterais e outra com inserto encaixado e fixado no fundo com parafusos. Neste caso, a placa cavidade absorve parte da força. Nos cálculos efetuados, considera-se que a pressão de injeção total é aplicada nas cavidades, mas na reali- dade somente uma parte atua nelas.

Do ponto de vista de resistência mecânica, os cálculos considera- dos indicam que as dimensões das cavidades e/ou machos suportem todo o esforço aplicado (Figura 80).

I - . ,--------------------.

!-.I.-.- . -

~ . . _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I

I Inserto i placa Inserto

- - . I I ,

Placa cavidade p/ I7 I

inserto "passante" I

Placa cavidade p/ inserto "fixado" Fia. 80

Outro exemplo: adotando-se um outro tipo de cavidade, cons- truída a base de insertos, vamos determinar uma caixa de 12,5 cm de comprimento por 15 cm de' altura (profundidade) e 5,5 cm de largura. Conforme (Figura 81).

Número de cavidades: 2 Material: policarbonato Área projetada do produto: 12,5 x 5,5 = 69 cm2 Área projetada dos canais e bucha de injeção: 10 cm2

Cálculo da força de fechamento: força de fechamento = área pro- jetada x pressão de injeção

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Placa - B profundidade 15,O o €q

A 12.5 B -+ Fig. 81

Máquina injetora disponível e escolhida é de 200 t

Área de contato das cavidades: 200 000/775 = 260 cm2

Por cavidade será de: 130 cm2

Conforme Figura 81, a área de contato Ac será:

Sendo que a área de contato necessária é de 130 cmz

Conforme a equação do segundo grau: ax2 + bx + c = O

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Projeto de moldes 125

Uma injetora deverá exercer na cavidade de 12,5 x 15 cm uma força de:

Força = área exposta à injeção x pressão de injeção = 12,5 x 15 x 14000 = 263 000 kgf ou 263 t

Analisando as deflexões nas cavidades, observa-se que a máxima deflexão será no centro do molde devido à pressão de injeção entre as cavidades. (Figura 82)

Máxima deflexão admissível: 0,002 cm

Verificar que esta pressão no centro do molde decresce com a soli- dificação do material ao preencher a cavidade.

Conforme manuais de engenharia e de resistência dos materiais, as deflexões no centro e nas extremidades da carga serão:

Deflexão = y ==3

192EI

w = carga ou força aplicada = 265 000 kg L = distância entre suportes = 12,5 cm E = módulo de elasticidade para o aço = 2,l x106 kg/cm2 I = momento de inércia de uma secção retangular = U x15 cm

Momento de inércia é uma propriedade que uma secção tem de resistir a uma flexão y = 0,002 mm

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Substituindo na fórmula:

Nos mesmos manuais :

Neste caso: b = 15 cm d = U

Largura do molde: 2U + 5,5 2 x8 + 5,5 = 21,5 cm

Deflexão no ponto de carga: - Wa2 (31-4a) 6EI

Deflexão no centro da carga: = Wa (312-4a2) 24EI

Sendo: a = 6,4; 1 = 36; I = 642 e W = 265 000

Deflexão no ponto de carga = 265 000 x 6.4 (108 - 164) = 0,11 crn 6 x2,1 ~ 1 0 6 x 6 4 2

Deflexão no centro da,carga = 265 000 x6.4 (3 888 - 164) = 0,000195 cm 24 x 2,l x 106 x 642

Neste caso, a deflexão calculada no centro, onde foi aplicada a carga, é 20 vezes maior do que no outro exemplo. A deflexão de 0,002

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Projeto de moldes 127

pode permitir a infiltração de algum material, ocasionando rebarbas. Para evitar a deflexão, deve-se diminuir a pressão de injeção nas cavi- dades e/ou modificar o sistema de alimentação nas cavidades.(Figura 83 e 84)

, Runner

Pino de apoio

Fig. 84

7.5.8 - Dimensionamento do tamanho e do material para base de molde

O tamanho da base do molde é determinado por colocações das cavidades, sistema de alimentação das cavidades, sistema de extração utilizado, sistema de controle de temperatura, sistema de auonamento de engrenagens (quando utilizado), colunas, buchas, guias ou disposi- tivo específico para os moldes.

Depois de calculada a dimensão necessária do molde, é preciso acrescentar a largura e o comprimento final deste para a fixação. É praxe adicionar de 4 a 5 cm para suporte dos calços, para colocação do sistema de extração, e mais 2 cm para os pinos de retorno. Com as dimensões finais, verifica-se a disponibilidade de bases padronizadas e se satisfazem as condições do layout das cavidades.

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7.5.9 - Dimensionamento dos calços

De uma maneira geral, na construção de moldes, os calços formam um U para o sistema de ejeção das peças. A pressão de injeção pode ocasionar deflexão nas placas suportes das cavidades suportadas pelos calços. Além disso, esta deflexão causará rebarbas nos produtos. Para evitar esse problema, são colocados alguns suportes em locais estraté- gicos que não interfiram com os pinos de extração e retorno.

Para determinação dos calços e suas distâncias, a fórrnula de viga bi-apoiada pode ser adotada.

Um exemplo é mostrado na Figura 85.

Fig. 85

Tensão no centro = WL = S 82

W = carga que o calço pode suportar L = distância entre os calços = 22 cm Z = módulo da seção que resiste a flexão

Conforme os manuais de engenharia:

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Projeto de moldes 129

No qual:

d = B = 5 b = 40 S = tensão admissível do aço com segurança, conforme fabricante = 840 kg/cm2

Que é a carga atuando na placa suporte ou placa-cavidade

Quando se fecha o molde e injeta-se o plástico pastoso nas cavida- des, a forga calculada é que irá exercer tensão de compressão nos calços.

SI = Tensão de compressão nos calços S = P/A

A área dos calços para a placa-suporte das cavidades pode ser de somente 102 cm2. Ao adicionar uma coluna de calço, a dimensão do vão entre os calços precisa medir 11 cm, dobrando a capacidade da placa- suporte, e dobrando as áreas para as cavidades, para 204 cm2.

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130 MOLDES PARA INJEÇAO DE TERMOPLÁSTICOS

7.5.1 0 - Alinhamento das duas metades de um molde

A colocação da bucha guia com a coluna guia de um molde per- mite um desalinhamento máximo de 0,006 cm e um mínimo de 0,004 cm. São valores teóricos, considerando-se que praticamente não há tole-

. -

rância entre coluna e bucha guia. Na prática essas tolerâncias são menores, e podem ser medidas, dependendo do caso, pela colocação de cada metade do molde em posição fixa, e movimentando a outra metade contra um relógio comparador. Mesmo que os cálculos sobre o desalinhamento possam estar dentro da tolerância requerida, é indi-

1 I No I Deflexão máxima I T i ~ o decaraa 1 I

Viga engastada carregada na extremidade A pL3 6 --

" - 3EI

Viga engastada com catga fora da extremidade

E paz 3L a 6 , =-

6EI

Viga bi-apoiada com carga uniformemente distribuída

C

D

Carga uniformemente distribuida em placa circular G (borda fixadas)

3pr4 1 m2 16 ~i~

Carga uniformemente distribuida em placa circular H (borda fixadas)

3p r45 4p p2 6n = 16 Et3

Nomenclatura e unidades P carga kg W Carga por unidade de comprimento kglm I momento de inércia m4 r raio m E mbdulo de flexáo kglm2 t espessura da laca m L comprimento m p pressáo ka/m$ 6 deflexáo m8xima m u razão de Polsson

Viga engastada com catga uniformemente distribuída

w L4 6, =-

8 € 1

Viga bi-apoiada com carga fora do centro F- a Tpb- E P ~ L ~ b 3'2

6, = 9 0 ~ 1

Viga bi-apoiada no centro

=L "48 EI

Fig. 86

5 ...- --. 1 RI <

A Figura 86 é uma Tabela resumida da representação de carga normalmente utilizado em cálculos de engenharia

W -- _.__.--

I - L - I

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Projeto de moldes 131

cado incorporar outros recursos para assegurar o alinhamento para que as tolerâncias fiquem mais apertadas com a colocação de pinos côni- cos e de outros calços.

7.5.1 1 - Disposição das cavidades A distribuição das cavidades dentro do molde (Figura 87) deve

considerar os diferentes caminhos que o material injetado percorre para atingi-las.

Enquanto as cavidades de números 3,4,5 e 6 estão quase cheias, as de números 1,2,7 e 8 ainda estão praticamente vazias.

2 4 6 8 Fig. 87

Neste caso, as cavidades terão diferentes propriedades em um mesmo molde. Para obter propriedades com características idênticas, é necessário distribuir as cavidades da seguinte maneira (Figura 88):

2 4 6 Fig. 88 (

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132 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS

Exemplo 1

Sugerir uma alternativa de disposição das cavidades para reduzir o comprimento dos canais de distribuição (Figura 89):

A disposição aqui apresentada é pobre pelas seguintes razões:

1) O comprimento excessivo do canal produzirá uma queda de pres- são devido ao resfriamento rápido do material de moldagem durante o percurso do canal, acarretando alta pressão próxima ao canal de injeção e pressão mais baixa na extremidade do canal de distribuição. As cavidades centrais encherão antes que as das extremidades e, em condições adversas, não encherão completa- mente. A compensação, que pode ser feita através da ajustagem da peça e do comprimento da entrada, torna-se mais crítica e difícil em canais excessivamente longos.

2) A colocação de pinos-guias exigirá espaço adicional, resultando num molde de comprimento excessivo.

3) A pressão de fechamento nos extremos do molde estará distante da linha central, podendo resultar na formação de rebarbas.

A seguir é apresentada uma disposição alternativa das cavidades, para reduzir o comprimento dos canais de distribuição (Figura 90):

Fig. 90

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Projeto de moldes 133

- Os comprimentos dos canais de distribuição são menores. - A ferramenta é mais completa. - A pressão de fechamento está melhor distribuída.

Exemplo 2

Sugerir uma alternativa de disposisão das cavidades para reduzir o tamanho total do molde (Figura 91).

Uma disposição alternativa das cavidades para reduzir o tamanho total do molde é dada na Figura 92.

Exemplo 3

Sugerir uma modificação da disposição das cavidades no molde para um bom balanceamento da pressão nas cavidades e para reduzir o tamanho do molde (Figura 93).

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E Fig. 93

Uma disposição alternativa das cavidades num molde para balan- ceamento da pressão e para reduzir o tamanho do molde é dada na Figura 94.

Fig 94 1

7.5.1 2 - Escolha do numero de cavidades

I - Número de cavidades O número de cavidades a ser projetado em um molde é determi-

nado, principalmente, pelo custo da peça e pela produção necessária em um certo período.

11 -Tamanho do molde e resistência O tamanho do molde depende do número de cavidades, do custo

da peça e/ou das máquinas injetoras disponíveis. Geralmente não são necessárias múltiplas cavidades quando a

produção requerida é baixa, ou quando a peça for grande, ou ainda quando o custo do molde deva ser mantido baixo.

A utilização de um molde com cavidades múltiplas reduz o custo da mão-de-obra direta por aumentar a produção, mas o preço do

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Projeto de moldes 135

molde será mais elevado do que o de um molde de simples cavidade. Também o custo da hora-máquina será maior devido à deprecia~ão da máquina injetora.

A determinação do efeito de múltiplas cavidades sobre o custo da peça é bastante similar para qualquer caso, a não ser em situações muito especiais.

Como exemplo de porte de máquina para um mesmo tipo de peça, considerando uma, duas, ou quatro cavidades, temos: máquinas injetoras pequenas com até 150 t de fechamento e 60 g de capacidade de injeção; máquinas médias que variam de 200 até 350 t de fecha- mento e 150 g de capacidade de injeção; enquanto uma máquina grande tem capacidade acima de 400 t de fechamento e 300 g de capa- cidade de injeção.

Cálculos comparativos utilizando moldes com uma, duas, quatro cavidades.

Caso 1 - Utilizando um molde de cavidade simples, em uma máquina pequena, com 60 g de capacidade de injeção:

a. Ciclos por hora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .I00 b. Custo do molde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$12 000,OO c. Custo hora/máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$20,00 d. Custo do material por peça . . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$ 0,20 e. Custo da mão-de-obra direta e indireta . . . . . . . . .R$ 0,20

Para 10 000 peças

a. Custo do material por peça . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$0,20 b. Custo da mão-de-obra direta e indireta por peça .R$0,20 c. Custo da máquina injetora por peça(20,00/100) . .R$ 0,20 d. Amortização do molde(l2 000,00/10 000) . . . . . . .R$1,20 e. Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$1,80/peça

A produção diária será de 800 peças, com um turno de 8 horas, e para cumprir a produção total serão necessários 12,5 dias.

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Para 100 000 peças

a. Custo do material por peça . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$0,20 b. Custo da mão-de-obra direta e indireta . . . . . . . . .R$0,20 c. Custo da máquina injetora por peça(20,00/100) . .R$ 0,20

. . . . . . d. Amortização do molde(l2 000,00/10 000) .R$0,12 e. Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . K$0,72/peça

A produgão diária será de 800 pegas, com um hirno de 8 horas, e para cumprir a produ~ão total serão necessários 125 dias.

Caso 2 - Utilizando um molde de duas cavidades em uma máquina média, com 120 g de capacidade de in/ecão:

a. Ciclos por hora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 9 0 (produção de 180 peçadhora)

b. Custo do molde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R$20 000,OO c, Custo hordmáquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R$30,00 d. Custo do material por peça. . . . . . . . . . . . . . R$0,20 e. Custo da mão-de-obra direta e indireta . . . . R$0,20 x100/180

Para 10 000 Peças

a. Custo do material por peça . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$ 0,20 b. Custo da mão-de-obra direta e indireta por peça .R$0,11 c. Custo da máquina injetora por peça (30,00/180) . .R$0,17 d. Amortização do molde (20 000,00/10 000) . . . . . .R$2,00 e. Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$2,48/peça

A produção diária será de 1 440 peças, com um turno de 8 horas, e p& cumprir a produção total serão necessários 7 dias.

Para 100 000 peças

a. Custo do material por peça . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$0,20 b. Custo da mão-de-obra direta e indireta por peça .R$O,11 c. Custo da máquina injetora por peça (30,00/180) . .R$0,17

Page 137: MOLDES DE..[1]

Projeto de moldes 137

d. Amortização do molde (20 000,00/100 000) . . . . .R$0,20 e. Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$0,68/peça

A produção diária será de 1 440 peças, com um turno de 8 horas, e para cumprir a produção total serão necessários 70 dias.

Caso 3 - Utilizando um molde de quatro cavidades em uma máquina grande, com 300 g de capacidade de injeção:

a. Ciclos por hora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 (produção de 320 peças/hora)

b. Custo do molde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$30 000,OO c. Custo hora/máquina . . . . . . . . . . . . . . . . .R$40,00 d. Custo do material por peça . . . . . . . . . . . .R$0,20 e. Custo da mão-de-obra direta e indireta . .R$0,20 x 100/320

Para 10 000 peças

a. Custo do material por peça . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$0,20 b. Custo da mão-de-obra direta e indireta por peça .R$ O,O6 c. Custo da máquina injetora por peça (40,00/320) . .R$0,125 d. Amortização do molde (30 000,00/10 000) . . . . . .R$3,00 e. Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$3,385/peça

A produção diária será de 2 560 peças, com um turno de 8 horas, e para cumprir a produção total serão necessários 4 dias.

Para 100 000 peças

a. Custo do material por peça . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$0,20 b. Custo da mão-de-obra direta e indireta por peça .R$0,06 c. Custo da máquina injetora por peça (40,00/320) . .R$0,125 d. Amortização do molde .... (30 000,00/100 000) . . .R$ 0,30 e. Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .R$0,685/peça

A produção diária será de 2 560 peças, com um turno de 8 horas, e para cumprir a produção total serão necessários 39 dias.

Page 138: MOLDES DE..[1]

138 MOLDES PARA INJEÇÃO D E TERMOPLASTICOS

Além das considerações econômicas e de prazo, recomenda-se também avaliar a disponibilidade das máquinas injetoras, as proprieda- des das peças injetadas em múltiplas cavidades, a manutenção dos moldes, o local onde será feita a injeção, etc.

Por outro lado, o risco maior com moldes de múltiplas cavidades será o da aceitação do produto pelo mercado, ou seja, da necessidade de desmobilização do molde (investimento). Ao se projetar um molde, é preciso estar atento a todas as especificações das máquinas injetoras envolvidas, como sua capacidade de plastificação e de injeção, a distân- cia entre colunas, o curso de abertura da máquina (altura do molde), o ciclo em aberto, etc.

Quantidade

10 O00 1OO 000

7.6 - Coluna-guia e bucha-guia

Estes itens são componentes do molde confeccionados em aço cromo-níquel, endurecidos e retificados, tendo por função a localiza- ção das duas metades do molde. O comprimento "L" (Figuras 95a e 95b) da coluna é sempre o suficiente para assegurar que esta se encaixe ade- quadamente na bucha-guia antes do encaixe da forma do molde.

1 cavidade Custo

(R$/peça) 1 s

0,72

2 cavidades Prazo (dias) 12,5 125

Custo (R$/peça)

2,48 0,68

3 cavidades Custo ' Prazo Prazo

(dias) 7 70

(R$/peça) (dias) 3,38 4 1 O,68 i 39 1

Page 139: MOLDES DE..[1]

Projeto de moldes 139

Tabela convencional para coluna-guia

Tabela convencional para bucha guia

10L15 ' d + i i m m d l + 4 / 5

21a25- 26a30

7.7 - Pinos de extração

1,5 1.5 16a20

São barras de aço cromo-níquel ou aço prata, usinadas, endureci- das e retificadas, e que são empregadas nos moldes de injeção com

O comprimento

relaciona-se d + G m m ! d 1 + 5 I 5 d + 8 m m d ; + 5 d+10mm I dl + 6

5 10

195 2.5

com a altura

do molde

Page 140: MOLDES DE..[1]

variadas funções, tais como: extrair produtos, retirar o conteúdo do canal da bucha de injeção e retroceder o mecanismo extrator.

Para extrair o produto, os pinos mais usados são os cilíndricos (a), os rebaixados (b) e os com rebaixo em meia-cana (c) - (Figura 96).

e++ ------ + (a)

Para extrair o conteúdo do canal da bucha de injeção, o pino extra- tor pode ser do tipo com retenção em ângulo (Figura 97), com canal de retenção côncavo (Figura 98 a) e com ângulo reverso (Figura 98b).

Canal de injeção

Sistema de retenção

Fig. 97 Pino de extração 'Z"

Fig. 98a Fig. 98b

Page 141: MOLDES DE..[1]

Projeto de moldes 141

Os pinos de extrdção do canal da bucha de injeção (Figuras 98a e 98b) apresentam a desvantagem de reter o sistema de alimentação. Para realizar o desprendimento do sistema de alimentação, utiliza-se a garra de retenção no molde através de um extrator cilíndrico. (Figura 99 e 100)

cilindrica Fig. 99

Outros tipos de retenção do canal de injeção

el de e n g o

o

Pino de extração Via lateral Vista fronlal

com rosca extração reten~ão Fig. 100

Page 142: MOLDES DE..[1]

7.7.1 - Pino de retrocesso do mecanismo extrator ou pino de retorno

Como exemplo, a Figura 101 representa um pino de retorno

OBS.: Nos elementos citados nos itens 7.6 e 77 utiiizar sempre que possível "ELEMENTOS

PADRONIZADOS"

-----

7.8 - Saídas de gases

Fig. 101

Cada cavidade deve ser ventilada adequadamente para permitir a saída do ar e de gases presos quando for penetrada pelo plástico. Natu- ralmente, o plástico não poderá fluir perfeitamente na cavidade sem que o ar escape.

Este fato vital às vezes é esquecido, e os resultados inevitáveis são peças incompletas, zonas queimadas, junções fracas, mau acabamento, marcas de fluxo ou cavidade preenchida vagarosamente. O projeto deste detalhe requer a mesma consideração que o projeto da entrada. Sem uma saída de gases adequada, é impossível obter uma perfor- mance aceitável.

Cavidade Parte externa do molde

Saídas 3 a 6 mm de largura

0.05 mm de profundidade

'i Saídas na linha de partição

-0,05 mm no pino extrator

Saidas nos pinos Fig. 102

1

Page 143: MOLDES DE..[1]

Projeto de moldes 143

As saídas de ar devem ser incorporadas na linha divisória das duas partes do molde, com uma profundidade de 0,05 mm, e largura de 3 a 6 mm, estendendo-se desde a cavidade até o exterior do molde, como mos- tra a Figura 102. A profundidade de saída de ar deverá aumentar leve- mente à medida que se distancia da cavidade, de tal modo que não haja obstrução com o uso. A cavidade também pode ser ventilada fazendo-se uma abertura de 0,02 a 0,05 mrn ao redor do pino extrator, ou construindo partes planas com 0,05 mrn de profundidade, paralelas ao eixo do pino, como mostrado na Figura 102. Uma saída de ar deverá ser colocada em todos os pontos da linha divisória do molde onde ocorra uma junção.

o p frio

Detalhe ampliado

I Fig 103 1 A junção produzida pela interseccão do fluxo do plástico, que flui

ao redor de um pino ou macho, pode ser minimizada instalando-se uma saída especial, mais larga, chamada cavidade auxiliar de solda (ou, às vezes, "poço frio"). O desenho da Figura 103 mostra que a profundidade da saída de ar deve ter cerca de 1/3 da espessura da parede da peça de tal forma que o seja forçado a passar através de uma saída que conduz à cavidade cilíndrica. Esta cavidade está ligada a um pino de extração e o ar preso pelo avanço dos dois fluxos de plástico escapa por esta cavidade. Concomitantemente, o plástico já frio é forçado a entrar na cavidade auxiliar de solda, fazendo com que a junção final seja for- mada pelo material mais quente Dessa forma, é obtida uma junção mais forte e menos visível. A cavidade a d i a r de solda é extraída junto com a peça e cortada posteriormente. Estas cavidades auxiliares, cada uma com seu pino extrator, também podem ser usadas para evitar as marcas dos pinos extratores na superfície da peça moldada.

Page 144: MOLDES DE..[1]

7.9 - Classificação dos moldes

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.

Placa impulsora

Ar comprimido núcleo rotativo

I Indireta

Direta

Pinos Camisa Lâmina Ação retardada Placa extratora Tirante

Restrita Leque Flash Capilar Aba Submarina Disco

Direta Câmara quente Canal isolado Canal quente

Page 145: MOLDES DE..[1]

Projeto de moldes 145

7.10 - Sistema de alimentação das cavidades

O sistema de alimentação das cavidades subdivide-se em:

Sistema de alimentação

r

Indreta

Direta

i

r Restrita Leque Flash Capilar Aba Submarina Disco

L

r

Direta Câmara quente Canal isolado Canal quente

C

Todo o percurso do material plástico fmdido, 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 ponto de injeção, produto moldado e poço frio (na alimen- tacão indireta).

7.10.1 - Canais de distri bu i~ao

Os canais de distribuição transferem o material desde o bico até as entradas das cavidades. O correto dimensionarnento, portanto, é íunda- mental: canais com pequenas seções transversais (muito finos) neces- sitam de altas pressões de injeção e levam mais tempo para preencher as cavidades; canais maiores permitem um melhor acabamento nas peças injetadas e minirnizam iinhas de junção de fluxo e tensões inter- nas. No entanto, canais excessivamente grandes também podem cau- sar problemas em razão dos seguintes fatores:

a A solidificação dos canais é mais demorada e, conseqüente- mente, o ciclo é mais prolongado.

Edna
Highlight
Edna
Highlight
Edna
Highlight
Edna
Highlight
Edna
Highlight
Page 146: MOLDES DE..[1]

e O peso dos canais é maior, diminuindo, portanto, a capacidade útil da máquina e de plastificação.

e Canais largos produzem mais rebarbas, que devem ser moídas e reprocessadas, aumentando o custo e a possibilidade de conta- minação. Em moldes de duas placas com mais de oito cavidades, a área projetada do sistema de canais aumenta significativamente as dimensões projetadas das cavidades, reduzindo, dessa maneira, a força de fechamento efetiva.

Note-se que estas desvantagens não se aplicam a moldes com canal quente.

De forma geral, os canais circulares (Figura 104) são mais recomen- dados, pois apresentam uma superfície de contato mínima entre o plás- tico e o molde, minimizando, conseqüentemente, 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.

Não recomendado Recomendado

Os canais totalmente circulares precisam ser trabalhados em am- bas 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 cir- cular.

Canais de seções semicirculares (meia-cana) ou retangulares não são recomendáveis. Na forma trapezoidal, a profundidade é igual à lar- gura. A forma ideal (50 de afunilamento) é obtida concebendo-se a lar- gura com dimensões 1,18 vezes maiores que a profundidade. ATabela a seguir apresenta a profundidade necessária da forma trapezoidal para se obter uma área equivalente à da seção de forma circular.

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Projeto de moldes 147

Área equivalente da seção trapezoidal e circular

Na Tabela abaixo apresentamos os valores típicos do diâmetro do canal de alimentação empregados para moldagem dos termoplásticos mais usuais.

Diâmetro do canal circular

(mm)

Material Diâmetro típico do canal de alimentação-(em mm)

Área da seção

(mm3

Profundidade do canal trapezoidal equivalente

(mm2>

I ABS, SAN 1 4,8 - 9,5

Polipropileno

Polietileno

I Poliestireno I 3 - 9,5 I

4,s - 9,5 1,6 - 9,5

1 Poliamida I 16- 9,5 I PVC Rígido

Polioxi fendeno

Policarbonato

4,8- 9,5 6,3- 9,5 4,s- 85

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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 solidificaçâo do material no seu interior.

Não há necessidade de se polir a superfície dos canais. Pelo con- trário, superfícies não polidas têm a vantagem de reter a película do material frio adjacente às paredes, facilitando sua liberação para o inte- rior das cavidades.

O diâmetro dos canais para o uso do poliestireno deverá ser de pelo menos 3 mm. Canais mais compridos requerem diâmetros maio- res, 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.

Diâmetros de canal recomendados

As íntersecções dos canais secundários com os principais deverão ser arredondadas, com raio de 3 mrn. 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 de tal forma que a distância a ser percorrida pelo plástico, desde a bucha até as cavidades, seja a mesma. Isso per- mite uma distribuição eqüitativa da pressão de injeção para cada cavi- dade, fazendo com que a velocidade de entrada do fluxo em cada cavi- dade seja a mesma. A Figura 105 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:

Secundário

4 mm - - 5 mm

G mm 8 mm 8 mm

Comprimento 1 Principal do canal principal ]

Até 75 mm I - --

i 5 mm 75 rnm a 150 mm I 6 mm

I

150 mm a 225 mm I 8 mm r 225 rnrn a 300 rnrn I

I Mais de 30 mm 9,5 mm 9,5 mm

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Projeto de moldes 149

Náo balanceado

Bico -b % Balanceado

mesma distáncia do bica alb cada uma das cavidades

1 Fig. 105 1

7.1 0.2 - 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 injegão, constitui o sistema de alimentação indireta, como mostrado na Figura 106.

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I Comprimento da entrada 1

A - Canal de injeção da bucha B - Canal de distribuição primário C - Canal de distribuição secundário D - Entradas ou pontos de injeção E - Produto moldado F - Poço frio

O material passa através do canal da bucha de injeção (A), ao canal primário (B), aos canais secundários (C) e pelas entradas (D), antes de chegar às cavidades (E). O sistema de alimentação deve ser o mais curto possível, para reduzir as perdas de pressão e calor do sistema.

Quando o material não está sendo injetado, durante o ciclo de inje- ção, ele resfria na extremidade do bico de injeção da máquina. Para evi- tar que este material frio penetre nos canais do sistema ou na cavidade, faz-se um prolongamento do canal da bucha, chamado poço frio (Figura 107), que recebe este material e, ao mesmo tempo, favorece a extração do canal da bucha.

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Projeto de moldes 151

Bucha de injeçào

Moldagern da bucha de inleção

7.1 0.2.1 - Entradas

A entrada ou ponto de injeção é um canal ou orifício que liga o sis- tema 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 pro- duto de forma manual ou automática. Reduzir marcas no produto provocadas pelo sistema de alimen- tação. Reduzir a necessidade de compactação (pressão final de inje- ção) necessária durante a moldagem para compensar a contração do material plástico.

A entrada controla a velocidade do fluxo do material na cavidade e também o seu "empacotamento'l O tamanho e a forma da peça deter- minam 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 colo- cada no lugar mais indicado.

A localização ideal é o mais próximo possível do centro da peça,

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152 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS

a fim de minirnizar as distâncias que o material deve percorrer para encher a cavidade. Quando o projeto da peça impedir este posiciona- mento, deve-se utilizar uma entrada maior, ou várias entradas por cavi- dade, permitindo um enchimento mais rápido.

Na maioria dos casos, a entrada é limitada pela posição da cavida- de e a linha divisória do molde. É preferível colocar a entrada na seção mais espessa da peça, que demora mais para se solidificar, evitando-se, assim, marcas de "chupado. Também deve estar localizada em pontos onde a peça seja menos tensionada, pois normalmente a área de entrada é a mais fraca da peça.

Como já vimos, a "distância de fluxo" é o comprimento do caminho que o plástico percorre desde a entrada até a extremidade oposta da cavidade. A expressão "razão de fluxo" significa a relação entre a distân- cia de fluxo e a espessura da seção nominal da peça. Cada material plás- tico possui um lunite de razão de fluxo, de acordo com suas proprieda- des reológicas: para o poliestireno padrão de uso geral, este limite é de aproximadamente 300: 1; para o poliestireno padrão resistente ao calor, de 200:l; para tipos de médio e alto-impacto, de 200:l a 250:1, depen- dendo de seu índice de fluidez.

Quando o uso de uma única entrada provocar uma razão de fluxo maior que as indicadas acima, deverão ser usadas duas ou mais entra- das.

Por exemplo, numa peça de refrigerador com comprimento de 90 cm e espessura de 1,5 mm, na qual se utiliza apenas uma entrada na região central, a razão de fluxo seria de 45 cm dividido por 0,15 cm, ou seja, 300:l. Neste caso, a cavidade não seria convenientemente preen- chida com poliestireno alto-impacto, a não ser que se usasse uma entrada do tipo flash. A solução indicada neste caso seria usar duas ou mais entradas. Duas entradas provocarão sempre a presença de uma linha de junção, que aumenta na medida em que a distância entre a entrada e a linha de junção for maior. Assim, a utilização de três ou qua- tro entradas demonstra ser mais adequada por obter uma linha de jun- ção mais resistente e menos perceptível. Entradas múltiplas permitem, ainda, que cada entrada seja mais fma e, portanto, a solidificação seja mais rápida, resultando em ciclos mais rápidos.

O posicionamento das cavidades no molde, independente de sua quantidade, deverá ser simétrico em relação ao eixo do bico de injeção,

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Projeto de moldes 153

para assegurar uma distribuição uniforme de pressões. Freqüente- mente estas necessidades determinam a localização das entradas.

A dimensão da entrada depende das seguintes condições:

fluidez do material a ser moldado, espessura da parede do produto, volume de material a ser injetado,

a temperatura do material fundido, a temperatura do molde.

Não existem medidas teóricas ideais para uma entrada. A escolha de seu tamanho é normalmente baseada na experiência.

O sistema de alimentação indireta pode ser classificado em oito tipos distintos, de acordo com as entradas que possuírem. São elas:

Entrada restrita. (circular e retangular) Entrada em leque.

a Entrada tipo flash. Entrada capilar. Entrada em aba.

a Entrada submarina. a Entrada em anel.

Entrada em disco.

Entrada restrita: é a abertura que existe entre o canal de alimen- tação e a cavidade onde é moldado o produto. É utilizada para alimen- tação lateral ou pelo centro, sendo adequada particularmente para materiais de fácil fluxo. Pode ser circular ou retangular.

Vantagens

Solidifica rapidamente, após o término do fluxo do material. Reduz a necessidade de manter a pressão final para compacta- ção, com conseqüente diminuição de tensões na área do ponto de injeção.

a Pode ser cortada com maior facilidade. a Melhora a aparência do produto, sem requerer acabamento

posterior.

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Desvantagem Não é recomendada para materiais viscosos.

Caractem'sticas Em geral, as entradas restritas circulares têm diâmetros de 0,75 a

1,5 mm, ou uma área correspondente à mesma seção para formas re- tangulares.

Para a determinação de suas dimensões, frequentemente adota-se a regra aproximada do diâmetro ou espessura da entrada igual à me- tade da espessura da peça no ponto de injeção.

O comprimento da entrada (c) é igual ao diâmetro da entrada (dl) (Figura 108).

Fig. 108 I

Uma entrada muito longa causa queda de pressão e, conseqüen- temente, dificulta o enchimento da cavidade.

São apresentados a seguir exemplos de cálculos para entrada restrita, baseados no diâmetro do canal de distribuição primário ou secundário.

Entrada circular

d = Diâmetro do canal d~ = Diâmetro da entrada Constante = 4,5

Exemplo - para d = 6 rnrn

Sendo: dl =

475

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Projeto de moldes 155

Entrada retangular

A largura da entrada é 2,5 vezes maior que a profundidade. Conforme representado na Figura 110.

d = Diâmetro do canal C = Largura da entrada L = profundidade da entrada Constante = 20 Área do canal = nR2

Área do canal = área do canal 20

Exemplo:

Calcular a largura e a profundidade da entrada de um canal de 6 rnm de diâmetro.

Área do canal = nR2 = 3,14 x 9 = 28,26 1111112

Área de entrada = 28.26 = 1,41 m m 2

20 L = 1.41 L = 0,75 mm

275

Entrada restrita (circular)

As entradas circulares (Figura 109) e as semicirculares, por serem relativamente grandes, oferecem pouca resistência ao fluxo do material, tendo sido, portanto, muito usadas no início do desenvolvimento da moldagem por injeção devido à pouca pressão disponível das máqui-

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nas na época. Atualmente, são utilizadas para injetar peças de grandes seções, com espessuras superiores a 6 mm, como cabos de escovas ou materiais sensíveis ao calor e de viscosidade elevada. Esse tipo de entrada é conveniente para reduzir as tensões internas ocasionadas pela orientação do fluxo, mas requer tempos maiores de solidificação do material. Além disso, poderá ocorrer tensão na região da entrada. Para o poliestireno, a espessura da entrada não deve exceder 2/3 da espessura da peça na região mais próxima à entrada.

l"L Bico

Dimensões para entrada restrita, sugerida para o poliestireno de uso geral.

1 Bucha de lnjgão

A 3

Entrada dmlar

1 Entrada retangular Fig. 110 1

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Projeto de moldes 157

Dimensões aproximadas para entradas restritas

Massa do produto

(8)

Entrada em leque

A entrada tipo leque (Figura lll), não é nada mais do que a entrada circular achatada, usada para peças com grande área e paredes finas, como visores de relógios, lentes, e outras peças similares que tenham uma elevada razão entre a área de superfície e a espessura.

C L C L

2 x 0,8 a 2,5 x 1

2,5 x 1 a 3 x 1,2

3 x 12 a 3,5 x 1,4

G 1 D O a10

I 2,5 a 3,5

10 a 20 1 3,5 a 4,5

leque

I I

Entrada Fig. 111

Dimensões da entradaretangular

(mm)

Diâmetro menor do canal da bucha

d3 0,6 a 0,8

0,8a 1,2

Diâmetro da entrada circular

20 a 40 1 4 a 5 1 i a 1,8

( n m ? (mn-i?

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A espessura dessa entrada não deverá ser maior que a metade da espessura da peça, de tal modo que a entrada se solidifique rapida- mente logo após a cavidade ter sido completada, evitando tensões na entrada. A largura depende do tamanho da cavidade, da forma que o material flui desta, e da rapidez de enchimento da cavidade.

Lamentavelmente, não há nenhuma fórmula teórica para se calcu- lar esta abertura. A forma mais prática é começar com uma espessura equivalente a 1/3 da espessura da peça e com uma largura de 3 mm, aumentando gradativamente. Embora este método pareça demorado, ele é válido, pois permite a obtenção de entradas pequenas com con- seqüentes ciclos rápidos.

Entrada tipo flash

A entrada do tipo "flash" (Figura 112), foi recentemente desenvolvida e se aplica para áreas grandes e planas. Um canal secundário, paralelo à cavidade, é alimentado pelo canal principal. A distância entre a cavidade e o canal de distribuição, neste caso, é geralmente de 0,5 mrn a 0,8 mm. A espessura da entrada é de 0,5 mm, com a largura variando de acordo com o tamanho da peça. Este tipo de entrada possibilita um rápido enchimento da cavidade, bem como um rápido resfiiamento, o que per- mite ciclos curtos. Note-se que uma entrada do tipo flash, com 150 mrn de largura por 0,5 mm de espessura, possui uma seção transversal maior que uma entrada em leque com 1,3 mm de espessura por 25 mm de lar- gura, possibilitando, portanto, um enchimento mais fácil da cavidade.

Entrada em

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Projeto de moldes 159

A desvantagem da entrada tipo flash é o longo canal de distribui- ção, que tem de ser moído. Assim, muitas vezes se dá preferência a uma entrada de desenho intermediário entre os tipos flash e leque.

Entrada capilar

A entrada capilar (Figura 113) é usada sempre que o desenho do projeto permite, porém, não deve ser empregada com materiais muito viscosos ou sensíveis ao calor. A entrada capilar é a melhor maneira de controlar o f l u o de entrada para a cavidade, sendo de extrema impor- tância para balancear as entradas dos moldes com muitas cavidades.

Fig. 113 1

Bico de molde

ZI

Macho - L

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Devido às suas pequenas dimensões, a entrada capilar se solidifica rapidamente, permitindo ciclos curtos e tensões reduzidas. O tamanho pequeno reduz ou elimina completamente as operações de remoção da entrada e permite o seu corte automático em moldes com três pla- cas e com canais quentes.

A principal desvantagem é que, quanto maior a entrada, mais veloz se tornará o fluxo do plástico, fazendo com que parte da energia ciné- tica seja convertida em calor e, em casos extremos, causando queima ou degradação do material. Menos frequente pode ocorrer "jatea- mento': que é a extrusão, dentro da cavidade de um fio comprido de material que se solidifica rapidamente, adquirindo uma forma ondu- lada. Este fio de plástico já solidificado é deslocado pelo material quente que entra, provocando o aparecimento de marcas de fluxo e tensões devidas ao cisalhamento entre o material novo e o fio solidificado. Por esta razão, a entrada capilar deverá estar localizada de tal maneira que o material que entra se choque imediatamente com um obstáculo (pino, etc).

Entrada em aba

I

Molde de duas cavidades por peças injetadas com entrada tipo ABA

I l J Molde de quatro cavidades em

entradas tipo ABA unidas

J

Molde de oito cavidades em entrada tipo ABA Fig. 114

I

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Projeto de moldes 161

Dimensões recomendadas para a entrada em aba Largura Y = D, Profundidade X = 0,91, Comprimento Z = 1.1/2 D (mínimo)

A entrada em aba (Figura 114) é uma solidificação da entrada capi- lar, utilizada nos casos onde o material que entra não pode ser dirigido diretamente contra um obstáculo. Pode-se notar na Figura 115, que a entrada capilar encontra-se ao lado da aba e, portanto, choca-se contra a parede oposta da mesma. Isso converte o jateamento inicial em uma massa compacta que posteriormente entra na cavidade na forma de uma onda suave (Figura 116). A espessura da aba deverá ser de 1/2 a 2/3 da espessura da peça. A largura deverá estar entre 6 mm e 10 mm para o poliestireno e o comprimento deverá ser o dobro da largura. A entrada deverá ser feita na metade de aba.

Fluxo turbulento Fluxo suave (esguichado) /

Fig 116 1

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162 MOLDES PARA INJEÇÃO D E TERMOPLÁSTICOS

No caso de entradas capilares, é necessário que estas estejam loca- lizadas exatamente no meio do canal para que possam receber o plás- tico mais quente que flui nesta região. O comprimento deverá ter entre 0,5 mm e 0,8 mm e a abertura da entrada deverá alcançar medidas de, no mínimo, 0,5 mm x 0,5 mm para poliestireno de uso geral e 0,5 mrn x 0,10 mm para alto impacto. Para peças grandes, geralmente, são usa- das entradas maiores.

Entrada submarina

A entrada submarina (ou submersa) da Figura 117 é uma modifica- ção do sistema anterior, com a entrada se localizando abaixo da linha de abertura. A entrada é afunilada, convergindo em 3 a 50 desde o canal até a entrada, com a finalidade de permitir uma fácil extração, devendo pos- suir cerca de 0,8 mm de diâmetro. A entrada submarina pode também penetrar num canal auxiliar (Figura 118), que após a injeção é cortado da peça. Nessa Figura temos um pino sobre o canal auxiliar de injeção que retira a peça de forma suave e corta a entrada submarina. Sua prin- cipal vantagem é a ausência de sinais de entrada na superfície da peça.

I

Bico

Entrada submarina

Fig. 117

Fig. 118 ~

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Projeto de moldes 163

Entradas em anel e disco

As entradas em anel (Figura 119) e em disco (Figura 120) são modi- ficações do tipo leque, sendo especiais para certos tipos de peças. A entrada tipo anel é usada para peças cilíndricas, ocas ou tubulares, for- necendo um fluxo uniforme ao longo do macho cilíndrico e evitando o desvio deste devido a altas pressões de injeção. A entrada tipo disco é usada em aberturas circulares na peça, sendo posteriormente retirada por uma matriz especial. Se a abertura circular da peça for superior a 50 mm de diâmetro, não é necessário nem conveniente usar toda a circunferência como entrada. Para peças com aberturas superiores a 100 mm, é preferível utilizar uma série de entradas submarinas com canais ou pinos posteriormente descartáveis.

Peça

Entrada tipo anel &- ,

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164 MOLDES PARA I N J E Ç ~ O DE T E R ~ ~ O P L Á S T I C O S

7.1 0.3 - Sistema de alimentação direta

Neste sistema, o material plástico flui diretamente do canal da bucha de injeção para a cavidade. É usado para produtos de grande volume em moldes de apenas uma cavidade e também é classificado de acordo com os tipos de entrada de injeção, que podem ser:

Entrada direta. Entrada restrita com câmara quente. Entrada restrita com canal isolado. Entrada com canal quente

Entrada direta

Neste tipo, o produto sai com a moldagem do canal da bucha de injeção, que deverá ser posteriormente retirada (Figura 121).

Produto moldado com moldagem da bucha de injeção

I

injeçáo

I Macho I

Fêmea Fig 121 1 Entrada restrita com câmara quente

Neste método, o produto sai livre da moldagem do sistema de ali- mentação (Figura 122).

Macho

Fig. 122

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Projeto de moldes 165

A entrada restrita com câmara quente apresenta vantagens sobre a entrada direta, pois o produto sai livre, não necessitando de operações posteriores, e o seu ciclo de injeção é menor.

Entrada restrita com canal isolado

Na alimentação com canal isolado, o diâmetro dos canais de distri- buição varia entre 12 e 20 mm, permitindo que o material plástico per- maneça quente e fluido em seu interior. Nos ciclos subseqüentes, a camada externa inicial permanece no lugar, como isolante, e o material novo flui continuamente pelo núcleo quente (Figura 123), enquanto o ciclo for mantido.

Material

produto moldado Fip. 123

Este sistema é utilizado em moldes de injeção para moldagens de produtos simples, com alta escala de producão, onde o funcionamento automático do molde livra o produto do sistema de alimentação (Figura 124).

Produto moldado

Fig. 124

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Vantagens - Não necessita de remoção do sistema de canais. - Evita o ajuste exato de temperatura nos canais.

Desvantagens - Só é usado para produtos com paredes delgadas. - Controle do ciclo de moldagem muito crítico.

Entrada com canal quente

O sistema de alimentação com canal quente é constituído por canais dentro dos quais o material plástico é mantido numa tempera- tura elevada, pronto para ser injetado nos ciclos seguintes. É usado em moldes com cavidades múltiplas para produção em alta escala.

Caracten3ticas Os canais são usinados em placas auxiliares dentro do molde e

aquecidos por elementos de calefação incorporados nas mesmas (Figura 125).

distribuição X

X = Canal usinado V = Canal usinado U = Canal usinado Z = Ponto de ruptura entre o produto e o canal Fie 125 1

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Projeto de moldes 167

A Figura 126 ilustra um sistema de canal quente. A placa que con- tém os canais quentes usinados deve receber uma quantidade de calor adequada e ser isolada do molde e da máquina.

O aquecimento é convenientemente feito com cartuchos eletrica- mente aquecidos; recomenda-se uma entrada de 1,2 a 1,8 W por cm3 de aço na placa. O calor requerido para manter o sistema de canais quen- tes em operação é muito menor que o introduzido pela potência acima, no entanto, uma reserva de calor é de grande utilidade durante o início do resfriamento do molde.

O isolamento das placas, que contém os canais usinados, é de vital importância, podendo ser feito com ar ou outro material isolante, como, por exemplo, placa de amianto.

Placa de acesso Parafuso de fixação

Aquecedores do biso\ da placa de acesso

/ Placa de extração Fig. 126 1

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7.1 0.4 - Injeção com sistema de câmara quente (51)

O que é câmara quente É um conjunto de elementos eletromecânicos que, quando insta-

lados em moldes de injeção de termoplásticos, mantém em seu interior o canal de injeção em estado plástico de fusão controlada.

A fabricação de sistemas multi-point de injeção, e de peças como bucha quente, bico quente, filtros homogeneizadores de fluxo e de sis- temas de controle microprocessados; e o apoio técnico para determi- nacão de parâmetros de projeto, análise de fluxo no preenchimento das cavidades, definição e dimensionamento dos pontos de injeção e dos alojamentos para implantação dos sistemas de câmara quente, melhorou muito a qualidade obtida na produção de pegas plásticas.

Vantagens da utilização dos sistemas de câmara quente Há uma grande melhoria no processo de injeção pelos pontos

destacados a seguir: Simplij?cação de projeto e fabricação do molde

Elimina o cálculo de dimensionamento dos canais de alimenta- ção. Elimina as placas flutuantes e extratoras dos canais móveis. Elimina os pinos sacadores com ajuste cônico, colunas longas, puxadores e limitadores. Reduz em alguns casos em até 30% o tempo de construção. Otimização do layout do molde devido ao melhor balancea- mento das cavidades.

Redução da pressão de injeção nas cavidades Como o material plástico está no estado pastoso, não há troca tér-

mica com as paredes do molde como nos canais convencionais, e a pressão necessária para preencher as cavidades será sempre menor, podendo chegar em até 50% de redução da pressão de injeção.

(51) Este item foi adaptado do trabalho escrito por Ney Kaiser, engenheiro da

empresa Delkron

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Projeto de moldes 169

Possibilidade da utilização de máquinas de menorporte Devido à redução do volume a ser injetado, as máquinas injetoras

e alimentadores pequenos têm menor curso de abertura e de área pro- jetada em razão da inexistência do canal de alimentação. As máquinas injetoras de menor porte também estão disponíveis a preços mais em conta e por menos custo-hora máquina.

Equipamento de refrigeração: como o volume a ser injetado é menor assim como a quantidade de calor a ser retirada também, o equi- pamento terá menor porte.

Equipamento de preparação e recuperação de matéria-prima: com a diminuição do canal de injeção, reduz-se a utilização de moi- nhos, misturadores, balanças, extrusoras e carrinhos de transporte.

Redução do custo de mão-de-obm direta: eliminação da mão-de- obra para a retirada dos canais, rebarbações, movimentação e moagem dos canais. A diminuição da mão-de-obra também ocorre na alimen- tação das máquinas.

Redução do custo da matéria-prima: pela eliminação da perda de material; redução do peso das peças e utilização de espessuras meno- res. Possibilidade de utilização de resinas de menor custo devido à melhoria da resistência mecânica da peça moldada.

Possibilidade de preenchimento das cavidades com espessuras menores: devido à menor perda de pressão e de temperatura oferecida pelo sistema, pode-se utilizar peças com paredes menores, pois não existe a necessidade do canal de alimentação.

Melhoria das propriedades físico-mecânica da peça injetada: aumento da resistência mecânica devido às menores tensões internas (shearratex shearstress) em até 50% devido à eliminação das juntas frias.

Redução de contrações e chupagens: devido à entrada de injeção permanecer fundida, transfere-se com eficiência a pressão de recalque na cavidade.

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170 MOLDES PARA INJEÇAO DE TERMOPLÁSTICOS

Melhoria da qualidade visual: à medida que o material preenche a cavidade na temperatura ideal, elimina-se a marca de fluxo e de linhas de solda e melhora-se o brilho e transparências das peças.

7.1 1 - Sistema de extração

Como já foi visto, um produto moldado que se resfria na cavidade do molde sofre contração. Se o produto moldado não tiver forma interna, como, por exemplo, um bloco sólido, a contração se dará das paredes da cavidade para o centro (Figura 127), possibilitando uma téc- nica simples de extração.

Cavidade

Prod moldado Fig. 127

No entanto, se o produto moldado possui uma forma interna, sua contração se dará sobre o macho (Figura 128). E, neste caso, é necessá- ria uma técnica de extração efetiva.

1 I

Fig. 128

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Projeto de moldes 171

As considerações mais importantes quanto ao desenho de um mecanismo de extração, são:

a O diâmetro dos pinos deve ser tão largo quanto o desenho per- mitir. Deverão ser colocados tantos pinos quanto possível, sem inter- ferir na tubulação de refrigeração.

a Os pinos deverão empurrar de forma uniforme a peça moldada, para retirá-la de maneira suave e sem distorções.

A pressão necessária para extrair a peça injetada da cavidade depende dos seguintes fatores:

a Ângulo de saída nos lados. Área de contato.

a Polimento dos lados. a Pressão de injeção (ou grau de empacotamento). a Presença de agentes desmoldantes, tanto no plástico como na

superfície do molde.

Se os pinos são poucos ou de pequeno diâmetro, a pressão exerci- da por eles pode ser suficiente para distorcer a peça ainda quente. Por exemplo, suponhamos que uma peça de poliestireno de alto-impacto necessite de uma força de 100 kg para ser retirada da sua cavidade. Se o molde tem somente quatro pinos com 3 rnrn de diâmetro, cada pino deverá exercer uma pressão de 280 kg/cm2, superior à força de resistên- cia ao cisalhamento do plástico quente. Neste caso, os pinos simples- mente passariam através do plástico. Quando se trabalha com ciclos cur- tos, a pressão exercida pela superfície dos pinos pode limitar a obtenção do ciclo mínimo devido ao tempo necessário para o plástico endurecer e resistir à pressão dos pinos.

Nesses ciclos, o interior do plástico apresenta temperaturas supe- riores às camadas externas, quando em contacto com o molde frio. Nes- tas condições, a concentração repentina de pressão ocasionada pelos pinos quando o molde abre, pode provocar tensões internas na peça que permanecerão após o seu resfriamento.

Apesar de não existir nenhum método de cálculo para determinar o número de pinos necessários, a experiência indica que os pinos devem ter uma superfície de contato de 6 cm2 para cada 600 cm2 de

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área de contato lateral (e não de área projetada). A vantagem de se utilizar pinos com maiores diâmetros é facilmente comprovada: para uma superfície de contato total de 6 cm2, seriam necessários 82 pinos de 3 mm, 20 pinos de (i mm, ou apenas 9 pinos de 10 mm.

Moldes bem constniídos, com ângulos de saída lateral bem calcu- lados e um sistema de extração adequado, não necessitarão da aplica- ção de agentes desmoldantes, como o estearato de zinco em pó ou óleo de silicone. A necessidade de utilização desses agentes desmoldantes demonstra que o molde precisa estar mais polido ou ter uma maior saída.

Em moldes novos podem existir marcas microscópicas provocadas pelas ferramentas empregadas na sua usinagem, tomando necessária a aplicação de agentes desmoldantes no período inicial de f~~nciona- mento do molde. Com o tempo, o contorno das cavidades na linha divi- sória do molde sofre um desgaste, produzindo novamente cortes miaoscópicos. Quando isto acontece, as pontas dos contornos devem ser tratadas e polidas para se ajustarem ao ângulo de saída. O uso de agentes desmoldantes aumenta o custo de produção, especialmente pelo tempo perdido em sua aplicação, que pode levar a um acréscimo de até 5 a 10% no tempo do ciclo total.

O sistema de extração subdivide-se em:

Pinos

Camisa

Lâmina im~dsora ' retardada

Placa extratora

Sistema Tirante

de extração Ar comprimido

\ Núcleo rotativo

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Projeto de moldes 173

7.1 1 .I - Sistema de extração por placa impulsora

Neste sistema, o deslocamento dos elementos que extraem o pro- duto moldado é efetuado por meio de uma placa chamada "placa impulsora" (Figura 129), que faz parte do molde. Esta placa é acionada diretamente pela máquina injetora.

Curso de extração r

'laca impuls estacionad duto

dado

\ Pino extrator Fig. 129 1

A Figura 130 mostra a atuação da placa impulsora acionando os elementos de extração.

Placa impulsora deslocada

Fig. 130

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O sistema por placa impulsora pode ser por:

e pinos. e camisa. e lâmina. e ação retardada. e placa extratora. e tirantes.

7.1 1.2 - Sistema de extração por pinos

É o tipo de extração mais comum por ser o de mais fácil colocação no molde. O produto moldado é extraído pela aplicação de uma força provocada por uma ou várias barras cilíndricas chamadas pinos extra- tores, que são fixados na placa impulsora.

A Figura l31 mostra o tipo de extração por pinos.

P i o de retorno Produto

Barra impuisora I

Extrator do canal Fig. 1311

Após a extração, a placa impulsora e os pinos extratores voltam à posição original por meio dos pinos de retorno, que são acionados com o fechamento do molde.

A fixação dos pinos na placa impulsora pode ser de três tipos: Figura 132

1) Com cabeça. 2) Retido por meio de grampo de molde. 3) Com cabeça remanchada.

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Projeto de moldes 175

1 Fig. 132 1 O método mais vantajoso é o de cabeça plana por oferecer maior

firmeza e segurança.

7.1 1.3 - Sistema de extração por camisa

Este tipo de extração é composto por uma bucha cilíndrica cemen- tada, temperada e retificada, montada na placa irnpulsora. É comu- mente usado em peças tubulares ou partes cilíndricas da moldagem. A Figura 133 apresenta a extração com uma camisa paralela plana.

Camisa extrator

I Macho

I Fig. 133

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Para reduzir o atrito quando o pino apresentar um diâmetro pequeno, aumenta-se o diâmetro interno da camisa em uma determinada extensão.

A Figura 134 apresenta uma extração com uma camisa escalonada, que é usada quando as paredes do produto são muito delgadas. Neste caso, para reduzir o atrito, deve-se rebaixar o macho em uma extensão determinada.

I Camisa escalonada I

I / Macho Fig. 134 /

7.1 1.4 - Sistema de extração por lâminas

Neste tipo de extração, são utilizadas lâminas finas, em geral feitas de aço cromo-níquel, cementadas, temperadas e retificadas, rigorosa- mente planas para um perfeito funcionamento.

São frequentemente usadas na extração de produtos com nervu- ras finas e profundas, que seriam de difícil extração por outros méto- dos. O extrator de lâmina deve se limitar à espessura da nervura, pois, ao se mover para extrair o produto, este não deve tocar nas partes late- rais da cavidade do molde.

A Figura 135a mostra um exemplo típico de extração por lâmina, colocada no centro da peça, para que não sofra quebras ou deforma- ções durante a extração. O curso da lâmina deve ser o menor possível, suficiente apenas para destacar o produto do molde.

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Projeto de moldes 177

Produto moldado

I /

Sentido em que a 18mina extr

produto Espiga redonda

Placa impulsora

Fig. 135a

As lâminas (Figura 135b) também podem ser empregadas quando o uso de pinos redondos for impraticável, ou seja, quando o diâmetro destes for muito pequeno, pois elas aumentam a área de contato, faci- litando a extração da peça.

7.1 1.5 - Sistema de extração por ação retardada

É aplicado principalmente em moldes automáticos, onde a extra- ção da moldagem cisalha o ponto de injeção antes de extrair o canal.

A Figura 136a mostra esquematicamente o funcionamento de uma placa impulsora por ação retardada.

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Os pinos de extração do produto estão normalmente presos à placa impulsora. O pino que extrai o canal e o ponto de injeção é colo- cado na mesma placa, passando livremente através dela e regulando a ação de retardamento por meio de outras placas.

Iniciando a extração, a peça se move para fora da cavidade por meio de pinos e, ao mesmo tempo, cisalha a entrada submersa. O extra- tor do canal e o ponto de injeção começam a se mover quando o anel de acionamento encosta-se à placa suporte, extraindo o canal e o ponto de injeção (Figura 136b).

Fin. 136a Fin. 136b I

7.1 1.6 - Sistema de extração por placa extratora

É um tipo de extração que consiste na colocação de uma placa ajustada que envolve a base da unidade-macho. Emprega-se onde a área de extração é uma aresta viva, como mostra a Figura 137.

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Projeto de moldes 179

A placa extratora é deslocada para frente, pelo acionamento da placa impulsora (Figura 138). O pino-guia (a) e a bucha-guia (b) são cementados, temperados e retificados na placa.

Produto extraido

Placa exlratora

cionador da aca exlratora

Fig. 138

Entre a placa extratora e o macho há uma folga mínima de 925 mrn, com um ângulo mínimo de 50, para evitar o atrito entre os dois.

A extração por placa propicia uma retirada segura do produto e se constitui em um dos tipos mais eficientes.

7.1 1.7 - Sistema de extração por tirantes

Neste tipo de extração, o deslocamento dos elementos que realizam a retirada da peça é provocado por tirantes, cujos extremos são fixados: um na parte móvel e outro na parte fixa do molde (Figuras 139 e 140).

Este tipo de extração pode ser feito por meio de tirantes (Figura 139) ou de correntes (Figura 140).

Fig. L

Placa extratora Placa da corrente

\ \

+L parte fixa

/ Suporte Fig. 140 1

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180 MOLDES PARA I N J E Ç Ã O DE TER~vOPLÁSTICOS

As correntes e os tirantes são colocados nas laterais do molde, que devem ter boa resistência e capacidade de suportar cargas até 2 000 kg. Correntes velhas e novas não devem ser usadas simultaneamente devido à diferença de distensão que, com o uso, provoca o desbalan- cearnento dos extratores.

Já os tirantes são geralmente feitos de barras de aço de baixo teor de carbono, podendo ser barras chatas, cilíndricas (Figura 141) e/ou com funcionamento telescópico (Figura 142).

Fig. 142

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Projeto de moldes 181

7.1 1.8 - Sistema de extração por ar comprimido

Consiste na introdução de ar comprimido entre a face do molde e o produto moldado. É um método eficiente para a desmoldagem de determinados tipos de peças, como caixas ou recipientes.

O ar é introduzido no ponto mais afastado da linha de contato, de tal forma que separe definitivamente a moldagem da parede do molde, antes que possa haver escape do ar. A Figura 143 mostra uma moldagem extraída do macho por meio desse tipo de extração, com o ponto de introdução localizado no topo deste.

Além de fazer uma extração positiva, esse método elimina o vácuo produzido quando a moldagem de tipo fechado é retirada da unidade- macho.

O detalhe na Figura 143 mostra um tipo de válvula de aço cromo- níquel cementado, temperado e retificado, que é operada pela introdu- ção do ar comprimido por trás da sua cabeça.

Entrada do ar v retorno comprimido da vAlvula

Fig. 143

O retorno é geralmente feito através de uma mola de compressão. A entrada pode ser controlada pelo operador da máquina injetora por meio de uma válvula externa, que também pode ser operada por con- trole automático.

Com a finalidade de eliminar arestas vivas, fez-se um rebaixo de 0,5 mm na válvula e na sede.

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7.1 1.9 - Sistema de extração por núcleo rotativo

É um sistema baseado na rotação dos núcleos (macho ou fêmea) roscados, que podem ser operados por:

cremalheira e pinhão, engrenagens helicoidais, parafusos sem fim e engrenagens.

É usado para grandes e rápidas produções, ou em produtos cuja rosca é retirada automaticamente durante ou depois da abertura do molde.

A Figura 144 mostra um método de acionamento do núcleo rota- tivo por cremalheira e pinhão.

A Figura 145a mostra o produto moldado no macho e a Figura 145b mostra o macho acionado libertando produto.

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Projeto de moldes 183

Fig. 145a

A Figura 146a mostra o produto moldado na cavidade. E na Figura 146b ocorre o acionamento da fêmea, libertando o produto do macho, processo esse complementado com a introdução de ar comprimido.

n +A Fig. 146a

Fig 146b I

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7.1 2 -Tipos de moldes

7.1 2.1 - Molde de injeção de duas placas

Este molde é constituído essencialmente de duas placas, uma com a cavidade fêmea e outra com um punção macho. (Figuras 147,148 e 149)

Anel de cenlragern Coluna auia

Placa fixa

Placa m6vel

Fig. 147 1

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Projeto de moldes 185

Vantagens - Podem ser usados todos os tipos de entrada. - É conveniente para injetar grandes áreas.

Desvantagens - Entrada direta apenas para um produto - Alta porcentagem de refugo de plástico, proveniente do sistema

de alimentação.

7.1 2.2 - Molde de injeção de três placas

Além das duas placas já conhecidas, uma do lado fixo e outra do lado móvel, este molde apresenta uma terceira placa, conhecida como placa flutuante ou central. Ela possui, na entrada, uma parte do sistema de distribuição e uma parte da forma do produto.

Na posição de abertura, esta terceira placa é separada das outras duas, permitindo a extração da peça moldada, de um lado, e do canal da bucha de injeção, com o resto do sistema de alimentação, do outro (Figura 150).

Molde de três placas A = Primeira etapa de abertura i3 = Segunda etapa de abertura Fig. 150

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Os moldes de três placas são ideais para cavidades múltiplas com injeção central ou para moldagem de produtos com grande área e entradas múltiplas (Figura 151).

Produto Sistema de alimentação

Placa flutuante Fia 151 1

7.1 2.3 - Molde de injeção com partes móveis

Moldes com partes móveis são aqueles que, em suas cavidades ou em parte delas, apresentam elementos que se movem em uma segunda direção. Estes moldes são empregados quando algum detalhe do pro- duto provoca uma retenção que impede sua extração. Este segundo movimento forma frequentemente um ângulo reto em relação à linha de abertura da máquina injetora.

Características: Partes móveis no lado fixo do molde, operados por pinos ou cames

presos no lado móvel (Figura 152).

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Projeto de moldes 187

Partes móveis no lado móvel do molde, operadas por pinos ou cames presos no lado fixo (Figura 153).

Fia. 153 1

Partes móveis operadas pelo sistema de extração (Figuras 154a e 154b). Em (a) o molde encontra-se fechado, e em (b) o molde está aberto, com o sistema de extração acionado.

\ Placa poria

machos Fig. 154a

Fig. 154b 1

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Partes móveis operadas por dispositivos hidráulicos (Figura 155).

7.1 3 - Resfriamento do molde

O resfriamento do molde é necessário para reduzir a temperatura do material plástico quente, injetado na cavidade, até um ponto de soli- dificação suficientemente rígido para permitir a extração da peça. Assim, a temperatura do molde deve ser mantida suficientemente baixa para obrigar 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 utili7;ir outros meios para remoção desse excesso de calor, redu- zindo 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 apa- rência 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.

Edna
Highlight
Page 189: MOLDES DE..[1]

Projeto de moldes 189

O espaçamento e a distância da superfície de moldagem variam quando existem seções espessas num molde. Um resfriamento mais efi- caz localizado nessas áreas ajuda a evitar variações de contração e um possível aumento no tempo do ciclo.

7.1 3.1 - Canais de refrigeração

Em sua 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.

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 mrn em relação à peça (Figura 156), pois ao redor do furo ocorre um severo resfriamento local, que pode causar restrições ao fluxo do material de moldagem, provocando mar- cas superficiais indesejáveis.

Seção A-A

Fig. 156 1 A Figura 157 mostra uma placa onde a refrigeração é feita através

de tubos de cobre. Este sistema é empregado quando os furos cruzam as linhas de junção do molde.

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Os canais de refrigeração precisam ter, no mínimo, 12 mm de diâ- metro e deverão estar localizados internamente na parede da cavidade, a uma distância de 25 mm da superfície. Além disso, deverão ser para- lelos à menor dimensão da base do molde. A distância de centro entre eles deverá ser de 50 mm a 75 mm.

Plugues e machos compridos, com diâmetro e comprimento acima de 40 mm, deverão estar sempre refrigerados através de canais, seja pela intersecção dos mesmos, formando um ângulo em forma de um V invertido, seja pela instalação de uma fonte interna de água. O plástico fundido entra na cavidade a altas temperaturas, criando uma mancha quente na zona onde se choca com o macho. Esta zona deverá ser res- friada pela água que circula pelos canais de refrigeração, localizados até 12 mm de distância da superfície do molde.

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Projeto de moldes 191

7.1 3.2 - Métodos de refrigeração

Para machos em série

Saida de água

x +

Entrada de água - W

Na unidade macho

Saida agua

X+

Anel de --A veda-o '

Fig. 159a

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No macho, através de tubos de cobre I

-- 7

Na unidade fêmea

Fig. 161a

I Refrigeraeo em linha I

Circuito da dgua Fia 161 b 1

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Projeto de moldes 193

7.1 3.3 - Resfriamento com água

Em geral, as máquinas de injeção incorporam registros para as tubulações de água, ajustados para controlar a quantidade de água necessária para manter a temperatura ideal dos moldes. As tubulações são ligadas à entrada e à saída dos moldes por meio de tubos flexíveis. A água da descarga é jogada fora ou circula novamente através de um tanque de resfriamento ou torre. O resfriamento da água possibilita um aumento da produção, especialmente quando a relação peso de inje- ção/peso do molde é alta.

A Figura 161 b mostra um sistema de custo bastante elevado, mas que permite um resfriamento altamente eficiente. Este sistema consiste em usinar canais de refrigeração espirais, interligados por canais secundários e com obstáculos, ao redor do núcleo e da cavidade do molde. Para gran- des moldes, introduzem-se diversas entradas e saídas de água, perrni- tindo o controle da temperatura do molde em vária regiões.

Uma variação de temperatura através da superfície do molde pro- voca diferentes velocidades de refrigeração, resultando em tensões tér- micas na peça injetada. Não é aconselhável, portanto, manter as duas metades do molde com diferença de temperaturas superiores a 20"C, uma vez que um diferencial excessivo de temperatura provoca distor- ção da peça. Quando se injeta poliestireno é recomendável que o molde seja utilizado a temperaturas tão altas quanto o cicl~'~ermita, a fim de se obter um melhor acabamento superficial com menores ten- sões internas.

O molde deve ser mantido a uma temperatura constante, mais baixa que o ponto de distorção do plástico para que este fique rígido. A temperatura da superfície também deve ser constante, pois, caso con- trário, as tensões provocadas por diferentes temperaturas produzirão peças distorcidas após a ejeção. Assim, é essencial que a água que cir- cula por canais construídos no molde venha de uma fonte com tempe- ratura controlada.

A circulação de água deverá ser controlada em cada uma das meta- des do molde. Geralmente é preferível manter a cavidade (ou superfí- cie aparente) a uma temperatura superior à do macho (ou superfície

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não-aparente) para obter um acabamento brilhante sem sacrificar o tempo do ciclo.

Quando se trabalha com moldes maiores, 2s vezes, é conveniente que cada metade tenha dois ou mais sistemas de circulação. Desta forma, os canais mais externos deverão ter uma temperatura maior que aqueles localizados perto do bico de injego, possibilitando que o plás- tico flua mais facilmente.

Sempre que um molde for instalado na máquina deve-se observar o fluxo de água nos canais, verificando que estes não estejam entupi- dos e que a bomba de circulação de água esteja trabalhando apropria- damente. O fluxo de água deverá ser suficientemente rápido, para que a temperatura de saída não seja superior a 5°C em relação 2 tempera- tura de entrada. Como manutenção preventiva, aconselha-se reverter o fluxo de água ocasionalmente para retirada de ferrugem, sedimentos e incrustações.

Quando se trabalha com moldes de ciclo r5pido ou pesas muito pesadas, aconselha-se o uso de água gelada para uma retirada mais rápida do calor. Este sistema pode ser usado caso a temperatura da superfície da cavidade e do macho não se tornarem inferiores à tempe- ratura ambiente, sob o risco de condensação da umidade atmosférica sobre o molde. O uso de água gelada, embora fiequente, não é muito recomendável, pois pode induzir tensóes internas nas peças moldadas, provocando quebra.

Os seguintes pontos devem ser observados pelo projetista do molde:

O meio de resfriarnento não deve ser colocado muito próximo da superfície do molde porque provoca pontos mais fi-ios, além de produzir falhas de moldagern, tais como linhas de união do material. Deve-se ter cuidado para evitar que os furos de resfria- mento também estejam próximos da superficie do molde, evi- tando 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. A quantidade de resfriamento deve ser suficiente para manter a temperatura do molde quando este estiver em produgão

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Projeto de moldes 195

máxima. Tal resfriamento é preferivelmente fornecido nas pla- cas de encosto, ainda que seja necessário um resfriamento adi- cional no interior do molde.

a 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.

e As grandes diferenças na temperatura da água de resfriamento entre a entrada e a saída, ou através dos circuitos de derivação, devem ser evitadas, pois provocam diferenças de temperatura nas várias partes do molde e podem provocar dificuldades na moldagem.

7.1 3.4 - Cálculo do resfriamento com água

Para calcular a quantidade de calor Qc (kcal) a ser extraída do molde por hora, utiliza-se a fórmula:

Qc=m[Cp(T1 -T2)+L1 (1)

Onde: m = Massa de material plástico injetado por hora no molde (kg/h). C, = Calor específico do material TI = Temperatura de injeção de material (.C). T2 = Temperatura do molde (.C). L = Calor latente de fusão do material (kcaVkg).

Alternativamente, se o calor total por quilograma do material plas- tificado for conhecido, teremos:

Q c = m x a (2)

Onde: rn = 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 na Tabela a seguir.

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196 MOLDES PARA INJEÇÀO DE T E R M O P L ~ S T I C O S

Valores típicos do conteúdo total de calor do material plastificado (a da equação 2)

Material 1 KcaVkg I I Acetato de Celulose 1 124 1

I PVC I 90 I

Acetato - Butirato de Celulose

I Metilmetacrilato I 123 !

111 --

I Poliestireno I 120-150 I

Náilon 1 300- 350

I Polietileno Baixa Densidade 1 250- 300 1

Acrilonitrila - Butadieno- Estireno (ABS)

Acrilonitrila-Estireno

I Polietileno Alta Densidade 1 300-350 1

140 - 170 1 120-150 1

H = Krn, (T3 - T4) (3) Onde:

m, = Peso de água circulada (kg/h). T3 = Temperatura de saída de da água ("C).

T4 = Temperatura de entrada da água (T). H = Quantidade de calor extraído por hora (kcal).

Polipropileno

Poliacetal

Os valores da constante K a serem considerados são:

250 - 300

180

O peso de água m, que deve circular por hora para dissipar o calor é deduzido por:

1 Canais de resfriamento que usam tubos de cobre I 0 9 ~ 1

Canais de resfriamento perfurados na placa da cavidade ou nos núcleos machos

Canais de resfriamento perfurados nas placas de encosto

0,64

0,5

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Projeto de moldes 197

Agora, como H é igual a Qc, conforme definido pela fórmula (I), temos:

m, = m [cp (Ti- T2)+L ] ou pela fórmula (2) m, = m x a K(T3-T4) K (Ts-T4)

7.1 3.5 - Refrigeração a ar

Este método é utilizado quando a refrigeração por meio de água for difícil ou quando se deseja um resfriamento lento.(Figuras 162 e 163)

Entrada

Saida de a t

Saida de ar a

t

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7.1 4 - Materiais para construção de moldes

Os aços utilizados na fabricação de moldes devem ser resistentes às tensões e fáceis de usinar.

A resistência 2s tensões é necessária devido às altas pressões empregadas durante a rnoIdagem, que podem ser de 300 a 1400 kgf/cm2, bem como pela necessidade de suportar as tensões de flexão e as car- gas de compressão, exigindo que a resistência no núcleo de aço seja alta enquanto se mantém uma dureza superficial adequada.

Uma dureza superficial adequada permite:

o suportar efeitos de erosão dos materiais termoplásticos rígidos nas zonas do molde em que o fluxo é restrito ou obstruído,

o resistir ao desgaste, especialmente em grandes produções, o manter na superfície um alto grau de polimento, que facilite a

extração do produto e lhe proporcione um bom acabamento.

Como regra geral, as partes do molde em contato com o material plástico funddo e os elementos móveis que suportam atrito devem ser tratadas. As partes do molde que compõem sua estrutura são de aço com baixo teor de carbono e não são tratada.

A escolha do método de ttatamento varia de acordo com o tipo de aço empregado, a dureza necessária para a aplicação, além da comple- xidade e precisâo do molde.

Os métodos usados para tratamento superficial são a têmpera ao ar, em óleo e a cementação.

A têmpera ao ar é geralmente empregada para assegurar uma deformação mínima, enquanto que a cementação é usada para obter uma dureza máxima superficial.

Devido à limpeza, a têmpera em óleo facilita o polimento das par- tes onde o produto é moldado.

Além dos requisitos fundamentais, é importante que o aço seja de f k i l usinagem e tenha a estrutura homogênea que pode ser conse- gui& atrav6s do recozimento.

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Projeto de moldes 199

Tabela orientativa dos aços recomendados para molde de injeção

C o m p o n e n t e s i Aços recomendados Tra tamento té rmico

d o m o l d e 1 I

Phca de f ~ u ç s o inferior 1 .U3NT1020 a 1040

e superior I

I Coluna ou espaçador / X R S T 1020 a 1040 1 - 1 / Porta-extrarores I ABNT 1020 a 1040 1 - 1

I Placa est i~tora ( iV3NT1020 a 1040 I 1 - 1

Placa suporte

Placa de nioiitagem i dos postiços I

ABNT 1020 a 1040

/ Placa irnpulson ~ ABKT 1020 a 1040 I 1 - 1

. h e i de cennxgem I ABNT 1020 a 1010

1 Tope cle retrocesso I .IBNT 1020 a 1040 1 - 1 I Bucha-guia .4qo Crori-io-Níqiiel ABNT 3310 1 Cementado e temperado 1 54 a 58 1

Coluna-guia 4 ~ o Ciumo-Niqucl ABNT 3310 Ceinenii<lo e teilipenclo i4r8 1 Rirliii de injeçAo 1 Aço Cromo-Níqiiil ABhT 3310 Cementado e rei~iperado 1 58 r 60 1 I Postips fêmeas 1 Asa Cronlo-Níquel ABNT 9850 Cen~entaclo e temperacio I 58 a 60 1 1 Postiços machas 1 Aco Cromo-Níquel ABNT9850 1 Cementado e temperado 1 58 a 60 I / Camisa exuatora

Pinos extratores

Extrator d e canal

ou Aço Prata

Parafusos limitadores

Lâminas exuatoras

P i o s d e retomo

Classes de aços, segundo normas ABNT Aço de baixo teor de carbono - ABNT 1008 a 1010 Aço de médio teor de carbono - ABNT 1020 1 1040 Aco de alto teor de carbono - ABNT 1050 a 1090

e Aços especiais.

Aço Cromo-Níquel ABNT 3310

Aço Cromo-Níquel ABNT 3310

ou Aço Prata

Aço Cromo-Níquel ABNT 3310

ou Aço Prata

Aço Cromo-Níquel ABNT 3310

ou Aço Prata

Aço Cromo-Níquel ABNT 3310

ou Aço Prata

Aço Cromo-Níquel A R A ! 3310

Cementado e temperado

Cementado e temperado

Cementado e temperado

54 a 58

54 a 58

54 a 58

Cementado e temperado

Cementado e temperado

Cementado e temperado

54 a 58

50 a 56

50 a 56

Page 200: MOLDES DE..[1]

200 MOLDES PARA INJEÇÀO DE I'ERMOYL~SI'ILOS

Efeitos dos elementos especiais na liga de aço

7.14.1 - Seleção de aços de tratamentos térmicos e de trata- mentos de superfície (*)

Elemento Silício

Carbono Manganês

Níquel Cromo

Vanádio Molihdênio

...

Tungstênio -.

No processo de injeção de plásticos há uma ampla variedade de produtos, de matéria-prima, e de produção que não é possível fixar um padrão de poucas combinações de aços e tratamentos. Diferente- mente, por exemplo, do processo de injeçao de alumínio, no qual uma vez fixada e controlada as variáveis de processo de injeção, restam pou- cas opções para tipos de aço, tratamento térmico e tratamento de superfície.

A produção de lentes de faróis para automóveis em policarbonato exige muito mais do molde do que manteigueiras fabricadas em PS cris- tal, não somente pelo fato de que policarbonatos são muito mais abrasi- vos do que o PS de uso geral, mas, também porque a quantidade de lm- tes produzida é muita maior do que as da outra peça. Assim, o femrnental udlimdo para fabricar as lentes será muito mais sofisticado em termos de aços e tratamentos térmicos do que no caso das manteigueiras.

Outros fatores a considerar, para a seleção do aço e dos tratamen- tos térmicos, são o que se pode chamar de "Requisitos Especiais': em

Efeitos Dureza

Endurecedor Desoxidante

Tenacidade e resistência Durera, melhora o polimento

Purificador, também aumenta a resistência à fadiga Amplia a margem de tratamento térmico

-- Dureza e resistência ao calor -. -- - -

(9 Este item foi adaptado do trabalho escrito por Shun Yoshida, engenheiro metalur-

gista da empresa Brasimet S.A.

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Projeto de moldes 201

particular a resistência à corrosão e a polibilidade, condição muito importante neste segmento em função das necessidades do produto. Estas propriedades estão intimamente relacionadas com a qualidade do aço utilizado e com o tratamento térmico aplicado.

Para sua orientação e para determinar a combinação das variáveis "produção': "abrasividade do polímero" e "requisitos especiais': foi ela- borada a Tabela seguir, combinando aços e tratamentos térmicos.

Tabela I - Abrasividade do polímero

1 PEBDL

Abrasividade

l i PEAD

Material PEBD

1 GPPS Baixa 1 HIPS

I ABS

I PET I Média 1 PBT I

I i PPO 1

I PEEK I

Alta

materiais com carga: fibra de vidro, microesfera de vidro, CaC03, dióxido de

I titânio. antichama I

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202 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS

Tabela I1 - Recomendações para seleção de aços, tratamentos térmicos e tratamentos de superfície

1 Produção desejada I Baixa Média Alta 1

Aço: ABNT 4340 ou P20 (1020/1045) / TT: nenhum I

TS: Nitrocarboneta- Ç ~ O i

Aço: ao carbono (1020/1045) TT: nenhum TS: nenhum

- ~-

Aço: ao carbono (1020/1045) TT: nenhum TS: Nitrocarboneta- ção

~p

Aço: Classe Preci- '

pitation Hardening (PH) 7T: enveihecimento TS: Nitrocarboneta- ção/ Nitretação a plasma/PVD

Aço: ao carbono (1020/1045) TT: nenhum TS: Nitrocarboneta- ção

Aço: ABNT 4340 ou P20 (1020/1045) TT: nenhum TS: Nitrocarboneta- ção

Aço: ABNT H13 TT: Têmpera a vácuo TS: Nitrocarboneta- ção/PVD

Aço: Classe Precipi- Aço: ABNT H 13 tation Hardening TT: Têmpera a

I I I I

Poi&iiidade Aço: P20 ou ABNT 420 (ESR) TT: Têmpera a vácuo (420) e nenhum(P20) TS: PVD

(PH) TT: envelhecimento

Corrosão Aço: P20 ou ABNT 420 (ESR) TT: Têmpera a vácuo (420) e nenhum (P20) TS: PVD

vácuo TS: Nitrocarboneta-

Baixa Aço: P20 ou ABNT 420 (ESR)

TS: Nitrocarboneta- ção /PVD ção /Nitretação a plasma ,

Defomnqão TT: Têmpera a vácuo (420) e nenhum (P20) TS: PVD

I I I

TT = Tratamento térmico Fonte: Brasirnet S.A.

T S = Tratamento de superfície

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Projeto de moldes 203

7.1 4.2 - Aços indicados

Os aços indicados na Tabela I11 a seguir são os de uso corrente no Brasil e são oferecidos por fabricantes nacionais e também por impor- tadores. A relação apresenta as principais características dos aços indi- cados e a dureza com que é utilizada após tratamento térmico.

É importante notar que os aços indicados são para a seleção padrão para moldes de injeção de plástico. Em função de requisitos especiais, o mercado de aços oferece outras opções. Por exemplo, nas famílias dos inoxidáveis martensíticos, há grande variedade à disposi- ção do mercado que apresenta polibilidade superior ao 420 convencio- nal. Em função da necessidade de polimento, pode-se alterar a seleção do aço inox 420 para outro da mesma família, mas com polibilidade superior.

Tabela III - Aços padrão para injeção de plásticos

Aço 1 Equivalências i Características / ~ureza de utilizaçãõ

Aço carbono comum Utilizado no estado de fornecimento (recozido)

1 VM40 (Villares)

VP20IM (Villares) P20 (Gerdau) IMPAX (Uddeholm) M200 (Boehler) THYROPLAST 2311 CThyssen)

Aço carbono baixa liga. Fornecido no estado pré-beneficiado

AIÇI 4340

Utilizado no estado de fornecimento pré-bene ficiado com durezas de 28/32 HRC

4340 (Gerdau)

Classe PH

I Aço ferramenta, espe- cífico para moldes plásticos. Alta polibili- dade. Fornecido no estado pré-beneficiado

Utilizado no estado de fornecimento, pré- beneficiado com dure- zas de 28/32 HRC

VPSOIM (Viuares) ADINOX 41 VAR (Thyssen) M ~ ~ ~ E X T R A (Boehler) CORRAX (Uddeholm)

ferramenta endu- recíveis por tratamento térmico de precipitação

Elevada polibilidade. C o m e Adinox41 sâo inoxidáveis. Deforma-

VP5OIM e M261 EXTRA - 38/42 HRC ADINOX41- 38/42 HRC CORRAX - 46/48 HRC Todos após tratamento

ção no TT menor do que nos temperáveis

térmico de envelheci- mento

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VHISIM (Villares) W302 (Boehler) ORVAR (Uddeholm) H13 (Gerdau) THYROTHEWI 2344 (Thyssen)

VP420iM (Villares) M310 ISOPLAST (Boehler) SLAVAX (Uclcleholrn) 420 (Gerdau) THYROPLAST 2083 (Thyssen)

Aço ferramenta para 1 Utilizado no estado trabalho a quente temperado para 50/52 Endorecível por tem- HRC pesa I

L Ferramentas para vos. Aço 420 para

Aço inoxidável marten-i Utilizado no estado

Foto 4

sítico Alta polibilidade (varia

I --

i n j e ~ ã o cle borrachas epicloridrínicas, que geram produtos corrosi- têmpera e m vácuo (Cortesia: Brasimet S.A.)

temperado para 50/52 HRC.

7.1 4.3 -Tratamentos térmicos indicados

d e acordo com a quali- A polibibdade clade) ! com o processo d e ú-a- Endurecível por tem- 1 terfico e a pesa / qualidade d o ato.

O tratamento térmico tem como principal função conferir proprie- dades mecânicas elevadas ao aço. No entanto, por atuar diretamente na microestrutura do aço, ele acarreta sempre, como efeito colateral inde- sejável, a deformação.

Ela é inevitável e na maior parte dos casos imprevisível, razão pela qual é absolutamente imprescindível que seja deixado sobremetal. 1% muitas situações em que não há necessidade de executarmos têmpera nas ferramentas em função da baixa solicitação mecânica do processo

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Projeto de moldes 205

de injeção. Nestas situações, o que ocorre, em geral, é uma elevada soli- citação ao desgaste, que pode, facilmente, ser resolvido com tratamen- tos de superfície.

Existem ainda situações em que, em função da baixa produção e/ou baixa abrasividade do polímero, não é necessária a têmpera ou mesmo o tratamento de superfície, podendo a ferramenta ser usada na condição bruta de usinagem.

A Tabela I1 apresenta dois tipos de tratamento térmico recomen- dado:

Envelhecimento

Tratamento de endurecimento, aplicado em uma classe especí- fica de aços, que tem como característica a baixa temperatura de tratamento (em geral, variando de 480°C a 570°C);

Vantagem em relação à têmpera: como as temperaturas são abaixo da temperatura crítica, não ocorrem deformações devido a transformações microestruturais, e se restringem, por- tanto, aquelas causadas pelo efeito de temperatura apenas. Con- seqüentemente, as deformações são substancialmente menores e permitem que se deixe o mínimo de sobremetal, ou até mesmo nenhum resquício, dependendo da geometria e do pro- cesso de tratamento adotado;

Por terem temperaturas bem próximas, na maioria dos casos é interessante utilizar diretamente a Nitretação, conferindo si- multaneamente endurecimento e camada de alta resistência ao desgaste.

Têmpera em vácuo

A têmpera é um processo conhecido de endurecimento. No caso específico de moldes para injeção de plástico, recomenda- se o tratamento em fornos a vácuo devido à ausência de dano na superfície, diferentemente dos tratamentos em banho de sais fundidos ou mesmo em fornos sem atmosfera conti-olada. Pela ausência de oxigênio, não ocorre oxidação da superfície dos moldes. No caso de banho de sais fundidos ou fornos sem

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atmosfera, é comum a ocorrência de "absorção" de sal ou impu- rezas nas porosidades naturais da superfície c10 aço, o que, necessariamente, prejudicará o posterior polimento.

Têmpera em vácuo, além da melhoria na qualidade superficial, apresenta também melhor homogeneidade no que se refere a aquecimento e resfriamento. Naturalmente que melhorando a

I

Foto 5

Ferramenta para injeção de lentes de faróis de automóvel, em aço inox 420, com revestimento de Nitreto de Cromo (Cortesia: Brasimet S.A.)

, homogeneidade microestruhirai após a têmpera, há influência direta no desempenho da ferramenta, em especial naquelas que têm elevados requisitos de solicitações mecânicas em trabalho.

7.1 4.4 - Conclusão Como visto, o pi-ocesso de seleção de aço, tratamento térmico e de

superfície é um processo dinâmico em que há relação entre um e outro. Mas é um processo que tem de ser conduzido com vista no "todo" da ferramenta, incluindo-se aí a produção desejada, tipo de polímero, con- d i~ões de trabalho, disponibilidade de aços no mercado nacional, tipos de tratamentos térmicos existentes e suas características e, finalmente, considerações quanto a necessidade ou não de tratamentos de super- fície, os tipos disponíveis e características.

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Projeto de moldes 207

Esta visão de conjunto contribuirá, em muito, para o máximo desempenho da ferramenta, ou seja, ela durará à medida da necessi- dade do usuário, nem mais, nem menos.

Referências bibliográficas 1 - Yoshida, S. - Seleção de aços, tratamentos térmicos e engenha-

ria de superfícies para moldes de injeção de plástico - curso do programa educacional da Brasimet, setembro de 1998

2 - Bohler Special Manual, catálogo de materiais - Boehler Edels- tahl GmbH

3 - Product Guide, lista de materiais da Thyssen - Thyssen Frande S. A.

4 - Metal Handbook, vol. 3,9= edição - ASM 5 - Mack, Michel - Surface technology wear protection - Verlag

Moderne Indiistrie AG & Co, 1990

7.1 5 - Aplicação de revestimentos depositados via PVD (*)

Estima-se que o desgaste dos moldes seja o maior responsável pela origem de falhas e pela perda de produtividade em situações de alta escala de produção. O desgaste dos moldes dificulta a desmoldagem dos produtos, prejudica o seu acabamento, acelera a corrosão do molde e resulta na parada de máquinas. A maioria dos moldes possui um alto valor agregado e, muitas vezes, geometrias complexas, consistindo de peças em movimento relativo, que facilitam os mecanismos de corro- são e desgaste. Diversos são os mecanismos atuantes nesses conjuntos: a abrasão, como no caso de plásticos preenchidos com partículas de alta dureza (fibras de vidro, minerais, etc.), a adesão ou o agarramento do produto e a corrosão.

Os revestimentos via PVD (do inglês Phisical Vapour Deposition, ou Deposição Física de Vapores) apresentam-se como uma excelente

("1 Este item foi adaptado clo trabalho escrito por Daniel A. Yuhara e Paulo K. Ven- covsiq respectivamente engenheiro de produtos e coordenador de setor da empresa Brasimet S.A.

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alternativa para a solução dos problemas citados acima. Isso decorre de propriedades como a altíssima dureza - entre 2 000 e 4 000 Vickers - res~iltando em alta resistência à abrasão e alta estabilidade química, que são as condições que beneficiam a resistência à corrosão. E também o baixo coeficiente de atrito facilita o fluxo de material na superfície do molde. Hoje, além dos revestimentos convencionais, como o Nitreto de Titânio (TiN), há disponíveis revestimentos com propriedades antiade- rentes como o WC:h e o CrCN.

A seguir estão alguns aspectos relacionados a superfície dos mol- des, assim como fatores como a escolha do material apropriado, do tra- tamento térmico e dos revestimentos e os exemplos da sua utilização.

7.1 5.1 - Requisitos básicos necessários para o tratamento superficial um molde

O aço adequado para ser utilizado em moldes de injeção deve obedecer a critérios baseados em fatores como a produção desejada, a abrasividade do polímero e o acabamento almejado. Outras condições que também devem ser levadas em conta, são: a polibilidade do mate- rial, a resistência i corrosão e o nível de deformação no tratamento ter- mico. No caso de alta produção (acima de 1 000 000 de peças, por exem- plo), para suportar a severidade das operações, o material do molde deve possuir uma boa tenacidade, uma forte resistência à abrasão e alta resistência a temperaturas elevadas (até 350°C) sem perder as suas pro- priedades mecânicas. Com isso, o material deve sofrer um tratamento térmico adequado e um tratamento superficial que resulte em uma longa vida útil deste molde.

7.1 5.2 - Problemas frequentemente encontrados em moldes

A abrasão - a utilização de "cargas" nos materiais plásticos é fre- quente e normalmente são constituídas de materiais com grande dureza (de quase 2 000 HV). Com isso, os processos de abrasão são facilitados e diretamente relacionados à dureza e a concentração da carga. A presença de granulados sólidos, fibras, minerais e elementos

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Projeto d e moldes 209

colorantes como o Ti0 agridem a superfície do molde resultando em uma superfície rugosa e em produtos com um péssimo acabamento. Materiais com fibras longas e de grande espessura acarretam maior des- gaste. Há a compressão superficial de partículas duras contra o molde. Os revestimentos PVD possuem elevadas durezas, bem superiores a resistência das cai-gas e aditivos, proporcionando uma maior resistên- cia à abrasão dos moldes. A maioria das partículas dos aditivos possui uma espessura correspondente a espessura dos revestimentos e devido às suas excelentes propriedades mecânicas esses carregamentos são suportados em compressão. A Figura 164 apresenta um comparativo dos valores de dureza dos revestimentos versus espessura frente a outros processos convencionais de tratamento superficial.

râmicos

1 O00 2000 >3000

Dureza (HV)

Figura 164 - Comparação espessura x dureza (Cortesia: Brasimet S.A.)

Os revestimentos com durezas mais elevadas são recomendados, mas no caso de partículas de desgaste de dimensões maiores, camadas mais espessas são preferidas.

A corrosão - Normalmente, a abrasão dos moldes vem acompa- nhada da corrosão. Os revestimentos PVD podem ter elevada resistên- cia a corrosão, dependendo do meio e do seu nível de imperfeições em

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210 MOLDES PARA I N J E Ç A O D E TERMOPLÁSTICOS

alguns meios, principalmente os que são concebidos à base de cromo (CrN e o CrCN).

Ressalta-se ainda, que algumas das operações são realizadas em temperaturas elevadas, o que facilita ainda mais o aparecimento da cor- rosão, pois vários processos corrosivos ocorrem simultaneamente. Nos moldes que entram em contato com a água, como aqueles empregados na produção de granulados, ocorre a corrosão eletroquímica, e neste meio, encontram-se os materiais plásticos e os subprodutos resultantes da sua decomposição e que atuam nos processos de corrosão.

Na fabricação de peças em polipropileno ocorre iim enriqueci- mento superficial de carbono que indica a ocorrência de reações meta- lorgânicas. Moldes à base de ferro aceleram catalíticamente a decom- posição de PVC com a formação posterior de ácido clorídrico. Tal efeito pode ser reduzido revestindo-os com camadas PVD, que eliminam ou retardam o ú-ansporte dos reagentes ou dos produtos da reação quí- mica de corrosão. Além disso, impedem a formação de meios agressi- vos, funcionando como uma barreira.

Um exemplo crítico é a fabricação de lâminas de PVD por extrw são. Essas lâminas são frequentemente coloridas atsavés da adição de pigmentos abrasivos. Mesmo ferramentas fabricadas em aços com alto teor de liga, apresentam corrosão após curtos períodos de uso sendo que a formação de camadas superficiais de produtos de corrosão e material plástico aderido é aparente. A formação desta camada é rela- cionada com microprocessos de ancoramento do material plástico à superfície metálica. Trata-se de um efeito auto-alimentados, que quando atinge um determinado grau de ataque superficial, aumenta a tendên- cia de formação de uma camada corrosiva que se destaca de tempos em tempos da superfície deixando uma nova superfície exposta.

O desgaste adesivo - O desgaste adesivo talvez seja um dos maiores problemas encontrados em ferramentas para a injeção de plás- ticos e ocorre frequentemente entre partes metálicas em movimento relativo, como no caso de insertos, cavidades e pinos, ou seja, entre as superfícies do próprio molde. O movimento cíclico metal/metal causa um severo desgaste adesivo entre as partes. Um revestimento de baixís- sima espessura, como os depositados por PVD, é suficiente para isolar as partes metálicas das outras e reduzir ou acabar com o desgaste. Para

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Projeto de inoldes 211

o revestimento de ferramentas em aço, recomenda-se o TiN e o AlTiN e para ferramentas constituídas de ligas à base de cobre, o Nitreto de Cromo.

A adesão do produto, dz~iculdade de extragão - Nos moldes para plásticos, a dificuldade de extrasão e as fricções são frequentes. Dependendo do tipo de plástico do produto, do material da ferramenta, dos parâmetros de processamento e dos aditivos utilizados, a dificul- dade de extração varia. Alguns revestin~entos possuem maiores pro- priedades antiaderentes como no caso do CrN e do CrN+WC:H. Por exemplo, nas ferramentas de injeção de baquelite, o fenômeno de ade- são é fortemente reduzido com o revestimento do molde em nitreto de cromo. , Devido i baixa condutividade térmica dos revestimentos, a parede

do molde pode atingir temperaturas mais baixas, trazendo benefícios frente à fadiga térmica e diante dos fenômenos corrosão/desgaste. A Figura 165 mostra como a temperatura na parede do molde depende da temperatura de contato no molde durante o processo, variando com o tipo de revestimento utilizado.

I 40 50 60 70 80 90 100 110

I Temperatura de contato Tk

Figura 165 - Relação entre a teinperatura da parede do molde x temperatura de contato

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7.1 5.3 - Exemplos de aplicação de revestimentos

A Figura 166 apresenta moldes para a injeção de bancos de auto- móveis em Polipropileno que utilizava uma alta percentagem de carbo- nato de cálcio. O problema aqui apresentado foi a deformação das ranhuras. Através do revestimento desses moldes com nitreto de cromo a performance da ferramenta foi aumentada cerca de três vezes.

I , i

- -

Figiira 166 - Moldes para i n j e ~ ã o de bancos deàutomóveis revestidos com CrN (Cor- tesia. Brasimet S A,)

Os moldes utilizados para a fabricação de produtos em PS cristal possuem um alto grau de polimento, pois qualquer imperfeição na superfície do molde afeta a transparência do produto final. A Figura 167 apresenta uma ferramenta que foi polida após o revestimento, resul- tando na diminuisão de polimentos e facilitando a extração.

Figiira 167 - Ferramenta para PS cristal revestida com TiN (Cortesia: Brasimet S.A.)

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Projeto d e moldes 213

A corrosão de moldes e pinos é frequente e um exemplo de aumento de resistência à corrosão é apresentando na Figura 168, em pinos para injeção de PET

Figura 168 - Pinos para pré-fornia de garrafas PET (Cortesia: Brasimet S.A.)

7.15.4 - Conclusões

Foram apresentados diversos benefícios trazidos com a utilização de camadas depositados por processo PVD em moldes para a injeção de plásticos. Esses benefícios são obtidos quando se otimizam diversos fatores, como a escolha do aço, do tratamento térmico adequado e do tratamento superficial. Esses fatores têm uma relação direta com a produtividade desejada, com o tipo de produto, com o acabamento re- querido, com os materiais utilizados. Para a confecção de produtos de elevado grau de acabamento, ou transparentes, o polimento do revesti- mento pode ser realizado com sucesso. Os exemplos mostraram a efi- cácia do revestimento para o uso em moldes para a injeção de plástico. Os benefícios que as camadas PVD podem trazer estão resumidos a seguir:

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e menor desgaste por erosão e desmoldagem facilitada do produto final e melhor acabamento do produto e menor tendência à corrosão e diminuição da frequência de repolimento, e diminuição da aderência

Referências bibliográficas

YOSHIDA, S. - "Seleção de aços, tratamentos térmicos e engenharia de superfícies para moldes de injeção de plástico': curso do Programa Educacional Brasimet, Set/1998.

O. KAYSER, Revestimentos aplicados pelo processo PVD protegem a ferramenta e o material plástico fundido. - Metaplas GmbH -Ale- manha

PVD hard coatings for plastic injection moulds - HAUZER FOR YOU 2 - Hauzer Techno Coating - Holanda - 2001

BIENK, E. J.Controlling friction and wear of plastics moulds by advan- ced surface treatment

7.16 - Diretrizes básicas para projeto de moldes para injeção de plásticos

Algumas diretrizes básicas devem ser observadas na elaboração de qualquer projeto para moldes de injeção de plásticos. São detalhes que, quando bem observados, facilitam e fundamentam as diversas fases desses projetos.

7.1 6.1 - O início do projeto

Em primeiro lugar, deve-se fazer um estudo preliminar do desenho do produto a injetar ou então ter uma amostra do mesmo. O desenho e a amostra constituirão quase toda a fonte de informações necessárias

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Projeto de moldes 215

ao projetista, como ponto de injeção, linhas de fechamento, lado de extração do produto, forma de extração (pinos, placas, lâminas, etc.), necessidades de gavetas, etc.

Além do desenho e da amostra o projetista deve procurar ter, obri- gatoriamente, toda a literatura possível sobre a máquina injetora, alem de catálogos ou informações referentes a moldes padronizados, pinos, componentes de moldes em gera1,Tabela de contração de materiais, etc.

Nunca é demais lembrar que o ideal é o projetista conhecer todo o equipamento da ferramentaria.

7.16.2 - O projetista e a ferramentaria

Todo projeto deve sempre ser elaborado em função do equipa- mento disponível na ferramentaria onde será executado o molde, o que possibilita que o projetista tenha condições de realizar seu projeto uti- lizando as máquinas operatrizes de forma racional, ou seja, sem sobre- carga em determinado setor.

Isso é importante no caso de existirem vários projetos em anda- mento, pois se um deles exigir demais de uma determinada máquina, os outros não deverão utiliza-la.

O projetista deve procurar dar o máximo de informações possí- veis e chamar a atenção para cada detalhe do molde com o máximo de clareza, uma vez que, quanto menos tempo o ferramenteiro perder na leitura de um projeto, maior será a agilidade de execução do molde.

Existem ainda outros detalhes importantes a considerar na reali- zação de um projeto. O projetista deve sempre calcular as cotas, ângu- los e demais itens do desenho, nunca deixando este serviço para o fer- ramenteiro que, além de não possuir ambiente nem equipamento adequado para realizar cálculos, terá seu tempo exclusivamente dedi- cado à confecção da ferramenta. O projetista deve repetir cotas em outros pontos do desenho somente quando estritamente necessário, evitando possíveis confusões de leitura. O traçado do desenho também deve ser muito bem definido, com linhas cheias, tracejadas e traços- ponto (linha de centro). Da clara diferenciação entre estas linhas depende o perfeito entendimento do desenho. Os detalhes, por sua

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vez, devem ser, de preferência, desenhados em suas posições de usina- gem e não de montagem.

Apesar de não se tratar de norma, uma boa medida é salientar cada detalhe que o projetista considere importante ou passível de dúvida, de forma bem visível.

Sempre que as tolerâncias do produto a ser moldado permitirem, as medidas constantes do projeto devem ser arredondadas. Medidas quebradas, decorrentes do cálculo de contração de cada matéria- prima, podem vir a complicar ou confundir a leitura do desenho.

7.16.3 - Lista para elaboração de projeto de um molde para injeção de termoplásticos

Verificar se:

1) As dimensões do molde estão dentro do admissível para passagem entre as colunas da máquina injetora.

2) Para fixação do molde, as dimensões são compatíveis com os furos roscados das placas da máquina injetora.

3) A dimensão "altura" do molde está entre o mínimo e o máximo admi- tido pela máquina injetora.

4) 0 curso de abertura da máquina injetora é suficiente para extração do produto.

5 ) O peso do conjunto injetado (produto e canais de alimentação e dis- tribuição) está dentro da capacidade da máquina injetora.

6) A máquina injetora tem capacidade de fechamento suficiente para suportar o esforço de injeção, (relação da área projetada dos produ- tos e dos canais de distribuição vezes a pressão de injeção).

7) A linha de abertura do molde é visualmente aceitável no produto. 8) A posição da entrada no produto é visualmente aceitável. 9) A linha de solda, caso haja, não causará enfraquecimento do produto

em área crítica. 10) Uma seção grossa no produto, caso haja, não causará problemas de

chupagem.

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Projeto de moldes 217

11) Marcas ou linhas provenientes de parte do molde (núcleos, extrato- res, postiços) poderão ser aceitas no produto.

12) As linhas de solda ou fluxo, caso haja, poderão ser aceitas no pro- duto devido à aparência do mesmo.

13) Os machos e as cavidades foram projetados visando facilitar a usi- nagem com os equipamentos disponíveis.

14) O projeto do produto será isento de quaisquer recessos que dificul- tem a sua extração.

15) Os dimensionamentos dos machos e cavidades serão capazes de suportar a pressão de injegão a que serão submetidos.

16) Para construção do molde e operação de injeção, a linha de sepa- rasgo do molde é o mais conveniente.

17) Na construção do molde, foi considerado que este estará livre de quaisquer rebarbas.

18) Os pinos de pequenas dimensões ou lâminas foram dirnensiona- dos a fim de evitar distorções devido ao fluxo e à pressão do mate- rial plástico injetado.

19) As colunas do molde estão bem dimensionadas e posicionadas a fim de evitar distorções devido a pressão de injejão.

20) Os componentes do molde que sofrerão esforços laterais estão devidamente fixados com travas e não somente com parafusos e pinos.

21) Foi considerada a eventual necessidade de desmontagem do molde quando houver problemas de injeção, substituição de peças dani- ficadas ou mudanças de projeto.

22) As partes do molde que necessitam de tratamento térmico foram devidamente tratadas.

23) Foram calculadas as contrações que o material plástico irá sofrer. 24) As partes que formam a superfície de moldagem do produto foram

calculadas com as devidas conicidades para facilitar a extração do mesmo.

25) Existem extratores suficientes para extração do produto, evitando quebra ou distorções.

26) Os extratores são suficientemente bem dimensionados. 27) Foi analisado se o sistema de extração do produto é compatível

com o sistema de extração da máquina injetora.

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28) Foi analisado se o mecanismo de extração do produto possui sis- tema de retorno.

29) O curso do mecanismo de extração é suficiente para extsair o pro- du to.

30) 0 produto moldado permanecerá do lado do mecanismo exuator. 31) As dimensões projetadas do molde são capazes de produzir a peça

dentro das tolerâncias exigidas. 32) Os pinos ou colunas-guias foram devidamente posicionados nas

metades do molde. 33) Em moldes com partes móveis (gavetas), o sistema é suficiente-

mente seguro para evitar perdas ou danos por funcionamento errado.

34) Os postiços estão bem fixados, de forma que não se movimentem durante a abertura, fechamento do molde e sob a pressão de inje- ção do material plástico.

35) Em moldes com partes móveis acionadas por cames, as colunas inclinadas e os cilindros pneumáticos ou hidráiilicos são suficien- tes para livrar os ressaltos do produto.

36) Nos moldes com partes móveis, as gavetas foram projetadas a fim de evitar que todo o esforço seja suportado pelos cames, colunas inclinadas e cilindros pneumáticos ou hidráulicos.

37) A máquina injetora tem capacidade suficiente de plastificação para a produção desejada.

38) Os canais de distsibuição estão dimensionados de acordo com a necessidade.

39) No projeto do molde, não foram esquecidos os pinos puxadores do canal da bucha e os poços frios.

40) Os poços frios e o pino puxador do canal da bucha são mesmo necessários para os canais de distribuição.

41) 0 molde foi projetado com saída de ar. 42) Os canais de refrigeração foram bem dimensionados. 43) A localização dos canais de refrigeração é satisfatória. 44) No molde de três placas a abertura entre as placas é suficiente para

a extração dos produtos e dos canais de distribuição. 45) A f h g e (anel de centragem) foi projetada para localização do

molde na placa da máquina injetora.

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Projeto de moldes 219

46) Foi analisado se a bucha de injeção foi projetada de acordo com o bico de injeção das máquinas injetoras.

47) Nos moldes de gavetas (partes móveis), os extratores foram posi- cionados de forma a não interferirem no fechamento das gavetas.

48) Nos moldes de gavetas (partes móveis), foi assegurado que os extratores retornem antes que as gavetas se fechem.

49) Se o molde foi projetado com mecanismo de exti-ação acionado por correntes ou tirantes, o produto pode ser retirado sem empecilho.

50) No projeto do molde foi prevista a colocação de um parafuso para transporte e colocação do molde.

51) Foram analisadas as possibilidades de utilização de porta-moldes e peças padronizadas.

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8.1 - Introdução

A orientação é um estado estrutural em que as cadeias molecula- res, sob uma ação externa, alinham-se na direção em que a ação é apli- cada (Figura 169).

Fia. 169

Este estado pode ser forçado tanto em polímeros cristalinos como amorfos. Um efeito imaginável é que a resistência mecânica no sentido de orientação (maior resistência) seja diferente da resistência no sen- tido transversal (menor resistência); quanto maior o grau de orientação, mais intenso será este efeito.

Durante o processamento, um grau maior ou menor de orientação normalmente é introduzido. Se esse grau for excessivo, as consequên- cias na peça moldada serão bastante perceptíveis:

Resistência a tração: será bastante reduzida no sentido transversal à orientação (ou fluxo).

Resistência ao impacto: diminuirá à medida que a orientação aumentar.

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Resistência aflexão: aumentará na direção de orientação e dimi- nuirá na direção transversal.

Zmperatura de deformação da peça: as cadeias moleculares orientadas desenvolvem tensões no interior da peça, uma vez que elas tendem sempre a retornar a seu estado original ("memórias" do polí- mero). A temperatura ambiente, a rigidez do material suporta estas ten- sões. Porém, na medida em que a temperatura aumenta, a rigidez dimi- nui e, a uma certa temperatura, as tensões a superam, provocando deformações na peça. Caso não houvesse tensões, a deformaçao só se daria a temperaturas elevadas.

Resistência química: diminuirá com o aumento das tensões inter- nas (orientação). Eventiialmente, uma embalagem plástica excessiva- mente tensionada (orientada) poderá sofrer alterações provocadas pelo contato com seu conteúdo, o que não ocorreria caso a orientação fosse menor (stress-craking). Poderá haver ainda efeitos sobre a cola- gem por solventes, decoração, etc.

Estabilidade dimensional: de forma geral, a contração tenderá a ser maior no sentido da orientação do que no sentido transversal. A diferença de contrações poderá causar o "empenamento" da peça.

8.2 -Tensões internas

Ao se analisar os efeitos da orientação por um ponto de vista mais prático, temos as tensões internas nas seguintes características:

Redução da resistência mecânica (tração, flexão, impacto, fadiga), provocando peças quebradiças.

a Redução da resistência térmica, com as peças se deformando com o calor, antes da temperatura esperada. Redução da resistência química, com a peça apresentando maior sensibilidade a produtos químicos e problemas de aca- bamento.

Diversos fatores influenciam a formação de tensões: temperatura

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Orientação (Peças temionadas) 223

do cilindro, temperatura do molde, espessura da peça, pressão de inje- ção, recalque, sistemas de alimentação da cavidade (canais), recalque mínimo de forma consistente com outros efeitos (chupagem, solidifica- ção das entradas, etc).

Naturalmente, cada uma dessas condições interferirá em outros fatores, como a duração do ciclo, superfície opaca da peça, etc. Condi- ções específicas terão de ser estabelecidas na prática para cada peça diferente.

Existem algumas formas de detectar o nível de tensões da peça e, consequentemente, procuras obter as condições de injeção mais ade- quadas do ponto de vista das tensões:

Vis~ial: uso de lâminas polaróide cruzadas (fenômeno de bi- refrigência). Química: imersão das peças prontas em solventes. Por exemplo, para o PS, pode-se usar Varsol ou normal-heptana, imergindo a peça durante dois minutos, para em seguida deixá-la secar ao ar, observando a formação de trincamentos e rachaduras devido às tensões. Térmica: em estufa, usando o grau de empenamento em várias condições de injeção como parâmetso de tensionamento.

De forma geral, as condições que permitem reduzir o grau de orientação e, consequentemente, as tensões internas podem ser sinte- tizadas, conforme as seguintes indicações:

Manter o choque térmico entre as temperaturas do cilindro e do molde no menor grau possível, porém de forma consistente com outros efeitos. A refrigeração dos moldes com água ''gelada': por exemplo, tende a induzir tensões em muitos casos. Manter a ~iniformidade de temperaturas nas diversas regiões térmicas (cilindro e molde), sendo que o uso de máquinas de rosca e um bom sistema de refrigeração do molde são fatores positivos. Preencher a cavidade rapidamente, mantendo alta velocidade de injeção, pressão de injeção, canais de injeção e distribuição do molde, bem como pontos de entrada da cavidade adequada- mente dimensionados e saídas de ar adequadas.

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Algumas vezes, emprega-se o tratamento térmico para reduzir as tensões já introduzidas na peça pronta. No caso do Poliestireno, isso pode ser feito introduzindo a peça num banho de água quente (60 - 70"C), imediatamente após a injeção. O tempo do banho irá variar de acordo com as dimensões da peça, podendo-se verificar sua eficiência através dos testes citados no item anterior.

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ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DA ORIENTAÇÁO

MOLECULAR

9.1 -Orientação molecular (*)

O controle da viscosidade é importante por duas razões principais: primeiro, para assegurar que o molde seja totalmente preenchido a pressão desejada e, segundo, por causa de sua influência na orientação molecular e, conseqüentemente, nas propriedades do produto final.

Quando o polímero é aquecido à temperatura de processamento, suas moléculas comportam-se como num fluido, isto é, permanecem totalmente desordenadas (Figura 170a).

Com a atuação da pressão de injeção sobre o material, este é for- çado a fluir, apresentando um perfil de velocidade como o da Figura 170b. Na Figura 170c, pode-se ver o perfil de velocidade para um fluido New toniano.

e) Adaptado do trabalho escrito por Paulo A. Santos, gerente de assistência técnica da

empresa GE Plastics South Arnerica

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Figura 170 - Perfil d e velocidades d o fluido não-Newtoniano (b) e Newtoniano (c)

A medida que o polímero flui através do sistema, a velocidade das camadas centrais será maior do que a das camadas mais externas devido ao arraste entre o fluido e as paredes do canal e 2 maior visco- sidade destas camadas externas em razão do resfriamento pelas pare- des do molde. Esta menor velocidade (e assim cisalhamento), nova- mente contribui para alta viscosidade nesta região (Figura 171). As cadeias do polímero na região fundida estão enroladas em forma desordenada, mas desde que partes da molécula possam estar em áreas de diferentes velocidades, há uma tendência de estiramento destas moléailas, de modo a torná-las lineares e alinhadas na direção do fluxo (orientadas).

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Análise da influência da orientação molecular 227

do fluxo

viscosidade

i Figura 171 - Fluxo d o polímero fundido sob pressão

Durante o enchimento do molde, as camadas centrais do polímero com alta velocidade fluem para fora na zona frontal e, em contato com a parede fria do molde, solidificam-se imediatamente, gerando uma "casca" na superfície do fundido. Este material estava em alta tempera- tura e foi exposto a um baixo grau de cisalhamento. Neste caso, a orien- tação contida nesta casca é mínima. No entanto, a camada existente imediatamente abaixo desta película não mais se solidificará imediata- mente, já que esta atua como isolante térmico. Mas, com o tempo, a camada irá perdendo calor, ficando mais viscosa. Sob influência da pressão de injeção, este material viscoso continuará a fluir, embora mais vagarosamente do que as camadas quentes centrais. O cisal hamento nestas condições leva a um alto grau de orientação (Figura 172).

"Casca" com baixa orientação crescente

Pressão de injeção ~~.~~~!~~~so Frente do fluxo

Figura 172 - Orientação molecular durante o enchimento da cavidade

Quando a cavidade está cheia, o cisalhamento cessa e as cadeias orientadas podem relaxar, ou seja, retornar a sua forma enrolada origi- nal. Porém, esta relaxação é retardada pelo rápido aumento na viscosi- dade que ocorre devido à retirada do cisalhamento e perda de calor para

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o molde. Assim, a casca de material em contato direto com o molde manterá um baixo grau de orientação, pois já não pode mais haver rela- xação molecular. A camada adjacente, altamente orientada, só poderá relaxar parcialmente devido a taxa de resfriarnento. E, finalmente, a região central terá um alto grau de relaxação, pois o calor é retido por longo tempo. Este comportamento do polímero leva a um gradiente de orientação ao longo da seção transversal da peça (espessura), com valores mínimos no centro e dois picos de máximos nas laterais. Este gradiente é mostrado na Figura 173, embora sua forma exata irá variar com as características do material e condições de processainento.

! Centro da peça I

I

Figura 173 - Perfil de orientação após o i-esfriamento da peça

Considerando a orientação ao longo do fluxo, está claro que ela será afetada pela formação da camada viscosa, altamente cisalhada, e adjacente à parede do molde. A espessura desta camada será mínima na extremidade mais distante da entrada de injeção, pois o material oriundo da parte frontal do fluxo logo se solidifica, sem sofrer cisalha- mento (baixa orientação). Já no ponto próximo da entrada de injeção, a espessura da camada será máxima, pois esta área foi a primeira a ser formada, sofrendo alto cisalhamento posterior (alta orientação). No entanto, a constante passagem de material quente e o calor gerado pelo cisalhamento na entrada, aumentam a temperatura do molde nesta região, que, retardando o resfriamento, reduz a orientação retida. Após o enchimento do molde, a pressão de injeção é normalmente retida, forçando mais material para a cavidade à medida que a peça vai sofrendo contração térmica. Desde que o polímero na região da entrada está se resfriando e tornando-se mais viscoso, esta introdução

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Análise da influência da orientação molecular 229

de material extra é acompanhada de um aumento na orientação nesta área. Assim, um gradiente de orientação molecular é estabelecido tam- bém ao longo da peça, como mostra a Figura 174.

I I

Figura 174 - Perfil de orientaçâo ao longo do comprimento da peça

Os efeitos das condições de processamento na orientação estão sumarizados na Figura 175. Um aumento na temperatura do fundido diminui a viscosidade e a tensão de cisalhamento e a orientação, per- mitindo também maior relaxação. A menor viscosidade aumentará a transmissão da pressão ao longo do cilindro e cavidade, ampliando a taxa de cisalhamento e a orientação. Normalmente, o efeito de maior relaxação é predominante, diminuindo a orientação, da mesma forma como ocorre quando se aumenta a velocidade de injeção.

O tempo de recalque aumenta o nível de orientação, já que mais material é forçado para a cavidade, onde o polímero está se resfriando, até que a entrada de injeção se solidifique. Da mesma forma, a pressão de injeção, por um aumento na tensão e taxa de cisalhamento, também vai ampliar a orientação. Quando amplia-se a espessura da cavidade, diminui-se a orientação pelo fato do resfriamento mais lento minimi- zar o aumento na viscosidade, devido a perdas de calor durante o enchimento, o que permite maior relaxação. O mesmo efeito é obser- vado com temperaturas de molde mais altas

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ir 4.0

Ao longo do fluxo

Transversal ao fluxo

5 1 0 E

O 10 20 30 40 50 60 70 80

Temperatura do molde em OC

Ao longo do fluxo

Transversal ao fluxo

2 1.0

Espessura da peça em polegada

Figura 175 - Efeitos das variáveis d e processo na orientação molecular retida

Um dos efeitos imediatos da relaxação (após orientação) molecu- lar é sua grande contribuição para a contração de moldagem ao lado da retração térmica da massa plástica durante o resfriamento. Nesta última, quanto mais avanga a temperahira do fiindido na cavidade, maior a con- tração térmica, até que se alcance a temperatura de extração. Entretanto, a viscosidade do material também será menor e, conseqiientemente, a transmissão da pressão de injeção será maior (Figura 176), compen- sando em parte aquela contração mais alta. Por outro lado, uma tempe- ratura maior da massa plástica (ou do molde), exigirá um tempo de res- friamento mais longo, o que permitirá o crescimento dos cristais nos polímeros semicristalizados, aumentando ainda mais a contração e a densidade do material.

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Análise da influência da orientação rnolecular 231

O 1 2 3 4 5 6 7 8

Distância do ponlo de injeção em polegada

Figura 176 - Queda de pressão ao longo da cavidade em f ~ ~ n ç ã o da temperatura do

fundido

Enquanto o cisalhamento presente durante a fase de enchimento do molde causa orientação e assim reduz a viscosidade, tão logo ele cesse, a viscosidade aumenta, o que vai resultar em um retorno das moléculas à sua forma enrolada original mais lento. O número de cadeias orientadas na direção do fluxo é muito maior do que na dire- ção transversal, e assim, quando a relaxação se inicia, a contrasão nesta dreção é bem menor Isso é mais facilmente evidenciado nos polime- ros semicristalinos por estes apresentarem contrações maiores, embora também ocorra com os amorfos. Condições de processamento que levem a um resfriamento mais lento permitirão maior grau de relaxa- ção e, desde que esta ocorre primariamente na direção de máxima orientação (ao longo do fluxo), a diferença inicial na orientação entre as duas direções, será reduzida. Desta forma, moldes quentes, peças mais espessas ou temperaturas de cilindro mais altas, tendem a aumen-

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tar a contração de moldagem e a diferença nas contrações longitudinal e transversal ao fluxo (Figura 177).

0

4.0 Ao longo do fluxo

Transversal ao fluxo C 0 1.0

I Temperatura do cilindro em ' C I

Figiira 177 - Efeito das variáveis de processo na contração da peça

9.2 -Tensões internas

Quando o polimero flui, ele está sujeito a uma tensão de cisalha- mento que orientará suas moléculas na direção do fluxo. Retomando novamente o perfil de velocidade de um fluido não-Newtoniano (Figura 178), verifica-se que as moléculas na região central (C) possuem a maior velocidade de fluxo, diminuindo até um ponto mínimo quando próximo às paredes (A). A tensão de cisalhamento varia de um máximo nas paredes até zero no centro. Já a taxa de cisalhamento é zero nas paredes onde o plástico está sólido, aumentando ao máximo em (B) e caindo novamente em direção ao centro.

Figiira 178 - Peifil de velocidade do fluido não-Newtoniano

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Análise da influência da orientação molecular 233

Após retiras a pressão de recalque, o fluxo pára e as moléculas têm h c e de se relaxarem. Como as cadeias orientadas tendem a se contrair mais que as não orientadas, as primeiras ficarão sob esforço de tração, enquanto as últimas sob compressão. Além disso, como o sesfriamento da peça ocorre de fora para dentro, moléc~ilas são removidas do centro para a superfície da peça que solidificou primeiro, podendo inclusive geras vazios internos. Isso faz com que a peça depois de fria apresente um dia- gama de tração-compressão, como o mostrado na Figira 179, onde no cen- tro da peça as moléculas estão sob tração e na superfície sob compressão.

Tensoes dentro da molécula Tensões entre moléculas I

- Compr. I Tração I Tração - O o

Figura 179 - Diagrama cle ~açào-compressão na peça injetada

A Figura 180 mostra que o aumento da temperatura do polímero fundido resulta em menor contração da peça devido à maior quanti- dade de material na cavidade.

Tensões de orientação dentro da molécula Tensões entre moléculas

Cornpr. 1 Tração Compr. 1 Tração - - 7-

O o

Figura 180 - Diagrama tracejado mostrando o resultado do aumento da temperatura

do f~indido sobre as tensões

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EFEITOS DAS CONDIÇÓES DE PROCESSO(*)

A seguir veremos como as condições de processamento afetam as tensões internas da peça.

10.1 -Temperatura da massa plástica

Para que o polímero preencha perfeitamente a cavidade do molde é necessário que sua viscosidade seja reduzida até um valor ideal, deter- minado pelas dimensões dos canais de injeção, espessura da peça, e pressão disponível. Esta diminuição de viscosidade é obtida através do aumento no calor transmitido ao polímero diretamente pelas resistên- cias de aquecimento do cilindro, ou pelo trabalho de cisalhamento da rosca sobre o material durante a fase de dosagem.

No entanto, como os polímeros possuem uma condutividade ter- mica muito baixa, eles são bastante suscetíveis ao sobreaquecimento. Assim, se o material é exposto a temperaturas excessivas ou a um tempo de residência prolongado no cilindro, sofrerá degradação. E isso resultará no rompimento das moléculas, levando a uma redução do peso molecular e da viscosidade (exemplo: Pe PS), ou resultará em uma reticulação e aumento da viscosidade (exemplo: PE, PVC). Neste último caso, se o aquecimento for continuado, ocorrerá a pirólise do polímero.

O gráfico da Figura 181 mostra os efeitos da temperatura do fun- dido sobre características físicas da peça: peso e tensões internas.

e) Adaptado d o trabalho escrito por Paulo A. Santos, gerente d e assistência técnica da empresa GE Plastics South Arnerica

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A; Peso da peça - Tensões -........-

I

-- i

---- --. --. ---. --__ - - - -__ - - -__ ----__ I 1

b Temperatura do fundido

Figiim 181 - Efeito da temperatiira d o fundido sobre o peso e tensões internas da peGa

O aumento gradual de temperatura da massa plástica resulta, ini- cialmente, numa redução muito rápida na pressão para enchimento do molde e no nível de tensões dentro da cavidade em si. A medida que a temperatura aumenta progressivamente, a curva torna-se mais plana, produzindo uma redução adicional muito pequena na pressão.

Assim, a taxa de degradação do material eleva quando sua tempe- ratura é aumentada. Por isso, temperaturas muito altas podem resultar em peças de baixa qualidade.

Também o peso da peça, que é uma boa medida para problemas de chupagem, varia de acordo com a temperatura. A temperaturas muito baixas há uma alta queda de pressão nos canais de injeção, e, assim, a menor pressão real na cavidade será indicada por uma peça mais leve. Um pequeno aumento na temperatura do fundido produz uma grande redução na viscosidade, diminuindo a queda de pressa0 nos canais de injeção. Isso permitirá um maior empacotamento na cavi- dade, reduzindo as chupagens. Quando a temperatura sobe muito, se obtém apenas uma pequena elevação na pressão da cavidade, que também resultará em um aumento bem maior na contração volumé- trica. Conseqüentemente, as chupagens vão aumentar, indicadas pela diminuição no peso da peça.

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Efeito das condições de processo 237

10.2 -Temperatura do molde

O aumento da temperatura do molde produz um efeito similar ao da temperatura do fundido, na pressão da cavidade e tensões internas, embora de maneira menos acentuada.

Já sua influência no tempo de resfriamento é muito maior. Fre- quentemente, o beneficio mais importante do aumento da temperatura do molde é para permitir que se injete com uma velocidade bem menor, sem que o polímero tenha resfriado muito.

10.3 - Efeitos oriundos do desbalanceamento do processo de injeção

10.3.1 - Empenamento

Embora possam ser várias as causas do empenamento, elas sem- pre estão ligadas ao desenho da peça. Analisaremos a seguir cada uma das condições que provocam este defeito.

10.3.1 .I - Orientação diferencial

A diferença na contração, ao longo da linha de fluxo do material e transversalmente a esta, tende a empenar a peça, pois, normalmente, o material orientado contrai-se mais que o não orientado. Da mesma forma, se uma área da peça for sobre-empacotada (recalcada) em rela- ção a outra, haverá uma diferença de concentração destas duas áreas, levando ao empenamento.

O caso clássico de empenamento está associado a orientação mo- lecular em peças com entrada de injeção no centro (Figura 182).

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238 MOLDES PARA I N J E Ç À O D E TERMOPLÁSTICOS

Figuia 182 - Empenamento de peças injetadas pelo centro

No caso do disco, com entrada de injeção pelo ponto 0, a contra- ção máxima será ao longo da linha de fluxo OA, OB. A contração trans- versal ao longo de PC, PD será menor e assim haverá excesso de mate- rial no perímetro cla peça, tendo que se acomodar dentro do diâmetro reduzido do disco, o que acontecerá somente através do seu empena- mento. Raciocínio idêntico pode ser usado para a placa retangular, ou seja, a contração através de suas diagonais é maior que a paralela às extremidades, forçando os cantos a dobrarem.

Pode-se também reduzir o empenamento, alterando as condições de injeção ou usando-se material de menor peso molecular, ou ainda a distribuição de peso molecular mais estreita de modo a reduzir a orien- tação. No entanto, alterando-se o sistema de entrada de material, o resultado será muito mais efetivo. No caso da placa, uma entrada em filme (Figura 183), seria mais adequada, visto que a contração maior na direção do fluxo do material poderá ser perfeitamente acomodada na peça sem gerar tensões internas que levem ao empenamento.

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Efeito das condições de processo 239

Figura 183 - Solugâo para o ernpenamento da placa da Figura 182, através da entrada em filme

Quanto ao disco, a solução mais efetiva é representada por entra- das múltiplas. Se a peça for alimentada em T;' Q e R (ao invés de O), a contração ao longo das linhas PC, Deserá similar aquelas das linhas OA e OB e a tendência ao empenamento será significativamente reduzida.

Também o comprimento menor do fluxo proporcionado pelo uso de entradas múltiplas, induz a um nível mais baixo de orientação, maior relaxação e uma pressão na cavidade mais efetiva para compensar a contração ou a chance de se usar menor pressão de injeção para enchi- mento da cavidade.

10.3.1.2 - Cristalinidade diferencial

A medida em que um polímero semicristalino começa a se resfriar, as cadeias moleculares aproximam-se umas das outras e começam a formar cristalinos (pequenas regiões de regdaridade). Se o resfria- mento é lento, o número de moléculas que têm tempo de se organizas em cristalitos é grande, conseqiientemente, a cristalinidade resultante é alta e a contração também. No processo de injeção, a taxa de resfria- mento varia consideravelmente com as condições de injeção e dese- nho da peça. Esta variação no resfriamento pode ser causada por alguma área da peça mais espessa que as demais (Figura 184), por dife- rença de temperatura do molde (b) devido a um projeto de resfria- mento ruim ou por aquecimento por au-ito localizado (c).

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Resfriamento lento, alta cristalinidade, alta contração

Resfriamento rápido, baixa cristalinidade, baixa contração

Figura 184 - Resfriamento diferencial gerando níveis diferentes de cristalinidade e contração (empenamento)

10.3.1.3 - Resfriamento diferencial

Como visto até agora, a densidade através da peça não será cons- tante por várias razões. Primeiro porque a densidade do próprio polí- mero fiindido irá variar com a queda de pressão ao longo da cavidade, enquanto a pressão de recalque aumentará a densidade na regi50 de entrada de injeção. Mais significativamente, a habilidade das diferentes áreas do molde em remover calor irá variar devido a diferentes espessu- ras do metal e distâncias das faces da cavidade até os canais de refrige- ração. Além disso, a região de entrada de injeção é mais quente que as extremidades da peça, pois ela é aquecida pela passagem de todo o material que adentra a cavidade, enquanto as extremidades recebem calor somente do material já parcialmente resfriado que as contata. Assim, diferenças de temperatura de 50 - 100°C no molde são possíveis. Estas condições favorecem a formação de um gradiente de densidade de uma região de resfriamento lento e alta densidade, próximo à

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Efeito das condições d e processo 241

entrada de injeção à outra região, de resfriamento rápido, e baixa den- sidade, nas extremidades da peça (Figura 185).

Este gradiente de densidade é comumente encontrado nas peças moldadas com todos os polímeros semicristalinos, e provoca não só anisotropia nas propriedades dependentes da densidade, mas também, como resultado de diferentes contrações, a formação de tensões inter- nas que além do empenamento, diminuem a performance da peça. Este diferencial de densidade pode ser minimizado se um resfriarnento adequado for aplicado ao molde, mantendo mais fria a área próxima à entrada de injeção e mais quente a área próxima às extremidades da peça. Isso pode ser obtido colocando um maior número de canais de refrigeração próximos à entrada de injeção e fazendo com que o líquido refrigerante entre por estes canais e saia pelos canais próximos às extremidades da peça.

Da mesma forma, o resfriamento do macho e da cavidade (fêmea) deve ser cuidadosamente planejado. É fácil resfriar a cavidade, mas é muito difícil obter um bom resfriamento do macho, particularmente nos cantos. Se estes cantos estiverem mais quentes que a cavidade, os lados da peça serão forçados para dentro, como mostra a Figura 186.

1.412

1.410

1.408 O

U 5 1.406

Ei a,

1404 0 C

0 1.402

1.400

-

-

-

-

-

-

I I I I I I I I 0 2 4 6 8 10 12 14 16

Distância do ponto de injeçáo em polegadas

Figura 185 -Variação da densidade, em fiinção da clistância da região até o ponto de injeção (para o Poliacetal)

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Quente

Solidifica-se depois

Frio

/ Solidifica-se primeiro

Figura 186 - Distorçâo devido ao resfriamento deficiente nos cantos do macho

Além do gradiente de densidade ao longo do comprimento da peça, existe também aquele ao longo da espessura. A superfície do polí- mero fundido imediatamente em contato com a face do molde irá res- friar-se mais rapidamente que o centro da massa plástica, fazendo com que esta apresente maior densidade e contração que a parte superficial.

Também, tanto nos polímeros cristalinos como nos amorfos, o cen- tro da massa plástica continua a contrair-se após o congelamento da superfície, gerando uma tensão de compressão nas camadas externas que, por sua vez, originam tensão de tração nas internas, como já mos- tramos na Figura 179.

Para entendermos melhor o que foi descrito anteriormente, vamos imaginar uma porção de plástico fundido colocado sobre uma super- fície metálica fria (Figura 187a). A superfície do plástico em contato com o metal irá resfriar-se e, logicamente, contrair-se. A medida que esta parte inferior vai se contraindo, ela deslizará sobre a parte superior ainda fundida (b). Mais tarde, a parte superior irá também se resfriar e contrair-se. Porém, agora, esta camada não poderá mais deslizar sobre

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Efeito das condições de processo 243

a região inferioi; pois esta já está sólida. Isto resultará no aparecimento de tensões internas na peça, que fará com que a mesma se deforme (c).

Polimero fundido (b) Solidificou e contraiu

rSolidificou e contraiu depois

Figura 187 - Tensões resultantes do resfriamento diferencial

Embora a presença dessas tensões internas não possa ser total- mente evitada, elas devem ser mantidas num nível mínimo para que não promovam uma grave redução nas propriedades mecânicas, tér- micas e químicas do produto final.

10.3.1.4 - Chupagem e vazios internos

Ambos os defeitos possuem causa comum, ou seja, falta de mate- rial na cavidade. Na fase de resfriamento, a parte central da peça é a última a resfriar-se e, conseqüentemente, a contrair-se. Em produtos espessos ou que exibam significante variação local na espessura da parede (reforços, castelos, etc - Figura 188), a contração final da região central puxará a superfície da peça para dentro (devido a não existên- cia de material suficiente no centro), ou formará vazios internos, caso a superfície já esteja suficientemente sólida. Essa tendência é mais evi- dente em materiais com alta contração térmica, que exigem altas tem- peraturas de processo e possuem baixo coeficiente de transmissão de calor, como, por exemplo, o PP

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Figura 188 - Defeito de chupagem devido a reforço

A falta de material na cavidade provém do fato já exposto de que a variação volumétrica do polimero fundido para o sólido é de 25%, enquanto a compressibilidade do mesmo as pressões de injeção é somente 15%. Dessa maneira, é impossível "empacotar" no molde e evi- tar esses defeitos unicamente na fase de pressurização e, então, deve haver também algum fluxo durante a fase de compensação. Com uma pressão de recalque alta, haverá muito fluxo de material na fase de pres- surização e ainda um pouco de fluxo durante a compensação. E esse último não conseguirá ainda manter a seção estreita da Figura 188 quente por tempo suficiente para que o "reforço" seja adequadamente "empacotado'i

A diminuição da temperatura do fundido também tende a reduzir ambos os defeitos, enquanto a temperatura do molde, se for aurnen- tada, diminuirá os vazios e, se for reduzida, diminuirá a chupagem superficial.

10.3.1.5 - Linha de emenda fraca

Linhas de emenda de material são formadas quando duas frentes de fluxo se encontram, e podem ter duas formas, como mostra a Figura 189.

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Efeito das condições de processo 245

Figura 189 - Linhas de emenda de peças plásticas: (a) o fliixo se divide e se une nova- mente; (b) duas frentes cle fluxo caminham paralelamente

Além de visualmente inaceitáveis, são pontos de baixa resistência da peça, pois agem como concentradores de tensões, facilitando a ini- ciação e propagação de trincas.

Durante a união das frentes de fluxo, ar ou gás pode ficar preso na interface, reduzindo ainda mais a resistência da emenda através da di- minuição da área de contato entre elas ou, no caso de materiais sensí- veis ao calor, pela queima local do polímero devido ao superaquecimen- to por compressão.

Amvés de análise por computador pode-se prever e alterar o posi- cionamento das linhas de emenda, embora elas não possam ser elimi- nadas de modo que fiquem em áreas menos críticas da peça quanto a qualidade ou aparência. Isto é feito variando-se pressão, temperatura, localização e dimensão das entradas de injeção.

10.3.1.6 - Sobre empacotamento

Esta é uma das causas mais comuns do empenamento, pois os po- límeros são materiais altamente compressíveis e em qualquer tipo de

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molde o fator principal para o sobre empacotamento e empenamento, é o fluxo desbalanceado. O material fundido irá sempre preencher a parte mais fácil do molde e então continuará a empacotar esta área até que todas as outras estejam preenchdas.

O mecanismo pelo qual o sobre empacotamento gera tantas ten- sões internas pode ser explicado considerando-se uma combinação de efeitos. No instante em que o molde está cheio, há inevitavelmente uma zona tradicional de material altamente orientado logo abaixo da super- fície solidificada. Durante o sobre empacotamento, o polimero conti- nuará a fluir a uma velocidade cada vez menor. A espessura da camada superficial sólida irá, portanto, aumentar constantemente, enquanto o fluxo ainda está ocorrendo e, então, conforme cada nova camada de material sólido é formada, haverá a combinação simultânea de fluxo e resfriamento, que resultará num aumento da orientação molecular retida. Enquanto isso, outras áreas de menor empacotamento terão menores níveis de orientação e contração, estabelecendo-se um gra- diente na peça que levará a uma situação global de tensões, resultando usualmente em empenamento.

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ANÁLISE DE PREENCHIMENTO DA(S)

CAVIDADE(S) DO MOLDE

11 .I - Fase de preenchimento da cavidade do molde(*)

Para simplificar estudos posteriores e facilitar sua compreensão, o ciclo de injeção descrito até agora será dividido em três fases principais: preenchimento do molde, pressurização e compensação.

Esta primeira fase vai do início do movimento da rosca para frente com uma velocidade constante até que o molde tenha acabado de encher. Para encher a cavidade é necessário reduzir a viscosidade do polímero, o que pode ser obtido por aquecimento ou por cisalhamento. A aplicação de calor aumenta a energia vibracional das moléculas e, como resultado, a distância entre elas também avança. Isso gera uma redução das forças de atração intermoleculares, facilitando o movi- mento relativo de umas em relação as outras, isto é, a viscosid-dde é diminuída (Figura 190).

(*) Adaptado do trabalho escrito por Paulo A. Santos, gerente de assistência técnica da empresa GE Plastics South America

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Taxa de cisalhamento 1 03s-'

120 150 180 210 240 270 300 Temperatura em 'C

Figura 190 - Variação da viscosidade com a temperatura

Durante o processo, o calor é gerado e transmitido ao polímero pelas resistências de aquecimento, mas também é originado por meio do cisa- lhamento do material durante a etapa de plastificação e injeção. Assim, um controle adicional do calor fornecido à massa, está ligado à velocidade de injeção e de rotação da rosca e também da contrapressão.

Em pontos onde não há cisalhamento, as moléculas do polímero fundido estão intimamente emaranhadas e, portanto, resistem ao movimento de massa. Se, no entanto, as moléculas são submetidas ao cisalhamento, elas tenderão a se soltar deste emaranhado e se alinhar parcialmente na direção do fluxo. Quanto mais alta a tensão de cisalha- mento, maior a tendência de este efeito ocorrer. Isso, em conseqüência, leva a uma maior taxa de cisalhamento e uma menor viscosidade, faci- litando o fluxo.

A resistência real ao alinhamento &as moléculas depende das características do polímero, como o seu peso molecular médio e sua distribuição, grau de ramificações, plastificantes, etc. Dessa forma, a ten- são de cisalhamento necessária para produzir uma taxa de cisalha- mento específica varia de acordo com os diferentes polímeros e tipos de um mesmo polímero.

A Figura 191 mostra a variação da viscosidade com a taxa de cisa- lhamento para diversos polímeros. Como se observa, o policarbonato nas temperaturas de processo é quase insensível ao cisalhamento, apre- sentando característica de fluido Newtoniano, o que evidencia a maior

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Análise de preenchimentos da(s) cavidade(s) do molde 249

dificuldade que o PC apresenta para preenchmento de peças finas e grandes.

Portanto, os efeitos da tenlperahira e do cisalhamento na determi- nação da viscosidade do polímero devem ser levados em conta .

I I o1 I o2 I o3 I o4 I o5 Taxa de cisalhamento aparente em S.'

Figura 191 -Variação da viscosidade com o Wsalhamento

Analisando agora o que ocorre durante o preenchimento do molde. Considerando que o molde está fechado com a frente de mate- rial plástico fundido começando a fluir pelo bico da máquina em dire- ção à cavidade. O polímero enche primeiro o canal de injeção e os de distribuição e adentra a cavidade em si, formando uma bolha que é inflada pelo material mais quente que vem do centro (efeito fonte), como mostrado na Figura 192.

A superfície do plástico em contato com a parede do molde soli- difica-se rapidamente, enquanto a parte central da massa mantém-se fundida. A medida que mais material é injetado, este flui pela região do centro, deslocando o pol'mero já nesta área que formará então a nova frente. O fluxo deste polímero deslocado é dirigido para frente e para fora e, ao contatar as paredes do molde, também se resfria, formando a próxima seção da superfície da peça. Isso ocorre sucessivamente até que o molde esteja completo.

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Figura 192 - Frente do polímero fundido dando início ao enchimento do molde

Conforme o fluxo prossegue, o aquecimento gerado pelo polímero fundido e o calor gerado por atrito, vão sendo perdidos através da camada solidificada de polimero até a parede da cavidade (Figura 193).

Inicialmente essa camada solidificada é milito fina, fazendo com que o calor seja retirado bem rapidamente, o que resulta em mais plás- tico resfriando-se, aumentando a espessura da camada sólida e dimi- nuindo o fluxo de calor.

Depois de um tempo, essa camada terá tal espessura que o calor perdido por condução será igual ao calor trazido pelo polímero mais o gerado por atrito, ou seja, uma condição de equilíbrio é alcançada. Na verdade, a taxa real de fluxo de calor é bem maior do que o pequeno conteúdo de calor no plástico da camada sólida.

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Análise de preenchimentos da($ cavidade(s) d o inolcie 251

O resultado é que o equilíbrio é alcançado muito rapidamente, fre- quentemente em poucos décimos de segundos. A camada sólida atinge o equilíbrio logo no começo do ciclo.

Alta tensão de cisalharnento

Calor do I

Figura 193 - Transferência de calor durante o enchimento do molde (detalhe C da Figura 192)

E interessante imaginar como irá variar a espessura dessa camada. Se a velocidade de injeção for diminuída, menos calor será gerado por atrito e pelo polímero. A retirada de calor será na mesma taxa e, com menos calor entrando, a camada sólida cresceria em espessura. Por outro lado, se a velocidade de injeção for a~imentada, a camada será mais fina (Figura 194). Efeito semelhante seria causado pelo aumento na temperatura do fundido ou do molde.

Baixa Alta velocidade velocidade

I

Figira 194 - Influência da velocidade de injeção na camada sólida

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252 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS

11.2 -Tempo de enchimento da cavidade

O tempo de enchimento da cavidade é inversamente proporcional à velocidade de injeção, isto é, quanto maior a velocidade, menor o tempo de enchimento.

No gráfico da Figura 195, verifica-se que velocidades de injeção muito altas necessitam igualmente de grande pressão para preenchunento da cavidade, gerando taxas de cisalharnento também elevadas. Dirninuindo- se a velocidade de injeção, a taxa de cisalhamento também será reduzida, porém, mais calor será perdido, abaixando a temperatura do fundido e aumentando a viscosidade. Esse aumento de viscosidade inverte a ten- dência da curva, exigindo pressões maiores a tempos de enchimento muito altos devido ao resfriamento excessivo do material. Assim, existe uma velocidade de injeção ideal que corresponde à mínima pressão necessária para enchimento do molde.

Tempo de enchimento do molde

A

Figura 195 - Influência do tempo de enchimento na pressão da máquina e na tem- peratura do fundido

2 Pressáo - 1 Temperatura ...-....--

2

'. '. ...

Ao analisar a variação das tensões internas no início e no final do fluxo com o tempo de enchimento do molde, obtém-se um gráfico semelhante ao da Figura 196. Na região próxima à entrada de injeção na peça, a temperatura mantém-se alta (pequena perda de calor), e as

--. -. -. .- -.- ---_ ---_ 1

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Análise de preenchimentos da(s) cavidade(s) do molde 253

tensões serão determinadas basicamente pela taxa de cisalhamento. Significa que à medida que a velocidade de injeção é reduzida, as ten- sões serão progressivamente menores. Por outro lado, o comporta- mento das tensões na região da peça mais distante da entrada de inje- ção, é muito semelhante à curva de pressão do gráfico da Figura 195, ou seja, está relacionado com altas taxas de cisalhamento em curtos tempos de enchimento e baixas temperaturas de fundido em tempos longos.

Em alguns casos, no entanto, com o tempo de enchimento, pode ser verificado um aumento contínuo no nível de tensões.

I Tensões pr6ximas a entrada de injeçáo - -- - 1

Tensões na extremidade da peça .-........ 2

I b

Tempo de enchimento do molde

Figura 196 - Influência do tempo de enchimento nas tensões internas no começo e no final do fluxo

Deve-se detectar aqui que ambos os gráficos foram obtidos basea- dos em velocidades de injeção constante, do início ao fim da fase de enchimento do molde. Na verdade, praticamente, não é isto que ocorre visto que a última área da peça é preenchida com velocidade menor que a inicial. Entretanto, isto não altera significativamente os resultados.

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254 MOLDES PARA INJEÇÃO DF. TERMOPL~~STICOS

1 1.3 - Fase de pressurização

A fase de pressurização inicia-se quando a cavidade acaba de ser preenchida e a pressão interna atinge seu valor máximo.

Do ponto de vista de fluxo de material, essa fase é bem semelhante à do preenchimento do molde. A principal diferença é o aumento da pressão hidrostática dentro da cavidade, que diminui a taxa de fluxo do fundido, aumentando um pouco a espessura da camada solidificada.

O fato de se poder adicionar mais material ao molde, após este ter sido preenchido, é decorrente da compressibilidade dos polímeros no estado fundido. Embora fluidos, eles possuem comportamento mais parecido com um gás, quanto à cornpressibilidade. E por força dessa característica, até 15% de material excedente pode ser forcado para den- tro da cavidade.

11.4 - Fase de compensação

O aumento da temperatura do polímero, acima de sua faixa de amolecimento, apresenta dois efeitos físicos importantes: redução na viscosidade e aumento do volume pela expansão térmica.

A aplicação de pressão aumenta muito pouco a viscosidade, mas reduz bastante o volume do fundido por compressão. Esta interação da temperahlra e pressão sobre o voIume do material é de grande impor- tância no processo de injeção.

Após a fase de pressurização, a rosca não pára completamente seu avanço e continua a se mover para frente por algum tempo. Como os termoplásticos apresentam uma grande variação volumétrica, em torno de 25%, quando passam do estado fundido para o sólido, e somente um excedente de 15% de material pode ser colocado na cavidade durdnte a pressurização, deve haver uma fase de compensação. Depois que a entrada de injeção é solidificada e a pressão externa cessa, a pres- são hidrostática dentro da cavidade provocará expansão do polímero, compensando a contração térmica. No entanto, mesmo com a fase de compensação, o efeito da temperatura no volume é maior que o da pressão e, após o resfriamento, a contra~ão térmica excede a expansão

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Análise de preenchimentos da(s) cavidade(s1 do molde 255

oriunda da descompressão, resultando em um produto final dimensio- nalmente menor que a cavidade do molde.

O fluxo na fase de compensação é instável. Considerando a peça da Figura 197, pode-se supor que o polímero flui uniformemente atra- vés do diafragma até as bordas mais espessas. Porém, na fase de com- pensação, ao contrário, o termoplástico flui como "rios" que se abrem na extremidade em forma de delta.

Figura 197 - Fluxo do polímero durante a fase de compensação (rios e deltas) em um prato injetado pelo centro

A explicação para este comportamento está baseada na variação de temperatura do fundido que vem do cilindro de injeção. Esta varia- ção pode ser de até 40°C. Se, por exemplo, uma parte do fundido está pouco mais quente do que o restante, o seu fluxo será um pouco maior. Isso trará mais material quente para esta região e a temperatura será mantida. Se houver uma outra área que está mais fria, o fluxo será menor, haverá menos calor introduzido e o polímero poderá se solidi- ficar e, conseqüentemente, contrair mais cedo. Assim, quando o mate- rial dos "rios" começar a se solidificar e contrair todo o restante da peça

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já terá esfriado e contraído. Como as moléculas nos "rios" estão alta- mente orientadas, a contração será também muito alta e o resultado é o aparecimento de grandes tensões por toda a peça. Estas tensões são a causa mais comum do empenamento e surgem principalmente na fase de compensação.

11.5 -Tempo e pressão de recalque

Na análise destas duas variáveis a fase de preenchimento do molde tem que ser mantida constante. O gráfico da Figura 198 mostra a variação do peso da peça com o tempo de recalque para várias pres- sões. Depois de examinadas as peças quanto às tensões, foi constatado que aquelas produzidas com altas pressões de recalque aplicadas por curto tempo, em geral, apresentaram menor nível de tensões que as produzidas com baixas pressões e longos tempos.

ressoes recalaue

80 MPa

'O MPa Pressões 40 MPa de recalque

20 MPa

I Tempo de recalque

Figura 198 - Influência do tempo e da pressão de recalque no peso da peça

Portanto, a causa das tensões internas presentes nas peças plásti- cas é resultado da combinação de fluxo e resfriamento simultâneos do

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Análise de preenchimentos da(s) cavidade(s) do molde 257

polímero dentro da cavidade, o que ocorre durante a fase de recalque ou compensação.

É interessante citar que, mesmo se o fluxo for na direção contrária, ou seja, saindo da cavidade, haverá formação de tensões internas. Esse fluxo de retorno ocorre quando se retira a pressão de recalque antes que a entrada de injeção esteja sólida. O material flui então da cavidade de volta para os canais de injeção. Assim, a situação ideal de moldagem é preencher o molde, elevar a pressão até o nível desejado, manter esta pressão o mínimo tempo possível para reduzir as marcas de chupagem a um nível aceitável, e ter então a entrada de injeção solidificada para evitar fluxo de polímero entrando ou saindo da cavidade.

11.6 - Dimensionamento dos canais

Tradicionalmente não se dá muita atenção aos canais de distribui- ção, ao projetá-los com diâmetro suficiente para encher a cavidade. Mas o desenho desses canais é crucial, pois são eles os dispositivos para controle do fluxo, e a combinação destes com as entradas de injeção é que determinará o padrão de fluxo na cavidade.

As entradas de injeção por si só não são boas controladoras de fluxo porque:

e A queda de pressão nas entradas pode ser dominada pela trans- ferência de calor, e, então, qualquer mudança nas condições de injeção produz uma grande alteração no enchimento da peça. As entradas são muito suscetíveis aos efeitos de hesitação. Perdas durante a entrada e saída do fluxo nas entradas de inje- ção, que tendem a ser muito instáveis, somam grande parte da queda de pressão total.

e Erros de usinagem ou desgaste têm grande efeito na queda de pressão.

Já os canais de distribuição são bons controladores de fluxo por- que:

e São maiores do que as entradas, portanto, menos sensíveis a efeitos térmicos e de hesitação.

Edna
Highlight
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a Possuem um padrão de fluxo estável e bem desenvolvido. a São fáceis de ser usinados com precisão.

Aliado ao controle de fluxo, os canais de distribuição podem ser usados para controlar o calor gerado por atrito. Como mostrado ante- riormente, o nível de tensões residuais diminui à medida que se aumenta a temperatura do fundido. No entanto, esta alternativa tam- bém pode resultar em severos problemas de degradação por subme- ter o polímero a altas temperaturas no cilindro da máquina, onde o tempo de residência é medido em minutos.

Em contraste, usando-se no cilindro temperaturas menores, e gerando-se calor por atrito nos canais de distribuição, poderá se obter o mesmo efeito de reduções de tensões, mas sem o problema da degra- dação, desde que o polímero permaneça nesses canais a altas tempe- raturas apenas durante segundos (logo que o fluxo cessa o material res- fria-se). Assim, o uso de canais menores diminui os níveis de tensões na peça, reduzindo o empenamento, aumentando a queda de pressão e conduzindo a um melhor controle do fluxo e melhora, inclusive, a dis- persão dos pigmentos. A queda de pressão nos canais de injeção, dis- tribuição e cavidade estão limitadas por segurança a 70% da máxima pressão disponível na máquina. Isso normalmente corresponde a 100 MPa (pressão máxima de 138 MPa).

Outra vantagem importante de canais de distribuição menores, é que eles protegem a cavidade de fluxo durante o resfriamento. Se estes canais possuem diâmetros grandes e só se solidificam algum tempo depois da cavidade, é praticamente certo que haverá fluxo durante o resfriamento. Este pode ser para dentro ou para fora do molde, caso a pressão de recalque seja muito alta ou extremamente baixa. Em ambos os casos, o fluxo causará tensões nas peças.

Existe, por outro lado, um ponto de conflito entre a redução das tensões internas e eliminação das marcas de chupagem. Se os canais de injeção forem muito estreitos, eles irão se solidificar com mais rapi- dez (reduzindo as tensões ao mínimo) antes que uma compensação adequada tenha ocorrido. Assim, os diâmetros dos canais de distribui- ção devem ser os menores possíveis de maneira tal que permitam o preenchimento da cavidade, o aumento da pressão e sua manutenção por um intervalo de tempo mínimo para evitar chupagem e, então se

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Análise de preenchunentos da(s) cavidade(s) do molde 259

solidifiquem impedindo o fluxo durante o resfriamento da peça. Diâ- metros maiores que estes não reduzirão mais as chupagens e, ao con- trário, podem agravar estes defeitos porque o polímero poderá retor- nar da cavidade para os canais de injeção.

11.7 - Canais de distribuição posicionando linhas de emenda

Para que se consiga dirigir as linhas de emenda ao local desejado, deve-se seguir os procedimentos abaixo:

e Definir o local mais adequado para a emenda, dividindo-se a peça em partes menores.

e Analisar cada peça menor, determinando-se as pressões destas. e Desenhar os canais de distribuição de maneira que a pressão

total (pressão do canal + pressão da peça menor referente), seja igual para cada peça menor.

Um exemplo é o mostrado na peça da Figura 199. Nessa peça é impor- tante que as linhas de emenda não apareçam nas áreas sombreadas.

Figura 199 - Posicionamento exigido para as linhas de emenda na peça em questão

Como não se pode encher a peça por uma única entrada de inje- ção, ela deve ser subdividida em peças menores, de acordo com o posi- cionamento das linhas de emenda (Figura 200). Determina-se então a pressão e o volume de cada peça menor.

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260 MOLDES PARA INJECAO DE TERMOPLÁSTICOS

Figura 200 - Peça subdividida em três partes de volume semelhante

O próximo passo é considerar os canais de distribuição, calculando seus diâmetros de modo que a pressão total (canal + pega menor), seja a mesma em cada sistema canal-peça menor (Figura 201).

Figura 201 - Canais de distribuição dirnensionados para que as pressões nas três par- tes sejam iguais

11.8 - Canais de distribuição balanceando o fluxo

Como vimos, a pressão total de enchimento (canais + cavidade) deve ser igual para cada sistema de fluxo. Não é suficiente balancear somente os canais de distribuição, sem considerar a cavidade. Modifi- cações nos canais de distribuição alterarão. a pressão na cavidade por- que a taxa de fluxo e o calor gerado por atrito também serão alterados.

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Análise de preenchimentos da($ cavidade(s) do molde 261

11.9 - Canais de distribuição balanceados artifi- cialmente

A Figura 202, mostra esquematicamente um molde de 8 cavidades, com canais de distribuição balanceados naturalmente e artificialmente.

Figura 202 - Canais de distribuição naturalmente balanceados (a) e artificialmente balanceados (b)

Um sistema balanceado artificialmente irá funcionar se o volume dos canais de distribuição for pequeno em relação ao volume da cavi- dade e a diferença nos diâmetros destes canais não for muito grande. O balanço é mantido igualando-se a queda de pressão de um canal largo e comprido com a de um estreito e curto. A queda de pressão neste último será mais afetada pela perda de calor do que naquele com diâmetro maior, o que fará com que uma mudança nas condições de injeção cause diferentes efeitos nos canais largos e estreitos. Por exem- plo, se a velocidade de injeção é reduzida, o canal mais estreito será muito mais afetado pela perda de calor do que o canal largo. Conse- qüentemente, a cavidade ligada pelo canal mais estreito será preen- chida pelo canal mais largo. Portanto, canais balanceados artificialmente só funcionarão bem numa determinada faixa de condições de injeção. O tamanho desta faixa determinará a estabilidade do processo.

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11.1 0 - Canais de distribuição naturalmente balanceados

No caso de peças muito pequenas, fica difícil projetar canais artifi- cialmente balanceados devido a grande instabilidade decorrente, isto é, uma faixa muito estreita de condições de injeção ideais. Neste caso, deve-se recorrer ao sistema de balanceamento natural.

Uma alternativa intermediária, quando o sistema não apresenta estabilidade suficiente, é a utilização de canais de balanceamento misto, como o mostrado na Figura 203.

Figura 203 - Canais de distribuição de balanceamento misto

1 1.1 1 - Determinação das entradas de injeção

Para se determinar o número e o posicionarnento das entradas de injeção, deve-se primeiro dividir a peça em partes, que serão analisa- das como se fossem porções separadas dentro da cavidade do molde. Estas porções devem possuir volumes iguais e proporcionar uma queda de pressão também igual ao longo das mesmas (Figura 204), de modo que todos os fluxos preencham a cavidade ao mesmo tempo e com a mesma pressão.

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Análise de preenchentos da(s) cavidade($ do molde 263

Figura 204 - Peça mostrando a colocação das entradas de injeção de modo que todos os fluxos preencham as partes da cavidade ao mesmo tempo e com a mesma pressão

Como mencionado, no projeto do produto o objetivo é obter um enchimento uniforme do molde, isto é, que o polímero flua em uma única direção desde a entrada até a extremidade da peça. As Figuras 205, 206, 207 e 208 mostram sistemas de alimentação de peças de acordo com este princípio.

Erilidoas 1oier.1 s s rnples com cai12 j oa n,eçào riirnens onncos para proa-z fluxo oaianceaoo

Figura 205 - Entradas laterais simples, com canais de injeção dimensionados para pro- duzir fluxo balanceado

Entradas centrais com sistema de canas quentes ou rnolae d e Ir35 p acas

Figura 206 - Entradas centrais com sistemas de canais quentes ou molde de três placas

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Enbadas laterais duplas com canais balanceados. Requer saida de ar no centro da peça

Figura 207 - Entradas laterais duplas, com canais balanceados. Requer saída de ar no centro da peça

Entradas em leque para propiciar excelente planicidade na peça.

Figura 208 - Entrada em leque, para propiciar excelente planicidade da peça

11 .I2 - Entradas de injeção balanceando o fluxo

Na maioria das peças de tamanho médio o problema não é o do não-enchimento, mas sim o de evitar empenamento e outros efeitos derivados da falta de balanceamento do fluxo. Embora a peça da Figura 209 possa ser facilmente preenchida com uma única entrada de inje- ção, utiliza-se um sistema mais complexo, pois, caso contrário, inevita- velmente, a área maior seria sobre-empacotada durante o enchimento da aba lateral.

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Análise de preenchimentos da(s.1 cavidade(s) do molcle 265

Figura 209 - Entradas de injeção evitando o sobreempacotamento e balanceando o fluxo

1 1 .I 3 - Fluxo reverso

A Figura 210 ilustra o efeito do fluxo reverso, quando o fluxo de cada entrada de injeção lateral encontra o fluxo central, pára e inverte sua direção. Quando o fluxo pára, a casca sólida aumenta em espes- sura e, então, funde-se novamente quando o fluxo recomeça na outra direção. Este fluxo reverso produz peças de má qualidade, tanto do ponto de vista de aparência superficial quanto de propriedades finais.

Portanto, a essência do perfeito preenchimento do molde ocorre através do modelo de fluxo simples. Modelos complexos com mudan- ças na direção do fluxo ou variação na velocidade do fluxo sempre reduzem a qualidade da peça. O fluxo ideal é aquele que possui uma frente única através do molde, gerando um padrão de orientação uni- forme. A simulação em computador tenta obter esta condição, posicio- nando e dimensionando os canais (entradas) de injeção ou mesmo alterando o desenho da peça.

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Figura 210 - Diagrama ilustrando o efeito do fluxo reverso

11 . I 4 - Entradas de injeção evitando fluxo reverso

A peça da Figura 211, contendo uma janela central, ilustra um pro- blema típico na decisão do posicionamento das entradas de injeção. Esse sistema geraria, além do fluxo reverso, um sobreempacotamento da área próxima à entrada B, resultando em uma contração menor nesta região em comparação ao resto da peça, o que pode acarretar empenamento.

I1 A

B Figura 211 - Entrada de injeção causando fluxo reverso e sobreempacotamento

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Análise de preenchunentos da($ cavidade(s) do molde 267

Colocando-se as entradas no lado oposto da peça (Figura 212), surge o problema de se ter linha de emenda no centro da parte mais estreita, que é uma região crítica.

Figura 212 - Entrada de injeção gerando lmha de emenda em parte critica da peça (X)

Finalmente, utilizando-se os conceitos anteriormente descritos, chega-se ao esquema da Figura 213, no qual as três porções da peça possuem aproximadamente o mesmo volume e igual pressão.

Figura 213 - Entrada de injeção possibilitando o enchimento das três partes da peça ao mesmo tempo e com a mesma pressão

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11 .I 5 - Hesitação no fluxo

Para entendermos este efeito, vamos analisar a peça da Figura 214. O polímero entrando pelo ponto de injeção flui até alcançar o dia- fragma mais fino. Neste momento não há pressão suficiente para preen- cher essa área e o fluxo caminhará então para as seções mais espessas. A porção de material que penetrou na parte fina permanece parada, perdendo calor, até que todo o restante do molde tenha sido preen- chido. Só então, a pressão de injeção atinge seu máximo e possibilita o enchimento da seção mais fina. Porém, ela já não está mais à tempe- ratura (viscosidade) adequada.

Entrada de

Figura 214 - Efeito de hesitação no fluxo

11 .I 6 - Entradas de injeção evitando hesitação do fluxo

A Figura 215 mostra a necessidade de se utilizar entradas múltiplas. Se a injeção for no ponto A, surgirá hesitação na nervura fina próxima 2 entrada. Injetando-se pelo ponto B a melhora seria pequena, já que o problema não seria eliminado. A única solução é usar duas entradas, de maneira que as nervuras fiquem no final do fluxo. Os canais de dis- tribuição são dimensionados para que a linha de emenda fique na posição escolhida.

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Análise de preenchunentos da(s) cavidade(s) do molde 269

Figura 2i5 - As entradas em A ou B causam hesitaçào no fluxo. Em C o problema foi resolvido

1 1 .I 7 - Fluxo multidirecional

Este efeito é causado pela mudança de direção no fluxo durante o enchimento do molde (Figura 216). Isso resulta em orientação molecu- lar em diferentes direções, gerando problemas de marcas de fluxo, ten- sões internas, empenamento, etc.

Figura 216 - Fluxo multidirecional

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270 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPLhSTICOS

11 .I 8 - Entradas de injeçáo proporcionando fluxo unidirecional

Considere uma caixa retangular como a mostrada na Figura 217, cujo tamanho exige mais de uma entrada de injeção para seu preen- chimento. A primeira alternativa é colocar um ponto de injeção em cada canto superior (A,B,C,D), o que resulta em aprisionamento de gases no centro. Um outro ponto de injeção central (E) resolve este problema, mas gera um fluxo muito complexo devido ao bloqueio deste fluxo cen- tral pelos demais. A solução é a injeção através de três pontos no topo que, com a ajuda de guias de fluxo, pode balancear o caminho mais curto através das arestas, com o mais longo através dos cantos.

(a)

Figura 217 -As entradas como mostradas: em (a) produziriam fluxo muito complexo,

em (b), com a ajuda de guias de fluxo, este se torna simples e balanceado

11 .I 9 - Fluxos com velocidades diferentes

A Figura 218 mostra um exemplo deste efeito. A peça é formada por um fundo fino e por laterais espessas, e é injetada pelo centro. O fluxo do polímero será mais rápido através das paredes laterais do que pela diagonal do fundo, fazendo com que o ar da cavidade fique preso nos cantos, podendo provocar um ponto de queima ou não-enchi- mento da peça.

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Análise de preenchunentos &(s) cavidade(s) do molde 271

I O fluxo é mais rhpido I

Figura 218 - fluxos com velocidades diferentes geradas pela diferença na espessura

das paredes

Na Figura 219 observa-se outro exemplo semelhante. Se a injeção for lenta, haverá grande perda de calor, fazendo com que a casca (super- fície) solidificada seja muito mais pronunciada na seção fina, dimi- nuindo a passagem de material (fluxo) através desta. Este comporta- mento é chamado de fluxo dominado por transferência de calor. A seção espessa será menos afetada pela perda de calor e, então, o fluxo será ainda relativamente rápido, podendo provocar o aprisionamento de gases como no exemplo anterior.

A redução na espessura da casca sólida aumentará preferencial- mente o fluxo na seção fina, em comparação com a seção espessa. Isso pode ser conseguido pelo aumento da velocidade de injeção, da tem- peratura do fundido ou do molde.

Figura 219 - Diferença no comportamento do fluxo caso se utilize baixa velocidade de injeção (a) ou alta velocidade (b)

Page 272: MOLDES DE..[1]

1 1.20 - Fluxo instável

O fluxo do polímero fundido pode, às vezes, parecer imprevisível e isso se deve à instabilidade originada pela combinação simultânea de troca de calor e fluxo.

O sistema mostrado na Figura 220, baseia-se num caso prático. Veri- ficou-se que a cada injeção uma cavidade era preenchida primeiro e assim, alternadamente. A razão para esta instabilidade, quando as duas cavidades estão à mesma temperatura, é que se a cavidade B é preen- chida por último, então ela se torna um pouco mais quente (pois não há tempo para o calor escapar da superfície), e, portanto, na próxima injeção, B encherá primeiro e A por último, invertendo a situação. Na prática foi constatado que uma diferença na temperatura do molde da ordem de 3°C pode provocar casos como este.

Figura 220 - Molde de duas cavidades para ilustrar fluxo instável

11.21 - Guias e defletores de fluxo

O lugar óbvio para colocação da entrada de injeção na peça mos- trada na Figura 221 é no centro da base. Um fluxo radial simples é geral- mente o mais conveniente, mas também é o mais propício a empena- mento devido à orientação diferencial.

Page 273: MOLDES DE..[1]

Análise de preenchimentos da($ cavidade(s) do molde 273

Figura 221 - Caminhos de fluxo injetando-se a peça pelo centro da base

Três caminhos de fluxo podem ser identificados: dois pelos lados e um pelo canto. Os fluxos não são balanceados e a pressão exigida para o canto é maior que a pressão para os lados. Isso pode ser contor- nado usando-se um guia de fluxo para facilitar o caminho para o canto, ou uma restrição de fluxo para dificultar o caminho para o lado.

Há vantagens e desvantagens em ambas as alternativas. Um guia de fluxo irá aumentar a quantidade de material usado (Figura 222) e também elevará o tempo de resfriamento ao redor da entrada de inje- ção, o que poderá causar empenamento devido a resffiamento diferen- cial. Porém, irá reduzir o nível de tensões ao redor da entrada, dimi- nuindo a pressão de injeção necessária e melhorado o balanço o que, por sua vez, reduz o empenamento.

Figura 222 - Novo desenho da peça sugerindo a utilização de guias de fluxo

Page 274: MOLDES DE..[1]

274 MOLDES PARA INJEÇÃO D E TERMOPLASTICOS

Por outro lado, um defletor de fluxo reduz o peso da peça e não altera o tempo de resfriamento ao redor d'd entrada de injeção (Figura 223).

L

Figura 223 - Novo desenho s~igerindo a utilização de defletores de fluxo

A melhor solução pode depender somente de valores absolutos de tensões e pressão. Algumas vezes é necessária uma combinação de guias e defletores para se ter o melhor efeito.

Page 275: MOLDES DE..[1]

12

PROBLEMAS DE MOLDAGEM

12.1 - Introdução

O objetivo de toda moldagem por injeção é obter peças de boa qualidade em alto ritmo de produção. Durante esse processo, vários problemas podem surgir com qualquer termoplástico, principalmente quando se inicia a produção com um novo molde. Também podem acontecer problemas quando se instala um mesmo molde em máqui- nas diferentes ou quando se troca o material plástico.

Os defeitos de moldagem podem ser causados pelo uso impróprio da máquina e por moldes ou material plástico inadequado. Estes três fatores (molde, material e máquina), devem ser considerados quando se procura eliminar defeitos e obter condições ótimas de injeção. Acre- dita-se que muitas vezes o defeito se deve ao material ou às condições de injeção, quando, na verdade, ele se encontra no desenho do molde ou na sua construção.

Este capítulo trata dos problemas mais comuns encontrados na prática da injeção. Para cada tipo de problema, as possíveis causas são apresentadas por itens (máquina, molde e material), sendo que qual- quer um deles pode provocar cada um dos problemas específicos apre- sentados.

Por exemplo: se as cavidades não estão sendo completadas, as cau- sas possíveis são:

Condições da máquina: a pressão de injeção ou a temperatura do material podem estar baixas, ou o ajuste da alimentação pode ser insu- ficiente, etc.

Page 276: MOLDES DE..[1]

Molde: a temperatura pode estar muito baixa, a s entradas e canais serem pequeno, a cavidade pode não ter saídas de ar apropriadas, etc.

Mat-erial: o fluxo do material pode ser um pouco "duro"; os grãos no Funil podem estar frios ou o tamanho das partículas pode não ser

uni fome

A solução para estes problemas é, em geral, evidente. Neste exem- plo particular, o primeiro passo é verificar as temperaturas do cilindro para ver se são suficientemente altas para o material usado. Se for pos- sível, é conveniente medir a temperatura da massa funchda com um pirômetro. Dessa maneira, tenha certeza de que o cilindro está aque- cendo o material a uma temperatura ideal.

O segundo passo é determinar se a pressão de inje~ão é suficiente. Ao mesmo tempo, o controle mecânico de alimentação deverá ser ajiis- tado para assegurar que o material do íud seja alimentado na rosca, evitando a falta de material.

Da mesma maneira, as outras causas possíveis, listadas no item "Máquinas) podem ser avaliadas para solucionar o problema. Se todas as condiçoes da máquina parecem estar em perfeito estado, o próximo passo será investigar cada uma das causas possíveis do item "Moldes" e, por último, no item "Material:'

Encontrar a causa do problema é uma questão de pouco tempo, mas a sua correção pode demorar muito mais, especialmente se as tem- peraturas do cilindro tiverem de ser ajustadas. Esses ajustes devem ser feitos de 10 em lWC, permitindo que o material estabilize depois de dez a doze injeçoes entre cada alteração.

Uma análise sisTemática das possíveis causas dos problemas e a aplicação das correções necessárias fornecer% as bases para a produ- ção de peças de boa qualidade.

Page 277: MOLDES DE..[1]

Problemas de moldagem 277

12.2 - Problemas de injeção

12.2.1 - Injeções incompletas

Máquina

1 Temperatura do 1 material baixa

Pressão de injeção muito baixa

Molde Material

Temperatura do molde muito baixa

Entradas muito pequenas

Fluxo muito lento

Resfriamento muito rápido

Excesso de material entre a rosca e o bico

Diâmetro d o Bico pequeno

Bico ou cilindro obstruido Bico do molde das partícuias comprido não uniforme

Saídas de ar insuficientes

Capacidade da máquina I Material frio entupindo inadequada as entradas

Tempo de in je~ão pequeno Canais muito pequenos

Lubrificação inadequada

Seções muito finas no molde

Material frio no funil

12.2.2 - Superfície opaca, sem brilho

Muita rebarba junto ao material virgem

Máquina

Pressão de injeção baixa

Temperatura do material baixa

Excesso de material entre a rosca e o bico

Tempo de intervalo entre I Acabamento superficial as injeções muito pequeno i inadequado

Tempo de injeção pequeno

Molde

Temperatura do molde baixa

Entradas muito pequenas

Velocidade de injeção baixa

Diâmetro d o Bico pequeno

Material

Fluxo muito lento

Lubrificação inadequada

Saídas de ar insuficientes Material frio no funil

Mudanças bruscas de espessura

Nervuras muito grossas

Tamanho das partículas não uniforme

Page 278: MOLDES DE..[1]

278 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPLASTJCOS

12.2.3 - Manchas de queimado

I Máquina Molde 1 Material

1 Pressão de injegâo alta Saídas de ar insuficientes I Fiuxo muito r5pido 1 I I

I Velocidade de rosca Saídas de ar obstruídas I Excesso de lubrificante I muito alta I I I

i Temperatura do material alta

Bico muito quente

1 Contrapressão muito alta

- -

Má colocação ou tipo /Conteúdo aito de vol5rzl inadequado de en&da 1

- . - -. . - . . . . - - - . .

Excesso de agente 1

12.2.4 - Chupado ou bolhas

Máquina Molde i Material

Pressão de injeção alta Entradas pequenas I Fluxo muito rápido

Temperatura do material Temperatura do Fluxo muito lento !

baixa molde baixa I

I

Velocidade de injeção i Bico clo molde muito Conteúdo alto de I

I baixa comprido 1 voláteis OLI umidade

Tempo de intervalo entre Diârnetm do bico 1 Lubrificação externa injeções muito pequeno

Bico de injeção hio

muito pequeno não uniforme

Saídas de Excesso de material ar insuficientes moído misnirado

/ com material virgem

Diâmetro do bico muito Canais pequenos pequeno

Alimentação do material insuficiente

Page 279: MOLDES DE..[1]

Problemas de moldagem 279

12.2.5 - Marcas de junção

Máquina Molde

muito baixa molde baixa

Pressão de injeção I Saídas de ar

Velocidade de injeção I Saídas de ar

muito baixa

muito lenta I obstruídas

insuficientes

I Material

Fluxo muito lento

1 Resfriamento muito rápido

Lubrificação insuficiente i---

Bico muito frio I Entrada muito I I pequena

Diâmetro do bico Má localização das entradas

Capacidade da máquina Excesso de agente inadequada desmoldante

Conteúdo excessivo de voláteis

- -

Lubrificante em excesso

Ciclo da máquina muito pequeno

1 pequenos I I

Seções muito finas no molde

Bico do molde muito comprido

Diâmetro do bico muito pequeno

Canais de distribuição

12.2.6 - Aderência no bico ou na cavidade

-

Máquina

Pressão de injeção muito alta

Temperatura de injeção muito alta

Molde

Encaixe imperfeito entre o bico do molde e o

Material

Quantidade de insuficiente

bico da máquina

Diâmetro do bico da máquina maior que o do bico do molde

desmoldante

Fluxo muito rápido

Page 280: MOLDES DE..[1]

Diâmetro do bico Ângulo do bico I I

muito grande inadequado 1 Riscos ou superfícies

muito longo não polidas no molde

Tempo de intervalo entre injeções muito

longo

Capacidade de injeção muito alta

Velocidade de injeção muito alta

Bico de molde muito comprido ou muito

pequeno

Mecanismo inadequado de extração

Lubrificante insuficiente

Cantos das cavidades alisadas na linha de separação do molde

Temperatura do bico muito alta

12.2.7 - Marcas oblíquas, linhas prateadas, Mica

I Máquina I Molde I Material 1 Temperam do material Temperatura do molde

muito alta muito baixa

Temperatura do molde

I Mau funcionamento das I Entradas e canais muito I Contaminação com 1

Umidade em excesso

Conteúdo excessivo de muito alta

Tempel-atura na zona traseira do cilindro muito alta

1 resistências do cilindro I I pequenos I materiais

não uniforme

Saídas de ar insuficientes

voláteis

Material frio no funil

Diâmetro do bico muito

Capacidade da máquina inadequada

pequeno

Velocidade de injeção muito rápida

Limpeza do cilindro

com o material anterior)

Diâmetro do bico do molde

incompatíveis 1 Excesso de material 1

muito pequeno

Óleo, graxa, lubrificante ou água no molde

moído misturadas com material virgem

Page 281: MOLDES DE..[1]

Problemas de moldagem 281

12.2.8 - Rebarba na peça

inadequada do molde ou na linha ou mal distribuído

muito alta cavidades

Máquina

Pressão de injeção muito alta

Ciclo muito longo Área projetada do molde

a rosca e o bico muito alta

Molde

Alinhamento falho entre as duas partes

Velocidade do pistão muito alta

Material

Fluxo muito alto

Velocidade da rosca muito alta

Contrapressão excessiva 1

Saídas de ar muito aprofundadas

12.2.9 - Manchas pretas ou degradação da cor

1 Temperatura na zona traseira

Máquina

Temperatura do material muito alta

I do cilindro muito alta

Molde

Graxa ou óleo nas cavidades

Temperatura do torpedo interno muito alta

Material queimado preso no cilindro ou no bico

Material

Excesso de material volátil

Graxa saindo dos pinos

Bico colocado de forma errada

Excesso de pó

Canais muito quentes (Câmara quente)

Lubrificante em excesso ou mal distribuído

Excesso de material moido misturada com

material virgem

Contaminação (tiras de papel, materiais

Page 282: MOLDES DE..[1]

Torpedo ou alindro rachados

Pistão gasto

Resistências do cilindro desreguladas

Vazamento de óleo no cilindro

12.2.1 0 - Deformação ou contração excessivas

muito baixa

Máquina

Tempo de intervalo entre as injeções muito reduzido

Conicidade insuficiente

Molde

Fluxo muito rápido

Material

Extração do macho deficiente

Pinos extratores com funcionamento muito

rápido ou não uniforme

Lubrificante externo em excesso ou não

uniforme

Solidificação lenta I- I Ciclo muito curto Temperatura do molde I I 1 não uniforme I

Espessura das peças não uniforme

Máquina abrindo ou pinos atuando de forma rápida

Temperatura do molde muito baixa

Temperatura do molde muito alta i

Page 283: MOLDES DE..[1]

ALGUMAS TÉCNICAS PARA OBTENÇAO DE CICLOS

MAIS RÁPIDOS

Para se obter ciclos mais rápidos são sugeridas a s seguintes reco- mendacões, dependendo do tipo de máquina, molde e matena1 pláqtico:

Preaquecer o material num fiinil secador (+80oC). A entrada de material preaquecido permite que se reduza a temperatura das resistências do cilindro, obtendo ciclos mais rápidos.

a Ajustar a alimentação para o mínimo necessário de carga a ser injetada. Isto reduz a perda de pressão no cilindro, permitindo velocidades de injeção mais rápidas e temperaturas menores. Polir todas as cavidades para tirar qualquer defeito que possa prender a peça; observar a conicidade necessária. Evita-se, dessa forma, o uso de desmoldante para facilitar a saída da peça.

a Em alguns casos (peças grossas), emergir as pecas recém-tira- das do molde num banho de água morna. Após serem retiradas do molde, as pecas poderão ser colocadas em dispositivos (madeira ou metal). Fichas técnicas para cada molde e máquina para:

Facilitar o início da produção. Reduzir o tempo para chegar às condições ótimas de moldagem.

Page 284: MOLDES DE..[1]

Modelo de ficha técnica

1 Firma: Ficha Técnica de

Regulagem de Máquina

1 CLIENTE: DATA: 1 I CONTATO: TEL.: I I MATERIAL: COiMPOS. : COR: FORNEC. : 1 I MÁQUINA: CAPACIDADE: ! I PEÇA: NQ CAVIDADE: I

Injeçào I

Resfriamento I I I

Abertura I l 1 Total

I I I I

I Zona I

Zona I1

Zona I11

Zona IV

Bico

Molde Macho

Molde Fêmea

Placa Bico

I

1 Injeção O '$ r/)

Pi

-

Recalque

Bico

Fechamento

Ei

i H

Produção de Peças:

Observações:

1 Pi

Funil Secador

Estufa

Velocidade RPM

Velocidade Injeção

Líquido

Bruto

I

Page 285: MOLDES DE..[1]

14 CONDIÇ~ES PRINCIPAIS DO

MATERIAL PLÁSTICO DURANTE UM CICLO NA MOLDAGEM POR

INJEÇAO

14.1 - Fase do ciclo I -O material começa a encher a cavidade.

Variações das condições de moldagem - Com temperatura ou pressão menores, o molde não se encherá,

podendo ocorrer também linhas de fluxo ou de solda ruins. - Maior velocidade do pistão pode prejudicar o escape de ar do

molde, bem como provocar orientação excessiva na peça. - Maior moldagem diminui a viscosidade do material, reduz o

tempo de enchimento e provoca deformações de cisalhamento. - Maior quantidade de tensões finais na peça moldada, provoca-

das por resfriamento adicional devido ao enchimento lento. - Baixa velocidade de escoamento acarreta cisalhamento menor

e, portanto, a viscosidade do material fundido é alta. Mantida a temperatura constante com maior velocidade de fluxo, a visco- sidade decresce. Assim, a modificação do tamanho dos canais de distribuição não melhora o escoamento se a velocidade do material for muito baixa.

- Linhas de soldagem defeituosas acarretam baixos valores de pressão de injeção, de velocidade de injeção, de temperatura do cilindro ou do molde.

Ação do material plástico - Lubrificante no material facilita o fluxo e a desmoldagem. - Material esfria na superfície, aumentando a viscosidade e redu-

zindo a velocidade de escoamento. O material interno, mais quente, continua a fluir a uma velocidade maior, estabelecendo,

Page 286: MOLDES DE..[1]

286 MOLDES PARA I N J E Ç Ã O DE TERMOPI.ÁS~~ICOS

assim, tensões de cisalhamento e orientaqão da periferia para o centro. Tais tensões aumentam em seções finais devido à maior velocidade de resfriamento provocada por uma razão superfí- cie/volume maior.

- O escoamento é mais rápido através do caminho mais fácil (seção mais grossa).

- A trajetória do fluxo se &vide junto a pinos ou a ressaltos. - A frente fria se une a outras trajetórias de escoamento e acarreta

linhas de solda. - O ar deslocado à frente do material, se não puder escapar, pro-

voca queimaduras ou soIdas íi-acas, - O material mais quente do cilindro é o último a entrar na cavi-

dade, aumentando a temperatura do molde até que seja res- fi-iado com água.

- Resfriamento desigual do molde causa graus de cisalhamento desiguais no material que flui, com diferentes tensões finais na peça moldada, ocasionando deformações e fragilidade desta. isto requer, portanto, maior esfriamento próximo à entrada (mais quente) e menor nas extremidades do mole (mais frio) para homogeneizar as tensões de cisalhamento.

14.2 - Fase do ciclo II - O material entra na bucha do canal, passando atra-

vés dos canais de distribuição para a entrada.

Ação do material plástico - Material frio acarreta poço fno. - Película externa do material que flui é resfriada nas paredes do

canal de distrib~iição. - O material frio dos canais de distribuição fica retido nos poços

frios destes canais (caso existam). - Menor pressão por atrito (do% de pressão original).

Page 287: MOLDES DE..[1]

Principais condições durante um ciclo do material plástico na moldagem ... 287

14.3 - Fase do ciclo III - O pistão ou a rosca se move para frente, forçando o

material plastificado através do bico do cilindro.

Variações das condições de moldagem - Ciclos longos não plastificam suficientemente o material. - Temperatura do cilindro muito baixa acarreta maior queda da

pressão. - Material poderá oxidar-se ou degradar-se, caso permaneça por

tempo excessivo no cilindro com temperatura alta.

Ação do material plástico - Queda de pressão (120%) caso comprima material frio. - Lubrificante externo facilita a compressão. - A pressão expulsa o ar entre os grãos pela parte de trás. - Aumento no volume com o aumento do aquecimento acarre-

tam queda de pressão.

14.4 - Fase do ciclo IV - O material passa através da entrada e penetra na

cavidade.

Variações das condições de moldagem - Temperaturas baixas do material aumentam a orientação na

moldagem.

Ação do material plástico - Se a frente fria não for retida, poderá solidificar na face da peça

oposta à entrada, causando marcas na superfície. - A menor pressão através da entrada é de 10 a 20% da pressão

original (projeto). - Há um escoamento estável, Iaminar, através de entradas totais e

fluxos turbulentos através de entradas restritas, cuja restrição aumenta a velocidade do material reduzindo a viscosidade. Por outro lado, esta velocidade cai rapidamente, aumentando a vis-

Page 288: MOLDES DE..[1]

cosidade, o que, juntamente com o resfriamento, sela a entrada quando a cavidade estiver cheia.

- Pequenas entradas aumentam a temperatura do material, mas dá maior orientação ao material que entra.

14.5 Fase do ciclo V -Acavidade está cheia.Apressão de compactação está

atuando.

Variações das condições de moldagem - Poderão ocorrer superfícies niins na moldagem, resultante de

material ou moldes muito frios, - Temperatura ou pressões muito altas causam rebarbas.

Ação do material plástico - Cavidade está sob pressão total. - A medida que o material começa a resfriar-se na cavidade, ele

se contrai. - Esta pressão de compacta~ão causa deslocamento do material

viscoso sob resfriarnento na área de entrada, com conseqüente orientação e tensões de cisalhamento.

- A medida que o material esfria ainda mais, aumenta a deforma- ção, originando mais tensões na pega, o que reduz a sua resis- tência a deformacão pelo calor.

14.6 - Fase do ciclo VI - Aentrada se solidifica. O pistão de injeção é recuado.

Variações das condições de moldagem - Se o pistão for recuado antes de a exitrdda se solidificar, algurri

material fluirá de volta da cavidade. - Temperatura muito alta do material, tempo de pistão avançado

muito curto ou solidificação prematura podem causar conua- ção de superfície ou furos (bolhas) no interior da peça.

- Período de compacta~ão longo e/ou uma pressão de injeção excessivamente alta podem resultar tensões residuais na peça e

Page 289: MOLDES DE..[1]

Principais condições durante um ciclo do material plástico na moldagem ... 289

peso maior. Por outro lado, podem requerer resfriarnentos mais longos para facilitar a extração, permitindo que a contração da peça compense a maior pressão na cavidade, aumentando, assim, o ciclo.

- Temperaturas de injeção excessivamente baixas resultam em peças fracas.

- O empenamento na peça pode ser reduzido por: .Temperatura do molde e do cilindro mais altas (viscosidades mais baixas, resultando em tensões de cisalhamento meno- res, menor orientação e melhor estabilização).

.Baixa pressão de injeção e menores tempos de aplicacão da pressão de compactação (resultando em menores tensões de cisalhamento e menor estabilização).

Ação do material plástico - O material continua a esfriar-se e a contrair-se. - As camadas externas mais frias retêm as tensões residuais e as

camadas do núcleo interno se estabilizam. - O excesso de contração livra a peça do contato com a unidade

fêmea, prendendo-a no macho (estabelecendo tensões). - A pressão residual, em excesso, prende a moldagem entre as

unidades macho e fêmea, causando dificuldade de extração. - O resfriamento das seções grossas pode resultar em vazios

internos e chupagens da superfície.

14.7 - Fase do ciclo VI1 - O molde se abre.

variações das condições de moldagem - Tempo de resfriamento excessivamente curto pode conduzir a

distorções provocadas pelos extratores. - Molde excessivamente quente aumenta o ciclo. - O agarramento da peça na unidade macho é controlado pela

velocidade de esfriamento, pelo módulo de elasticidade e pela resistência a tração do material que, quando excedidos, podem causar rachaduras na peça.

Page 290: MOLDES DE..[1]

Ação do material plástico - O canal de injeção é retirado da bucha. - A peça quente continua a contrair-se ao ser retirada do molde

(tensões internas podem causar alguma distorção). - Com alguns materiais, a peça pode continuar a se contrair à tem-

peratura ambiente, durante algum tempo.

Page 291: MOLDES DE..[1]

15.1 - Introdução (*)

A contração desigual em um produto moldado por injeção causa distorção dimensional ou rechupe. Em virtude de ser quase impossível corrigi-lo pela modificação das condições de moldqem, o pior tipo de rechupe é aquele causado pelo projeto deficiente da peça. Assim, a peça deve ser projetada de forma a prevenir sua indesejável ocorrência.

A contração é diretamente proporcional à espessura de parede, que deve, portanto, ser uniforme para que resulte em uma contração também uniforme. Espessuras de paredes diferentes numa mesma peça podem ocasionar algum tipo de rechupe, tanto devido ao alívio de tensões, como a concentração de tensões no moldado (Figura 224).

Fig. 224

A variação da espessura da parede é provavelmente a causa mais importante de rechupes.

Outro importante tipo de rechupe é aquele ocasionado por um projeto deficiente para nervuras e saliências no produto. A localização

C) Texto elaborado por Fernando M. Felicetti

Page 292: MOLDES DE..[1]

indiscriminada de nervuras e a seleção imprópria das espessuras des- tas podem provocar contração no molde capaz de alterar completa- mente a forrna da peça.

As nervuras não devem ter mais do que a metade da espessura da parede adjacente, de modo a evitar contração e possível distorçâo. No entanto, nervuras muito finas em comparação ao corpo principai do produto, também podem causar distorção devido a diferentes p u s de contração.

As saliências podem afetar a forma da peça moldada se possuírem espessuras de parede diferentes da estrutura h qual elas estão incorpo- radas, ou se estiverem conectadas a um lado da peça com parede de espessura diferente. Em princípio, as espessuras das paredes e das saliências devem ser similares às das nervuras.

15.2 - Fatores que influem no projeto do molde

Tanto para polímeros cristalinos sem carga como para os refor~a- dos com fibra de vidro, a localização da entrada é um dos aspectos mais críticos no projeto do molde. Isso se deve a vários fatores, incluindo a alta concentração inerente ao material e ao comportamento anisotrópico que eles podem exibir Anisotropia refere-se a uma concentração dife- rencial entre a direção do fluxo e a direção perpendicular deste.

No caso de materiais não reforçados, a maior contração é geralmente encontrada na dreção do fluxo. Por outro lado, a contração na direção transversal pode variar de 70 a 98% em relação ?i contração longitudi- nal. &sa quantidade depende do tamanho da entrada e da espessura da peça. Peças mais finas não exibem o mesmo grau de anisotropia apre- sentado por peças mais espessas.

Já os polímeros reforçados com fibra de vidro apresentam uma condicão oposta. A contração na dire~ão do fluxo é menor do que a contração transversal devido à orientação das fibras na direção do fluxo. A diferença percentual entre as contrações em cada direção depende de fatores como espessura de parede, tamanho da entrada e comprimento da fibra, sendo, portanto, difícil especificá-la precisa- mente. Contudo, a diferença média é de aproximadamente 50%, com a conmção na direção do fluxo ligeiramente menor.

Page 293: MOLDES DE..[1]

Rechupes: como evitá-los. 293

A melhor maneira de minimizar o rechupe na orientação é forne- cer um fluxo longitudinal para peças retangulares ou um fluxo radial para as circulares. Para peças circulares furadas no centro, pode-se uti- lizar entradas múltiplas para se obter um fluxo uniforme (Figura 225).

A

I

-D

Canal canal I externo 1 interno C

(À A

I Canal tipo anel completo I C Fig. 225 C

Devido ao elevado grau de anisotropia do material reforçado com fibra de vidro, recomenda-se sempre que possível, a utilização, para peças circulares, de uma entrada do tipo anel completo se esta se loca- lizar no centro, ou entrada em disco completo, se a localização estiver na periferia interna (Figura 226). Entradas do tipo anel ou disco com- pleto são especialmente adequadas para aplicações críticas em que as seções integralmente cilíndricas planas são de relevante importância.

Anel

Fig. 226

Page 294: MOLDES DE..[1]

Outra forma de rechupe associado à entrada envolve a distribui- ção da pressão dentro da cavidade do molde. Três princípios básicos devem ser observados neste contexto: o rechupe é resultado de dife- renças de contração numa mesma peça; a contração é afetada pela pressão (alta pressão resulta baixa contração); a pressão diminui em proporção ao aumento da distância de entrada.

Quando estes princípios são aplicados a um disco no centro de uma peça com espessura de parede uniforme, pode-se dizer que a pressão na periferia externa do disco é menor do que a pressão na entrada e, portanto, a contração na periferia é maior do que na área da entrada, mesmo que a parede seja constante. Algum rechupe pode ocorrer se for possível um relaxamento da tensão na peça moldada. A única maneira desta peça ser mantida plana, através das condições de moldagem, é pela utilização de técnicas que proporcionam uma menor contração (isto é, temperatura do molde e de fusâo menores, enchi- mento rápido da cavidade; pressão e temperatura de injeção, tempo de avanço do pistão e tempo do ciclo total aumentados; entradas amplas, etc). Fste procedimento realmente bloqueia as tensòes, de modo que a peça mantenha a sua forma.

Utilizando os três principias citados anteriormente, uma solução possível para este disco é reduzir grad~raimente a espessura do centro da peça para a periferia, com a seção mais espessa no centro. isso redu- zirá a queda de pressão, possibilitando uma pressão mais efetiva na periferia externa. Assim, a conmção na periferia será menor, ao mesmo tempo em que a contração no centro aumenta devido 2 parede mais es- pessa.

Com base no exposto, concl~ii-se que a entrada deve localizar-se na seção mais espessa de um produto moldado. Assim, a maior pressão desenvolvi& próxima 2 entrada irá minimizar uma concentração mais alta, compensada pela espessura maior da parede da seção.

O tamanho da entrada é importante porque ela regula não so- mente o volume do material que deve entrar na cavidade, mas também a pressão efetiva transmitida para o empacotamento deste material. Se a entrada é demasiadamente pequena, existe a possibilidade de ela se solidificar antes que a cavidade do molde seja adequadamente preen- chida. Isto causa uma baixa pressão efetiva e um inadequado empaco- tamento na cavidade, ocorrendo uma maior contração.

Page 295: MOLDES DE..[1]

Rechupes: como evitá-los. 295

Outra condição a ser observada em projetos de moldes, que pode levar ao rechupe, é a utilização de metais diferentes na construção da cavidade. A condutibilidade térmica varia para os diferentes metais. Se dois metais são usados na confecção da cavidade e da estrutura, aquele que possuir uma condutibilidade térmica menor reterá um calor mais intenso, criando-se assim um gradiente de temperatura no molde. Uma vez que a contração aumenta com a elevação da temperatura, a peça de plástico se curvará do lado mais quente do molde (Figura 227).

Linha divisória I

Cobre - berílico

Peça moldada Fig. 227

A solução adequada neste caso é usar controladores de tempera- tura separados para cada metade do molde e ajusta-los até que ambas as partes possuam a mesma temperatura. Pode ser necessário incluir também canais de refrigeracão adicionais na metade do molde, que dis- sipa calor mais latente.

Finalmente, deve-se observar que a dissipação de calor do molde pode não ser homogênea, com um lado do molde dissipando mais calor do que o outro. As causas dessa ocorrência são a configuração das peças e da área metálica que entra em contato com o material fundido (Figura 228). Esta condição é, sem dúvida, o segundo maior fator para a formação de rechupe e, geralmente, não é levada em consideração durante o projeto.

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A

A

Fig. 228

Quando um lado do molde se aquece mais rapidamente do que o outro, uma maior contração ocorre nessa face, de modo que o rechupe é inevitável. Várias medidas podem ser adotadas para evitar essa dife- rença, incluindo a incorporação de canais de resfriamento adicionais e o uso de um gradiente de temperatura no molde, além da atraente van- tagem de se utilizar metais com diferentes condutibilidades térmicas.

15.3 - Condições de moldagem

As condições de moldagem podem tanto contribuir para a ocorrên- cia de rechupes, como para minirnizá-10s. Por isso, é importante saber como as diferentes funções da máquina afetam o material durante a moldagem e seu comportamento resultante após a moldagem.

Essas funções serão examinadas a seguir, uma por uma, com co- mentários sobre rechupes.

A velocidade de enchimento da cavidade do molde é amplamente dependente do tamanho da entrada. Se o tamanho da entrada é tido como correto, a cavidade deve ser preenchida tão rapidamente quanto possível. Um preenchimento rápido unido a uma temperatura ade- quada assegura uma contração uniforme.

Uma alta temperatura do molde épreferívelpara a obtenção de propriedades e acabamento de supe ficies ótimas.

As peças moldadas resfriam-se lentamente, conforme as tensões

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Rechupes: como evitá-los. 297

na peça são aliviadas. Contudo, esta ação aliviadora provocará uma ten- dência ao rechupe se a configuração da peça possibilitar contrações irregulares. Quando isto ocorre, a temperatura do molde deve ser rebai- xada para retardar a contração. As temperaturas do molde podem ser tão baixas quanto necessárias, para impedir o alívio de tensões que podem conduzir ao rechupe durante a contração pós-moldagem ou em altas temperaturas numa operação em uso final. A temperatura do material deve ser alta o suficiente para possibilitar uma fusão homogê- nea. Se esta temperatura for demasiadamente baixa, ocorrerá uma fusão incompleta, dando origem a diferentes graus de contração e con- seqüentes rechupes na peça.

A contração diferencial é causada pela variação da pressão. Esta mesma condição pode ocorrer se houver pontos quentes loca-

lizados no cilindro de aquecimento da máquina ou se estiver sendo exi- gida uma capacidade da máquina excessiva para cada carregamento. A massa fundida, nestes casos, apresentará uma variação na velocidade de contração que poderá ocasionar rechupes. Para evitar esse problema, o cilindro deve ser inspecionado quanto a esses pontos quentes, ou áreas onde o material possa aderir, e a máxima capacidade de injeção da máquina não devem exceder a 75% de sua capacidade normal.

Um tempo de ciclo curto resultará em ejeção de peças que não tenham sido suficientemente resfriadas para manter sua estabilidade estrutural.

Neste caso, a contração após a moldagem geralmente é maior devido à diminuição do ciclo e de um alívio de tensão padrão. Con- forme as tensões são aliviadas, qualquer contração não uniforme resul- tará em rechupe. Além disso, as peças estão sujeitas a deformações durante a ejeção. Do mesmo modo, um tempo de injeção curto pode conduzir a problemas de rechupe. Se o pistão é recolhido antes da entrada fechar, o material terá o seu fluxo interrompido na cavidade do molde, o que provoca uma pressão na cavidade baixa e não uniforme, resultando uma contração maior e não uniforme. Uma baixa pressão de injeção possibilita uma contração maior do material, o que ocasio- nará rechupes se a configuração da peça for propensa a contração dife- rencial. Por outro lado, pressão de injeção demasiadamente alta pode

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conduzir a um excessivo empacotamento localizado na cavidade do molde. Isto causa contração diferencial e possível rechupe.

Algumas vezes os materiais plásticos podem se afastar da superfí- cie da cavidade, levando à formação de um lençol de ar, que atuará como um isolador, diminuindo a velocidade de resfriamento da área afetada, como se ela estivesse mais quente do que o restante do molde. Isso pro- move uma maior contração e conseqüente formação de rechupes.

A perda de contato com a superfície da cavidade pode ser provo- cada pela configuração da peça e também por escape de gases ou velo- cidade de enchimento e pressão de injeção insuficiente. Após a corre- ção desses fatores, pode-se variar a temperatura do molde ou empregar o diferencial de temperatura do mesmo para uma solução mais efetiva.

Tensões internas e externas

Legenda

- Nenhum desenvoivimento de tensão ou inaplicável

+ Desenvolvimento potencial de tensões

0 Nenhum desenvohimento de tensões exceto na soldagem por friccBo

Redução potencial de tens&

Tipos de tensões

Após a produção Usinagem Recozi- 1 - - - ~ o n t a ~ e n 1

mento I 1 Durante a produç5o

MIdagem

por mmmo

hloldageni

p injego

Extnisão Termo- formagem

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CONTAMINAÇÁO EM PECAS PLÁSTICAS,

PROBLEMAS E SOLUÇOES

16.1 - Contaminação na indústria transformadora de plásticos

O problema de contaminação em peças de termoplásticos injeta- das é preocupante e custosa.

Fatores como os custos da matéria-prima, de máquina e da mão- de-obra oneram sobremaneira, incidindo diretamente na lucratividade da empresa.

O percentual de 3% de refugo em peças brancas ou de cor clara é geralmente o máximo admitido no processo, tanto para indústrias que usam somente materiais virgens, como para aquelas que tingim e recu- peram o material plástico.

A seguir são fornecidas algumas normas básicas de identificação e soluções de problemas visando minimizar custos, fator de grande importância no momento atual.

16.2 - Identificação do problema e a origem

Logo que o operador ou o controle de qualidade observar que determinada peça possui algum tipo de contaminação acima de 3%, convém parar o trabalho da máquina e analisar imediatamente as cau- sas, pois o custo dessa produgão provavelmente não estará permitindo a obtenção de lucro.

Por exemplo: um refugo em torno de 10% significa, no final de 10 horas de trabalho, uma hora de trabalho - máquina, matéria-prima,

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300 MOLDES PARA IWECXO DE TER~\ IOPL~STICOS

faturarnento, etc - perdida; isto, em números de peças, pode alcançar centenas/mil hares.

16.3 - Matéria-prima

Há uma tendência da maioria dos transformadores em atribuir a origem do problema à matéria-prima, talvez por questões de comodi- dade. Porém, nem sempre ou raramente isso acontece

O primeiro procedimento consiste em limpar o funil. Caso esteja trabalhando com material tingido, injetar primeiro, ap6s a limpeza da máquina, material virgem nahiral. Observar se as novas peças, após dez operações, no mínimo, ainda apresentam o mesmo percentual de con- taminação. Caso o problema diminua ou pare, poderemos constatar facilmente a origem; por outro lado, se o problema continuar, devere- mos tomar providencias, que veremos a seguir.

Por exemplo: se ficar constatado que a origem da contaminação é a matéria-prima, deveremos tomar as seguintes medidas antes de co- meçar a injetar novamente.

1) Pegar um novo saco do mesmo lote. 2) Limpar a parte do saco a ser aberta. Esta limpeza poder5 ser feita

com pano ou escova. 3) Cortar o saco com uma tesoura. Nunca rasgá-lo, pois com cer-

teza pedaços de papel cairão junto ao material, sendo introdu- zidos na máquina.

4) Colocar o material no funil após limpá-lo bem e tampá-lo, fechando o saco com o material restante Nunca devemos fazer um testc no funil com material desnecessário; caso seja preciso, repetir o teste com outro lote, o que evitará desperdício e agili- zará o teste.

5) Verificar se há excesso de pó no material. Pequenas partículas de matéria-prima (pó) sofi-em maior ação de calor durante a injeção e tendem a transferir a carbonização para a peça. Caso seja consv~tado excesso de pó, fazer um teste de injeção com material peneirado. Pó em excesso é responsabilidade do pro- dutor da matéria-prima.

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Contaminação em peças plásticas, problemas e soluções 301

16.4 - Máquina injetora e molde

O conjunto máquina injetora e molde podem ser o causador de peças contaminadas. Neste caso, caberá ao pessoal de manutenção e limpeza sanar o problema.

Em geral, uma injetora trabalha com vários tipos de termoplásticos e diferentes cores, tornando essencial e necessária uma manutenção rotineira. Neste caso, a manutenção deverá ser mensal; em máquinas que trabalham com apenas um tipo de matéria-prima, a manutenção poderá ser semestral.

16.4.1 - Manutenção da máquina

Limpeza A: retirar a rosca ainda quente e colocá-la em um cava- lete. A remoção deve ser feita com uma espátula de cobre, usando vase- lina sólida que penetrará entre a parede da rosca e o material a ser removido. A vaselina atua como um excelente desmoldante, sem deixar resíduos.

Limpeza B: injetar poliestireno cristal misturado com estearato de zinco na proporção de 05%; em seguida limpar com cristal ou outro material virgem até a obtenção de peças limpas.

É importante verificar também possíveis vazamentos de óleo e a existência de material carbonizado junto a partes angulosas do molde e no canhão da máquina.

As partes superiores das máquinas também são excelentes depó- sitos de pó e fuligem. Com o regime normal de trabalho e a trepidação do conjunto a cada abertura e fechamento do molde, ocorre uma depo- sição de pó e fuligem junto ao molde, resultando em contaminação superficial.

Também a tampa do funil deverá ser limpa (por fora e por den- tro). Esta área é normalmente esquecida pelo pessoal de limpeza. Cada vez que o material é colocado na máquina, com o simples ato de fechar a tampa do funil (batendo), toda sujeira cairá junto ao material limpo.

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302 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPL~STICOS

Em determinados casos, dependendo do tipo e da localização da indústria, conseguiu-se reduzir em 90% a contaminação das peças.

A limpeza da máquina (parte superior da mesma, molde e funil) poderá ser feita com um pano umedecido em álcool ou óleo mineral.

16.5 - Depósito de matéria-prima

Deve-se tomar extremo cuidado na estocagem de termoplásticos em geral. Alguns tipos são por excelência higroscópicos.

É importante utilizar-se os materiais mais antigos primeiramente, observando-se a data de fabricação do produto. Isso evita estoque por longos períodos, prejudicando a qualidade do material. Em regiões com alto índice de umidade, este procedimento é extremamente necessário. A área onde se armazena o plástico merece uma atenção especial. Fres- tas junto ao teto devem ser tampadas, o ambiente deverá ser seco e ter aragem média, evitando-se a formação de corrente de ar. Nunca colo- que os sacos em contato direto com o chão e sempre cubra as pilhas com lona plástica. Observar para que o depósito não esteja próximo ou na rota de fumaça de caldeiras. Evita-se, assim, o depósito de fuli- gem que se desprende com o vento, contaminando o depósito.

16.6 - Estufa

Como já mencionado, alguns termoplásticos requerem estufagem, por serem higroscópicos.

Estufas de bandejas, de ar circulatório em funil, são por excelência grandes depósitos de contaminação. Algumas regras básicas que devem ser observadas são aqui apresentadas.

Em estufas de bandeja, jamais devemos misturar matérias-primas diferentes, mesmo que em bandejas bem distantes uma da outra.

Tomemos, por exemplo, o caso de estufagem do poliestireno alto- impacto nas cores preto e branco: a cor preta deverá ser colocada na parte inferior da estufa. Quando trocarmos o tipo de termoplástico, toda a estufa deverá ser cuidadosamente limpa.

As secadoras do tipo funil são excelentes, porém, também pode

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Contaminação em peças plásticas, problemas e soluções 303

acumular pó dos plásticos, fato esse que deve ser observado com cui- dado por ser prejudicial. Tecnicamente, é preferível determinar o uso de secador de acordo com o tipo de termoplástico. Por exemplo usar um somente para poliestireno, outro para polietileno, etc.

16.7 - Limpeza da fábrica e do ambiente

Além da limpeza normal, de lavagem comum periódicri. é necessá- ria a remoção constante da sujeira comum do dia-a-dia, especialmente dos sólidos resultantes da abertura de sacos de matéria-prima, dos panos, das estopas, etc. Em muitos casos, é comum o uso de ar compri- mido, medida não muito recomendada, pois o ar expelido a alta pressão funciona como transferidor de sujeira, desalojando-a de uma máquina e depositando-a em outras. Por exemplo: resíduos de plásticos no funil são lançados para outros lugares da máquina, as pequenas partículas de pó que ficam em suspensão irão se depositar em outras máquinas ou luga- res. Para esses casos, o mais recomendado é o uso de aspiradores de pó. O ar comprimido só deve ser usado em ocasiões extremas.

16.8 - Sistema de circulação de ar

Ventiladores industriais, geralmente situados junto às paredes externas, além de funcionarem como poluidores, por aspirarem sujei- ras externas, não funcionam como controladores de temperatura, pois provocam circulação de ar quente condensado junto à cobertura. Uma solução para estes casos é inverter a rotação do motor, transforman- do-o em exaustor, que remove o ar quente e partículas de pó suspen- sas. Para uma ventilação ideal, o recomendável é a colocação de venti- ladores suspensos juntamente com exaustores.

16.9 - Moinhos e depósitos de material moído e regranulado

Toda rebarba produzida em uma fábrica, desde que tratada ade-

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304 MOLDES PARA INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS

quadamente, é de extrema importância e pode se converter em fator de maior lucratividade. Por exemplo, o poliestireno devido às suas carac- terísticas técnicas, permite um reaproveitamento considerável. Mas para isso, devemos tomar cuidados especiais. E algumas soluções já foram encontradas, sendo que algumas funcionam bem e outras ocasionam novos problemas. Vejamos um exemplo: a colocação de mini-moinhos junto às injetoras (o próprio operador, após cada operação, coloca o "rabicho" para ser moído e em seguida, por sucção ou manualmente, o material é recolocado no funil). Esse sistema, aparentemente bom, oca- siona um nível de ruído bastante alto, prejudicial ao ambiente de traba- lho, tornando necessário o uso de protetores de ouvidos. O mais con- veniente é que a fábrica possua uma seção própria de moagem, com instalações adequadas.

O cuidado deve começar junto às máquinas injetoras, quando fizermos a limpeza. Na troca de cor, por exemplo, é normal injetarmos com bico afastado, produzindo grande quantidade de "borras" que se amontoam, misturam-se, sujam-se, etc. Uma solução é usarmos uma simples panela de cozinha, tipo frigideira, revestida de teflon, colo- cando-a em frente ao bico para amparar, assim, toda a descarga da máquina, com eficiência e segurança. Toda a "borra" recolhida poderá ser colocada em um carrinho, cheio de água limpa e fria, que permitirá que as diferentes "borras" não grudem com o calor e nem se contami- nem, facilitando o trabalho de seleção.

Toda atenção deve ser dada para a sala de moagem e seleção. A classificação da moagem para determinadas cores claras ou tipos de materiais deve ser feita separadamente. Os moinhos, piso e paredes devem ser limpos após o uso. Neste local, os cuidados devem ser extre- mos, pois é um foco natural de contaminação.

Os materiais obtidos após a moagem não devem ser estocados ao relento ou em lugares inadequados, pois, como já foi mencionado, dependendo dos cuidados tomados na moagem e seleção, eles podem ser usados puros ou misturados em até 20% ao material virgem, sem prejuízo da qualidade.

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Formado pela Unesp - Fa- culdade de Tecnologia de São Paulo, em 1972, pós-graduado em Administração Industrial pela USP em 1982; em Plásti- cos no OIvíTRI - Osaka Muni- cipal Technical Research Ins- titute (Instituto Municipal de

Pesquisa e Desenvolvimento), em Osaka, Japão, no ano de 1982; em Comércio Exterior pela UNP, em 1988. Realizou estágios de transformação e construção de produtos descartáveis de plásticos na American Can Co. (EUA); de fabricação de poliestireno pelo processo da massa continua na Monsanto (EUA); e na fabricação de poliestireno e copoiímeros na Basf S.A., em suas unidades da Alemanha, EUA e México. Foi professor da Escola Técnica do Plástico Frederico Jacob (SENAI), Es- cola Técnica Industrial Lauro Gomes, de São Bernardo do Campo (SP), gerente de produção da empresa D W E S.A. e gerente de serviços técni- cos da empresa Monsanto S.A. Autor do livro "Moldagem por injeção: projetos e princípios bási- cos". Atualmente ministra cursos de Transforma- ção de Plástico na Universidade de São Paulo, no Instituto Avançado do Plástico e na ABPol- Asso- ciação Brasileira de Polímeros. É diretor da ABPol e membro da SPE - Society of Plastics Engmeers e da AEA - Associação Brasileira de Engenharia Automotiva. É coordenador de serviços técnicos e desenvolvimento da empresa BASF S.A.

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amente 70% dos termoplásticos produ- processados pela técnica de moldagem por injeção; de possuir-

mos excelentes técnicos atuando no setor, há uma carência por jnformações, e I literaturas, publicadas em língua portuguesa. Ela é enorme e dificulta a evolução do setor. ' 1

Viajando através dos 1-6 capítulos que compõem es maior preocupação do autor é passar aos leitores uma deste complexo processo de transformação.

Essa intenção já é observada nos capítulos 2, 3, sem recorrer a fórmulas e conceitos extremament forma cuidadosamente estudada, as informações essenciais para a obtençã de peças de qualidade extraindo, apenas os dados numéricos sobre os mate riais plásticos, máquinas de injeção, dados técnicos sobre o proce plastificação dos polímeros.

A partir do capitulo 7 sobressai is vistas do leitor a grande experiência prática do Júlio, seja como ex-professor da escola SENAI -Mário Arnato e da {Ti Lauo Gomes, seja como Gerente técnico da Monsanto do Brasil SA. c

Coordenador de Desenvolvimento Técnico da Basf S.A.. Lendo sobre o pro- I I jeto de moldes, produto e problemas de rnoldagem, os técnicos do setor nota- '1 1 : rã0 que estão de posse de um bem elaborado guia para a solução de seus j( 1) I i problemas diários e com certeza encontrar50 respostas para muitas de suas [ 1

dúvidas. Finalmente, no capítulo 16, deparamos com um tema muito pouco abordado pelas literaturas nacionais e internacionais; contaminação em peças plásticas - problemas e soluções - onde o autor explora todos os itens que devem ser cuidadosamente observados para evitar este problema que ocorre .com freqüência na industria da transformação.

,%" ,Enfim, é uma obra que não deve faltar a todos aqueles que se preocupam om seu constante duetamente ligados com este

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