UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO POLITÉCNICODEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA MECÂNICA E ENERGIA

MOLDAGEM POR INJEÇÃO

Nova Friburgo2010

Resumo

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO POLITÉCNICODEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA MECÂNICA E ENERGIA

MOLDAGEM POR INJEÇÃO

Tamires Silva FernandesAndré Garcia PereiraVictor G. A. Springer

Trabalho referente à disciplina

Comportamento Mecânico e

Processamento de Materiais III, do

Curso de Graduação em Engenharia

Mecânica da Universidade do Estado

do Rio de Janeiro / Instituto

Politécnico.

Professora: Marisa Rocha.

Resumo

Os termoplásticos de engenharia são facilmente injetados em equipamentos

convencionais. O processo de moldagem por injeção é uma técnica de moldagem

que consiste basicamente em forçar, através de uma rosca simples (monorosca), a

entrada de material fundido para o interior da cavidade de um molde. Este processo é

muito complexo em função do número de variáveis que afetam a qualidade da peça

injetada. De modo a obter-se um processo de moldagem por injeção estável e peças com

a qualidade desejada é necessário haver um equilíbrio entre os parâmetros de injeção

como tempo de injeção, temperatura do molde e do material injetado, pressão de injeção

e recalque, tempo de resfriamento, volume do material injetado, dentre outros. Este

trabalho tem com objetivo apresentar e explicar o processo de moldagem por injeção de

polímeros, discorrendo passo-a-passo sobre a sua utilização bem como sobre o

funcionamento da máquina.

Serão citados também artigos científicos sobre a moldagem por injeção, onde

serão feitos comentários acerca dos mesmos.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - MÁQUINA INJETORA HORIZONTAL..........................................................................9

FIGURA 2 – PARTES DE UMA MÁQUINA INJETORA...................................................................10

FIGURA 3 – DESCRIÇÃO DE UMA ROSCA................................................................................13

FIGURA 4 – COMPARAÇÃO ENTRE O SISTEMA HIDRÁULICO E O DE ALAVANCA..............................21

FIGURA 5 – CONDIÇÕES DE SECAGEM...................................................................................24

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO...................................................................................................................................... 5

1. O PROCESSO.................................................................................................................................... 6

2. CONTROLE DO PROCESSO................................................................................................................ 8

2.1 - Instrumentação.........................................................................................................................8

3 - A MÁQUINA INJETORA................................................................................................................... 9

3.1 - Partes da Máquina Injetora....................................................................................................103.2 - Tipos de Injetora.....................................................................................................................113.3 - Rosca X Pistão.........................................................................................................................113.4 - Rosca.......................................................................................................................................12

3.4.1 - Relação de Compressão..............................................................................................................133.4.2 - Comprimento da Rosca...............................................................................................................133.4.3 - Profundidade do Filete...............................................................................................................143.4.4 - Transporte do Material (Zona de Carga)....................................................................................143.4.5 - Características do sistema impulsor de giro ou rotação da rosca..............................................14

3.5 - Válvulas de retenção...............................................................................................................153.6 - Controle da Temperatura do cilindro......................................................................................153.7 - Velocidade da Rosca...............................................................................................................163.8 - Velocidade de injeção.............................................................................................................163.9 - Contrapressão.........................................................................................................................173.10 - Descompressão.....................................................................................................................17

4 - MOLDES....................................................................................................................................... 17

4.1 - Projeto de molde.....................................................................................................................184.2 - Canais de alimentação............................................................................................................194.3 - Canal primário.........................................................................................................................194.4 - Canal quente...........................................................................................................................194.5 - Fechamento do molde.............................................................................................................194.6 - Avaliação da força de fechamento.........................................................................................204.7 - Fechamento por alavanca.......................................................................................................204.8 - Fechamento hidráulico............................................................................................................21

5 - PREPARAÇÃO DO MATERIAL......................................................................................................... 21

5.1 - Estufas de ar circulante...........................................................................................................225.2 - Secador de ar forçado.............................................................................................................225.3 - Desumidificadores...................................................................................................................23

6 – PROBLEMAS DE MOLDAGEM.......................................................................................................24

7 – CONCLUSÕES SOBRE OS ARTIGOS CIENTÍFICOS............................................................................30

8 – CONCLUSÃO................................................................................................................................ 34

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................................................35

ANEXO A

ANEXO B

ANEXO C

INTRODUÇÃO

O processo de moldagem por injeção não é novo. John e Isiah Hyatt receberam uma patente em 1.872 para uma máquina de moldagem por injeção, que eles usaram para moldar celulóide. Em 1.878 John Hyatt usou o primeiro molde de múltiplas cavidades. Em 1.909 Leo H. Baekeland introduziu as resinas de fenolformaldeído, as quais são agora moldáveis por injeção em injetoras com rosca.

A injeção de plásticos é um processo de transformação de plásticos similar à fundição sob pressão de metais. O plástico, na forma de grânulos ou pó, é plastificado num equipamento similar a uma extrusora. Neste caso, porém, após a plastificação do polímero, o parafuso atua como um êmbolo, injetando-o de uma vez só num molde. É o processo de transformação mais popular, respondendo por 60% do parque de máquinas.

Normalmente procura-se utilizar este processo onde uma grande quantidade de peças é solicitada, ou seja, a repetibilidade é alta. O custo do ferramental (matriz) é muito elevado. Procura-se aquecer a matriz, para uma melhor fluidez e equilíbrio térmico, deixando-a na faixa de trabalho de 150 a 350º Celsius. Para um melhor preenchimento da matriz e um aumento na qualidade do acabamento superficial da peça, utilizam-se lubrificantes especiais para reduzir os atritos envolvidos no processo produtivo.

1. O Processo

O processo de moldagem por injeção é uma técnica de moldagem  que consiste basicamente em forçar, através de uma rosca simples (monorosca), a entrada de material fundido para o interior da cavidade de um molde. Este processo é muito complexo em função do número de variáveis que afetam a qualidade da peça injetada. De modo a obter-se um processo de moldagem por injeção estável e peças com a qualidade desejada é necessário haver um equilíbrio entre os parâmetros de injeção como tempo de injeção,  temperatura do molde e do material injetado, pressão de injeção e recalque, tempo de resfriamento, volume do material injetado, dentre outros. Atualmente as peças moldadas por injeção são usadas em larga escala pela indústria e estão presentes no interior dos automóveis, nos gabinetes eletrônicos, nos equipamentos médicos etc.

A moldagem por injeção é um processo dinâmico e cíclico que pode ser dividido, simplificadamente, em seis etapas sucessivas: fechamento do molde, dosagem, preenchimento, recalque, resfriamento e extração:

Fechamento do Molde: o ciclo de moldagem é iniciado pelo fechamento e travamento do molde, necessário para suportar a altíssima pressão no interior da cavidade no momento da injeção. Os equipamentos atuais de injeção variam este valor desde 30 toneladas até mais de 1000 toneladas;

Dosagem: consiste na plastificação e homogeneização do composto no cilindro de injeção, obtidas por meio do movimento de rotação da rosca e do aquecimento do cilindro por resistência elétricas. Os parâmetros importantes a serem levados em consideração para esta etapa são temperatura do cilindro, velocidade de rotação da rosca e contrapressão da rosca;

Preenchimento: injeção do polímero fundido para o interior da cavidade do molde por meio do movimento linear de avanço da rosca e bloqueio do contrafluxo pela ação do anel de bloqueio. Quando a camada do plástico entra em contato com as superfícies frias da cavidade do molde, ele esfria rapidamente, enquanto o núcleo central continua fundido. O material adicional que entra na cavidade flui ao longo da linha do canal enquanto as paredes da cavidade revestidas por termoplástico já estão solidificadas. Os principais parâmetros nesta etapa são pressão de injeção, velocidade de injeção e dimensionamento dos pontos de injeção da cavidade do molde;

Recalque: finalizando o preenchimento das cavidades com volume de fundido maior que o volume real da cavidade, a pressão nas paredes da mesma é mantida constante até a solidificação da peça. Esta manutenção da pressão nas cavidades é conhecida como recalque, e se destina a compensar a contração da peça moldada durante seu resfriamento, evitando a ocorrência de defeitos de moldagem como os chamados  “rechupes”  e outras imperfeições, bem como perda de parâmetros dimensionais. O nível de pressão de recalque determina quanto material foi adicionado a mais do que o necessário para o completo preenchimento do molde. Uma regra básica define que a dosagem deve incluir um volume entre 5 e 10% maior que o necessário para o completo preenchimento da cavidade;

Resfriamento: finalizada a etapa de recalque a peça é mantida no molde fechado, para resfriamento e, conseqüentemente,  para complementação da sua solidificação. Para moldes metálicos, o tempo necessário para que a peça seja extraída sem apresentar deformações significativas corresponde ao tempo de resfriamento. Neste caso, tempo de resfriamento longos são indesejáveis pois diminui a produtividade do processo. Quando refere-se a injeção em moldes de estereolitografia, o tempo de resfriamento recebe uma conotação diferente. Como se trata de um processo utilizado para fabricação de pequenos lotes de peças, o fator produtividade é secundário. Assim, deve-se considerar fundamentalmente a influência desta variável na vida útil dos insertos SL, a fim de garantir que um maior número de peças possam ser injetadas;

Extração: Encerrada a etapa de resfriamento o molde é aberto e a peça é extraída por ação de extratores mecânicos, hidráulicos, elétricos, pneumáticos, que são definidos de acordo com a concepção do molde e a geometria da peça. Quando se trata de injeção em insertos SL, a força de extração pode ser significativa para a vida útil dos mesmos. Os efeitos combinados de temperatura e esforços de extração podem provocar a ruptura generalizada dos insertos SL. As forças de extração que atuam nos insertos SL dependem basicamente dos parâmetros de processo, da geometria da peça e das propriedades dos materiais do inserto e do moldado.

A resina deverá ser secada para eliminação da umidade, colocada no funil de alimentação, o qual deve estar constantemente tampado para evitar poeira. As peças injetadas são separadas do canal de injeção e inspecionadas pelo operador enquanto se inicia outro ciclo.

Os canais de injeção são moídos e retornados ao processo numa proporção pré-estabelecida.

Algumas vantagens do processo podem ser citadas, como:

- Peças podem ser produzidas com altas taxas de produtividade;- Produção de peças de grandes volumes;- Custo de mão de obra é relativamente baixo;- O processo é altamente susceptível à automação;- Peças requerem pouco ou nenhum acabamento;- As peças podem ser moldadas com insertos metálicos;

E algumas desvantagens do processo, como:

- Competição acirrada oferece baixa margem de lucro- Os moldes são muito caros- A qualidade das peças é difícil de ser determinada imediatamente- Falta de conhecimento dos fundamentos do processo causam problemas

2. Controle do processo

O trinômio Tempo, Temperatura e Pressão sustenta o bom desempenho do processo de moldagem por injeção.

Estes três controles, portanto, precisam estar muito bem apurados para que um processo onde alta pressão é desenvolvida não tenha nenhuma desarmonia que pudesse provocar acidentes pessoais ou gerar um produto degradado.

Para o bom sincronismo destes pilotos é mister um controle eficaz deste delicado processo. Um processo só é eficaz com uma monetarização bem projetada. A instrumentação é, portanto, o cérebro de qualquer processo.

2.1– Instrumentação

A instrumentação básica de uma injetora é constituída de:Comando manual: Este comando é utilizado no início de operação, na fase de

ajuste da máquina;Comando semi-automático: Com este comando acionado, a máquina pára

quando terminado o ciclo. Ele é usado quando for necessária a colocação de inserto na peça;

Comando automático: A injetora pode operar totalmente em automático, quando for apta para isto. A injetora é construída com um sistema elétrico e eletrônico instalados no painel de comando para o perfeito controle da máquina. O controle é executado por:

- Pirômetro: controla automática e independentemente a temperatura das zonas de aquecimento. Com o ponteiro ajustado numa temperatura pré-estabelecida, aciona o liga-desliga das resistências;

- Percentual: controla a temperatura da ponta do cilindro. O controle é exercido indiretamente pelo tempo que a resistência fica ligada;

- Amperímetro: é usado para indicar a corrente no circuito das zonas de aquecimento do cilindro. Permite ser verificado qualquer defeito nas resistências;

- Contador de impulsos: conta o número de peças injetadas. Possui ação elétrica no final de cada ciclo;

- Contador de horas: acumula o número de horas trabalhadas pela injetora;- Termômetro: indica a temperatura do óleo dentro do reservatório;- Voltímetro: mede a tensão do circuito;- Tacômetro: indica a rotação da rosca;

3. A Máquina Injetora

Uma injetora consiste basicamente de um mecanismo de acionamento hidráulico para fechamento e abertura da matriz ou molde (podendo ser bipartido ou com mais divisões) e do sistema de injeção do metal. A fig. 1 mostra um esquema genérico de uma máquina injetora com acionamento horizontal.

Figura 1 - Máquina injetora horizontal

As máquinas injetoras geralmente possuem válvulas que permitem a regulagem da injeção em três estágios distintos.

O primeiro estágio, no qual a velocidade do pistão é mais lenta, visa expulsar o ar lentamente da bucha de injeção e preenchê-la com o metal líquido, evitando turbulência no estágio seguinte.

No segundo estágio ocorre o preenchimento da cavidade com o metal (o tempo de preenchimento deve ser inferior ao tempo de início de solidificação da peça, entre 5 e 200 milisegundos). Preenchida a cavidade, com o metal ainda no estado pastoso, é acionado o terceiro estágio para a compactação da peça e a compensação da contração de solidificação (chupagem).

Atualmente, com o uso de microprocessadores, o controle desses estágios é automático e já existem máquinas com até cinco estágios.

3.1– Partes da Máquina Injetora

As máquinas injetoras possuem as seguintes partes:

Figura 2 – Partes de uma máquina injetora.

Nomenclatura:A – Base D – Placa móvelB – Conjunto injetor E – Conjunto de FechamentoC – Placa estacionária ou fixa F – Motor e sistema hidráulico

Base: é uma estrutura de forma retangular – fundida ou de cantoneiras 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 injetor: é uma estrutura fundida formada pelos componentes responsáveis pela injeção.

Placa estacionária ou fixa: 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 proporcionam a fixação do molde.

Placa móvel: tem sua estrutura fundida e serve de suporte para a parte do molde onde se situa o sistema de extração.

Conjunto de Fechamento: é um sistema que serve para o deslocamento da placa móvel, possibilitando a abertura e o fechamento do molde.

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

3.2– Tipos de Injetora

Basicamente são dois os tipos de injetoras, o de pistão e o de rosca reciprocativa. Abrindo um pouco mais o leque, pode-se classificar desta forma:

O tipo de pistão simples — usa um pistão para forçar o material contra um difusor ou torpedo. O calor é suprido por resistências elétricas. A resina é aquecida por condução e convecção.

O tipo de pistão de dois estágios — usa um pistão de um estágio para plastificar a resina e forçá-la a um segundo cilindro. O segundo cilindro injeta o material na cavidade do molde.

O tipo de dois estágios pistão e rosca — é essencialmente similar à injetora de pistão de dois estágios exceto que uma rosca fixa é usada para plastificar ao invés do pistão.

O tipo de rosca reciprocativa — usa uma rosca reciprocativa para plastificar o material. Quando a rosca gira, o material plastificado é forçado para frente, empurrando a rosca para trás. O material é injetado trazendo a rosca para frente e esta passa, então a atuar como um pistão.

As injetoras com rosca reciprocativa são similares às extrusoras. As altas pressões impostas pela rosca melhoram a homogeneização e plastificação.

3.3– Rosca X Pistão

Quando se comparam processos, destacam-se vantagens e desvantagens. Uma desvantagem do tipo pistão é a perda de pressão no cilindro, que pode ser de até 80%. Isto devido ao atrito gerado pela resina contra a parede do cilindro. Como a resina é pobre condutor de calor e é aquecida por condução térmica, são necessárias altas temperaturas o que pode provocar degradação térmica do polímero.

Na injetora tipo rosca a resina é aquecida por condução térmica da parede do cilindro mas principalmente pelo calor do atrito da resina com a rosca proporcionando uma melhor mistura e plastificação. Além disso, a rosca obtém uma melhor homogeneização pois o fluxo dentro do cilindro é turbilhonar e não laminar como na do tipo pistão.

Na verdade, há um certo fluxo turbilhonar na do tipo pistão, gerado pelo torpedo, mas não o suficiente para misturar satisfatoriamente o polímero.

A produtividade de uma injetora do tipo rosca é 50% ou maior que a do tipo pistão, devido a plastificação e a efetiva pressão no processo.

Como a pressão é um fator importantíssimo na injeção se for possível reduzi-la e obter resultados satisfatórios é interessante. Altas pressões provocam alto nível de tensão no moldado, enfraquecendo-o com o uso contínuo. E com o tipo rosca consegue-se 50 a 75% de redução na pressão em resinas de alta viscosidade.

Outras vantagens que a rosca de injeção possibilita sobre as máquinas de pistão são:

l. Os materiais de alta viscosidade são plastificados de maneira mais eficaz;2. Maior uniformidade física e de temperatura da massa fundida que proporciona:

a) melhor brilho e aparência superficial;b) menores requerimentos de pressões de injeção;c) menor encurvamento e melhor controle das tolerâncias dimensionais;d) redução de tensões por moldagem;

3. Melhor processamento de moagem e recuperado;4. Melhor dispersão dos colorantes na coloração a seco. O mesmo sucede com o concentrado (masterbatch), principalmente quando a relação L/D da rosca é superior a 1511;5. Menor sensibilidade às variações de tamanho de partículas do material;6. Na zona de alimentação não existe perda de pressão pela pré-compressão dos grânulos;7. Mais rápida e eficiente limpeza do cilindro quando se alterna de um material para outro;8. Maior facilidade para eliminar voláteis;9. Redução de ciclos como resultado de injeções mais rápidas ou maior capacidade de plastificação;

Mesmo com estas vantagens podem-se produzir peças altamente tensionadas internamente se a rosca é operada excedendo sua capacidade ou em ciclos muito curtos.

3.4– Rosca

A passagem, ângulo da rosca e comprimento das secções são adaptadas geralmente do desenho da rosca das extrusoras convencionais. O mais recomendável é o de passagem constante e diâmetro de raiz variável no qual a passagem da rosca é equivalente ao maior diâmetro. Este tipo de rosca se divide geralmente em três zonas distintas a partir do silo na seguinte ordem:

Alimentação – transição ou compressão e zona de calibração (ou dosificação). A função da zona de alimentação, formada por vários filetes de profundidade uniforme, é a de levar à zona de transição os grânulos requeridos para manter a zona de dosificação (ou descarga) da rosca completamente cheia de polímero fundido.

Compressão, mistura e fusão começam e se intensificam na zona de transição; onde se produz a plastificação e eliminação de ar preso. A profundidade dos filetes nesta secção diminui uniformemente desde o final da secção de alimentação até o inicio da zona de dosificação.

Dosificação - esta última zona tem dois filetes praticamente rasos com profundidade uniforme. Sua função é completar a mistura e fusão do polímero até sua máxima homogeneidade física e de temperatura.

O comprimento da zona de alimentação geralmente é de 8 a 10 vezes o diâmetro da rosca, enquanto a da zona de transição e a da zona de calibração de 4 a 6 vezes. Devido à grande diferença de comportamento reológico dos termoplásticos, não há nenhum tipo ou desenho de rosca que se comporte uniformemente bem com todos os materiais. Conseqüentemente cada fabricante, desenvolveu seu próprio modelo chamado de “uso geral” que é um compromisso entre as diversas possibilidades, para ser usado com uma ampla variedade de polímeros. A medida que avança o desenvolvimento tecnológico pode-se esperar melhorias no desenho dos roscas que permitirão otimizar resultados.

Figura 3 – Descrição de uma rosca.

3.4.1 - Relação de Compressão

Refere-se à relação entre o volume (ou a capacidade) entre os dois primeiros filetes da zona de alimentação e os dois últimos filetes da zona de dosificação. As relações mais comuns dos equipamentos atualmente no mercado são 1.5 - 4.5 a l; nos roscas de uso geral é de 2.5 - 3 a 1.

A relação de compressão em si mesma pode ser menos importante para a performance da rosca que a de sua profundidade na zona de plastificação. Roscas que têm uma alta relação de compressão devem ser operadas a menor velocidade (ej. 10 a 50 RPM), enquanto se a relação é menor que 3:1 podem ser operados a velocidades maiores (50 a 150 RPM) com poliestireno. A experiência demonstra que para poliestirenos e outros polímeros amorfos a relação de compressão preferida é da ordem de 2.5 a 1.

3.4.2 – Comprimento da Rosca

É expressado em termos da relação L/D, que é a relação entre a comprimento (L) da rosca e seu maior diâmetro (D). Em roscas comerciais a relação flutua de 12/1 a 24/1. Os roscas diretos com relação maior de 20/1 apresentam maiores inconvenientes se desejamos obter uma rotação concêntrica adequada e, portanto estão expostos a um desgaste excessivo. No entanto, como uma relação L/D ampla favorece uma fusão mais uniforme, as relaciones 18/1 a 20/1 são as mais usadas. Quanto maior a relação L/D, obteremos melhor qualidade de fundido por: maior área de fricção, maior comprimento de mistura, menor variação de pressão. Na maioria das máquinas a rosca direta, a relação L/D efetiva diminui com a comprimento do golpe de injeção. No entanto, esta diminuição é somente de 2 a 3 unidades e por isso é menos significativa com roscas de alta relação L/D. A mais alta relação L/D a performance da rosca é menos sensível as variações de granulometria do material.

3.4.3 – Profundidade do Filete

Geralmente quanto maior a profundidade do filete obteremos uma maior relação de produção a uma velocidade de rosca dada. Na prática se utilizam filetes pouco profundos para os materiais menos viscosos e filetes de maior profundidade para os de alta viscosidade. Não obstante, filetes muito profundos podem causar sobrecargas ao torque e deter a rosca. Os desenhos comerciais tem uma profundidade de 0. 15 a 0. 18 D na secção de alimentação e de 0.05 a 0.06 D na de plastificação. Devido a operação intermitente da rosca de injeção, a profundidade do filete é menos crítica nas convencionais que naqueles onde a rotação é contínua.

3.4.4 – Transporte do Material (Zona de Carga)

O transporte do material depende da diferença de fricção entre:

l) Polímero cilindro (alta aderência)vs.

2) Polímero rosca (baixa aderência)

Quanto maior diferença entre os coeficientes de fricção 1 e 2 obteremos maior fluxo de deslocamento. “A rosca deve estar mais polido que o cilindro” “A temperatura do material na zona do silo deve ser mantida o mais baixa possível”. Esta afirmação depende da relação capacidade de máquina vs. peso a ser injetado.

3.4.5 – Características do sistema impulsor de giro ou rotação da rosca

A unidade de impulso da rosca deve fornecer um alto torque de saída com proteção contra sobrecarga do mesmo e contar com velocidade variável.

O sistema impulsor da rosca de injeção difere do sistema impulsor do extruder convencional em quanto se deve arrancar e deter muitas vezes por hora de acordo com os ciclos de moldagem pré-estabelecidos. Necessita-se velocidade variável de rosca para adaptá-lo aos diferentes materiais plásticos e à variedade de moldes que podem ser utilizados.

Com sistema impulsor elétrico, a velocidade se ajusta trocando engrenagens. A velocidade da rosca é uma constante independente da carga, enquanto o torque varia de acordo com a carga aplicada.

O sistema impulsor hidráulico usa bombas hidráulicas e redutores de engrenagens que dão o torque constante e a efetiva proteção contra sobrecarga. A velocidade da rosca pode ser modificada continuamente com um ajuste do variador, mas pode variar com a carga aplicada.

3.5– Válvulas de retenção

As máquinas de injeção a rosca direta ou com pré-plastificador geralmente têm uma válvula de retenção na extremidade frontal do mesmo para evitar o refluxo do material nos filetes durante a etapa em que a rosca funciona como um pistão de injeção. Requer-se válvula de retenção toda vez que:

1. A viscosidade do material fundido é baixa; 2. A pressão de injeção é alta;3. A relação L/D da rosca é baixa.

Existem dois tipos de válvulas de retenção; as que tem um anel externo e as de boquilha interna. Ambos tipos podem causar, por acumulação de material em alguma zona estanca, degradação térmica e carbonização do material, com o que se geram rachaduras escuras.

Devem ser revisadas e limpas periodicamente. As de anel externo devem ser substituídas após algum tempo de uso. O uso excessivo ou manejo inadequado podem ser causa da degradação ou das rachaduras negras nas válvulas com anel externo. Se as rachaduras negras persistem depois de uma cuidadosa limpeza da rosca e válvula e

outras possíveis causas das manchas já foram investigadas, deve-se consultar o fabricante da máquina.

3.6– 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 rotação 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.

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

1. Diminuir a velocidade de rotação;2. Aumentar o ciclo;3. Diminuir a contra-pressão;4. Aumentar a temperatura na zona de alimentação.

Os níveis de temperaturas das zonas dependem primariamente do tipo de polímero a processar. Tal como nas máquinas, no pistão, a temperatura real da massa é a que importa. Os materiais que tem relativamente alta viscosidade tais como os poliestirenos de alto impacto, requerem que a temperatura da zona de alimentação é razoavelmente alta, em particular se o material não foi pré-aquecido ou se o peso da injetada é muito próximo a capacidade máxima da máquina.

Uma prática recomendável é que maior quantidade de calor seja produzida pela fricção da rosca mantendo as resistências o mais baixas possíveis para poder controlar convenientemente a temperatura do material. Nas máquinas convencionais, a temperatura adequada para o material fundido que sai pela boquilha deve estar entre 200 a 230ºC para poliestirenos. A temperatura deve ser medida com pirômetro de agulha em uma injeção de purga depois que a máquina realizou vários ciclos de moldagem nestas condições tomando apropriadas medidas de segurança.

É muito vantajoso instalar um termopar na massa fundida perto do ponto de injeção que indique a temperatura da mesma de forma continua.

3.7– Velocidade da Rosca

A capacidade de plastificação nas máquinas de injeção a rosca tem relação com a velocidade de rotação da rosca. Quanto maior velocidade, maior produção. O calor por fricção gerado pela rotação é aproximadamente proporcional ao quadrado da velocidade de rotação. Por isso existe uma relação direta entre velocidade da rosca e temperatura do material.

A velocidade ideal é uma função do desenho da rosca (relação de compressão e relação de L/ D) assim como das propriedades reológicas do polímero envolvido. A

temperatura de massa das resinas de maior viscosidade é mais sensível as mudanças de velocidade da rosca. Um excesso de velocidade de rotação pode causar degradação, provocando manchas escuras, marcas ou peças fracas por excesso de tensões residuais. Não obstante, altas velocidades de rotação de rosca asseguram uma rápida recarga e uma mistura mais uniforme permitindo dessa forma ciclos mais rápidos, portanto, deve-se buscar um meio termo entre a qualidade requerida e a velocidade de operação.

O ideal é ajustar a velocidade de rotação a um terço do tempo total do ciclo de moldagem e preferentemente parar a rotação da rosca antes que se abra o molde. Se a rosca se detém antes, o polímero fundido se manterá a alta temperatura por mais tempo e com isso estará mais propenso à degradação.

3.8– Velocidade de injeção

Os ciclos de injeção nos equipamentos a rosca são mais rápidos que os de pistão, pois não há perda de pressão para pré-comprimir o material não fundido na zona de alimentação, nem tem necessidade de uso de torpedo, que causa também uma perda de carga. Nas máquinas a pistão a queda de pressão da zona de alimentação pode chegar a ser 50% do total da pressão exercida pelo pistão. Conseqüentemente, em máquinas a rosca se requer uma pressão muito mais baixa para obter a mesma pressão de injeçãono bico. Deve-se levar em consideração que uma alta pressão no bico é necessária para todo tipo de máquina se é preciso um elevado nível de velocidade.

Os altos intervalos ou níveis de velocidade reduzem tensões internas e produzem ciclos mais curtos, sendo especialmente vantajosos para peças que possuem paredes de no mínimo 3 mm de espessura. No entanto, entradas ou boquilhas subdimensionadas impõem um limite à velocidade de injeção. Velocidades excessivamente altas podem ocasionar material queimado ou esfoliado na zona de colada. Analogamente, peças de maior espessura, tais como cabos de escovas ou tacos requerem injeções lentas para evitar marcas de fluência ou outros defeitos superficiais.

O controle de velocidade como variável da injeção é mais crítico nos equipamentos com rosca. Pode ser reduzida baixando a temperatura de massa e assim esses equipamentos podem trabalhar com ciclos mais curtos para moldar peças de maior espessura porque a temperatura de massa mais baixa combinada com uma mistura mais uniforme permite um endurecimento mais rápido no molde.

Recomenda-se usar alta pressão de injeção e um tempo de enchimento tão rápido quanto tolerado pelo desenho do molde, quando as cavidades se encherem baixar imediatamente a pressão (pressão residual), assim se minimizam as tensões internas. Exceto para paredes de espessura de mais de 6 mm onde o tempo completo de avanço da rosca não deve exceder 5 ou 6 segundos. Obviamente o tempo de enchimento depende da medida, quantidade e localização das entradas, tamanho dos escapes de gases, medida do bico e propriedades de fluência do polímero.

3.9– 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

contrapressão melhora as qualidades de homogeneização e plastificação do material plástico.

3.10 – Descompressão

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

4. Moldes

Há muitos tipos de moldes para injeção. Todos eles muito complexos e caros. É a principal parte do processo. Sua construção é bastante demorada e considera, principalmente, o formato da peça, sua aplicação e outras características.

O molde tem por obrigação conduzir o material, da maneira mais aerodinâmica para a(s) cavidade(s) e resfriar a peça, sem nenhum defeito . Portanto, melhor o molde melhor a peça acabada.

O resfriamento do molde exige controle que é conseguido com os canais geometricamente dispostos ao redor da cavidade. Os dutos de refrigeração devem estar eqüidistantes da cavidade para consentir uma temperatura uniforme na cavidade.A água é refrigerada por uma unidade de refrigeração agregada ao processo de moldagem por injeção, controlando com rigor a temperatura do fluido refrigerante, que mantém todo o corpo do molde com temperatura uniforme. O que é imprescindível para o bom desempenho do processo.

Há uma variedade muito grande de tipos de molde. Entretanto, o tipo mais comum é o de duas placas. O molde é constituído de, no mínimo, duas partes. Uma é instalada na placa estacionaria e a outra na placa móvel. Possui pinos de encaixe que direcionam a móvel a se juntar à fixa, num ajuste perfeito.

O alinhamento das duas metades é fundamental evitando-se assim qualquer vazamento do plástico quando o mesmo é injetado sob alta pressão na cavidade. O bico injetor convexo se junta a entrada côncava e fria do canal primário, para impedir vazamento e resfriar o plástico, facilitando a quebra do rabicho. Rabicho é a parte que fica ligada à peça, entre o bico de alimentação e o canal de injeção. Sua separação é feita manualmente pelo operador da máquina que o coloca posteriormente num moinho, para ser reciclado. Sempre que possível o molde é projetado de modo que as peças injetadas permaneçam na metade móvel do molde, para facilitar sua remoção.

Como foi dito, o molde possui, no mínimo duas partes. Porque há moldes com três. A terceira é posicionada entre as duas principais. É denominada flutuante. A cavidade neste caso fica entre a central e a fixa. O rabicho, então, fica entre elas. Isto permite a separação automática da peça moldada e o rabicho.

Outros tipos de moldes são também projetados, sempre com a finalidade de agilizar a operação, reduzir custos e melhorar a qualidade das peças moldadas. Podem-se mencionar os seguintes tipos:- O molde com partes móveis ou de mandíbula, para injetar peças com reentrâncias.- O molde com válvulas, para vedar qualquer vazamento de resina.- O molde com inserção metálica, que permite a inserção de um objeto metálico na peça moldada.

4.1 - Projeto de molde

A prancheta está cedendo seu lugar para métodos modernos de projeto. O CAD (Computer Aided Design)-CAM (Computer Aided Manufactoring)-CAE (Computer Aided Engineering). O CAD-CAM-CAE tem ganhado ampla aceitação na indústria de moldagem por injeção.

O CAD é usado para projetar as peças que serão moldadas e ferramentas. O CAM é usado principalmente para a programação do CNC (Controlador Numérico Computadorizado), que permite que os moldes sejam produzidos com precisão e com a mínima mão de obra.

O CAE envolve uma variedade de técnicas que podem simular a moldagem por injeção dos plásticos; determinacondições de moldagem, prevê a contração, o empenamento e o desempenho das peças acabadas. E, mais importante, permite ao engenheiro otimizar o processo e os parâmetros do projeto.

O CNC é um acessório de uma fresa, por exemplo, que automatiza totalmente o trabalho desta.

4.2 - Canais de alimentação

Os canais ou orifícios de alimentação são a ponte entre o canal de alimentação e a cavidade. Um projetista de molde é responsável pela determinação do tamanho, tipo e posição destes canais. Portanto não se faz necessário uma abordagem detalhada do assunto. Discorreremos o suficiente para um leigo ter uma visão geral. A finalidade do canal é esfriar rapidamente a resina, evitar vazamento e ser um meio de separação entre o canal e a peça.

Há dois tipos de canais, o largo e o puntiforme.Os mais usados são os puntiformes que sustentam o fluxo do material ao entrar

na cavidade fria, aumenta a velocidade da resina ao penetrar no minúsculo orifício da cavidade evitando um resfriamento precoce da resina fundida.

O canal largo, ao contrario do anterior permite um resfriamento mais rápido da resina necessitando de maior comprimento para manter o fluxo do material.

O orifício puntiforme permite resfriamento quase imediato da resina depois da parada do fluxo, impedindo o contra fluxo e conseqüente encolhimento excessivo da peça. Um balanceamento entre esses dois efeitos deve ser relevado para manter a contração a níveis baixos e evitar que a peça não fique grudada na cavidade.

4.3 - Canal primário

O canal primário é a conexão entre o canal de alimentação e a cavidade. É um mal necessário. Ele deve ser largo o suficiente para um enchimento rápido com o mínimo de perda de pressão, mas não tão largo que requeira que o ciclo de resfriamento seja aumentado para que o canal endureça e não possa ser retirado.

4.4 - Canal quente

O rabicho precisa ser regranulado e reciclado na maioria das operações, se possível. Uma extensão lógica do molde supera esta operação e é denominado canal quente.

O canal quente consiste de um sistema onde a alimentação é aquecida no molde, com o devido isolamento térmico. É um sistema de técnica difícil e oneroso. Portanto, deve ser muito bem aproveitado, utilizando-se canais com grandes diâmetros.

Este processo assegura que, na abertura do molde, as peças sejam ejetadas, livres dos inconvenientes rabichos.

4.5 - Fechamento do molde

Uma das características de uma injetora é o sistema de fechamento. Os sistemas mais comuns são:- Sistema de alavanca operado hidraulicamente- Sistema hidráulico

A alavanca é um mecanismo para ampliar a forca de um sistema.Numa injetora, a alavanca consiste de duas barras que são unidas em uma de

suas extremidades por um pivô. As outras extremidades são ligadas as placas, móvel e fixa. Quando o molde está aberto, a alavanca se retrai, tomando a forma de um "V". Ao se aplicar pressão no pivô das duas barras, as mesmas se endireitam, isto é, tomam a forma de uma única barra. Esta força de ação da alavanca é aplicada por um cilindro hidráulico. Em um sistema completamente hidráulico, a força é provida unicamente por um cilindro hidráulico.

4.6 - Avaliação da força de fechamento

Em moldagem por injeção a força de fechamento é medida em toneladas. Num mecanismo hidráulico, a força é relacionada com pressão e área, com a seguinte equação:

F = P A onde :F = força ( kgf )P = pressão ( kgf/cm² )A = área ( cm² )

Por exemplo, uma injetora de fechamento hidráulico, possui 52 cm de diâmetro, no cilindro de fechamento. Admitindo-se que a pressão de trabalho é de 140 kgf/cm², a força de fechamento será:

F = P x A = Px¶xr²=F = 140 ¶ 26² = 297,321 kgf, que por aproximação, considera-se:F = 300 t

Esta injetora será de 300 t.

Quando o plástico fundido é injetado no molde, a pressão aplicada sobre o material, pelo pistão, é pré-ajustada pelo operador em 1.450 kgf/cm², no máximo. Assim uma força de fechamento superior a 1.500 kgf/cm² de área projetada na superfície moldada é necessária para prevenir uma abertura do molde.

4.7 - Fechamento por alavanca

Na posição aberta do molde de uma alavanca de dupla ação , o pistão do cilindro hidráulico está retraído, puxando a cruzeta para perto da placa estacionaria. Este movimento retrai a placa móvel, afastando-a da placa estacionaria e o molde se abre.

É difícil parar o movimento da placa móvel, antes de se completar o curso total. Quando isto for importante, podem ser utilizados pára-choques de Nylon, para uma parada mecânica. Para fechar o molde, o cilindro hidráulico se estende. A placa móvel, lentamente entra em movimento e adquire velocidade máxima, até a metade de seu curso, quando então, automaticamente desacelera. A cruzeta se estende e endireita as articulações. Um pequeno movimento posterior da cruzeta desenvolverá uma grande vantagem mecânica, causando o travamento (se a vantagem mecânica for de 50:1, uma prensa de 300 t somente necessitará de um cilindro de travamento hidráulico de 6 t). Quando o molde abre, a força de fechamento total é igual à aplicada anteriormente.

Vantagens do sistema:- Pequena área de instalação e menor custo operacional- Ciclos de injeção mais rápidos- Auto travamento

Desvantagens do sistema:- Não possui controle. Pode haver dano no molde- Não há regularidade na força de fechamento- Difícil controle de velocidade nas operações de partida e parada- Requer mais manutenção e é mais susceptível ao desgaste

4.8 - Fechamento hidráulico

Vantagens do sistema:- Grande flexibilidade da força de fechamento- Controle preciso da força de fechamento e velocidade do pistão- Fácil ajuste do curso do pistão- Fácil ajuste do ciclo da injetora- Movimento silencioso e suave da placa móvel- Fechamento pode ser interrompido instantaneamente- Rapidez no ajuste do molde- Pouco desgaste e manutenção

Desvantagem:- A principal desvantagem de um fechamento hidráulico é o alto custo inicial.

Figura 4 – Comparação entre o sistema hidráulico e o de alavanca.

5 – Preparação do Material

A maioria dos termoplásticos absorvem a umidade da atmosfera, que na temperatura normal de processamento, provoca degradação da resina polimérica, resultando em perdas de propriedades físicas e prejudicando o acabamento superficial da peça moldada. A degradação polimérica citada acima é mais conhecida como Hidrólise que como o próprio nome diz é o rompimento da cadeia polimérica devido à reação química com a molécula de água. Tal reação é estimulada pela energia provinda das mantas elétricas da injetora (calor). Na figura abaixo temos um exemplo da Hidrólise na resina Lexan. Observe que há o rompimento de uma ligação primária na cadeia molecular, provocando a cisão da mesma e consequente diminuição do peso molecular do polímero.

Para se obter peças de boa qualidade, nos plásticos de engenharia, devem ser submetidas a um processo de secagem prévia ao processo de injeção. Tal operação pode ser realizada em três tipos de aparelhos:

   

5.1 – Estufas de ar circulante

É composta por um forno com várias bandejas, as quais são dispostas umas sobre as outras de modo que o ar quente circule e seque o material depositado dentro das bandejas. Este equipamento é ideal para secar materiais que não são muito sensíveis à Hidrólise e quando se deseja secar pequenas quantidades de material. Devido a sua regular capacidade de secar os grânulos, estes devem ser distribuídos uniformemente na bandeja, e não devem ultrapassar 3,0 cm de altura para não comprometer o material que está no fundo. A distância entre as bandejas deve ser no mínimo de 5,0 cm a fim de garantir a livre circulação do ar quente.

Vantagens:- Baixo custo; - Possibilidade de secar materiais diferentes ao mesmo tempo.

  Desvantagens:

- Por utilizar ar quente com umidade ambiental, a capacidade de retirar umidade dos grânulos não é alta, não sendo recomendada para materiais com baixa resistência à Hidrólise como o PBT, PC, ABS etc...- Risco de contaminação com materiais de bandejas diferentes; - Não permite a secagem de grande quantidade de material.

 

 5.2 – Secador de ar forçado

Este equipamento é composto por um compartimento onde é colocado o material e por um aquecedor elétrico que eleva a temperatura do ar. O ar ambiental é aquecido e insulflado na parte inferior do compartimento, entrando em contato com os grânulos e retirando a umidade dos mesmos.

Vantagens:- Capacidade de secar grande quantidade de material; - Se estiver limpo, não há risco de contaminação por outros materiais; - Baixo custo.

Desvantagens:- Como no caso anterior, este equipamento aquece o ar nas condições de umidade ambiental, não possuindo, portanto, alta capacidade de retirar a umidade contida nos grânulos. São indicados somente para secagem de materiais com boa resistência à Hidrólise.

  

5.3 – Desumidificadores

Basicamente este equipamento é composto por um silo onde o material a ser seco é armazenado, células desumidificadoras que retiram a umidade do ar e um aquecedor que é responsável pelo aquecimento do ar já seco que irá circular pelos grânulos da resina e retirar a umidade da mesma. A grande diferença entre este equipamento e os citados acima é que o desumidificador, retira a umidade do ar antes que o mesmo seja aquecido e insuflado no silo, ou seja, o ar quente que entra em contato com a resina está seco, possuindo portanto melhor eficiência na secagem. Na figura abaixo podemos observar o funcionamento desse equipamento com mais detalhes.

 

Vantagens:

- É ideal para a secagem de resinas com baixa resistência à Hidrólise e em casos onde há a necessidade de secar grandes volumes de material, pois funcionam em operações contínuas. Sempre que o nível de material no funil da máquina cai abaixo de um determinado limite, automaticamente é transportado o material do silo para o funil da máquina. Devido a esta característica, deve-se prever a capacidade do silo de modo a se obter tempo de residência entre 3 e 4 horas, dependendo do material a ser seco. Por exemplo, se uma injetora consome 100 Kg de Nylon por hora (tempo de secagem: 4 horas), a capacidade do silo do desumidificador deve ser de 400 Kg. - Mantendo o equipamento limpo não há o risco de contaminação por materiais estranhos.

Desvantagens:- Custo relativo alto. - A criticidade da operação de secagem está diretamente relacionada à higroscopicidade e a resistência à Hidrolise da resina. Por exemplo, o PPO/PS além de possuir a menor absorção de água dentre todos os plásticos de engenharia, também possui alta resistência à Hidrólise, portanto sua secagem só se faz necessária quando se necessita bom acabamento superficial das peças injetadas, pois não há prejuízo das propriedades mecânicas do material. Quando esta operação é necessária, pode ser efetuada em estufa de ar circulante. As resinas de PBT, PC, ABS, Nylon 6 e Nylon 66,  não têm a mesma característica do PPO/PS, possuindo inferior resistência à Hidrólise, sendo necessário maiores tempos e temperaturas de secagem, bem como a utilização de desumidificadores.

A figura a seguir mostra as condições ideais de secagem dos plásticos de engenharia.

Material

Tempo de secagem Temperatura

     

Nylon 3 - 4 horas 110oC

PBT 4 horas 120oC

PC 3 - 4 horas 110 - 120oC

PC/ABS 2 - 3 horas 100 - 110oC

ABS 4 horas 80oC

PPO/PA 3 - 4 horas 100 - 110oC

PPO/PS 3 - 4 horas 100 - 120oC

PEI 5 horas 150oC

Figura 5 – Condições de Secagem

6 – Problemas de Moldagem

É obtido sucesso na moldagem por injeção quando se produzem artigos de boa qualidade e com uma produção de ritmo contínuo. Mas, podem ser encontrados problemas no logro de este objetivo ao se trabalhar qualquer termoplástico; isto ocorre principalmente quando se inicia o trabalho com um novo molde. Também os problemas podem ocorrer quando se muda um molde de uma máquina para outra, ou quando se passa a um material plástico diferente. Os defeitos que podem aparecer em peças injetadas podem ser originados por condições de máquina não adequadas, um molde não satisfatório ou um material plástico impróprio. Estes três fatores: maquinaria, molde e material devem ser considerados quando se trata de eliminar defeitos e se obter condições ótimas de moldagem. Com demasiada freqüência tende-se a imputar os problemas ao material ou as condições de moldagem, quando, na realidade, a origem do inconveniente é a própria máquina não adequada ou o desenho do molde.

À continuação, detalharemos os dez defeitos mais comuns na moldagem por injeção. Para cada um deles se indicam os possíveis fatores que podem ocasioná-los, separados em três colunas: máquina, molde ou material; sendo qualquer destes fatores os que contribuem para originar um determinado problema.

Por exemplo, se as cavidades não são preenchidas por completo, suas possíveis causas podem ser:

a) condições do equipamentoPressão de injeção demasiadamente baixa, temperatura de massa do material demasiadamente baixa, alimentação insuficiente.

b) MoldeTemperatura demasiado baixa, entradas e canais demasiado pequenos, ventilação inadequada, etc.

c) MaterialA viscosidade do material é muito elevada, os grânulos do material no cone

estão demasiado frios ou não são de tamanho uniforme. Geralmente, a solução para cada possível causa é evidente. No exemplo dado, o

primeiro passo a seguir é controlar as temperaturas do cilindro para verificar que elas são as corretas para o material empregado. No possível, há que medir a temperatura de massa do material; a mesma se controla através de pirômetro em sucessivas purgas, para se assegurar que o cilindro esteja com o sistema de calefação adequado. Como segundo passo, deve-se verificar que a pressão de injeção e a correta e também se deve efetuar um ajuste do controle mecânico de alimentação de forma tal que o pistão ou pistão rosca não fique sem material no seu avanço para frente. Da mesma forma é importante se verificar as outras causas estabelecidas no quesito "A Máquina". Se ela está operando satisfatoriamente, investigar as referentes ao "Molde" e por último, as de "Material".

O emprego da técnica “passo a passo” para determinar a causa de um problema pode ser tarefa fácil, no entanto, a sua correção pode levar muito tempo, em especial se devemos ajustar a temperatura do cilindro. Isto deve ser feito diminuindo ou aumentando de 5ºC a 1OºC de cada vez fazendo uns 10 ou 12 ciclos entre cada modificação para ir permitindo que a temperatura da massa se equilibre com a do cilindro. Uma análise sistemática das possíveis causas e a aplicação das correções necessárias proverá as bases para produzir peças de alta qualidade.

INFLUÊNCIA DO DESEMPENHO TÉRMICO DE MOLDES FABRICADOS COM COMPÓSITO EPÓXI/ALUMÍNIO NAS

PROPRIEDADES DE PP MOLDADO POR INJEÇÃO

Um dos artigos científicos ora apresentados trata do comportamento térmico de moldes fabricados em epóxi/alumínio durante a injeção de polipropileno e sua influência em propriedades mecânicas analisadas sob difração de raio X e ensaios de dureza e de tração.

No desenvolvimento de produtos poliméricos injetados a etapa de fabricação do molde é uma das mais críticas devido ao alto custo e longo tempo de fabricação. O surgimento das tecnologias de prototipagem rápida (RP-Rapid Prototyping) e de ferramental rápido (RT-Rapid Tooling) favoreceu o processo de desenvolvimento de produtos em tempos menores com boa precisão dimensional, fomentando o crescimento da competitividade das empresas e a introdução no mercado de idéias inovadoras de uma forma rápida e eficaz. Entre as tecnologias de ferramental rápido que têm recebido destaque, encontra-se o vazamento de resina com cargas metálicas. Esta técnica possibilita a construção de moldes usando materiais compósitos de maior resistência que os utilizados por outras técnicas RT.

Corpos de prova foram fabricado em diferentes moldes, um tradicional, em aço e outro, acima citado, em epóxi/alumínio.

Os corpos-de-prova injetados no molde em compósito epóxi/alumínio apresentaram pequenas diferenças no grau de cristalinidade das superfícies analisadas e propriedades mecânicas semelhantes aos corpos-de-prova injetados em molde de aço.

Quando injetado, o material é resfriado desde o instante em que tem contato com as paredes da cavidade do molde, as quais se encontram a uma temperatura menor. A etapa de resfriamento se estende além da etapa de recalque, até o momento em que a peça está suficientemente fria para ser extraída, normalmente abaixo da temperatura de amolecimento do termoplástico. A transferência de calor ocorre principalmente por condução, entre o termoplástico injetado e o molde, entre o molde e o fluido contido nos canais de resfriamento, e por convecção forçada do fluido de resfriamento ao percorrer os canais de resfriamento.

Para fins de fabricação de componentes injetados, é importante investigar se a baixa difusividade térmica do molde não-metálico não compromete o desempenho das peças injetadas, gerando alterações significativas de estrutura e de propriedades.

O controle da temperatura em moldes poliméricos é importante para evitar a falha prematura destes, motivada por aquecimentos excessivos durante a injeção.

Ao comparar a dureza entre os diferentes pontos do corpo-de-prova a uma mes-ma temperatura, observou-se uma variação insignificante que pode estar ligada a diferenças localizadas na morfologia e/ou diferenças dimensionais causadas por contração diferenciada (rechupes)

O comportamento em tração para todos os corpos-de-prova de PP foi semelhante, apresentando um comportamento inicialmente elástico até tensões na ordem de 22 MPa.

Outro aspecto observado no artigo foi que o molde com maior temperatura proporciona menores taxas de resfriamento facilitando o aumento do grau de cristalinidade. O grau de cristalinidade das peças injetadas em PP injetadas em moldes de aço AISI 1045 menor que o encontrado para as peças injetadas em moldes em compósito epóxi/alumínio. Com isso observou-se que a difusividade do compósito epóxi/alumínio é bastante baixa resultando em taxas de resfriamento capazes de influenciar a cristalinidade do PP, um polímero de cristalização rápida, favorecendo um aumento da cristalinidade comparado a injeção em molde de aço com fluido de resfriamento na mesma temperatura.

Com o estudo, foi verificado que o molde compósito epóxi/alumínio tem um bom desempenho na moldagem por injeção de polipropileno tornando viável sua aplicação na produção de produtos de PP, onde os requisitos de projeto apresentem tolerâncias de pouco rigor com relação a variação de cristalinidade e com relação a variação de propriedades mecânicas.

Os dados experimentais e as metodologias utilizadas no estudo podem ser conferidos no artigo original, que se encontra em anexo ao presente trabalho.

REDUÇÃO DO TEMPO DE SETUP EM MÁQUINAS INJETORAS DE TERMOPLÁSTICOS, UM ESTUDO DE CASO

Meu artigo escolhido trata-se do uso de um método chamado SMED (Single Minute Exchange of Die), criado por Shingeo Shingo, para reduzir o tempo de setup - preparação da máquina para produzir - nas trocas de ferramentas em máquinas injetoras de polímeros termoplásticos. Em minha opinião, o objetivo desse artigo é super válido, visto que quanto mais eu conseguir acelerar o meu processo, mais peças serão produzidas e maior será meu lucro.

Com esse artigo, pude conhecer o método SMED, que consiste em reduzir o tempo de preparação (setup) em um número de minutos de no máximo um dígito, ou seja, inferior a 10 minutos. O SMED é um método para atingir a troca rápida de ferramentas (TRF), e assim diminuindo o tempo de preparação. Segundo seu criador, “Todo o tempo de setup que exceder a um dígito de minuto é um desperdício.”

Para isso, é necessário obter os tempos de todas as atividades envolvidas no setup, usando um cronômetro ou mesmo uma máquina filmadora.

Depois, deve-se fazer a identificação do setup interno (referente às operações que somente podem ser realizadas quando a máquina estiver parada) diferenciando-o do setup externo (referente às operações que podem ser realizadas enquanto a máquina ainda está em operação).

Tendo essa diferenciação, o próximo passo é avaliar quais setups internos podem ser transformados em externos; nessa hora, a inovação e a percepção são muito importantes, visto que quanto mais setups internos puderem ser transformados em setups externos, melhor.

Posterior a isso, deve-se melhorar cada operação básica do setup interno e externo. É nessa hora que se alcança os menores tempos de setup.

Para comprovar a eficiência do método SMED, e como o mesmo pode influenciar outros setores da produção, utilizou-se o software ARENA® para simular o sistema produtivo antes, e após a aplicação do método SMED, para que uma comparação e uma análise efetiva dos resultados possam ser feitos.

Também foi realizado um estudo de caso numa empresa de injeção de polímeros

termoplásticos, cujo foco principal é a fabricação de produtos de utilidade doméstica. A demanda por seus produtos começou a ser maior do que os recursos fabris disponíveis, gerando assim, altos estoques finais. A redução do tempo de setup das máquinas mostrou-se

como possível solução para diminuir lotes de produção e tornar a produção mais flexível e

com rápida resposta ao aumento de demanda.Assim, foi aplicado o método SMED, seguindo seus passos, e se obteve como

resultado principal a redução no tempo de setup do processo estudado em 75 % ; a ocupação do funcionário responsável pela troca de ferramenta foi 245% menor no sistema após a implantação do método SMED, pois o tempo de setup diminuiu visto que o funcionário começou a realizar as tarefas de maneira ordenada e ágil, reduzindo o tempo que ele fica em processo. Além disso, outros setores foram impactados com a

redução do tempo de setup, como o setor de reciclagem, que, com a melhor regulagem das injetoras, obteve uma quantidade menor de retrabalho nas peças.

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DO ESCOAMENTO DE MATERIAIS PLÁSTICOS E PÓS METÁLICOS INJETADOS EM

MOLDES

O artigo: "Simulação Computacional do Escoamento de Materiais Plásticos e Pós Metálicos Injetados em Moldes", trata de nos inserir numa realidade já cotidiana na Engenharia: projetos com funcionamento simulado computacionalmente. Vê-se que, além do tempo economizado na formulação de um projeto, os modos potenciais de falhas deste, são reduzidos consideravelmente avaliando uma simulação numérica consistente. A simulação numérica torna aparente pontos críticos para análise do projeto, favorecendo a otimização prévia antes da fase de execução. Para os processos de injeção, a simulação numérica favoreceu os estudos dos escoamentos de material pelo fuso até o molde de injeção, na máquina injetora, levando em conta características aproximadas de matérias-primas pra fabricação de compósitos cada vez mais elaborados. Também facilitou a fabricação dos moldes de injeção, visto que, atualmente, softwares de modelagem 3D e simulação numérica se "comunicam" com máquinas do tipo "centro de usinagem CNC" por intermédio de softwares CAM de mercado. Mas, apesar de ter grandes vantagens, as simulações não são isentas de erros; que podem ocorrer tanto nas fases de cálculo quanto no processo de fabricação dos moldes, por exemplo. Só que, mesmo com alguma incidência de erro, as simulação propiciam o conhecimento muito aproximado do comportamento geral do projeto após a execução em tempo extremamente inferior aos dos cálculos analíticos, o que sua utilização mais apreciada, barata, segura e viável.

8 – Conclusão

Com o desenvolvimento da indústria do plástico, houve a necessidade de desenvolvimento de periféricos para o auxílio no processo, no que se diz respeito à produtividade e qualidade do produto fabricado.

Assim, ocorreu uma enorme expansão na utilização do processo de moldagem por injeção, devido às enormes vantagens que ele possibilita, somando às grandes possibilidades de produtos que podem ser criados por esse processo.

Notou-se que o custo do ferramental (molde) deste processo é o único limitador de ganhos, considerando ainda que depois de adquirido o molde, há a necessidade de manutenções no mesmo, após certa quantidade de peças injetadas, devido aos esforços sofridos no mesmo.

Porém este é um recurso muito aberto a novas idéias e criações, sendo a inovação e criatividade a diferenciação deste processo em vista a outros, que são tecnicamente limitados a inovações em curto prazo.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. HARADA, Júlio. Moldes para injeção de termoplásticos: projetos e princípios básicos. São Paulo: Artliber Editora, 2004.

2. DuPont Polímeros de Engenharia: Problemas de Injeção – Os 10 mais.3. Innova – Manual de Injeção.4. Routsis Plastics Training.5. Cosa – Máquinas de Injeção sob Pressão.6. Arburg – Moldagem por injeção de Múltiplos Componentes.7. http://www.gorni.eng.br8. http://www.romanplast.com.br9. http://www.ferramentalrapido.ufba.br

ANEXO C

ANEXO B

ANEXO C