Transcript
Aplicação da Moldagem Industrial na Substituição de Material Metálico por
Plástico em Equipamento Agricola.
Eduardo Bortolin (FAHOR)
[email protected]
Everton Freddi (FAHOR)
[email protected]
João Guilherme Weiller (FAHOR)
[email protected]
Leandro Vianna Fernandes (FAHOR)
[email protected]
Resumo
No contexto atual a evolução tecnológica esta cada vez mais presente tanto
no campo quanto na cidade. Um dos processos industrais em que ocorreu uma
cresente e continua evolução aos longos dos anos foi à moldagem industrial.
Apartir disso o presente trabalho visa demonstrar alguns parâmetros
importantes deste processo desde o projeto até a confecção de moldes.
Na mesma linha de ação o presente trabalho irá fazer uma descrição desse
processo através de um projeto de produto, onde será feita a substituição
de material metálico, por material polimérico, em um equipamento agrícola
chamado esparamador de uréia a lance, visando assim avaliar as possíveis
vantagens econômicas da utilização dos processos de moldagem, na confecção
deste equipamento agrícola.
Palavras chave: Moldagem, Equipamento Agrícola, Polímeros, Substituição de
Materiais.
Introdução
Na década de 1940 a utilização de peças injetadas de material plástico
restringia-se a alguns produtos de no máximo alguns poucos gramas. Com o
cresimento do mercado desses produtos devido a sua alta aplicabilidade
houve ao longo dos anos uma constante evolução, tanto que atualmente, temos
moldes com áreas projetadas de até 1m², e peças plásticas produzidas
apartir de moldes pesando até 20 kg.
Em paralelo a essa evolução que ocorreu no processo de moldagem
industrial a agricultura brasileira também passava por um período de
mudanças. Nesse período houve um enorme advento de novas tecnologias, e
novos modelos de máquinas agricola no país. Na sua grande maioria essas
máquinas eram quase que totalmente compostas de metal e aço. Porém hoje em
dia, em virtude de questões financeiras, cada vez mais se trabalha em busca
de novas alternativas de materiais que possam substituir os metais, e ao
mesmo tempo fazer com que o equipamento agrícola não seja prejudicado em
virtude disso.
Apartir da análise dessas considerações, o presente trabalho visa
descrever alguns parâmetros básicos e técnicos para o desenvolvimento tanto
de projetos quanto de peças produzidas apartir de moldes, bem como,
demonstrar através de um estudo a substituição de metal por polímero,
através de um molde de injeção, em de parte de um equipamento agrícola
chamado esparamador de uréia a lance.
2. Revisão da Literatura
1. Projeto de Produtos
2.1.1 Introdução
Para se obter um bom desempenho da peça, evitando-se inconveniências
posteriores que provoquem um aumento de custo, é necessário 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 compatíveis
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 apropriados.
6. Determinar o custo de acordo com a produção requerida.
2.1.2 Características Técnicas e Aparência do Produto
Há produtos normalmente utilizados em eletroeletrônica, que requerem
somente características técnicas, aplicações mecânicas e conjuntos de peças
não visíveis, não exigindo, portanto maiores preocupações com a aparência.
Por outro lado existem produtos que não necessitam de dimensões rígidas,
mas cuja aparência é bastante importante, tais como, brinquedos, utilidades
domésticas, adornos, etc.
2.1.3 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.
2.1.3.1 Contração
Na produção de peças de material plástico a contração é muito importante
devendo ser atentamente considerada, pois refletirá nas dimensões do
produto moldado, além de influir sobre os seguintes itens:
1. A solidez, pois a contração pode provocar aumento das tensões e danos
ao produto.
2. Devido a instabilidade dimensional a contração pode não ser uniforme
em toda a peça e causar danos ao produto.
3. O plástico se contrai duas a cinco vezes mais que o metal. No inserto
de partes metálicas, a contração que estará agindo sobre o metal, não
irá fazer com que ele se deforme, mas poderá causar rupturas no
plástico ao redor do mesmo.
4. As tolerâncias do plástico a ser moldado nem sempre são constantes,
pois estas dependem de vários fatores. Em um erro de tolerância poderá
haver aumento da contração.
5. No molde a forma da peça é reproduzida em negativo. Por essa razão
deve-se calcular um aumento de contração na peça ligeiramente inferior
na fêmea e superior no macho.
2.1.4 Normas para desenho do Produto
Algumas vezes a criação de novos produtos de material plástico dependendo
de sua forma geométrica traz sérios problemas na hora da elaboração do
projeto e construção do molde.
A simplicidade do projeto é o requisito principal de uma peça. É
aconselhável como regra geral fazer uma análise funcional da peça. Um
exemplo complexo é o coletor de ar de um motor a explosão.
Este tipo de peça possui características eminentemente técnicas que devem
ser estudadas atentamente em relação a sua forma e dimensões. Em primeiro
lugar deve-se ter grande estabilidade dimensional em virtude da necessidade
de encaixes precisos. Como esta peça leva insertos metálicos, suas
espessuras devem ser construídas e distribuídas de tal maneira que o
material plástico garanta um perfeito isolamento e não trinque em virtude
da contração.
2.1.5 Estudo Experimental
Quando a análise funcional deixa dúvidas em relação ao perfeito
funcionamento, ou quando a 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.
Atualmente existem peças plásticas prototipadas, uma cópia perfeita de uma
peça real e do mesmo material plástico escolhido.
2.1.6 Redução do custo sem comprometer a Qualidade
A moldagem de peças de material plástico requer geralmente ferramentas
muito caras, sendo necessária uma produção em grande escala para que seja
economicamente viável.
O custo do material plástico empregado representa uma grande parte do custo
total da peça, razão pela qual é interessante diminuir o máximo seu peso
sem comprometer a solidez. Esse procedimento além da economia evidente do
material plástico possibilitará também um menor tempo de moldagem e a
conseqüente economia no custo da produção.
2.1.7 Projeto de Peças Plásticas
As peças ao serem projetadas precisam preferencialmente apresentar paredes
com espessuras uniformes. Peças maciças ou de paredes grossas devem, sempre
que possível, ser evitadas, pois seu resfriamento não é uniforme o que pode
provocar defeitos.
Em peças plásticas os furos devem estar longe das proximidades de nervuras,
em uma distância que seja equivalente a um terço ou pelo menos á metade do
seu diâmetro. As curvas nos produtos moldados eliminam possíveis torções na
peça.
2.1.8 Postiços e Insertos
Algumas vezes por exigências de construção ou funcionais é necessária a
colocação de insertos metálicos nas peças:
1. Para rasgos internos ou externos que precisam resistir a esforços
elevados.
2. Para peças empregadas nas indústrias eletrônicas que necessitam de
contatos terminais, condutores, etc.
3. Para peças que devem acoplar-se ou sustentar outras partes mecânicas
rotativas.
4. Para peças que devem conter circuitos magnéticos isolados,
interruptores.
5. Para peças que necessitam esforços internos, tais como volantes de
automóveis, etc.
A colocação de insertos metálicos pode causar alguns problemas, exigindo
uma técnica especial ligada aos seguintes fatores:
1. Tipo de material plástico empregado e o efeito da pressão de moldagem
requerida.
2. Método de moldagem empregado em relação ao tipo de inserto metálico.
3. A grande variedade de tipos de insertos.
Os principais métodos de colocação de insertos são:
1. Incorporação do inserto durante a moldagem.
2. Colocação do inserto após a moldagem sob pressão.
3. Colocação do inserto após a moldagem por rebitado ou remachado.
Os insertos metálicos usados com maior freqüência são os roscados.
A fixação dos insertos pode ser de diferentes tipos:
1. Por meio de estrias cruzadas na superfície cilíndrica.
2. Através de estrias longitudinais em um canal de côncavo circular.
3. Com as extremidades rebaixadas e a parte maior do diâmetro estriada,
entre outras.
É necessário calcular uma espessura adequada de material plástico em volta
do inserto. A espessura do material plástico onde se colocara o inserto
deve ser suficiente para evitar que na superfície oposta forme uma
saliência. Quando ocorrem esforços o inserto e não o plástico deve suportar
sua pressão. Em alguns casos é necessário que se usine o inserto metálico
após a injeção.
2.1.9 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 devera
ser situada na parte mais distante possível do canal de injeção, e a saída
precisa estarem mais próxima possível do bico de injeção.
O canal de injeção devera ter no mínimo o diâmetro da maior espessura da
peça moldada para que não se solidifique antes da mesma.
2. Projeto de Moldes
2.2.1 Introdução
O molde da injeção é uma unidade completa com condições de produzir peças
moldadas. Suas cavidades possuem as formas e as dimensões da peça desejada.
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.
Baseando-se no peso e no tamanho das peças é possível definir o tipo de
máquina injetora ideal para as mesmas.
Também é necessário conhecer algumas características importantes do
material plástico a ser moldado, tais como, contração, fluxo e
abrasividade.
2.2.2 Considerações Básicas
Na construção de um molde é indispensável que suas placas fiquem
perfeitamente paralelas após a usinagem.
O projeto básico do molde depende dos seguintes fatores:
1. Tamanho e forma da peça.
2. Numero de cavidades.
3. Tamanho e capacidade da máquina em que o molde será usado.
4. Todos estes fatores estão interligados com o tamanho e o peso do
objeto moldado, limitando o número de cavidades e determinando também
a capacidade necessária da máquina.
5. Face de abertura do molde, ou seja, linha de separação entre as duas
metades do molde, normalmente, a linha de separação das duas metades
de um molde deixa marca, portanto, a linha de abertura deve ocorrer em
uma parte que o visual da peça seja funcional.
6. A extração da peça normalmente é considerada junto com a linha de
separação.
7. Os pontos de entrada nas cavidades, geralmente estão no centro das
peças ou nas arestas das mesmas.
2.2.2.1 Força de Fechamento
A área projetada total da peça determina a força de fechamento necessária
para manter o molde fechado durante a injeção. É importante notar que a
área projetada inclui os canais. Para um fluído hidráulico, como a água, a
força de fechamento requerida por um centímetro quadrado da área projetada
é igual à pressão aplicada pela rosca de injeção.
2.2.2.2 Pressão de Injeção
Para uma determinada pressão da rosca, a pressão exercida em cavidades
dependerá da peça a ser injetada (relação direta) e da viscosidade do
material (relação inversa).
A área projetada determina a força de fechamento. O peso da peça a ser
injetada determina a capacidade da máquina na qual deverá ser colocado o
molde.
2.2.2.3 Capacidade da Máquina
A capacidade de uma máquina injetora 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
operação de injeção.
Freqüentemente os moldes são usados em máquinas que trabalham no limite
máximo de sua capacidade, produzindo peças com uma qualidade inferior.
O uso prolongado da capacidade máxima pode resultar num desgaste prematuro
(por excesso de uso) das resistências, bombas e válvulas.
2.2.2.4 Fluxo do material no Molde
O comprimento de fluxo do material depende de vários fatores. Por isso é
muito difícil se obter valores sobre o fluxo. Uma das maneiras de
quantificá-lo é determinando a relação de fluxo, que é dada pela relação
entre seu comprimento e a espessura da parede.
A determinação desses valores é muito importante para o projetista do
molde, pois serve como um guia para a confecção do mesmo.
2.2.2.5 Contração
Devido á propriedade de contração do material plástico quando resfriado,
deve-se adicionar uma tolerância 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 devem ser
consideradas.
A primeira delas é a espessura da parede da peça cuja contração é afetada
sensivelmente pela velocidade de resfriamento.
A segunda variável trata da diferença entre a contração no sentido
longitudinal e transversal do fluxo, a qual também depende das condições de
processamento.
2.2.3 Componentes de um Molde
A constituição de um molde segue o princípio típico de montagem de placas
de aço. Os componentes do molde de injeção são: placa de fixação inferior,
coluna ou espaçador, bucha-guia, coluna-guia, pino extrator, extrator de
canal, placa porta-extratora, 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 e
canal de distribuição. Algumas características dos componentes do molde,
como por exemplo, as saídas, que controlam a saída do gás e do ar precisam
ser bem observadas para que a peça possua a qualidade adequada.
2.2.4 Bucha de Injeção
Também chamada de bucha do canal de injeção, é um componente do molde
através do qual o fluxo de material plástico procedente da máquina injetora
penetra até as cavidades do molde.
O canal de injeção do molde é afunilado. O afunilamento padrão é 10 mm por
300 mm. O orifício da bucha do molde deve ter no mínimo três mm de
diâmetro, com um comprimento menor possível.
Na injeção com cavidade única, o diâmetro do canal de injeção na entrada da
cavidade deverá ser de aproximadamente o dobro da espessura da peça. Se for
pequeno poderá ocorrer delaminação do material ou calor excessivo nesse
ponto. Um diâmetro muito grande por sua vez requer um ciclo maior para
permitir a solidificação do canal de injeção.
2.2.4.1 Características da Bucha
Ela é feita de aço cromo-níquel, constituída de um assento esférico, ou em
ângulo, onde é alojado o bico 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 de material e a extração do canal.
A conicidade varia entre 2º a 5º.
2.2.4.2 Dimensões
O comprimento da bucha de injeção deve ser o mais curto possível para que o
resfriamento seja rápido e os ciclos de injeção curtos.
Geralmente o comprimento da bucha é de 5 a 10 vezes o do diâmetro, o que
permite um bom rendimento.
2.2.5 Cavidades
2.2.5.1 Introdução
A cavidade de moldagem é normalmente composta por duas partes: a unidade
fêmea que modela a parte externa da peça, e o núcleo ou unidade macho, que
configura sua parte interna.
A cavidade pode ser obtida por:
1. Usinagem, que utiliza três métodos distintos:
Fresamento; utilizando máquinas fresadoras do tipo ferramenteiras,
copiadoras ou com CNC comando numérico computadorizado.
Eletroerosão; por meio de descargas elétricas realiza uma usinagem de
precisão mesmo em materiais endurecidos.
Cunhagem; obtém a cavidade pela prensagem de um ou vários modelos
contra um bloco de aço especial montado sob blocos de apoio.
2. Fundição, que também pode ser de três tipos:
Simples; feitas com ligas de zinco ou alumínio. Consiste em fundir
esses metais com um modelo de aço similar a peça plástica a ser
moldada dando a forma desejada a cavidade.
Metalização; de utilização recente esse 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.
Fundição de precisão; consiste em fazer um molde da cavidade em cera e
cobri-lo com cerâmica refratária.
3. Eletrodeposição consiste em recobrir um modelo de acrílico, ou
qualquer outro plástico rígido, com uma camada condutiva de prata por
deposição química, sobre a qual são depositados 5 a 8 mm de liga de
níquel cobalto.
2.2.5.2 Materiais para Cavidades
A seleção dos materiais com os quais se confeccionará as cavidades irá
depender dos seguintes fatores: precisão requerida, número esperado de
produção, processo de obtenção da cavidade escolhida e acabamento e
tratamento térmico disponível.
É importante observar que os materiais empregados na construção das
cavidades e dos machos, requerem normalmente tratamento térmico. Em alguns
casos os moldes podem ser construídos com materiais não-ferrosos como o
cobre.
2.2.5.3 Obstruções
Não deverão existir cortes na cavidade ou componentes que impeçam a
retirada da peça do molde. Esse cortes podem ser feitos por partes móveis
ou pinos laterais, que necessitam ser retirados antes que o mecanismo de
injeção expulse a peça moldada.
Uma peça difícil ou complexa pode ser moldada em duas ou mais partes e
montada posteriormente, com custo inferior, em alguns casos, de uma única
peça injetada.
2.2.5.4 Conicidade
Em todas as superfícies perpendiculares á linha de separação dos dois
moldes deve existir uma conicidade adequada.
2.2.5.5 Considerações possíveis para o Cálculo da Resistência das Cavidades
O cálculo preciso da resistencia das cavidades do molde é quase impossível
de ser obtido para as aplicações comuns, mesmo naquelas que tenham perfil
regular. É comum portanto, basear-se nas formas básicas 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 carga abaixo de um
máximo especificado. Se a deflexão for mantida dentro dos limites
especificados, os níveis de calor da tensão também serão satisfatórios.
Este método se aplica razoavelmente bem apenas para cavidades onde o
comprimento da parede é igual ou menor que a profundidade da mesma.
Para cavidades quadradas ou retangulares de proporções normais são
possíveis aproximações simples incluindo:
1. Cálculos baseados na consideração de cada parede da cavidade como uma
viga fixa com carga uniforme.
2. Cálculos baseados na consideração de cada parede da cavidade como uma
viga livremente apoiada, com carga uniformemente distribuída.
3. Cálculos baseados na consideração da cavidade como um pórtico com
carga uniforme interna.
4. Cálculos baseados na consideração de cada parede da cavidade como uma
placa retangular livremente apoiada com uma carga uniforme
Efeitos da pressão de fechamento e da retenção da placa de suporte são
ignorados.
A pressão máxima na cavidade no qual esses cálculos se baseiam é de 650
Kg/cm².
Precisa-se ter um cuidado especial com as cavidades de blocos montados,
particularmente as cavidades sólidas com base postiça. Aqui a deflexão não
deve permitir que a folga entre as peças separadas aumente a um determinado
grau que possibilite a entrada de material.
Os cálculos são baseados nas cavidades de blocos sólidos devendo-se
observar que com moldes de blocos montados qualquer desajuste ou perda de
rigidez ou resistência pode gerar resultados consideravelmente inferiores.
O primeiro método de cálculo baseia-se na fórmula padrão da viga fixa:
y = W L4 / 384 EI
Onde:
y = Deflexão da parede lateral
W = Carga no interior da cavidade
L = Comprimento interno da parede da cavidade
E = Módulo de elasticidade
I = Momento de inércia da parede da cavidade
A espessura da parede necessária para permitir uma deflexão máxima
especificada pode ser obtida pela equação:
t = [W L4 / 32 Eyd] ¹/³
Onde:
t = Espessura da parede da cavidade
d = Profundidade total da parede
Na prática, no entanto, os lados da cavidade de um molde não atendem
totalmente os requisitos básicos de fixação da extremidade, nos quais se
baseia a fórmula da viga fixa, e o método pode conduzir a deflexões
consideravelmente maiores quando em serviço.
Outra aproximação possível consiste em considerar os lados da cavidade como
vigas livremente apoiadas de acordo com a fórmula básica:
y = 5W L4 / 384 EI
Assim a espessura da parede para uma dada deflexão y é dada por:
t = [5W L4 / 32 Eyd] ¹/³
Esta fórmula é a mais comumente usada fornecendo a maior espessura da
parede para uma dada deflexão entre todos os métodos. Isso proporciona uma
margem de segurança maior uma vez que, em muitos moldes, uma espessura da
parede acima da necessária, não tem maiores consequencias.
No entanto uma aproximação mais racional é oferecida quando se considera o
molde como sendo um pórtico. Desta forma os efeitos sobre os cantos são
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 a primeira.
A cavidade é considerada 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.
Partindo-se da premissa de que os cantos permanecem em ângulo reto conclui-
se que as inclinações nos cantos do pórtico (viga) devem ser iguais.
Todos esses cálculos aplicam-se a cavidades retangulares, tendo em vista
que em situações mais complexas a cavidade deve ser considerada como um
retângulo baseado nas maiores dimensões.
Uma possibilidade de aproximação bastante diferente consiste em considerar
cada lado da cavidade como uma placa retangular uniformemente carregada e
livremente apoiada. Assim a fórmula fornece a deflexão máxima aproximada
pela equação seguinte, onde C é uma constante tabelada:
y = C p d4 / Et³
2.2.5.6 Deflexão das Cavidades Cilíndricas
O aumento do raio de um cilindro sob pressão interna (deflexão) é dado pela
equação:
u = {(rp/E)[(r²+R²)/(R²-r²)]+m}
Onde:
u= Aumento do raio interno
r= Raio interno original
R= Raio externo original
M= Coeficiente de Poisson
2.2.5.7 Outras considerações possíveis para o cálculo de Resistência das
Cavidades
As dimensões das paredes das cavidadesdevem 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. Se a pressão de injeção for baixa para
injetar determinadas peças isso poderá ser desprezado. Mas para evitar tais
problemas é necessário calcular adequadamente a força de fechamento,
selecionar o material para confecção do molde para resistir a tensão de
compressão (tração), e calcular a respectiva área de contato na linha de
abertura do molde.
Para determinar a força de fechamento para o 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 1100 Kg/cm².
2.2.5.8 Dimensionamento do tamanho e do material para base de Molde
O tamanho da base do molde é determinado por colocação das cavidades,
sistema de alimentação das cavidades, sistema de extração utilizado,
sistema de controle da temperatura, sistema de acionamento de engrenagens
(quando utilizado), colunas, buchas, guias ou dispositivo específicopara os
moldes.
Depois de calculada a dimensão necessária do molde, é preciso acrescentar a
largura e o comprimento final deste, para a fixação. Com as dimensões
finais verifica-se a disponibilidade de bases padronizadas e se satisfazem
as condições de layout das cavidades.
2.2.5.9 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 causar deflexão nas
placas suportes das cavidades suportadas pelos calços. Além disso, essa
deflexão causará rebarbas nos produtos. Para evitar esse problema, são
colocados alguns suportes em locais estratégicos que não interfiram com os
pinos de extração e retorno. Para determinação dos calços e suas
distâncias, a fórmula de viga bi-apoiada pode ser adotada.
2.2.5.10 Alinhamento das duas metades de um Molde
A colocação da bucha guia com a coluna guia de um molde permite um
desalinhamento máximo de 0,006 cm e um mínimo de 0,004 cm.
Na pratica 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 indicado incorporar outros recursos para assegurar o
alinhamento.
2.2.5.11 Disposição das Cavidades
A distribuição das cavidades dentro do molde deve considerar os diferentes
caminhos que o material injetado percorre para atingi-las.
2.2.5.12 Escolha do número de Cavidades
1. Número de cavidades; o número de cavidades a ser projetado em um
molde é determinado, principalmente, pelo custo da peça e pela
produção necessária em um certo período.
2. 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 determinação do
efeito de múltiplas cavidades sobre o custo da peça é bastante similar
para qualquer caso, a não ser em situações muito especiais.
Além das considerações econômicas e de prazo, recomenda-se também avaliar a
disponibilidade das máquinas injetoras, as propiedades das peças injetadas
em múltiplas cavidades, a manutenção dos moldes, o localonde será feita a
injeção.
2.2.6 Coluna-guia e Bucha-guia
Estes itens são componentes do molde confeccionados em aço cromo-níquel,
endurecidos e retificados, tendo por função a localização das duas metades
do molde.
2.2.7 Pinos de Extração
São barras de aço cromo-níquel ou aço prata, usinadas, endurecidas e
retificadas, e são empregadas nos moldes de injeção com variadas funções
tais como: extrair produtos, retificar o conteúdo do canal da bucha de
injeção, e retroceder o mecanismo extrator.
Para extrair o produto os pinos mais usados são os cilíndricos, os
rebaixados e os com rebaixo em meia-cana.
Para extrair o conteúdo do canal da bucha de injeção, o pino extrator pode
ser do tipo com retenção em ângulo, com canal de retenção em côncavo, e com
ângulo reverso.
Também existem pinos de retrocesso do mecanismo extrator.
2.2.8 Saída de Gases
Cada cavidade deve ser ventilada adequadamente para permitir a saída do ar
e de gases presos quando for penetrada pelo plástico. Naturalmente, o
plástico não poderá fluir perfeitamente na cavidade sem que o ar escape.
Quando esse fato vital é esquecido, os resultados inevitáveis são peças
incompletas, zonas queimadas, junções fracas, mau acabamento, marcas de
fluxo ou cavidade preenchida vagarosamente.
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. A profundidade de
saída de ar deverá aumentar levemente á medida que se distancia da
cavidade, de tal modo que não haja obstrução com o uso. Uma saída de ar
deverá ser colocada em todos os pontos da linha divisória do molde onde
ocorra uma junção.
A junção produzida pela intersecção 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.
2.2.9 Classificação dos Moldes
Os moldes de injeção classificam-se de acordo com o sistema de alimentação
e com o sistema de extrusão.
Os sistemas de alimentação e extração são influenciados pelos seguintes
fatores: forma do produto, material plástico a ser empregado e máquina
injetora.
2.2.10 Sistema de Alimentação das Cavidades
A alimentação das cavidades pode ser direta ou indireta. Todo o percurso do
material plástico fundido, desde a máquina injetora até a cavidade do
molde, é composto, normalmente, de canal de injeção da bucha, canal de
distribuição, entradas ou ponto de injeção, produto moldado e poço frio
2.2.10.1 Canais de Distribuição
Os canais de distribuição transferem o material desde o bico até as
entradas das cavidades.
Canais com pequenas seções transversais (muito finos) necessitam de altas
pressões de injeção e levam mais tempo para preencher as cavidades; canais
maiores permitem um melhor acabamento nas peças injetadas e minimizam
linhas de junção de fluxo e tensões internas. Canas excessivamente grandes
também podem causar problemas em razão dos seguintes fatores:
1. A solidificação dos canais é mais demorada.
2. O peso dos canais é maior, diminuindo a capacidade útil da máquina e
de plastificação.
3. Canais largos produzem mais rebarbas, aumentando o custo e a
possibilidade de contaminação.
4. 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 a força de fechamento efetiva.
Canais circulares são mais recomendados, pois apresentam uma superfície de
contato mínima entre o plástico e o molde, minimizando as perdas de atrito.
Os canais totalmente circulares precisam ser trabalhados em ambas as
metades do molde. Apesar dos custos adicionais de ferramentaria, estes
canais permitirão uma melhor injeção.
Canais de seções semicirculares ou retangulares não são recomendáveis.
Pelo fato do material plástico possuir um tempo relativamente pequeno de
fusão, os canais de alimentação devem ser mais curtos e diretos possíveis,
evitando a solidificação do material no seu interior. Não há necessidade
de se polir a superfície dos canais. Pelo contrário, superfícies não
polidas têm a vantagem de reter a película do material frio adjacente ás
paredes, facilitando a sua liberação para o interior das cavidades.
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.
2.2.10.2 Sistema de Alimentação Indireta
O caminho do fluxo do material plástico, do bico de injeção da máquina até
as cavidades onde é moldado, normalmente é formado por canal de injeção da
bucha, poço frio, canais de distribuição e entradas ou ponto de injeção,
constitui o sistema de alimentação indireta.
Neste sistema o material passa através do canal da bucha de injeção, ao
canal primário, aos canais secundários e pelas entradas antes de chegar às
cavidades. O sistema de alimentação deve ser o mais curto possível para
reduzir as perdas de pressão e calor do sistema.
Neste sistema o componente conhecido como poço frio que em algumas
situações se faz necessário, nada mais é, de que um prolongamento do canal
da bucha.
.
2.2.10.2.1 Entradas
A entrada ou ponto de injeção é um canal ou orifício que liga o sistema de
alimentação à cavidade e possui uma superfície pequena em comparação com o
restante do sistema de alimentação. Suas principais funções são:
1. Esfriar o material na entrada logo que a cavidade esteja cheia de
plástico.
2. Permitir a separação entre o sistema de alimentação e o produto de
forma manual ou automática.
3. Reduzir marcas no produto.
4. Reduzir a necessidade de compactação.
A entrada controla a velocidade do fluxo do material na cavidade e também o
seu "empacotamento". A peça deve estar localizada num lugar pouco ou nada
visível, pois deixa marcas de imperfeição na peça. A localização ideal é o
mais próximo possível do centro da peça, a fim de minimizar as distâncias
que o material deve percorrer para encher a cavidade. Quando o projeto da
peça impedir este posicionamento, deve-se utilizar uma entrada maior, ou
várias entradas por cavidade, permitindo um enchimento mais rápido.
Na maioria dos casos, a entrada é limitada pela posição da cavidade 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".
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 distância de fluxo e
a espessura da seção nominal da peça. Cada material plástico possui um
limite de razão de fluxo, de acordo com suas propriedades reológicas.
O posicionamento das cavidades no molde, independente de sua quantidade,
deverá ser simétrico em relação ao eixo do bico de injeção, para assegurar
uma distribuição uniforme de pressões. Freqüentemente estas necessidades
determinam a localização das entradas.
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, entrada em leque, entrada tipo flash, entrada capilar, entrada em
aba, entrada submarina, entrada em anel e entrada em disco.
1. Entrada Restrita: é a abertura que existe entre o canal de alimentação e
a cavidade onde é moldado o produto. É utilizado para a alimentação lateral
ou pelo centro, sendo adequada particularmente para materiais de fácil
fluxo.
Vantagens:
- Solidifica rapidamente;
- Produz a necessidade de manter a pressão final para captação;
- Pode ser cortada com maior facilidade;
- Melhora a aparência do produto
Desvantagens:
- Não é recomendada para materiais viscosos.
2. Entrada Restrita Circular:
As entradas circulares e as semicirculares podem ser relativamente grandes
e oferecem pouca resistência ao fluxo de material. Em geral, esse tipo de
entrada tem diâmetro de 0,75mm a 1,5mm, ou uma área correspondente a mesma
secção para formas retangulares. Esse tipo de entrada é conveniente para
reduzir as tensões internas ocasionadas pela orientação do fluxo, mas
requer tempos maiores de solidificação do material.
3. Entrada em Leque: a entrada tipo em leque não é mais nada do que a
entrada circular achatada, usada para peças com grande área e paredes
finas, como por exemplo, visores de relógios. A espessura dessa entrada não
deverá ser maior que a metade da espessura da peça. A largura depende do
tamanho da cavidade.
4. Entrada tipo Flash: a entrada tipo flash foi recentemente desenvolvida e
se aplica para áreas grandes e planas. Um canal secundário paralelo a
cavidade é alimentado pelo canal principal. A distância entre a cavidade e
o canal de distribuição, neste caso, é geralmente de 0,5mm com largura
variando de acordo com o tamanho da peça. A desvantagem da entrada tipo
flash é o longo canal de distribuição que tem de ser moído.
5. Entrada Capilar: a entrada capilar é usada sempre que o tamanho do
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 fluxo de entrada para a cavidade sendo d extrema importância
para balancear as entradas dos moldes com muitas cavidades.
Devido as suas pequenas dimensões, a entrada capilar se solidifica
rapidamente permitindo ciclos curtos de tensões reduzidas.
A principal desvantagem é que, quanto maior a entrada mais veloz se tornará
o fluxo do plástico fazendo com que parte da energia cinética seja
convertida em calor e, e casos extremos causando queima ou degradação do
material.
6. Entrada em Aba: a entrada em aba é uma solidificação da entrada capilar,
utilizada nos casos onde o material que entra não pode ser dirigido
diretamente contra um obstáculo. A espessura da aba deve ser de ½ a 2/3 da
espessura da peça. O comprimento deverá ser o dobro da largura.
7. Entrada Submarina: a entrada submarina é uma modificação da entrada em
aba com a entrada em aba com a entrada se localizando abaixo da linha de
abertura. A entrada é afunilada convergindo em 3º a 5° desde o canal até a
entrada com a finalidade de permitir uma fácil extração devendo possuir
cerca de 0,8mm de diâmetro.
8. Entrada em Anel e Disco: as entradas em anel e disco são modificações do
tipo leque. A entrada tipo anel é usada para peças cilíndricas ocas e
tubulares. A entrada tipo disco é usada em aberturas circulares na peça.
2.2.10.2 Sistema de Alimentação Direta
Neste sistema o material plástico flui diretamente do canal da bucha de
injeção para a cavidade. 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
1. Entrada Direta: neste tipo o produto sai com a moldagem do canal da
brecha de injeção que deverá ser posteriormente retirada.
2. Entrada Restrita com Câmara Quente: neste método o produto sai livre da
moldagem do sistema de alimentação.
3. Entrada Restrita com Canal Isolado: na alimentação com canal isolado o
diâmetro dos canais de distribuição varia entra 12 mm a 20 mm, permitindo
que o material plástico permaneça quente e fluido em seu interior.
Esse sistema é utilizado em moldas de injeção para moldagem de produtos
simples, com alta escala de produção, onde o funcionamento automático do
molde livra o produto do sistema de alimentação.
4. Entrada com Canal Quente: o sistema de alimentação com canal quente é
constituídos por canais dentro dos quais o material plástico é mantido numa
temperatura elevada, pronto para ser injetado nos ciclos seguintes. Os
canais são usinados em placas auxiliares dentro do molde e aquecidos por
elementos de calefação incorporados nas mesmas. Este tipo é usado em moldes
com cavidades múltiplas para produção em alta escala.
2.2.10.3 Injeção com Sistema de Câmara Quente
O que é câmara quente: é um conjunto de elementos eletromecânicos que,
quando instalados em moldes de injeção de termoplásticos, mantém em seu
interior o canal de injeção em estado plástico de fusão controlada.
Vantagens da utilização dos Sistemas de Câmara Quente:
Há uma grande melhoria no processo de injeção pelos seguintes pontos:
1. Simplificação de projetos e fabricação de molde
- Elimina as placas flutuantes e extratoras dos nais móveis;
- Elimina pinos sacadores com ajustes cônicos, colunas longas, puxadores
e limitadores;
- Reduz em alguns casos até 30% o tempo de construção;
- Otimização do layout do molde, devido ao melhor balanceamento das
cavidades.
2. Redução da pressão de injeção nas cavidades.
3. Devido à redução do volume, há possibilidade da utilização de máquinas
de menor parte.
4. O equipamento de refrigeração terá menor parte.
5. Há redução do custo da mão-de-obra direta.
6. Redução do custo da matéria-prima.
7. Possibilidade de preenchimento das cavidades com espessuras menores.
8. Melhoria das propriedades físico-mecânicas da peça injetada.
9. Redução de contratações e chupagens.
10. Melhoria da qualidade visual à medida que o material preenche a
cavidade na temperatura ideal.
2.2.11 Sistema de Extração
Como já foi feito 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 possibilitando uma técnica simples de extração.
No entanto, se o produto moldado possui forma interna, sua contração se
dará sobre o macho e neste caso é necessária uma técnica de extração
efetiva. As considerações mais importantes quanto ao desenho de um
mecanismo de extração são:
- Diâmetro dos pinos deve ser tão largo quanto o desenho permitir. Se os
pinos são poucos ou de pequeno diâmetro a pressão exercida por eles pode
ser suficiente para distorcer a peça ainda quente.
- Deverão ser colocados tantos pinos quanto possível, sem interferir na
tubulação de refrigeração.
- 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 ajustada da cavidade depende dos
seguintes fatores:
- Ângulo de saída nos lados;
- Área de contato;
- Polimento dos lados;
- Pressão de injeção (ou grau de empacotamento);
- Presença de agentes desmoldantes, tanto no plástico, quanto na
superfície do molde.
O Sistema de Extração subdivide-se em:
- Placa Impulsora: que pode ser: por pinos, por camisa, por lâmina, por
ação retardada, por placa extratora e por tirante;
- Ar Comprimido;
- Núcleo Rotativo.
2.2.11.1 Sistema de Extração por Placa Impulsora
Neste sistema, o deslocamento dos elementos que atraem o produto moldado é
efetuado por meio de uma placa chamada, "placa impulsora", que faz parte do
molde. Esta placa é ocasionada diretamente pela máquina injetora.
O sistema por placa impulsora pode ser por?
- Pinos;
- Camisa;
- Lâmina;
- Ação Retardada;
- Placa Extratora;
- Tirantes.
2.2.11.2 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 extratores, que são fixados na
placa impulsora.
2.2.11.3 Sistema de Extração por Camisa
Esse tipo de extração é composto por uma bucha cilíndrica cementada,
temperada e retificada, montada na placa impulsora. É comumente usado em
peças tubulares ou partes cilíndricas da moldagem.
Para reduzir o atrito quando o pino apresentar um diâmetro pequeno aumenta-
se o diâmetro interno da camisa em uma determinada extensão.
2.2.11.4 Sistema de Extração por Lâminas
Nesse tipo de extração são utilizadas lâminas finas em geral feitas de aço
cromo-níquel cementadas, temperadas e retificadas, rigorosamente planas
para um perfeito funcionamento.
São freqüentemente usadas na extração de produtos com nervuras finas e
profundas que seriam de difícil extração por outros métodos.
2.2.11.5 Sistema de Extração por Ação Retardada
É aplicada principalmente em moldes automáticos onde a extração da moldagem
cisalha o ponto de injeção antes de extrair o canal.
Os pinos de extração do produto estão normalmente presos a placa impulsora.
O pino que extrai o canal e o ponto de injeção é colocado 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.
2.2.11.6 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.
O pino guia e a bucha guia são cementados temperados e retificados na
placa.
Entre a placa extratora e o macho há uma folga de 0,25mm, com um ângulo
mínimo de 5º para evitar o atrito entre os dois.
2.2.11.7 Sistema de Extração por Tirantes
Neste tipo de extração o deslocamento dos elementos que realizam a retirada
da peça é provocado por tirantes, cujos externos são fixados um na parte
móvel e outro na parte fixa do molde.
Os tirantes são geralmente feitos de barras de aço de baixo teor de
carbono, podendo ser barras chatas, cilíndricas e/ou com funcionamento
telescópico.
2.2.11.8 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.
Além de fazer uma extração positiva esse método elimina o vácuo produzido
quando a moldagem de tipo fechado é retirada da unidade macho.
A entrada pode ser controlada pelo operador da máquina injetora por meio de
uma válvula externa, que também pode ser operada por controle automático.
2.2.11.9 Sistema de Extração de 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
automaticamente durante ou depois da abertura do molde.
2.2.12 Tipos de Moldes
2.2.12.1 Molde de Injeção de Duas Placas
Este molde é constituído essencialmente de duas placas, uma com a cavidade
fêmea e a outra com o punção macho.
Vantagens:
- Podem ser usados todos os tipos de entradas;
- É conveniente para injetar grandes áreas.
Desvantagens:
- Entrada direta para apenas um produto;
- Alta porcentagem de refugo do plástico proveniente do sistema de
alimentação.
2.2.12.2 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. Os moldes de três
placas são ideais para cavidades múltiplas com injeção central.
2.2.12.3 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 produto provoca retenção que
impede sua extração.
2.2.13 Resfriamento do Molde
O resfriamento do molde é necessário para reduzir a temperatura do material
plástico quente, injetado na cavidade até um ponto de solidificação
suficientemente rígido para permitir extração da peça.
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.
A velocidade do resfriamento depende da temperatura do molde que por sua
vez influencia o fluxo do material, sua contração e a aparência do produto
moldado.
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 extração.
Um resfriamento uniforme através do molde não alcançará esse objetivo uma
vez que a temperatura do fluxo do material plástico decresce do ponto de
alimentação da cavidade para o interior da mesma.
2.2.13.1 Canais de Refrigeração
Em sua maioria, os moldes de injeção são resfriados com água, através de
canais de refrigeração existentes nos mesmos. Esses canais podem ser
furados diretamente no molde ou feitas com tubos de cobre alojados neste
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.
2.2.13.2 Métodos de Refrigeração
A refrigeração pode ser feita:
- Para machos em série;
- Na unidade-macho;
- No macho através de tubos de cobre;
- Na unidade fêmea.
2.2.13.3 Resfriamento com Água
Em geral as máquinas de injeção incorporam registro para tubulações de água
ajustadas para controle de quantidade de água necessária para manter a
temperatura ideal dos moldes. As tubulações são ligadas a entrada e saída
dos moldes, por meio de tubos flexíveis.
Uma temperatura através da superfície do molde provoca diferentes
velocidades de refrigeração resultando em tensões térmicas na peça
injetada. Não é aconselhável, portanto, manter as duas metades do molde com
diferenças de temperaturas superiores a 20º C uma vez que um diferencial
provoca distorções na peça.
O molde deve ser mantido em uma temperatura constante, mais baixa que o
ponto de distorção do plástico para que este fique rígido.
A circulação de água deverá ser controlada em cada uma das metades do
molde. Geralmente é preferível manter a cavidade (ou superfície aparente) a
uma temperatura superior a do macho (ou superfície não aparente) para se
obter um acabamento brilhante sem sacrificar o tempo do ciclo.
Sempre que um molde for instalado na máquina deve-se observar o fluxo de
água nos canais, verificando que estes não estejam entupidos e que a bomba
de circulação de água esteja trabalhando apropriadamente.
Quando se trabalha com moldes de ciclo rápido ou peças muito pesadas,
aconselha-se o uso de água gelada para uma retirada mais rápida do calor.
Os seguintes pontos devem ser observados pelo projetista do molde:
- O meio de resfriamento, não deve ser colocado muito próximo da superfície
do molde por que provoca pontos mais frios, além de produzir falhas de
moldagem, tais como linhas de união do material;
- A quantidade de resfriamento deve ser suficiente para manter a
temperatura do molde quando este estiver em produção máxima.
- 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;
- As grandes diferenças na temperatura da água de resfriamento entre a
entrada e a saída ou através dos circuitos de derivação devem ser evitadas.
2.2.13.4 Cálculo do Resfriamento com Água
Para obter q quantidade de calor Qc (k cal), a ser extraída do molde, por
hora é utilizada a fórmula:
Qc ( cp. ( T1 – T2) + L)
Onde: m massa do material plástico injetado por hora (kg/h)
cp = calor específico do material
T1 = temperatura de injeção do material
T2 = temperatura do molde
L = calor latente de fusão do material
Alternativamente, se o calor total por quilograma de material plastificado
for conhecido teremos:
Qc = m x a
m = massa de material plástico injetado (kg/h)
a = conteúdo total de calor material plastificado (kcal/kg)
O peso da água (m2) que deve circular por hora para dissipar o calor é
deduzido por:
H = km2 (T2 – T4)
Onde:
m2 = peso de água circulada (kg/h)
T3 = temperatura de saída da água (Cº)
T4 = temperatura de entrada da água ( Cº)
H = quantidade de calor extraído por hora (kcal)
2.2.13.5 Refrigeração a Ar
Este método é utilizado quando a refrigeração por meio de água for difícil,
ou quando se deseja um resfriamento lento.
2.2.14 Materiais para Construção de Moldes
Os aços utilizados na fabricação de moldes devem ser resistentes as tensões
e fáceis de usinar.
Uma dureza superficial adequada permite:
- Suportar os efeitos da erosão dos materiais termoplásticos rígidos;
- Resistir ao desgaste, especialmente em grandes produções;
- Manter na superfície um alto grau de polimento.
Como regra geral, as partes do molde em contato com o material plástico
fundido e os elementos móveis que suportam atrito devem ser tratadas.
Os métodos usados para tratamento superficial são a têmpera ao ar, em óleo
e cementação.
A têmpera ao ar geralmente empregada para assegurar uma deformação mínima,
enquanto que a cementação é usada para obter uma dureza máxima superficial.
Devido a limpeza, a têmpera em óleo facilita o polimento das partes onde o
produto é moldado.
Além dos requisitos fundamentais é importante que o aço seja de fácil
usinagem e tenha a estrutura homogênea.
2.2.14.1 Seleção de Aços de Tratamento Térmico e de Tratamento de
Superfície
No processo de injeção de plásticos há uma ampla variedade de produtos,
matéria-prima, e de produção que não é possível fixar um padrão de poucas
combinações de aços e tratamentos.
Fatores a considerar para a seleção do aço e dos tratamentos térmicos são o
que se podem chamar de "Requisitos Especiais", em particular a resistência
a corrosão e a polibilidade condição muito importante neste segmento em
função das necessidades do produto. Estas propriedades são intimamente
relacionadas com a qualidade do aço utilizado e com o tratamento térmico
aplicado.
2.2.14.2 Aços Indicados
Os aços como SAE1020 e SAE1045 são de uso corrente no Brasil e são
oferecidos por fabricantes nacionais e também por importadores.
É importante notar que os aços indicados são para a seleção padrão para
moldes de injeção de plásticos. Em função de requisitos especiais, o
mercado de aço oferece outras opções. Por exemplo, a grande variedade a
disposição do mercado que apresenta polibilidade superior aos 420
convencionais.
2.2.14.3 Tratamentos Térmicos Indicados
O tratamento térmico tem como principal função conferir propriedades
mecânicas elevadas ao aço. No entanto, por atuar diretamente na
macroestrutura do aço, ele acarreta sempre, como feito colateral indesejado
a deformação.
Ela é inevitável e na maior parte dos casos imprescindível.
São apresentados dois tipos de tratamentos térmicos recomendados.
Envelhecimento:
Tratamento de endurecimento aplicado a uma classe específica de aços, que
tem como característica a baixa temperatura de tratamento.
Vantagem em relação à têmpera: como as temperaturas são abaixo da
temperatura são abaixo da temperatura crítica, não ocorrem deformações
devido a transformações micro estruturais, e se restringe, portanto,
aquelas causadas pelo efeito de temperatura apenas.
Por terem temperaturas bem próximas, na maioria dos casos é interessante
utilizar diretamente a Nitração, conferindo simultaneamente endurecimento e
camada de 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 danos a superfície.
No caso de banhos de sais fundidos ou fornos sem atmosfera, é comum a
ocorrência de "absorção" de sal ou impureza nas porosidades naturais da
superfície do 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.
2.2.14.4 Conclusões
Como visto o processo 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, condições de
trabalho, disponibilidade de aços no mercado nacional, tipos de tratamentos
térmicos e suas características, e finalmente considerações quanto á
necessidade ou não de tratamento de superfície, os tipos disponíveis e
características.
2.2.15 Aplicações de Revestimentos depositados na via PDV
Os revestimentos via PDV apresentam-se como uma excelente alternativa para
a solução dos problemas de dureza, desgaste e corrosão. Isso decorre de
propriedades como altíssima dureza – entre 2400 e 4000 Vickers – resultando
em alta resistência a abrasão e alta estabilidade química, que são as
condições que beneficiam a resistência a corrosão.
2.2.15.1 Requisitos básicos necessários para o tratamento superficial do
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 consideração são: a polibilidade do material, a resistência a
corrosão e o nível de deformação no tratamento térmico. Com isso, o
material deve sofrer um tratamento térmico adequado e um tratamento
superficial, que resulte em uma longa vida útil desse molde.
2.2.15.2 Problemas freqüentemente encontrados em moldes
Os problemas freqüentemente encontrados em moldes estão relacionados:
- A abrasão;
- A corrosão;
- Ao desgaste adesivo;
- A adesão do produto, dificuldade de extração.
2.2.15.3 Exemplos de Aplicação de Revestimentos
Alguns exemplos de aplicação de revestimentos em moldes são: moldes para
injeção de bancos de automóveis e ferramentas em PS cristal.
2.2.15.4 Conclusão
Os benefícios que as camadas PDV podem trazer estão resumidos a seguir:
- Menor desgaste por erosão;
- Desmoldagem facilitada do produto final;
- Melhor acabamento do produto;
- Menor tendência a corrosão;
- Diminuição da freqüência de repolimento;
- Diminuição de aderência.
2.2.16 Diretrizes básicas para projeto de moldes para injeção de plásticos
Algumas diretrizes básicas devem ser observadas na elaboração de qualquer
projeto de plásticos. São detalhes que quando bem observados, facilitam e
fundamentam as diversas fases desses projetos.
2.2.16.1 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.
Nunca é demais lembrar que o ideal, é o projetista conhecer todo o
equipamento da ferramentaria.
2.2.16.2 O Projetista e a Ferramentaria
Todo projeto deve ser elaborado em função do equipamento disponível na
ferramentaria onde será executado o molde, o que possibilita que o
projetista tenha condições de executar seu projeto utilizando as máquinas
operatrizes de forma racional, ou seja, sem sobrecarga em determinado
setor.
2.2.16.3 Lista para elaboração de um projeto de moldes de Injeção de
Termoplásticos
A maioria dos manuais, e/ou livros apontam requisitos e listas de
indicações, para uma melhor elaboração de um projeto de moldes. Essas
listas na maioria das vezes devem ser seguidas visando projetos de moldes
cada vez melhores.
2.3 Substituição de Material Metálico por Polimérico através do Processo de
Moldagem por Injeção: Descrição do Molde a ser Utilizado.
A constituição de um molde segue o principio tipico de montagem de placas
de aço em determinada ordem, afim de obter-se a estrutura basica do molde
de injeção, podemos detalhar as principais parte que constituem o mesmo.
1-Placa de fixação inferior contruída com aço SAE 1045 (aço carbono comum);
2-Placa porta-extratores juntamente com os pinos extratores;
3-Lado da placa inferior do molde contruida com aço AISI P20 (aço
ferramenta);
4-Coluna-guia;
5-Lado da placa superior do molde contruída com aço AISI P20 (aço
ferramenta);
6-Anel de centragem juntamente com a buxa de injeção(buxa de injeção padrao
com injeção direta) contruída com aço cromo-níquel endurecido;
7-Bucha-guia;
8-Sistema de refrigeração;
9-Canais de alívio de gases;
10-Canal de distribuição;
11-Cavidade.
3. Métodos e Técnicas
De inicio é interessante destacar que segundo Gil (1987) pesquisa
cientifica é um procedimento racional e sistemático que tem como objetivo
proporcionar respostas aos problemas propostos.
Na construção do presente trabalho inicialmente foi buscada uma maior
familiaridade com o problema proposto, através da utilização de um ramo da
pesquisa científica conhecido como pesquisa exploratória.
Segundo Gil (2003) a pesquisa exploratória constitui o primeiro passo de
todo trabalho científico. Visa, sobretudo quando é bibliográfica,
proporcionar maiores informações sobre determinado assunto, facilitar a
delimitação de um tema de trabalho, definir objetivos ou formular as
hipóteses de uma pesquisa ou descobrir novo tipo de enfoque para o trabalho
que se tem em mente.
Em um segundo momento, procurou-se comparar as duas situações propostas no
trabalho em relação ao problema proposto inicialmente. Para isso foram
feitas análises comparativas, tanto em relação a características requeridas
no problema, quanto em relação a custos finais nas duas situações.
Para facilitar a realização das análises descritas acima foi utilizado o
método científico de pesquisa comparativa. Gil (2003) aponta que a pesquisa
comparativa é utilizada para comparar situações diferentes, em que se
procura analisar as vantagens e desvantagens de uma situação em relação á
outra.
É importante salientar que a base primordial do presente trabalho se
caracteriza em analisar e descrever o problema inicial. Bem como sugerir a
solução mais adequada para o mesmo. Portanto o uso da pesquisa cientifica
juntamente com os seus mais diversos ramos, tem uma importância fundamental
na realização do presente trabalho, pois serve como principal suporte
teorico-tecnico, para a análise e entendimento das soluções e processos
propostos.
4. Resultados e discussões
No decorrer do presente trabalho foram descritos os principais passos a
serem seguidos para confecção de determinada peça de um esparramador de
uréia a lance a partir do processo de moldagem por injeção. É interessante
acrescentar que a peça base utilizada neste estudo é uma peça de metal (aço
SAE1008) que atualmente é utilizada nos esparramadores de uréia
convencionais.
Partindo do princípio que a peça base é construída de metal e, portanto
sofre com as intempéries do dia a dia vindo a ter problemas relacionados à
corrosão e desgaste, foram avaliados diversos materiais poliméricos com o
intuito de se encontrar um material que possuísse as mesmas características
mecânicas do aço SAE 1008, a fim de propor a realização da substituição
desse aço por o material polimérico mais adequado.
A partir das avaliações realizadas foi observado que o polímero
policarbonato era o mais indicado para a substituição proposta em virtude
das suas propriedades mecânicas se assemelharem ás do aço SAE 1008.
Nesse contexto foram realizados cálculos de custeio da peça quando
fabricada em metal (situação real), e da peça quando fabricada em
policarbonato (situação proposta), a fim de definir qual material apresenta
a maior vantagem financeira em relação a sua construção em larga escala.
4.1 Análises do Custo da Peça fabricada em Metal (Aço 1008).
A peça fabricada em metal possui características próprias, como peso,
espessura, entre outras. Na indústria a peça em questão normalmente é
fabricada a partir de chapas metálicas que passam por processos de corte e
usinagem a fim de proporcionarem à peça as características necessárias.
A seguir são apresentadas tabelas que relacionam as características das
chapas e os custos de cada processo que as mesmas sofrem até formarem a
peça final:
"Relação de Comprimento da Peça "
"Diâmetro da Peça (m) "
"0.20 "
"Área da Peça (cm) "
"3,14 "
"Comprimento Total da Chapa Usada (m) 4 "
Tabela 1: Relação de Comprimento da Peça.
A seguir é apresentada tabela em que está definido o custo total da matéria-
prima utilizada na confecção de uma peça em metal:
"Relação da Peça de Metal – Características –Custo "
" "
"Custo da Matéria-Prima (R$) 2,80 "
"Peso da Peça (Kg) 1.700 "
"Custo Total da Matéria-Prima (R$) 11,20 "
Tabela 2: Custo da Matéria-Prima.
A peça fabricada em metal passa basicamente por dois processos de
transformação usinagem e corte antes de atingir o formato desejado. A
tabela a seguir demonstra os custos mais utilizados nas indústrias para
estes dois processos:
"Custo do Processamento do Aço 1008- Peça de Metal "
"Processo Tempo (h) "
"Custo (R$) "
"Usinagem 0.25 "
"3,00 "
"Corte 0.25 "
"3,00 "
Tabela 3: Custo de processamento do Aço 1008.
Após análise dos custos de processamento do metal juntamente com os custos
de matéria-prima é obtido o custo total da peça.
A tabela a seguir apresenta o somatório do custo total da peça quando esta
for fabricada em metal (aço 1008):
"Custo da Peça Fabricada em Aço SAE 1008 "
"Custo Total da Matéria-Prima (R$) 11,20 "
"Custo Total do Corte (R$) "
"1,25 "
"Custo Total da Usinagem (R$) 1,25 "
"Custo Total da Peça (R$) "
"13,70 "
Tabela 4: Custo Total da Peça Fabricada em Aço SAE 1008.
É importante salientar que na realização do cálculo do custo da peça
fabricada em metal não esta sendo levado em consideração o custo da mão-de-
obra para a confecção da mesma.
Outro ponto de relativa importância na realização dos cálculos e definição
do custo da peça de metal se deve ao fato de que ao longo do tempo as
máquinas envolvidas nos processos de fabricação da peça sofrem cumulativa
depreciação.
O valor dessa depreciação é incluído no custo total da peça tornando-á
assim um pouco mais cara.
4.2 Análises do Custo da Peça Fabricada em Plástico (Policarbonato).
Com intuito de reduzir os custos da peça fabricada em metal foi analisada a
possibilidade de se fabricar a peça em material polimérico.
Inicialmente é importante salientar que toda a vez que se desejar realizar
a substituição de um material metálico por um material polimérico devem ser
feitos cálculos de resistência mecânica do metal para que seja escolhido um
material polimérico que possua caracteristicas mecânicas semelhantes as do
metal que se deseja substituir.
Após realização de todos os cálculos de mecânica necessários o material
escolhido para se realizar a substituição foi o polímero policarbonato pelo
fato do mesmo possuir características de resistência mecânica muito
semelhantes as do aço SAE 1008.
Com a definição do material a ser utilizado foram realizados cálculos de
custeio para a fabricação da peça afim de verificar se o seu custo final
era menor que o custo total da peça em metal.
Em um primeiro momento foi realizada análise comparativa dos preços de
mercado para processos de injeção afim de definir o custo total da hora
máquina.
A tabela a seguir demonstra os resultados dessa análise:
"Preço da Máq. Injetora no Mercado Necessidades da Peça "
"Ciclos por Hora "Ciclos por Hora "
"100 "29 "
"Custo do Molde "Custo do Molde "
"12000 "- "
"Custo da Hora Máq.(R$) 20,00 "Custo Total da Hora Máq.(R$) "
" "6,00 "
Tabela 1 : Custo total da Hora Máquina.
Após análise e determinação do custo total da hora máquina para confecção
da peça em policarbonato é avaliado o custo total da matéria-prima que será
utilizada na fabricação da referida peça. Cabe ressaltar que na
determinação do custo da materia-prima é levado em consideração o valor de
mercado para o quilo do policarbonato, porém é necessário enfatizar que na
análise do custo total da matéria-prima é utilizado o peso total que a peça
de policarbonato terá quando confeccionada por completo.
A tabela apresentada a seguir demostra valores de mercado para o quilo do
policarbonato, bem como avaliação e definição do custo total da matéria-
prima a partir do peso total da peça:
"Custo Total da Matéria-Prima "
"Preço do Policarbonato (Kg) em reais 0,90 "
"Peso Total da Peça (Kg) "
"1.700 "
"Custo Total da Materia-Prima (R$) 1,53 "
Tabela 2 : Custo Total da Matéria-Prima.
Dadas as análises de custo da matéria-prima e custo da hora máquina, é
determinado o custo total da peça, conforme demonstra a tabela a seguir:
"Custo Total da Peça Fabricada em Policarbonato "
"Custo Total da Hora Máq.(R$) 6,00 "
"Custo Total da Mão de Obra (R$) 4,00 "
"Custo Total da Matéria-Prima (R$) 1,53 "
"Custo Total da Peça (R$) 11,53 "
Tabela 3 : Custo Total da Peça Fabricada em Policarbonato.
Um ponto importante que deve ser levado em consideração na determinação do
custo total da referida peça é o custo da mão-de-obra. O custo da mão-de-
obra é determinado a partir do custo da hora da máquina que é utilizada
para confeccionar a peça em policarbonato. A hora da máquina custa em média
20,00 reais. Nesses casos a mão-de-obra custa em torno de 1/5 do valor do
custo da hora máquina, por isso o custo total da mão-de-obra é definido
como sendo 4,00 reais.
Deve se ter em mente que o custo total da peça em policarbonato acima
descrito serve apenas como base de análise para a confecção de uma peça. Em
uma produção em série devem ser levados em consideração outros fatores aqui
não mencionados.
5 Conclusão
Partindo do princípio de que a evolução da utilização dos plásticos e seus
derivados tem ocorrido de forma muito rápida e significativa o presente
trabalho procurou destacar alguns pontos importantes da moldagem industrial
dando uma ênfase maior ao processo de moldagem por injeção.
Nesse contexto foram definidos alguns parâmetros importantes e que devem
ser observados tanto no projeto quando na confecção de produtos através da
moldagem industrial por injeção.
Com intuito de inserir o conteúdo abordado no contexto do nosso dia-a-dia
foi avaliada uma situação ploblema relacionada com o processo de moldagem.
Inicialmente tinhamos uma peça constituida de metal aço 1008 que compunha
um esparamador de uréia a lance, estando sujeita a intempéries do tempo e
das suas variadas condições de trabalho.
A partir dai foi proposta uma substituição do material metálico que
constituia a peça por um polímero através do processo de moldagem por
injeção. Ao longo de toda a análise da situação ploblema foram aplicados os
mais variados ramos do conhecimento partindo desde cálculos matemáticos até
avaliações de resistência e compatibilidade de materiais.
Após avaliação da situação ploblema concluiu-se que o material mais
indicado para a referida substituição era o policarbonato, poi este
material possuia características de resistência mecânicas semelhantes as do
aço SAE 1008, além de possuir um preço bem mais em conta quando comparado
com o preço do material inicial da peça.
Através da comparação final dos valores de custo total da peça, quando esta
for confeccionada em ambos os materiais, se chegou a conclusão de que a
substituição do metal aço SAE 1008, pelo polímero policarbonato é vantajosa
pois a peça quando confeccionada em metal atingiu o preço final de treze
reais e setenta centavos, ao passo que a mesma peça quando fabricada em
policarbonato teve como preço final o valor de onze reais e cinquenta e
três centavos.
Outro fator determinante na escolha do policarbonato como mais vantajoso se
deve ao fato de que este material não sofre com as intempéries do tempo
portanto não adiquirindo ferrugem e corrosão ao longo dos anos. Sendo assim
uma vez que este material possui as mesmas características de resistência
do Aço SAE 1008, o mesmo é muito vantajoso com relação ao referido metal.
Analisando a solução proposta pode-se observar o quanto importante é o
estudo dos mais diversos ramos e inovações da tecnologia com o intuito de
sempre buscar melhores soluções para os ploblemas que norteiam o dia-a-dia
tanto nas indústrias quanto nas universidades e institutos de pequisa.
Neste contexto está incluida a ciência dos materiais que nos trás com o
advento do plástico os mais variados processos de modelagem industrial
dentre os quais está incluida a moldagem por injeção.
A solução proposta se baseia em substituição de material através do
processo de moldagem por injeção, processo este que embora já conhecido se
apresenta ainda com um variado leque de opções a serem exploradas.
O futuro da injeção é um desafio para toda industria. Um crescimento
contínuo bem como o sucesso de novas aplicações, requer a combinação de
esforços envolvendo tanto transformadores e projetistas quanto fabricantes
de máquinas e matérias-primas.
6 Referências Bibliográficas
HARADA , Júlio. Moldes para Injeção de Termoplásticos.: Projetos e
Principios Básicos São Paulo.Artliber Editora , 2004.p. 65-220.
GIL , Antonio. Fundamentos da Pesquisa Cientifica. São Paulo .Editora
Ática,2001.
