Tcc - Compressão Transferência E Injeção

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UNIVERSIDADE DE SANTO AMARO Curso de Engenharia de Produção José Jari Martins PROJETO E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS TÉCNICAS DE BORRACHA Santa Maria 2015 José Jari Martins PROJETO E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS TÉCNICAS DE BORRACHA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso Engenharia de Produção da Universidade de Santo Amaro - UNISA, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Produção. Orientador: Prof. Dr. Mauro Noriaki Takeda Co-Orientador: Prof. Especialista Daniel Fernandes de Nobrega. Santa Maria 2015 José Jari Martins PROJETO E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS TÉCNICAS DE BORRACHA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Santo Amaro – UNISA, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Produção. Orientador: Prof. Dr. Mauro Noriaki Takeda Co-Orientador: Prof. Especialista Daniel Fernandes de Nobrega Data Aprovação: Santa Maria, de Banca Examinadora ___________________ Prof. Dr. Mauro Noriaki Takeda _______________________________________ Prof. Especialista Daniel Fernandes de Nobrega de 2015. Dedico a minha família, em especial a minha esposa que acompanhou minha trajetória e acreditou em mim mais do que eu próprio e esteve comigo em todo tempo, abdicou de momentos para que eu no meu silêncio pudesse fazer meus estudos e provas. Aos meus filhos que sempre me apoiaram e me deram força. Aos meus pais queridos, que na sua expectativa sonhavam em ter um filho com título de Engenheiro. (Filipenses 4:13) “Tudo posso naquele que me fortalece” AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por me fortalecer e me guiar e me proporcionar condições e criar circunstâncias para que este sonho se realizasse. Sem Deus não sou ninguém. Agradeço a minha família, minha esposa Teresinha Marisa Martins, que esteve comigo em todos os momentos me apoiando e incentivando e aos meus filhos Shirlei Tatiana Martins, Leonardo Rafael Martins e Mônica Priscila Martins, que me apoiaram e incentivaram em todos os momentos. Agradeço aos coordenadores do Polo de Santa Maria que sempre foram compreensivos nas reclamações. Agradeço ao Professor e diretor do curso Eduardo Batman que em todas as vezes que solicitei sua ajuda, prontamente me respondia e dava solução para meus questionamentos e dúvidas. Agradeço ao professor e tutor Daniel Fernandes de Nobrega que me ajudou na elaboração deste trabalho. Agradeço ao professor Alan Lamberti Jobim que também nos orientou neste trabalho e em outros trabalhos. Agradeço aos meus pastores Norberto e Fabiano que sempre oraram por mim nos momentos difíceis. RESUMO Este trabalho tem por objetivo mostrar os diferentes processos utilizados na fabricação de peças técnicas de borracha, bem como os tipos e características de ferramentais utilizados em cada processo. A escolha correta do tipo de processo para a confecção de uma peça técnica de borracha depende de vários fatores e pode ser decisivo para alcançar um custo competitivo do produto bem como o sucesso na fabricação do mesmo. Pois uma escolha errada do processo, pode-se não chegar aos cálculos desejados de produtividade, ou até mesmo não conseguir atingir um objetivo de qualidade do produto que atenda as exigências dimensionais ou de resistência físico químicas exigidas pelo cliente. Outro fator que pode influenciar nas características acima é o projeto do ferramental de acordo com um padrão de qualidade que atenda aos aspectos de quantidade de peças a ser produzidas, vida útil, tempos de set up, resistência, acabamento do produto, tolerâncias dimensionais finais do produto, segurança do operador, auto sustentabilidade. Sendo assim, ao final deste trabalho, será possível obter-se uma definição de escolha correta de qual tipo de processo será necessário para uma determinada peça técnica de borracha, dependendo de sua geometria, da quantidade de peças a ser produzida, do maquinário disponível, bem como uma noção das características do tipo de ferramental necessário para a produção do produto desejado. Palavras-Chave: Processo e Projeto, Produto, Segurança, Sustentabilidade, Produtividade. RESUME This work aims to show the different processes used in the manufacture of Technical Rubber parts, as well as the types and characteristics of tooling used in each process. Selecting the correct type of process for making a rubber parts depends on several technical factors and can be decisive in achieving a cost competitive product and success in manufacturing the same. For a wrong choice of the procedure can not reach the desired productivity calculations, or even fail to achieve a goal of product quality that meets the dimensional physical or chemical resistance required by the customer requirements. Another factor that can influence the characteristics above is tooling design according to a standard of quality that meets the aspects of quantity of parts to be produced, life, set up times, strength, product finishing, final dimensional tolerances product, operator safety, self sustainability. Thus, at the end of this work, it will be possible to obtain a definition of correct choice of which type of process will be required for a particular technical parts of rubber, depending on its geometry, the number of parts to be produced, the available machinery, as well as a sense of the characteristics of the type of tooling required for production of the desired product. Keywords: Process and Project, Product, Safety, Sustainability, Productivity. Lista de Ilustrações Figura 1 Borracha não vulcanizada..........................................................................19 Figura 2 Borracha vulcanizada.................................................................................19 Figura 3 Formulação da borracha vulcanizada........................................................19 Figura 4 Curva reométrica do tempo x torque..........................................................20 Figura 5 Pré elaborado borracha antes da vulcanização.........................................21 Figura 6 Cavidade processo compressão tipo desborde ou plana...........................23 Figura 7 Cavidade processo compressão tipo positivo............................................24 Figura 8 Cavidade processo compressão tipo semi positivo....................................24 Figura 9 Molde compressão normal.........................................................................24 Figura 10 Molde compressão com dobradiça...........................................................25 Figura 11 Molde compressão fixo na máquina.........................................................25 Figura 12 Peça de borracha.....................................................................................26 Figura 13 Cavidade molde de borracha...................................................................26 Figura 14 Cavidade e dimensões.............................................................................26 Figura 15 Cavidade e dimensões.............................................................................26 Figura 16 Desenho de escapes de massa...............................................................27 Figura 17 Exemplo de canais de escapes de massa...............................................27 Figura 18 Exemplo do tipo de canal em “V”.............................................................28 Figura 19 Exemplo do tipo de canal meia cana........................................................28 Figura 20 Molde montado com diferenças de alturas de cavidades.......................28 Figura 21 Molde montado com diferenças de alturas de cavidades.......................29 Figura 22 Sistema de simbologia de acabamento antigo.........................................30 Figura 23 Sistema de simbologia de acabamento atual...........................................30 Figura 24 Sistema de fixação da cavidade no molde...............................................31 Figura 25 Distribuição das cavidades no molde a 90°..............................................32 Figura 26 Distribuição das cavidades no molde a 60°..............................................32 Figura 27 Sistemas de guias do molde....................................................................33 Figura 28 Posicionamento das colunas guia no molde............................................33 Figura 29 Molde muito menor que o tamanho do platô............................................34 Figura 30 Molde muito maior que o tamanho do platô.............................................34 Figura 31 Exemplo de dimensão a ser considerado para cálculo............................35 Figura 32 Cavidade de um molde por transferência.................................................38 Figura 33 Capilar de transferência...........................................................................38 Figura 34 Peça com capilar de transferência...........................................................38 Figura 35 Dimensionamento do capilar....................................................................38 Figura 36 Molde de Transferência............................................................................39 Figura 37 Detalhe Sistema de molas para auxiliar na abertura do molde................40 Figura 38 Partes do molde de transferência.............................................................41 Figura 39 Molde de Injeção......................................................................................44 Figura 40 Molde de injeção na linha de fechamento de apartação superior............45 Figura 41 Injeção na linha de apartação inferior......................................................45 Figura 42 Injeção por tapete.....................................................................................46 Figura 43 Injeção por filme central...........................................................................47 Figura 44 Injeção por canais em forma de espinha de peixe...................................48 Figura 45 Injeção de molde duplo............................................................................49 Figura 46 Injeção por um canal de alimentação circular..........................................50 Figura 47 Injeção por canais paralelos.....................................................................50 Figura 48 Injeção por cima da peça.........................................................................51 Figura 49 Injeção indireta (Pint Point)......................................................................51 Figura 50 Injeção pelos pontos de alimentação submarinos....................................52 Figura 51 Injeção pelos pontos de alimentação (Pint Point) molde duplo................52 Figura 52 Molde Injeção Compressão......................................................................53 Figura 53 Bandeja de multi cavidades injeção compressão ....................................54 Figura 54 Molde Injeção transferência.....................................................................55 Figura 55 Molde de injeção transferência com câmara fria......................................56 Figura 56 Placa de canal frio....................................................................................57 Figura 57 Legenda dos itens do molde de placa de canal frio.................................58 Figura 58 Cilindro de injeção....................................................................................59 Figura 59 Tipos de canais de injeção.................................. ....................................61 Figura 60 Dimensões de formato de canais.............................................................62 Figura 61 Dimensões da bucha de alimentação......................................................62 Figura 62 Itens de montagem de um molde de injeção............................................63 Figura 63 Sistema de vácuo em moldes de injeção.................................................65 Figura 64 Posicionamento das juntas de vedação no molde com vácuo.................66 Figura 65 Molde de injeção transferência.................................................................66 Lista de Siglas e Abreviaturas ASTM American Society for Testing an Material AM Área do molde A Área Acil Área do cilindro de injeção Aci Área da câmara de injeção BCR Bloco de canais regulados CETEPO Centro Tecnológico de Polímeros EPDM Borracha Poli Etileno Propileno Dieno F Força de Fechamento NBR Borracha Poli Acrilonitrilia Butadieno NR Borracha Poli Isopreno Pe Pressão Específica Pt Pressão de Trabalho Pit Pressão exercida pela bomba hidráulica da máquina Phcil Pressão hidráulica do cilindro de injeção Pic Pressão no interior da cavidade RMA Rubber Manufacturers Association SBR Borracha Poli Estireno Butadieno Sp Seção do cilindro da prensa SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO..................................................................................................14 1.1 Considerações Gerais....................................................................................14 2 OJETIVOS.........................................................................................................15 2.1 Objetivo Geral..................................................................................................15 2.2 Objetivos Específicos.....................................................................................15 3 JUSTIFICATIVA................................................................................................16 4 METODOLOGIA DA PESQUISA......................................................................17 5 REVISÃO TEÓRICA..........................................................................................18 6 DESENVOLVIMENTO.......................................................................................19 6.1 Vulcanização....................................................................................................19 6.2 Tipo de Polímeros...........................................................................................20 6.3 Definição de Peça Técnica de Borracha........................................................21 6.4 Tipos de Processo...........................................................................................23 6.4.1 Processo de Moldagem por Compressão....................................................23 6.4.2 Formas Construtivas do Molde.....................................................................26 6.4.3 Dimensionamento das Cavidades................................................................26 6.4.4 Material Utilizado nas Cavidades..................................................................29 6.4.5 Tratamento Térmico.......................................................................................29 6.4.6 Acabamento da Superfície das Cavidades (Rugosidade)...........................29 6.4.7 Tolerâncias......................................................................................................30 6.4.8 Fixação da Cavidades....................................................................................30 6.4.9 Distribuição das Cavidades na Chapa..........................................................31 6.4.10 Sistemas de Guia..........................................................................................32 6.4.11 Dimensões das Bases..................................................................................33 6.4.12 Pressão Específica.......................................................................................34 6.5.1 Projeto de Molde de Transferência...............................................................37 6.5.1.1 Capilar de Transferência.............................................................................38 6.5.1.2 Dimensionamento do Pilão e do Pote.......................................................39 6.5.1.3 Fatores Determinantes para a Escolha entre os Processos de Compressão, Transferência e Injeção.......................................................41 6.5.2.1 Processo de Compressão..........................................................................41 6.5.2.2 Processo de Transferência........................................................................41 6.5.2.3 Processo de Injeção...................................................................................42 6.6.1 Projeto do Molde de Injeção......................................................................42 6.6.1.1 Injeção Direta..............................................................................................43 6.6.1.2 Injeção na Linha de Fechamento da Apartação Superior.......................44 6.6.1.3 Injeção na Linha de Apartação Inferior.....................................................45 6.6.1.4 Injeção por Tapete......................................................................................46 6.6.1.5 Injeção por Filme Central...........................................................................47 6.6.1.6 Injeção por Canais em Forma de Espinha de Peixe................................47 6.6.1.7 Injeção em Molde duplo.............................................................................48 6.6.1.8 Injeção por um Canal Alimentador Circular.............................................49 6.6.1.9 Injeção por canais Paralelos.....................................................................50 6.6.1.10 Injeção por Cima Direto na Peça..............................................................50 6.6.1.11 Injeção Indireta (Pint Point)......................................................................51 6.6.1.12 Injeção Indireta Pelos Pontos de Alimentação Submarinos..................52 6.6.1.13 Injeção por Ponto de Alimentação (Pint Point) em molde Duplo..........52 6.6.1.14 Molde de Injeção Compressão.................................................................53 6.6.1.15 Bandeja de Multi Cavidades – Molde Injeção Compressão...................53 6.6.1.16 Molde de Injeção Transferência...............................................................54 6.6.1.17 Molde de Injeção Transferência com Câmara Fria.................................55 6.6.1.18 Placa de Canal Frio...................................................................................56 6.6.1.19 Projeto de Molde de Injeção.....................................................................59 6.6.1.20 Canais de Alimentação de Injeção...........................................................61 6.6.1.21 Dimensões de Formatos dos Canais Secundários de Alimentação….62 6.6.1.22 Bucha de Alimentação dos Canais e Bico de Injeção............................62 6.6.1.23 Ponto de Injeção........................................................................................62 6.6.1.24 Itens de Montagem de um Molde de Injeção...........................................63 6.6.1.25 Sistema de Vácuo em Moldes de Injeção de Borracha..........................63 6.6.1.26 Uma Solução para Cada Tipo de Molde..................................................64 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS...................................................................................68 8 CONCLUSÃO.........................................................................................................70 9 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS..........................................71 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................72 14 1 INTRODUÇÃO 1.1 Considerações Gerais Os tipos de processos de moldagem de peças técnicas de borracha mais utilizados são Compressão, Transferência e Injeção (CETEPO; TECNOLOGIA DE TRANSFORMAÇÃO DE ELASTÔMEROS,2000). Devido as muitas variáveis que podem influenciar na qualidade do produto final, se faz necessário conhecer cada variável e a influência das mesmas no processo e no produto. Sem entrar no mérito referente a formulação e obtenção do composto de borracha, vamos sim, estudar e avaliar as variáveis no que se refere a moldagem da peça. Se faz necessário o conhecimento dos tipos de elastômeros mais utilizados na fabricação de peças técnicas. Cada Elastômero tem uma propriedade individual que modifica as características do processo e também influência do tipo de molde e da máquina. (Hofmann, Werner, 1994). Uma peça técnica pode ser definida a partir das exigências estipuladas no desenho de produto, tais como, tolerâncias, testes físicos químicos, ou pela sua aplicação. As tolerâncias do desenho do produto seguem as normas DIN 7715, RMA, (Rubber Manufacturers Association) ou ISO 3302, específicas para peças moldadas de borracha, e a escolha da norma é uma decisão da empresa usuária do produto. A escolha do processo e a fabricação do molde para moldagem do produto, depende da produção a ser realizada e também do equipamento disponível. Pode variar conforme a geometria da peça também. Será necessário a elaboração de alguns cálculos de produtividade afim de definir número de cavidades bem como o número de molde necessários para cumprir as metas, tanto de produção como de custos objetivos. Cada processo tem suas particularidades no projeto dos moldes, bem como na sua confecção. Detalhes como materiais das cavidades, padronização no tamanho dos moldes, tipos de canais, tratamento térmicos, são de suma importância para um bom resultado na qualidade do produto, assim como na vida útil do ferramental. A forma de distribuição das cavidades no molde, o formato dos canais, bem como o dimensionamento dos mesmos, implica diretamente na qualidade e na produtividade do produto. 15 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral Fornecer dados e informações afim de proporcionar ao leitor ou pesquisador subsídios que possam facilitar na escolha correta do tipo de processo para a confecção de peças técnicas moldadas de borracha, em função das características do produto. Também de provocar um questionamento aos conceitos de fabricação e utilização dos processos utilizados atualmente na fabricação de peças moldadas de borracha no intuito de alertar para os destinos utilizados para os rejeitos de borracha vulcanizada, uma vez que estes materiais não são recicláveis. 2.2 Objetivos Específicos - Definir os tipos de processos mais utilizados na confecção de peças moldadas de borracha. - Identificar o melhor processo de acordo com as características da peça e o equipamento disponível. - Auxiliar na definição do projeto do molde e escolha correta da máquina a ser utilizada na fabricação do produto. - Mostrar através de cálculos a melhor escolha de número de cavidades do molde e da produtividade a ser atingida. - Mostrar as diferenças entre os processos de Compressão, transferência e Injeção. - Mostrar alguns parâmetros de projeto de molde de injeção e características do molde. 16 3 JUSTIFICATIVA Devido as inúmeras variáveis que é preciso conhecer para uma boa definição na escolha do processo para moldagem de peças técnicas de borracha, se faz necessário o conhecimento da influência de cada varável. Em razão de muitas vezes não se dispor dos equipamentos apropriados, não é possível optar pelo processo mais adequado, porém sabendo das características da peça a ser produzida, é possível fazer uma escolha que atenda às necessidades do cliente e fique dentro de uma condição favorável para a empresa. Se faz necessário também um conhecimento do projeto do ferramental para que se possa avaliar os resultados esperados com propriedade e não tenha surpresas durante a produção da peça. 17 4 METODOLOGIA DA PESQUISA O estudo foi realizado mediante um método dedutivo sobre as dificuldades de se encontrar uma literatura específica e concentrada sobre a relação entre os processos de moldagem de peças técnicas de borracha e os projetos dos ferramentais. Conforme pesquisas em literaturas nacionais e internacionais e endereços de site confiáveis de empresas e também de experimentos realizados por profissionais reconhecidos e outros mestres do assunto, é possível obtermos conclusões dedutivas da eficiência do estudo. Compilamos em um só estudo as diversas variáveis que implicam na fabricação de peças técnicas de borracha. Também foi através de experimentos realizados em empresas tais como a Indústria de Borrachas BINS, INCOBOR, o Centro Tecnológico de Polímeros ( CETEPO-SENAI), foi que nos deu sustentação as deduções da pesquisa. 18 5 REVISÃO TEÓRICA Como embasamento teórico iniciamos pelas matérias primas utilizadas na fabricação de peças moldadas de borracha. A matéria prima principal é a borracha propriamente dita, que pode ser natural, extraída da seringueira e as borrachas sintéticas. Um quadro com as principais borrachas e sua nomenclaturas é apresentado na tabela1, abaixo. A vulcanização, que é o processo de reticularão da borracha, ou seja, transforma a mesma do estado plástico para o estado elástico descoberto por Charles Goodyear em 1939, está em várias literaturas específicas. Hoje este processo é bem difundido e aplicado em diversas empresas. A definição da escolha do processo, ou tipos de processos utilizados na indústria de peças moldadas, também é muito difundido, podendo variar de empresas para empresa algumas aplicações e padrões de utilização. Os tipos de máquinas utilizadas para fabricação de peças moldadas de borracha pode variar de uma empresa para outra. A escolha do tipo de processo, dependem do tipo de máquina disponível. Entre estas máquinas citamos as prensas de compressão e as injetoras de borracha. Na fabricação dos moldes para peças de borracha, usa-se os conceitos de usinagem e fabricação também utilizados para outros tipos de moldes, obedecendo naturalmente os itens que são específicos para peças técnicas de borracha. Normas de tolerâncias dimensionais foram citadas as RMA e ISO 3302, especifica para peças moldadas de borracha. 19 6 DESENVOLVIMENTO 6.1. Vulcanização A vulcanização da borracha, foi descoberta por Charles Goodyear em 1939. Goodyear observou que a borracha crua (natural) acrescida de enxofre, sob alta temperatura, transformava a borracha de um estado plástico a um outro estado elástico, com características dimensionais estáveis e com capacidade de suportar variações de temperaturas. A borracha vulcanizada tem características propicias a utilização em vários segmentos industriais e comerciais. Os elastômeros são macromoléculas poliméricas formadas por hidrocarbonetos naturais ou sintéticos, que possuem mobilidade e movimento quando submetidos a ação de forças externas. Durante a vulcanização, as macromoléculas são ligadas uma as outras, formando uma rede tridimensional de macromoléculas (Fig. 1 , Fig. 2 e Fig. 3), com menos mobilidade de movimento, através de ligações cruzadas entre elas. As ligações cruzadas ocorrem normalmente entre dois átomos de carbono pertencentes a diferentes cadeias moleculares, algumas vezes sem nenhum outro átomo (átomos) entre eles, e outras vezes com um átomo (ou átomos), não necessariamente de carbono, entre eles. (TECNOLOGIA DE TRANSFORMAÇÃO DOS ELASTÔMEROS, 2000, p.169,170) Fig. 1: (Borracha não vulcanizada) Fig. 2: (Borracha vulcanizada) Fig. 3: (Fórmula da borracha Vulcanizada) Após a vulcanização, o produto adquire propriedades físicas e mecânicas que lhe propiciam melhor qualidade e resistência em suas aplicações. Algumas destas propriedades são, torque, elasticidade, resiliência, dureza, etc. Um fator importante que podemos ressaltar no processo de vulcanização é que o tempo e a temperatura tem influência importante no resultado. Quanto maior a temperatura, menor o tempo de vulcanização e quanto mais vulcanizada maior o torque, (Fig. 4). 20 Fig. 4: Curva Reométrica de torque x tempo Fonte: (Curso Tecnologia de Elastômeros,1990, p.31) 6.2 Tipo de Polímeros Os tipos de polímeros mais utilizados na fabricação de peças moldadas de borrachas são: Borracha Natural (extraída da seringueira), Nitrílica, SBR, Silicone, Viton, Neoprene, EPDM, Butílicas, entre outras, (Tab. 1). No processo de vulcanização, o composto de borracha na maioria das vezes em tempera ambiente, é colocado dentro da cavidade, O material é aquecido a uma temperatura de aproximadamente 170° C durante um tempo determinado conforme o tamanho da peça e do tipo do composto ou formulação. Este tempo é o tempo em que o material passa pelo processo do estado plástico para o estado elástico, adquirindo a forma definitiva do produto final. Após a peça ser extraída do molde, a mesma encontra-se quente e no processo de esfriamento o material sofre uma contração. No dimensionamento da cavidade do molde é necessário considerar esta contração. Todas as dimensões da cavidade devem ser projetadas, considerando a dimensão da peça mais a contração. Para compostos elastoméricos comuns como SBR, NBR e EPDM a contração utilizada é de 1,8%. Porém, aconselha-se fazer uma cavidade piloto para teste, porque a contração depende também do processo de fabricação do pré-elaborado e da temperatura e tempo de vulcanização da peça. 21 Tabela 1 - Tabela comparativa para aplicação de elastômeros Fonte: (American Society for Testing and Materials - ASTM-D-1418) O teste em cavidade piloto deve representar as mesmas condições em que irá trabalhar o molde na produção. Chama-se de Pré elaborado a quantidade de material composto de borracha em um formato propicio a ser colocado em cada cavidade antes de ser prensado e vulcanizado (Fig. 5). Fig. 5: Pré Elaborado – Borracha Crua Fonte: (Custom Molding of Thermoset Elastomers, 2009, p.85) 22 6.3 Definição de Peça Técnica de Borracha São inúmeras as variáveis que classificam uma peça moldada de borracha como sendo técnica e as diferenciam de outras peças moldadas de borracha. A norma técnica de Sistema de Classificação de Materiais elastoméricos, ASTM D2000 é usado pela indústria da borracha para padronizar os requisitos de propriedades físicas e químicas dos materiais elastoméricos, tais como, resistência a baixa temperatura, resistência a altas temperaturas, tensões de ruptura, dureza, resistência a produtos químicos entre outros limites de resistência. Muitas destas classificações são determinadas pela utilização da peça. Exemplo de aplicação podemos citar um diafragma de freio de ônibus ou caminhão. Este produto tem que resistir a cilclagens altissimas na ordem de dois milhões de ciclos, além de ter que resistir a intemperes de altas temperaturas, baixas temperaturas, resistências a determinados produtos químicos, graxas etc. Por tratar-se de um produto de extrema segurança, pois se falhar ou romper em utilização por qualquer que sejam os motivos dentro de sua vida útil estipulada, poderá por em risco a vida de muitas pessoas. Logicamente que a definição do projeto do produto deve ser definido não somente pelo engenheiro de projeto, mas também por um engenheiro químico e profissionais de processo. Concomitantemente a definição do material, também deve ser definido as tolerâncias e acabamentos atribuídas ao produto que são importantes para sua utilização. Como se trata de peças de borracha, as tolerâncias atribuídas aos desenhos de produtos têm suas limitações. Para que haja uma padronização de desenho entre projetistas, e também por que há muita diferença de processos de fabricação entre as empresas fabricantes de peças moldadas de borracha. Em razão desta dificuldade, empresas fabricantes da indústria automobilísticas americanas juntaram-se e criaram uma norma específica para RMA (Rubber Manufacturers Association). Outras normas foram criadas após esta, com o mesmo objetivo e mesmo conceito tais como a DIN 7715, ISO 3302. No Brasil as empresas costumam utilizar qualquer destas normas, desde que especificado em desenho. 23 6.4 Tipos de Processos Existem três tipos de processos básicos na fabricação de peças técnicas de borracha. a) Compressão b) Transferência c) Injeção É importante saber definir quando uma peça deve ser confeccionada pelo processo de compressão, transferência ou injeção. Não existe uma regra específica. Vai depender de cada empresa, do maquinário disponível, do processo de cada empresa, da geometria da peça, das exigências das tolerâncias dimensionais de desenho e outros fatores. Em tratando-se de custos de fabricação, sabe-se que o processo mais barato é o de Compressão, por isso procura-se fazer a seguinte análise: É possível fazer por Compressão? A resposta dependerá não só da peça, mas também do volume de produção, exigência dimensional exigida pelo cliente, custo, etc. Se após todas estas análises a resposta for SIM, então se deve fazer por Compressão. 6.4.1 Processo de moldagem por Compressão Existem três formas de moldagem por compressão. a) Desborde ou Plana: Esta técnica é normalmente a mais utilizada. A cavidade tem a forma de encaixe cônico auto centrante. O Molde é carregado com excesso de material, onde durante o fechamento (prensagem), o composto toma a forma da peça enquanto que o excesso de material se acomoda nos canais de rebarba dispostos em torno das cavidades. Esta forma cônica da cavidade facilita o fechamento, tornando as partes auto centrantes (fig. 6). CAVIDADE SUPERIOR PRODUTO (PEÇA MOLDADA) Fig. 06: Cavidade Auto centrante Fonte: O autor (2015) CAVIDADE INFERIOR 24 b) Moldagem do tipo Positivo: Trata-se de um molde onde toda a força da prensa é aplicada diretamente sobre o composto dentro da cavidade do molde. Este processo não é muito utilizado devido a dificuldade de se obter uma precisão dimensional do produto final (fig. 7). PUNÇÃO CAVIDADE PEÇA Fig. 7: Cavidade Tipo Positivo Fonte: O autor (2015) c) Moldagem do Tipo Semi Positivo Esta técnica é uma associação das duas últimas, desborde e positivo (fig. 6). CAVIDADE SUPERIOR PEÇA CAVIDADE INFERIOR Fig. 8: Cavidade Tipo Semi Positivo Fonte: O autor (2015) Existem basicamente três Formas de operação de molde por compressão: a) Normal: o molde tem duas alças sendo uma de cada lado para abri-lo com dois operadores, (fig. 9). Fig. 9: Conjunto de um molde normal Fonte: O autor (2015) 25 b) Dobradiça: o molde tem de um lado uma alça e do outro uma dobradiça, que funciona como rótula, para que apenas um operador abra-o. Neste caso são utilizadas molas para fazer os machos saírem das cavidades e os pinos das buchas (fig. 10). Fig. 10: Conjunto de um molde com dobradiça Fonte: O autor (2015) c) Fixo na Máquina: Neste caso exige uma máquina preparada com sistemas automatizados. Uma parte do molde fica fixo na máquina e a outra parte do molde é apoiada sobre trilhos deslizantes facilitando o manuseio do operador. Neste sistema há um menor esforço físico do operador e também maior segurança. Pelo fato de parte do molde ficar fixo a máquina não há perda de calor. Consequentemente haverá uma maior produtividade (fig. 11). Fig. 11: Conjunto de um molde fixo na máquina Fonte: O autor 2015 26 6.4.2 Formas Construtivas do Molde Os moldes a seguir baseiam-se no Tipo Desborde ou Plano. É importante determinar no projeto, onde será a linha de fechamento do molde. Não existe regra específica. Varia de peça para peça. Normalmente observa-se os seguintes critérios: a) Em peças com raios, procura-se fazer no centro dos raios externos propiciando a extração da peça (fig. 12). b) Em partes internas, evita-se colocar divisões no meio da peça, dificultando a extração da rebarba. c) Visualizar sempre saídas de ar e cortes das rebarbas. A construção da cavidade é básica e adapta-se a peça (fig. 13). Exemplo: CAVIDADE SUPERIOR CAVIDADE INFERIOR Fig. 12: Desenho peça de borracha Fonte: O autor (2015) Fig. 13: Cavidade –Detalhe do Fechamento Fonte: O autor (2015) 6.4.3 Dimensionamento das Cavidades O tipo de cavidade mais utilizado é o tipo cônica, fixada com anéis elásticos. Este tipo permite uma, auto centralização da cavidade, obtendo-se uma qualidade melhor das peças produzidas (figuras 14 e 15). Fig. 14: Detalhe dimensional da cavidade Fonte: O autor (2015) Anel Elástico Fig. 14: Detalhe dimensional da cavidade Fonte: O autor (2015) 27 Escapes de Massa - São canais localizados na borda da cavidade, que tem como objetivo facilitar o corte da rebarba e absorver o excesso de material, resultante nos processos de compressão. Os dimensionamentos destes canais são de fundamental importância, pois este pode ocasionar um maior consumo de material, ou dificultar o corte da rebarba que influenciará diretamente na qualidade da peça (fig. 16). Fig. 16: Detalhe Escape de massa Fonte: O autor (2015) A dimensão “d” deve ter em torno de 0,15 a 0,2 mm. Não deve ser maior do que esta medida porque irá ocasionar uma dificuldade no corte da rebarba, consequentemente um excesso de rebarba na peça. E não deve se menor do que 0,15, pois irá fragilizar a cavidade fazendo com que haja uma menor vida útil da mesma. A dimensão “a” deve ser proporcional ao tamanho da peça, ou ao volume da peça. Deve ficar em torno de 5 a 10% do volume total da mesma, pois isto irá resultar num aumento do custo final. O volume dos canais de rebarba ou escape de massa depende muito do processo de obtenção do pré-elaborado. Uma alternativa muito utilizada para processos em que há uma variação quando na obtenção do pré-elaborado é fazer dois canais. Um para efetivamente servir como corte na rebarba e outro para absorver o excesso de material. O primeiro que servirá com corte da rebarba deve ser pequeno e o segundo deve ter um volume suficiente para absorver as variações do processo (fig. 17). Fig. 17: Detalhe Escape de massa Fonte: O autor (2015) 28 As formas dos canais podem ser na forma de “ V ” ou meia cana (fig. 18 e 19). Para os dois tipos os conceitos são os mesmos. Fig. 18: Detalhe Escape de massa em “V” Fonte: O autor (2015) Fig. 19: Detalhe Escape de massa meia cana Fonte: O autor (2015) È importante observar no projeto do molde as superfícies de fechamento. As faces de contato ou fechamento não devem ter folga, e devem encostar simultaneamente quando fechadas. Para verificarmos se as mesmas estão bem confeccionadas, podemos fazer o seguinte teste. Pintar com tinta apropriada (azul de metileno) todas as superfícies de contato de uma da cavidade. Fechar a mesma, e verificar se a tinta marcou em toda a superfície de contato da outra parte. Tão importante quanto o fechamento da cavidade é também a altura total da cavidade fechada. Especialmente quando o molde tiver mais do que uma cavidade. Se houver variações nesta altura, não adiantará de nada um bom fechamento das superfícies de contato das cavidades individualmente (fig. 20). Fig. 20: Detalhe Diferença altura entre as cavidades Fonte: O autor (2015) A diferença desta altura entre as cavidades não deve exceder a 0,02mm, pois do contrário poderá ocorrer alguns problemas tais como: - Dificuldade no corte da rebarba - Diferença na altura das peças - Concentração de pressão nas cavidades mais altas, consequentemente a danificação das mesmas (fig. 21). 29 Figura 21 Fig. 20: Detalhe Diferença altura entre as cavidades Fonte: O autor (2015) 6.4.4 Material Utilizado nas Cavidades O material recomendado na confecção das cavidades deve ser resistente a compressão e abrasão. Neste caso é recomendado utilizar um aço com teor de Níquel, Cromo, Manganês e alto teor de Carbono, que propicie uma boa resistência mecânica à abrasão, compressão e temperabilidade, conseqüentemente com maior vida útil. Aconselha-se a utilizar os seguintes materiais: H13, D6, SAE 8640, P20. 6.4.5 Tratamento Térmico Após o molde ter sido testado e aprovado dimensionalmente é necessário fazer um tratamento térmico nas cavidades, também chamado de Têmpera. Consiste em aumentar a dureza do aço das cavidades, consequentemente aumentar a resistência e sua vida útil. Este processo é feito por empresas especializadas. O que devemos informar é a dureza e o material das cavidades desejadas. As durezas recomendadas para estes materiais variam entre 50 a 56 HRC. Não é recomendado deixar com dureza muito elevada, pois a cavidade torna-se frágil e sujeita a trincas ou quebras, especialmente nas partes de menor espessura. Todas estas especificações devem estar especificadas no desenho de detalhamento do molde. 6.4.6 Acabamento da Superfície das Cavidades (Rugosidade) É muito importante especificar o acabamento das superfícies. Esta informação dá a idéia de como será usinada a cavidade, ou seja, quais as ferramentas e instrumentos que o ferramenteiro precisa para usinar as cavidades. 30 Na superfície onde será moldada a peça, faz-se normalmente com acabamento polido, a menos que a peça tenha outra especificação. Para as demais superfícies, faz-se com acabamento alisado. Estas informações são dadas em desenho através de símbolos de rugosidade conforme norma específica da ABNT. Quanto mais polida for a superfície, melhor será o acabamento da peça, e melhor será o resultado no processo, pois uma superfície rugosa dificulta a extração da peça e propicia inclusões de ar que por consequência ocorrerá bolhas nas peças (fig. 22 e 23) Fig. 22: Simbologia de acabamento de usinagem Sistema antigo Fonte: O autor (2015) Fig. 23: Simbologia de acabamento de usinagem Sistema atual Fonte: O autor (2015) 6.4.7 Tolerâncias A especificação das tolerâncias varia conforme as partes da cavidade e do molde. Quanto mais justas forem as tolerâncias, menores serão as variações entre as cavidades, conseqüentemente melhor será o resultado final do molde. Porém deve-se ter um cuidado, pois também, quanto menor a tolerância maior a dificuldade de confeccionar o molde e por conseqüência mais caro sairá o mesmo. Usa-se para peças que sofrem acoplamentos, tolerâncias conforme norma NBR 6158. Porém também pode ser especificado conforme critérios de uso da empresa. No caso das partes da cavidade que fazem o fechamento admite-se uma folga máxima de 0,05 mm. Já na parte em que será a peça final, as tolerâncias dependerão das exigências da peça ou do cliente. Normalmente 1/3 tolerância produto deve ser a tolerância das cavidades ou variação máxima de 0.1mm para não haver grande diferença no volume das peças no molde. 6.4.8 Fixação das Cavidades A fixação das cavidades na chapa do molde pode ser feita de várias formas. O importante é que uma das partes fique com um grau de liberdade de 31 aproximadamente 0,5mm, para que haja um a possibilidade de auto centralização da cavidade. Uma das formas mais utilizadas é a de anéis elásticos nos dois lados, ou uma parte anel e na outra parte parafusos, caso haja postiços numa das partes. O dimensionamento dos Anéis Elásticos, são feitos conforme norma ABNT ou do próprio fabricante do anel. Os parafusos são do tipo Allen, ou cabeça cilíndrica com sextavado interno, onde a cabeça fica embutida na chapa. Aconselha-se utilizar parafusos do padrão métrico que é o sistema de medida da ABNT. O tamanho dependerá de cada cavidade. Normalmente utiliza-se tamanhos M5 ou M6 para cavidades até diâmetro de 100 mm (fig 24). Fig. 24: Detalhe sistema de fixação da Cavidade no molde Fonte: O autor (2015) 6.4.9 Distribuição das Cavidades na Chapa Deve-se procurar colocar o número máximo de cavidades na chapa, pois quanto maior o número de cavidades menor será o custo da peça. É claro que um número muito grande de cavidades no molde também pode ocorrer problemas no processo, por que poderá haver um tempo demasiado no carregamento ou descarregamento das peças. O número de cavidades no molde dependerá da quantidade de peças a ser produzida mensalmente e também do custo desejado para a peça. A distribuição das cavidades no molde poderá ser feita a 90° (fig. 25), ou 60° (fig. 26), conforme o desejado. Em alguns casos o sistema a 60° poderá 32 proporcionar um maior número de cavidades. Dependerá do tamanho da cavidade e do tamanho do molde. Fig. 25: Distribuição da cavidade a 90° Fonte: O autor (2015) Fig. 26: Distribuição da cavidade a 60° Fonte: O autor (2015) Deve-se deixar uma distância aproximadamente de 1,0 mm no mínimo entre as cavidades a fim de permitir um movimento entre as mesmas quando no fechamento. O tamanho do molde depende da prensa disponível. Recomenda-se padronizar tanto o tamanho dos moldes como os componentes do mesmo. O tamanho do molde deve ser adequado ao tamanho da prensa e vice-versa. Afim de que não haja uma danificação dos platôs da prensa ou do molde. 5.4.10 Sistemas de Guia Mesmo as cavidades sendo cônicas e auto centrantes, se faz necessário a colocação de colunas de guia no molde. Estas colunas servem para fazer um pré guia antes do fechamento das cavidades, pois os guias da prensa não garantem um bom guia para o molde. Estas colunas devem ser reforçadas tendo em torno de 30 mm de diâmetro. O material destas colunas e buchas devem ser de cromo, níquel, temperado, ou seja, tratados termicamente com 54/56 HRC de dureza. A folga utilizada entre bucha e coluna aproximadamente 0,5 mm. O acabamento deve ser retificado nas partes que sofrem contato e alisado nas demais. 33 Fig. 27: Detalhe Usinagem das buchas e colunas Fonte: O autor (2015) Para que não ocorra um erro do operador ao fechar o molde e montar uma das partes invertidas, recomenda-se posicionar as colunas não simetricamente, e também se invertendo uma das colunas colocando a bucha para baixo e a coluna para cima (fig. 28) Figura 28 Fig. 28: Detalhe posição das Buchas de guia e colunas Fonte: O autor (2015) 6.4.11 Dimensões das Bases As chapas das bases podem ser confeccionadas de materiais menos nobres, tais como SAE 1020. Não precisam ser tratadas termicamente, porém devem ter uma boa espessura e um bom acabamento. De preferências retificadas. Devem garantir um bom paralelismo entre as faces. Recomenda-se para moldes de 400 mm uma espessura de base em torno de 15 mm. Se o molde for fixo na máquina, 34 pode-se aumentar esta espessura, pois não irá exigir muito esforço do operador. Recomenda-se que o tamanho do molde seja proporcional ao tamanho do platô da máquina, para haver distribuição ideal de pressão e máximo aproveitamento da prensa. Não é aconselhável utilizar molde com base muito menor que o diâmetro do cilindro da máquina, (fig. 29) e também muito maior do que o tamanho do platô da máquina, (fig. 30), para não ocorrer deformações nos platôs. Fig. 29: Molde menor que tamanho do Platô Fonte: O autor (2015) Fig. 30: Molde maior que tamanho do Platô Fonte: O autor (2015) 6.4.12 Pressão Específica É a força distribuída sobre a superfície do molde no fechamento da máquina. As unidades utilizadas nas prensas para medir Pressão é o Kgf/cm2 ou bar. A pressão específica pode variar de acordo com o composto a ser utilizado. Compostos com viscosidade muito baixa, do tipo Silicone, Flúor Silicone, terão uma pressão específica baixa. Compostos com densidade alta irão exigir uma pressão específica maior. Não devemos confundir pressão específica com pressão de fechamento. A pressão específica é a pressão suficientemente necessária para a conformação do Pré elaborado na cavidade. A pressão de fechamento é a pressão exercida pela prensa na ocasião de seu fechamento. Para compostos do tipo SBR, NBR, EPDM, NR, com dureza entre 50 e 70 Shore A, recomenda-se utilizar uma pressão específica entre 80 e 100 kgf/cm2. Para materiais com viscosidade alta, tipo Viton, recomenda-se uma pressão especifica de 150 kgf/ cm2. Para materiais com viscosidade muito baixa, tipo Silicone, recomendase uma pressão específica em torno de 40 kgf/ cm 2. 35 Não existe uma tabela ou cálculo especifico para definição precisa da Pressão especifica. Este fator pode ser confirmado mediante teste de laboratório e ensaios com testes de confirmação. Porque precisamos calcular a pressão específica? Se uma determinada peça precisa de uma pressão “X” para ser moldada, toda pressão que colocarmos acima deste valor, pode ocasionar danificação do molde, da máquina, além do desperdício de energia. Cálculo da Pressão de Fechamento: Depois de determinarmos a pressão específica do pré-elaborado, é necessário calcular a pressão de fechamento da máquina. Esta pressão é indicada no manômetro da Prensa de Vulcanização. Manômetro é o instrumento que indica a pressão em kgf/ cm 2, PSI , ou bar. Para calcular a pressão, é preciso conhecer alguns dados da prensa e do molde, tais como: Diâmetro do cilindro da Prensa. Pressão Específica do pré-elaborado. Vamos trabalhar com algumas iniciais para indicar estas informações Pe = Pressão Específica SP = Seção do Cilindro da Prensa Pt = Pressão de Trabalho, ou Fechamento AM = Área do Molde PH = Pressão Exercida pela Bomba Hidráulica da Máquina. F = Força de Fechamento Cálculo da Área do Molde: Devemos considerar para este cálculo, a área de contato das cavidades incluindo a parte da borracha (fig. 31). Fig. 31: Dimensões para cálculo de fechamento. Fonte: O autor (2015) 36 D = Diâmetro referente à superfície de contato considerada p/ cálculo da pressão específica. Área do Molde (AM): AM =  x D2 x (nº de cavid. do molde) 4 Cálculo da Pressão: Pressão (P) = Força Área Força é a Energia necessária para executar um trabalho. Unidades: Newton (N) ou kgf OBS.: Deve-se ter cuidado no cálculo para sempre utilizarmos a mesma unidade de medida, tanto para a área, como para Força ou Pressão. Para calcular a Pressão, se faz necessário conhecer a Força de Fechamento e a Área do Molde. Conhecida a Pressão Específica necessária para moldar o composto, calculase então a Força necessária para a Moldagem. Pe = F / AM  F = Pe x AM Conhecida a Força de Fechamento, calcula-se a Pressão necessária na prensa para executar esta força. Esta pressão será sempre a pressão indicada no manômetro. F = Pt x SP  Pt = F / SP Exemplo: Em um molde com 10 cavidades, com diâmetro da cavidade (D) igual a 60 mm deverá moldar uma bucha de borracha de 55 Shore . Qual a pressão necessária no manômetro para moldar esta peça. Usaremos como pressão específica: 100 kgf/ cm2 A prensa tem um cilindro com diâmetro de 200 mm. 1º) Área do Molde A =  x D2 =  x 62 = 28,27 cm2 X 10 cav. = 282,7 cm2 4 4 2º) Cálculo da Força: Pe = F/AM =  100 = F / 282,7  F = 282,7 x 100 = 28270 kgf 37 3º) Cálculo da Pressão: SP =  X D2 =  X 202 = 314,15 cm2 4 4 D = diâmetro do cilindro da prensa F = Pt x SP  28270 = Pt x 314,15  Pt = 89,98 kgf/ cm2 A pressão necessária no manômetro da prensa para moldar as peças é de 90 kgf/ cm2 Como a pressão específica é estimada, pode ocorrer que, com uma pressão calculada não dê uma boa moldagem. Neste caso sugere-se fazer um teste, aumentando gradativamente esta pressão até a desejada. Depois de confirmada, efetua-se o cálculo novamente e procura-se conhecer a pressão específica correta, a fim de servir como dado para futuros cálculos. 6.5.1 Projeto do Molde de Transferência Escolhemos o processo de moldagem por transferência quando nossa primeira pergunta não pode ser por compressão. As razões que nos levam a determinar este processo são várias. Dentre estas variáveis destacam-se as seguintes: 1) Geometria da peça muito complexa, onde o composto tem dificuldade de atingir determinados locais da cavidade, ocasionando falha. 2) Peças muito pequenas, o que dificultaria a colocação do pré-elaborado de forma manual. 3) Quantidade de peças a ser produzida muito grande. 4) Exigência dimensional muito rígida. Além de outras razões inerentes ao processo. É importante ressaltar que o projeto do molde, a fabricação do mesmo e até o próprio manuseio exigem maior dificuldade e também complexidade, por isso o molde e processo tornam-se mais caros (fig. 32). 38 PILÃO Fig. 32: Detalhe da cavidade pelo processo de transferência Fonte: O autor (2015) CAVIDADE INFERIOR 6.5.1.1 Capilar de Transferência São orifícios colocados estrategicamente em pontos da peça que servem para transferir o material de um reservatório do molde chamado Pote, para a peça (fig. 33). O posicionamento do capilar deve ser muito bem estudado, pois deve ser colocado em pontos da peça de maior volume ou em partes onde pode haver dificuldade de preenchimento do material (fig. 34). Fig. 33: Detalhe dimensional do capilar Fonte: O autor (2015)  F Fig. 34: Peça com capilar de Transferência Fonte: O autor (2015) Fig. 35: Detalhe dimensional do capilar Fonte: O autor (2015) 39 A dimensão do A não deve exceder a 1,3 mm, pois isto pode acarretar em dificuldade em romper no momento da abertura do molde. As dimensões devem variar entre 0,8 a 1,3 mm (fig. 35). A altura “c” deve ser conforme o material. Varia entre 0,1 a 0,3. Quanto menor este valor, mais próximo da peça irá romper o capilar, porém deve-se ter o cuidado, porque para determinados materiais o capilar pode romper para dentro da peça. Também irá ocasionar uma vida útil do molde menor, pois haverá um maior desgaste do molde, proporcionando um arrombamento do capilar. Também não é interessante deixar um comprimento da medida “c” muito grande, porque poderá ocorrer um rompimento da peça dentro do orifício do molde, ocorrendo um fechamento do orifício ou proporcionando uma saliência grande na peça necessitando uma operação a mais no processo. O ângulo de saída  deve ser no mínimo de 15º. Isto proporcionará com que haja uma facilidade do operador em retirar o material que fica no orifício. 6.5.1.2 Dimensionamento do Pilão e do Pote O Pilão de transferência pode ser individualizado por peça ou em conjunto, abrangendo várias peças ou todas as peças do molde (fig. 36). PILÃO PEÇA Fig. 36: Molde de Transferência Fonte: O autor (2015) Quando o pilão for comum para mais de uma peça, deve-se observar para que à distância entre dois capilares não fique muito afastado um do outro. Esta distância, na maioria dos casos não deve ser superior a 60mm. Sempre deve ser 40 observado para que haja uma distribuição simétrica dos pilões no molde, a fim de que as forças no fechamento sejam distribuídas uniformemente. No processo de transferência, o fechamento do molde ocorre simultaneamente à transferência do material para a cavidade. Este fator em determinadas peças faz com que o material escorra para zonas do molde que interfira no fechamento, ocasionando rebarbas, consumo maior do material e limpeza desnecessária do molde. Para amenizar este problema é aconselhável a colocação de molas entre as placas do pilão e as placas das cavidades, a fim de fazer com que haja primeiro o fechamento das cavidades e posteriormente a transferência de material. O curso destas molas deve ser o suficiente para retirar todo pilão do pote mais uma folga. Normalmente utilizam-se quatro molas de diâmetro 32 extrafortes. Sempre distribuídas simetricamente em relação ao pote e nos quatro cantos do molde (fig. 37). MOLAS Fig. 37: Detalhe Sistema de Molas para auxiliar na abertura do molde Fonte: O autor (2015) No dimensionamento dos pilões, deve ser observada a área projetada das cavidades. A área projetada dos pilões deve ser sempre maior que a área das cavidades em torno de ½ : 1/3 (fig. 38). A razão é para que não haja uma força resultante maior que a força de fechamento após o preenchimento da cavidade. Isto provocará uma abertura do molde pelo composto que está sendo transferido. O material do qual é confeccionado o conjunto pote e pilão, são os seguintes: No pilão, recomenda-se utilizar ferro fundido cinzento, por que este material tem excelente resistência ao desgaste por abrasão e também por ter alto teor de carbono, torna-se auto lubrificante. No pote pode-se utilizar aço SAE 1045 sem necessidade de tratamento térmico. 41 A folga que deve haver entre o pote pilão é de 0,1 e não superior a 0,15 mm. O pilão nunca deve ser projetado para encostar ao fundo do pote, porque poderá ocasionar uma deformação no molde. Deve-se deixar aproximadamente 0,1 mm de folga entre a profundidade do pote e a altura do pilão. Fig. 38: Detalhe dimensional da folga entre pote e pilão Fonte: O autor (2015) 6.5.2 Fatores Determinantes para Escolha entre os Processos de Compressão, Transferência e Injeção 6.5.2.1 Processo de Compressão a) Maior tempo de vulcanização b) Molde bem mais barato c) Baixo scrap produzido d) Formato dos produtos mais simples e) Maior variação na espessura das peças numa condição normal (+-0.15) f) Peças abaixo de 1.5 gramas são complicadas devido à variação na confecção do pré-elaborado único. g) Maior rebarba no produto h) Facilidade em trabalhar com compostos mais viscosos 6.5.2.2 Processo de Transferência a) Tempo vulcanização intermediário entre injeção e compressão b) Molde mais caro em relação à injeção e compressão 42 c) Scrap intermediário entre os outros dois d) Geometria de produtos complexos e de pequeno tamanho facilitado e) Variação média da espessura das peças numa condição normal (+-0.08) f) Facilidade na confecção dos pré-elaborados por ter pesos altos devido muitas cavidades no mesmo batoque g) Rebarba no produto muito fina e em alguns casos não existe h) Dificuldade em trabalhar com compostos viscosos 6.5.2.3 Processo de Injeção a) Menor tempo de ciclo e vulcanização. b) Molde com custo mais elevado c) Possibilidade de percentual de Scrap próximo de zero d) Ideal para a maioria dos formatos de peças e) Variação média da espessura da peça é a menor porque o molde já esta fechado quando entra o composto (+-0.05) f) Não é necessário fazer pré elaborado e sim tiras para alimentação automática g) Melhor precisão dimensional no produto final h) Dificuldade em trabalhar com compostos viscosos I) Melhor estabilidade e controle do processo que por consequência resultados de menor custo do produto 6.6.1 Projeto do Molde de Injeção PRINCIPAIS TÉCNICAS DE INJEÇÃO DE BORRACHA Do ponto de vista das ferramentas, as principais técnicas de injeção de borracha foram classificadas em 7 tipos diferentes: 1- Injeção Direta; 2- Injeção na Linha de Apartação; 43 3- Injeção por Pint-Points; 4- Injeção por Compressão 5- Injeção Transferência; 6- Injeção pelo canal frio superior; 7- Injeção pelo canal frio central; 6.6.1.1 Injeção Direta Este processo é utilizado quando a peça tem uma dimensão que só cabe uma peça no molde em razão de seu volume ou tamanho. Neste caso cavidade é diretamente alimentada pelo bico de injeção (F) através de um canal central (na bucha injeção G), o qual deve ser cortado da peça depois de extraída do molde. A cavidade pode ser construída diretamente nas chapas como também postiça, cujo maior benefício é a usinagem facilitada em peças circulares e a possível troca sem perder toda chapa. Atualmente nas máquinas mais modernas os moldes são fixos por grampos, cachorrinhos (E) com parafusos (D) ou fixadores hidráulicos devido à facilidade e rapidez de montagem (fig. 39). O molde é composto basicamente pelos seguintes itens: A) Anel de centragem, de aço SAE 4340 temperado e revenido 54-56 HRC B) Chapa superior de aço SAE 1045 quando for cavidade postiça e P20 Beneficiado se for cavidade direto na chapa. C) Chapa inferior de aço SAE 1045 quando for cavidade postiça e P20 Beneficiado se for cavidade direto na chapa. D) Quatro parafusos fixação E) Fixador t (cachorrinho) de aço SAE 1045 temperado e revenido 25-30 HRC F) Bico injeção máquina de aço SAE 4340 temperado e revenido 54-56 HRC G) Bucha injeção de aço SAE 4340 temperado e revenido 54-56 HRC H) Peça de borracha I) Quatro buchas guias de aço SAE 4340 temperado e revenido 54-56 HRC J) Quatro pinos guias de aço SAE 4340 temperado e revenido 54-56 HRC K) Cavidade postiça caso necessário de aço SAE H13 temperado e revenido 50-52 HRC 44 Fig. 39: Molde com Injeção Direta Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.2 Injeção na Linha de Fechamento de Apartação Superior As peças (D) são injetadas na linha de apartação superior do molde através dos canais de distribuição (E) passando por um ponto de estrangulamento (F). Depois da abertura, as peças e os canais são seguros pela placa (B), sendo retirados do molde, puxando por cima e para cima. As peças são separadas dos canais de distribuição depois de retiradas do molde, cortando o ponto injeção (estrangulamento) das peças. O exemplo abaixo tem duas linhas de apartação, mas poderia ter somente uma linha entre a chapa A e chapa B (eliminar a chapa C). Esta técnica é adequada na maioria dos casos (peças fáceis de injetar) porque torna os moldes mais simples e baratos. Duas linhas de apartação são necessárias quando o composto tem grande tendência a dar bolha (viscosidade baixa) e o formato da peça possuir reentrâncias que dificultam a extração (fig. 40). 45 Fig. 40: Injeção na Linha de Fechamento de Apartação Superior Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.3 Injeção na Linha de Apartação Inferior As peças (D) são injetadas da mesma maneira que acima (Fig. 34), porém estão de cabeça para baixo. A chapa de entremeio (B) mantém as peças e canais (E) depois de aberto. A retirada é mais fácil do que com o molde (Fig. 34). Podendo ser retirada completamente automática por um extrator (F) através de pinos (G), o dispositivo empurra as peças e os canais para baixo. Este dispositivo poderá ser fixo na parte superior do molde ou preso na máquina conforme a injetora. Normalmente o movimento de extração é pneumático, mas o hidráulico é utilizado quando houver a necessidade de forças superiores a 1500 kg, (Peças com reentrâncias ou um número elevado de cavidades) (fig. 41). Fig. 41: Injeção na Linha de Apartação Inferior Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 46 6.6.1.4 Injeção por Tapete Todas as peças (E) são interconectadas por um tapete fino 0.2 mm (D). O tapete (E) é alimentado no centro pelo canal (A). A retirada é muito fácil e rápida puxando o canal (A) saindo grudada todas as peças com o tapete. O tapete com as peças é colocado em uma matriz (H) fixada em uma prensa excêntrica. O punção (G) força a peça a passar pela matriz separando as peças do tapete. Recomenda-se utilizar este processo em casos especiais devido ao custo do ferramental de estampo e mais uma etapa de processo posterior à injeção. Alem da extração rápida a peça fica isenta de rebarba o que é uma necessidade para alguns produtos, por exemplo, como vedadores. A maior desvantagem é a constante manutenção do fio de corte e a folga entre punção e matriz porque gera rebarba no produto acabado e corte imperfeito, mesmo fazendo as peças de aço especial e temperado ocorre desgaste (fig. 42). Fig. 42: Injeção por Tapete Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 47 6.6.1.5 Injeção por Filme Central A peça (B) é injetada no centro por um filme circular (A) muito fino 0.05-0.1 mm que é alimentado pelo canal (C), este processo gera peças perfeitamente uniformes devido o preenchimento simétrico das cavidades, sem a necessidade de acabamento posterior (fig. 43). Fig. 43: Injeção por Filme Central Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.6 Injeção por Canais em Forma de Espinha de Peixe As cavidades (D) são numerosas, próximas e situadas em linhas paralelas. A pressão da borracha é reduzida no canal principal (C) à medida que o fluxo vai se afastando do centro do molde (fluxo geral); O fluxo de borracha é mais rápido nos canais secundários mais curtos (B). O canal principal (C) está mais próximo das cavidades mais distantes. Então os canais secundários (B) nas cavidades mais distantes são mais curtos. No entanto, os canais secundários (B) compensarão a perda de pressão no canal principal e asseguram uma alimentação balanceada de todas as cavidades. Caso houver problema no balanceamento deve-se aumentar o ponto de injeção das peças mais distantes bem como o tamanho do canal secundário (B). No exemplo abaixo a extração das peças é rápida, porque puxam-se todas as peças de uma só vez do macho (E) sem utilizar dispositivos extratores. 48 Analisando o Fluxo de Material no Molde podemos verificar o seguinte: A cavidade mais distante é alimentada por borracha com pressão baixa, mas através de um canal secundário curto. A cavidade mais próxima é alimentada por borracha com pressão alta, mas através de um canal secundário longo. Esta técnica possibilita a ter um grande número de cavidades, mas com uma quantidade de desperdício de borracha um tanto pequeno (fig. 44).. Fig. 44: Injeção por Canais em Forma de Espinha de Peixe Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.7 Injeção em Molde Duplo O molde é composto por três placas sendo que o entremeio (B) possui cavidades nos dois lados. A bucha de injeção (G) atravessa a placa (A) até o meio da placa (B) e alimenta os canais (F) que sobem e descem para ambas linhas de apartação por igual até as peças (D e E). Quando a injetora abre, a placa (B) desce até ficar segura pelo telescópio (H), ou pelos dois tirantes da injetora. Este processo é muito utilizado em peças de alta produção e formato de produto que não necessitam de mais de uma linha de apartação como anéis, devido o dobro de cavidades num mesmo tamanho de molde. 49 Recomenda-se utilizar este processo em peças cujo composto tem baixa viscosidade porque existe uma maior dificuldade de injeção do que nos moldes de injeção direta. Mas com o ganho de produtividade que se consegue compensa este tempo de injeção maior (fig. 45).. Fig. 45 Injeção em Molde Duplo Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.8 Injeção por um Canal Alimentador Circular O canal central (A) alimenta os canais de distribuição (D) este leva o composto até os canais circulares (E) em volta dos machos. A borracha enche as cavidades (F) através de uma abertura circular fina (0.15 a .25 mm) entre macho e cavidade. Este processo é ideal para peças circulares que tem composto de alta viscosidade porque devido ao preenchimento circular uniforme, evita deformações das peças durante a injeção (fig. 46).. 50 Fig. 46. Injeção por um Canal Alimentador Circular Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.9 Injeção por Canais Paralelos As peças (C) são conectadas aos canais alimentadores (D) por uma abertura longa e fina para que o caminho do fluxo seja o mais curto possível nas cavidades (C) e o enchimento seja mais fácil.Esta técnica é especialmente apropriada para peças muito finas (fig. 47).. Fig. 47. Injeção por Canais Paralelos Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.10 Injeção por Cima Direto na Peça Os canais (E) alimentam os pint-points que atravessam a placa (B) até as cavidades (D). Quando o molde abre, a placa (B) está parada e segura pelos telescópios ou pelos dois tirantes da injetora. Os canais (E) e peças (D) são destacados em dois níveis diferentes. Esta técnica possibilita injetar as peças em 51 áreas de difícil acesso ou em várias diferentes áreas ao mesmo tempo, se necessário (fig. 48).. Fig. 48. Injeção por Cima Direto na Peça Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.11 Injeção Indireta (Pint Point) A peça (G) é injetada pelos canais muitos pequenos (F) os quais são alimentados pelos pontos de alimentação (E) assim não há marcas de alimentação na parte superior da peça (fig. 49). Fig. 49. Injeção Indireta (Pint Point) Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 52 6.6.1.12 Injeção Pelos Pontos de Alimentação Submarinos Neste caso, condutores (E) e cavidades (D) estão no mesmo níveavidades (D) são injetadas na face lateral pelos canais de alimentação (F) para alcançar a mais massiva e favorável área da peça (fig. 50). Fig. 50. Injeção Pelos Pontos de Alimentação Submarinos Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.13 Injeção por Pontos de Alimentação (Pint Point) em um molde Duplo Os canais (F) (no nível médio de abertura) alimentam os pontos de alimentação (G) os quais conduzem a parte de cima e debaixo até as cavidades (HJ). As cavidades superiores (H), cavidades inferiores (J) e canais (F) são retirados em 03 níveis diferentes. Esta técnica dobra o número de cavidades e aumenta a produtividade (fig. 51) Fig. 51. Injeção por Pontos de Alimentação (Pint Point) em um molde Duplo Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 53 6.6.1.14 Molde de Injeção Compressão Após o fechamento da prensa pelo cilindro de aproximação, a borracha é injetada no Centro através de uma abertura com volume suficiente para preencher as peças, entre as partes de fechamento do molde. Então, a prensa finalmente fecha por seu cilindro de fechamento e a borracha enche as cavidades (G) pelo tapete (F). Peças (G) ficam interligadas pelo tapete (F) e são retiradas juntas. Posteriormente elas são separadas manualmente. A moldura e uma parada ajustável para o fechamento do molde (graças as suas faces inclinadas (D), e é usada para conseguir a espessura ideal do tapete). Esta técnica é apropriada para peças pequenas e finas. Oferece uma qualidade muita apurada e ciclos de tempos curtos (fig. 52). Fig. 52. Molde de Injeção Compressão Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.15 Bandeija de Multi Cavidades – Molde de Injeção Compressão Aqui, o princípio é o mesmo que acima, mas um bloco com canal frio (A-B-C) é necessário para alimentar a cavidade separada da bandeja (N), A moldura ajustável (G) tem 03 faces inclinadas (A-J-K) para prevenir que o molde empene no meio (fig. 53). 54 Fig. 53. Bandeija de Multi Cavidades – Molde de Injeção Compressão Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.16 Molde de Injeção Transferência Depois do fechamento da injetora pelos cilindros de aproximação, a injeção da borracha enche e abre a câmara de transferência (F) (entre as peças (A) e (B)). Logo apos a injetora finalmente fecha pelo seu cilindro principal, a borracha atravessa os canais alimentadores (G) e enche as cavidades (H). A câmara de transferência não é esvaziada completamente, um filme de borracha permanece (F) para ser retirado junto com os canais alimentadores (G) e canal de injeção (E). Esta técnica é particularmente apropriada para peças, que podem ser injetadas pelos canais alimentadores superiores. Ela possibilita ter um grande número de cavidades muito próximas. Rebarbas podem ser prevenidas para que a rebarbação não seja necessário caso a máquina possua pressão de recalque e cavidades postiças (fig. 54). 55 Fig. 54. Molde de Injeção Transferência Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.17 Molde de Injeção Transferência com Câmara Fria É o mesmo princípio de injeção que o descrito acima, mas com um sistema de regulagem térmica para peças (C) e (D) para manter a temperatura em nível baixo 80 graus e prevenir a cura nestas áreas (fig. 55). O sistema de regulagem térmica é composto de uma maleta de refrigeração que faz circular um fluido (água ou óleo) intermitentemente, com temperatura controlada, dentro das chapas (C) e (D) por canais circulares. Altas temperaturas são mantidas nas placas (F), (G) e (H), sob uma placa de isolamento (E). Borracha dentro do canal (J), tapete (K) e canais alimentadores (L) nunca são curados. Somente borracha em canais alimentadores (M) é desperdiçada; Canais alimentadores (M) são mantidos pela placa (F) depois da abertura e destacados por um dispositivo automático. 56 Figura 55 Fig. 55. Molde de Injeção Transferência com Câmara Fria Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 6.6.1.18 Placa de Canal Frio Placas de canais frios são ferramentas que podem ser adaptadas para todos os tipos de moldes de injeção, exceto para moldes de injeção transferência, cujo sistema de alimentação é feito de outra maneira. Uma placa de canal frio pode ser considerada como uma extensão da unidade de injeção da máquina e do molde, cujo objetivo é manter a borracha em temperatura baixa durante a distribuição da massa até as cavidades ou perto das cavidades, através de canais redondos de diâmetros grandes e sistema regulagem temperatura. Então o caminho da borracha na pré-cura dentro do molde é muito curto e estreito. Isto oferece muitas vantagens, tais como: - Redução da geração de calor pelo atrito nos canais injeção; - Redução do tempo de injeção devido a canais mais curtos; - Redução do tempo de cura por poder colocar temperaturas mais elevadas; - Eliminação ou redução do tempo de descarregamento dos canais; - Limpeza do molde feita mais fácil ou reduzida; - Grande redução da quantidade de borracha desperdiçada; - Redução de rebarbas; - Injeção de peças difíceis torna-se possível devido a facilidade de colocação de vários pontos injeção; - Número de cavidades aumentadas pela facilidade de distribuição dos canais; - Injeção de compostos difíceis tornando possíveis ou mais fáceis; 57 - Redução do custo ferramental (mesma placa de canal frio para moldes diferentes); - Automação facilitada; A figura abaixo mostra uma placa de canal frio superior com seus componentes principais (fig. 56). Fig. 56. Placa de Canal Frio Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha LEGENDA DOS ITENS DO MOLDE DA PLACA DE CANAL FRIO A- Bico de alimentação para descompressão especial; B- Corpo da placa de canal frio C- Placa isolante entre a placa de canal frio (temperatura baixa) e a placa quente do molde (temperatura alta) D- Placa quente para a metade superior do molde E- Corpo bico F- Bico secundário com ponta removível G- Ação rápida de resfriamento do sistema (alimentada por água) H- Sistema regulador no corpo (alimentado por óleo) 7. Placa Central de Canal frio com moldes de injeção direta em dois níveis: 58 Neste caso, não há canais no molde, mas apenas pequenos canais para serem cortados das peças (único) depois da extração Peças superiores (O) são injetadas por oito bicos secundários superiores. Peças inferiores (P) são injetadas por 08 bicos secundários inferiores (L). Os moldes superiores (D) são aquecidos por uma placa quente superior da prensa e placa quente superior (H) do Bloco de Canais Regulados (B.C.R) (E); Moldes inferiores (F) são aquecidos por placas quentes inferiores (N) do C.R.B. (E) e placa quente inferior da prensa; Placas (J) e (M) isolam o corpo do C.R.B. das áreas de temperaturas altas; O C.R.B. (E) tem 03 sistemas de regulagem de óleo independentes; corpo, bico secundários superiores e bicos secundários inferiores; O corpo do C.R.B. tem um sistema de resfriamento rápido por água; Esta ferramenta (A) é apropriada para um número grande de tamanho de peças e possibilita uma rápida e freqüente troca de moldes para estes propósitos, esta adaptada com placas de base firmes (C) (G) e expositivos manuais de fechamento (O); Desta forma, os moldes que tem fins apropriados podem ser facilmente acertados (fig. 57). Figura 57 Fig. 57. Placa de Canal Frio Fonte:Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 59 6.6.1.19 Detalhamento do Molde de Injeção Para dar início a um projeto de molde por injeção, são necessárias as seguintes informações da máquina injetora: - Pressão injeção máxima - Volume de injeção máximo - Tamanho do platô - Distância entre colunas - Força de fechamento - Sistema de extração (hidráulico, pneumático ou tirantes) - Altura mínima e máxima do molde possível Antes de iniciar o projeto do molde, se faz necessário calcular o número de cavidades máximas do molde independentemente do layout das mesmas. O fator predominante é a pressão injeção no interior da cavidade, e o volume de injeção necessário para formar as peças. Considerar no cálculo do volume os canais de injeção. A Pressão de Injeção e a Força de fechamento da máquina estão diretamente ligadas, ou seja, tem uma relação direta uma com a outra. Primeiramente deve-se calcular a Força necessária para preenchimento das cavidades. Esta força é proporcional a projeção da área das cavidades e dos canais de distribuição e deve ser menor que a força de fechamento da injetora (fig. 58). A pressão injeção depende dos seguintes parâmetros: - Área do cilindro injeção (Acil) = A1 - Área da câmara de injeção (Aci) = A2 - Pressão hidráulica do cilindro injeção (Phcil) - Área projetada do molde (Am) - Pressão no interior da cavidade (Pic) Força de Fechamento (Ff) F = P.A Pi= ( Acil (A1) x (Phcil) Aci (A2) Fig. 58. Cilindro Hidráulico Fonte: O autor (2015) 60 Pela fórmula acima concluímos que a pressão injeção máxima depende do projeto da máquina e sua variação é definida pela regulagem da pressão hidráulica do sistema. Devido às perdas que ocorrem no bico, nos canais de injeção e de distribuição e no ponto de injeção, apenas uma fração da pressão injeção máxima (Pimax) é transmitida a cavidade. Praticamente podemos considerar a pressão no interior da cavidade (Pic) Pic=2/5*Pimax A força de fechamento (Ff) que impede a abertura do molde durante a injeção é dada por: Ff=Pic* Am Am= Área das cavidades mais canais injeção Exemplo de cálculo dos parâmetros para definir o Volume, Força de Fechamento e Pressão de Injeção de um molde de Injeção. Molde para disco de borracha com diâmetro 30 mm e com 6 mm espessura com composto 60 Shore A, para máquina com os seguintes dados: - Pressão injeção máxima: 1500 Kgf/ cm2 - Volume injeção máximo: 500 cm3 - Distância entre colunas: 38 cm - Força fechamento: 145T = (145000 Kgf) Pic= 2/5*1500=600 kgf/ cm2 Ff= 145000 Kgf Para cálculo inicial considerar a área dos canais igual a 20% da área total das cavidades Am= Ff/Pic= 145000/600= 241.6 cm2 Para cálculo inicial considerar área canais igual 20% área total (Am) Acav= 0.8*Am= 0.8*241.6= 193,28 cm2 Área de uma peça A= 302 x π = 7,065 cm2 4 61 Número de cavidades máximas N= 193,28 = 27,3 ou seja 27 cavidades máximas 7,065 Calcular volume máximo teórico: Volume de todas peças vezes 1.2 = 7.065*0.6*27*1.2 = 137.3 cm3 6.6.1.20 Canais de Alimentação de Injeção A fim de assegurar um bom escoamento do composto nas cavidades do molde, os canais de alimentação devem ter um diâmetro otimizado, serem os mais curtos possíveis e terem de preferência, uma seção circular. Canais com a menor área superficial geram menor perda de pressão devido aproveitamento melhor do diâmetro hidráulico e consumo menor de borracha. TIPO DE FORMATO DE CANAIS PRINCIPAIS RECOMEDADOS Na prática devido à facilidade e o custo de construção a maioria dos projetistas optam pelo canal trapezoidal porque é construído em apenas uma placa. Os canais deverão ser dimensionados de forma a garantir que o composto nele contido não pré-vulcanize antes que as cavidades estejam preenchidas e compactadas e não abra o molde. Para haver equivalência nas várias seções é necessário manter a seguinte relação: D=1,4d D= Diâmetro canal principal d= Diâmetro canal secundário Experimentos práticos mostraram que o canal secundário, não poderá ser inferior a metade da área do diâmetro do bico da injetora ou o diâmetro deve ser o dobro da espessura da peça na região mais espessa (fig. 59). Fig. 59. Formatos de canais de Injeção Fonte: Harada (2004) 62 6.6.1.21 Dimensões de Formato dos Canais Secundários e de Alimentação Fig. 60. Dimensões de canais de Injeção Fonte: Harada (2004) 6.6.1.22 Bucha de Alimentação dos Canais e Bico de Injeção Fig. 61. Dimensões da Bucha e do Bico de Injeção Fonte: Harada (2004) 6.6.1.23 Ponto de Injeção O ponto injeção deve ser situado de preferência na espessura mais grossa da peça e nunca poderá ter espessura maior que 50% da peça para não dar rechupe na parede da peça. Observar para que a soma da área de todos os pontos de injeção seja maior que a área do bico de injeção. Estrangulamento acentuado exige muita pressão de fechamento e injeção da máquina. Dimensionamento do ponto para composto de fácil injeção: - Espessura da peça = 2.5 mm 63 - Maquina com bico diâmetro = 6mm - Espessura máxima = 2,5 x 0,5 = 1,25mm 6.6.1.24 Itens de Montagem de um Molde de Injeção Figura 62 Fig. 62. Itens de Montagem de um Molde de Injeção Fonte: O autor (2015) 6.6.1.25 Sistema de Vácuo em Moldes de Injeção de Borracha No momento da injeção o material que está chegando na cavidade, força para fora o ar contido na mesma, porém nem sempre a totalidade deste ar deixa a cavidade, produzindo defeitos na peça moldada do tipo bolhas nas peças. Para corrigir este problema a solução consiste em estabelecer o vácuo na cavidade. Sr. G. Cottancin, responsável pelo Departamento “Aplicações” da empresa REP, conceituada empresa francesa fabricante de máquinas injetoras, apresenta aqui os vários aspectos desta tecnologia sofisticada, insistindo sobre a necessidade. Quando o vácuo for usado, deve-se levar em conta este fato, já na concepção do molde. A tecnologia do vácuo pode perfeitamente ser usada para moldes clássicos, bem como para moldes de injeção-compressão ou moldes de injeção-transferência, e moldes requerendo um ou vários ciclos de degazagem. A tecnologia da injeção dos elastômeros progrediu de modo surpreendente nestes últimos anos. Para produzir peças com precisão, dia a dia mais importante, correspondendo aos quesitos severos de qualidades físicas e mecânicas, fora 64 necessário desenvolver novas técnicas, principalmente ao que diz respeito aos moldes e ferramentas. O vácuo é um elemento importante na melhoria e na qualidade das peças produzidas por injeção. Uma das características básicas da técnica da injeção é que a matéria penetra no molde com grande pressão e grande velocidade, molde cujo fechamento e bloqueio é assegurado por forças elevadas. As cavidades, antes da injeção, ficam cheias de ar. A matéria, chegando nas cavidades, força o ar para fora através das plantas de junção das diferentes placas do molde. Na medida em que a saída do ar não é suficientemente rápida ou incompleta, as peças produzidas oferecem diversos tipos de defeitos. Estes defeitos são principalmente: bolhas em lugares característicos da peça, queimaduras devido à subida da temperatura do ar comprimido pela matéria, bolhas nas partes internas das peças, que só podem ser detectadas com controles destrutivos, junções defeituosas pela presença de uma camada de ar que impede uma boa colagem... Fora o vácuo existem diversas soluções para diminuir e corrigir estes defeitos entre os quais: redução da força de bloqueio, furos de evacuação do ar, furos de evacuação da matéria, cabeçotes, transferência de ar, degazagem, etc. Alguns anos atrás a solução do vácuo era considerada a solução do último recurso, quando todas as outras já não davam resultados positivos. As coisas evoluíram e hoje a situação é totalmente diferente. A própria concepção do molde leva em conta a presença do vácuo ficando assim, na maioria dos casos, mais simples. 6.6.1.26 Uma Solução para cada Tipo de Molde a) MOLDES CLÁSSICOS A estanqueidade é geralmente assegurada por uma junta de silicone ou de viton, localizada numa canaleta na parte superior (ou eventualmente inferior) do molde. Esta junta deve ser externa ao conjunto de cavidades para poder preencher efetivamente o seu papel. Por outro lado, esta junta não deve ficar muito próxima 65 das cavidades para não sofrer uma eventual danificação pelo material no momento da injeção, ou do operador no momento da desmoldagem. No interior da zona definida por esta junta, o vácuo será puxado em um ou mais pontos, levando em conta a distribuição e o número de cavidades, bem como os limites de escoamentos (Fig. 63). Fig. 63. Posição das juntas de vedação do sistema de vácuo Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha b) MOLDES DE INJEÇÃO – COMPRESSÃO Esta técnica, desenvolvida a partir de uma patente original da REP em 1968, já está sendo usada por inúmeros borracheiros no mundo inteiro. Esta técnica permite a moldagem de peças de precisão e frequentemente requer o uso do vácuo. A abertura do molde durante a injeção é uma das características fundamentais desta técnica, no decorrer da qual é imperativo que o vácuo permaneça mantido. Diversas soluções podem ser usadas para atingir este objetivo. 66 Fig. 64. Molde Injeção Compressão com vácuo Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha O posicionamento das juntas, da tomada de vácuo e do quadro para um molde de injeção-compressão. Na parte de cima em fase de injeção, na parte de baixo em fase de compressão (fig. 64). c) MOLDES DE INJEÇÃO-TRANSFERÊNCIA Para este tipo de molde, se faz necessário manter o vácuo durante as fases de injeção e da transferência, principalmente no momento da injeção, quando esta camada está sendo preenchida (fig. 65). Diversas soluções existem, sempre próximas nas soluções vistas nos casos anteriores. Fig. 65. Molde Injeção Transferência com vácuo Fonte: Manual sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha 67 DEGAZAGEM Qualquer que seja a concepção básica do molde (clássico, injeçãocompressão, injeção transferência, com ou sem canais regulados), a injeção de algumas peças particulares exige, além do vácuo, o uso de uma ou mais fases de degazagem. O objetivo principal desta ou destas degazagens é de alterar as características de escoamento da matéria no momento do preenchimento das cavidades. A zona de estanqueidade definida pela junta deve ser preservada momento da abertura necessária para degazagem. Para este caso, as diversas soluções escolhidas são de tipos similares às soluções encontradas acima. CASOS PARTICULARES Em casos particulares (para não dizer excepcionais) algumas peças, devido às suas dimensões, ou às suas morfologias ou a critérios técnicos ou ao elastômero utilizado, requerem vácuos mais completos podendo atingir vácuos de segundo nível. As determinações das características de vácuo e vazão da bomba devem ser estudadas caso a caso e a totalidade do molde deve ser fechada numa câmara estanque. MELHORAMENTOS NAS TÉCNICAS O uso do vácuo nos moldes autorizou uma evolução importante da técnica de injeção dos elastômeros no decorrer destes últimos anos. As melhorias mais significantes, podemos citar como, reprodutibilidade das características mecânicas das peças moldadas, possibilidade de moldagem de peças com grau de dificuldades complexas nas técnicas clássicas, redução dos tempos de ciclos, devido ao aumento das velocidades de injeção, simplificação na concepção dos moldes e redução do custo dos mesmos, melhoria na viabilidade dos moldes devido à simplificação, automatização das ferramentas. 68 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS Existe muitas literaturas e estudos que divulgam e ensinam detalhadamente o processo de fabricação de peças técnicas de plásticos, sejam de peças técnicas de uso em engenharia ou de outros tipos de aplicações. Tanto os processos de injeção, ou o projeto e fabricação dos moldes deste tipo de peças são amplamente divulgados em literaturas, estudos, inclusive como matéria de currículo escolar de cursos técnicos e acadêmicos. As tecnologias e informações de polímeros termoplásticos específicos para peças injetadas, é bem mais divulgado e de fácil acesso a suas características técnicas, seja para aplicações onde há uma exigência de resistência mecânica como também a físico químicas. Também as indústrias fabricantes deste tipo de material, já informam em seus portfólios as condições de processamento. Muitas destas informações já especificam exatamente os parâmetros de injeção, contração do material, índices de higroscopia, etc. Em alguns casos informam até as condições de moldagem, sugerindo algumas características do próprio molde. No que se refere a moldagem de peças técnicas de borracha, há uma dificuldade de se encontrar em um mesmo estudo, ou literatura, informações que nos orientam e nos instruem a como selecionar qual melhor processo para fabricar uma peça técnica moldada de borracha. Muitas das teorias e deduções acrescentadas neste trabalho, foram obtidas de experiências práticas adquiridas ao longo de alguns anos de trabalho na área, bem como de literaturas, artigos e estudos realizados em empresas fabricantes de máquinas do Brasil e fora do Brasil. Acredito que este trabalho deverá contribuir para um melhor entendimento sobre processo de borracha bem como parâmetros que favoreçam uma escolha adequada do melhor processo para a fabricação de uma peça técnica de borracha. Também servirá para desmistificar algumas informações referente ao projeto e fabricação do molde destinado a peça de borracha. Por tratar-se de uma área da qual eu trabalhei durante alguns anos e gostei muito e foi muito importante para meu desenvolvimento profissional, o resultado deste trabalho foi de grande aprendizado. Pelo processo de pesquisa em literaturas de outros países pude aprender novos processos que estão sendo desenvolvidos, mesmo que não estejam relatados neste trabalho. A tecnologia na área de elastômeros está cada vez mais desenvolvida e alvo de atenção de grandes 69 empresas. Muitos desenvolvimentos estão sendo realizados na área de processamento da borracha, desenvolvimento de moldes, fabricação de máquinas em busca de alternativas sustentáveis. Existe hoje uma dificuldade a nível mundial de dar destino para os rejeitos e resíduos da borracha vulcanizada, pois a decomposição destes resíduos leva muitos anos. 70 8 CONCLUSÃO Dentro dos dados expostos sobre os tipos de processos para fabricação de peças técnicas de borracha, bem como as definições de escolha do melhor processo, orientação no projeto de moldes, cálculos de produtividade, seleção de materiais mais adequados considerando tolerâncias e normas, características sobre moldes de compressão, transferência e injeção, e outros itens descritos penso que os objetivos foram alcançados. Podemos afirmar que quando aplicado os estudos descritos acima, teremos os resultados esperados, uma vez que experiências dedutivas por similaridade já foram comprovadas em empresas nacionais e internacionais. 71 9 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Esta matéria referente a peças de borracha é muito rica e extensa. Não somente ao que se refere a peças técnicas, mas também a todas as peças moldas, pois mesmo que o produto não tenha uma exigência especificamente técnico, passa por toda a exigência de conceitos de fabricação. Seria de grande importância outros trabalhos de pesquisa que focassem a melhorias de processos com objetivos de reduzir ou eliminar os rejeitos de borracha, ou até mesmo o desenvolvimento de materiais que possam ser reutilizados assim como é feito com os termoplásticos. O processo de vulcanização da borracha é irreversível, ou seja, uma vez vulcanizado não volta ao estado anterior, como é característica do termoplástico. Por isso a borracha é considerada um termorrígido. Um trabalho desenvolvido neste sentido seria de grande aproveitamento para o meio ambiente e também de grande retorno para as indústrias fabricantes de peças de borracha. 72 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS São Leopoldo (Município). Centro Tecnológico de Polímero SENAI-CETEPO. Tecnologia de Transformação dos Elastômeros. RS.2000. 42p. Disponível em: . Acesso em: 17 setembro 2015. Disponível em: . Acesso em: 16 setembro 2015. Porto Alegre (Município). V Seminário de Atualidades em Tecnologia de Elastômeros. RS. 2000. 5p. GLOSSÁRIO de termos técnicos aplicados a polímeros, BRASKEN, Boletim técnico N° 8, PVC Ver. 0-Julho/02 9p. Stritzke, Bernie; Custom Molding of Thermoset Elastomers: ed. Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, 2009 Werner Hofmann; Rubber technology handbook: ed.Munich [u.a.] Hanser,1989 Disponivel em:http://www.rubberpedia.com/vulcanizacao.php>.Acesso em 30 outubro 2015. Brasil. Conselho Nacional da Borracha. Curso Básico em Tecnologia de Elastômeros. Brasília, 1990. volume III, p.31. HARADA, J. Moldes para injeção de termoplástico: projetos e princípios básicos. Editora Artliber, 2004 Seminário sobre Técnicas de Moldes para Injeção da Borracha, São Paulo: REP do Brasil Indústria e Comércio Ltda, 1982. p. 252