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2011
INTRODUÇÃO AO PROCESSO DE MOLDAGEM DE PLÁSTICOS POR INJEÇÃO I NJEÇÃO
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1.0 Conceitos Básicos Segundo BIRLEY et al. (1991), independentemente do processo, as três etapas básicas de qualquer processo de transformação de polímeros são: 1) Plastificação, Plastificação, para levar o material, por meio de aquecimento, dissolução ou uso de reagentes líquidos, a um estado em que sua forma possa ser modificada na etapa seguinte. Conformação, para que a forma geométrica da peça desejada seja obtida, 2) Conformação, normalmente pela reprodução da forma de uma ferramenta (molde/matriz), com auxílio de pressão externa. forma, conseguida pelo endurecimento do material, por 3) Estabilização da forma, resfriamento, cura ou remoção de solventes até a temperatura ambiente
A moldagem por injeção é um processo de transformação composto por várias etapas executadas em uma ordem que se repete a cada ciclo, produzindo-se uma ou mais peças por vez. Uma ampla gama de materiais termoplásticos e termofixos, tanto t anto plásticos quanto elastomeros, com ou sem cargas minerais, fibras f ibras e outros aditivos, podem ser processados por injeção. No caso da moldagem por injeção de termoplásticos, a ferramenta de conformação é um molde com temperatura inferior à de solidificação do polímero. Conforme mostrado nas figuras 1 e 2, um ciclo de injeção é composto de etapas onde o material plástico passa por transformações e por etapas de cunho operacional (conhecidas como etapas do “ciclo seco”). A seguir, descreve-se um ciclo completo de injeção. Quando o parafuso gira o material sólido proveniente do funil é arrastado contra a parede interna do cilindro de aquecimento. Assim, a força de atrito criada aquece e empurra o material pelo canal, em direção à ponta do parafuso. Com o aquecimento por atrito e o calor proveniente das resistências elétricas que envolvem a parede externa do cilindro, aos poucos o material é plastificado, até que, próximo à ponta do parafuso não reste mais partículas sólidas. Como o bico de injeção deve estar encostado no molde fechado e preenchido, o material plastificado não consegue sair do cilindro, e acumula-se à frente do parafuso. A pressão do material empurra o parafuso para trás, até que atinja uma posição predeterminada pelo operador. Nesse ponto, o parafuso pára de girar e termina o processo de plastificação. plastificação. A massa de material plastificado, que fica dosada entre o bico de injeção e
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a ponta do parafuso deve ser suficiente para preencher totalmente a cavidade e o sistema de alimentação do molde. injetado, ou seja, transportado para a cavidade Uma vez dosado, o material deve ser injetado, do molde fechado. O parafuso avança, como se fosse o êmbolo de uma um a seringa, criando a pressão necessária para que o material consiga passar pelo canal do bico de injeção, canal de alimentação do molde e ponto de entrada da cavidade e preencher a cavidade. Como as paredes do molde possuem canais para circulação de água ou óleo, gradualmente a peça moldada e o material que fica no canal de injeção são resfriados. Após o preenchimento, recalque: o parafuso é mantido avançado até que o ponto de entrada do material ocorre o recalque: na cavidade seja solidificado. O resfriamento da peça injetada prossegue, e aos poucos a cavidade e o canal de alimentação alim entação solidificam-se por completo. Como durante o resfriamento o parafuso está ocioso e a prensa está fechada, a máquina pode aproveitar esse tempo para plastificar e dosar o material que será injetado no ciclo seguinte, por meio da rotação do parafuso simultaneamente ao seu recuo até uma posição pré-definida. Uma vez solidificada e resfriada até uma temperatura em que não seja seco, que mais deformada, a peça está pronta para ser extraída. Realiza-se, então, o ciclo seco, consiste das etapas de abertura do molde, extração (desgrudar a peça do molde) e fechamento. fechamento. Terminado o ciclo, o material dosado é injetado, repetindo-se o ciclo até que se atinja a produção desejada.
1.1 O que um molde deve cumprir? Funções do Molde
Sistemas do Molde
Conduzir o material até a cavidade
Sistema de Alimentação
Dar forma ao material Expelir o ar da cavidade durante o preenchimento
Cavidade Sistema de Ventagem
Resfriar o material Extrair o Moldado
Sistema de Resfriamento Sistema de Extração
Manter as partes alinhadas durante o processo
Sistema de Alinhamento
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1.2 Molde Padrão (Duas Placas)
Figura 3 – Molde Básico de duas placas
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14
Placa Base Superior Placa Cavidade Placa Macho Placa Suporte Espaçador ou Calço Placa Porta Extratores Placa Impulsora Placa Base Inferior Pino de Retorno Bucha Guia Coluna Guia Bucha de injeção Anel de centragem Pino Extrator
2.0 Considerações básicas para iniciar um projeto de molde de injeção • • • • • • • • • • •
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Dimensões e Geometria da Peça Quantidade (demanda mensal) Custo de produção (objetivo) Numero de cavidades Disposição das cavidades e galhos de injeção Fluxo de material no molde Contração Tamanho da máquina (distância entre colunas) Força de fechamento da máquina Pressão de injeção da máquina Capacidade plastificação da máquina
2.1 Dimensionamento do molde A quantidade de cavidades do molde esta diretamente ligada á demanda de peças/mês, porém ela é diretamente responsável pelo valor de investimento no molde, pela determinação da força de fechamento e capacidade da maquina injetora, portanto pelo custo final da peça. Nº de Cav. =
Quantidade peças desejadas / mês _____ (dias trab./mês) x (hr trab./dia) x (ciclo/hr) x eficiência
Considerações: No caso da conta dar um numero decimal, vale o numero inteiro imediatamente superior (preferivelmente par), como quantidade mínima de cavidades para se atingir o volume de produção desejada, trabalhando o mês inteiro. OBS. Em geral o numero de cavidades é definido levando-se em consideração: a demanda de peças, a disponibilidade de maquina, o custo objetivo e o investimento.
O passo seguinte é definir a força de fechamento necessária para manter esse molde estável durante o processo de injeção. A força de fechamento leva em consideração vários fatores. Vamos falar inicialmente da área projetada de injeção do molde (área que vai receber o material plástico fundido). Área projetada (At) = (Nº cav. x área da cavidade) + área do galho (cm2) OBS.: Existe situação onde a área do galho é praticamente desprezível, porém há outras em que a área do galho é superior a das cavidades, portanto não se deve negligenciar este item. Volume do moldado (Vt) = (Nº cav. x volume da cavidade) + volume do galho (cm3)
Pm = Vt . Pe mat
( Pemat = Densidade do material injetado – estado fundido)
2.2 Exemplos de cavidades e machos
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Tabela 1 - Materiais Termoplásticos Densidade Sólido
Densidade Fundido
(g/cm3) 1,05
(g/cm3) 0,95
(%) 0,2 - 0,7
(Fv) 2,02
(cal/g°C) 0,5
PA6 – Nylon – Poliamida 6
1.05 1,14
0,95 0,98
0,3 - 0,8 0,5 - 2,2
2,03 2,05
0,5 0,75
PP - Polipropileno
0,91
0,73
1,0 - 3,0
1,94
0,90
POM - Poliacetal
1,42
1,16
1,5 - 2,2
1,9
0,35
PEAD – Polietileno de Alta Densidade
0,96
0,74
2,0 - 4,0
1,81
0,9
PEBD – Polietileno de Baixa Densidade
0,95
0,74
1,5 - 3,0
2,07
0,9
ABS – Acrilonitrila Batadieno Estireno
1,08
0,95
0,4 - 0,8
1,9
0,5
PVC rígido - Cloreto de Vinila
1,38
1,12
0,3 - 2,0
2,3
0,6
PVC flex. – Cloreto de Vinila
1,38
1,02
1,5 - 3,0
2,3
0,6
PMMA – metilmetacrilato
1.18
1.09
0,2 - 0,8
1,9
0,56
SAN – Estireno Acrolonitrila
1,08
0,99
0,4 - 0,7
2,03
0,5
PC - Policabonato
1.20
1.08
0,4 - 0,8
1,8
0,5
Material
PS - Poliestireno PSAI – Poliestireno Alto Impacto
Contração Fator Calor Aprox. Volumétrico Específico
TABELA 2 - MÁQUINAS
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2.3 Capacidade de Injeção
É o volume máximo de injeção, ou seja, o volume de material obtido na ponta do cilindro de aquecimento quando do recuo total do parafuso plastificadora, considerando o seu fator volumétrico. Ou seja, é a quantidade de material que o parafuso pode deslocar para dentro do molde a cada ciclo. O transformador precisa que a máquina selecionada tenha capacidade de dosar a quantidade de material necessária para preencher todas as cavidades e o sistema de alimentação do molde, considerando a pressurização e o recalque. Portanto, a máquina injetora precisa ter capacidade de injeção superior à massa m assa do moldado, com um fator de segurança de 20 a 30 %, conforme expresso abaixo:
Ci – Capacidade de injeção Pm – Peso total do moldado s – fator de segurança 1,2 a 1,3
Ci = Pm.s
A maioria dos catálogos apresenta os dados de capacidade de injeção em gramas de poliestireno ou de polietileno de alta densidade. Por isso, sempre que se quiser determinar uma máquina para transformação de outra resina, é preciso converter o dado da máquina ou a capacidade de injeção necessária, levando em consideração a densidade e o fator volumétrico das resinas. O fator f ator volumétrico expressa a relação entre as densidades do material na temperatura ambiente (mais denso) e na temperatura de processamento (menos denso, em estado fundido). Assim, para se converter a capacidade de injeção de um material para outra, usa-se a seguinte equação:
Ci = CiPS . (Pemat / PePS). (FVPS / FVmat) Ci = Capacidade de injeção (g) CiPS = Capacidade de injeção PS (padrão) PS = Peso específico do PS (padrão g/cm³ ) Pemat= Peso específico do material (g/cm³ ) Fv = fator volumétrico Contudo, recomenda-se que a capacidade de injeção efetivamente utilizada da injetora esteja, por razões de qualidade, entre 30% e 80% da capacidade máxima da injetora, ou seja:
0,3Ci < Pm < 0,8Ci 2.4 Capacidade de Plastificação Em sua definição tradicional, a capacidade de plastificação é a quantidade de material que a máquina pode elevar à temperatura de moldagem em uma hora. Para especificação de uma máquina, deve-se considerar ainda um fator de segurança de 20% a 30%. Ou seja, deve-se especificar uma máquina considerando que a mesma terá um emprego máximo de 80% da sua capacidade nominal. Deve-se calcular o número de ciclos completados em uma hora e multiplicá-lo pela massa moldada a cada ciclo e pelo fator de segurança. A seguir, compara-se a capacidade de uma máquina com o necessário e julgar sua adequação ao processo pretendido. Assim como a capacidade de injeção, os catálogos de máquinas expressam a
capacidade de plastificação em quilogramas (ou gramas) de poliestireno ou polietileno por hora (ou segundo). Logo, se os cálculos forem relativos à outra resina, também é preciso fazer uma correção, que leva em conta as quantidades de calor necessárias para fundir f undir (ou elevar a temperatura de processamento) uma massa equivalente de material. onde: • • • •
9
CP = CPPS . (CePS / Cemat) . 0,8
CP = capacidade de Plastificação (kg/h) CPPS = capacidade de plastificação PS (padrão kg/h) CePS = calor específico PS (padrão cal/g ºC) Cemat = calor específico (cal/g ºC)
0,8 fator de segurança - garante que a máquina trabalhará com 80% da sua capacidade de plastificação Embora se deva programar a etapa de dosagem de forma a que seu tempo de execução não ultrapasse o tempo de resfriamento pós-recalque, deve-se ter o cuidado para que a velocidade de rotação do parafuso não seja excessiva, a ponto de provocar a degradação do material. Portanto, a velocidade tangencial do parafuso, que é dependente do seu diâmetro, não pode exceder a taxa de cisalhamento máxima recomendada pelo fornecedor da resina. 2.5 Pressão Máxima de Injeção e Força de Fechamento
Figura 4
Usualmente dada em “toneladas” (toneladas-força ou 1000 Kgf), esta característica informa qual a máxima força com a qual a máquina manterá o molde travado. Quando a pressão média na cavidade (Pressão de reação) multiplicada pela área projetada da peça excede à força de fechamento programada, o molde abre e formam-se rebarbas. Quanto maior a pressão de reação utilizada e maior área projetada da peça, portanto, maior deverá ser a força de fechamento da injetora.
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2.6 Determinação da pressão na cavidade:
A pressão utilizada na fórmula deve ser uma estimativa da pressão média do material na cavidade, durante a injeção. Esta pressão pode ser relacionada com a pressão hidráulica do parafuso durante a injeção da seguinte forma: devido às perdas de pressão no sistema de alimentação, a pressão na cavidade varia de 1/3 a 1/2 da pressão de enchimento (pressão do material à frente do parafuso). Esta, por sua vez é de aproximadamente 10 a 12 vezes maior do que a pressão hidráulica (manométrica), devido à relação entre as áreas das seções transversais internas do canhão (diâmetro do parafuso) e do cilindro hidráulico que aciona o parafuso. Essa relação varia de máquina para máquina e deve ser consultada em catálogo. 2.6.1 Força de Fechamento • • • • •
Fc= Força interna molde (cavidade) (ton ou kgf) Pinj = pressão enchimento (cavidade)
(kgf/cm2) At = área da superfície da cavidade e canais, no plano de abertura do molde (cm2) Pc = pressão na reação (cavidade) (kgf/cm2) Ff = força de fechamento (ton ou kgf)
Pc= Pinj/(2 ou 3) Fc = Pc.At F= 1,2 Fc
2.6.2 Pressão Manométrica • • • •
PH = pressão manométrica (kgf/cm2) Pinj = pressão enchimento (cavidade) (kgf/cm2) D = diâmetro do cilindro hidráulico (cm2) d = diâmetro do cilindro de injeção (cm2)
2 D
Pinj = PH ⋅
d 2
Porém, na etapa de definição da máquina mais adequada para o molde, ainda não é conhecida a pressão hidráulica que seria programada, o que somente é definido nos testes preparatórios à produção, com o molde já na máquina. Por isso, usa-se uma estimativa da pressão na cavidade. A forma mais precisa de estimar a pressão na cavidade é através de uma análise de preenchimento feita em softwares de CAE (Computer Aided Engineering), como o MoldFlow, C-Mold, Moldex e outros. Outra maneira, bastante usual, são gráficos que consideram a viscosidade da resina, a espessura da peça e o comprimento do caminho de fluxo . Como apresentado no gráfico, quanto menor a espessura, maior o comprimento de fluxo e maior a viscosidade da resina, maior deve ser a pressão de injeção, e conseqüentemente, a pressão na cavidade. Gráfico - figura 8 - pagina 14. 2.6.3 Determinação da área projetada: É a área sobre a qual a pressão na cavidade exercerá uma força contrária à força de fechamento. Refere-se à projeção da área de todo o moldado (peças e canais) sobre o plano da linha de separação do molde (superfície de fechamento). Conseqüentemente, para se calcular seu valor é preciso saber qual a posição da peça no molde, identificando a linha de separação.
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2.6.4 Fator de segurança:
Por segurança, é necessário embutir no cálculo da força de fechamento um fator que varia entre 1,1 e 1,4. Este fator deverá ser tanto maior quanto mais complexo for o caminho de fluxo do material na cavidade, maior o comprimento dos canais, menor o diâmetro dos canais e maior a dificuldade de determinação da pressão na cavidade. 2.7 Especificação de Unidade de Fechamento 2.7.1 Curso de abertura do molde O tamanho do curso de abertura também exerce influência no tempo de ciclo de uma injetora. Desta forma, este curso deve ser o menor possível. O curso mínimo de abertura pode ser estimado através da expressão abaixo. onde:
CA = hp + hm + hc + x
CA= Curso de abertura do molde hp= Altura da peça injetada hm= Altura do macho do molde, aproximadamente igual a hp hc= Altura do canal da bucha x= espaço extra extra para permitir que a peça peça caia, entre 30 e 100 mm
Figura 5. – Curso de abertura do molde.
2.7.2 Curso de extração A placa ou barra extratora da máquina injetora deve ter curso suficientemente longo para permitir a extração adequada da peça. Normalmente, um curso equivalente à altura da peça é suficiente (hp).
2.7.3 Dimensões externas do molde
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Conforme mostra a figura abaixo, o molde precisa ter uma largura inferior à distância entre colunas, para que possa ser colocado na injetora. A largura do molde deve considerar não apenas a largura das placas-base, mas também os acessórios, como travas, espigas, gavetas e cilindros hidráulicos. Dependendo do caso, alguns desses elementos podem ser montados no molde após sua fixação nas placas da injetora. Porém, como isso consome muito tempo no setup, uma alternativa é o emprego de injetoras sem colunas (patente do fabricante Engel).
Figura 5 – Distancia entre colunas e efeito das dimensões do molde sobre a placa móvel da maquina injetora
Os fabricantes de injetoras também especificam as áreas máxima e mínima para a placa base do molde. A área máxima é, basicamente, a distância entre colunas ao quadrado. Já a especificação de uma área mínima visa a prevenir que a placa móvel da máquina seja fletida pela concentração da resposta do molde à força de fechamento. Além disso, cada máquina tem um determinado limite para o ajuste da altura do molde, geralmente realizado pelo deslocamento da placa de suporte (ou platô de ancoragem) da máquina. Portanto, o fabricante também especifica alturas mínimas e máximas para o molde. Cabe ressaltar que a altura do molde pode ser aumentada com placas adicionais. 2.8 Queda de Pressão Durante o Preenchimento do Molde A pressão de injeção é a “força” necessária para vencer à resistência ao fluxo do polímero, empurrando o mesmo para dentro da cavidade, imposta pelos elementos que fazem parte do caminho por onde o material escoa. Se forem colocados diversos sensores ao longo do caminho de fluxo, a distribuição de pressão no polímero pode ser obtida como apresentado na figura 6. Como apresentado na figura 6, os polímeros fundidos fluem de regiões de altas pressões para regiões de menores pressões. Durante a fase de injeção, a pressão de injeção no bico da máquina injetora se eleva para que à resistência ao fluxo imposta pelos canais de alimentação, ponto de injeção e cavidade seja vencida. Contudo, a pressão
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decresce à medida que se avança no caminho de fluxo, sendo que a pressão na frente de fluxo atinge o valor da pressão atmosférica se a cavidade possuir saídas de ar adequadas. De forma geral, a queda de pressão aumenta com o aumento da resistência ao fluxo do material, que é função das características geométricas da cavidade e da viscosidade do fundido. Desta forma, à medida que o comprimento de fluxo f luxo aumenta, a pressão de injeção, no bico da máquina injetora precisa aumentar, para que seja mantida a vazão requerida para o molde em questão.
Figura 6
2.8.1 Pressão na cavidade Análises do processo de moldagem por injeção têm contribuído substancialmente para o progresso do controle do processo (figura 7). A pressão na cavidade exerce um papel importante neste problema. O método de registro da pressão tem alcançado um alto padrão com a utilização de transdutores de pressão baseados em cristais piezelétricos e “medidores” de deformação. Registro realizado em condições de produção tem sido possível quando certos requisitos são obedecidos. Para evitar danos, todos t odos os sensores devem ser instalados de tal forma que nenhum conector se projete para fora do contorno do molde. A informação que pode ser obtida da pressão na cavidade está ilustrada na figura 7 por uma curva característica registrada durante a moldagem de uma peça técnica. t écnica. È possível diferenciar três estágios fundamentais: o preenchimento da cavidade (estágio da injeção), a compressão do fundido (estágio da compressão ou pressurização), e o recalque do material que está resfriando na cavidade sob pressão. Estes três estágios podem ser relacionados a certos efeitos bem como com a qualidade da peça. A fase de injeção afeta principalmente a aparência da peça moldada, enquanto a pressão de recalque controla, acima de tudo, as dimensões da peça. O gráfico ilustra muito bem o significado relativo da pressão de injeção. Pode-se ver que esta pressão tem a função de vencer a resistência ao fluxo do bico até a cavidade, porém do contrário é de menor importância para a qualidade do moldado. As pressões de pressurização e recalque usualmente são consideravelmente mais significativas e efetivas para esse caso.
O perfil de pressão também fornece informações sobre erros típicos cometidos nas técnicas de processamento. Um alto pico de pressão no estágio de pressurização pode causar sérias dificuldades. Ela resulta da determinação incorreta do momento da comutação para a fase de recalque produzindo rebarbas, ou pior, uma cavidade altamente compactada. Isto pode levar a consideráveis diferenças no peso das peças moldadas, e em suas dimensões, principalmente na direção da abertura do molde. Não existe uma forma de controlar o pico de pressão na cavidade, ela deve ser evitada por uma seleção correta do ponto de comutação. Figura 7
14
TABELA 3 : PRESSÃO NA CAVIDADE DO MOLDE Tabela 9 - (Processamento de Termoplásticos –Silvio Manrich) Relação entre pressão de pressurização, espessura da parede da peça e percurso do material ao longo da cavidade. Na tabela, os significados das letras e símbolos são: = razão entre percurso ou comprimento de fluxo e espessura. Dependendo do polímero que flui na cavidade, os valores mostrados na tabela devem ser multiplicados por um fator:
{PE, PP, PS} = 1 {PA, SB} = 1,2 a 1,4 {CA} = 1,3 a 1,5
{ABS, SAN} = 1,3 a 1,4 {PMMA, PPO} = 1,5 a 1,7 {PC, PCV} = 1,7 a 2.
Os valores desta tabela são provenientes de testes em máquinas em operação industrial Espessuras em (mm)
0,4
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.75 2.0 2.25 2.5 2.75 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
50:1 270 240 75:1 400 375 100:1 480 450 150:1 720 670 200:1 900 850 250:1 1050 1000
220 325 400 580 750 900
200 300 370 530 720 850
180 270 340 480 700 800
180 240 300 440 630 700
180 220 290 425 580 660
180 200 280 400 520 620
180 180 250 375 500 560
na Cavidade (Kg/cm2)
180 180 230 360 450 530
180 180 210 340 430 500
180 180 190 320 410 480
180 180 180 260 360 420
180 180 180 220 320 360
180 180 180 210 290 330
180 180 180 180 260 300
180 180 180 180 240 275
180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180 220 180 180 180 180 250 225 200 180 180
GRÁFICO : PRESSÃO NA CAVIDADE DO MOLDE Eixo X -Pressão na cavidade [Bar] ; Eixo Y -Maior percurso do material [mm] ; Curvas - Espessuras de Parede ;
Figura 8 – Gráfico para determinação da pressão média na cavidade.
15
16
3.0 Estimativa do Tempo de Ciclo
Uma vez estimado o tempo de resfriamento do moldado até a temperatura ideal de extração, soma-se a ele o tempo de injeção (preenchimento da cavidade) e o tempo do ciclo seco para que se possa ter uma boa noção do tempo total de ciclo.
tc = tinj + tresf + tcs onde: tc= tempo total de ciclo; tinj= tempo de injeção; tresf= tempo de resfriamento; tcs= tempo de ciclo em seco (abertura, extração e fechamento). O tempo de injeção costuma estar entre 0,5 e 10 segundos e pode ser melhor estimado com uso de softwares de simulação de preenchimento da cavidade (CAE). Será maior tanto maior for o comprimento do caminho de fluxo e menor tanto menor for à velocidade ideal de preenchimento. O tempo do ciclo seco é de difícil previsão e só pode ser definido com os ajustes na própria injetora. Os catálogos de injetoras costumam apresentar o tempo mínimo para a soma dos movimentos de abertura e fechamento para cada máquina, o que gira em torno de 2 a 4 segundos nas máquinas hidráulicas convencionais de médio porte. A partir desse valor como referência e aumentá-lo conforme a altura da peça (que exige maiores cursos de abertura e extração), tipo de extração, uso de manipuladores, gavetas de acionamento mecânico, posicionamento de machos de acionamento hidráulico, etc. 3.1 Tempo de resfriamento “t” (seg): Tempo necessário para resfriar a massa de material injetada na cavidade, a ponto da peça não ser danificada pelos extratores. t=
S²
2
•
•
•
•
•
¶
aeff
ln
(
¶
Td - Tm
4
Ti - Tm
)
Espessura da parede “s” (mm): No caso de calculo de tempo de resfriamento, adota-se a maior espessura da peça. Difusividade térmica “aeff” (mm2/seg): Capacidade de troca de calor da M.P. Dados retirados do catalogo de matéria prima, ou figura 9. Temperatura de injeção “Ti” (ºC): Temperatura do material no canhão da maquina, dado retirado do catalogo de matéria prima. Temperatura do molde “Tm” (ºC): Temperatura média de trabalho do molde, dado retirado do catalogo de matéria prima. Temperatura de desmoldagem desmoldagem “Td” (ºC): Máxima temperatura da peça na hora de desmoldar a ponto ponto de não danificar danificar a mesma. Dado retirado do catalogo catalogo de matéria prima.
17
TABELA 4: TEMPO DE RESFRIAMENTO DO MOLDE Tabela 7.8 - (Processamento de Termoplásticos –Silvio Manrich) Relação entre tempo de resfriamento, espessura da parede da peça e qualidade da linha de resfriamento. Na tabela, os significados das letras e símbolos são: = eficiência de troca de calor da linha de r esfriamento B = boa; N = normal e E=escassa. Os valores desta tabela são provenientes de testes em máquinas em operação industrial Espessuras em (mm)
Tipo
0.3
Material PS,SB
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1.0
B
1.25
1.50
1.75
2.0
2.25
2.5
2.75
3.0
3.25
3.5
3.75
4.0
4.75
Tempo de resfriamento em (s) 0.3
0.4
0.5
0.75
1.0
1.3
2.0
3.0
4.0
5.4
6.7
8.2
9.6
11.4
13.0
15.0
17.0
19.5
21.0
26.0
SAN
N 0.45
0.6
0.75
1.05
1.5
1.75
3.0
4.5
6.25
8.0
10.0
12.3
13.5
17.0
19.0
22.5
25.0
28.0
31.0
40.0
ABS
E
0.6
0.8
1.0
1.5
2.0
2,6
4.0
6.0
8.0
11.0
13.5
16.5
19.5
23.0
26.0
30.0
34.0
40.0
43.0
52.0
PE,PP
B
0.36
0.45
0.55
0.85
1.1
1.4
2.2
3.3
4,4
6.0
7.4
9.0
10.5
12.5
14.3
16.5
19.6
21.5
23.0
28.5
PPO
N 0.5
0.65
0.85
1.15
1.65
2.0
3.3
5.0
6.9
8.8
11.0
13.5
15.0 15.0
19.6
21.0
25.0
27.5
30.5
34.0
44.0
CA
E
0.65
0.9
1.1
1.65
2.2
2.9
4.4
6.6
8.8
12.0
14.8
18.0
21.5
25.0
28.5
33.0
37.0
44.0
47.0
57.0
PMMA
B
0.35
0.5
0.6
0.9
1.2
1.55
2.4
3.6
4.8
6.5
8.0
9.8
11.5
13.8
15.5
18.0
20.5
23.0
25.0
31.0
N 0.55
0.7
0.9
1.25
1,8
2.1
3.6
5.4
7.5
9.6
12.0
14.7
16.0
20.5
23.0
27.0
30.0
33.5
37.0
48.0
E
0.95
1.2
1.8
2,4
3.1
4.8
7.2
9.6
13.2
16.0
19.8
23.0 23.0
27.5
31.0
36.0
40.0
48.0
51.0
62.0
POM PVC,PA
0.75
Figura 9 – Difusividade térmica efetiva em função da temperatura da cavidade para alguns termoplásticos
18
Figura 10 – Difusividade térmica efetiva em função da temperatura da cavidade para alguns termoplásticos TABELA 5 - DE DADOS DE RESINAS TERMOPLÁSTICAS
Material Plástico PS PSAI / SB SAN ABS CA CAB PMMA PC PEAD PEBD PP PA 6 PA 66 POM PVC RÍGIDO PVC FLEXÍVEL
Temp. Temp. Temp. Injeção molde Extra. (°C) (°C) (°C)
Densid. média 20ºC 3 [g/cm ]
Densid. média Temp. Injeção 3 [g/cm ]
Pressão de Injeção (Kgf/cm2) Máxima
220-250 200-240 220-240 200-240 180-210 180-230 210-230 280-320 240-260 220-240 210-240 230-240 260-280 220-230 180-190
20-80 20-80 20-80 20-80 40-80 40-80 40-80 80-110 10-70 10-50 20-80 40-80 40-100 60-110 60-110 20-50
< 90 < 100 < 85 < 80 < 60 < 85 < 80 < 125 < 105 < 90 < 90 <100 < 110 < 95 < 65
1,05 1,05 1,08 1,08 1,29 1,19 1,18 1,20 0,96 0,95 0,91 1,14 1,14 1,42 1,38
0,95 0,95 0,99 0,95 1,10 1,06 1,09 1,08 0,74 0,74 0,73 0,98 0,99 1,16 1,12
1200 1200 1400 1500 1200 1800 1600 1200 1500 1500 1200 1500 1500 1700 1400
180-190
20-40
< 65
1,38
1,02
1400
Difusividade Térmica Efetiva 2 mm /seg 0,08 0,08 0,085 0,08 0,06 0,073 0,11 0,092 0,09 0,067 0,083 0,083 0,057 0,072
19
5.0 Tipo de Moldes
Classificação dos Moldes de Injeção A norma DIN E 1675 (moldes de injeção para materiais plásticos) contém uma divisão dos moldes segundo o seguinte esquema:
Figura 11 • Molde padrão (molde de duas placas) • Molde de gaveta • Molde de três placas (Molde placa flutuante) • Molde com núcleo rotativo • Molde de câmara quente • Molde de pisos (steck mold) • Molde assistido com injeção de nitrogênio • Molde de injeção bicolor.
20
5.1 Molde Padrão (2 placas)
Pos. Quant. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
01 01 01 01 02 01 01 01 04 04 04 04 04 04 02 02 04 01 01 01 01
Discriminação
Material
P.B.S. Porta Cavidade Porta Macho Placa Suporte Espaçador Contra Placa Extratora Placa Extratora P.B.I. Pino de Retorno Bucha Guia Coluna Guia Coluna da Extratora Bucha da Extratora Pino Tope Parafuso Allen Suporte Pilar Mola Pino Extrator do Galho Bucha do Poço Frio Bucha de Injeção Anel de Centragem
SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 Tipo – A SAE 8620 SAE 8620 SAE 8620 SAE 8620 VND DIN 912 SAE 1045 Tipo – A VND/H13 VND/H13 SAE 1045
Medidas
Trat.Term. HRC
Cem.Temp.60/65 Cem.Temp.60/65 Cem.Temp.60/65 Cem.Temp.60/65 Temperado 50/55
Temperado 50/55 Temperado 50/55
1-Placa Base Superior (PBS) - Fixação do molde na parte fixa da injetora através de garras. 2-Porta Cavidade - Placa onde são insertas as cavidades em forma f orma de canecas ou placas inteiriças. Alojam-se em suas laterais as colunas do molde, responsáveis em guiar a parte superior com a inferior do molde. E possibilita a conexão dos bicos de mangueira. 3-Porta-Macho - Placa onde são insertados os machos em forma de postiços. Alojam-se em suas laterais as buchas das colunas do molde para ocorrer o deslizamento no momento da abertura e fechamento. A linha de fechamento acontece nas faces das placas porta-machos e cavidades.
21
4-Placa Suporte - Elemento fixado sobre os calços com a função de suportar a pressão de injeção que incide sobre a área projetada no momento do preenchimento das cavidades, devendo ser previamente calculada sua espessura e prever suportes pilares que servem de sustentação para a placa suporte evitando sua deformação. 5-Calços ou espaçadores - Responsáveis Responsáveis pela limitação limit ação do curso de extração bem como alojar todo o conjunto de extração. 6-Placa Porta Extratora - Sua função é alojar e fixar os pinos extratores, retorno, molas de retorno e outros sistemas de extração ou mecanismos. 7-Placa Extratora - Aciona o conjunto extrator e suporta a pressão de injeção que incide sobre os extratores, fato este que justifica sua espessura ser maior que a placa porta extratora. Sendo sempre apoiada sobre os pinos topes. 8-Placa Base Inferior - Realiza a fixação do molde na parte móvel da injetora através de garras. 9-Pino de Retorno - Levam as placas extratoras ao lugar correto após o fechamento, evitando que fiquem avançados no momento da injeção. 10-Bucha do Molde - Guia o molde durante a abertura e fechamento. 11-Coluna do Molde - Penetra a bucha no momento de abertura e fechamento do molde. Os desgastes e folgas devem ser o mínimo possível entre este conjunto, para não haver desencontros no produto e manter a guia. 12-Colunas da Extratora - Guiam o conjunto extrator. 13-Buchas da Extratora – Guiam o conjunto extrator. 14-Pino Tope - Evita sujeira sob as placas extratoras, facilitam o ajuste e perpendicularidade em relação aos elementos extratores. 15-Parafusos Allen - Elementos de fixação entre as placas. 16-Suporte Pilar - Garante que a placa suporte não sofra flexão no momento da injeção. A pressão aplicada na área projetada é alta e pode ocasionar flexão da placa suporte, e originar rebarbas ou um mau funcionamento f uncionamento do molde. 17-Mola – Elementos espirais que retornam as placas extratoras. 18-Pino Extrator do Galho – Elemento responsável em ejetar os galhos de alimentação. 19-Bucha do Poço Frio – Facilitar a usinagem do poço frio. 20-Bucha de Injeção - Faz a ligação do bico do cilindro de injeção com o interior do molde. 21-Anel de Centragem - Responsável pela centralização do molde na injetora e fixação da bucha injetora.
22
Figura 12
5.2 Molde de Gaveta Este sistema de molde é aplicado em peças que possuem detalhes que estão transversais a linha de abertura do molde, gerando assim a necessidade de um movimento contrário a esta abertura, que acontecerá por meio de pino came (pino da gaveta, coluna de arraste ou coluna da gaveta). Ou por cilindros hidráulicos se houver um curso de abertura muito longo ou se a gaveta ficar do lado fixo do molde. O comprimento do pino came é responsável pelo quanto a gaveta irá recuar para liberar a peça para extração. A pressão de injeção que incide na área projetada da gaveta será sustentada no momento do travamento pelas cunhas. Existe uma particularidade entre o ângulo do pino came e o ângulo da gaveta (que é o mesmo da cunha), sempre deverá ter uma diferença de no mínimo 3º entre eles, sendo que o da cunha é maior, por exemplo: se o came estiver com uma inclinação de 20º a cunha deverá ter 23º para não ocorrer travamento do sistema. As guias servem para manter a gaveta alinhada no momento de abertura e fechamento da mesma, para que tenha orientação da sua direção de abertura e fechamento. O posicionamento das gavetas após a abertura do molde será garantida pelas travas ou posicionadores que podem ser de duas formas: 1- Esferas de trava – CARLINE (para gavetas leves) 2- Mola de tração na parte traseira (para gavetas pesadas)
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Pos. Quant. 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16
01 01 01 01 02 01 01 01 01 02 02 02 01 02 01 01
Discriminação
Material
P.B.S. Porta Cavidade Porta Macho Placa Suporte Espaçador Contra Placa Extratora Placa Extratora P.B.I. Postiço Macho Gaveta Pino Came Cunha Postiço Cavidade Postiço Furo Postiço Centro Parafuso Allen
SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 SAE 1045 H13 H13 SAE 8620 VND/H13 H13 H13 H13 DIN 912
Medidas
Trat.Term. HRC
Temperado 50/55 Temperado 50/55 Temperado 50/55 Temperado 50/55 Temperado 50/55 Temperado 50/55
M6x20
5.3 Molde de 3 Placas (Placa Flutuante)
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O molde de placa flutuante ou de três placas, o seu funcionamento básico consiste de duas aberturas, uma para a liberação dos resíduos e outra para a extração do produto. Os resíduos ficam entre a P.B.S. e a PORTA CAVIDADES, as peças estão na linha de abertura normal do molde, para serem ejetadas por sistemas de extração de acordo com a necessidade do produto. Este tipo de molde é empregado em peças que necessitam o ponto de injeção do material na parte superior do produto, chamado de CAPILAR com diâmetro em torno de 0.8mm. Normalmente são tampas de perfumes, cosméticos, detergentes, bebidas entre outros. Para a primeira abertura pode ser através de garras, hastes com plastiprene ou molas para separar as placas, com a finalidade de liberar o galho de injeção, a segunda abertura é responsável pela extração do galho, a terceira abertura separa as placas cavidade e macho para liberar o produto para extração final. A câmara quente é o único tipo de molde que pode substituir o de placa flutuante, devido à injeção capilar. Ainda oferece vantagens de economia de matéria prima, redução de ciclo, redução da pressão na cavidade, diminuição do tamanho da maquina e produtos com qualidades mecânicas superior ao convencional.
Molde de 3 placas ou Placa Flutuante com garra
Molde de 3 placas ou Placa Flutuante com mola
25
26
6.0 Contração
Considerando-se a relação molde/produto final, devemos elaborar um estudo criterioso das dimensões das cavidades para obtermos o produto final dentro das especificações dimensionais pedidas em desenho de produto. No momento em que o material é resfriado dentro das cavidades ele se contrai e a moldagem final do produto fica menor que o original do molde, sendo assim no projeto do molde deve-se deve-se prever a adição de uma porcentagem a mais sobre as medidas citadas em desenho de produto, e este percentual deverá ser correspondente ao material a ser injetado que para maior segurança deverá ser informado pelo fabricante da matéria prima. A contração é volumétrica, portanto todas as dimensões devem sofrer o acréscimo deste valor. A contração do produto sempre ocorrerá por sobre o macho afastando-se da cavidade facilitando a extração, pelo fato do sistema extrator localizar-se do lado móvel. Para determinarmos as medidas para o molde, m olde, devemos inicialmente jogar com as tolerâncias do produto, observando sempre que no macho as tolerâncias vão para mais e na matriz as tolerâncias vão para menos. Disso resulta que devemos proceder da seguinte maneira: Dc = Dimensão da cavidade dp= Dimensão do produto C= Contração
X= 1 + C / 100
Produto
Dc = dp . X
Contração 0,4% Tolerância ±0,1
Medidas para a cavidade: 25 - 0,1 (tol) = 24,9 x 1.004(contr) = 24,99 12 - 0,1 (tol) = 11,9 x 1.004(contr) = 11,95 R4 x 1.004(contr)= 4,02 (arredondamento)
Medidas para o macho : 21 + 0,1 (tol) = 21,1 x 1.004(contr) = 21,18 10 + 0,1 (tol) = 10,1 x 1.004(contr) = 10,14 R2 x 1.004(contr) = 2,01 (arredondamento)
7.0 Marcas de Solda do Material
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O material ao preencher a cavidade de um molde, avança como um líquido percorrendo um duto. Se o fluxo de material for dividido por um obstáculo, tal como um pino do molde, uma gaveta, contornar este obstáculo e voltar a se juntar após o mesmo, as duas frentes não se unem perfeitamente, pois a película externa do termoplástico, de temperatura levemente inferior à do núcleo da massa plastificada, impede a mistura.
8.0 Ângulos de Saída Os ângulos de saídas são indispensáveis na fabricação de machos e matrizes, sem os mesmos seria impossível extrairmos o produto de dentro do molde. Sua ausência ausência pode causar riscos e marcas que danificam o produto final e esses ângulos de saída são aplicados sempre no sentido da extração, ou seja, na direção do movimento das placas extratoras. Deve-se considerar no projeto o ângulo a ser usado, para que a inclinação nunca exceda as tolerâncias pedidas pelo produto deixando assim a peça fora da especificação dimensional. Em moldes de superfície texturizadas o ângulo é diretamente proporcional à profundidade da rugosidade.
9.0 Saídas de Gases
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As saídas de gases são sulcos com profundidade de 0,03 à 0,05 mm na linha de fechamento que ligam as cavidades à parte externa do molde, normalmente na região oposta à injeção para permitir a expulsão do ar preso no interior das cavidades que impedem o preenchimento total das mesmas, podendo até entrar em combustão devido à alta compressão que incide sobre o ar.
10.0 Sistemas de Extração 10.1 Sistema de Extração Mecânica Os elementos de extração são responsáveis em expulsar o produto final dos machos, após a refrigeração e a abertura da máquina. São utilizados de acordo com a necessidade do produto, forma, tamanho, material e produção. Sempre que possível, é conveniente utilizar o sistema de extração da maquina injetora. injetora. Existem diversos tipos de extratores, porem os mais comuns são:
1. 2. 3. 4. 5.
Pinos redondos Lâminas extratoras Buchas ou camisas extratoras Pinças Placas de extração.
Na superfície das cavidades os extratores não devem possuir folgas, pois poderia ocasionar rebarbas no produto e também muita atenção quanto ao alinhamento do extrator e a superfície da cavidade. Desníveis em relação a superfície superfície das cavidades gera um um alto ou um baixo relevo no produto podendo enfraquecer ou causar chupagens no produto. Recomenda-se utilizar elementos de extração padronizados, que podemos adquirir de fabricantes especializados, em vários diâmetros e comprimentos, com melhor qualidade e rapidez. A área de extração deve ser a máxima possível, ou seja, o maior número de pinos e maior diâmetro possível disposto de forma que a peça ao ser extraída mova-se equilibrada e a força de extração se distribua uniformemente ao longo da área do produto, evitando assim uma inconstância na posição do produto em relação a linha de abertura do molde, podendo gerar defeitos no produto.
29
1. Os pinos redondos são os mais utilizados devido a versatilidade da usinagem usinagem e da própria furação no ferramental por ser feito com broca e ajustado com alargador. É notório que podemos utilizar mais de um tipo de elemento extrator no mesmo projeto.
2. As lâminas extratoras são usadas em em peças de paredes paredes delgadas e nervuras profundas, região onde não é possível ou inviável a colocação de pinos redondos.
3. As buchas extratoras extratoras são elementos de extração que empregamos para ejetar ejetar peças de forma tubular, onde a mesma envolve o macho central que molda o diâmetro interno do produto. Obrigando assim a fixação do postiço na placa base inferior.
4. As pinças são elementos que moldam detalhes no produto contrários ao sentido de moldagem e auxiliam na sua extração.
5. As placas de extração extração podem substituir as buchas extratoras dependendo do tipo de molde, da quantidade de cavidades ou do produto em questão.
30
31
10.2 Sistema de Extração – Por Ar Comprimido O ar comprimido é injetado por uma válvula, cuja cabeça é forçada para cima, efetuando a extração do produto. O retorno geralmente é feito por mola. Esse sistema é utilizado em caixas ou recipientes que, por serem fechados, provocam vácuo no momento da extração, o que dificulta a mesma.
10.3 Sistema de Extração - Núcleo Rotativo Para peças que possuem rosca e necessitam de uma rápida extração, usa-se este sistema. A extração se dá pela rotação do macho ou da fêmea. A rotação pode ser gerada por cremalheira e pinhão, engrenagens helicoidais ou parafuso sem fim ou acionada eletricamente por um motor.
11.0 Sistemas de refrigeração
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Na moldagem de termoplásticos é necessário reduzir-se a temperatura do material injetado nas cavidades a fim de solidificá-lo para que se torne possível a extração sem marcar ou danificar o produto e conferir as dimensões finais do produto. O resfriamento do material no molde inicia-se efetivamente após o término do recalque, e é realizado pela circulação de um fluido f luido (normalmente água) pela periferia das cavidades e machos de forma a reduzir a temperatura destes elementos, visando à troca de calor entre o fluído e as partes ativas. Mas há a necessidade de um equilíbrio entre as temperaturas das partes cavidade e macho para não deslocar o núcleo fundido do material e gerar deformações no produto.
11.1 Sistema de Refrigeração com Furos de Broca
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11.2 Sistema de Refrigeração com Lâminas
11.3 Sistema de Refrigeração com Núcleo Roscado
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11.4 Sistema de Refrigeração de Cascata e Pino Térmico
11.5 Sistema de Refrigeração em componentes móveis.
35
36
11.6 Calculo do resfriamento com água Formula de Termodinâmica - Qc = m Cp
t
Qc = Quantidade de calor (Kcal) a ser extraída do molde por hora. m = massa de material plástico injetado por hora no molde (Kg/h) Cp = Calor especifico do material plástico (kcal/kg °C) Ti = Temperatura de injeção de material (°C) Temperatur a do molde m olde (°C) (°C) Tm = Temperatura Alternativa, se o calor total (Entalpia Especifica) por quilograma de material plastificado for conhecido, teremos: Qc = m * a
Engineering Plastics
Onde: m aterial plastificado (Kcal/Kg) a = conteúdo total de calor do material
A massa de água ma que deve circular por hora para dissipar o calor é deduzido por: QH= K*Cpa*ma*(Ts – Te) QH = Quantidade de calor extraído por hora (Kcal) especif ico da água (kcal/kg °C) °C) => (Cpa = 1 kcal/kg °C) Cpa = Calor especifico ma = massa de de água água circulando circulando (Kg/h) Ts = Temperatura de saída da água (°) Te = Temperatura de entrada da água (°C)
37
Fator de eficiente dos sistema de refrigeração refrigeraç ão Canais furados na placa cavidade ou núcleos do macho Canais furados furados nas placas de encosto Canais com tubos de cobre fundidos no molde
K 0,64 0,5 0,1
Agora, como QH é igual a Qc, conforme definido pela formula, temos:
ma = m Cp (Ti – Tm) K Cpa (Ts – Te) ma =
( m*a ) K Cpa (Ts – Te)
ou pela formula -
TABELA 6 - Dados de Resinas Termoplásticas
Material PS PSAI PA6 PP POM PEAD PEBD ABS PVC rígido PVC flex. PMMA SAN PC
Conteúdo Densidade Densidade Contração Calor de Solido Fundido especifico total Calor 3 3 (%) (cal/g°C) (cal/g°C) (kcal/kg) (g/cm ) (g/cm ) 1,05 0,95 0,2 - 0,7 0,50 100 1.05 0,95 0,3 - 0,8 0,50 100 1,14 0,98 0,5 - 2,2 0,75 150 0,91 0,73 1,0 - 3,0 0,90 180 1,42 1,16 1,5 - 2,2 0,35 80 0,96 0,74 2,0 - 4,0 0,90 180 0,95 0,74 1,5 - 3,0 0,90 150 1,08 0,95 0,4 - 0,8 0,50 90 1,38 1,12 0,3 - 2,0 0,60 95 1,38 1,02 1,5 - 3,0 0,60 95 1.18 1.09 0,2 - 0,8 0,56 100 1,08 0,99 0,4 - 0,7 0,50 80 1.20 1.08 0,4 - 0,8 0,50 80
Vazão (l/min) Diâmetro furo (mm)
3,8 8
9,5 11
38 19
85 23,8
38
1kg água = 1 L d’água 12.0 - Sistema de Alimentação - Efeito de jato
O efeito de jato ocorre quando o polímero fundido é injetado a uma grande velocidade em uma região espessa, sem obstáculos ou paredes próximas do ponto de injeção.
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Fatores que podem influenciar a localização do ponto de injeção. Peça
Material a injetar
Processo Outros
Comprimento de fluxo Espessura Fatores dimensionais Aparência Viscosidade Temperatura Características de fluxo Cargas Contração Empeno Linhas de solda Facilidade de desmoldagem Força de fechamento Balanceamento Custos
12.1 - Sistema de Alimentação – Canais Frios O sistema de alimentação são canais usinados em uma ou mais placas do molde m olde no qual o polímero fundido é transportado desde o bico de injeção até as cavidades. 12.2 - Entrada Direta
O polímero fundido entra no molde pela bucha de injeção que se comunica diretamente com a cavidade. É utilizado em moldes de uma só cavidade. Vantagem - a queda de pressão no sistema de alimentação é relativamente baixa. Desvantagem - dificuldade de remoção do canal de injeção, deixando grandes marcas na face do moldado. 12.3 - Bucha de Injeção A bucha de injeção tem um ângulo de abertura de 2 a 5º para facilitar a extração, que liga o bico da injetora injet ora ao canal de alimentação ou à própria cavidade. Este componente deve ter o diâmetro de entrada e raio da concavidade ligeiramente superior ao do bico da injetora.
= 2 a 5º
Dbucha Dbucha = Dbico Dbico + 1 0 mm
40
12.4 - Entrada Indireta - Retenções do Canal (Poço Frio) A geometria do poço frio é feita para reter o canal na parte móvel do molde quando da abertura, evitando que canal solidificado obstrua a bucha no ciclo seguinte.
Tipo Italiano Gancho em Z
Gancho Cônico
Tipo Colarinho Tipo Farpa
12.5 - Canais de Distribuição Todos os canais devem ser de tamanho suficiente para que o material não solidifique antes que as cavidades estejam totalmente preenchidas, e possa-se aplicar a pressão de compactação, evitando chupagem e contração na moldagem diferente da esperada.
12.5.1 - Geometria dos Canais de Distribuição O canal circular é o mais eficiente, a resistência ao fluxo é menor comparada com os outros. A desvantagem é a necessidade de usinagem nas duas metades do molde. O canal trapezoidal modificado é o que se melhor aproxima do canal circular e não é necessário usinar os lados do molde e tem a melhor relação custo/benefício. Canais com seção semicircular e retangular deverão ser evitados.
41
Comprimento (mm) < 75 75 a 150 150 a 225 > 225
Canal Primário Diâmetro (mm) 5 6 8 9,5
Canal Secundário Diâmetro (mm) 4 5 6 8
Massa (g)
Diâmetro (mm)
< 200 200 a 400 400 a 1000 > 1000
3 5 7 10
42
12.6 - Tipos de Entradas Indiretas 12.6.1 - Entrada em Disco
Entrada utilizada em moldagens circulares ou tubulares permitindo um fluxo paralelo reduzindo a linha de solda e a fragilidade da peça. Feita no interior de um furo. Espessura indicada: 0,25 – 1,27 mm
12.6.2 - Entrada em Aro ou Anel Entrada similar a de disco utilizada em moldagens circulares ou tubulares permitindo um fluxo paralelo reduzindo a linha de solda e a fragilidade da peça. Feita através de um aro externo ao moldado. Espessura indicada (H): 0,25 – 1,6 mm
12.6.3 - Entrada em Múltiplas (Estrela) Entrada utilizada em moldagens circulares ou tubulares, mas não evita as linhas de solda e não deixa a peça perfeitamente circular. É também utilizado em moldes de uma cavidade com peças grande que tem um furo próximo ao centro.
43
12.6.4 - Entrada Lateral L
Entrada mais comum, geralmente de seção retangular, permitir moldar todos os materiais comuns. Vantagens - Facilidade de usinagem e baixo custo, exatidão dimensional, a velocidade de preenchimento da cavidade pode ser controlada. Pode ser facilmente alterado durante o try-out do molde. Desvantagem - Deixar marca na face f ace da peça. Comprimento indicada (L): 0,5 – 2 mm Largura indicada (W): 1,6 – 12,7 mm Espessura indicada (h): 6 – 75% da espessura nominal da peça
• • •
12.6.5 - Entrada Tipo Flash Utilizado em peças planas, feita através de uma fenda na borda da peça, gerando um preenchimento uniforme da cavidade. Desvantagem - Deixar marca na face f ace da peça. Necessitando de dispositivos especiais, como faca quente. Comprimento indicado (L): 0,5 – 2 mm. Largura indicada (W): 50 – 80% da largura nominal da peça. Espessura indicada (h): 20 – 50% da espessura nominal da peça.
• •
•
12.6.6 - Entrada Tipo Leque Modificação da entrada tipo lateral e Flash, permite um preenchimento mais eficiente que o lateral, mas inferior à entrada em flash. É utilizado em peças com grandes superfícies e paredes finas. Como permite criar uma frente de fluxo uniforme, em alguns casos, minimiza o efeito de empenamento devido à orientação. • •
•
Comprimento indicado (L): 5 – 10 mm. Largura indicada (W): 25% a largura da moldagem Espessura máxima indicada (h): 75% da espessura nominal da moldagem
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12.6.7 - Entrada Tipo Aba
Utilizado em peças transparentes como Acrílico, para ter menos tensões no ponto de entrada do material. Utiliza uma entrada restrita na aba gerando uma frente de fluxo uniforme dentro da cavidade.
12.6.8 - Entrada Restrita Entrada similar a lateral, muito utilizada para materiais de fluxo fácil. Vantagens - Deixar marca menor que a entrada lateral na face da peça
PRODUTO ALTURA "h“ PESO (g) TAMANHO (mm)
LARGURA "L“ (mm)
ÁREA DA ENTRADA (mm2)
Distância do canal “C” (mm)
Muito Pequeno Pequeno
0-5
0,25
0,75
0,19
0,5-0,8
5-40
0.50
1.50
0.75
0,5-0,8
Médio
40-200
0.75
2.25
1.69
0,5-0,8
Grande
200+
1.00
3.00
3.00
1,0-2,0
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12.6.9 - Entrada Submarina 12.6.9.1 – Na Matriz
Modificação da entrada lateral, usado para romper o canal de injeção automaticamente em moldes de duas placas. Desvantagem - Deixa a marca do ponto de entrada muito visível na parte lateral das peças. 12.6.9.2 – Em Curva
Variante da entrada submarina na matriz. Vantagem – Esconde a marca do ponto de entrada. Desvantagem - Complexidade de construção, e o risco de entupimento, sem não funcionar devido a grande deformação que o material precisar sofrer. 12.6.9.3 - No Extrator
Variante da entrada em curva. Vantagem – Esconde a marca do ponto de entrada. Tem menor complexidade de construção, e menor risco de entupimento. Desvantagem - Deixa parte do canal de alimentação na peça
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PRODUTO TAMANHO Muito Pequeno Muito Pequeno Ate Pequeno Pequeno Pequeno Até Médio Médio Médio Até Grande Grande
PESO (g) 0-5
DIAMETRO DA ENTRADA "d" (mm) 0.5
ÁREA DA ENTRADA (mm 2) 0.19
5 - 10
0.62
0.31
10 - 20 20 - 40 40 - 100 100 - 200 > 200
0.75 1.00 1.25 1.50 2.00
0.44 0.78 1.23 1.76 3.14
12.6.10 - Entrada Capilar Utilizado em moldes de três placas. Vantagem - Coloca o ponto de injeção no centro do produto, permitindo a remoção automática do canal de injeção . Diâmetro indicado: 0,25 – 1,6 mm
2°a 5°
12.7 - Sistema de Alimentação – Canais Quentes Sistema de alimentação baseado em canais termicamente controlados, utilizado na maioria dos materiais termoplásticos (inclusive os reforçados) também denominado sistema de câmara quente. Sua finalidade é manter o material fundido desde o bico da injetora até o ponto de entrada do material na cavidade. O molde de câmara quente não tem canais de alimentação solidificados, eliminando os desperdício de material e a necessidade de reciclagem, despertado muito interesse nos transformadores (principalmente em moldes de múltiplas cavidades).
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Econômicas •
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•
•
Vantagens Baixo Consumo de material e eliminação da reciclagem do galho ou canais. Redução do tempo do ciclo, tempo t empo de injeção e extração. Redução da pressão de injeção, menor volume injetado, menor curso de abertura do molde (molde de 3 placas). Grande padronização de componentes.
•
• • • •
Desvantagens Taxa de refugo elevada durante o inicio de operação. Alta complexidade de projeto. Custos maiores. Manutenção mais freqüente. Mão de Obra especializada, mais cara.
Tecnológicas •
•
• •
Vantagens Ausência do canal frio facilita automação do processo de produção. Permite percursos de fluxos mais longos, localização do ponto de injeção mais flexível. f lexível. Possibilita compactações mais longas. Balanceamento dos canais.
•
•
Desvantagens Risco de degradação térmica do material por permanência. Necessidade de prever as dilatações térmicas dos componentes do molde.
12.7.1 – Configurações Tipo
Descrição Bico Central ou Bucha Quente. Caso mais simples, ataque direto sobre a peça.
Entrada lateral para molde Monocavidade. Permite a entrada lateral gerando vantagens para certos produtos, sem deslocar o centro do produto em relação ao centro molde. Distribuidor para Multi-cavidades. É utilizado para múltiplas cavidades com entrada direta ou no canal frio. Múltiplos Pontos em molde Monocavidade. Peças grandes que necessitam de mais de um ponto, para assegurar o preenchimento.
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Entrada lateral para molde Multicavidade. Utilizado para evitar o efeito jato, dissipação térmica e melhor resistência da peça. Casos Especiais. Moldes em andares (stack molde) para grande quantidade de peças.
12.7.2 – Bico Central, Distribuidor com dois bicos
12.7.3 - Distribuições mais comuns.
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12.7.3 – Tipo de Bicos
13.0 – Molde com movimentos laterais - Molde com Gaveta Este movimento é necessário para produzir peças que tenham reentrâncias ou saliências laterais, obrigando a ter mais de uma direção de extração. Importante é a definição do plano de partição da peça ou plano de divisão da peça. Os componentes com movimentos laterais no molde são conhecidos por gavetas (Elementos Moveis) e permitem libertar reentrâncias, num plano diferente da extração. Para o acionamento dos elementos móveis usamos o pino inclinado (sistema mais comum), molas de compressão (para pequenos movimentos) e sistemas hidráulicos (ou pneumáticos). 13.1 – Pino Inclinado Utilizado em pequenos e médios deslocamentos, e o mais comum, aproveitando o movimento de abertura do molde para acionar a gaveta. Durante a abertura, o pino inclinado (de 10° a 25°), obriga a gaveta (elemento móvel) a deslizar sobre a placa de deslize, libertando a reentrância. A função da guia inclinada é só levar e trazer a gaveta, e não suportar os esforços injeção.
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Há uma folga entre o pino inclinado e o furo na gaveta, para ter um retardo no movimento e permitir que a cunha de trava se afaste e não fique esfregando durante o movimento.
,
13.1.2 – Cunha Trava Responsável por manter a gaveta posicionada e suportar a pressão de injeção, sua inclinação deverá se 2° a 3° maior que a do pino inclinado, mas quanto maior a inclinação maior a força a que estará sujeita.
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13.1.3 – Réguas da Gaveta e placa de deslize. As réguas são elementos usados para alinhar o movimento e facilitar o ajuste da gaveta (elemento móvel). A placa de deslize serve para reduzir o atrito e ter um elemento de fácil manutenção.
13.1.4 – Pino Inclinado Retangular – Perna de Cão Utilizado para deslocamentos um pouco maiores em função do angulo, ou quando precisa de um maior retardo no movimento, não é muito comum, pois tem um custo de fabricação bem maior que o cilíndrico, sua inclinação vai de 10° a 30°. Pode dispensar o uso da cunha de trava para casos que não haja espaço para colocá-la.
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13.1.5 – Gaveta acionada por Placas Guias As placas guias acionam lateralmente as gavetas, é um sistema robusto indicado para gavetas pesadas, mas a localização das placas dificulta a extração, tanto para a queda da peça como acesso do robô, obrigando a uma abertura maior do molde.
13.1.6 – Posicionador de Gaveta O posicionador tem a função de impedir que a gaveta se desloque da posição aberta por causa da gravidade ou vibrações, causando a colisão do pino acionador com o topo do elemento móvel. Há vários sistemas, o mais comum é haste com mola, mas há sistemas padronizados como o CARLINE com esfera para gavetas leves, ou retentores de gavetas com pino e prendedor da polimold, ambos com um custo mais elevado.
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13.1.7 – Gaveta acionada por Sistema Hidráulico ou Pneumático. Utilizado para grandes deslocamentos, ou quando necessita de movimento independente da abertura do molde (gaveta do lado fixo).
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13.1.8 – Gaveta com Retorno por Mola Utilizado para pequenos deslocamentos, ou locais muito apertados, a grande vantagem é a não utilização do pino inclinado, o que deixa o sistema muito compacto. A desvantagem é que a mola exige uma manutenção mais precoce. Existem sistemas padronizados que são muito compactos, mas com um custo elevado.
14.0 – Sistema de Alinhamento A perfeita centragem das duas partes do molde, é de fundamental importância para garantir o bom funcionamento da ferramenta e a qualidade do produto produzido.
14.1. – Centragem do Molde na Máquina – Anel de Centragem Para que não ocorra vazamento de material entre o bico da máquina e a bucha de injeção do molde é necessário que o encaixe entre as peças esteja perfeita, o anel de centragem é quem garante esta posição.
14.2. – Centragem do Molde – Bucha e Coluna A centragem da parte fixa e móvel do molde é feita através das buchas e colunas, colocadas nas extremidades da ferramenta. Mas para garantir que não se monte a ferramenta rotacionada, rotacionada, coloca-se um dos pares deslocados ou de diâmetro diferente.
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14.3. – Sistema Auxiliar – Centralizadores e Travamento entre Placas
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Para garantir uma centragem perfeita e eliminar a folga de deslizamento (Coluna e Bucha) e que suporte possíveis esforços laterais advindo da pressão de injeção, devemos utilizar sistemas auxiliares para centralizar.
14.3.1. – Centralizadores Há no mercado vários modelos de centralizadores padronizados com diferentes formatos. Todos direcionados para molde de tamanho pequeno a médio.
14.3.2. – Travamento entre Placas Para moldes de grandes dimensões é necessário um sistemas mais robusto, e que permita ajustes, mas que não complique em demasia a fabricação da ferramenta. f erramenta. O travamento com insertos é largamente utilizado por ser de fabricação simples, ser substituíveis substituíveis quando desgastados e permitir um ajuste mais preciso.
com inserto
sem inserto
15.0 – Sistema de Suspensão
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