Apostila - CENTRO FEDERAL DE EDUCA%C3%87%C3%83O TECNOL%C3%93GICA DE PELOTAS - 2008

CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE PELOTASUNIDADE DE SAPUCAIA DO SUL

FUNDAMENTOS DE PROJETO DE FERRAMENTAS MOLDES DE INJEO PARA TERMOPLSTICOS Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia2008

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia

MOLDES PARA INJEO DE TERMOPLSTICOS1. INTRODUO Os moldes de injeo so hoje os mais largamente usados no processamento de polmeros. Os primeiros moldes foram concebidos, ainda no sculo XIX, quando os irmos Hyatt, nos Estados Unidos, patentearam a primeira mquina de injeo para um material celulsico. Um molde de injeo pode ser entendido como um conjunto de sistemas funcionais, que permitem que o espao em que a pea vai ser moldada, definido pela cavidade, seja preenchido com o plstico fundido em condies controladas pelos outros sistemas, que garantem a qualidade dimensional e estrutural das peas produzidas. Estes sistemas funcionais so: A estrutura que assegura a rigidez do molde; O guiamento que mantm o perfeito alinhamento da cavidade com o macho; A alimentao (bucha, canais de alimentao e pontos de injeo), que permite o percurso do fundido, desde o bico da injetora at cavidade; O controle de temperatura que assegura que nas superfcies moldantes a temperatura seja to uniforme quanto possvel e que o resfriamento se faa de forma rpida e eficiente; A extrao que faz com que as peas sejam retiradas do molde. Alm destes sistemas, os moldes de injeo mais elaborados, podem ser dotados de sistemas especiais que assegurem os movimentos, a monitorao de temperatura e presso, a extrao controlada com robs ou o controle independente da temperatura no sistema de alimentao (moldes de canais quentes). A figura mostra exemplos de moldes de injeo.

Moldes de injeo

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Por sua vez o molde o sistema funcional da injetora diretamente associado a um produto. Dependendo das peas a produzir, podem ser mais ou menos complicados. Os moldes utilizados podem ser agrupados em trs tipos principais: - Moldes convencionais ou de duas placas; - Moldes de trs placas; - Moldes de canais quentes. Os moldes dos dois ltimos tipos so muito usados na produo de peas para embalagens, por permitirem obter uma pea j separada do sistema de alimentao. Nos moldes convencionais e nos de trs placas necessrio fazer-se a reciclagem do material do sistema de alimentao, mas, nos de canais quentes, tal operao desnecessria devido ao sistema de alimentao permanecer sempre dentro do molde. No sistema de alimentao so importantes: o tipo e a localizao dos pontos de injeo, que so as entradas do material fundido na cavidade; o aspecto final das peas e a prpria maneira como se faz a extrao desta zona do sistema de alimentao. Em peas de grandes dimenses, como caixas ou tabuleiros, freqente fazer-se a injeo direta, fazendo da bucha a ligao do bico da injetora cavidade. Tambm nas peas de grandes dimenses freqente o preenchimento da cavidade atravs de vrios pontos de injeo. Os canais de alimentao devem ter preferencialmente seo circular, com dimetro da ordem de 9 mm para os canais principais e, 6 e 7,5 mm para os secundrios. O resfriamento assegurado, normalmente por gua circulante em canais (linhas de gua) distribudos regularmente no macho e na cavidade e acompanhando, tanto quanto possvel, a sua forma. Para o caso de materiais de engenharia, moldados a temperaturas mais elevadas, como o policarbonato, o fluido de resfriamento, funcionando acima de 100 C, um leo. Para que o controle de temperatura do molde seja eficiente este fluido deve ser mantido a uma temperatura constante, usando-se, para o efeito termo-reguladores (para as temperaturas acima de 40 50 C) ou refrigeradores para temperaturas abaixo da ambiente. Durante a injeo, o ar existente dentro da cavidade deslocado pelo material plastificado. Se este ar no sair da cavidade durante a injeo, a sua compresso provocar a necessidade de maior presso de injeo, tempo de injeo mais longo e, mesmo, carbonizao do polmero por excessivo aquecimento. Por isso, os moldes devero dispor de canais na superfcie de partio para o escape do ar, geralmente colocados nas ltimas zonas a serem preenchidas. Hoje, os moldes de injeo de termoplsticos so construdos em variados tipos de materiais desde os aos de alta liga usados em moldes para sries muito longas e mais exigentes, at aos ao carbono para peas menos crticas e sries muito curtas. Alm disso, para sries prottipo ou para sries muito curtas so usadas ligas de alumnio ou, mais recentemente, materiais no metlicos nas zonas moldantes, dando origem ao que se designa por moldes hbridos (isto , com materiais metlicos e no metlicos). Tambm se comeam a utilizar moldes em que os machos e cavidades so obtidos, quase diretamente, por recurso a tcnicas de prototipagem rpida que fazem a sinterizao de partculas metlicas. 2. MOLDAGEM POR INJEO O processo de moldagem por injeo foi patenteado em 1872 pelos irmos Hyatt. Ao longo do sculo XX teve uma grande evoluo, cujos principais marcos foram a mquina hidrulica (anos 40), a mquina de parafuso alternativo (1951) e a mquina eltrica (1988). Inicialmente desenvolvido para a transformao de resinas termoendurecveis, como uriaformaldedo (comercialmente conhecido como Baquelite), o processo teve um enorme desenvolvi3

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia mento com o advento dos materiais termoplsticos que se verificou aps a Segunda Guerra Mundial. Atualmente, a moldagem por injeo um dos principais processos de transformao de materiais de base polimrica, com enorme importncia nos grandes mercados consumidores, como, embalagens, construo civil, automvel e material eltrico e eletrnico. O grande sucesso desta tecnologia deve-se ao efeito combinado de uma srie de vantagens comparativas, entre as quais se salientam: a elevada produo, a grande reprodutibilidade e preciso dimensional, a grande flexibilidade em termos de geometria e dimenses das moldagens (a gama de produo vai desde a micromoldagens, inferiores a 1mg, at peas com mais de 100 kg). Podem ser moldados por injeo termoplsticos, termofixos e elastmeros vulcanizados (borrachas e silicones). A moldagem por injeo tambm pode ser utilizada para a fabricao de peas cermicas ou metlicas, a partir de compostos que utilizam um material polimrico como vetor. A moldagem por injeo de termoplsticos obedece s etapas tpicas de transformao destes materiais, envolvendo, sequencialmente, as etapas seguintes: aquecimento do material at este adquirir uma viscosidade suficientemente baixa; conformao sobre presso; e resfriamento com conseqente recuperao da rigidez. Esta rotina exercida sobre a moldagem de compostos, com caractersticas especficas, sendo de realar: Baixa difusividade trmica: os plsticos so intrinsecamente maus condutores de calor, dificultando as trocas trmicas necessrias sua transformao. Por isso, em moldagem por injeo deve-se minimizar a espessura das peas a moldar. Comportamento reolgico: os termoplsticos, quando no estado fundido, apresentam-se sob a forma de fluidos de elevada viscosidade e com comportamento viscoelstico. A sua viscosidade funo da taxa de deformao imposta pelo material, podendo ser relativamente baixa para velocidades de deformao elevadas. Por isso, o preenchimento de cavidades tende a ser efetuado com velocidades de injeo elevadas. Elevada dependncia trmica da densidade: o modo de organizao das cadeias moleculares constituintes de um sistema polimrico altamente dependente da temperatura. De fato, um aumento da temperatura provoca o crescimento do volume livre intermolecular e a conseqente expanso do material. Do ponto de vista prtico, este efeito traduz-se em valores elevados do coeficiente de dilatao linear (cerca de 5 a 6 vezes superiores ao do ao para termoplsticos no reforados) e na existncia do fenmeno da contrao, associado ao resfriamento de peas injetadas O equipamento a utilizar e as estratgias a seguir para otimizar o processo devero considerar a qualidade do produto final. Em termos conceituais, o processo de moldagem por injeo de termoplsticos desenvolvese da seguinte forma: 1. O material plstico, originalmente no estado slido e normalmente sob a forma de gros, carregado no funil da injetora e alimentado para o interior do cilindro de plastificao onde aquecido a fim de tornar-se fluido e homogeneizado; 2. O aquecimento do material garantido pelo calor transmitido atravs das paredes do cilindro por resistncias eltricas e pelo calor gerado por efeito de dissipao viscosa, em resultado do esforo mecnico da rotao do parafuso; 3. O fundido resultante forado a fluir para o interior de um molde, o qual ir preencher a respectiva cavidade e resfriar devido s trocas de calor com as superfcies moldantes; 4

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia 4. O processo conclui-se com a extrao do moldado, que ocorre aps o perodo de resfriamento. No caso da moldagem de termofixos ou de borrachas vulcanizadas o molde est a uma temperatura mais elevada que a do cilindro, para garantir a reticulao do material aps a injeo. O processo utiliza dois equipamentos essenciais: a injetora e o molde. Contudo, a moldagem de qualidade pode exigir um conjunto adicional de equipamentos: dispositivos para transporte e alimentao de matria-prima, rob/manipulador para manuseamento de moldagens ou sistemas de alimentao, esteira transportadora, moinho granular (para reciclagem integrada de desperdcios) e dispositivos para controle da temperatura do molde. 3. O CICLO DE MOLDAGEM A moldagem por injeo um processo cclico. O conjunto de operaes necessrio produo de uma moldagem designa-se por ciclo de moldagem. A otimizao deste ciclo fundamental para assegurar a competitividade econmica do processo, dado o elevado investimento em capital, requerido para a instalao deste tipo de equipamento (injetora, molde e equipamentos auxiliares).

Ciclo de moldagem Na atividade industrial o objetivo produzir peas, conforme as respectivas especificaes, no mais curto intervalo de tempo possvel. Para o efeito, condies de processamento tais como presso de injeo, temperaturas do fundido e do molde, velocidade de injeo e contrapresso, 5

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia necessitam ser ajustadas tendo em conta as propriedades do material (o seu comportamento reolgico e trmico), a geometria da pea e as especificaes do produto final. As fases do ciclo de moldagem so praticamente independentes do tipo de mquina. Contudo a sua durao pode ser muito diversa, variando de tempos inferiores a 1 segundo para peas muito finas, a dezenas de minutos para moldagens muito espessas. Poder desenvolver-se segundo os seguintes modos: - Manual: a seqncia de operaes definida e acionada pelo operador (utiliza-se durante as fases de ajuste do processo). - Semi-automtico: a seqncia de operaes do ciclo desenvolve-se de uma forma automtica, mas o incio de um novo ciclo necessita da confirmao do operador (utiliza-se quando o processo requer a interveno do operador, por exemplo, para ajudar a retirar uma pea ou para colocar insertos). - Automtico: O processo desenvolve-se integralmente segundo uma seqncia prdefinida e sem a interveno do operador. A maximizao da produtividade e da repetibilidade s conseguida em ciclo automtico, at porque muitas das funes do controle dos equipamentos mais modernos s esto ativas neste tipo de funcionamento. FASE 1 Fechamento Esta operao corresponde ao incio do ciclo (quer o funcionamento seja em regime automtico ou semi-automtico) deve ser to rpido quanto possvel. No entanto, existem limitaes s velocidades utilizadas para o fechamento do molde resultantes de: - a inrcia das grandes massas metlicas dos conjuntos molde/placas da mquina; - a necessidade do encosto das duas partes do molde ser suave para evitar a danificao das superfcies de ajustamento; - eventuais movimentos internos no molde, que se desenvolvam simultaneamente com o avano do molde. De fato, o tempo para esta operao depende da mquina e das caractersticas do molde e da distncia a percorrer (curso de abertura). A sua otimizao implica a minimizao do intervalo de abertura entre as metades dos moldes (ajustado ao valor mnimo necessrio para possibilitar a extrao do moldado) e o ajuste criterioso das velocidades de fechamento utilizadas. FASE 2 Injeo e Pressurizao A fase de injeo garantida pelo avano linear do fuso que, funcionando com um pisto, fora o material fundido (previamente depositado sua frente) a entrar no molde e a fluir no interior da cavidade. A injeo inicia-se aps o cilindro ter encostado o bico ao molde (em alguns casos o bico de injeo pode estar permanentemente encostado) e dever terminar quando a cavidade est preenchida a 95% do respectivo volume. A velocidade de injeo selecionada (ou idealmente o perfil de velocidades) deve corresponder a um compromisso entre rapidez (para assegurar o preenchimento global da impresso) e a qualidade do produto final (velocidades muito elevadas podem gerar marcas na superfcie, efeitos de jato ou superaquecimento da matria-prima). De fato, para cada moldagem existir um ajuste de velocidade timo, correspondendo situao em que as especificaes do produto final so garantidas com um nvel mnimo da presso de injeo. 6

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Aps o preenchimento da cavidade necessrio continuar a pressurizar o moldado para aumentar a sua densidade. FASE 3 Recalque A seguir ao preenchimento do molde e pressurizao, necessrio aplicar uma presso na cavidade, a fim de reduzir o efeito da contrao por resfriamento e evitar o refluxo do fundido. No entanto, esta presso no deve ser excessiva porquanto da podem ocorrer danos pea (por exemplo, desenvolvimento de tenses internas) e dificultar a sua extrao. Esta fase termina logo que a entrada do material nas zonas moldantes (ponto de injeo), ou a prpria pea, sejam suficientemente resfriados para inibir o fluxo de material. O ajuste desta fase crtico para a qualidade do processo. De fato, o seu incio est associado a uma mudana de regime de funcionamento do equipamento, que passa de uma fase de controle da velocidade de injeo (fase dinmica), para uma fase de controle da presso (fase esttica). Esta fase tambm pode ser designada por segunda presso ou ps-presso. FASE 4 Resfriamento Logo que tenha ocorrido a solidificao da entrada, o parafuso de plastificao pode comear a girar iniciando a plastificao de material para o ciclo seguinte. Durante este processo, o parafuso obrigado a recuar por efeito da presso criada pelo material que se vai depositando na sua frente. O moldado continua a resfriar no molde. Quando o volume programado estiver dosado, o parafuso pra. Por vezes, segue-se o seu recuo linear no sentido de aliviar a presso sobre o material fundido e evitar que este escorra pelo bico (no caso de ser um bico aberto). Esta fase, opcional do ciclo de injeo, designa-se por descompresso. A fase de resfriamento termina logo que a pea atinge uma temperatura que permita a desmoldagem sem distoro. Esta parte do ciclo uma operao de troca de calor transportado pelo material, dependendo sobretudo, da espessura do moldado e do projeto do molde. Velocidades de resfriamento baixas (garantidas por temperaturas de molde elevadas) permitem reduzir as tenses internas criadas pelo resfriamento, mas correspondem a aumentos significativos do tempo de ciclo. FASE 5 Abertura e extrao O tempo para esta operao uma funo da mquina utilizada, (caractersticas da unidade de fechamento), do curso de abertura do molde e dos movimentos desta ferramenta necessrios para garantir a extrao da pea. uma operao crtica do ponto de vista produtivo, pois em simultneo, e mediante a utilizao de mecanismos apropriados, pode ser efetuada a separao das peas dos canais de alimentao. cada vez mais freqente a utilizao de dispositivos auxiliares de manipulao para garantir um elevado grau de automatizao do processo. FASE 6 Tempo de pausa (Tempo morto) o perodo de tempo que decorre entre o fim da extrao e o incio do novo ciclo. altamente desejvel que seja nulo, o que dever acontecer em situaes de funcionamento em regime automtico. No entanto, pode ser prolongado nos casos em que a remoo da pea seja manual ou tenha que ser feita a colocao de insertos. Pela sua prpria natureza, o tempo morto depende da aptido do operador, do nvel de automatizao do molde e do tipo de preciso utilizada. Tempos 7

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia mortos prolongados e com variao de ciclo para ciclo afetam drasticamente a reprodutibilidade do processo. 4. INJETORAS O sucesso da tecnologia de moldagem por injeo o resultado do efeito combinado de diversos fatores, como: - as propriedades dos materiais plsticos; - a existncia de equipamento de transformao de grande produtividade e confiabilidade; - a capacidade de modelagem do processo com base em ferramentas computacionais relativamente amigveis. A situao atual o resultado de um processo de evoluo contnuo e sistemtico verificado na segunda metade do sculo XX. No entanto, foi ao longo das dcadas de 80 e de 90 que a moldagem por injeo se imps como um dos principais processos industriais de produo de componentes para os mais diversos mercados consumidores, incluindo peas de elevadas tolerncias dimensionais. A injetora um dos elementos chave do processo.

Injetora Arburg As injetoras podem ser classificadas de diferentes maneiras, como: Quanto natureza dos materiais processados Injetoras para termoplsticos, termoendurecveis ou borrachas As injetoras so na grande maioria mquinas de processamento de termoplsticos. A moldagem de termoendurecveis ou de borrachas baseia-se na utilizao de temperaturas relativamente baixas no cilindro de plastificao e de moldes muito quentes (cerca de 150 a 180C) para garantirem o processo de cura/vulcanizao. Estas mquinas tm parafusos de comprimento reduzido, para minimizar o tempo de residncia a evitar a cura prematura do composto moldado. Quanto ao tipo de acionamento Injetoras hidrulicas, eltricas, pneumticas e mistas. A grande maioria das injetoras atuais baseada em potncia leo-hidrulica. Esta tecnologia garante o ajuste de presses e de deslocamentos (com velocidades controladas). No entanto, uma 8

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia tecnologia de baixo rendimento energtico e com dificuldades em garantir ambientes de trabalho de elevada limpeza. As mquinas eltricas tm vindo a ganhar importncia comercial desde os finais da dcada de 80, com mquinas de pequena e mdia dimenso (at 4000 kN de fora de fechamento). Aliam um baixo consumo energtico, ambiente de trabalho limpo e resposta muito rpida. Alguns equipamentos de pequena dimenso so baseados em dispositivos pneumticos. Recentemente, tm vindo a ganhar importncia as solues mistas que combinam acionamento hidrulico e eltrico. Quanto dimenso Injetoras micro, pequenas, mdias e grandes. As dimenses das injetoras so normalmente quantificada pela fora de fechamento, respectivamente, assim: Injetoras pequenas Injetoras mdias Injetoras grandes Menos de 1000 kN 1000 a 5000 kN Superiores a 5000 kN

As mquinas de maiores dimenses atingem 50 000 a 90 000 kN de fora de fechamento. Existem igualmente injetoras capazes de injetar micropeas (moldagens com massa inferior a 0,1 g). Estas mquinas requerem uma unidade de injeo especial capaz de dosar e injetar quantidade de materiais to reduzidos. A constituio tpica de uma injetora baseada em quatro unidades:

Representao esquemtica de uma injetora Unidade de potncia O conceito de unidade de potncia est indissociavelmente ligado mquina de acionamento hidrulico. Os diversos atuadores so alimentados por leo a presso e vazo controlados, desenvolvendo os movimentos e as presses necessrias s diferentes funes do processo. 9

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Fornece a energia adequada aos diversos atuadores da mquina. Est baseada num sistema de presso leo-hidrulico, cuja bomba respectiva acionada por um motor eltrico. Designam-se por atuadores os cilindros hidrulicos (que garantem movimentos lineares) e os motores hidrulicos (que desenvolvem movimentos lineares). O conceito de unidade de potncia caracterstico das injetoras baseadas em tecnologia leo-hidrulica. De fato, esta a soluo tecnolgica utilizada e praticamente nica dos equipamentos de grandes dimenses. Contudo, em injetoras at 400 toneladas de fora de fechamento vm ganhando importncia crescente s injetoras integral e diretamente acionadas por motores eltricos. A unidade de potncia envolve os elementos seguintes: bomba, reservatrio e sistema de manuteno de leo, atuadores, vlvulas, tubulaes e acumuladores. Unidade de Injeo Promove o transporte, aquecimento, plastificao e homogeneizao do material (originalmente em gro ou p), desde a base do funil at o bico de injeo. Tambm garante a subseqente injeo e pressurizao do fundido. Na grande maioria dos casos est baseada num parafuso sem-fim que garante os processos de plastificao e injeo. Os parafusos das injetoras apresentam relaes de comprimento/dimetro, L/D entre 18:1 e 22:1, sendo o valor tpico 20:1. O seu curso mximo de 4D. Do ponto de vista construtivo, distinguem-se as principais variantes: - injetora de rosca recproca; - injetora de duas estaes. A mquina de parafuso alternativo a soluo que se imps a partir da dcada de 60, correspondendo grande maioria dos equipamentos industriais. Utiliza a capacidade de homogeneizao e de plastificao de um parafuso de extruso em combinao com um movimento de translao que garante a pressurizao do material. Durante a fase de plastificao, o fuso animado de um movimento de rotao que provoca um avano do material a moldar desde a base do funil at ao bico de injeo. A ao combinada do calor, transmitido por conduo a partir das resistncias do cilindro, e do aquecimento provocado pela dissipao viscosa associada a fenmenos de atrito garantem o aumento da temperatura necessria a transformar o polmero numa massa homognea de baixa viscosidade. A deposio de material plastificado na frente da rosca (que ser injetado no ciclo seguinte), desenvolve a presso necessria para provocar o recuo do fuso, numa extenso correspondente qualidade de material a dosar. Aps o incio de um novo ciclo com o fechamento e travamento do molde, o fuso animado de um movimento linear e, funcionando como um pisto, injeta o material para o interior do molde. As mquinas de duas estaes foram um conceito inicialmente utilizado para injetoras (nos anos 50). Atualmente utilizam-se em situaes muito especficas onde se requer uma grande capacidade de plastificao ou a injeo de quantidades muito pequenas de material. A plastificao efetuada por uma extrusora de funcionamento intermitente, e a injeo garantida por um pisto independente. A dimenso desta unidade quantifica-se pela capacidade de injeo (expressa em gramas de poliestireno).

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Unidade de Fechamento Assegura a fixao e a movimentao do molde, devendo ser capaz de a manter fechado durante as fases de injeo, pressurizao e recalque. Integra tambm os dispositivos necessrios extrao dos moldados. Construtivamente, corresponde a uma prensa que ter de ser capaz de suportar a fora resultante da injeo do plstico. Existem vrias solues construtivas, sendo as mais comuns as unidades de articulaes ou de fechamento hidrulico. Quantifica-se pela fora de fechamento (normalmente expressa em kN ou toneladas). Unidade de Comando As operaes e os dispositivos necessrios para assegurar a monitorao e controle das diversas variveis do processo esto centralizadas nesta unidade. Assegura, igualmente, a interface com o operador e as comunicaes com perifricos ou sistemas de gesto de informao. As unidades de comando esto baseadas em microprocessadores que podem incluir funes de gesto da produo, de diagnstico de processo e de controle auto-adaptativo. EQUIPAMENTO AUXILIAR Designa-se por equipamento auxiliar o conjunto de dispositivos que integram a clula de moldagem por injeo, alm da injetora e do molde. Uma clula tpica composta por: dispositivos para alimentao e preparao da matria-prima; controlador de temperatura do molde; rob / manipulador; esteira transportadora.

Rob Arburg 11

trocador de moldes

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Podero ainda existir equipamentos para controle de sistemas de moldes de canais quentes (quando no integrados na prpria injetora), dispositivos para separao automtica de peas e sistemas de alimentao, equipamentos para operaes de controle de qualidade, etc. Alimentao e preparao da matria-prima Por questes de produtividade e qualidade, o circuito de alimentao e preparao de matria-prima deve ter um elevado grau de automatizao. Deste modo, minimizam-se as possibilidades de contaminao e de erros humanos associados a formulaes. A matria-prima deve ser alimentada automaticamente a partir de um sistema centralizado ou de recipientes colocados junto injetora. Para o efeito, utilizam-se sistemas pneumticos (baseados em redes de vcuo ou aspiradores eltricos independentes) ou mecnicos (baseados em espirais metlicas flexveis). A eventual adio de pigmentos (sob a forma de granulados de masterbatch, ps ou lquidos) deve ser efetuada na mquina, antes do material entrar no cilindro de plastificao. Para o efeito podem ser usados diferentes tipos de equipamentos dosadores e misturadores. Os processos baseados em moldes de canais frios geram um desperdcio associado ao respectivo sistema de alimentao. Sempre que as especificaes do produto final o permitam, altamente recomendvel a reciclagem integrada deste desperdcio na clula produtiva. Para o efeito devem ser utilizados moinhos granuladores insonorizados e dispositivos de dosagem (normalmente vlvulas pneumticas proporcionais), para controlar a percentagem de incorporao. Diversas matrias-primas requerem uma fase de secagem, antes da sua transformao, de modo a serem desumidificadas. Esta operao poder ser efetuada em sistemas centralizados (com subseqente transporte de material seco) ou junto da clula produtiva. Controle da temperatura de moldes A temperatura das superfcies moldantes uma varivel crtica do processo, que deve ser criteriosamente controlada por questes de produtividade e de qualidade do produto final. Dependendo do tipo de matria-prima e das especificaes da moldagem, dever ser ajustada uma temperatura de molde (por vezes utilizam-se temperaturas distintas nas duas partes do molde) cujo controle pode ser assegurado de diferentes modos. Manuseamento automtico de moldados A produo de peas que no possam cair do molde por gravidade (devido a questes estticas ou logsticas) dever ser assistida por dispositivos automticos para garantir a sua completa extrao do molde. Estes dispositivos designam-se por robs ou manipuladores consoante a sua soluo construtiva (baseada em cilindros pneumticos ou em motores eltricos servoatuadores) e o tipo de programao que permitem. Por vezes utilizam-se manipuladores simples apenas para retirar o sistema de alimentao, verificando-se a queda das peas para um recipiente ou tapete colocado debaixo do molde. Normalmente, o rob/manipulador coloca a pea numa esteira transportadora, onde esta estabiliza e , eventualmente, sujeita a operaes de controle, antes de ser embalada ou entrar nas fases subseqentes do respectivo processo produtivo.

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia 5. O MOLDE Um molde dever produzir peas de qualidade, num tempo de ciclo o mais curto possvel, ter o mnimo de manuteno durante o tempo de servio e desempenhar corretamente as seguintes funes: - definir o(s) volume(s) com a forma da(s) pea(s) a produzir, assegurando a reprodutibilidade dimensional, de ciclo para ciclo; - permitir o preenchimento desse(s) volume(s) com o polmero fundido; - facilitar o resfriamento do polmero; - promover a extrao da(s) pea(s). A constituio dos moldes , assim, determinada pela necessidade de realizar adequadamente as funes associadas execuo do ciclo de moldagem. Nesta perspectiva, um molde pode ser considerado como uma estrutura (um conjunto de placas ou chapas) onde so montados os sistemas funcionais que, como o prprio nome indica, so os sistemas que permitem que o molde cumpra as suas funes. Os sistemas funcionais de um molde so: - cavidades (zonas moldantes); - sistema de alinhamento; - sistema de alimentao; - sistema de ventagem (escape de gases); - sistema de resfriamento; - Sistema de extrao. As cavidades (zonas moldantes) o espao definido pela conjugao da cavidade e do macho, que dar a forma (s) pea(s) a ser (serem) produzida (s). O sistema de alinhamento o sistema que permite, por um lado montar o molde na mquina, e por outro ajustar as duas (ou mais) partes do molde, assegurando a reprodutibilidade dimensional das peas. O sistema de alimentao o sistema que permite passagem do polmero fundido desde o cilindro da injetora at s zonas moldantes, permitindo o seu preenchimento. O sistema de escape de gases o sistema que permite que o ar existente nas zonas moldantes possa sair, possibilitando o seu preechimento com o polmero fundido. O sistema de resfriamento o que constitui para um resfriamento rpido das peas. O sistema de extrao o que permite fazer a extrao das peas. A estrutura de um molde um conjunto de placas e calos, cujo nmero depende do tipo de molde. Como exemplo, apresenta-se uma estrutura tpica de um molde de duas placas, que o tipo de molde mais simples, e constitudo por uma parte fixa (ou lado da injeo) que formada por: - placa base superior; - placa porta cavidades. E, por uma parte mvel (ou lado da extrao) que compreende: - placa porta cavidades; - placa suporte; - calos ou espaadores; - placa base inferior; - placa porta extratores; - placa impulsora.

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Exemplo de um porta-molde da POLIMOLD Na placa porta-cavidades superior (ou num postio montado nessa placa) usinada a cavidade parte fmea do molde que define a forma exterior da pea. Na placa porta cavidades inferior (ou num postio nela montado) usinada a parte macho do molde, que define a forma interior da pea. Apesar do que foi dito, de notar que a cavidade e o macho podem estar situados indiferentemente na parte fixa ou na parte mvel do molde. No entanto, mais comum a configurao descrita em que a cavidade fica na parte fixa e o macho na parte mvel, j que esta configurao facilita a extrao das peas. Os calos ou espaadores permitem definir o espao necessrio aos movimentos do sistema de extrao e podem contribuir para a altura mnima do molde, exigvel pela mquina onde vai ser montado. Para dar rigidez ao conjunto, as placas tm que ser aparafusadas e encavilhadas entre si, de forma a criar tantas partes quantas as necessrias ao tipo de molde em questo. 14

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia TIPOS DE MOLDES Apesar de existir alguma tipificao definida para uma pequena parte dos diferentes tipos de moldes para injeo de plsticos, considera-se que ela insuficiente e inadequada, sendo necessrio melhor-la alargando substancialmente a sua caracterizao. A primeira grande diviso entre moldes slidos (MS) e moldes estruturados (ME). O fato de moldes slidos de duas ou mais cavidades estarem suportados por placas que, tambm, faro parte de uma estrutura no retira esta lgica de diviso entre Moldes Slidos e Moldes Estruturados. J que esta caracterizao tende a incluir sobre as placas que diretamente suportam as cavidades (zonas moldantes). Moldes Slidos 2 cavidades Nos moldes slidos 2 cavidades o mais importante : - centragem, ligao e encaixe da cavidade e do macho nas placas; - travamento cavidades machos.

Molde slido duas cavidades Os moldes de injeo de plsticos so montados na unidade de fechamento (placas mvel e fixa) das injetoras. Durante o ciclo de moldagem as placas abrem e fecham promovendo-se assim a remoo das peas do molde. Para garantir esta funcionalidade, existe a necessidade de ser recorrer a um sistema de guiamento que permita um correto e rigoroso alinhamento das metades do molde, assim como um fechamento preciso e ajustado. A ausncia de um tal sistema, contribuiria para defeitos e desvio nas espessuras das paredes das peas moldadas. A centragem da cavidade e da bucha deve ser feita tendo em conta a produtividade, a resistncia e a confiabilidade. Os tipos de centragem podem ser: centragem em caixa, guiamento, rguas e cantos. Abaixo exemplificaes de cada tipo.

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Tipos de centragem Em certas situaes o sistema de centragem por si s no suficiente para garantir um funcionamento correto do molde, nesses casos o projetista ter de introduzir no molde sistemas de travamento. O travamento, alm da finalidade de guiamento e centragem, proporciona tambm um melhor ajustamento e proteo s metades do molde, particularmente quando se trata de moldes de grandes dimenses com cavidades profundas. Moldes slidos mltiplas cavidades Os moldes slidos podem permitir a moldagem de vrias peas. Como exemplo apresenta-se um molde de copos de paredes finas de 4 cavidades, podendo estas ser redondas ou quadradas. Este tipo de moldes com a cavidade e a bucha suficientemente rgidas, com travamento e com o sistema de controle de temperatura bem concebido, permite produzir peas com qualidade. Se forem usados anis, estes devem ter folga para permitir a dilatao das placas. A placa que aloja o sistema de injeo deve ter a temperatura controlada.

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Molde slido multicavidades Moldes estruturados Fala-se de moldes estruturados quando a cavidade das zonas moldantes no so feitas diretamente nas placas (placas porta cavidades). Neste caso so abertas nas placas caixas, onde so introduzidas as cavidades e os machos. Os moldes estruturados podem ser de dois tipos: - caixa - aro Os moldes estruturados caixa possuem as caractersticas a seguir: forte, econmico, caixa de preciso mdia e no permite retificao.

Molde estruturados em caixa (esquerda) e em aro (direita) Os moldes estruturados em aro so mais fracos, sobretudo em moldes de grandes dimenses; econmicos, maior preciso e permite retificao. A escolha do tipo de molde estruturado deve ser feita relativamente resistncia s presses e dilataes (melhor em caixa), ou preciso de retificao (melhor em aro). O uso de um aro reforado uma boa opo. Para definir os canais de alimentao pode ser necessrio o uso de insertos temperados. Moldes Estruturados cavidades cilndricas 17

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia A nica diferena destes moldes que o formato das cavidades so cilndricos.

Molde com cavidades cilndricas Moldes de trs placas (canais frios) Relativamente aos moldes de trs placas (canais frios), so 3 tipos: - o molde em que o bico da injetora vai dentro do molde; - o molde com bico quente; - o molde com mini canal de injeo.

Molde 3 placas canais frios com o bico da mquina dentro do molde

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Molde 3 placas canais frios com bico quente O acionamento das aberturas A e B, ver figuras acima, feito pelo sistema apresentado (1), ou por outros sistemas normalizados existentes. A abertura limitada pelas peas (2) e (3). A quantidade de sistemas acionamento, normalmente 2 ou 4, (1), depende da dimenso do molde, sendo, na maioria dos casos, colocados lateralmente. Quando h rob ter-se- que verificar se existe interferncia. O funcionamento do molde de trs placas o seguinte: - extrao do canal de injeo da cavidade, abertura (A); - extrao do canal de injeo, abertura (B); - Abertura do molde, abertura ( C ); - Extrao das peas (D). Molde com mini canal de injeo

Molde mini canal de injeo Este tipo de molde apresenta algumas vantagens relativamente aos anteriores:

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia So mais baratos e menos complexos, pois, em moldes multicavidades, no necessrio colocar um distribuidor, como aconteceria num molde em que se utilize exclusivamente sistema de canais quente; Na produo de peas de dimetro reduzido, por exemplo tampas de esferogrficas, pode-se fazer um molde mais pequeno pois no necessrio colocar um bico quente em cada cavidade; O material dos mini canais pode ser reutilizado/reciclado e entrar no processo produtivo de forma automtica; O sistema de controle de temperatura mais simples, mais barato, e a energia consumida no aquecimento menor.

Moldes de Canais Quentes Relativamente aos moldes de canais quentes, h basicamente dois tipos: - os moldes de bicos quentes; - com bicos valvulados.

Sistema de cmara quente da POLIMOLD Moldes Famlia O conceito de moldes famlia prende-se idia de no mesmo molde se poder moldar um conjunto de peas distintas, otimizando-se assim sinergias ligadas capacidade produtiva do molde. Sendo as vantagens bvias, existe no entanto, a necessidade de se balancear as distintas cavidades para que o fluxo de material plstico chegue ao mesmo tempo a todas elas.

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Molde famlia Split molde O split molde caracteriza-se por ter os elementos mveis do lado da injeo (lado fixo do molde) e poderem ser acionados simultaneamente com a abertura do molde usando sistemas pneumticos, hidrulicos ou mecnicos. A aplicao de molas no aconselhvel devido sua fragilidade e baixa durabilidade.

Exemplo de Split Molde Molde com cremalheira O funcionamento do molde de desenroscamento com cremalheira descrito a seguir: o hidrulico aciona as cremalheiras (1) e as barras laterais (2). As barras (2) tm a inclinao da rosca no percurso (3) no espao necessrio ao desenroscamento. No final do movimento, no espao (4), as barras tm uma inclinao maior para se obter um impulso mais rpido para extrair a pea. A placa 21

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia de extrao (5), tambm pode ser acionada no fim do curso atravs de ligao extrao da mquina. Neste tipo de acionamento pode ser feito no interior da estrutura. Molde em andares ( Molde Sandwich) Neste tipo de molde possvel duplicar o nmero de peas a moldar utilizando-se a mesma fora de fechamento da injetora. A abertura do molde em andares (molde sandwich) faz-se com auxlio da abertura da injetora. O conjunto das cavidades (A), fica a meio dos conjuntos das buchas (B), resultado da aplicao do sistema de cremalheiras. Durante a abertura e fechamento do molde deve-se ter em ateno para que o conjunto de cavidades (A), no saia do guiamento, como mostra a figura, para isso deve-se prever a utilizao de barras de apoio no prprio molde ou nas colunas da mquina. A extrao pode ser feita atravs do movimento de abertura da mquina utilizando-se tirantes C.

Molde com cremalheira 22


Para que com a abertura da mquina a parte que suporta as cavidades fique a meio, os acionamentos podem ser efetuados atravs de: - cremalheira e roda dentada; - fusos e porcas helicoidais; - hidrulicos; - alavancas; - tirantes. O acionamento mais comum atravs de cremalheira e roda dentada. Os sistemas de acionamento devem ser fortes e ajustados s dimenses do molde e sua complexidade. O movimento para a extrao das moldagens pode ser efetuado atravs de: - tirantes, que corresponde ao exemplo apresentado, apesar de ser pouco habitual; - hidrulico, que o mais utilizado; - braos ligados a processos de alavancas.

Molde em andares (molde sandwich) Molde bi-material O molde para a tcnica de injeo de bi-material um tipo de molde que corresponde moldagem de dois ou mais materiais. Os materiais podem ser diferentes (compatveis ou no) ou o 23

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia mesmo material, mas com cores diferentes. A moldagem bi-material pode ser efetuada, atravs dos seguintes processos: - transferindo as moldagens de uma mquina para outra atravs de robs; - transferindo as moldagens da 1 posio de injeo para a 2 posio, no mesmo molde, atravs de robs; - por rotao incorporada no molde ou na placa da mquina que tem duas, ou mais, unidades de injeo. Os processo indicados so escolhidos de acordo com os seguintes fatores: - economia; - produtividade; - tipo de produto; - equipamento disponvel.

Exemplo de injeo bicolor 6. MATERIAIS PARA MOLDES No projeto e fabricao de um produto essencial que os materiais e os processos sejam compreendidos. Os materiais so um elemento chave dos sistemas de produo. Compreender as suas propriedades, caractersticas, aplicabilidade e usinabilidade essencial para a competitividade das empresas industriais. Como todos os produtos incorporam materiais, fundamental o conhecimento das suas propriedades de modo a poder selecionar os mais aptos para cada aplicao e que, simultaneamente, determinam custos de produo mais baixos. Os aspectos econmicos na sua seleo so to importantes como as consideraes de ordem tecnolgica relativas s suas propriedades. A crescente introduo no mercado de uma vasta gama de novos materiais plsticos com caractersticas tcnicas especficas determina, por vezes, um desgaste anormal por abraso e corroso qumica dos equipamentos de produo. Neste contexto, os fabricantes de moldes so confrontados com a necessidade de encontrar solues para incrementar a resistncia dos seus produtos e, simultaneamente, com nveis de exigncia para a qualidade final dos produtos cada vez mais elevados. O endurecimento superficial das peas um conceito amplo e um fator muito importante para o controle de desgaste das peas. Pode-se dividir os processos de endurecimento das superfcies em trs grupos: revestimentos, tratamentos termoqumicos e tratamento trmico superficial. 24

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Por exemplo, a utilizao dos modernos revestimentos PVD nos moldes, permite um melhor controle do desgaste provocado pelos movimentos cclicos de partes metlicas que entram em contato diretamente umas com as outras, o controle de desgaste provocado por abraso de alguns materiais plsticos, particularmente os materiais reforados com fibras, o controle do desgaste provocado por corroso qumica das superfcies moldantes e a reduo das foras de extrao que, se forem muito elevadas, podem introduzir elevados nveis de tenso nas peas. Aos Os aos usados na fabricao de moldes devem ser resistentes s tenses e fceis de usinar. A resistncia s tenses necessria devido s altas presses empregadas durante a moldagem, que podem ser de 300 a 1400 kgf/cm2, bem como pela necessidade de suportar as tenses de flexo e as cargas de compresso, exigindo que a resistncia no ncleo de ao seja alta enquanto se mantm uma dureza superficial adequada. Uma dureza superficial adequada permite: - suportar efeitos de eroso dos materiais termoplsticos rgidos nas zonas do molde em que o fluxo restrito ou obstrudo, - resistir ao desgaste, especialmente em grandes produes, - manter na superfcie um alto grau de polimento, que facilite a extrao do produto e lhe proporcione um bom acabamento. Alm da resistncia mecnica e facilidade de usinar outras caractersticas importantes so: tratamento trmico sem problemas, resistncia ao calor, alta condutividade trmica, resistncia corroso e caractersticas que permitam usinagem econmica. Como regra geral, as partes do molde em contato com o material plstico fundido e os elementos mveis que suportam atrito devem ser tratadas. As partes do molde que compem sua estrutura so de ao com baixo teor de carbono no tratadas. A escolha do mtodo de tratamento varia de acordo com o tipo de ao empregado, a dureza necessria para a aplicao, alm da complexidade e preciso do molde. Os mtodos usados para tratamento superficial so a tmpera ao ar, em leo e a cementao. A tmpera ao ar geralmente empregada para assegurar uma deformao mnima, enquanto que a cementao usada para obter uma dureza mxima superficial. Devido a limpeza, a tmpera em leo facilita o polimento das partes onde o produto moldado. Alm dos requisitos fundamentais, importante que o ao seja de fcil usinagem e tenha a estrutura homognea que pode ser conseguida atravs de recozimento. Classes de ao, segundo normas ABNT - ao de baixo teor de carbono ABNT 1008 a 1010 - Ao de mdio teor de carbono ABNT 1020 a 1040 - Ao de alto teor de carbono ABNT 1050 a 1090 - Aos especiais SELEO DE TRATAMENTOS TRMICOS E DE TRATAMENTO DE SUPERFCIE No processo de injeo de plsticos h uma ampla variedade de produtos, de matria-prima, e de produo que no possvel fixar um padro de poucas combinaes de aos e tratamentos. Diferentemente, por exemplo, do processo de injeo de alumnio, no qual uma vez fixada e controlada 25

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia as variveis de processo de injeo, restam poucas opes para tipos de ao, tratamento trmico e tratamento de superfcie. Tabela orientativa dos aos recomendados para molde de injeo Componentes do molde Aos recomendados Tratamento trmico Dureza RC

Placa fixao inferior e superior Coluna ou espaador Porta extratores Placa suporte ABNT 1020 a 1040 Anel de centragem Placa extratora Placa de montagem dos postios Placa impulsora Bucha-guia Ao Cromo-Nquel ABNT 3310 Coluna-guia Bucha de injeo Postios fmeas Postios machos Cementado Camisa extratora e Temperado Pinos extratores Ao Cromo-Nquel ABNT 3310 Extrator de canal Parafusos limitadores Lminas extratoras Pinos de retorno

-

54 a 58 54 a 58 58 a 60 58 a 60 58 a 60 54 a 58 54 a 58 54 a 58 50 a 56 50 a 56

A produo de lentes de faris para automveis em policarbonato exige muito mais do molde do que manteigueiras fabricadas em PS de uso geral, mas, tambm porque a quantidade de lentes produzida maior do que as da outra pea. Assim, o ferramental utilizado para fabricar as lentes ser muito mais sofisticado em termos de aos e tratamentos trmicos do que no caso das manteigueiras. Outros fatores a considerar, para a seleo do ao e dos tratamentos trmicos, so o que se pode chamar de Requisitos Especiais, em particular a resistncia corroso e a polibilidade, condio muito importante neste segmento em funo das necessidades do produto. Estas propriedades esto intimamente relacionadas com a qualidade do ao utilizado e com o tratamento trmico aplicado. Para sua orientao e para determinar a combinao das variveis produo, abrasividade do polmero e requisitos especiais, foi elaborada a tabela a seguir, combinando aos e tratamentos trmicos.

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Tabela I Abrasividade do polmero Abrasividade Material PEBD PEBDL PEAD PP GPPS HIPS PA 6, PA 6.6 POM ASA SAN ABS PET PBT PPO PC PEEK PPS ASA/PC Materiais com carga: fibra de vidro, microesfera de vidro, CaCO3, dixido de titnio, antichama

Baixa

Mdia

Alta

Aos indicados Os aos indicados na Tabela III a seguir so os de uso corrente no Brasil e so oferecidos por fabricantes nacionais e tambm por importadores. A relao apresenta as principais caractersticas dos aos indicados e a dureza com que utilizada aps tratamento trmico. importante notar que os aos indicados so para a seleo padro para moldes de injeo de plstico. Em funo de requisitos especiais, o mercado de aos oferece outras opes. Por exemplo, nas famlias dos inoxidveis martensticos, h grande variedade disposio do mercado que apresenta polibilidade superior ao 420 convencional. Em funo da necessidade de polimento, pode-se alterar a seleo do ao inox 420 para outro da mesma famlia, mas com polibilidade superior.

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Tabela II Recomendaes para seleo de aos, tratamentos trmicos e tratamentos de superfcie Produo desejada Mdia Ao: ao carbono (1020/1045) TT: nenhum TS: Nitrocarbonetao

Baixa Ao: ao carbono (1020/1045) TT: nenhum Ao: ao carbono (1020/1045) TT: nenhum TS: Nitrocarbonetao Baixa

Alta

Abrasividade do produto

Ao: ABNT 4340 ou P20 TT:nenhum TS: Nitrocarbonetao Ao: Classe Precipitation Hardening Ao: ABNT 4340 ou P20 TT: envelhecimento TT: nenhum TS: Nitrocarbonetao TS: Nitrocarbonetao / Nitretao a plasma/ PVD

Seleo Padro

Requisitos Especiais

Ao: Classe Precipitation Hardening Ao: ABNT H13 Ao: ABNT H13 (PH) TT: Tmpera a vcuo TT: Tmpera a vcuo TT: envelhecimento TS: Nitrocarbonetao TS: Nitrocarbonetao TS: Nitrocarboneta/PVD / PVD o/Nitretao a plasma Polibilidade: Ao: P20 ou ABNT 420; TT: Tmpera a vcuo (420) e nenhum (P20); TS: PVD Corroso: Ao: P20 ou ABNT 420; TT: Tmpera a vcuo (420) e nenhum (P20); TS: PVD Baixa Deformao: Ao P20 ou ABNT 420; TT: Tmpera a vcuo (420) e nenhum (P20)

Mdia

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Tabela III Aos padro para injeo de plsticos Ao SAE 1020/1045 AISI 4340 Equivalncias Caractersticas Ao carbono comum Ao carbono baixa liga. Fornecido no estado pr-beneficiado Ao ferramenta, especfico para moldes plsticos. Alta polibilidade. Fornecido no estado pr-beneficiado Aos ferramenta endurecveis por tratamento trmico por precipitao Elevada polibilidade. Corrax e Adinox 41 so inoxidveis. Deformao no tratamento trmico menor do que nos temperveis Ao ferramenta para trabalho a quente Endurecvel por tmpera Ao inoxidvel martenstico Alta polibilidade (varia de acordo com a qualidade) Endurecvel por tmpera Dureza de utilizao Utilizado no estado de fornecimento (recozido) Utilizado no estado de fornecimento prbeneficiado com durezas de 28/32 HRC Utilizado no estado de fornecimento, prbeneficiado com durezas de 28/32 HRC VP50IM e M261 EXTRA 38/42 HRC ADINOX41 38/42 HRC CORRAX 46/48 HRC Todos aps tratamento trmico de envelhecimento Utilizado no estado temperado para 50/52 HRC

VM40 (Villares)

AISI P20

CLASSE PH

VP20IM (Villares) P20 (Gerdau) IMPAX (Uddeholm) M200 (Boehler) THYROPLAST 2311 (Thyssen) VP50IM (Villares) ADINOX 41 VAR (Thyssen) M261EXTRA (Boehler) CORRAX (Uddeholm)

AISI H13

AISI 420

VH13IM (Villares) W302 (Boehler) ORVAR (Uddeholm) H13 (Gerdau) THYROTHERM 2344 (Thyssen) VP420IM (Villares) M310 ISOPLAST (Boehler) STAVAX (Uddeholm) 420 (Gerdau) THYROPLAST 2083 (Thyssen)

Utilizado no estado temperado para 50/52 HRC A polibilidade varia com o processo de tratamento trmico e a qualidade do ao.

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Aos para moldes caractersticas gerais Caractersticas Usinabilidade Soldabilidade Polibilidade VP20 ISO VP20 IM Boa, tanto Boa, tanto recozido como recozido como beneficiado beneficiado Boa Boa Excelente Excelente VP50 IM Excelente Excelente Excelente VP 420 IM Boa VH13 IM Boa

Difcil Mdia Excelente Excelente Boa Boa Recozido, Solubilizado, dureza de 200 Boa Boa dureza de Boa Reprodutibilidade HB ou na Beneficiado Beneficiado 30/35 HCR. Recozido, duCondio Normal verso VP420 para 30/34 para 30/34 Pode ser enreza mxima de entrega TIM tempeHRC HRC tregue envede 197 HB rado e revelhecido com nido para 40/42 HCR 28/32 HCR Moldes para injeo de termoplsticos Mandris e ouno clorados Moldes para Moldes para Moldes para tros compoinjeo de Matrizes para plsticos corinjeo de nentes de extermoplsticos termoplsticos extruso de rosivos (clotrusoras no clorados no clorados termoplsticos rados) acetato Moldes para no clorados Matrizes de e PVC Aplicaes tpi- Matrizes para injeo de Moldes para Resistncia a cas extruso de extruso para termoplsticos termoplsticos termoplsticos termoplsticos atmosferas no clorados reforados midas no clorados no clorados que requer alto Moldes para Moldes para Moldes para com carga. grau de polisopro sopro Plsticos de sopro mento Engenharia Moldes para sopro Nitretao Sim Sim Sim No Sim Sim, antes de Sim, antes de Cementao No No No temperar temperar

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Aos UDDEHOLM para moldes.

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Ao Poroso - Porcerax II O Porcerax II um metal parecido com a pedra de pomes com uma porosidade que varia entre 20 e 30% por volume. Um sistema de poros interligados com um dimetro mdio de 7 m (0,007 mm) encontra-se distribudo por todo o material. 33


O Porcerax II pode ser usado como uma parte do material do molde (postio), permitindo a liberao do gs num ponto especfico selecionado. Pode-se ainda usinar o molde e postio montados, pois o Porcerax II possui tima usinabilidade. O no-preenchimento do material plstico ocorre geralmente quando uma camada de ar ou gs fica presa a superfcie do molde e do material injetado. O Porcerax II permite a sada deste gs, evitando problemas de preenchimento e brilho no uniforme causadas pela adeso irregular do plstico superfcie do molde. Materiais metlicos no-ferrosos Ligas de Cobre-berlio As ligas constitudas de teores de berlio acima de 1,7% apresentam melhoria nas propriedades mecnicas e reduo nas propriedades trmicas. A resistncia trao acima de 1200 MPa e dureza de 440 HB, sendo que uma dureza de 330 a 360 HB suficiente. uma liga dctil, possvel de polimento e pode ser temperada. Por outro lado as ligas com menos de 1,7% de berlio so usadas em trocadores de calor, pois so resistentes a corroso. Podem ser recobertas com nquel ou cromo. Podem ter a dureza aumentada para at 780 HB, temperatura de tratamento 400C, podem ser soldadas, usinadas ou fundidas. As ligas de cobre-berlio so muito usadas na fabricao de insertos em moldes de injeo onde se requer rpido resfriamento das peas injetadas e, consequentemente, um menor tempo de ciclo, pois o cobre-berlio tem alta condutividade trmica retirando o calor de regies onde difcil o resfriamento da pea. Zinco e suas ligas As ligas de zinco so usadas em moldes prottipos, molde para pequenas produes ou moldes de sopro. Apresentam propriedades mecnicas inferiores quando comparadas as ligas de cobre. Apresentam alta condutividade trmica 105 W/m.K A liga de zinco que se destaca na fabricao de insertos o Zamak. Ligas de alumnio Recentamente usadas para mquinas com distribuio de carga uniforme, so fceis de trabalhar e possuem alta condutividade trmica, cerca de quatro vezes a condutividade trmica dos aos. Ligas mais usadas so 7075-T6 e 7029-T6. A espessura das placas dos moldes de alumnio so 40% maiores do que as placas de ao, mas o peso dos moldes de alumnio 50% menor do que os moldes de ao. As ligas de alumnio possuem boa usinabilidade.

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Ligas de estanho-bismuto So ligas macias, metais pesados, frgeis ao choque, plasticidade sob carga constante. So mais resistentes com o aumento da idade. So usadas em moldes prottipos, moldes de sopro, termoformagem e matrizes. TRATAMENTOS TRMICOS O tratamento trmico tem como principal funo conferir propriedades mecnicas elevadas ao ao. No entanto, por atuar diretamente na microestrutura do ao, ele acarreta sempre indesejvel deformao. Esta deformao inevitvel e na maior parte dos casos imprevisvel, razo pela qual absolutamente imprescindvel que seja deixado sobremetal. H muitas situaes em que no h necessidade de executarmos tmpera nas ferramentas em funo da baixa solicitao mecnica do processo de injeo. Nestas situaes, o que ocorre, em geral, uma elevada solicitao ao desgaste, que pode, facilmente, ser resolvido com tratamento de superfcie. Existem ainda situaes em que, em funo da baixa produo e/ou baixa abrasividade do polmero, no necessria a tmpera ou mesmo tratamento de superfcie, podendo a ferramenta ser usada na condio bruta de usinagem. Envelhecimento um tratamento de endurecimento, aplicado em uma classe especfica de aos, que tem como caracterstica a baixa temperatura de tratamento (em geral, variando de 480C a 570C); Apresenta vantagem em relao a tmpera devido as temperaturas so abaixo da temperatura crtica, no ocorrem deformaes devido a transformaes microestruturais, e se restringem, portanto, aquelas causadas pelo efeito de temperatura apenas. Conseqentemente, as deformaes so substancialmente menores e permitem que se deixe o mnimo de sobremetal, ou at mesmo nenhum resqucio, dependendo da geometria e do processo de tratamento adotado. Na maioria dos casos interessante utilizar diretamente a nitretao por terem temperaturas bem prximas, conferindo simultaneamente endurecimento e camada de alta resistncia ao desgaste. Tmpera em vcuo A tmpera em vcuo um processo conhecido de endurecimento. No caso especfico de moldes de injeo de plstico, recomenda-se o tratamento em fornos a vcuo devido a ausncia de dano na superfcie, diferentemente dos tratamentos em banho de sais fundidos ou mesmo em fornos sem atmosfera controlada. Pela ausncia de oxignio, no ocorre oxidao da superfcie dos moldes. No caso de banho de sais fundidos ou fornos sem atmosfera, comum a ocorrncia de absoro de sal ou impurezas nas porosidades naturais da superfcie do ao, o que, necessariamente, prejudicar o posterior polimento. A tmpera em vcuo, alm da melhoria na qualidade superficial, apresenta tambm melhor homogeneidade no que se refere a aquecimento e resfriamento. Naturalmente que melhorando a homogeneidade microestrutural aps a tmpera, h influncia direta no desempenho da ferramenta, em especial naquelas que tm elevados requisitos de solicitaes mecnicas em trabalho. 35

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia REVESTIMENTOS DE SUPERFCIE Os metais tendem a voltar sua fase inicial como se encontram na natureza, da a sua deteriorao progressiva. neste sentido que preciso encontrar solues para a sua proteo. Os custos econmicos de uma proteo so bastante elevados, mas a degradao prematura dos materiais e suas conseqncias, muitas vezes ocasionando perda de vidas humanas, so incalculveis. Os tratamentos de superfcies constituem um dos meios que permitem melhorar significativamente a resistncia das peas metlicas ao desgaste e corroso. Mais recentemente, o desenvolvimento de novas tecnologias, como por exemplo, barreiras trmicas, permitem obter importantes ganhos de energia e de matrias-primas. Atualmente, o domnio da aplicao dos tratamentos de superfcies est consideravelmente alargado. Com efeito, as tcnicas atuais permitem, no apenas, realizar revestimentos protetores (revestimentos eletrolticos e qumicos, depsitos qumicos e fsicos em fase de vapor, revestimentos projetados...), mas tambm, modificar o estado das superfcies, tanto do ponto de vista mecnico, qumico ou microestrutural. Na maior parte dos casos, o projetista e o prtico so sempre confrontados com dois problemas, a saber: - escolha do revestimento; - escolha do processo de produo. A escolha ditada pelas condies de explorao industrial, designadamente, o custo, produtividade e limitaes processuais. As diversas tcnicas de tratamento e revestimento de superfcies podem ser agrupadas, de um ponto de vista lgico, em quatro grandes grupos, cada um dos quais com um mecanismo fundamental, a saber: - os tratamentos superficiais com transformao estrutural, sem material de adio; - os tratamentos termoqumicos com difuso; - os tratamentos por converso qumica; - os revestimentos, ou depsitos.

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Classificao de tratamentos de superfcie Tabela Tratamentos por transformao estrutural

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Cementao Consiste no enriquecimento superficial de carbono de peas de ao de baixo carbono. A temperatura de aquecimento superior temperatura crtica e as peas devem ser envolvidas por um meio carbonetante que pode ser slido (carvo), gasoso (atmosferas ricas em CO) ou lquido (banhos de sal base de cianetos). A pea cementada deve ser posteriormente temperada. Nitretao 38

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Consiste no enriquecimento superficial de nitrognio, que se combina com certos elementos dos aos formando nitretos de altas dureza e resistncia ao desgaste. As temperaturas de nitretao so inferiores s da zona crtica e os aos nitretados no exigem tmpera posterior. O tratamento feito em atmosfera gasosa, rica em nitrognio ou em banho de sal. Carbonitretao Endurecimento superficial que consiste na introduo simultnea na superfcie do ao de carbono e nitrognio em atmosfera gasosa. Filmes finos A definio de filmes finos no unnime. No entanto, uma definio prtica pode ser expressa como sendo aqueles revestimentos e tratamentos com uma espessura ou profundidade de penetrao inferior a 3 micrometros. Os filmes finos mais utilizados so os revestimentos de TiNTiCN e semelhantes, aplicados por PVD ou CVD. A aplicao de diamante-carbono, diamante, TiN, carbonitreto de titnio, verses melhoradas destes revestimentos, nas quais so includas camadas de cermicas, outros metais ou uma combinao de vrios outros materiais. O revestimento de TiN comeou a ser aplicado no final dos anos 80, em ferramentas de corte. Estes revestimentos so escolhidos para aumentar a dureza dos substratos, e a sua espessura normal de 2 micrometros. Os substratos mais aconselhveis so aqueles que possam suportar temperaturas na ordem dos 425C. O revestimento de TiN significativamente mais duro que o cromo. Muitos revestimentos de TiN tm uma significativa rugosidade inerente ao processo de deposio. Esta rugosidade no se apresenta como um problema, se a superfcie revestida for submetida, apenas, a abraso provocada por abrasivos ligeiros. Por outro lado, se a superfcie revestida for colocada em contato com superfcies muito lisas, pode provocar um desgaste muito rpido das ltimas. Existe um outro tipo de filmes finos cuja importncia est a aumentar, os revestimentos de diamante. Este tipo de revestimentos pode ser aplicado por PVD ou CVD. A nica limitao atual prende-se com a dificuldade em aplicar em certos substratos metlicos revestimentos aderentes. Alguns revestimentos de diamante s apresentam boa aderncia sobre nitretos de silcio, outros apenas sobre carbonetos. Os utilizadores deste tipo de revestimento tm necessidade de investigar a sua aderncia a diferentes substratos, sempre que seja necessrio avaliar potenciais fornecedores destes revestimentos. Processos de aplicao de filmes finos CVD (Chemical Vapour Deposition) Processo que permite a deposio de um produto slido numa superfcie aquecida mediante reaes qumicas. Os filmes mais vulgarmente depositados so os seguintes; TiCN, TiN, DLC, Diamante, TiC, CrC e Al2O3 Tem como vantagens, a baixa tenso interna do revestimento, o que permite a deposio de espessuras elevadas com aderncia muito elevada. Como desvantagens, a elevada temperatura (cerca de 1000C) em que decorre, limitando significativamente o tipo de substratos. 39

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia PVD (Phisycal Vapour Deposition) Processo que permite a deposio de um produto slido num substrato, por meios fsicos e em estado vapor. Este processo pode ser aplicado atravs das seguintes tcnicas: Sputtering; Evaporao por feixe de eltrons; Evaporao por arco voltaico. Sputtering uma tcnica de deposio inica que consiste em produzir um plasma metal-vapor, a partir de um ctodo slido, fazendo nele, ons de gs com alta energia. Depositam-se filmes de TiN, TiAIN, CrN, TiZrN e Tic, para metalizao de isoladores, proteo antidesgaste e anticorroso. Evaporao por feixe de eltrons Nesta tcnica de deposio, a fonte de eltrons ao incidir sobre o metal fundido produz um plasma onde se ioniza o metal a depositar. Depositam-se filmes de Ti-Au; Al; Al-Cu-Si, para metalizao de cermicos, SiO; MgF2, em aplicaes pticas (propriedades reflexivas, anti-reflexivas e resistncia abraso). Evaporao por arco catdico Esta tcnica permite depositar filmes de TiN, TiAlN, CrN, TiCN, ZrN, para proteo antidesgaste em instrumentos cirrgicos.

7. PROCESSOS DE FABRICAO Os processos de alterao das formas que no contexto da indstria de moldes tm mais importncia, por acrescentarem mais valor, so os processos de remoo de material, com especial nfase para a usinagem em geral, eletroeroso e retificao. Fresagem Numa operao de fresagem, a ferramenta de corte gira em torno de um eixo enquanto a pea se desloca segundo um determinado movimento, linear ou circular. Existe uma coordenao de movimentos entre a ferramenta, com uma ou vrias arestas de corte, e a pea a usinar. O desenvolvimento a que assistimos nos ltimos anos, quer dos aspectos construtivos das mquinas (fresadoras ou centros de usinagem), quer dos comandos CNC e dos sistemas de CAM, quer das ferramentas de corte, permitem a execuo de vrias operaes com uma eficincia e qualidade impensveis no passado.

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Fresamento O corte em fresagem emprega um ou a combinao dos seguintes mtodos: Fresagem de topo uma combinao da ao de corte realizada pelas arestas de corte da periferia e da face frontal. O movimento da pea faz-se segundo uma direo perpendicular ao eixo da ferramenta e a superfcie da pea perpendicular ao eixo da ferramenta. Fresagem perifrica O corte executado pelas arestas de corte da periferia da ferramenta. A fresa gira num eixo paralelo ao avano tangencial e a superfcie da pea paralela ao eixo da fresa. Fresagem com avano axial Avano paralelo ao eixo de rotao, uma operao tpica de furao. Torneamento um processo de corte que consiste em gerar formas de revoluo com uma ferramenta de uma s aresta de corte, geralmente sem movimento de rotao. O movimento e corte dado pela rotao da rvore da mquina com movimento simultneo da ferramenta seguindo uma diretriz definida no mesmo plano do eixo da pea. um processo que est bastante otimizado, mas requer uma anlise exaustiva de determinados fatores para as diferentes aplicaes. O torneamento a combinao do movimento de rotao da pea e o movimento de avano da ferramenta segundo, normalmente, dois eixos lineares independentes: o eixo Z com a direo do eixo da rvore da mquina e o eixo X normal ao anterior. Esta soluo construtiva permite gerar formas cilndricas, cnicas e interpolaes circulares. Os centros de torneamento podem ter mais um eixo linear normal aos outros dois, um ou dois eixos rotativos controlados por CNC, e mais do que uma torre para fixar ferramentas. Esta configurao de mquina permite a execuo, no mesmo tempo, de operaes de torneamento, fresagem, furao e roscagem na direo radial e axial das peas ou uma combinao das duas. Por exemplo, roscas interrompidas impossveis de executar em modo torno, so exeqveis pelos centros de torneamento. Quando a dureza de um material aumenta como resultado dum tratamento trmico ou mecnico (at 63 HRC), a sua usinabilidade diminui como conseqncia de mecanismos de desgaste que esto particularmente ativos para cargas e temperaturas bastante elevadas. A qualidade das superfcies e a sua integridade podem, igualmente, ser um problema. A retificao tem sido a tecnologia que melhor resposta dava a este problema. Hoje, o torneamento com ferramentas ultraduras (HPT hard part turning), como o nitreto cbico de boro policristalino, so uma alternativa com vantagens tecnolgicas e econmicas. Na indstria dos moldes, este mtodo pode ser aplicado em desbastes simples ou acabamentos de materiais com durezas na ordem de 40 a 63 HRC. Quando o torneamento pode ser aplicado, 41

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia por substituio da retificao, a seqncia operacional vem, por vezes, simplificada por eliminao de algumas fases de fabricao ou reduo dos custos de produo. Furao Furao o termo utilizado para descrever todos os mtodos de execuo de furos cilndricos em peas, usando ferramentas de corte em geral multicortantes. O termo furao serve para designar subseqentes usinagens, tais como mandrilagem, escareamento e roscagem e determinadas formas de acabamento. Em todos estes processos comum um movimento rotativo principal da ferramenta ou da pea combinado com um movimento de avano linear, segundo uma diretriz retilnea coincidente com o eixo de rotao. A furao uma combinao de dois movimentos: um movimento principal de rotao e um movimento linear de avano. Na furao normal em mquinas convencionais, a forma mais comum de trabalho consiste em ambos os movimentos de rotao e de avano serem realizados pela ferramenta. No entanto, a utilizao de tornos ou centros de torneamento com controle CNC, para execuo de furao normal, levaram a um aumento na utilizao da combinao entre pea rotativa e ferramenta com movimento linear, ou pea rotativa e ferramenta com movimento rotativo e linear. Usinagem em alta velocidade (high speed) Na indstria de moldes, a essncia da usinagem a alta velocidade, consiste em fazer a maior quantidade de movimentos com pequenos passos, em alta velocidade. Esta estratgia funciona em operaes de desbaste mas, sobretudo, em operaes de acabamento. Esta nova tecnologia d suporte a operaes de torneamento, furao, rosqueamento, no entanto, a grande rea de aplicao a fresagem. Em operaes de desbaste, uma menor profundidade no corte com avanos superiores permitem obter uma maior remoo de material por unidade de tempo. O tempo de vida da ferramenta pode ser incrementado como resultado da maior estabilidade do processo de corte. Para velocidades de corte elevadas, so produzidas alteraes no comportamento plstico dos materiais, isto , a formao do cavaco produz-se aps ruptura frgil com a conseqente formao do cavaco curto. Altas temperaturas na zona de corte primrias ajudam a acelerar o processo de deformao plstica que resulta na formao do cavaco. Devido alterao do comportamento plstico dos materiais, no corte a alta velocidade verifica-se uma diminuio na fora de corte necessria para remover o cavaco. A percentagem de calor que retirada pelo cavaco superior ao verificado em usinagem a velocidades convencionais. Este fato resulta das maiores velocidades de avano que no do tempo do calor se dissipar pelo material que est sendo usinado. Retificao A retificao um processo tecnolgico em que o material removido por ao de um rebolo abrasivo. O rebolo permite a remoo de micro cavacos, e conseguem-se bom acabamento superficial e tolerncias dimensionais pequenas. Os abrasivos convencionais: xido de alumnio e carboneto de silcio. Super abrasivos: nitreto cbico de boro e diamante policristalino

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia O rebolo uma ferramenta empregada para conferir acabamento s peas de grande dureza em que as tolerncias dimensionais so pequenas e/ou exigncias para os estados de superfcie muito apertadas. A retificao plana o tipo mais comum de retificao. Tipicamente gera formas planas e as peas so seguras, normalmente, por um prato magntico. O rebolo montado na rvore horizontal ou vertical da mquina podendo a mesa ser rotativa. A retificao cilndrica serve para gerar formas de revoluo e algumas geometrias especficas como os filetes duma rosca. A retificao sem centros um processo de alta produo para superfcies cilndricas exteriores e interiores em que a pea no apoiada entre centros, trabalha entre dois rebolos e suportada por uma lmina ou por rolos. Honing um processo de baixa velocidade porque o material removido acontece para velocidades mais baixas do que na retificao tradicional. O calor e presso so baixas, resultando excelentes tolerncias dimensionais, acabamento de superfcie e um bom controle metalrgico da superfcie. Eletroeroso por penetrao A eletroeroso um processo de corte que utiliza a energia eltrica para remoo de material da pea. O material removido por ao de uma sucesso de descargas eltricas entre um eletrodo e a pea que esto imersas num fluido dieltrico. A forma do eletrodo assim reproduzido negativamente na pea medida que o eletrodo penetra na mesma. Cada descarga gera uma quantidade de energia trmica que provoca a fuso e ebulio dos materiais da pea e do eletrodo. No existe contato entre o eletrodo e a pea que esto distanciadas dum intervalo designado por gap. Uma das grandes vantagens deste processo tecnolgico reside no fato das foras de corte serem nulas. Sendo assim, determinadas caractersticas mecnicas do material a erodir, como a dureza, no tem influncia no processo. Este processo tem grande aplicao no processamento de materiais duros, como o metal duro, materiais endurecidos por tratamento trmico, peas com geometrias complexas e cavidades difceis de realizar por outro processo e com a vantagem de no deixar rebarbas.

Eletroeroso por penetrao 43

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Eletroeroso a fio uma tcnica complementar do procedimento de usinagem por eletroeroso em que o eletrodo tem a forma de um fio. Em vez de imprimir na pea a forma negativa do eletrodo, as mquinas de eletroeroso por fio utilizam um eletrodo metlico com a forma de um fio. A pea a ser cortada fixa sobre uma mesa em que os deslocamentos relativos do eletrodo fio permitem definir os movimentos em funo do contorno a cortar.

Eletroeroso a fio

8. DETERMINAO DAS CAPACIDADES DAS MQUINAS INJETORAS Esta seo mostra como especificar ou selecionar a mquina injetora mais adequada a um determinado servio, a partir de dados fornecidos em catlogos de fabricantes. Estas informaes so presentes nas seguintes situaes: - quando se quer comprar uma mquina, sendo preciso determinar as especificaes mnimas para uma mquina injetar determinado produto ou componente, sabendo-se a produo desejada e o nmero de cavidades do molde; - quando j existe o molde ou a pea a produzir, sendo necessrio selecionar entre o grupo de mquinas a mais adequada para a injeo de um determinado produto ou componente, sabendo-se a produo desejada e o nmero de cavidades do molde; - quando j existe o molde ou a pea a produzir, sendo necessrio verificar a capacidade de uma determinada mquina em injetar determinado produto ou componente, sabendose a produo requerida e o nmero de cavidades do molde; - quando j existe o molde ou a pea a produzir, sendo necessrio verificar a capacidade de uma determinada mquina em injetar determinado produto ou componente, e determinar a produo requerida e o nmero de cavidades do molde. CARACTERSTICAS PARA ESPECIFICAO DA MQUINA Os catlogos de mquinas injetoras apresentam diversos tipos de informaes. Todas as informaes devem ser atentamente consideradas para que a mquina selecionada atende realmente todas as necessidades do transformador. 44

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Existem, contudo, algumas caractersticas principais, que fornecem dados suficientes para uma primeira seleo, que determina um grupo de mquinas que so avaliadas com maior profundidade posteriormente. Tais caractersticas so: - capacidade de injeo; - capacidade de plastificao; - fora de fechamento; - presso mxima de injeo; - Distncia entre colunas; - Curso de abertura da placa mvel; - Curso de fora de extrao. FORA DE FECHAMENTO Usualmente dada em toneladas (1000 Kgf), esta caracterstica informa qual a mxima fora com a qual a mquina manter o molde travado. Quando a presso mdia na cavidade (durante a injeo) multiplicada pela rea projetada da pea excede fora de fechamento programada, o molde abre e formam-se rebarbas. Quanto maior a presso de injeo utilizada e maior rea projetada da pea, portanto, maior dever ser a fora de fechamento da injetora.

Ff = A.P.sFf = fora de fechamento (kgf). A = rea projetada (cm2). P = presso na cavidade (kgf/cm2 ou bar). s = fator de segurana (1,1 1,4). A presso na cavidade deve ser uma estimativa da presso mdia do material na cavidade, durante a injeo. Esta presso pode ser relacionada com a presso hidrulica da rosca durante a injeo da seguinte forma: devido s perdas de presso no sistema de alimentao, a presso na cavidade varia de 1/3 a 1/2 da presso de injeo, que, por sua vez da ordem de 10 vezes maior do que a presso hidrulica, devido relao de reas internas entre os cilindros hidrulico e de aquecimento (canho). Porm, na etapa de definio da mquina mais adequada para um certo molde, ainda no conhecida a presso hidrulica que seria programada, o que somente definido nos testes preparatrios produo, com o molde j na mquina. Assim, a presso mdia na cavidade deve ser estimada. A forma mais precisa de estimar esta presso, bem como a fora de fechamento, com uma anlise de preenchimento feita em softwares de CAE (Computer Aided Engineering), como o MoldFlow, C-Mold e outros. Outra maneira, bastante usual, so grficos que consideram a viscosidade da resina, a espessura da pea e o comprimento do caminho de fluxo. Como pode se ver na figura, quanto menor a espessura, maior o comprimento de fluxo e maior a viscosidade da resina, maior deve ser a presso de injeo, e consequentemente, a presso na cavidade.

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Determinao da presso na cavidade

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia A rea projetada a rea sobre a qual a presso na cavidade exercer uma fora contrria fora de fechamento. Refere-se projeo da rea de todo o moldado (peas e canais) sobre o plano da linha de separao do molde (superfcie de fechamento). Conseqentemente, para se calcular seu valor preciso saber qual a posio da pea no molde, identificando a linha de separao. Por segurana, necessrio embutir no clculo da fora de fechamento um fator que varia entre 1,1 e 1,4. Este fator dever ser tanto maior quanto mais complexo for o caminho de fluxo do material na cavidade, maior o comprimento dos canais, menor o dimetro dos canais e maior a dificuldade de determinao da presso na cavidade. CAPACIDADE DE INJEO o volume mximo de injeo, ou seja, o volume de material obtido na ponta do cilindro de aquecimento quando do recuo total da rosca plastificadora, considerando o seu fator volumtrico. Ou seja, a quantidade de material que a rosca pode deslocar para dentro do molde a cada ciclo. O transformador precisa que a mquina selecionada tenha capacidade de dosar a quantidade de material necessria para preencher todas as cavidades e o sistema de alimentao do molde, considerando a pressurizao e o recalque. A maioria dos catlogos apresenta os dados de capacidade de injeo em gramas de poliestireno. Por isso, sempre que se quiser determinar uma mquina para transformao de outra resina, preciso converter o dado da mquina ou a capacidade de injeo necessria, levando em considerao a densidade e o fator volumtrico das resinas. Para que possamos obter a capacidade de injeo para outra resina, que no o PS, podemos usar a seguinte converso abaixo. Contudo, recomenda-se que a capacidade de injeo efetivamente utilizada da injetora esteja, por razes de qualidade, entre 30% e 80% da capacidade mxima da injetora, ou seja: 0,3Ci < mm < 0,8Ci, onde mm a massa do moldado (peas mais canais de alimentao).

b fa Ci = Ci a fbb a

Ci = capacidade de injeo (g). = densidade f = fator volumtrico CAPACIDADE DE PLASTIFICAO a quantidade de material que a mquina pode elevar temperatura de moldagem em uma hora. Para especificao de uma mquina, deve-se considerar ainda um fator de segurana igual a 0,8. Ou seja, deve-se especificar uma mquina considerando que a mesma ter um emprego mximo de 80% da sua capacidade nominal. Assim como a capacidade de injeo, a capacidade de plastificao expressa em quilogramas de poliestireno por hora pelos catlogos de mquinas. Logo, se os clculos forem relativos a outra resina, tambm preciso fazer uma correo, que leva em conta as quantidades de calor necessrias para fundir a mesma massa de cada resina.

Cp b = Cp47

PS

.

q PS qb

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Cp = capacidade de plastificao (kg/h). m = massa total do moldado (kg). q = quantidade de calor necessria para plastificar o polmero (kcal/kg). Tabela Caractersticas das resinas termoplsticas Tem Temp. Temp. Densidade Material p. molde extra- mdia a Plstico Inje- (C) o 20C o (C) [g/cm3] (C) PS SB SAN ABS CA CAB PMMA PC PEAD PEBD PP PA PA 6 POM PVCRGIDO

Densidade m- Fator dia na VolumTemp de Inje- trico o [g/cm3] 0,95 0,95 0,99 0,95 1,10 1,08 1,09 1,08 0,74 0,74 0,73 0,98 0,99 1,16 1,12 1,02 0,87 0,95 0,95

Quantidade de calor [kcal/kg]

Difusividade trmica efetiva [mm2 /s]

240 240 240 240 200 200 230 300 260 240 260 280 240 220 190 190 260

10-80 50-80 50-85 40-80 40-80 40-90 80-120 10-60

< 85 < 85 < 90 < 85 < 85 < 95 < 125 < 65

1,05 1,04 1,08 1,05 1,29 1,19 1,18 1,22 0,95 0,92 0,91 1,14 1,14 1,42 1,38 1,38

1,9 2,15 120-150 1,9 2,15 1,8 2,0 2,4 2,2 1,8 2,0 1,75 1,714 1,9 1,84 2,0 1,92 1,96 2,0 2,1 120-150 140-170 124 111 123 300-350 250-300 250-300 300-350

20-60 < 65 20-60 < 65 40-120 < 125 60-120 < 125 20-60 < 65

1,8 2,0 180 2,3 90 2,3 250-300 250-300 250-300

PVCFLEXVEL

PP+ 20% carga PP 30% carga PP 40% carga

20-60 < 65

1,05 1,13 1,23

de + 260 de + 260 de

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia DETERMINAO DO NMERO DE CAVIDADES O projeto do molde deve obedecer a alguns limites que podem estar relacionados com as capacidades mximas da mquina e suas dimenses ou limitaes do custo do molde. Assim, muitas vezes, moldes com um determinado nmero de cavidades podem estar subutilizando uma mquina de grande potencial, ou ainda, podem inviabilizar a utilizao da mesma. Como primeiro passo para o projeto, aconselha-se a determinao do melhor nmero de cavidades, levando-se em conta os limites tcnicos e econmicos que decorrero da escolha. Caso exista uma mquina pr determinada onde ser utilizado o molde que se deseja projetar, conveniente faze-lo de acordo com as suas capacidades, a menos que problemas de viabilidade econmica o impeam. Em relao as capacidades da mquina, deve-se dizer, que uma vez pronto o molde a mquina deve ter capacidade de preenchimento da totalidade das cavidades e canais, a capacidade de injeo, dever ter fora suficiente para suportar os esforos decorrentes da presso de injeo, ou seja, a fora mxima de fechamento, dever ainda ter capaciadade de plastificao, e por ltimo, tambm relaciona com a fora de fechamento, dever o sistema hidrulico ter capacidade suficiente para transmitir ao material uma presso de injeo adequada requerida pela geometria da pea, ou melhor, a presso mxima de injeo. Outro critrio que deve-se considerar so as dimenses mximas permitidas pela mquina, como a distncia entre as colunas, alturas mnimas e mximas para os moldes e os cursos mximos de extrao e abertura. Os critrios tcnicos que devem ser abordados na determinao do nmero de cavidades so: capacidade de injeo, capacidade de plastificao, fora de fechamento e distncia mnimas e mximas em relao a placa de mquina. EM RELAO A CAPACIDADE DE INJEO Deve-se adotar sempre um coeficiente de segurana para a capacidade de injeo, isto , o molde no deve ser projetado para a capacidade mxima da mquina, uma vez que no deslocamento do cilindro de injeo devem estar contabilizados as descompresses (dianteira e traseira), a pressurizao e o recalque. Para fins de clculos, costuma-se utilizar uma capacidade de injeo igual a 80% da capacidade mxima de injeo. CB . S Pp NC = nmero de cavidades CB = capacidade de injeo S = fator de segurana - 0,8 Pp = peso da pea NC = EM RELAO A FORA DE FECHAMENTO Ap mx Ap pea NC = nmero de cavidades em relao a fora de fechamento Appea = rea projetada para uma cavidade NC = 49

CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia Apmax = rea projetada mxima permitida, sendo:

Pc Ff = fora de fechamento [kg] S = fator de segurana Pc = presso na cavidade [kgf/cm2] EM RELAO A CAPACIDADE DE PLASTIFICAO O nmero aproximado de cavidades em relao a capacidade de plastificao relaciona a capacidade de plastificao de material da mquina em um determinado tempo, a produtividade esperada ou necessria por um determinado perodo, e o tempo de ciclo para a moldagem. Cp B .S .Tc NC = 3600.Pp onde, NC = nmero de cavidades possveis em relao a capacidade de plastificao; CpB = capacidade de plastificao convertida [kg/h] S = fator de segurana 0,8 Tc = tempo de ciclo estimado [s] Pp = peso da pea [kg] DETERMINAO DO TEMPO DE CICLO ESTIMADO (Tc) O tempo total de ciclo o somatrio dos tempos de fechamento, abertura, extrao, avano e recuo da unidade de injeo (caso ocorram), molde aberto e molde fechado. Os catlogos de mquinas costumam informar o tempo de ciclo a seco, que compreende os tempos de abertura e fechamento, ou ainda os tempos de extrao e movimento da unidade injetora, segundo normas internacionais. Este dado pode ser utilizado caso no se conhea os tempos dos movimentos acima descritos. Quanto ao tempo de molde aberto, que programado, ele comea a contar a partir do final da extrao (recuo da placa extratora) e dura at o incio do fechamento. Serve para permitir a queda adequada do moldado aps a ao dos elementos extratores. Vrias etapas do ciclo so contadas dentro do tempo de molde fechado: injeo, recalque, plastificao e resfriamento, mas no devem ser somadas. O tempo de molde fechado a soma dos tempos de injeo e resfriamento. Os tempos de injeo e recalque podem ser estimados pela prtica ou por simuladores de fluxo (CAE). O tempo de resfriamento determinado tambm por CAE, ou por grficos ou frmulas. Embora durante o preenchimento da cavidade haja resfriamento (formao de camada solidificada ou casca), o resfriamento mais efetivo de toda a cavidade s se d ao trmino da pressurizao, ou seja, com o incio do recalque. Assim, para efeitos prticos, considera-se que o tempo de resfriamento inicia a contar juntamente com o tempo de recalque. Conseqentemente, o tempo mximo de plastificao igual ao tempo de molde fechado menos os tempos de injeo e recalque. Tambm pode ser equivalente ao tempo de resfriamento menos o tempo de recalque.TC = t resf + t inj + t f ,a ,e

Ap mx =

F f .S

ou50

TC = t plast + t inj + t f ,a ,e


Tc = tempo total de cilo [s] Tinj = tempo de injeo [s] Tresf = tempo de resfriamento [s] tplast = tempo de plastificao [s] tf,a,e = tempo de fechamento, abertura e extrao (ciclo seco) [s]t inj = Pm

Vinj .0,8

onde, Pm = peso de moldagem [g] = peso especfico do material [g/cm3] Vinj = vazo de injeo [cm3/s]t plast = Pm Cp B .0,8

9. ZONAS MOLDANTES

CONTRAO DE TERMOPLSTICOS A variao dimensional das peas injetadas em relao s dimenses do molde depende essencialmente da contrao e do empenamento. A contrao dos termoplsticos , sobretudo, o resultado da expanso e contrao trmica do material durante as fases de injeo, pressurizao, recalque e resfriamento. Assim, os fatores que possam produzir alteraes no volume especfico afetam tambm a contrao. Estes fatores incluem as caractersticas do material, geometria do molde e da pea, e condies de processamento, por exemplo, presso de recalque, tempo e presso de injeo, temperatura do molde e do fundido. Durante a fase de recalque, a presso mantida para permitir fluxo adicional de material para a cavidade. Aps solidificao do ponto de injeo, termina esta fase , tornando-se fixa a massa total da pea. Nesta altura, as variveis termodinmicas (presso, volume especfico e temperatura) podem a ser utilizadas para determinar o grau de distribuio da contrao volumtrica. O empenamento est associado a uma variao de forma e no implica necessariamente uma variao de volume. Em muitos casos, as duas categorias de variao dimensional podem ocorrer simultaneamente. Podem ser definidos trs valores de contrao: contrao de desmoldagem (CD), contrao de moldagem (CM) e ps-contrao (CP). A contrao da moldagem definida pela diferena entre as dimenses do molde frio e as dimenses da pea injetada aps 16 horas de condicionamento em ambiente controlado de temperatura e de umidade:

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CEFET-RS Fundamentos de Projeto de Ferramentas - Prof. Mauro Csar Rabuski GarciaCM = lm l 100% lm

Onde lm a dimenso no molde e l a mesma dimenso na pea aps condicionamento em ambiente controlado. A contrao de desmoldagem a contrao exibida pela pea imediatamente aps a extrao e a ps-contrao a contrao adicional exibida pela pea relativamente contrao de moldagem, que ocorre normalmente em materiais semicristalinos devido ao fenmeno de ps-cristalizao. FATORES DE AFETAM A CONTRAO O MATERIAL Os materiais termplsticos quando processados por injeo sofrem um ciclo termomecnico que engloba o aquecimento e arrefecimento. O processamento feito a uma temperatura acima da

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