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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁPR

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CAMPUS DE CURITIBA

DIRETORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

E DE MATERIAIS - PPGEM

JORGE FRANCISCO DE ARAÚJO

ESTUDO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS DO

POLIPROPILENO MOLDADO POR INJEÇÃO EM

INSERTOS DE RESINAS

MANAUS

FEVEREIRO – 2010




INSERTOS DE RESINAS

Dissertação apresentada como requisito parcial

à obtenção do título de Mestre em Engenharia, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais, Área de Concentração em Engenharia de Manufatura, da Diretoria de Pesquisa e Pós-Graduação, do Campus de Curitiba, da UTFPR.

Orientador: Prof. Neri Volpato, Ph. D.

Co-orientador: Prof. Paulo André de Camargo

Beltrão, Ph. D.

MANAUS

FEVEREIRO – 2010

TERMO DE APROVAÇÃO




INSERTOS DE RESINAS

Esta Dissertação foi julgada para a obtenção do título de mestre em engenharia,

área de concentração em Engenharia de Manufatura, e aprovada em sua forma final

pelo Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais.

______________________________

Prof. Giuseppe Pintaúde, Dr.Eng. (UTFPR)

Coordenador de Curso

Banca Examinadora

_______________________________ __________________________________

Prof. Gilberto García del Pino, Dr.Eng. Prof. Marcos F. de O. Schiefler F., Dr.Eng. (UEA) (UTFPR)

_______________________________ __________________________________

Prof. Neri Volpato, Ph. D. Prof. Paulo A. de Camargo Beltrão, Ph. D. (UTFPR) (UTFPR)

Manaus, 25 de fevereiro de 2010

Dedico a minha família: pais, esposa,

filhos, neta e nora; aos meus amigos e a todos

que contribuíram para a conclusão deste Trabalho.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, pela minha saúde e a de meus familiares, pela

oportunidade e perseverança na busca do alcance dos objetivos.

Agradeço muito à minha amada esposa Izete, meus adorados filhos Fábio, Nelson e

Luma, minha adorada neta Nicole e minha estimada nora Roseli, pelo apoio e

compreensão nos momentos de dificuldades durante os estudos.

Ao meu orientador, Professor Neri Volpato, pelo apoio e dedicação na condução da

pesquisa, na elaboração e execução das idéias na realização dos trabalhos. Ao meu

co-orientador, Professor Paulo André de Camargo Beltrão, pela ajuda e apoio no

direcionamento das idéias para a realização da pesquisa.

Aos colegas do SENAI-AM, Arlindo, Rodson, Teodório, Ivana, José Carlos Silva, Ana

Cláudia, Zildete, Delfino, Paula, Geraldo, Juan, Cláudio, Sílvio, Henrique, Edy,

Risolda, Elcimar, Williams, Halisson, Daniel, Lucia, Everaldo, Arione, Ilmar e

Delcimar pelo apoio nesta caminhada, em particular aos Srs. Maruoka e Aldemurpe,

Diretores Regional do SENAI-AM.

À UTFPR pela disponibilidade de recursos, aos Professores pela dedicação na

condução do Mestrado e aos colegas Chayene, David, Wilson, Júlio, Victor e Prof.

Foggiatto, pela cooperação e apoio durante o desenvolvimento da pesquisa.

Aos colegas do Mestrado, Cristovão, Sansone, Benedito, Carlão, Aurélio, Laurence,

Orlando, Rodson, Batista, Belo, Ribamar e Emanuel, pelo apoio durante o curso.

Aos colegas do SENAI-SP, Fábio e Kleber, à Escola Mario Amato e à Fundação

Rede Amazônica, aos Srs. Roberto e Raine pela a realização dos ensaios, ao Prof.

Gilberto da UEA pelo apoio.

À Coordenação do MINTER Manaus, Profs. Vicente, Pinheiro, Gutenbergue,

Secretária Maira e às Estagiárias, pela condução do programa e apoio dispensado

aos Mestrandos.

Agradeço do fundo do meu coração a todos aqueles que não foram citados, mas

que contribuíram direta ou indiretamente para a conclusão deste trabalho.

Este trabalho foi desenvolvido no programa de Mestrado Interinstitucional – MINTER

entre a UTFPR e o IFAM, que recebeu financiamento da Coordenação de

Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES – através do projeto ACAM

1379/2006 e da Superintendência da Zona Franca de Manaus – SUFRAMA –

através do convênio 084/2005.

O autor deste trabalho foi bolsista do PROGRAMA RH-INTERINSTITUCIONAL da

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado ao Amazonas - FAPEAM – no ano de

2009.

Nossos sinceros agradecimentos pelo apoio recebido.

vii

JORGE FRANCISCO DE ARAÚJO, ESTUDO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS

DO POLIPROPILENO MOLDADO POR INJEÇÃO EM INSERTOS DE RESINAS,

2010, Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em

Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná,

Manaus, 107 p.

RESUMO

A fabricação de moldes-protótipos para a injeção de plástico através da usinagem de

materiais alternativos (resinas poliméricas), com o auxílio de sistema

CAD/CAM/CNC, visa à obtenção de protótipo funcional a um custo e tempo

reduzidos. Esta alternativa auxilia no Processo de Desenvolvimento de Produtos

(PDP), pois permite a realização de testes de engenharia e a análise da forma final

do produto, antes de construir a ferramenta definitiva. Observa-se que são poucas

as informações sobre as propriedades dos materiais injetados em moldes de resina

que garantam o uso das mesmas no desenvolvimento de novos produtos ou na

produção de pequenos lotes de protótipos. Neste trabalho, foram realizados testes

de injeção de Polipropileno (PP) H301 e ensaios mecânicos de tração, impacto e

dureza, em corpos de prova injetados em moldes de resinas RenCast 6470 e

RenShape 5166. As propriedades destes foram comparadas com as de corpos de

prova injetados em moldes de aço. A idéia é analisar se houve alguma alteração

significativa nas propriedades do moldado quando injetados em moldes de resina.

Adicionalmente, pretende-se auxiliar na composição de um banco de dados que vem

sendo desenvolvido pelo Núcleo de Prototipagem e Ferramental (NUFER) da

Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), facilitando o uso destes

materiais na fabricação de insertos para moldes. Os resultados obtidos mostraram

variações permitidas dentro das especificações fornecidas em literatura e em outras

pesquisas realizadas. Desta forma, os materiais em estudo podem ser usados como

uma opção viável para a confecção de moldes-protótipos, reduzindo tempo e custo

de fabricação.

Palavras-chave: Ferramental Rápido; Moldes-Protótipos; Protótipo; Injeção de

Plástico.

viii

JORGE FRANCISCO DE ARAÚJO, ESTUDO DE PROPRIEDADES MECÂNICAS

DO POLIPROPILENO MOLDADO POR INJEÇÃO EM INSERTOS DE RESINAS,

2010, Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em

Engenharia Mecânica e de Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná,

Manaus, 107 p.

ABSTRACT

The manufacturing of prototype mold for plastic injection through milling of alternative

materials, with the aid of CAD/CAM/CNC systems, aims to obtain functional

prototype with a reduced cost and time. This alternative aids the product

development process, because permits the realization of engineering tests and the

analysis of the final form of the product, before to build the permanent tool. Few

information is available about the materials properties injected in the resin mold that

assure the use of them in the new product development or in the small lot production.

In this project were made tests of injection with polypropylene (PP) H301 and after

mechanical tests such as: traction, impact, and hardness using body-tests injected in

resin molds RenCast 6470 and RenShape 5166. The properties of these materials

were compared with the PP property injected in steel molds. The idea is to examine if

there was any significant change in the properties of the material when injected in

resin casts. Additionally, it intends to help the composition of a data base that has

been developed by the Prototyping and Tooling Group (NUFER) of the Federal

University of Technology - Paraná (UTFPR), facilitating the use of these materials for

the insert mold manufacturing. The results showed variations permitted inside the

specifications supplied by literature and another research. In this way, the studied

materials can be used as an option for manufaturing of injection molds, reducing time

and cost.

Keywords: Rapid Tooling; Prototype Molds; Prototype; Plastic Injection.

ix

SUMÁRIO

RESUMO................................................................................................................... vii

ABSTRACT .............................................................................................................. viii

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. xi

LISTA DE TABELAS ................................................................................................ xiii

LISTA DE EQUAÇÕES ............................................................................................. xv

LISTA DE SIGLAS.................................................................................................... xvi

1� INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1�1.1� Oportunidade de pesquisa .......................................................................................................3�1.2� Justificativa ...............................................................................................................................4�1.3� Objetivos da pesquisa ..............................................................................................................5�

1.3.1� Objetivo geral .......................................................................................................................5�1.3.2� Objetivos específicos ............................................................................................................5�

1.4� Estrutura de desenvolvimento do trabalho ...............................................................................6�2� FABRICAÇÃO DE MOLDE-PROTÓTIPO E CARACTERÍSTICAS DO MOLDADO .................................................................................................................. 7�

2.1� Prototipagem rápida .................................................................................................................7�2.2� Ferramental rápido ...................................................................................................................8�2.3� Molde de injeção de plástico ................................................................................................. 10�

2.3.1� Sistema de alimentação da cavidade ................................................................................ 11�2.3.2� Sistema de extração .......................................................................................................... 13�2.3.3� Refrigeração do molde ...................................................................................................... 13�

2.4� Porta-molde ........................................................................................................................... 14�2.5� Máquina injetora .................................................................................................................... 16�2.6� Processo de injeção .............................................................................................................. 17�2.7� Polímeros .............................................................................................................................. 20�

2.7.1� Classificação ..................................................................................................................... 21�2.7.2� Características ................................................................................................................... 22�2.7.3� Polipropileno ...................................................................................................................... 24�

2.8� Resinas poliméricas comerciais para fabricação de insertos ............................................... 26�2.9� Características e efeitos do processo de injeção nas propriedades dos moldados ............. 31�2.10� Ensaios mecânicos dos materiais ......................................................................................... 37�

2.10.1� Ensaio de resistência a tração .......................................................................................... 38�2.10.2� Ensaio de resistência ao impacto ...................................................................................... 41�2.10.3� Ensaio de dureza ............................................................................................................... 43�

2.11� Discussão da literatura .......................................................................................................... 45�3� Materiais e métodos ........................................................................................... 46�

3.1� Corpos de prova .................................................................................................................... 47�3.2� Geometria dos insertos ......................................................................................................... 47�3.3� Seleção das resinas para confecção dos insertos ................................................................ 49�3.4� Processo de usinagem dos insertos ..................................................................................... 50�

x

3.5� Polímero para injeção ........................................................................................................... 54�3.6� Injeção dos corpos de prova ................................................................................................. 54�3.7� Ensaios mecânicos nos corpos de prova .............................................................................. 57�

3.7.1� Ensaio de resistência a tração .......................................................................................... 57�3.7.2� Ensaio de resistência ao impacto ...................................................................................... 58�3.7.3� Ensaio de dureza ............................................................................................................... 60�

4� RESULTADOS E DISCUSSÕES ........................................................................ 61�4.1� Teste de usinagem ................................................................................................................ 61�4.2� Usinagem dos insertos .......................................................................................................... 62�4.3� Montagem dos insertos no porta-molde ................................................................................ 62�4.4� Injeção dos corpos de prova ................................................................................................. 63�4.5� Ensaios de resistência à tração ............................................................................................ 63�4.6� Ensaio de resistência ao impacto .......................................................................................... 68�4.7� Ensaio de dureza................................................................................................................... 70�

5� CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................... 73�5.1� Considerações finais ............................................................................................................. 73�5.2� Conclusões ............................................................................................................................ 74�5.3� Sugestões para trabalhos futuros ......................................................................................... 76�

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 77�APÊNDICE A – MATÉRIA-PRIMA PARA FABRICAÇÃO DOS INSERTOS ............. 83�APÊNDICE B- FOLHA DE OPERAÇÃO DE USINAGEM DOS INSERTOS ............. 84�APÊNDICE B - FOLHA DE OPERAÇÃO DE USINAGEM DOS INSERTOS ............ 85�ANEXO A – MÉTODO DA INJEÇÃO PROGRESSIVA ............................................. 86�ANEXO B – BOLETIM TÉCNICO BRASKEM 2009 .................................................. 88�

xi

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Etapas do processo de manufatura por camada (VOLPATO et al., 2005). ............................................................................................................................. 8�

Figura 2.2 - Molde de injeção destacando os insertos ................................................ 9�

Figura 2.3 - Apresentação esquemática do plástico penetrando............................... 10�

Figura 2.4 - Bucha de injeção (HARADA, 2004). ...................................................... 11�

Figura 2.5 - Sistema de alimentação (HARADA, 2004). ............................................ 12�

Figura 2.6 - Extração por placa impulsora (HARADA, 2004)..................................... 13�

Figura 2.7 - Refrigeração do molde (HARADA, 2004). .............................................. 14�

Figura 2.8 - Molde de injeção de plástico (HARADA, 2004). ..................................... 14�

Figura 2.9 - Modelo 3D do porta-molde padrão (VOLPATO et al., 2006). ................. 16�

Figura 2.10 - Injetora com as unidades de injeção e fechamento (SENAI – SP, 2006). ........................................................................................................................... 16�

Figura 2.11 - Representação esquemática do ciclo de injeção ................................. 17�

Figura 2.12 - Reação química no preparo do PP (HARPER, 2000). ......................... 25�

Figura 2.13 - Teste de usinagem em Resina RenShape 5166 (DERENIEVICKI, 2007). ................................................................................................................. 28�

Figura 2.14 - Gradiente de pressão conforme simulação .......................................... 32�

Figura 2.15 - Estrutura esferulítica de peças de PP moldadas em ........................... 36�

Figura 2.16 - Corpo de prova de tração (NBR 9622, 1986). ...................................... 38�

Figura 2.17 - Diagrama tensão/deformação de corpos de prova em PP ................... 40�

Figura 2.18 - Dimensões do corpo de prova – tipo IZOD (NBR 8425, 1984). ........... 42�

Figura 2.19 - Localização dos pontos submetidos ao ensaio de dureza ................... 44�

Figura 3.1 - Fluxo dos materiais e métodos utilizados no trabalho............................ 46�

Figura 3.2 - Inserto da parte superior do molde. ...................................................... 47�

Figura 3.3 - Inserto da parte inferior do molde (cavidade). ........................................ 48�

Figura 3.4 - Teste de usinagem em resina RenCast 6470. ....................................... 50�

Figura 3.5 - Simulação de usinagem dos insertos. .................................................... 51�

Figura 3.6 - Centro de usinagem Cincinnati .............................................................. 52�

Figura 3.7 - Usinagem dos insertos (DAMEC, 2009). ............................................... 52�

Figura 3.8 - Injetora de plástico HAITIAN HTF58X (NUFER/DAMEC, 2009). ........... 55�

Figura 3.9 - Corpo de prova injetado em PP. ............................................................ 56�

Figura 3.10 - Ensaio de tração em corpo de ............................................................. 58�

Figura 3.11 - Desenho de corpo de prova usado no ensaio de impacto. .................. 59�

xii

Figura 3.12 - Local grifado de vermelho onde ........................................................... 59�

Figura 3.13 - Ensaio de impacto em corpo de ........................................................... 59�

Figura 3.14 - Ensaio de dureza em corpo ................................................................. 60�

Figura 3.15 - Posição dos pontos de medição de dureza Shore D. .......................... 60�

Figura 4.1 - Inserto usinado (DAMEC, 2009). ........................................................... 62�

Figura 4.2 - Montagens dos insertos e do molde. ..................................................... 63�

Figura 4.3 - Exemplos de corpos de prova injetado em PP. ..................................... 63�

Figura 4.4 - Corpos de prova de PP injetados em ..................................................... 64�

Figura 4.5 - Gráfico de tensão x deformação de ensaios .......................................... 64�

Figura 4.6 - Corpos de prova de PP injetados em moldes de ................................... 65�

Figura 4.7 - Gráfico de tensão x deformação de ensaios em .................................... 65�

Figura 4.8 - Corpos de prova de PP injetados em moldes ........................................ 66�

Figura 4.9 - Gráfico de tensão x deformação de ensaios em corpos ........................ 66�

Figura 4.10 - Gráfico de tensão na força máxima em peças injetada em ................. 67�

Figura 4.11 - Gráfico de módulo de elasticidade em peças injetada em ................... 67�

Figura 4.12 - Gráfico comparativo de peças injetadas em moldes ............................ 70�

Figura 4.13 - Ensaios de dureza de corpos de prova de PP, injetados em ............... 71�

xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Características físicas e de transformação dos termoplásticos mais conhecidos (HARADA, 2004) ............................................................................. 23�

Tabela 2.2 - Contração de materiais termoplásticos mais utilizados (HARADA, 2004) ........................................................................................................................... 24�

Tabela 2.3 - Propriedades do polipropileno H 301 (BRASKEM, 2009) ..................... 25�

Tabela 2.4 - Dados técnicos da resina RenCast 6470 (HUNTSMAN, 2003) ............. 26�

Tabela 2.5 - Dados técnicos da resina RenSape 5166 (HUNTSMAN, 2003) ............ 27�

Tabela 2.6 - Propriedades de algumas resinas testadas por (VOLPATO et al., 2003) ........................................................................................................................... 28�

Tabela 2.7 - Rugosidade média Ra (µm) obtida com velocidade de corte (Vc) em m/min. ................................................................................................................ 29�

Tabela 2.8 - Parâmetros de injeção para o PP a 170 ºC - 1ª etapa (FOGGIATTO, 2005) .................................................................................................................. 31�

Tabela 2.9 - Parâmetros de injeção para o PP a 205 ºC - 2ª etapa (FOGGIATTO, 2005) .................................................................................................................. 32�

Tabela 2.10 - Parâmetros de injeção para o PP (AHRENS et al., 2002) ................... 33�

Tabela 2.11 - Propriedades obtidas do ensaio de tração .......................................... 39�

Tabela 2.12 - Valores médios de módulo de elasticidade e resistência a tração para corpos de prova em PP injetado em inserto de aço e ABS (FOGGIATTO, 2005) ........................................................................................................................... 40�

Tabela 2.13 - Média das variações de dureza Shore D, nos pontos do corpo de prova (AHRENS et al., 2002) ............................................................................. 44�

Tabela 3.1 - Parâmetros de corte na usinagem ........................................................ 50�

Tabela 3.2 - Dados de usinagem do inserto superior ................................................ 53�

Tabela 3.3 - Dados de usinagem do inserto inferior (cavidade) ................................ 53�

Tabela 3.4 - Injeção de corpos de prova em PP de: tração, impacto e dureza ......... 56�

Tabela 4.1 - Rugosidade Ra (µm) ............................................................................. 61�

Tabela 4.2 - Resultado dos ensaios de tração em corpos de prova de PP injetados em moldes de aço 1045 ..................................................................................... 64�

Tabela 4.3 - Resultados dos ensaio de tração em corpos de prova de PP injetados em moldes de Resina RenCast 6470 ................................................................. 65�

Tabela 4.4 - Resultados dos ensaio de tração em corpos de prova de PP injetados em moldes de resina RenShape 5166 ............................................................... 66�

Tabela 4.5 - Resultados dos ensaios de impacto em corpos de prova de PP injetado em molde de aço ................................................................................................ 69�

xiv

Tabela 4.6 - Resultados ensaios de impacto em corpos de prova de PP injetado em molde de resina RenCast 6470 .......................................................................... 69�

Tabela 4.7 - Resultados dos ensaios de impacto em corpos de prova de PP injetado em molde de resina RenShape 5166 ................................................................. 69�

Tabela 4.8 - Resultados dos ensaios de dureza Shore D ......................................... 71�

xv

LISTA DE EQUAÇÕES

Eq. 2.1. ...................................................................................................................... 18�

Eq. 2.2. ...................................................................................................................... 18�

Eq. 2.3. ...................................................................................................................... 19�

Eq. 2.4. ...................................................................................................................... 29�

Eq. 2.5. ...................................................................................................................... 29�

Eq. 2.6. ...................................................................................................................... 30�

xvi

LISTA DE SIGLAS

2D - Bidimensional

3D - Tridimensional

ABNT - Associação Brasileira de Normas técnicas

ABS - Acrilonitrila Butadieno Estireno

AFNOR - Association Française de Normalisation

AISI - American Iron and Steel Institute

ASTM - American Standards for Testing and Materials

Bar - Unidade de Pressão

BS - British Standards

CA - Acetato de Celulose

CAB - Aceto-Butirato de Celulose

CAD - Projeto Auxiliado por Computador (Computer Aided Design)

CAM - Manufatura Auxiliada por Computador (Computer Aided Manufacturing)

CIP - Centro e Injeção Plástica

CNC - Comando Numérico Computadorizado (Computer Numeric Control)

DIN - Deutschs Institut für Normung

DP - Grau de polimerização (Degree of polymerization)

DSC - Calorimetria Diferencial de Varredura

FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas

FDM - Modelagem por Fusão e Deposição

ISO - International Organization for Standardization

KN - Kilo Newton

MF - Melamina-Formaldeído

MINTER - Mestrado Interinstitucional

xvii

NBR - Norma Brasileira Registrada

NUFER - Núcleo de Prototipagem e Ferramental

PA - Poliamida

PBT - Poli(tereftalato de butileno)

PC - Policarbonato

PDP - Processo de Desenvolvimento de Produto

PE - Polietileno

PEAD - Polietileno alta densidade

PEBD - Polietileno Baixa densidade

PF - Fenol-Formaldeído

PIM - Pólo Industrial de Manaus

PMMA - Polimetilmetacrilato

POM - Polioximetileno (acetal)

PP - Polipropileno

PS - Poliestireno

PVC - Cloreto de Polivinila

RMN - Ressonância Magnética Nuclear

RP - Prototipagem Rápida (Rapid Prototyping)

rpm - Rotação por minuto

RT - Ferramental Rápido (Rapid Tooling)

s - Segundo

SAE - Society of Automotive Engineers

SAN - Acrilonitrilo-Estireno

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

SINPLAST - Sindicato das Indústrias de Material Plástico de Manaus

xviii

STL - STereoLithography

SUFRAMA - Superintendência da Zona Franca de Manaus

UEA - Universidade do Estado do Amazonas

UF - Uréia-Formaldeído

UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina

UP - Poliéster

UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Capítulo 1 Introdução 1

1 INTRODUÇÃO

O avanço tecnológico do setor industrial vem ocorrendo de uma forma muito

rápida com o passar dos tempos. Diante desta evolução as empresas estão sempre

buscando novas idéias para atender as necessidades exigidas pela demanda,

oferecendo produtos com maior qualidade.

Para acompanhar essa evolução, é necessário o estudo de metodologias que

apresentem novas alternativas no desenvolvimento de produtos, na busca pela

redução de custos, melhoria da qualidade, redução do prazo de produção e outros

fatores que são fundamentais para a sobrevivência das empresas (SILVA, 2001).

O uso de protótipos físicos no Processo de Desenvolvimento de Produtos

(PDP), é uma opção que possibilita atingir reduções neste processo e aumenta a

qualidade do projeto, pois os mesmos mostram uma visão geral do que se pretende

produzir (YAN e GU, 1996).

Segundo CARVALHO e VOLPATO (2007), o protótipo de um produto ou

componente é parte essencial no PDP, pois possibilita que a análise de sua forma e

funcionalidade seja feita em uma fase anterior à produção de ferramental definitivo.

Historicamente, as representações físicas dos produtos (ou simplesmente

protótipos) vêm sendo utilizadas desde a antiguidade, evoluindo de manuais, que

ainda são bastante utilizados, para protótipos virtuais nos anos 80, com a

disseminação do sistema CAD (Projeto Auxiliado por Computador – Computer Aided

Design), e mais recentemente, com os protótipos físicos obtidos por Prototipagem

Rápida (RP). Outra possibilidade é o uso de Ferramental Rápido (RT) (AMORIM,

2006 e DERENIEVICKI, 2007).

A RP é um processo de fabricação por adição de material em camadas planas

sucessivas, baseado no princípio de manufatura por camadas planas (DOLENC e

MÄKELÄ, 1996).

Conforme CARVALHO e VOLPATO (2007), um grande diferencial da RP em

relação aos demais processos de adição é a facilidade de sua automatização,

dispensando moldes e ferramentas e diminuindo a intervenção do operador durante

o processo.


As tecnologias de RT utilizam o princípio da RP para a fabricação de

ferramental, sendo uma extensão natural desta. No caso da injeção de plástico são

confeccionados as partes moldantes do molde, conhecidas como insertos. Estes

moldes são normalmente denominados de moldes-protótipos, são empregados para

obtenção de protótipos funcionais, onde os produtos moldados podem ser

empregados em análises visuais ou em testes de funcionamento, possibilitando não

só a visualização da forma física, mas também de uma análise do desempenho do

produto (GIBSON et al., 2007).

Esse molde quando feito em aço tem um custo muito alto e o tempo de

produção muito longo, o que muitas vezes inviabiliza o investimento para a produção

do mesmo.

Os protótipos injetados também podem ser usados em testes de engenharia,

obtendo uma leitura real das propriedades adquiridas após o processo de

manufatura do mesmo (VOLPATO et al., 2006).

Uma opção para se obter moldes-protótipos é por meio do processo de

usinagem com auxílio dos sistemas CAD/CAM/CNC (Computer Aided

Manufacturing/Computer Numeric Control), na produção de insertos (macho e

cavidade) para moldes com material de baixo custo (KING e TANSEY, 2002).

O uso de resinas poliméricas a base de epóxi ou poliuretano na fabricação de

insertos para moldes é uma opção importante, uma vez que o custo das mesmas e

as suas características de fabricação são relevantes no custo total dos protótipos e

no tempo de obtenção dos mesmos (VOLPATO et al., 2006).

Neste sentido, pode-se afirmar que um dos pontos importantes é a

identificação de materiais alternativos (resinas poliméricas) para a fabricação de

insertos, para serem usados em moldes-protótipos. Alguns trabalhos nesta área já

foram realizados, mas observa-se que não foi dada muita ênfase para as

propriedades dos materiais moldados.

VOLPATO et al. (2006) apresentaram uma proposta de um banco de dados

para auxiliar na seleção de materiais para moldes-protótipos obtidos por usinagem.

Segundo os mesmos autores, a geração dos dados para alimentar o banco de

dados deve provir de testes práticos dos pares de material (inserto e moldado), o


que significa uma quantidade grande de experimentos. Uma proposta seria dividir

esta tarefa por vários grupos de pesquisas de instituições interessadas no tema.

Este banco de dados está sendo desenvolvido pelo NUFER - Núcleo de

Prototipagem e Ferramental, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná -

UTFPR.

Entretanto, tão importante quanto conhecer as propriedades das resinas que

serão usadas na confecção dos moldes-protótipos e para qual polímeros podem ser

empregada, é o conhecimento das propriedades dos moldados. Isso por que é por

meio destes dados que se pode afirmar se um determinado material serve para a

fabricação de molde-protótipo, ou para a produção de protótipos para testes

funcionais.

1.1 Oportunidade de pesquisa

A utilização de moldes-protótipos no desenvolvimento de produtos injetados,

tem o propósito de reduzir custo e o tempo de produção de protótipos físicos para

testes de engenharia que irão ajudar na concepção do produto, antes da construção

da ferramenta definitiva.

Na atualidade, vários materiais são utilizados na fabricação de moldes-

protótipos. Os materiais metálicos que, de acordo com suas propriedades, são mais

resistentes que os materiais poliméricos, no entanto, são mais difíceis e demorados

para se trabalhar. Outra opção é o uso de resinas poliméricas a base de epóxi ou

poliuretano, que são oferecidas no mercado para fabricação de insertos (macho e

cavidade). Estas, apesar de uma resistência menor, possibilitam uma fabricação

rápida dos insertos.

Pesquisas realizadas anteriormente deram muita ênfase para as características

técnicas dos materiais do inserto e na identificação de pares de materiais

compatíveis para o processo de injeção. Neste trabalho, busca-se o conhecimento

sobre as propriedades dos produtos moldados em moldes-protótipos de resinas. A

idéia é analisar, por meio experimental, se é possível confiar nas peças injetadas e


verificar se são encontradas variações significativas que possam influenciar nos

testes funcionais.

1.2 Justificativa

Os fatores custo e tempo no PDP têm influencia direta no custo final do

produto. O emprego de moldes-protótipos feitos de resinas tem como objetivo

reduzir estes fatores. No entanto, existe a necessidade de mais informações sobre

as propriedades dos produtos moldados quando injetados em moldes de resinas.

Para a obtenção de um produto que vai ser produzido pelo processo de

injeção, é necessário a disponibilidade de um molde de injeção, com as

características de uma ferramenta de produção, que seja compatível com a

quantidade de peças a ser produzida durante a sua vida útil.

No Pólo Industrial de Manaus (PIM), segundo o Sindicato das Indústrias de

Material Plástico de Manaus (SINPLAST), tanto o pólo de duas rodas quanto o de

eletro-eletrônico demandam produtos transformados pelo processo de injeção de

termoplástico. Entretanto, na concepção de um novo produto as empresas não

utilizam moldes-protótipos no PDP.

O PIM possui 83 empresas de injeção de plástico, produzindo 80 ton/ano, com

1200 máquinas injetoras em operação cada qual com capacidade de fechamento

variando entre 50 a 2500 toneladas. Os polímeros mais processados são:

Polipropileno (PP), Acrilonitrila Butadieno Estireno (ABS), Poliestireno (PS) e Cloreto

de Polivinila (PVC) (SINPLAST, 2009).

De uma forma mais geral, os dados obtidos com este estudo poderão ser

inclusos no banco de dados que vem sedo desenvolvido pelo NUFER. Pretende-se

assim agregar mais informações para o conhecimento científico na área, servindo de

base para o desenvolvimento de novas pesquisas, assim como podendo-se ser

utilizados pelas empresas no seu PDP.


1.3 Objetivos da pesquisa

1.3.1 Objetivo geral

Estudar as propriedades mecânicas em peças de PP H301 por meio de

ensaios de tração, impacto e dureza, produzidas pelo processo de injeção em

moldes de resinas poliméricas (RenCast 6470 e RenShape 5166) e em moldes de

aço ABNT 1045, fabricados com auxílio de sistemas CAD/CAM/CNC.

1.3.2 Objetivos específicos

� Fazer testes de injeção usando combinações de materiais poliméricos

(insertos e peça a ser injetada) que ainda não foram estudados;

� Definir os parâmetros de injeção do PP em relação aos insertos de resinas

tais como: temperatura de injeção, força de fechamento, tempo do ciclo de injeção,

tempo de resfriamento, velocidade e tempo de recalque, velocidade, pressão e

tempo de injeção;

� Realizar ensaios mecânicos nos corpos de provas injetados em

polipropileno, tantos nos moldes de resinas como de aço;

� Comparar as propriedades obtidas com as peças injetadas em moldes de

aço e de resinas;

� Ampliar as informações sobre as características técnicas do material injetado

em moldes-protótipos, fabricado pelos sistemas CAD/CAM/CNC, agregando mais

informações ao banco de dados do NUFER.


1.4 Estrutura de desenvolvimento do trabalho

O trabalho foi estruturado em cinco capítulos. No primeiro capítulo é feita a

contextualização do assunto apresentando, a oportunidade da pesquisa, a

justificativa e os objetivos propostos.

No segundo capítulo consta uma revisão bibliográfica sobre as metodologias

de fabricação de ferramental rápido, materiais, moldes e injeção de plástico, que

fundamentou o desenvolvimento do trabalho.

O terceiro capítulo apresenta os materiais e métodos utilizados na realização

do trabalho para atingir os objetivos.

No quarto capítulo é apresentado a descrição das atividades desenvolvidas, os

resultados obtidos, as discussões e opiniões sobre os resultados.

No quinto capítulo são apresentados as considerações finais, conclusões, as

contribuições provenientes dos resultados obtidos e as sugestões para trabalhos

futuros.

Capítulo 2 Fabricação de molde-protótipo e características do moldado

7

2 FABRICAÇÃO DE MOLDE-PROTÓTIPO E CARACTERÍSTICAS

DO MOLDADO

Neste capítulo são apresentadas, por meio de uma revisão bibliográfica, as

tecnologias empregadas na obtenção de moldes-protótipos para a produção de

protótipos pelo processo de injeção de plástico e os materiais usados na confecção

dos mesmos. Por fim, abordam-se aspectos relacionados à variação das

propriedades mecânicas dos moldados obtidos neste tipo de molde.

2.1 Prototipagem rápida

Os principais processos de fabricação mecânicos possuem princípios

normalmente derivados de: fusão e posterior moldagem do material (fundição),

remoção de material até ficar na forma desejada (usinagem), conformação, gerando

a geometria final da peça (deformação plástica) e adição de material (junção).

No final da década de 80, um novo processo de fabricação foi desenvolvido

baseado na adição de material, denominado Prototipagem Rápida (RP), com a

característica de este ser por adição de camadas planas (CARVALHO e VOLPATO,

2007).

Um grande diferencial deste, em relação aos demais processos de fabricação é

a facilidade de sua automatização, dispensando molde e ferramentas, minimizando a

intervenção do operador durante o processo. Isto se tornou possível, pelo fato de

que as informações geométricas da peça a ser fabricada são geradas diretamente

do sistema CAD 3D (Tridimensional), passando para uma geometria 2D

(Bidimensional) de forma automatizada (CARVALHO e VOLPATO, 2007).

A RP inicia com modelo em 3D no sistema CAD, que é salvo em formato

padrão, sendo fatiado eletronicamente, obtendo as curvas de níveis 2D que definirão

em cada camada aonde existe ou não material a ser adicionado (Figura 2.1).


8

Figura 2.1 - Etapas do processo de manufatura por camada (VOLPATO et al., 2005).

Segundo FERREIRA (2003), a tecnologia de RP pode ser empregada para

validar a fase de desenvolvimento de novos produtos ou na produção de pequenas

quantidades de peças, tendo-se em vista que os processos de RP ainda são muito

lentos e limitados nas técnicas.

Apesar da tecnologia de RP ser considerada lenta mesmo assim pode-se tirar

proveitos dos processos que possibilitam uma flexibilidade para lidar com pequenos

lotes de peças e rápidas mudanças no produto independentemente da complexidade

da forma (GIBSON et al., 2007).

O emprego das tecnologias de RP para a obtenção de moldes-protótipos deu

origem à área denominada de Ferramental Rápido (RT). O RT engloba os processos

de fabricação adequados para construir moldes-protótipos, em um tempo reduzido

(KING e TANSEY, 2002).

2.2 Ferramental rápido

Os processos de RT se concentram na obtenção de insertos de um molde

(macho e cavidade), que juntos formam o vazio a ser ocupado pelo material da peça

a ser injetada.

Em alguns casos, somente os insertos são requeridos para se produzir às

peças, pois os esforços envolvidos no processo são baixos (exemplo cavidades

preenchidas por gravidades). Em outros, de acordo com AHRENS e VOLPATO

(2007), os insertos necessitam ser montados em um porta-molde, preparado para


9

receber os mesmos antes de serem submetidos ao processo de fabricação (Figura

2.2).

Figura 2.2 - Molde de injeção destacando os insertos (macho e cavidade) (AHRENS e VOLPATO, 2007).

Ainda segundo AHRENS e VOLPATO (2007), em função da tecnologia estar

em constante desenvolvimento, existem inúmeros processos de RT ainda em fase

de desenvolvimento indisponíveis comercialmente, além de outros já consagrados.

A quantidade e a qualidade dos protótipos moldados são os principais fatores

que definem o processo de RT a ser utilizado, podendo estes serem realizados com

materiais alternativos ou similares ao material final. Nesse sentido, observa-se que

os processos de RT complementam a RP, sendo utilizados no desenvolvimento de

produto quando se deseja obter protótipos para testes funcionais de engenharia

(AHRENS e VOLPATO, 2007).

Os insertos (macho e cavidades) de um molde-protótipo podem ser fabricados

em resinas tanto pelos processos de RP quanto pela usinagem CNC (YANG e RYU,

2001, LANZ et al., 2002 e VOLPATO e DERINIEVICKI, 2005). Tanto a RP quanto a

usinagem CNC são empregadas na fabricação apenas do macho e da fêmea, que

são montados em um porta-molde formando assim a ferramenta para a injeção dos

protótipos.


10

Uma diferença básica entre um molde-protótipo e um molde de produção é que

o primeiro serve para injetar uma pequena quantidade de peças e o outro para

produção em larga escala.

2.3 Molde de injeção de plástico

O molde de injeção é uma ferramenta capaz de produzir moldagens. Sua

cavidade ou cavidades contêm as formas e dimensões do produto desejado. O

molde é colocado na máquina injetora e recebe, em sua cavidade, o plástico

fundido, que é levado para seu interior por pressão exercida sobre o mesmo (Figura

2.3).

Figura 2.3 - Apresentação esquemática do plástico penetrando

na cavidade (SENAI – SP, 2000).

Existem diferentes tipos de moldes, que são projetados de acordo com as

peças que se deseja produzir e de variáveis como material, tamanho, nível de

qualidade e número de cavidades. Quando a cavidade estiver a parede

perpendicular a linha de separação do molde deve existir uma conicidade adequada

em torno de 1º, para facilitar a extração do produto.

De acordo com HARADA (2004), os moldes podem ser classificados em três

tipos:


11

� De duas placas: constituído essencialmente de uma cavidade fêmea e outra

com um punção macho;

� De três placas: apresentando além das duas placas já conhecidas uma

terceira placa denominada de placa flutuante ou central;

� Com partes móveis: que em sua cavidade ou em parte delas apresentam

elementos que se movem em uma segunda direção, geralmente denominadas de

gavetas.

Podem ser classificados de acordo com sistema de alimentação e com o

sistema de extração, esses dois sistemas são influenciados: pela forma do produto,

material a ser injetados e pela máquina injetora. A refrigeração do molde também

tem um papel muito importante no processo de injeção de peças plásticas.

2.3.1 Sistema de alimentação da cavidade

Todo o percurso do material plástico fundido, desde a máquina injetora até a

cavidade do molde, é composto pelo canal de injeção da bucha, canal de

distribuição, entrada ou ponto de injeção, produto e poço frio.

� Bucha de injeção é um componente do molde onde por meio do qual o fluxo

de material plástico procedente da máquina injetora caminha até a cavidade do

molde, quando o produto tem uma entrada direta Figura 2.4;

Figura 2.4 - Bucha de injeção (HARADA, 2004).


12

� Canal de distribuição é o responsável pela transferência de material da saída

da bucha de injeção até as entradas da cavidade quando o produto tem entrada

indireta;

� Entrada ou ponto de injeção é um canal que liga o sistema de alimentação a

cavidade e possui uma superfície pequena quando comparado ao sistema de

alimentação;

� Produto é resultante do modelo existente na cavidade;

� Poço frio, em moldes de múltiplas cavidades é recomendável prolongar o

canal, que vem da direção da bucha de injeção que têm as funções de recebe a

primeira porção de plástico mais fria e a retenção do canal da bucha de injeção.

A Figura 2.5 apresenta um sistema de alimentação com seus respectivos

componentes, desde o canal da bucha de injeção até o poço frio.

Figura 2.5 - Sistema de alimentação (HARADA, 2004).

A = Canal de injeção da bucha;

B = Canal de distribuição primário;

C = Canal de distribuição secundário;

D = Entrada ou ponto de injeção;

E = Produto moldado;

F = Poço frio.


13

2.3.2 Sistema de extração

Sistemas de extração são os meios pelos quais se extrai o produto de um

molde, sem deformá-lo ou danificá-lo. Quando um produto moldado se esfria, na

cavidade do molde, ele se contrai. A contração de um produto moldado que não

tenha forma interna, como por exemplo, um bloco sólido, faz-se das paredes da

cavidade para o centro, permitindo uma técnica simples de extração.

O sistema de extração do produto pode ser por placa impulsora, por ar

comprimido, por núcleo rotativo. A Figura 2.6 apresenta um sistema de extração por

placa impulsora.

Figura 2.6 - Extração por placa impulsora (HARADA, 2004).

2.3.3 Refrigeração do molde

É um meio para reduzir a temperatura do material plástico fundido dentro do

molde, para que o mesmo possa se solidificar rapidamente e permitir que o produto

moldado mantenha a forma e resista à extração sem sofrer deformações,

normalmente o resfriamento é feito por água ou ar.

Em sua maioria, os moldes de injeção são refrigerados com água, através de

condutos existentes nos mesmos. Estes condutos podem ser bloqueados ou,

através de tubos de cobre, alojados nos moldes envolvidos por uma liga de baixo

ponto de fusão.


14

O resfriamento dos moldes por meio de furos bloqueados é o método mais

comum (Figura 2.7), por ser mais conveniente e econômico. Os furos para circular

água nos moldes, sempre que possível, não devem ficar mais próximos que 25,0

mm da moldagem, por ocorrer, em torno do furo, um severo resfriamento local,

podendo causar restrições ao fluxo do material de moldagem, resultando em marcas

superficiais indesejáveis.

Figura 2.7 - Refrigeração do molde (HARADA, 2004).

2.4 Porta-molde

Porta-molde é um conjunto de peças que segue um princípio típico de

montagem de placas de aço em determinada ordem, para conseguir a estrutura

básica do molde de injeção conforme Figura 2.8.

Figura 2.8 - Molde de injeção de plástico (HARADA, 2004).


15

Para uma maior clareza, segue abaixo a lista com a nomenclatura utilizada por

(HARADA, 2004), apresentada na Figura 2.8.

1. Placa de fixação inferior; 2. Coluna ou espaçador;

3. Bucha-guia; 4. Coluna-guia;

5. Pino extrator; 6. Extrator do canal;

7. Placa porta-extratores; 8. Placa impulsora;

9. Pino de retorno; 10. Placa-suporte;

11. Postiços (insertos); 12. Bucha de injeção;

13. Anel de centragem; 14. Placa de fixação superior;

15. Placa de montagem de postiços

superior e inferior;

a) cavidade e

b) canal de distribuição

Um porta-molde que vem sendo utilizado para alojar os insertos nos estudos do

NUFER é apresentado na Figura 2.9. O projeto do mesmo foi baseado no porta-

molde que vêm sendo utilizado nos trabalhos do CIMJECT/UFSC (GOMIDE, 2000,

AHRENS et al., 2002). Foram projetados alojamentos diferentes para comportar os

insertos nas placas porta-macho e porta-cavidade.

Neste exemplo de porta-molde, a fixação dos insertos (macho e cavidade)

ocorre através de grampos posicionados nas faces de fechamento de cada um dos

lados do porta-molde. Estes grampos possibilitam a retirada dos insertos sem a

necessidade de remoção do porta-molde da injetora. Caso haja a necessidade da

troca do inserto com geometria diferente, é necessário a retirada de todo o conjunto

da máquina para que se faça também a troca e o ajuste dos extratores (VOLPATO

et al., 2006).


16

Figura 2.9 - Modelo 3D do porta-molde padrão (VOLPATO et al., 2006).

2.5 Máquina injetora

Uma das formas de processar (conformar) os polímeros é através do processo

conhecido como injeção de plástico, que utiliza uma máquina injetora. As máquinas

injetoras geralmente dispõem de uma câmara cilíndrica aquecida, dotada de

parafuso sem fim, que funciona como plastificador e homogeneizador do polímero

antes que seja injetado sob pressão para dentro da cavidade do molde (MANO e

MENDES, 1999). A Figura 2.10 demonstra esquematicamente o processo de

injeção.

Figura 2.10 - Injetora com as unidades de injeção e fechamento (SENAI – SP, 2006).


17

2.6 Processo de injeção

Moldagem por injeção é um processo versátil que pode produzir peças tão

pequenas como uma fração de um grama e tão grande quanto 150 kg. Ele permite

produção em massa e de alta precisão. A moldagem por injeção é responsável por

um terço do total consumido em transformação de resinas termoplásticas (HARPER,

2000).

O esquema da Figura 2.11 apresenta as fases relativas de cada etapa do ciclo

de injeção.

Figura 2.11 - Representação esquemática do ciclo de injeção

(HARADA, 2004).

A seguir são apresentados alguns parâmetros de injeção:

� Pressão de recalque: ao ser resfriado, o material injetado contrai na

cavidade e, portanto, deve ser introduzido mais material de maneira a manter o

volume da peça constante. Para isso serve a fase de recalque. A pressão sobre a

peça atinge, com o tempo, também um nível constante, uma vez que a peça é

solidifica cada vez mais (MICHAELI et al., 1995);


18

� Tempo de recalque: é o tempo em que atua a pressão de recalque, que

mantém o volume de material injetado na cavidade (MICHAELI et al., 1995);

� Tempo de resfriamento: o tempo de resfriamento se refere ao tempo após o

recalque e termina com a extração. O tempo é ajustado de maneira que a peça

tenha apenas uma temperatura determinada, e, com isso seja geometricamente

estável (MICHAELI et al., 1995);

� Curso de dosagem: é a ação realizada pela injetora para transportar o

material do funil em direção ao bico de injeção por meio de um parafuso, que gira

em um cilindro. O material é compactado e fundido, o avanço do material cessa

quando o parafuso atinge uma determinada posição (MICHAELI et al., 1995);

� Força de fechamento: é a força desenvolvida por um mecanismo da injetora,

necessária para manter o molde fechado durante o tempo necessário do ciclo de

injeção de plástico (ROSATO et al., 2000). Essa força de fechamento deve ser maior

de 10% a 15% que a pressão de injeção. É calculada pela Equação 2.1.

F = A . Pcav Eq. 2.1.

Onde:

F = força de fechamento em (toneladas);

A = área projetada em (cm2);

P = pressão interna na cavidade em (bar).

� Pressão de injeção: é a pressão necessária para promover o preenchimento

do molde com material plástico fundido. A intensidade da pressão de injeção

depende do tipo de material, temperatura do molde, canais de injeção e pontos de

entrada (ROSATO et al., 2000);

Pinj = [bar] ou [MPa] Eq. 2.2.


19

� Velocidade de injeção: pode ser traduzida como o tempo de preenchimento

do material fundido. Portanto, quanto maior a velocidade de injeção, mais rápido é o

preenchimento da cavidade (ROSATO et al., 2000);

Vinj = [cm3 / s] Eq. 2.3.

� Temperatura de injeção: é a temperatura indicada para o processamento,

cada material (polímero) tem a sua temperatura de processamento. As injetoras têm

diversas zonas de aquecimento do cilindro que deve ser programada de acordo

coma matéria-prima que será usada (HARADA, 2004);

� Tempo de injeção: é o intervalo de tempo entre o instante em que a rosca

avança o momento em que a pressão de injeção para de atuar. Geralmente, a

velocidade inicial é de 3,0 cm/s, caindo para 0,1 cm/s quando as cavidades

estiverem cheias, sendo que, posteriormente, a rosca ou o pistão age no sentido de

empacotar o material nas cavidades (HARADA, 2004);

� Temperatura do molde: moldes com temperaturas altas reduzem tensões

internas, originam superfícies mais brilhantes e minimizam linhas de junção ou solda

e marcas de fluxo do material. A temperatura mínima recomendada para o molde

está em torno de 20 ºC. A temperatura máxima para termoplásticos amorfos é de

cerca de 70 ºC (HARADA, 2004).

Segundo (VOLPATO et al., 2006), o processo de injeção de plásticos em um

molde-protótipo requer ajustes iniciais mais cuidadosos do que os realizados para

um molde metálico de produção, sob pena de danificar os insertos logo no início do

processo. Em muitos casos, o profissional que opera o equipamento recorre à sua

experiência prática para este ajuste.

Para obtenção dos dados resultantes da injeção em molde-protótipo, uma

metodologia deve ser seguida para que possa repetir o procedimento para todos os

testes. O uso do Método da Injeção Progressiva (short shot), que procura orientar

seqüencialmente os ajustes da máquina, oferece a possibilidade de uma repetição

criteriosa do trabalho (BARRY et al., 1995). Os ajustes são realizados na seguinte


20

seqüência: curso de dosagem, checagem da velocidade de injeção, ajuste da

pressão de injeção, ajuste do tempo de injeção e ajuste do tempo de recalque. Este

método foi elaborado para metal e, após a sua aplicação para insertos de resinas

poliméricas, foi verificada a necessidade de apenas alguns pequenos ajustes

(BARRY et al., 1995).

A cada ciclo de injeção em um molde-protótipo os insertos podem ser

resfriados com ar comprimido até uma temperatura padrão que determina o início de

um novo ciclo. A temperatura do molde durante o processo de injeção é ligeiramente

menor do que as temperaturas utilizadas em moldes metálicos. No estudo de inserto

de resina epóxi em molde de injeção, a temperatura do molde utilizada foi de 42ºC,

permitindo uma variação de mais ou menos 2ºC. O controle de temperatura foi

realizada por um termômetro infravermelho com leitura direta e medição em vários

pontos dos insertos, verificando-se a cada ciclo a temperatura do macho e da

cavidade (VOLPATO et al., 2003).

De acordo com (VOLPATO et al., 2006), o tempo de resfriamento do material

dentro da cavidade de um molde de resina, é maior do que em moldes metálicos,

dependendo do material dos insertos e do polímero a ser injetado. Outro fator

relevante na injeção é a vida do inserto. O processo deve ser finalizado assim que

sejam observados os primeiros sinais de danos nos mesmos, normalmente desgaste

por adesão, quebra ou lascamento da geometria dos insertos.

2.7 Polímeros

Polímero é qualquer material orgânico ou inorgânico, sintético ou natural, que

tenha um alto peso molecular e com variedades estruturais e repetitivas, sendo que

normalmente esta unidade que se repete é de baixo peso molecular. A palavra

polímero vem do grego poli, cujo significado é “muito”, e de mero que quer dizer

“parte” ou “unidade” que (se repete). Os meros, para formarem um polímero, são

ligados entre si através de ligações primárias, estáveis MANRICH (2005).

Os polímeros são macromoléculas caracterizadas por seu tamanho, estrutura

química e interações intra e intermoleculares. Possuem unidades químicas ligado


21

por covalência repetida regulamente ao longo da cadeia (os meros). O número de

meros da cadeia polimérica é denominado grau de polimerização, DP (degree of

polymerization), conforme MANO e MENDES (1999).

Um polímero pode ser amorfo ou cristalino. Um polímero cristalino é aquele

cujos átomos ou moléculas estão localizados em posições relativamente definidas e

ordenados, que se repetem em 3 dimensões e que formam uma figura geométrica.

Um polímero amorfo é quando os átomos não têm nenhum ordenamento geométrico

(CANEVAROLO, 2004).

De acordo com CHAVES et al. (2002) se uma molécula polimérica possui uma

estrutura regular pode chegar a ordenar-se e alcançar um certo grau de

cristalinidade. Pode-se mencionar que os fatores que afetam a cristalinidade são: a)

a linearidade do polímero b) a ausência de ramificações laterais na cadeia

poliméricas e c) um alto grau regularidade estrutural.

Apesar disto, a presença de regiões cristalinas em um polímero dá origem a

mudanças importantes em propriedades tais como: densidade, rigidez e

transparência.

Para explicar o fenômeno de cristalinidade dos polímeros pode-se lançar mão

de uma teoria que trata da existência de pequenos cristais presentes em certos

polímeros, cristais estes da ordem de poucos angstrons (Å) de comprimento. Os

cristalitos consistem pois em pequenas pilhas de segmentos pertencentes a

diferentes moléculas, as quais se empilham dentro de uma alta ordem de

regularidade. O processo de empilhamento é altamente específico e pode ser visto a

partir de ensaios de difração de Raios X.

Maiores detalhes sobre a caracterização dos polímeros serão apresentados

nas seções 2.9.

2.7.1 Classificação

Segundo HARADA (2004), os materiais polímeros são classificados em dois

grandes grupos: termoplásticos e termoestáveis (ou termofixos). Os termoplásticos


22

atingem o estágio de amolecimento ao serem aquecidos, podendo ser moldados.

Esta troca de estado não altera sua estrutura química, o que permite que uma vez

resfriado, ele possa ser novamente aquecido e reaproveitado.

Termoplástico é um polímero que, a uma dada temperatura, apresenta alta

viscosidade podendo ser conformados e moldados. Antes de atingir o estado fundido

passam por uma transição vitria. É um material polimérico sintético, que, quando

sujeito à ação de calor, facilmente se deforma podendo ser remodelado e

novamente solidificado mantendo a sua nova estrutura (HARPER, 2000). Como

exemplo tem-se: polipropileno, polietileno, policloreto de vinil, entre outros.

Os termoestáveis possuem as mesmas propriedades de amolecerem ao serem

aquecidos, sendo posteriormente moldados. No entanto, ele passa por um processo

de cura (transformação química irreversível) tornando-se rígido. Após a cura ele é

infusível e insolúvel. Tem-se como exemplo: baquelite, resina epóxi, entre outros

(CANEVAROLO, 2002).

De acordo com CANEVAROLO (2002), a cura é a mudança das propriedades

físicas de uma resina por reação química, pela ação de um catalisador e/ou calor e

um agente de cura. A cura gera a formação de ligações cruzadas entre as cadeias

poliméricas, formando uma rede tridimensional.

2.7.2 Características

De acordo com HARADA (2004), a maioria dos materiais poliméricos (ou

plásticos) é de natureza orgânica, tendo como principal componente o Carbono

adicionado aos elementos Hidrogênio, Oxigênio, Nitrogênio e Cloro.

No caso da moldagem por injeção, a forma é dada pela geometria da cavidade

do molde. As Tabelas 2.1 e 2.2 apresentam algumas características de

transformação dos plásticos mais conhecidos.


23

Tabela 2.1 - Características físicas e de transformação dos termoplásticos mais conhecidos (HARADA, 2004)

Term

oplá

stic

os

Nome genérico Abreviatura Massa esp.

g/cm³

Temp. de transformação

( °C)

Temp. máx. de resist. no serviço (°C)

Acetato de Celulose CA 1,34 184 – 230 60

Aceto-Butirato de Celulose CAB 1,22 160 – 200 70

Poliamida (Nylon) PA 1,15 180 – 290 100

Cloreto de Polivinila Rígido PVC 1,45 175 – 200 65

Cloreto de Polivinila Flexível PVC 1,45 175 – 200 65

Polimetilmetacrilato PMMA 1,18 180 – 230 80

Poliestireno PS 1,04 180 – 210 80

Acrilonitrilo-Butadieno Estireno ABS 1,05 180 – 250 80

Acrilonitrilo-Estireno SAN 1,08 220 – 240 85

Polietileno Baixa densidade PEBD 0,92 150 – 175 90

Polietileno alta densidade PEAD 0,96 185 – 220 105

Polipropileno PP 0,91 200 – 220 140 Policarbonato PC 1,20 240 – 290 130

Polioximetileno (acetal) POM 1,40 175 – 190 95

Term

oest

ávei

s

Fenol-Formaldeído (baquelita) PF 1,37 149 – 177 160

Uréia-Formaldeído (uréia) UF 1,45 –

1,55 135 – 188 135

Melamina-Formaldeído (melamina)

MF 1,40 – 1,55 135 – 188 100

Poliéster UP 1,6 – 2,1 120 – 180 120 (com fibra de vidro)

A contração é uma característica dos polímeros, que ao serem esfriados, se

contraem resultando em produto final menor que a cavidade do molde. Onde essa

contração acontece de forma volumétrica.


24

Na confecção da cavidade de um molde, deve-se levar em conta um

coeficiente para compensar a contração, especificadas na Tabela 2.2. Onde as

dimensões da cavidade deve ser maior que as dimensões do produto.

Tabela 2.2 - Contração de materiais termoplásticos mais utilizados (HARADA, 2004)

Materiais Abreviaturas % de contração

Acetato de Celulose CA 0,3 – 0,7

Acetato-Butirato de Celulose CAB 0,2 – 0,5

Poliamida (Nylon) PA 1,0 – 2,5

Cloreto de Polivinila (rígido) PVC 0,1 – 0,2

Cloreto de Polivinila (flexível) PVC 0,2 – 2,0

Polimetilmetacrilato PMMA 0,2 – 0,8

Poliestireno PS 0,2 – 0,6

Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno ABS 0,3 – 0,8

Acrilonitrilo-Estireno SAN 0,2 – 0,5

Polietileno baixa densidade PEBD 1,5 – 3,0

Polietileno alta densidade PEAD 1,5 – 3,0

Polipropileno PP 1,5 – 2,5

Policarbonato PC 0,5 – 0,7

Polioximetileno (acetal) POM 2,5

2.7.3 Polipropileno

O Polipropileno (PP) é um termoplástico, semi-cristalino, pertencentes ao grupo

das poleolefinas. Muitos são os fatores que podem alterar suas propriedades, entre

elas o grau de cristalinidade, a tenacidade e a massa molar.

O PP apresenta resistência excepcional às rupturas por flexão e fadiga,

resistência química e ótimas propriedades elétricas. A temperatura de

processamento 200°C – 220°C. Isso o torna indicado para tanques de produtos

químicos; conexões e válvulas; aparelhos ortopédicos e brinquedos (HARADA,

2004).


25

Segundo MANO e MENDES (2004), o PP com sua baixa densidade, baixo

custo e a facilidade de moldagem têm proporcionado o crescente uso na indústria

automobilística.

HARPER (2000) relata que o PP é um polímero versátil usado tanto na

extrusão como na moldagem por injeção. Ele é sintetizado pela polimerização de

propileno, um monômero derivado de produtos petrolíferos através da reação

mostrada na Figura 2.12.

Figura 2.12 - Reação química no preparo do PP (HARPER, 2000).

O seu baixo custo aliado a sua versatilidade são aspectos importantes que

propiciam o emprego deste polímero e o conseqüente interesse por desenvolvimento

de pesquisas com este material (MACHADO, 2002).

As aplicações indicadas pelo fabricante são: utilidades domésticas; tampas

com lacre ou flip-top; Tampas injetadas para uso geral. A Tabela 2.3 apresenta

algumas propriedades típicas, segundo boletim técnico BRASKEM (2009). Dados

completos fornecidos pelo fabricante apresentados no Anexo B.

Tabela 2.3 - Propriedades do polipropileno H 301 (BRASKEM, 2009)

Propriedades Unidades Valores

Densidade g/cm³ 0,905

Resistência à Tração no Escoamento MPa 32

Dureza Rockwell (Escala R) - 100

Resistência ao Impacto Izod a 23°C J/m 24

Na seção 2.9 são apresetados maiores detalhes do processamento e

propriedades do polipropileno.


26

2.8 Resinas poliméricas comerciais para fabricação de insertos

Existe no mercado um número considerável de resinas, geralmente a base de

epóxi ou poliuretano, para ser usado em diversas aplicações tais como: modelagem,

gabaritos, estilos de checagem, conformação de chapas e para a injeção de

plásticos. Uma resina indicada para injeção é a RenCast 6470 feita por HUNTSMAN.

Outras resinas que vem sendo testada em vários trabalhos do NUFER, conforme

(YANG e RYU, 2001, LANZ et al., 2002 e VOLPATO e DERINIEVICKI, 2005).

A RenCast 6470 é um sistema de poliuretano de fundição, rígido, com alta

resistência mecânica, quando utilizado com carga DT 082. Ela é útil para aplicações

de fundição de grandes volumes por apresentar baixa exotermia durante a cura

(HUNTSMAN, 2003). É indicada para ferramentas de conformação de chapas

metálicas, duplicação de gabaritos de fresagem, modelos de fundição, dispositivos

de aferição e controle, ferramentas para termoformagem a vácuo, moldes negativos

e acessórios, além de moldes de grande volume para a indústria de cerâmica. A

Tabela 2.4 apresenta as características da resina RenCast 6470.

Tabela 2.4 - Dados técnicos da resina RenCast 6470 (HUNTSMAN, 2003)

Características Dados Unidade

Cor Conhaque -

Densidade 1,84 g/cm3

Resistência à compressão 10,1 Kg/mm2

Resistência à flexão 8,0 Kg/mm2

Resistência à tração 3,3 Kg/mm2

Alongamento 0,6 % Dureza Shore D 86-90 Unidade

A resina RenShape 5166 possui composição a base de poliuretano. É uma

alternativa moderna para produzir modelos de estilo, padrão maquetes, gabaritos de

aferição e controle, ferramentas protótipo para fundição e ferramentas para

conformação de metais. A Tabela 2.5 apresenta as especificações referente à

referida resina.


27

Tabela 2.5 - Dados técnicos da resina RenSape 5166 (HUNTSMAN, 2003)

Características Dados Unidade Cor Marfim - Densidade 1,7 g/cm3 Resistência a flexão 55-65 N/mm2 Resistência a compressão 90-100 N/mm2 Dureza Shore D 85-90 Unidade Estabilidade Dimensional 90-100 °C

LANZ et al. (2002) realizaram um estudo de usinabilidade em um material

comercial (resina epóxi com carga de alumínio) para fabricação de moldes-protótipos

usinado com CNC. Neste estudo foram observadas as forças de corte, acabamento

superficial e o lascamento da resina na saída da ferramenta para a caracterização

da usinabilidade da mesma, onde foi constatado que os parâmetros citados podem

ser considerados os mais importantes na usinagem de resina para a fabricação de

insertos.

Neste trabalho, os autores constataram que em determinadas condições de

corte na usinagem de resina, ocorre lascamento na saída da ferramenta devido a

profundidade de corte e velocidade de avanço da ferramenta afetando também o

acabamento superficial. Segundo os autores, esse problema pode ser minimizado

diminuindo a profundidades de corte e a velocidade de avanço da ferramenta.

Visando identificar resinas poliméricas para compor um banco de dados para

auxiliar na seleção de materiais para moldes-protótipos usinados, VOLPATO et al.

(2003) estudaram as propriedades de densidade, dureza, tensão de ruptura e

resistência à compressão das resinas.

Neste estudo, três resinas do fabricante HUNTSMAN (RenShape 460,

RenShape 5166 e RenShape Express 2000) foram testadas para a injeção de

polipropileno. Dentre as resinas estudadas, apenas a RenShape Express 2000 era

recomendada para fabricação de moldes para injeção. A resina RenSharpe Express

460 não apresentou bons resultados, sendo descartada para uso de injeção de

polímeros.

Foi evidenciada uma diferença considerável nos valores de densidade, dureza

e tensão de ruptura desta em relação às outras Tabela 2.6. As resinas que


28

apresentaram melhores resultados foram as que possuem os valores maiores para

as propriedades estudadas. Vale ressaltar que neste trabalho não foi realizado

análise da resistência do moldado em comparação com o injetado em molde de aço.

Tabela 2.6 - Propriedades de algumas resinas testadas por (VOLPATO et al., 2003)

Tipo de Resina RenShape 460 RenShape 5166 Express 2000 Densidade (Kg/m3) 770 1660 1800 Dureza (Shore D) 60-64 90 91 Tensão de Ruptura (MPa) 12,4 33,6 62,1 Resistência à Compressão (MPa) 15,2 65,5 251,7

Em outro estudo realizado por VOLPATO e DERENIEVICKI (2005) sobre a

usinabilidade de algumas resinas, observa-se uma preocupação com os resultados

relacionados à rugosidade e ao lascamento dos insertos durante a usinagem.

DERENIEVICKI (2007) estudou um procedimento para testar insertos de

resinas poliméricas: NP 1007, LAB 1000 e RenShape 5166 para a fabricação de

moldes-protótipos usinados pelo sistema CAD/CAM/CNC, para injeção de polímeros.

Nesse trabalho, foram analisadas algumas características das resinas como:

usinabilidade, rugosidade e a dureza da superfície juntamente com o desempenho e

o desgaste dos insertos em função da injeção dos polímeros PP e ABS. Ressalta-se

que neste trabalho também não foi analisada a resistência das peças injetadas

(Figura 2.13).

Figura 2.13 - Teste de usinagem em Resina RenShape 5166 (DERENIEVICKI, 2007).


29

A média da rugosidade da superfície usinada em Ra (�m), do estudo do

DERENIEVICKI (2007), está apresentada na Tabelas 2.7. Nota-se que à medida que

se aumentam os avanços, também os valores de rugosidade aumentam, em ambas

as velocidades de corte.

Tabela 2.7 - Rugosidade média Ra (µm) obtida com velocidade de corte (Vc) em m/min.

fz Resina RenShape 5166

(mm/faca) Vc = 100 Vc = 157

0,025 0,71 0,67

0,05 0,87 1,20

0,1 1,46 1,38

0,2 1,82 1,78

0,3 2,57 2,11

Profundidade de corte 3mm; fresa de topo reto de Ø10mm

fz = Avanço por faca (mm/faca)

A velocidade de corte Vc em (m/min.), está representada pela Equação 2.4.

Eq. 2.4.

Onde:

= velocidade de corte (m/min);

= constante aproximada de 3,1415;

D = diâmetro da fresa em (mm);

n = número de rotações/minuto em (rpm).

Eq. 2.5.


30

O avanço por faca fz (mm/faca) é mostrada na Equação 2.6.

Eq. 2.6.

Onde:

f z = avanço por faca (mm/faca);

f f = avanço da mesa (mm/min.);

n = número de rotações por minuto (rpm);

z = número de dentes da fresa.

O autor observou que a rugosidade da superfície usinada apresenta valores

crescentes à medida que os valores de avanços vão aumentando. Também foi

observado que para os mesmos valores de avanço, quando aplicadas maiores

velocidades de corte os valores de rugosidade reduziram.

VOLPATO e AMORIM (2004) estudaram as limitações do processo de

usinagem pelo sistema CAD/CAM/CNC, de insertos de resina para moldes. Foi

constatado que quando a geometria da peças a ser usinada não é muito complexa a

usinagem a CNC se torna viável.

RAGAERT et al. (2006) estudaram o desempenho de ferramental rápido

(molde híbrido) de material polimérico produzido pelo processo de Sinterização

Seletiva a Laser (Selective Laser Sintering - SLS), para injeção de polipropileno. Os

autores concluíram que o ferramental é viável quando: a geometria do produto é

complexa, para a fabricação de pequeno lote protótipos, mas têm limitações: não

garantem uma precisão dimensional inferior a 0,1mm. O desgaste de ferramenta

acontece mais cedo em relação ao um ferramental convencional, que pode ser

melhorado com um tratamento de revestimento nas cavidades.

BARETA (2007) no estudo de materiais alternativos de moldes híbridos,

definido pelo autor como sendo moldes que fazem uso de técnicas e materiais

diferentes não convencionais usados na construção dos insertos (macho e cavidade)


31

(alumínio, zamak ou resina epóxi), é demonstrado que a usinagem CNC é viável

quando a geometria da peça não é complexa.

2.9 Características e efeitos do processo de injeção nas propriedades dos

moldados

Nesta seção são apresentados alguns estudos realizados sobre características

dos moldados no processo de injeção realizados em moldes-protótipos.

FOGGIATTO et al. (2004) pesquisaram a aplicação de moldes de ABS

fabricado pela tecnologia de prototipagem rápida denominado de Modelagem por

Fusão e Deposição (FDM), na moldagem por injeção de termoplásticos PP e PEBD.

Os autores concluíram que a moldagem por injeção de termoplásticos em

moldes de ABS mostrou-se viável para a produção de pequenos lotes de peças com

geometrias simples em PEBD e PP. Os estudos em corpos de prova de PP injetados

em ABS revelaram pequenas diferenças de orientação e de cristalinidade, no

entanto, suas propriedades mecânicas não foram afetadas, sendo estas similares às

injetadas em moldes convencionais.

Em outro trabalho, FOGGIATTO (2005) estudou os procedimentos de injeção

em PP moldado em insertos de ABS fabricado pelo processo FDM. O procedimento

de ajuste da injetora Arburg Allrounder 320S 50T de moldagem por injeção utilizado

foi o método de preenchimento incompleto (short shot method), dividido em duas

etapas Tabelas 2.8 e 2.9.

Tabela 2.8 - Parâmetros de injeção para o PP a 170 ºC - 1ª etapa (FOGGIATTO, 2005)

Parâmetros de injeção Inserto de ABS Inserto de aço Pressão de injeção (Bar) 270 310

Pressão de recalque (Bar) 160 155

Tempo de recalque (s) 7 12

Velocidade de injeção (m/s) 0,12 0,11

Temperatura do cilindro (ºC) 170, 165, 160, 155, 150 180, 175, 165, 160, 155


32

Tabela 2.9 - Parâmetros de injeção para o PP a 205 ºC - 2ª etapa (FOGGIATTO, 2005)

Parâmetros de injeção Inserto de ABS Inserto de aço Pressão de injeção (Bar) 220 250

Pressão de recalque (Bar) 120 200

Tempo de recalque (s) 15 30

Velocidade de injeção (m/s) 0,15 0,05

Temperatura do cilindro (ºC) 200, 195, 190, 185, 180 205, 200, 195, 190, 185

Segundo este autor, o uso do método de preenchimento incompleto durante a

determinação dos parâmetros de injeção não se mostrou adequado para inserto em

ABS, pois são utilizadas pressões muito altas, sobrecarregando o inserto já na fase

de otimização dos parâmetros de injeção (tryout).

BARETA et al. (2006) em seus estudos sobre moldes híbridos utilizaram um

simulador computacional (software Moldflow MPI), para um estudo preliminar sobre

o processo de injeção, onde parâmetros como tempo de injeção, tempo de recalque

e ciclo, pressão de injeção e recalque foram obtidos através das simulações e

aplicados na máquina injetora de acordo com a Figura 2.14.

Figura 2.14 - Gradiente de pressão conforme simulação

no Moldflow (BARETA et al., 2006).

Quatro materiais diferentes foram utilizados na confecção dos insertos machos:

aço AISI P20, Alumínio, Zamak e resina epoxídica, no inserto onde é feita a

cavidade o material utilizado foi de aço.


33

Nesse trabalho, foi analisada a influência dos materiais (aço-P20, Alumínio,

Zamak, resina epoxídica) empregados no “macho” do molde, em conjunto com a

variável de temperatura das cavidades (30 ºC, 50 ºC e 70 ºC) durante a injeção.

Os resultados mostraram, que em sua maioria, não houve maiores diferenças

entre os aspectos dimensionais. Contudo, a resistência mecânica das peças

injetadas foi influenciada pelos diferentes tempos de ciclos usados. Esses tempos de

ciclo foram configurados devido às diferentes características térmicas dos materiais

empregados nos machos (condutividade e coeficiente de expansão térmica).

HOPKINSON e DICKENS (2000) estudaram o comportamento de molde de

resina fabricado pelo processo de prototipagem rápida e molde de alumínio pelo

processo de usinagem para a injeção de polipropileno. Os autores constataram que

a pressão de fechamento foi 12,5% menor e a pressão de injeção foi 25% menor no

molde de resina em relação ao molde de alumínio. O tempo de resfriamento foi 25%

maior no molde de resina que no molde de alumínio, isso se deve, segundo os

autores, ao fato da baixa difusividade térmica da resina. O trabalho concluiu que

dentro das condições estudadas o molde de resina é viável para a produção de um

pequeno lote de peças.

AHRENS et al. (2002) estudaram as propriedades de peças injetadas em

insertos de ABS fabricado pelo processo FDM e por usinagem via Comando

Numérico Computadorizado (CNC), em resina epóxi e aço. A Tabela 2.10 apresenta

os parâmetros de injeção utilizados neste estudo para os de aço e de resinas.

Tabela 2.10 - Parâmetros de injeção para o PP (AHRENS et al., 2002)

Parâmetros de injeção ABS Resina Aço Pressão de injeção (MPa) 27 28 31

Pressão de recalque (MPa) 16 16 15,5 Velocidade de injeção (m/s) 0,12 0,12 0,11

Tempo de recalque (s) 7 14 12

Temperatura do cilindro (ºC) 170,165,160, 155,150

175,170,165, 160,155

180,175,165,160,155

Os resultados mostraram uma redução na resistência mecânica, de 6,8% nas

peças injetadas em moldes de ABS e resina, e 2,8% em molde de aço, em relação


34

aos valores informados nas literaturas. Os autores concluíram que essas reduções

encontradas principalmente nos moldes de resinas se deram em função da baixa

difusividade térmica dos materiais.

No estudo da influência do desempenho térmico de moldes de resina para

injeção de PP, SALMORIA et al. (2008) analisaram também a resistência a tração e

dureza das peças moldadas em molde de epóxi/alumínio e em aço. Neste estudo, o

comportamento dos corpos de prova foram semelhantes, tantos os injetados em

molde de resina como em molde de aço.

BRITO e SÁNCHEZ, 2000 explicam que a baixa difusividade térmica dos

materiais poliméricos decorre dos baixos valores de condutividade térmica

encontrados na maioria dos materiais poliméricos. No caso de molde, quando macho

e cavidades são de materiais diferentes, a difusão da temperatura também é

diferente, afetando as propriedades dos produtos moldados.

Uma explicação dada por JARUGA e BOCIAGA (2007) que pode ser

considerada para as variações obtidas nos resultados se deve ao fato dos pares de

insertos não serem do mesmo material. Como conseqüência a difusividade térmica

também é diferentes, o que propicia diferença de temperaturas nos insertos do

molde, afetando a cristalinidade do moldado e conseqüentemente as propriedades

dos mesmos.

MARTINHO et al. (2009) estudaram as influências dos materiais utilizados em

moldes híbridos utilizaram três combinações de materiais diferentes para a

confecção moldes: macho/fêmea (aço), macho/fêmea (resina/aço) e macho/fêmea

(resina), fabricado pelo processo de usinagem, para injeção de polipropileno.

Conservando os parâmetros de injeção com os mesmos valores como: pressão e

velocidade de injeção, tempo de recalque, com pressão de recalque de 36 MPa

moldes aço/aço e resina/aço, 14 MPa molde resina/resina e tempos de

resfriamentos de 12s, 25s e 44s na ordem anterior, os valores de contrações interna

do produto variaram em 1,68%, 2,10% e 2,00% seguindo a mesma ordem.

Os autores concluíram que é viável economicamente a construção de moldes

para a produção normal de pequeno lote, assim como para teste de validação de


35

processo e/ou produto. A variação das contrações se deve ao fato da difusividade

térmica dos materiais serem diferentes.

Em CALLISTER (2002), encontra-se relatado que diversos fatores estruturais e

de processamento possuem influências marcantes sobre o comportamento

mecânico dos materiais poliméricos. Como por exemplo, peso molecular, grau de

cristalinidade, pré-deformação (estiramento) e tratamentos térmicos.

Ainda segundo CALLISTER, (2002), o grau de cristalinidade de um polímero

depende da taxa de resfriamento durante o processo de solidificação, bem como da

configuração da cadeia. Durante a cristalização com o resfriamento por meio da

temperatura de fusão, as cadeias, que por sua vez são altamente aleatórias

encontram-se entrelaçadas e embaraçadas no líquido viscoso, precisam assumir

uma configuração ordenada, que nem sempre é possível.

De acordo com MACHADO (2002), o grau de cristalinidade de um polímero

semi-cristalino pode ser definido como a razão entre a quantidade do componente

cristalino e a quantidade total da amostra constituída por porções cristalinas e

amorfas. O grau de cristalinidade constitui um importante parâmetro associado aos

aspectos morfológicos em polímeros semi-cristalinos. Seu valor é dependente da

história térmica e mecânica do mesmo. De acordo com MANRICH (2005), as

propriedades mecânicas são afetadas pela cristalinidade dos polímeros injetados

que apresentam em sua estrutura um arranjo das moléculas chamado de esferulito,

onde a cristalização depende da temperatura e o tempo de resfriamento do material

moldado, que ocorre a partir do estado fundido do polímero.

Esferulito é um arranjo cristalino disposto ordenadamente em relação ao

núcleo. A partir de um núcleo que se forma durante a cristalização, ocorre o

crescimento de outros cristalinos orientados radialmente. Entre os cristalinos existe a

região amorfa, formando uma fase contínua. Os cristais se ordenam de tal maneira

formando fibras que convergem para o centro do esferulito. Como o crescimento do

esferulito é tridimensional, o formato deste tende a ser uma esfera perfeita. Mas um

esferulito em crescimento encontra-se a outro, igualmente em crescimento,

formando uma interface plana de interesferulito, aparecendo ao microscópio como

uma linha reta (MANRICH, 2005).


36

JARUGA e BOCIAGA (2007) observaram que peças moldadas em cavidades

diferentes no mesmo molde, quando as temperaturas nas cavidades do molde são

diferentes, também a estrutura esferulítica são deferentes conforme mostrado na

Figura 2.15, alterando o grau de cristalinidade das pecas injetadas. Neste estudo o

material utilizado no molde foi o aço.

Figura 2.15 - Estrutura esferulítica de peças de PP moldadas em cavidades distintas de um molde (JARUGA e BOCIAGA, 2007).

O grau de cristalinidade dos produtos moldados pelo processo de injeção é

diretamente afetado pela temperatura do molde, que conseqüentemente tem

influência nas propriedades mecânicas das peças moldadas. Se a temperatura nas

paredes da cavidade do molde é diferente, isso resulta em problemas com a

qualidade das peças como encolhimento diferente, empenamento e outras

propriedades que são afetados pelo grau de cristalinidade (JARUGA e BOCIAGA,

2008).

De acordo com POSTAWA et al. (2008), o tempo de ciclo no processo de

moldagem por injeção depende do resfriamento da peça, o que é facilitado pelos

canais de arrefecimento no molde de injeção. Quando a temperatura no interior das

cavidades do molde não está distribuída uniformemente compromete as

propriedades das peças moldada. O resfriamento eficiente no molde é importante

porque não só afeta o tempo de ciclo, mas também a qualidade da peça.

JARUGA e BOCIAGA (2007) ressaltam que quando a injeção é feita em

moldes de varias cavidades o sistema de alimentação deve ser projetado de modo

que as cavidades sejam preenchidas simultaneamente. Tendo em vista que a


37

diferença de estrutura das peças moldadas são causadas pelas condições térmicas

tanto do molde como do material que também influencia o fluxo nas cavidades

durante a fase de moldagem.

Segundo os mesmos autores, a variação possível da estrutura do polímero

como função do processo de injeção, afeta as seguintes propriedades principais,

resistência atração, módulo de elasticidade, resistência ao impacto, dureza,

instabilidade dimensional entre outros.

Ressalta-se que ainda não foram encontrados estudos das propriedades do PP

injetados em moldes de resinas RenCast 6470 e RenShape 5166.

2.10 Ensaios mecânicos dos materiais

Os ensaios visam determinar valores numéricos que caracterizam as

propriedades mecânicas dos materiais. Estas determinações são feitas com auxílio

de máquinas apropriadas que, ao mesmo tempo em que aplicam o esforço, acusam

a sua intensidade.

O ensaio pode ser feito na peça ou em corpos de prova. Neste último caso, os

resultados obtidos representam as propriedades mecânicas do material da peça e

não propriamente as da peça em si, como um todo.

As propriedades dos materiais poliméricos são de grande importância e

interesse científico e tecnológico, devido aos requisitos e/ou exigências que os

diversos polímeros existentes devem atender na maior parte de suas aplicações.

Valores de propriedades mecânicas tais como resistência a tração, módulo de

elasticidade, alongamento entre outros, podem servir como base de comparação do

desempenho mecânico dos diferentes polímeros (CANTO e PESSAN, 2004).

Ainda conforme CANTO e PESSAN (2004), em termos práticos, a análise das

propriedades dos materiais é umas das considerações essenciais a serem feitas no

processo de seleção dos materiais poliméricos para o projeto de uma peça ou um

produto.


38

O comportamento de deformação mecânica do polímero está fundamentado na

viscoelasticidade desse material. O termo viscoelasticidade está associado à

resposta elástica e viscosa, simultânea ou não, apresentado pelos polímeros

(MANRICH, 2005).

2.10.1 Ensaio de resistência a tração

Em termos de propriedade mecânica dos materiais, o ensaio de tração é o

mais representativo de todos, pois traduz a resistência mecânica destes materiais

(MANRICH, 2005).

A norma NBR 9622 apresenta três tipos de corpos de provas diferentes sendo

tipo 1 para materiais à base de resinas termofixas com baixos alongamentos à

ruptura; tipo 2 se aplica em materiais que tenham alongamentos relativamente

elevados a ruptura e tipo 3 são aplicados para materiais termofixos de moldagem.

Para os materiais cujo alongamento à ruptura é relativamente grande são

recomendados os corpos de prova do tipo 2. Neste caso, quando moldados,

extrudados ou estampados por meio de uma matriz, a espessura dos mesmos deve

ser de 1,0 mm a 2,0 mm, as outras dimensões estão especificadas na Figura 2.16.

Figura 2.16 - Corpo de prova de tração (NBR 9622, 1986).


39

O detalhamento do dimensional do CPD da Figura 2.16 é apresentado a seguir

A – comprimento total =115,0 mm;

B – largura das extremidades = 25,0 mm ± 1;

C – comprimento da parte calibrada = 33,0 mm ± 2;

D – largura da parte calibrada = 6,0 mm ± 0,4;

E – raio menor = 14,0 mm ± 1;

F – raio maior = 25,0 mm ± 2;

G – distância inicial entre as marcas de referências 25,0 mm ± 1;

H – distância inicial entre as garras = 80,0 mm ± 5;

I – espessura = variando entre 1,0 a 2,0 mm ± 0,2.

Os ensaios de tração podem fornecer dados para controle de qualidade e

homologação ou rejeição a título de especificação, pesquisa e desenvolvimento,

projetos técnicos ou outras realizações.

CARVALHO e SANTOS (2007) realizaram um estudo sobre caracterização do

PP utilizado na fabricação de cadeiras de plástico, através de ensaios de tração.

Onde as propriedades estudadas foram: módulo de elasticidade, coeficiente de

Poisson, tensão de escoamento e tensão de ruptura Tabela 2.11.

Tabela 2.11 - Propriedades obtidas do ensaio de tração

Tensão de escoamento do material (MPa) 27 Tensão máxima suportada pelo material (MPa) 32 Módulo de elasticidade (MPa) 333 Coeficiente de Poisson 0,41

O estudo também foi realizado utilizando-se o Método dos Elementos Finitos,

nas cadeiras moldadas pelo processo de injeção. Foram executadas simulações nos

softwares SolidWorks COSMOSWorks do comportamento do corpo de prova com as

mesmas condições dos ensaios. Os resultados obtidos nas simulações reproduziram

satisfatoriamente os ensaios em laboratório.


40

Com estes resultados, é possível se observar que os valores da tensão de

escoamento, tensão máxima suportada pelo material e coeficiente de Poisson se

aproximam bastante dos valores que são apontados pelas bibliografias pesquisadas.

Entretanto, o valor do módulo de elasticidade ficou abaixo dos apresentados nas

bibliografias. Neste estudo o material do molde foi metálico.

FOGGIATTO (2005) investigou se as propriedades mecânicas das peças

injetadas nos moldes de aço e de ABS, através do ensaio de tração Figura 2.17

teriam sido afetadas pela diferença de orientação em sua estrutura. A Tabela 2.12

mostra os valores médios do módulo de elasticidade e resistência a tração para

corpos de prova em PP obtidos nos ensaios.

Figura 2.17 - Diagrama tensão/deformação de corpos de prova em PP injetados a 170 °C em moldes de aço e de ABS (FOGGIATTO, 2005).

Tabela 2.12 - Valores médios de módulo de elasticidade e resistência a tração para corpos de prova em PP injetado em inserto de aço e ABS (FOGGIATTO, 2005)

Corpo de prova em PP Módulo de elasticidade

(MPa) Resistência a tração

(MPa)

Inserto de aço Valor médio 698 27,8

Desvio padrão 29 0,27

Inserto de ABS Valor médio 641 27,5

Desvio padrão 20 0,25


41

FOGGIATTO et al. (2004) no estudo de moldes de ABS em relação ao molde

aço para injeção de termoplásticos PP e PEBD. Onde uma amostra das peças

injetada foi submetida a ensaios de resistência à tração demonstrando que os limites

de resistência à tração, para os corpos de prova injetados nos dois tipos de moldes,

tiveram valores bastante próximos (27,8 para molde aço e 27,5 MPa para molde

ABS). Sugerindo não existir diferenças marcantes nas propriedades mecânicas das

peças injetadas em moldes de ABS se comparadas às injetadas em moldes de aço.

BARETA et al. (2006) em seus estudos sobre moldes híbridos realizaram

ensaios de resistência à tração nas peças injetadas. Aonde as conclusões obtidas

nesses ensaios foram tomadas de forma comparativa com o aço AISI P20.

Observou-se que a resistência à tração das peças injetadas em resina apresentaram

uma força máxima suportada cerca de 14% menor que nas peças injetadas em aço

AISI P20, seguidas pelas injetadas em alumínio (10% inferior) e em Zamak-5 (6%

inferior).

No estudo da influência do desempenho térmico de moldes de resina para

injeção de PP, SALMORIA et al. (2008) analisaram também a resistência a tração,

tendo como resultado do ensaio de tração 32,6 MPa para peças moldadas tanto em

moldes de resina como em aço. Nesse estudo, o comportamento dos corpos de

prova foi semelhante, tantos os injetados em molde de resina como em molde de

aço.

2.10.2 Ensaio de resistência ao impacto

O corpo de prova indicado na NBR 8425 deve ter dimensões conforme Figura

2.18. Para material moldado a largura é de 12,7 mm com espessura variando de 3,2

mm a 12,7 mm.

HARADA (2004) alerta que, quando o produto a ser moldado é muito espesso

forma vazios (bolhas) interno, isso acontece devido à contração final da região

central puxará a superfície da peça para dentro. Essa tendência é mais evidente em

materiais com alta contração térmica, que exigem altas temperaturas de processo e

possuem baixo coeficiente de transmissão de cloro, como por exemplo, o PP.


42

BRITES et, al. (2008), em seus estudos de materiais alternativos para moldes-

protótipos (resinas), utilizaram cavidades de corpos de prova de impacto com

espessura de 12,7 mm, onde os mesmos apresentaram bolhas na região centra da

peça molda tanto dos injetadas em moldes de aço como em moldes de resina sendo

que nesse caso o material injetado foi o PBT.

Figura 2.18 - Dimensões do corpo de prova – tipo IZOD (NBR 8425, 1984).

A resistência ao impacto é uma das propriedades mais requisitadas para a

especificação do comportamento mecânico de polímeros, principalmente os

plásticos, a habilidade de um material polimérico em suportar choques acidentais

pode decidir sobre o sucesso ou fracasso do seu uso em determinada aplicação

(HAGE, 2007).

Nos ensaios de impacto Izod, segundo HAGE (2007), as normas mais

utilizadas que regulamentam este tipo de ensaio para plásticos são: ASTM D256,

ISO 180 e NBR 8425. O corpo de prova utilizado neste tipo de ensaio deve ser

entalhado. O entalhe tem a finalidade de produzir um grau padronizado de

concentração de tensões.

GONDAK et al. (2006) relatam que a resistência ao impacto, bem como, a

tensão máxima sob tração não sofreram grandes modificações em função do curso

de almofada. Foi comprovado uma pequena variação na contração da amostra que

se utilizou uma almofada de 5,0 mm, podendo-se observar uma melhor

reprodutibilidade de ensaios para os corpos de prova onde foi utilizada uma

almofada de 10,0 mm.


43

BARETA (2007), em seu estudo sobre materiais alternativos para moldes-

protótipos, observou uma redução da resistência ao impacto de 15% dos moldados

em molde de resina. Nesse trabalho, os corpos de prova para ensaio de impacto

foram extraídos de uma peça injetada, com dimensões fora das estabelecidas na

norma. Segundo o autor essa redução pode ser explicada através da análise da

morfologia das peças moldadas, como por exemplo, a forma, tamanho e orientação

do esferulito. Pois, quanto maior tamanho do esferulito a resistência ao impacto é

menor. Esse aumento do esferulito é gerado pelo resfriamento lento. Onde o tempo

de resfriamento foi maior no molde de resina do que no molde metálico.

2.10.3 Ensaio de dureza

A norma NBR 7456 descreve o método da determinação da dureza por

penetração dos materiais poliméricos por meios de dois tipos de durômetros (A e D).

O tipo A é utilizado para materiais mais flexíveis e do tipo D para materiais mais

rígidos.

O ensaio de dureza é um dos ensaios mecânicos mais difundidos que existem,

pela soma de pelo menos três razões (CHIAVERINI, 1986):

� A dureza é uma propriedade muito importante, uma vez que a ela pode estar

associada desde as mudanças na composição química, até mudanças na estrutura

do material;

� É talvez o teste mais rápido que existe;

� O durômetro, equipamento que mede dureza, é um dos equipamentos de

ensaio mais baratos e fáceis de manusear.

AHRENS et al. (2002) estudaram os processos de fabricação dos insertos de

ABS, resina epóxi RenShape 460 e aço 1045, onde o polímero para injeção

polipropileno PP H301. A geometria da peça moldada foi corpo de prova de tração

ASTM D 638 tipo IV Figura 2.19 que foi utilizada para avaliar a variação da

resistência mecânica em função do tipo de inserto e das condições de

processamento.


44

Figura 2.19 - Localização dos pontos submetidos ao ensaio de dureza

(AHRENS et al., 2002).

A Tabela 2.13 mostra a variação de dureza para cada ponto Figura 2.19,

alcançada para 5 corpos de prova injetados em ABS, resina e aço.

Os resultados de dureza obtidos para as peças injetadas em aço apresentaram

uma dureza média igual de 69 Shore D, com uma pequena variação entre os pontos

selecionados.

Para as peças injetadas nos moldes de ABS e resina a dureza média

encontrada foi igual a 68 Shore D, sendo que a variação entre os pontos foi maior do

que aquelas apresentadas nas peças injetadas no inserto de aço.

Tabela 2.13 - Média das variações de dureza Shore D, nos pontos do corpo de prova

(AHRENS et al., 2002) Dureza Shore D

Pontos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ABS 66 68 70 68 70 70 67 69 70 71 70 69 69 68 68 69 68 66 66 70 70 66 68 66 65

Resina 66 68 68 68 69 69 67 68 67 68 68 68 70 70 70 67 65 68 65 72 70 67 69 70 68 Aço 67 68 69 68 70 71 68 69 69 70 70 70 70 71 70 70 70 70 69 70 70 69 69 69 69

FOGGIATTO et al. (2004) no estudo de injeção de PP e PEBD, em moldes de

ABS e de aço. Também realizaram ensaios de dureza, onde as amostras

submetidas aos ensaios revelaram valores médios bastante próximos (68 em molde

ABS e 69 Shore D em molde de aço), sendo estes um pouco inferiores aos valores

comumente encontrados em literaturas para moldados de PP (71 a 73 Shore D).

SALMORIA et al. (2008) também estudaram a dureza de peças injetadas em

molde de epóxi/alumínio e em aço com o fluido de resfriamento na temperatura de

75 °C foram ligeiramente superiores às durezas das peças injetadas com o fluido de

resfriamento na temperatura de 15 °C e 32 °C. O valor da dureza média dos corpos

de prova injetados no molde de aço a 75 °C foi de 73 Shore D, foi ligeiramente

superior ao obtido nas peças injetadas em molde epóxi/alumínio de 72 Shore D.


45

2.11 Discussão da literatura

As tecnologias de RP e RT oferecem várias técnicas de fabricações de moldes-

protótipos usados no processo de injeção de plástico. No entanto, a tecnologia de

fabricação de moldes usinados em resina pelo sistema CAD/CAM/CNC é uma boa

opção para se obter moldes-protótipos, com redução custo e tempo de fabricação do

molde. Isso porque envolvem tecnologias que estão acessíveis.

As resinas poliméricas a base de epóxi ou poliuretano, mesmo com suas

propriedades inferiores aos aços, oferecem vantagens na produção de molde para

obtenção de protótipos funcionais para testes de engenharia ou produção de lotes

pequenos. Isso deve-se ao fato de que o tempo de fabricação do inserto é menor do

que o do material usualmente empregado para moldes, como é o caso dos aços.

Os estudos realizados demonstraram uma grande preocupação com os

materiais dos moldes-protótipos, onde o objetivo principal não era determinar as

propriedades dos moldados e sim a resistência do material do molde, que sem

dúvida, é um fator relevante para a decisão do uso de um determinado material.

Um trabalho em particular, estudou a propriedade do PP num molde híbrido em

que o material do macho era uma resina e o da cavidade em aço P20. Esta opção

pode ter influenciado os resultados por envolver um material com alta condutividade

térmica com um material de baixa condutividade térmica.

Dentre os estudos realizados anteriormente não foram encontrados estudos

realizados sobre as propriedades mecânicas de peças em PP, injetadas em moldes-

protótipos de materiais já usados como a resina RenShape 5166, assim como em

moldes de resina RenCast 6470.

Desta forma, a decisão para o desenvolvimento deste trabalho partiu da

observação de que os estudos realizados até então com resinas não deram muita

ênfase as propriedades mecânicas dos moldados, sendo que este é fator importante

na identificação dos materiais tanto dos insertos, como dos polímeros a serem

injetados.

Capítulo 3 Materiais e métodos

46

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo são apresentadas as tecnologias para o desenvolvimento deste

estudo, onde foram empregados vários métodos para sua realização, sendo que a

Figura 3.1 mostra, de forma esquemática, os matérias e métodos utilizados para o

alcance dos objetivos.

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Figura 3.1 - Fluxo dos materiais e métodos utilizados no trabalho.


47

3.1 Corpos de prova

Os corpos de prova foram dimensionados de acordo com as especificações

contidas nas normas ABNT. NBR 9622 - plástico para a determinação das

propriedades mecânicas à tração, NBR 8425 - plástico rígido para determinação da

resistência ao impacto Izod e NBR 7456 - plástico para determinação de dureza

Shore.

Os resultados dos ensaios de tração, impacto e dureza serão comparados aos

dos produtos moldados em moldes de materiais alternativos (resinas), também serão

comparados com os resultados obtidos em moldes de aço.

3.2 Geometria dos insertos

As formas e os dimensionamentos dos insertos foram definidos conforme os

alojamentos do porta-molde (Figura 2.9). As dimensões e geometrias dos insertos

foram modelados no sistema CAD Solid Edge V19, e podem ser observadas nas

Figuras 3.2 e 3.3.

Figura 3.2 - Inserto da parte superior do molde.


48

Figura 3.3 - Inserto da parte inferior do molde (cavidade).

Quanto ao canal de alimentação do molde, segundo ROSATO et al. (2000),

existem algumas formas geométricas, onde a mais eficiente é a forma circular, isso

se deve ao fato de que a área de contato do material fundido durante o

deslocamento em direção a cavidade é menor.

Nesse trabalho a geometria escolhida foi a semi-circular mesmo sendo

apontadas como menos eficiente que a forma circular, vem tendo um bom

desempenho em estudos anteriores realizados pelo NUFER, conforme apresentados

no capítulo 2, como por exemplo: VOLPATO et al. (2003), VOLPATO et al. (2006) e

DERENIEVICKI (2007).

Na seção 2.3 são apresentados mais detalhes sobre projeto de moldes.


49

A área projetada total entre produto e canal de alimentação é

aproximadamente 22,40 cm2.

3.3 Seleção das resinas para confecção dos insertos

Os materiais selecionados para a fabricação dos moldes-protótipos foram as

resinas RenCast 6470 e a RenShape 5166. Conforme observado no capítulo

anterior, ainda não se têm muitas informações sobre os produtos moldados nestes

materiais.

O sistema poliuretano fundível (RenCast 6470) é normalmente fornecido em

dois componentes (resina e endurecedor) para ser preparado pelo usuário. Como

não se tinha experiência na preparação do mesmo, nem um laboratório apropriado

com câmara de pressão para retirar as bolhas, esta resina foi solicitada já

preparada/curada pelo pessoal que fornece este material no mercado nacional.

Os componentes usados na preparação da resina RenCast 6470 foram: base

de poliuretano e carga de Alumínio DIN 100. Este material foi fabricado na proporção

80:100:150pp (Resina+Endurecedor+Al), e fornecido em bloco de 65,0 x 95,0 x

150,0 mm pelo fabricante.

A resina RenShape 5166 é fornecida em placas pelo fabricante. Com esta

resina já foram desenvolvidos vários trabalhos para a confecção de moldes-

protótipos usinados para a injeção de plástico. Esta resina foi selecionada para ser

usada neste trabalho em função de já ter sido desenvolvido vários outros estudos

pelos pesquisadores do NUFER (conforme relatado no capítulo de revisão), sendo

que ainda não se tinha dado ênfase para as propriedades mecânicas das peças

moldadas.

Também foi utilizado um par de insertos de aço 1045 na injeção de corpos de

prova, tendo em vista que este material já foi usado em outros trabalhos, servindo

como referência na comparação dos resultados obtidos com os ensaios feitos nas

peças injetadas em moldes de resinas.


50

Conforme HARADA (2004), o aço 1045 pode ser usados como insertos (macho

e cavidade) de moldes para baixa ou média produção de peças, na injeção de

polímero com baixa abrasividade como o PP.

3.4 Processo de usinagem dos insertos

Antes da fabricação dos insertos de resina RenCast 6470, foram realizados

teste de usinagem (Figura 3.4), onde foram usinados vários canais em um bloco com

diferentes parâmetros de cortes (Tabela 3.1), visando adquirir informações sobre o

comportamento do referido material, que servisse como base para a usinagem das

cavidades.

Figura 3.4 - Teste de usinagem em resina RenCast 6470.

Tabela 3.1 - Parâmetros de corte na usinagem

Teste com velocidade de corte 94 m/min. fz

(mm/faca) fz

(mm/faca) fz

(mm/faca) fz

(mm/faca) fz

(mm/faca) 0,03 0,05 0,07 0,08 0,10

Teste com Velocidade de corte 125 m/min.

0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 Profundidade de corte 3,0 mm; fresa de topo reto de Ø10,0 mm

fz = Avanço por faca (mm/faca)


51

Posterior ao processo de usinagem foi realizado a medição da rugosidade Ra

(µm) nos canais usinados, a leitura dos valores da rugosidade forma feitas com o

acabamento resultante da usinagem. O equipamento utilizado foi o rugosímetro

portátil modelo Surtronic S25 Taylor/Robson e o cut-off adotado foi de 0,8mm.

Nos canais usinados foram feitas 3 medições para cada canal e pego a média

das rugosidades Ra (µm). Também foi feito análise visual da superfície usinada.

Os parâmetros de usinagem estão especificados nas Tabelas 3.3 e 3.4. A

usinagem do contorno externo dos insertos assim como das cavidades e mostrada

na Figura 3.7.

Neste trabalho não foi feito teste de usinagem da resina RenShape 5166, pois

este já foi estudado por DERENIEVICKI (2007) (ver Figura 2.13 e Tabela 2.7). Os

parâmetros de cortes testados por este autor serviram como base para a usinagem

dos insertos do referido material.

O sistema CAM utilizado na usinagem dos insertos foi o PowerMill 6.0. Ele

permite, por meio de criações de fronteiras, estabelecer regiões que serão usinadas

de maneiras diferentes, de forma a otimizar o processo. Empregando-se simulações,

que possibilitam visualizar a trajetória das ferramentas empregadas, foi possível

definir a melhor estratégia para desbaste e posterior acabamento das cavidades.

A Figuras 3.5 mostra as simulações de usinagem dos insertos.

Figura 3.5 - Simulação de usinagem dos insertos.

Para a usinagem dos insertos foi utilizado um Centro de Usinagem Cincinnati

Milacron Arrow 500, de 3 eixos com comando FANUC, do Departamento de

Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná – UTFPR (Figura 3.6).


52

Figura 3.6 - Centro de usinagem Cincinnati Milacron Arrow 500 (DAMEC, 2009).

Os blocos utilizados na fabricação dos insertos foram dimensionados e

esquadrejados conforme especificados no Apêndice “A”.

Após a preparação da máquina deu-se início a usinagem dos insertos que

ocorreu em duas fases. Primeiramente foi fixando o bloco de resina na morsa,

seguindo as orientações pré-estabelecidas nas simulações realizadas no sistema

CAM. Foi referenciado o zero peça na máquina e em seguida realizou-se a

usinagem em uma das faces do bloco. Posteriormente, foi seguido o mesmo

procedimento para o outro lado do bloco, conforme Apêndice “B” e Figuras 3.7.

Figura 3.7 - Usinagem dos insertos (DAMEC, 2009).

Os blocos utilizados na fabricação dos insertos foram dimensionados e

esquadrejados conforme especificados no Apêndice “A”.

Após a preparação da máquina deu-se início a usinagem dos insertos que

ocorreu em duas fases. Primeiramente foi fixando o bloco de resina na morsa,


53

seguindo as orientações pré-estabelecidas nas simulações realizadas no sistema

CAM. Foi referenciado o zero peça na máquina e em seguida realizou-se a

usinagem em uma das faces do bloco. Posteriormente, foi seguido o mesmo

procedimento para o outro lado do bloco, conforme Apêndice “B” e Figuras 3.7.

Tabela 3.2 - Dados de usinagem do inserto superior

Etapa Estratégia Ferramenta (mm)

Vel. Corte (m/min.)

Avanço (mm/min.)

Desbaste Desbaste Raster

Fresa de Topo Ø20 99.91 191

Acabamento Superior

Acabamento por Offset 3D

Fresa de Topo Ø20 99,91 191

Acabamento Lateral

Acabamento Z Constante

Fresa de Topo Ø20 99,91 191

Desbaste Canal Desbaste por Offset

Fresa ponta esférica Ø 4 31,40 300

Acabamento Canal



Tempo de fabricação 56 min.

Ferramentas utilizadas:

� Fresa de topo de aço rápido, 4 cortes e Ø 20,0 mm;

� Fresa de topo de aço rápido, ponta esférica de 2 cortes e Ø 4,0 mm.

Tabela 3.3 - Dados de usinagem do inserto inferior (cavidade)

Etapa Estratégia Ferramenta (mm)

Vel. Corte (m/min.)

Avanço (mm/min.)

Desbaste Desbaste Raster

Fresa de topo Ø20 99,91 191

Acabamento Superior



Acabamento Lateral



Desbaste Canal Desbaste por Offset


Acabamento Canal



Desbaste Cavidade

Desbaste Raster

Fresa de topo Ø 4 62,80 300

Acabamento Cavidade

Acabamento Raster Plano

Fresa de topo Ø 4 62,80 600

Tempo de fabricação 01 h 11 min.


54

Ferramentas utilizadas:



� Fresa de topo de aço rápido, ponta esférica de 2 cortes e Ø 4,0 mm.

Após a usinagem dos insertos de resina foi necessário fazer um acabamento

para ajustar os mesmos nos alojamentos do porta-molde. O ajuste foi realizado com

auxílio de lixa de gramatura 220, para remoção de material nas laterais externas e

nos raios do inserto. O par de insertos de aço utilizado neste estudo foi o já existente

no NUFER, utilizado/fabricado em trabalhos anteriores.

3.5 Polímero para injeção

O polipropileno (PP) usado na injeção dos corpos de prova foi o H 301, do

fabricante BRASKEM. Este é um polímero de médio índice de fluidez, com

distribuição normal de peso molecular e aditivado para uso geral. É indicado para

processos de moldagem por injeção. Este produto apresenta excelente

processabilidade com boa estabilidade do fundido, bom balanço rigidez/impacto e

baixa transferência de odor e sabor BRASKEM (2009).

Outros fatores preponderantes para a escolha do PP para a injeção dos corpos

de prova para a realização dos ensaios é que das 80t/ano transformada pelo

processo de injeção no PIM, 40% é de polipropileno os outros 60% estão divididos

entre ABS, PS, PVC e outros SINPLAST (2009) e também a existem vários

trabalhos na literatura com este material como os citados nas seções 2.9.

3.6 Injeção dos corpos de prova

No desenvolvimento do processo de injeção foi utilizada uma injetora de

plástico - HAITIAN HTF58X, alocada no Laboratório de Processamento de Polímeros

– NUFER/DAMEC do Campos Curitiba da UTFPR (Figura 3.8).


55

Figura 3.8 - Injetora de plástico HAITIAN HTF58X (NUFER/DAMEC, 2009).

Dados técnicos da injetora:

� Diâmetro da rosca: 30 mm;

� Volume teórico de injeção (PS): 88 cm3;

� Capacidade de injeção (PS): 80 g;

� Velocidade de injeção: 127 mm/s;

� Capacidade de plastificação: 9,3 g/s;

� Pressão máxima de injeção: 184 MPa;

� Velocidade da rosca: 0 ~ 225 rpm;

� Força de fechamento: 580 KN;

� Curso de abertura: 270 mm;

� Espaço entre colunas: 310 mm x 310 mm;

� Altura mínima do molde: 120 mm;

� Altura máxima do molde: 320 mm;

� Curso do extrator: 70 mm;

� Força do extrator: 22 KN.

No processo de regulagem da máquina injetora foi utilizado o método da

injeção progressiva, conhecido também por Short Shot Method, apresentados no


56

anexo A. Por meio deste método é possível o ajuste dos parâmetros de injeção

passo a passo (BARRY et al., 1995).

Apesar de não ser um método mais indicado para fazer a regulagem dos

parâmetros de injeção em moldes-protótipos poliméricos (conforme FOGGIATTO,

2005), o mesmo serviu de base, pois no momento da realização do trabalho, não se

tinha outro método disponível. Uma opção poderia ter sido a utilização de um

software de simulação tipo o Moldflow para fazer uma definição prévia dos

parâmetros de injeção, como o utilizado por (BARETA et al., 2006).

Para início da produção de peças boas, foram realizados em tornos de 20

ciclos para o par de inserto de resina RenCast 6470 até a estabilização do ajuste

utilizado na injeção dos corpos de prova (Figura 3.9). Para os pares de insertos de

resina RenShape 5166 e aço, os parâmetros usados como base foram os mesmos

utilizados na resina RenCast 6470. Neste caso foram necessárias algumas

variações nos parâmetros de injeção, conforme apresentadas na Tabela 3.5

Figura 3.9 - Corpo de prova injetado em PP.

Tabela 3.4 - Injeção de corpos de prova em PP de: tração, impacto e dureza

Parâmetros Insertos

Aço 1045 Resina Ren Cast 6470

Resina Ren Shape 5166

Temperatura de injeção (º C) 200 200 200 Pressão de fechamento (MPa) 40 30 30 Pressão injeção (MPa) 35 27 25 Velocidade de injeção (mm/s) 20 22 20 Tempo de injeção (s) 5 5 5 Pressão de recalque (MPa) 23 20 20 Tempo de recalque (s) 3 3 3 Tempo de resfriamento (s) 5 10 10 Pressão de dosagem (MPa) 80 80 80 Curso de dosagem (mm) 11,15 15 15 Temperatura nas zonas de aquecimento (º C): 200, 195, 190, 185

Capítulo 3 Materiais e métodos 57

A força de fechamento do molde calculada utilizando a Equação 2.1, foi

aproximadamente 4 toneladas, onde a área projetada da cavidade e do canal de

alimentação é 22,4 cm2 e a pressão na cavidade é 180 bar.

Segundo MANRICH (2005), a força de fechamento do molde de injeção tem

que ser maior que a pressão de injeção para garantir que o molde não abra durante

a injeção do material. Visualiza-se na Tabela 3.5 que a pressão de fechamento é

superior em torno de 10% em relação a pressão de injeção, o que garante a

estabilidade do fechamento no ato da injeção, atendendo a recomendação

especificada na seção 2.6.

No processo de injeção, após a regulagem da máquina, foram injetados 20

corpos de prova de tração para cada molde-protótipo (resinas e aço). Destes, alguns

corpos de prova foram selecionados para a realização dos ensaios descritos a

seguir. Esta seleção foi de forma aleatória.

3.7 Ensaios mecânicos nos corpos de prova

Os ensaios foram realizados objetivando a verificação das especificações das

propriedades mecânicas analisadas através dos ensaios de tração, impacto e dureza

em corpos de prova injetados em três moldes de materiais diferentes. Os corpos de

prova foram ensaiados na atmosfera de 23 ºC. Neste estudo foram usados cincos

corpos de prova para cada tipo de ensaio. Ou seja, cinco corpos de prova para cada

par de inserto.

3.7.1 Ensaio de resistência a tração

Os ensaios de tração foram realizados, conforme especificados na norma NBR

9622, em uma máquina universal de ensaios de tração EMIC DL 3000 com célula de

30 KN Figura 3.10, pertencente à Escola SENAI Mario Amato - São Paulo. A

obtenção dos dados resultantes dos ensaios foi através do software Mtesc versão

2.02.


A velocidade utilizada no ensaio foi de 50 mm/min., esta é uma das

velocidades permitidas entre outras especificadas na norma NBR 9622, para ensaios

de polímeros no ensaio de tração. BARETA (2007), usando um equipamento similar,

também usou a velocidade de 50 mm/min., para ensaios de tração.

Figura 3.10 - Ensaio de tração em corpo de prova injetado em PP (SENAI/SP, 2009).

3.7.2 Ensaio de resistência ao impacto

Os corpos de prova de impacto foram dimensionados fora das especificações

da NBR 8425, com exceção do entalhe que ficou conforme especificado na norma

(Figura 2.18). Como o estudo é comparativo, as peças moldadas têm que ter a

mesma espessura variando apenas dentro da tolerância permitida.

Desta forma, para fazer os ensaios de impacto também foram usados os

corpos de prova de tração, sendo que foi feito uma adaptação através de usinagem

para que os mesmos pudessem ser testados. O corpo ficou com a geometria

retangular, dimensões: 32,0 mm de comprimento x 12,7 mm de largura x espessura

de 2,2 mm (Figura 3.11), sendo retirado da parte mais larga do corpo de prova de

tração conforme Figura 3.12. As superfícies usinadas foram os topos do

comprimento e da largura.


Figura 3.11 - Desenho de corpo de prova usado no ensaio de impacto.

Figura 3.12 - Local grifado de vermelho onde

foi extraído o corpo de prova de impacto.

Para a realização dos ensaios foi utilizado uma máquina de ensaio EMIC Elco

modelo N34 – 45BR, sendo realizados ensaios de impacto Izod, com energia

nominal do pêndulo de 2,70 J e velocidade de impacto de 3,45 m/s (Figura 3.13).

Este equipamento cedido pelo Centro de Injeção Plástica (CIP) da Fundação Rede

Amazônica/Manaus.

Figura 3.13 - Ensaio de impacto em corpo de prova em PP (CIP, 2009).


3.7.3 Ensaio de dureza

Na execução dos ensaios de dureza foram utilizados três corpos de prova

sobrepostos na realização dos ensaios. A razão pela qual foi utilizado mais de um

corpo de prova para o ensaio de dureza é que, segundo a norma NBR 7456, o corpo

de prova deve ter no mínimo 3,0 mm de espessura. Como o corpo de prova tinha

uma espessura de 2,2 mm, foi utilizado três corpos de prova sobrepostos.

O método de determinação da dureza por penetração dos materiais plásticos

foram seguidos de acordo com a prescrição na norma NBR 7456. O equipamento

utilizado foi o Durômetro Shore D – Zwick da Escola SENAI Mario Amato - São

Paulo. A Figura 3.14 mostra o posicionamento do corpo de prova na máquina de

medir dureza.

Figura 3.14 - Ensaio de dureza em corpo

de prova em PP (SENAI/SP, 2009).

Nos ensaios de durezas foram feitas 7 medições de acordo com a Figura 3.15.

Em todos os ensaios (tração, impacto e dureza) foram utilizados 5 corpos de prova

para cada material do molde.

Figura 3.15 - Posição dos pontos de medição de dureza Shore D.

Capítulo 4 Resultados e discussões

61

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Neste capítulo são apresentados os resultados obtidos durante a realização

dos testes que servirão como embasamento para as discussões e conclusões deste

trabalho.

4.1 Teste de usinagem

Na análise visual da usinagem observou-se que na saída da ferramenta em

determinadas velocidades de avanço, aconteceu o lascamento, conforme Figura 3.4.

Analisando questões como rugosidade do canal e visualmente o lascamento de

material, pode-se definir qual a melhor velocidade de corte e avanço para o material,

visto que este é um material novo no mercado e as informações sobre suas

condições de corte ainda não estão bem definidas (Tabela 4.1).

Tabela 4.1 - Rugosidade Ra (µm)

Teste com Velocidade de corte 94 m/min fz 1ª Medição 2ª Medição 3ª Medição Média Desv. Pad.

0,03 0,814 0,835 0,952 0,867 0.074 0,05 1,022 0,954 1,110 1,028 0.078 0,07 0,961 1,281 1,184 1,142 0.164 0,08 1,120 1,210 1,065 1,131 0.073 0,10 1,250 1,160 1,060 1,156 0.095

Teste com Velocidade de corte 125 m/min.

fz 1ª Medição 2ª Medição 3ª Medição Média Desv. Pad. 0,03 1,060 1,080 1,140 1,09 0,041 0,04 1,200 1,140 1,120 1,15 0,042 0,05 1,010 1,340 1,200 1,18 0,165 0,06 1,037 1,160 1,170 1,12 0,074 0,08 1,000 1,135 1,170 1,10 0,090

Profundidade de corte 3,0 mm; fresa de topo reto de Ø10,0 mm


62

4.2 Usinagem dos insertos

A Figura 4.1 apresenta a cavidade do inserto de resina RenCast 6470 usinada

pelo CNC com auxílio do sistema CAD/CAM, seguindo os parâmetros estabelecidos

no teste de usinagem.

Figura 4.1 - Inserto usinado (DAMEC, 2009).

Ressalta-se que a superfície da cavidade não foi polida pós-usinagem, ela foi

utilizada no processo de injeção só com o acabamento resultante do processo e

usinagem. Este procedimento foi o mesmo tanto para o molde de aço como os

moldes de resinas: RenCast 6470 e RenShape 5166.

4.3 Montagem dos insertos no porta-molde

Os insertos após o processo de usinagem, foram montados no porta-molde e

posteriormente o molde montado na injetora de plástico, conforme mostrado na

Figura 4.2.


63

Figura 4.2 - Montagens dos insertos e do molde.

4.4 Injeção dos corpos de prova

Após o ajuste da máquina detalhados na (seção 3.6) foram injetadas 20 peças

em cada par de inserto, do modelo de corpos de prova de tração de acordo com a

especificação da norma NBR 9622 (Figura 4.3). Estes corpos foram usados nos

ensaios de tração, impacto e dureza.

Figura 4.3 - Exemplos de corpos de prova injetado em PP.

4.5 Ensaios de resistência à tração

Os resultados referentes aos ensaios de tração estão apresentados nas

Tabelas 4.2, 4.3 e 4.4 e nas Figuras 4.4 a 4.11 pode-se observar o comportamento

dos corpos de prova quanto a estiramento na tração. Os ensaios foram realizados de

acordo com o procedimento prescrito na NBR 9622.


64

Tabela 4.2 - Resultado dos ensaios de tração em corpos de prova de PP injetados em moldes de aço 1045

Parâmetro Tensão Força Máxima

Tensão Ruptura

Def. Espec. Força Máx.

Def. Espec. Ruptura

Módulo de Elasticidade

Unidade (MPa) (MPa) (%) (%) (MPa) CP 1 36,81 20,35 11,78 17,78 548,1 CP 2 33,44 13,87 11,44 37,30 500,1 CP 3 30,85 15,94 10,24 49,11 492,9 CP 4 33,31 23,85 13,20 21,46 447,2 CP 5 34,48 23,72 11,66 21,15 519,5 Média 33,78 19,55 11,66 29,36 501,6

Desv. Padrão 2,156 4,523 1,055 13,39 37,15

Figura 4.4 - Corpos de prova de PP injetados em

moldes de aço após os ensaios de tração.

Figura 4.5 - Gráfico de tensão x deformação de ensaios

em corpos de prova injetado em moldes de aço.


65

Tabela 4.3 - Resultados dos ensaio de tração em corpos de prova de PP injetados em moldes de Resina RenCast 6470


Tensão Ruptura


Def. Espec. Ruptura



Desv. Padrão 1,041 3,448 0,893 3,90 36,28

Figura 4.6 - Corpos de prova de PP injetados em moldes de resinas RenCast 6470 após os ensaios de tração.

Figura 4.7 - Gráfico de tensão x deformação de ensaios em corpos de prova injetado em molde de resina RenCast 6470.


66

Tabela 4.4 - Resultados dos ensaio de tração em corpos de prova de PP injetados em moldes de resina RenShape 5166


Tensão Ruptura


Def. Espec. Ruptura



Desv. Padrão 0,403 1,191 0,705 1,107 27,54

Figura 4.8 - Corpos de prova de PP injetados em moldes de resinas RenShape 5166 após os ensaios de tração.

Figura 4.9 - Gráfico de tensão x deformação de ensaios em corpos de prova injetados em molde de resina RenShape 5166.


67

A Figura 4.10 demonstra uma análise comparativa do comportamento dos

corpos de prova durante o ensaio de tração, tomando como parâmetro a tensão na

força máxima.

Figura 4.10 - Gráfico de tensão na força máxima em peças injetada em moldes de aço 1045, resina RenCast 6470 e resina RenShape 5166.

A Figura 4.11 apresenta uma análise do comportamento dos corpos de prova

durante o ensaio de tração, onde o parâmetro observado é o Módulo de Elasticidade

em peças em PP moldadas pelo processo de injeção.

Figura 4.11 - Gráfico de módulo de elasticidade em peças injetada em moldes de aço 1045, resina RenCast 6470 e resina RenShape 5166.


68

Analisando os dados obtidos verificou-se que a maior variação entre as

propriedades aconteceu na deformação específica, Tabelas de 4.2 a 4.4. Esta é

medida através da deformação de um segmento previamente marcado, com

comprimento de 25,0 mm (Figura 2.16), na região mais fina do corpo de prova. Esta

medida indica em porcentagem o valor de alongamento da região inicial da peça até

a ruptura.

Conforme apresentados nas Tabelas 4.2, 4.3 e 4.4, neste trabalho os valores

médios dos corpos de prova nos ensaios de tração variaram em torno de 2,0%, para

menos do molde de aço em relação ao molde de resina RenCast 6470, 1,6% para

mais do molde de aço para o molde de resina RenShape 5166 e 3,5% para mais do

molde de resina RenCast 6470 para o molde de resina RenShape 5166.

Os valores de tensão máxima suportada pelo corpo de prova de tração estão

dentro da faixa de tensão comumente encontrada para PP injetado de acordo com

CALLISTER (2002), que varia de 31 MPa a 41,4 MPa. O menor valor encontrado foi

33,31 MPa para o inserto de resina 5166 e o maior foi 36,69 MPa para o inserto de

aço.

Neste trabalho houve uma elevação nos valores obtidos nos ensaios de tração

em referência ao valor de referência especificado pelo fabricante BRASKEM (Tabela

2.3) que é de 32 MPa.

Os resultados apresentados neste estudo, relativos aos valores e ao

comportamento dos gráficos, estão próximos dos valores aceitáveis, com base em

estudos anteriores e literaturas, em maiores detalhes nas seções de 2.8 a 2.10.

4.6 Ensaio de resistência ao impacto

As Tabelas 4.5, 4.6 e 4.7 apresentam os dados obtidos no ensaio de impacto.

Ressalta-se que as dimensões dos corpos de prova utilizados nesses ensaios

ficaram fora das especificações da norma NBR 8425, conforme mostrado na Figura

3.11.


69

Tabela 4.5 - Resultados dos ensaios de impacto em corpos de prova de PP injetado em molde de aço

Parâmetro Resistência ao Impacto Energia absorvida

Unidade J/m J CP 1 20,28 4,32 CP 2 18,40 3,92 CP 3 18,40 3,92 CP 4 18,40 3,92 CP 5 19,34 4,12 Média 18,96 4,04

Desv. Padrão 1.063 0,218

Tabela 4.6 - Resultados ensaios de impacto em corpos de prova de PP injetado em molde de resina RenCast 6470

Parâmetro Resistência ao Impacto Energia absorvida

Unidade J/m J CP 1 20,47 4,32 CP 2 18,58 3,92 CP 3 19,53 4,12 CP 4 19,53 4,12 CP 5 17,68 3,75 Média 19,16 4,05

Desv. Padrão 1.063 0,218

Tabela 4.7 - Resultados dos ensaios de impacto em corpos de prova de PP injetado em molde de resina RenShape 5166

Parâmetros Resistência ao Impacto Energia absorvida

Unidades J/m J CP 1 13,36 2,94 CP 2 13,36 2,94 CP 3 15,18 3,34 CP 4 15,18 3,34 CP 5 14,27 3,14 Média 14,27 3,14

Desv. Padrão 0,919 0,200

O gráfico da Figura 4.12 faz uma comparação do comportamento do material

durante o ensaio de impacto, em corpos de prova injetados em PP.


70

Figura 4.12 - Gráfico comparativo de peças injetadas em moldes de aço 1045, resina RenCast 6470 e resina RenShape 5166.

Observa-se que houve uma redução dos valores obtidos nos ensaios de

impacto, em relação ao valor de referência especificado pelo fabricante BRASKEM

(Tabela 3.3), que é de 24 J/m. Comparando-se os valores médios obtidos nos molde

de aço e de resinas, houve uma redução aproximada de 21% para os moldados em

molde aço, 20% em molde de resina RenCast 6470 e 40% em molde de resina

RenShape 5166.

BARETA (2007), em seu estudo sobre materiais alternativos para moldes-

protótipos, também observou uma redução da resistência ao impacto dos moldados

em molde de resina, mas esta foi em torno 15%. Segundo o autor essa redução

pode ser explicada por meio da análise da morfologia das peças moldadas, como

por exemplo, a forma, tamanho e orientação dos esferulitos.

O comportamento dos corpos de prova moldados em molde de aço e resina

RenCast 6470 estão aproximadamente iguais. No entanto, os moldados na resina

RenShape 5166 apresentaram uma redução de 6 MPa.

4.7 Ensaio de dureza

A Tabela 4.8 apresenta os valores obtidos durante os ensaios de dureza. Estes

ensaios foram realizados seguindo orientação dos procedimentos prescritos na

norma NBR 7456.


71

Tabela 4.8 - Resultados dos ensaios de dureza Shore D

Corpo de prova Aço 1045 RenCast 6470 RenShape 5166

CP 1 69 71 68 CP 2 71 72 69 CP 3 71 72 68 CP 4 70 71 68 CP 5 71 72 67 Média 70 72 68

Desv. Padrão 0,800 0,490 0,632

A Figura 4.13 apresenta uma comparação dos resultados dos ensaios de

dureza realizados nos corpos de prova em PP.

Figura 4.13 - Ensaios de dureza de corpos de prova de PP, injetados em moldes de aço 1045, resina RenCast 6470 e resina RenShape 5166.

Conforme já citado na seção 3.7.3 e apresentado na Figura 3.14, foram usadas

três peças sobrepostas, que também é aceitável nos casos de espessura inferior ao

permitido.

Observa-se que houve uma pequena variação nos valores obtidos nos ensaios

de dureza, onde o maior e menor valor encontrados nos moldados foram: em molde

de aço 71 e 69 Shore D, em molde de resina RenCast 6470, 72 e 71 Shore D e em

molde de resina RenShape 5166, 67 e 68 Shore D. Comparando-se os valores

obtidos neste estudo aos encontrados em estudos anteriores apresentados a seguir,

demonstram que há variação dentro de uma faixa de valores encontrados.


72

Os resultados obtidos nos ensaios de dureza, quando comparados entre os

corpos de prova injetados em moldes de resina, observa-se que a variação ficou em

torno de 5,5% para mais nos moldados em resina RenCast 6470 em relação a resina

RenShape 5166. Os valores também estão variando dentro dos valores encontrados

em outros estudos realizados.

SALMORIA et al. (2008) estudaram as propriedades mecânicas por meio do

ensaio de dureza das peças injetadas de PP em molde de epóxi/alumínio e em aço

com o fluido de resfriamento na temperatura de 75 °C. O valor médio da dureza dos

corpos de prova injetados em molde de aço é 73 Shore D, foi ligeiramente superior

ao obtido nas peças injetadas em molde epóxi/alumínio que foi 72 Shore D.

FOGGIATTO et al. (2004) também estudaram as propriedades mecânicas por

meio de ensaios de dureza em peças de PP injetadas em moldes de ABS e aço.

Onde os valores médios apresentados são entre 68 e 69 Shore D, sendo estes

inferiores aos valores comumente encontrados para peças injetadas em PP que são

de 71 a 73 Shore D.

AHRENS et al. (2002) estudaram os processos de fabricação dos insertos de

ABS, resina epóxi e aço 1045, utilizando o mesmo polímero para injeção. O corpo de

prova moldado foi o de tração, utilizado para avaliar a variação da resistência

mecânica através da dureza. O valor para os injetados em moldes de aço foi de 69

Shore D e nos moldes de ABS e resina a dureza média foi de 68 Shore D.

Analisando os resultados apresentados verifica-se que os valores variam

dentro das tolerâncias permitidas especificadas nas literaturas e em pesquisas

realizadas em outros trabalhos.

No caso das variações encontradas, mesmo dentro das tolerâncias permitidas,

as mesmas podem ser justificadas com considerações de vários autores citados

neste trabalho, que encontraram em suas pesquisas diferentes estruturas em termos

de grau de cristalinidade e tipo de fases cristalinas no PP. Isto pode influenciar nos

resultados dos ensaios de peças injetadas em moldes de aço e assim como em

moldes de resinas.

Capítulo 5 Conclusões e sugestões para trabalhos futuros

73

5 CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Nesse capítulo apresentam-se as considerações finais sobre os resultados

obtidos, ressaltando a importância dos estudos realizados, as conclusões do

trabalho e as recomendações para trabalhos futuros, que irão dar sustentação as

hipótese levantadas.

5.1 Considerações finais

Este trabalho avaliou o comportamento mecânico de peças obtidas pelo

processo de injeção de polímeros, moldados em moldes-protótipos de aço 1045,

resina RenCast 6470 e resina RenShape 5166 produzidos por usinagem, por meio

do sistema CAD/CAM/CNC. Essa avaliação foi feita por ensaios de tração, impacto e

dureza em corpos de prova de polipropileno.

Conhecer o comportamento mecânico de peças obtidas pelo processo de

injeção em moldes de materiais alternativos não se constitui em tarefa fácil. Há

variáveis no processo, que influenciam no desempenho dos produtos injetados,

como por exemplo, os parâmetros de injeção utilizados nos moldes de resina. É

importante, que esses parâmetros estejam o mais próximo possível, dos usados em

molde de aço, para poder fazer as comparações dos resultados dos ensaios

mecânicos

Os corpos de prova foram injetados normalmente, tanto no molde de aço como

nos moldes de resinas. Com referência aos ensaios mecânicos observou-se uma

variação muito grande, na deformação específica na ruptura, conforme resultado do

ensaio de tração apresentados nas Tabelas 4.2, 4.3 e 4.4, onde o produto moldado

em moldes de aço estirou mais do que os injetados em moldes de resina.

O fenômeno de maior estiramento ocorrido nos moldados em molde de aço,

apresentando características, que os levaram a esse comportamento, cuja menção

não havia sido feita nos estudos pesquisados neste trabalho, pode ter acontecido

em função das propriedades térmicas do material que foi utilizado.


74

Observou-se também uma redução muito grande dos valores encontrados nos

ensaios de resistência ao impacto, Tabelas 4.5, 4.6 e 4.7, em relação ao valor de

referência da Tabela 2.3, isso pode ter ocorrido em função do dimensionamento do

corpo de prova de impacto conforme seção 3.7.2.

Para este trabalho foram utilizadas duas resinas, RenShape 5166 e RenCast

6470, a primeira é fornecida em forma de placa a outra em dois componentes (resina

e endurecedor) para ser preparada pelo usuário em ambiente apropriado. Como não

se tinha experiência na preparação desta resina, e nem laboratório apropriado com

câmara de pressão para retirar as bolhas, foi solicitada ao fabricante HUNTSMAN, a

resina já preparada/curada.

Nos testes realizados os objetivos foram atendidos, no entanto, as variações

encontradas nos ensaios mecânicos podem estar vinculados ao impacto do

comportamento térmico dos materiais usados nos moldes e no material do moldado,

como o grau de cristalinidade e tamanhos dos esferulitos, causado pelo resfriamento

lento das peças injetadas. Estas hipóteses poderão ser confirmadas em trabalhos

futuros.

5.2 Conclusões

Nos ensaios de resistência a tração do PP moldado em moldes de resinas e de

aço conclui-se que a variação dos valores foi muito pequena, quando aplicada a

tensão na força máxima (conforme as tabelas 4.2, 4.3 e 4.4):

Quando comparados aos moldados em molde de aço, os corpos de prova

moldados em molde de resina RenCast 6470 tiveram uma tensão máxima de 2,0%

maior;

Já os moldados em resina RenShape 5166, a tensão máxima foi 1,6% menor

em relação aos corpos de prova moldados em aço;

Quando a comparação foi feita entre os produtos injetados nas duas resinas,

observou-se que a tensão máxima dos moldados em resina RenCast 6470 foi 3,5%

maior que os corpos de prova moldados em resina RenShape 5166.


75

Constatou-se que essas variações não comprometem os produtos moldados

em moldes-protótipos de resina RenShape 5166 ou RenCast 6470, pois essas

variações estão dentro de faixa aceitável, conforme as tabelas de dados do

fabricante BRASKEM, como também verificado em outros estudos e na literatura.

Nos ensaios de resistência ao impacto do PP injetados em moldes de aço e de

resinas, conclui-se que houve redução nos valores (conforme Tabelas 4.5, 4.6 e 47),

considerando os valores de referência do fabricante BRASKEM (Tabela 2.3):

Para moldados em moldes de aço, a redução da resistência ao impacto foi

21%, em relação ao valor de referência;

Nos moldados em molde de resina RenCast 6470, a redução da resistência ao

impacto foi 20%, comparada ao valor do fabricante;

Já a resistência ao impacto dos corpos de prova moldados em molde de resina

RenShape 5166 a redução foi 40% em relação ao valor de referência;

Na resistência ao impacto dos corpos de prova moldados em molde de resina

RenCast 6470, quando comparada com os moldados em aço, o valor foi 2% maior;

Quando a comparação é feita entre os corpos de prova injetados nas duas

resinas, a resistência ao impacto nos moldados em resina RenCast 6470 foi de 26%

maior em relação os moldados em resina RenShape 5166.

Embora tenha-se observado que a resistência ao impacto tenha apresentado

redução dos valores em relação aos de referência, quando comparadas entre si, os

produtos moldados em resina RenCast 6470 apresentaram maior resistência, que os

moldados em aço e resina RenShape 5166. Ressalta-se que em outro estudo

apresentado na seção 2.10.2, utilizando corpos de prova fora do padrão da norma,

também apresentou redução de resistência ao impacto.

Nos ensaios de dureza Shore D do PP, tomando-se como referência a

resistência a deformações dos corpos de prova injetados em molde de aço 1045, em

comparação com as durezas obtidas nos moldados em moldes de resinas, observa-

se que a variação dos valores de dureza foi pequena (conforme a Tabela 4.8).

Quando comparando com a dureza dos corpos de prova moldados em molde

resina RenCast 6470 , o valor foi 2,7% maior que os moldados em aço;


76

Quando comparada aos corpos de prova moldados em molde de resina

RenShape 5166 a dureza foi 1,5% menor;

Já dureza comparada entre os moldados em moldes de resina o resultado é

6,0% maior para os corpos de prova injetados em resinas RenCast 6470 em relação

a resina RenShape 5166.

No ensaio de dureza conclui-se que, assim como nos ensaios de resistência a

tração e resistência ao impacto, os corpos de prova moldados em resinas RenCast

6470 apresentaram melhor desempenho.

Esse estudo mostrou que, de um modo geral, as resinas RenCast 6470 e

RenShape 5166 têm um bom desempenho na moldagem por injeção de PP,

tornando-se viáveis suas aplicações para insertos de moldes. Desta forma, conclui-

se que estas resinas podem ser usadas em moldes-protótipos usinados para a

injeção de PP, tanto no desenvolvimento de novos produtos, quanto na produção de

pequenos lotes de peças.

5.3 Sugestões para trabalhos futuros

Com a realização deste trabalho foi identificada a possibilidade de

desenvolvimento de novos trabalhos. A seguir, são apresentadas algumas

sugestões consideradas importantes para a continuidade das pesquisas:

� Fazer novo estudo de propriedade mecânica por meio de ensaio de flexão

em corpos de prova de PP, injetados em molde de resina RenCast 6470;

� Estudar o comportamento térmico dos produtos moldados em moldes-

protótipos, principalmente relacionados a cristalinidade do moldado, comparando os

resultados com os obtidos em moldes de aço;

� Analisar as propriedades mecânicas em corpos de prova de PP injetados em

moldes-protótipos usinados feitos de outras resinas poliméricas, fazendo a

comparação com os dados obtidos com moldes de resinas, utilizadas neste trabalho.

� Realizar outros estudos para entender o comportamento do estiramento dos

moldados em molde de aço em relação aos injetados em moldes de resinas.

Capítulo 6 Referências

77

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Apêndice A - Matéria-prima para fabricação dos insertos 83

APÊNDICE A – MATÉRIA-PRIMA PARA FABRICAÇÃO DOS

INSERTOS

Nome da Peça:___Inserto ___ Programador:___Wilson Gaebler____ Data:_____21/05/09____ Material da peça: __Resina _____ Programa(s):_______________ Máquina: Cincinnati Milacron ARROW 500_

Instruções ao Operador e Observações:

- A materia-prima deve ser pre-usinadas nas dimensões conforme especificadas no croqui com uma tolerância de ± 0,5mm.

Apêndice B - Folha de operação de usinagem dos insertos

84

APÊNDICE B- FOLHA DE OPERAÇÃO DE USINAGEM DOS

INSERTOS

Nome da Peça:___Inserto ___ Programador:__ Wilson Gaebler ____ Data:_____21/05/09____ Material da peça: __Resina ____ Programa(s):_________ Máquina: Cincinnati Milacron ARROW 500_ Fase: 1

X

Z

Calços

60,5

Ponto referênciado Zero Peça

x

z

X

Y

Ponto referência do Zero peça37,5

65

Mordente Fixo

x

y

Instruções ao Operador e Observações:

- Referenciar o Zero Peça conforme croqui – utilizar lateral do mordente fixo da morsa como referência. - Relação de ferramentas: 4 fresas de topo de ponta esférica Ø 2mm; 3 frases de topo Ø 4mm e 2 fresas de topo Ø 20mm

Apêndice B - Folha de operação de usinagem dos insertos

85

APÊNDICE B - FOLHA DE OPERAÇÃO DE USINAGEM DOS

INSERTOS

Nome da Peça:___Inserto ___ Programador:__ Wilson Gaebler ____ Data:_____21/05/09____ Material da peça: __Resina _______ Programa(s):_________ Máquina: Cincinnati Milacron ARROW 500_ Fase: 2

X

Z

6


x

z

Calços 37,5

X

Y

65

x

y

Mordente Fixo

ADETALHE A


Instruções ao Operador e Observações: - Girar 180° em relação ao eixo X para nova fixação. - Referenciar o Zero Peça conforme croqui – utilizar lateral do mordente

fixo da morsa como referência.

- ZP em Z feito na parte superior do calço. - Utilizar uma régua para alinhar a parte usinada às laterais dos mordentes. - Utilizar as mesmas ferramentas da fase 1

Anexo A - Método da injeção progressiva

86

ANEXO A – MÉTODO DA INJEÇÃO PROGRESSIVA

Este método, também denominado por “Short shot method” foi traduzido e adaptado

de BARRY et al, (1995). Com o auxílio deste método é possível o ajuste dos

parâmetros de injeção passo a passo (BUSATO, 2004).

Procedimento inicial:

1. Assuma que a temperatura do molde já foi determinada na máquina;

2. Assuma que a temperatura de injeção do polímero já está determinada;

3. Os passos devem ser seguido na ordem como segue abaixo.

Passos:

1. AJUSTANDO O CURSO DE DOSAGEM (volume de material a ser injetado na

cavidade):

a) Ajuste a pressão de recalque igual a “Zero”;

b) Ajuste o tempo de recalque igual a “Zero”;

c) Ajuste a velocidade de injeção de MÉDIA para ALTA;

d) Ajuste o tempo (1º estágio) para um valor maior do que o necessário para

preencher o molde;

e) Ajuste a pressão (1º estágio) para um valor maior do que o necessário para

preencher o molde;

f) Ajuste o valor do curso do fuso (volume de material) para um valor menor do que o

necessário para preencher a cavidade do molde;

g) Injete uma peça – o resultado deve ser uma peça incompleta;

h) Continue injetando peças, aumentando gradualmente o curso do fuso (volume de

material) – quando a peça estiver entre 95-98% preenchida, é sinal que o curso do

fuso (volume de material) está OK. (Aviso: O parafuso deve estar no seu fim de

curso nesse estágio. Não deve existir COLCHÃO).

2. CHECAGEM DA VELOCIDADE DE INJEÇÃO (volume de material a ser

injetado na cavidade):

a) Injete algumas peças conforme as condições descritas no item “1.h”, e cheque se:

(i) Se próximo do “ponto de injeção” houver queima ou descoloração do material, ou

se a peça ficar muito mole após a extração – então reduza a velocidade de injeção

até os problemas desaparecerem.

Anexo A - Método da injeção progressiva

87

(ii) Se próximo do “ponto de injeção” houver marcas de fluxo (marca fria), então

aumente a velocidade de injeção até que o problema desapareça.

3. AJUSTANDO A PRESSÃO DE INJEÇÃO:

a) Continuando do passo 2.a., ajuste a pressão de injeção (1º estágio) para um valor

insuficiente para preencher o molde;

b) Injete uma peça – o resultado deve ser uma peça incompleta;

c) Continue injetando peças. AUMENTANDO gradualmente a pressão de injeção –

quando a peça estiver entre 95-98% preenchida, se a aparência da peça estiver

compatível com a do passo 2.a., então a pressão está OK. (Aviso: O parafuso de

injeção deve estar no seu fim de curso. Não deve existir material para ser injetado).

4. AJUSTANDO O TEMPO DE INJEÇÃO:

a) Continuando do passo 3.c, ajuste o tempo de injeção (1º estágio) para um valor

insuficiente para preencher o molde;

b) Injete uma peça – o resultado deve ser uma peça incompleta;

c) Continue injetando peças. AUMENTANDO gradualmente o tempo de injeção –

quando a peça estiver entre 95-98% preenchida, se a aparência da peça estiver

compatível com a do passo 3.c., a pressão de injeção (1º estágio) está OK.

(Aviso: O parafuso de injeção deve estar no seu fim de curso. Não deve mais existir

material para ser injetado).

Obs: Máquinas CNC fornecem valores reais de tempo de injeção que podem ser

visualizadas no passo 3.

5. AJUSTANDO TEMPO DE RECALQUE:

a) Continuando do passo 4.c., aumente o CURSO DE DOSAGEM em 5-10%;

b) Injete uma peça – ela deveria parecer com a do passo 4.c., mas agora um

COLCHÃO está presente;

c) Ajuste a pressão de recalque (2º estágio) para 50-60% da pressão de injeção (1º

estágio). Certifique-se o tempo de recalque ainda é ZERO.

d) Injete uma peça – a peça deveria ainda permanecer igual a do passo 5.b.

e) Continue injetando peças, aumentando gradualmente o tempo de recalque. Pese

a peça para cada incremento de tempo, até o peso parar de aumentar

significativamente. Quando o peso da peça não mais variar, o tempo de recalque

está OK.

Anexo B – Boletim técnico Braskem 2009

88

ANEXO B – BOLETIM TÉCNICO BRASKEM 2009

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