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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁPR

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

CAMPUS DE CURITIBA

DEPARTAMENTO DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

E DE MATERIAIS - PPGEM

OTÁVIO DERENIEVICKI FILHO

PROCEDIMENTO PARA TESTAR RESINAS

POLIMÉRICAS PARA A FABRICAÇÃO DE MOLDES-

PROTÓTIPO USINADOS

CURITIBA

FEVEREIRO - 2007

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PROTÓTIPO USINADOS

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, do Departamento de Pesquisa e Pós-Graduação, do Campus de Curitiba, da UTFPR.

Orientador: Prof. Neri Volpato, Ph.D.

Co-orientadora: Profa. Márcia Silva de Araújo, Ph.D.

CURITIBA

FEVEREIRO – 2007

TERMO DE APROVAÇÃO




PROTÓTIPO USINADOS

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. Neri Volpato, Ph.D. Coordenador de Curso

Banca Examinadora

______________________________ _______________________________ Prof. Carlos Alberto Costa, Ph.D. Prof. Paulo A. Camargo Beltrão, Ph.D. (UCS) (UTFPR)

______________________________ ______________________________ Prof. Neri Volpato, Ph.D. Profa. Márcia Silva de Araújo, Ph.D. (UTFPR) (UTFPR)

Curitiba, 26 de Fevereiro de 2007

iii

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus, pelo dom da vida, pela saúde e

perseverança, necessários em todos os momentos desta jornada.

Agradeço muitíssimo à minha amada esposa Tere e minhas amadas filhas

Fernanda e Beatriz, pelo apoio e compreensão nos momentos de minha ausência

durante o trabalho.

A todos os meus amigos, em especial ao Mauro, Marcos Pires, Joel e ao

Machado, pelo apoio e confiança no meu trabalho, elementos que fizeram com que

eu pudesse realizá-lo.

Agradeço também às empresas que me apoiaram no desenvolvimento de

experimentos práticos como o SENAI-PR, em nome do Sr. João Antônio, e à

Electrolux em nome do Sr. Gerber.

Ao meu orientador, Professor Neri Volpato, pelo seu empenho em garantir o

desenvolvimento do trabalho, pela sua capacidade de proposta crítica, revisão e

síntese dos trabalhos. À minha co-orientadora, Professora Márcia Silva de Araújo,

pela constante ajuda na construção das idéias do trabalho e pelo direcionamento

prático das atividades de pesquisa.

À Universidade Tecnológica Federal do Paraná, pela disponibilidade de

recursos e oportunidade de efetuar contatos profissionais e acadêmicos que

subsidiaram a pesquisa e fundamentaram os estudos.

Finalmente agradeço a todos que direta ou indiretamente contribuíram para a

conclusão deste trabalho.

iv

DERENIEVICKI FILHO, Otávio, Procedimento para Testar Resinas Poliméricas

para a Fabricação de Moldes-Protótipo Usinados, 2007, Dissertação (Mestrado

em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de

Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 115p.

RESUMO

Uma alternativa à obtenção de insertos para moldes-protótipo para injeção de

plástico, é o Ferramental Rápido obtido por usinagem, que utiliza as tecnologias

CAD/CAM/CNC. Para a fabricação dos insertos através de usinagem, vários

materiais podem ser utilizados, dentre os quais, algumas resinas poliméricas

comerciais, tais como resinas de epóxi ou poliuretano e seus compósitos. Há, no

entanto, uma carência de informações a respeito da aplicação e desempenho destes

materiais na injeção de plásticos. Estudos anteriores demonstram que resinas não

indicadas para uso como material para moldes de injeção e por conseqüência, mais

baratas, pode resistir a um número considerável de ciclos de injeção com

determinados polímeros. Torna-se necessário então, identificar e testar várias

combinações de materiais, do inserto e da peça a ser injetada. Os resultados dos

testes podem fornecer informações para o usuário final e para a alimentação de um

banco de dados de materiais para moldes-protótipo que está em desenvolvimento

na UTFPR. Visando descartar as resinas que não apresentam propriedades

adequadas à injeção de plásticos, propõe-se a elaboração de um procedimento para

selecionar e testar as mesmas. Este procedimento propõe sugestões de como

realizar as várias etapas identificadas como necessárias para se testar resinas com

base em suas propriedades e do polímero que será injetado. Neste trabalho foram

realizados testes de injeção utilizando placas de resinas comerciais, seguindo o

procedimento proposto. 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. Os resultados indicam

que algumas resinas podem ser utilizadas em injeção e o procedimento para testar

as mesmas apresenta-se viável.

Palavras-chave: Ferramental Rápido, Usinagem CNC, Injeção

v

DERENIEVICKI FILHO, Otávio, Procedimento para Testar Resinas Poliméricas

para a Fabricação de Moldes-Protótipo Usinados, 2007, Dissertação (Mestrado

em Engenharia) - Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica e de

Materiais, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 115p.

ABSTRACT

An alternative to attain inserts for prototype moulds for plastic injection is the

Rapid Tooling obtained by machining, with uses CAD/CAM/CNC technologies. For

inserts manufacture through machining, some materials can be used, amongst them,

some commercial resins, such as epóxi or polyurethane resins. However, a lack of

information regarding the application and performance of these resins in the plastic

injection is observed. Previous studies demonstrate that some resins not indicated for

the injection, and for consequence cheaper, can resist a considerable number of

cycles of injection with determined polymers. It is necessary then to identify and to

test some materials combinations of inserts and the injected part. The results of the

tests can supply information the final user and the feeding of a data base for

prototype moulds materials that is in development at UTFPR. Looking for to discard

the resins that do not present adequate properties to the plastic injection, it is

considered elaboration of a procedure to test and to select resins. This procedure

recommend how be various shots identifies by what means necessary to test resins,

on the basis of its properties and of the polymer that will be injected. In this work

commercial resin plates had been carried through injection tests using, to follow the

instructions of proposed procedure. Some characteristics of resins had been

analyzed as: machining, roughness and the hardness of the surface together with the

performance and the consuming of the inserts in function of the injection. The results

indicate follows resins can be used in injection mould and the proposed procedure is

practicable.

Keywords: Rapid Tooling, CNC Machining, Injection

vi

SUMÁRIO

RESUMO.................................................................................................................... iv

ABSTRACT .................................................................................................................v

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. ix

LISTA DE TABELAS ................................................................................................. xii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................................................... xiv

1 INTRODUÇÃO......................................................................................................1

1.1 Apresentação do Problema......................................................................................................4 1.2 Objetivos do Trabalho ..............................................................................................................5 1.3 Estruturação do Trabalho.........................................................................................................6

2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO PARA OBTENÇÃO DE PROTÓTIPOS FUNCIONAIS ..............................................................................................................7

2.1 Prototipagem Rápida................................................................................................................7 2.2 Ferramental Rápido..................................................................................................................9 2.3 Ferramental Rápido Obtido por Usinagem ............................................................................11 2.4 Materiais Aplicados em Moldes-Protótipo Usinado................................................................16

2.4.1 Polímeros ...........................................................................................................................17 2.4.2 Propriedades térmicas dos polímeros................................................................................18 2.4.3 Propriedades mecânicas dos polímeros ............................................................................20

2.5 Resinas Poliméricas Comerciais............................................................................................21 2.6 Processo de Injeção de Plásticos ..........................................................................................24

2.6.1 Máquina injetora .................................................................................................................25 2.6.2 Molde de injeção ................................................................................................................26 2.6.3 Ciclo de Injeção ..................................................................................................................28 2.6.4 Acabamento superficial ......................................................................................................30 2.6.5 Adesão superficial ..............................................................................................................31 2.6.6 Contração e uso de desmoldantes.....................................................................................32

2.7 Estudos de Resinas como Insertos para Moldagem de Plásticos .........................................33 2.8 Discussão Sobre as Tecnologias e Materiais para a Fabricação de Insertos para Moldes-Protótipo .............................................................................................................................................37

3. PESQUISA DE APLICAÇÃO DE TECNOLOGIAS PARA O DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPOS FÍSICOS......................................................................................40

3.1 Metodologia da Pesquisa .......................................................................................................40 3.2 Resultados Obtidos ................................................................................................................41

vii

3.3 Discussão dos Resultados .....................................................................................................46 3.4 Considerações dos Resultados..............................................................................................47

4 PROCEDIMENTO PARA TESTAR E IDENTIFICAR RESINAS PARA A INJEÇÃO DE PLÁSTICOS........................................................................................49

4.1 Procedimento para Testar Resinas para Moldes-Protótipo ...................................................49 4.1.1 Selecionar a geometria do protótipo ..................................................................................50 4.1.2 Selecionar ou construir um porta-molde ............................................................................52 4.1.3 Selecionar as resinas para fabricar os insertos .................................................................54 4.1.4 Realizar testes para selecionar os parâmetros de usinagem ............................................55 4.1.5 Usinar os insertos...............................................................................................................56 4.1.6 Medir a rugosidade e dureza dos insertos antes e após a injeção....................................57 4.1.7 Definir o procedimento de ajuste do processo de injeção .................................................58 4.1.8 Realizar a injeção seguindo o procedimento de controle ..................................................59 4.1.9 Analisar as propriedades dos protótipos injetados ............................................................59

5 APLICAÇÃO DO PROCEDIMENTO PARA TESTAR RESINAS ........................61

5.1 Seleção de Resinas para a Fabricação dos Insertos.............................................................61 5.2 Testes de Usinagem em Resinas ..........................................................................................62 5.3 Realização da Usinagem dos Insertos...................................................................................64 5.4 Medição da Rugosidade e Dureza dos Insertos ....................................................................67 5.5 Seleção dos Polímeros a Serem Injetados ............................................................................69 5.6 Procedimento de Ajuste do Processo de Injeção ..................................................................69 5.7 Processo de Injeção dos Protótipos.......................................................................................71 5.8 Análise das Propriedades dos Protótipos Injetados...............................................................71

6 RESULTADOS ...................................................................................................73

6.1 Fabricação do Porta-Molde ....................................................................................................73 6.2 Definição dos Parâmetros de Usinagem................................................................................74 6.3 Usinagem dos Insertos...........................................................................................................79 6.4 Procedimento de Ajuste da Injetora .......................................................................................80 6.5 Resultados dos Testes de Injeção .........................................................................................83

6.5.1 Experimentos com a resina PN 1007.................................................................................83 6.5.2 Experimentos com a resina RS 5166.................................................................................86 6.5.3 Experimentos com a resina LAB 1000 ...............................................................................88

6.6 Resultado da Medição de Dureza dos Insertos .....................................................................90 6.7 Medição da Rugosidade dos Insertos ....................................................................................91 6.8 Medição da Espessura da Peças Injetadas ...........................................................................93 6.9 Medição da Rugosidade das Peças Injetadas .......................................................................93 6.10 Resumo dos Resultados de Usinagem e Injeção ..................................................................95

viii

7 DISCUSSÃO E CONCLUSÔES .........................................................................97

7.1 Discussão ...............................................................................................................................97 7.2 Conclusões...........................................................................................................................102 7.3 Sugestões para Trabalhos Futuros ......................................................................................103

PRODUÇÃO CIENTÍFICA NO PERÍODO (Março 2004 – Março 2007)..................105

REFERÊNCIAS.......................................................................................................106

APÊNDICE A – FORMULÁRIO DO QUESTIONÁRIO ............................................111

APÊNDICE B – FICHA DE REGISTROS DE AJUSTE DA INJETORA...................112

ANEXO A – MÉTODO DO AJUSTE PROGRESSIVO ............................................113

ix

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Seqüência de desenvolvimento de um produto com tecnologia RP

(Adaptado de KARUNAKARAN, 2000)....................................................................8

Figura 2.2 – Produção de peças em PP (FERREIRA e MATEUS, 2002)..................10

Figura 2.3 – Ensaio de usinagem em resinas (LANZ et al., 2002).............................13

Figura 2.4 – Insertos usinados e peças injetadas (YANG e RYU, 2001)...................14

Figura 2.5 – Características da tecnologia CNC (PRINZ et al., 1997).......................14

Figura 2.6 – Usinagem de protótipo de um automóvel com CNC de 5 eixos (AXSON,

2004)......................................................................................................................15

Figura 2.7 – Geometria do protótipo e produto injetado em PP (VOLPATO et al.,

2003)......................................................................................................................24

Figura 2.8 – Modelo de máquina de injeção (HARADA, 2004)..................................26

Figura 2.9 – Modelo esquemático de um molde de injeção de plásticos (HARADA,

2004)......................................................................................................................27

Figura 2.10 – Ciclo básico de uma máquina injetora (HARADA, 2004).....................29

Figura 2.11 – Contração de um produto com forma interna (HARADA, 2004)..........32

Figura 2.12 – Contração de um produto sobre o macho (HARADA, 2004)...............32

Figura 3.1 – Regiões das empresas que responderam o questionário......................42

Figura 3.2 - Tecnologias para a fabricação de protótipos..........................................44

Figura 3.3 – Materiais dos produtos...........................................................................44

Figura 3.4 – Materiais utilizados em moldes-protótipo...............................................45

Figura 3.5 – Análises e ensaios realizados com os protótipos...................................45

Figura 4.1 – Etapas do procedimento para testar as resinas.....................................50

Figura 4.2 – Modelo do protótipo denominado pirâmide............................................51

Figura 4.3 – Modelo 3D do porta-molde padrão.........................................................53

Figura 4.4 – Modelo do corpo de prova para a usinagem dos canais........................55

x

Figura 4.5 – Modelo dos insertos: da cavidade e do macho......................................57

Figura 5.1 – Modelo de uma estratégia de usinagem gerado no sistema CAM.........65

Figura 5.2 – Pontos de medição de dureza Shore D dos insertos.............................68

Figura 5.3 – Superfícies de medição de rugosidade dos insertos..............................68

Figura 5.4 – Pontos de medição da espessura do protótipo injetado........................72

Figura 6.1 – Porta-molde fabricado e detalhe de insertos montados.........................73

Figura 6.2 – Detalhe do porta-molde..........................................................................74

Figura 6.3 – Exemplo de canais usinados..................................................................74

Figura 6.4 – Comparação de rugosidade média com vc = 100m/min........................76

Figura 6.5 – Comparação da rugosidade média com vc = 157m/min........................76

Figura 6.6 – Lascamentos observados nas resinas...................................................77

Figura 6.7 – Identificação da região de maior ocorrência dos lascamentos..............78

Figura 6.8 – Usinagem de uma cavidade e macho....................................................79

Figura 6.9 – Exemplo de um par de insertos usinados..............................................80

Figura 6.10 – Exemplo de controle de peso das peças injetadas na etapa de

ajuste.....................................................................................................................81

Figura 6.11 – Peças injetadas em um dos testes.......................................................81

Figura 6.12 – Método de controle de temperatura.....................................................82

Figura 6.13 – Resfriamento dos insertos com ar comprimido....................................82

Figura 6.14 – Peça perfurada pelos extratores e rachadura do inserto (PN 1007/PP-

S/D).......................................................................................................................84

Figura 6.15 – Inserto rompido e peça com parte do inserto (PN 1007/PP-

S/D).......................................................................................................................85

Figura 6.16 – Deformação do inserto e parte do inserto aderido na peça (PN

1007/ABS-C/D)......................................................................................................85

Figura 6.17 – Deformação da cavidade e detalhe do rompimento do inserto (PN

1007/ABS-C/D)......................................................................................................86

xi

Figura 6.18 – Lascamento do macho e peça com parte do inserto (RS 5166/ABS-

S/D)........................................................................................................................86

Figura 6.19 – Rompimento da cavidade na lateral e no ressalto central (RS

5166/ABS-S/D)......................................................................................................87

Figura 6.20 – Desgaste do inserto (RS 5166/ABS-C/D)............................................88

Figura 6.21 – Lascamento da cavidade (LAB 1000/ABS-S/D)..................................89

Figura 6.22 – Rugosidade média dos insertos antes da injeção................................92

Figura 6.23 – Rugosidade média dos insertos após a injeção...................................92

Figura 6.24 – Rugosidade média das peças injetadas...............................................94

xii

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 - Resumo das tecnologias RT....................................................................9

Tabela 2.2 – Características das diversas resinas comerciais...................................22

Tabela 2.3 – Indicação de parâmetros de usinagem (Adaptado de VANTICO,

2003).....................................................................................................................23

Tabela 2.4 – Indicação de parâmetros de usinagem (Adaptado de AXSON,

2003)......................................................................................................................23

Tabela 3.1 – Quantidade de protótipos fabricados pelas diversas tecnologias de

prototipagem..........................................................................................................43

Tabela 5.1 – Propriedades da resina base e das resinas utilizadas nos testes de

injeção...................................................................................................................62

Tabela 5.2 – Parâmetros de corte selecionados para testes de usinagem................64

Tabela 5.3 – Seqüência da usinagem dos insertos....................................................64

Tabela 5.4 – Ferramentas e parâmetros de corte para a usinagem da cavidade......65

Tabela 5.5 – Ferramentas e parâmetros de corte para a usinagem do macho.........66

Tabela 6.1 – Rugosidade obtida com vc = 100m/min.................................................75

Tabela 6.2 – Rugosidade obtida com vc = 157 m/min................................................75

Tabela 6.3 – Relação da ocorrência de lascamento na saída da ferramenta............77

Tabela 6.4 – Classificação das resinas em relação à ocorrência do primeiro

lascamento na saída da ferramenta.......................................................................78

Tabela 6.5 – Quantidade de peças injetadas em cada ajuste da injetora..................81

Tabela 6.6 – Parâmetros de injeção e número de peças injetadas (PN 1007)..........83

Tabela 6.7 – Parâmetros de injeção e número de peças injetadas (RS 5166)..........86

Tabela 6.8 – Parâmetros de injeção e número de peças injetadas (LAB 1000)........89

Tabela 6.9 – Resultado da medição de dureza nos insertos macho..........................90

xiii

Tabela 6.10 – Resultado ma medição de rugosidade dos insertos antes e após a

injeção...................................................................................................................91

Tabela 6.11 – Resultado da medição da espessura das peças.................................93

Tabela 6.12 – Rugosidade superficial das peças injetadas.......................................94

Tabela 6.13 – Resumo dos resultados de usinagem e de injeção.............................95

xiv

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

2D - Bidimensional

3D - Tridimensionais

3D-P - Three Dimensional Printing

ABS - Terpolímero de acrinolitrila-butadieno-estireno

CAD - Projeto Auxiliado por Computador (Computer Aided Design)

CAM - Manufatura Auxiliada por Computador (Computer Aided Manufacturing)

CNC - Comando Numérico Computadorizado (Computer Numerical Control)

CENPRA - Centro de Estudos Renato Archer

DOE - Design of Experiments

DMLS - Direct Metal Laser Sintering

DSC - Diferencial Scanning Calorymetry

FDM - Modelamento por Fusão e Deposição (Fused Deposition Modeling)

HSM - Usinagem em alta velocidade (High Speed Machining)

kg/m3 - Quilograma por metro cúbico

IJP - Impressão à Jato de Tinta

mm - Milímetro

mmºC - Milímetros graus Celsius

MPa - Mega Pascal

N/D - Não Disponível

N/mm2 - Newton por milímetro quadrado

NUFER - Núcleo de Prototipagem e Ferramental

PET - Poli Tereftalato de Etileno

PA - Poliamida

PDP - Processo de Desenvolvimento de Produtos

POM - Poliacetal

PS - Poliestireno

PP - Polipropileno

PTFE - Politetrafluoretileno

PVD - Deposição Física de Vapor (Phisical Vapour Deposition)

RS - RenShape

RIM - Moldagem por Injeção Reativa (Reaction Injection Moulding)

xv

RP - Prototipagem Rápida (Rapid Prototyping)

RT - Ferramental Rápido (Rapid Tooling)

SL - Estereolitografia (Stereolitography)

SLS - Sinterização Seletiva à Laser (Selective Laser Sintering)

PBT - Poli Tereftalato de Butileno

Tg - Temperatura de transição vítrea

UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná

vc - Velocidade de Corte

Capítulo 1 Introdução 1

1 INTRODUÇÃO

Com o mercado cada vez mais competitivo e exigindo das empresas respostas

rápidas às suas solicitações, o desenvolvimento de um produto precisa ser mais

rápido e preciso. Neste sentido, as empresas necessitam desenvolver uma

variedade de produtos rapidamente, com alta qualidade e custos reduzidos. O que

se busca, geralmente, é antecipar a entrada do produto no mercado (time to market),

buscando permanecer um maior tempo possível à frente da concorrência. Segundo

VOLPATO (1999), o sucesso de um produto está associado muitas vezes à

habilidade das empresas em identificar as necessidades dos clientes e

imediatamente desenvolver os produtos que preencham estas necessidades a um

baixo custo. Para tanto, se requer o estabelecimento de novas técnicas a serem

aplicadas em todas as etapas do Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP).

Uma forma de acelerar este processo e aumentar a qualidade do projeto é

utilizar protótipos físicos - não virtuais - para análise no PDP (YAN e GU, 1996). Os

protótipos têm como finalidade exprimir a idéia inicial de um produto e serve de

veículo para análises diversas, validando ou indicando melhorias necessárias no

mesmo. Os protótipos podem ser utilizados para várias finalidades dentro do PDP,

respondendo as questões de projeto e funcionando como uma ferramenta de

aprendizagem a cada iteração em que são utilizados. Adicionalmente, atuam no

compartilhamento de idéias e servem como um meio de comunicação entre os

membros da equipe, além de demonstrar o progresso do desenvolvimento do

produto (VOLPATO, 1999). Os protótipos se prestam a análises visuais e de

manuseio, podendo ainda atuar como interface entre a empresa e o cliente na

discussão e resolução de problemas. Também podem ser utilizados para diversos

testes como os funcionais, de engenharia e de montagem. Quanto mais próximo da

peça real projetada o protótipo for oferecido, melhor será o resultado destas

análises.

Em particular, o setor de injeção de plásticos busca aplicar inovações

tecnológicas no PDP, aplicando-as no desenvolvimento de ferramentas (moldes ou

matrizes) para a produção de peças injetadas. Estas ferramentas podem ser

construídas com placas metálicas inteiriças, normalmente de aço ferramenta, ou

receberem insertos, também metálicos, constituindo um conjunto. Os insertos são


elementos nos quais se constroem cavidades que receberão o plástico injetado, e as

placas passam a sustentá-los completando a ferramenta. Os insertos geralmente

apresentam geometrias complexas e precisam ser dimensionalmente precisos. Por

isso são tradicionalmente obtidos por processos de usinagem com ferramentas de

geometria definida e máquinas ferramentas com Comando Numérico

Computadorizado (CNC) e o de eletro erosão. Por este motivo, a fabricação de

ferramentas torna-se a etapa mais lenta e cara do processo de manufatura de uma

peça de plástico, devido à exigência de alta qualidade de seus componentes,

principalmente dos insertos (SILVA et al., 1999).

No entanto, antes de construir ferramentas definitivas, pode-se recorrer ao

desenvolvimento de protótipos físicos para auxiliar no PDP. Para a geração destes

protótipos, vários processos de fabricação foram e continuam sendo desenvolvidos.

Os processos mais recentes são baseados no princípio de manufatura por camada e

compõe uma área denominada de Prototipagem Rápida (RP, de Rapid Prototyping)

que possibilita obter modelos físicos das peças que se deseja produzir. O termo

Prototipagem Rápida designa um conjunto de tecnologias usadas para se fabricar

modelos físicos a partir de dados gerados por sistemas CAD (Computer Aided

Design). São processos bastante peculiares, uma vez que agregam e ligam

materiais camada a camada, de forma a construir o modelo físico.

Observa-se, no entanto, que em função de suas características construtivas as

tecnologias de RP podem apresentar algumas limitações. O protótipo construído

geralmente não atende aos requisitos de testes funcionais, ou seja, testes em

situações reais de uso devido, por exemplo, às suas características de construção e

material aplicado (VOLPATO, 2000). Também são tecnologias que geralmente

apresentam custos elevados de aquisição. Neste caso, construir os protótipos físicos

individualmente através de RP pode não atender às necessidades das análises

requeridas, ou tornar-se caro e demorado quando se deseja um maior número de

peças prototipadas inviabilizando sua execução. Um outro aspecto importante é que

as várias tecnologias de RP aplicadas na construção de protótipos podem

apresentar limitações no campo de tolerâncias dimensionais (SILVA et al., 1999).

Particularmente, quando a fabricação de protótipos é direcionada para o setor

de plásticos, uma alternativa seria lançar mão de moldes-protótipo para que se

possam injetar algumas peças e realizar as análises e os testes necessários. Neste


caso, as peças injetadas podem apresentar as características finais requeridas do

produto, e poderão ser utilizados para diversos testes, inclusive testes funcionais.

Para o desenvolvimento de insertos protótipos ou moldes-protótipo, podem ser

utilizados alguns processos de RP, dando origem a uma área denominada de

Ferramental Rápido (RT, de Rapid Tooling). As tecnologias RT estão sendo

utilizadas na fabricação de insertos para moldes, criando um novo conceito no

desenvolvimento dos mesmos. No entanto, a exemplo de RP, as tecnologias RT

também podem não apresentar a mesma precisão de construção encontrada em

outros processos, como por exemplo, a usinagem CNC.

Porém, entre algumas técnicas aplicadas no desenvolvimento de RT, se

encontra o Ferramental Rápido obtido por usinagem que utiliza as tecnologias CAD,

CAM (Computer Aided Manufacturing) e CNC para realizar a confecção de insertos

em materiais de fácil usinabilidade. Trata-se de um conjunto de tecnologias mais

consolidadas, que, no momento, oferecem maior precisão e estão mais acessíveis

quando comparadas com as demais tecnologias RT (SCHUETT, 2001 e PRINZ et al.

1997).

Também é importante destacar que na fabricação de moldes-protótipo através

de usinagem, uma variedade de materiais metálicos e não metálicos poderá ser

aplicada. A seleção do material de insertos adequado ao número de peças e

material polimérico desejado, e que proporcione melhores condições de injeção de

plásticos, pode ser o diferencial positivo na aplicação da tecnologia de usinagem.

Entre os vários materiais disponíveis, algumas resinas poliméricas,

comercializadas em placas, podem ser aplicadas na construção dos moldes-

protótipo. Entre as diversas resinas reforçadas ou não, algumas são indicadas para

a injeção, porém, normalmente tem custo elevado quando comparadas às demais

resinas não indicadas para esta aplicação. Por exemplo, tomando como referência a

resina Renshape Express 2000 (VANTICO, 2003) indicada para a injeção, e

atribuindo a ela um valor de custo relativo igual a 1, outras resinas como a resina

Renshape 5166 (VANTICO, 2003) tem um custo proporcional a 0,42 e resina PN

1007 (HARD, 2004) tem um custo proporcional a 0,52. Diante da perspectiva de

aplicação de resinas, principalmente as de menor custo, para serem utilizadas na

fabricação de moldes-protótipo, alguns estudos vêm sendo realizados. Por exemplo,

nos estudos realizados por VOLPATO et al. (2003) foram testadas três resinas

comerciais nas quais foi injetado polipropileno (PP), sendo que duas destas


resistiram à injeção. Também, FERREIRA e MATEUS (2003), testaram um molde-

protótipo fabricado com resina e injetaram PP e terpolímero Acrilonitrila-Butadieno-

Estireno (ABS). Neste estudo testes de usinagem também foram realizados. Já

LANZ et al. (2002) realizaram testes de usinagem com resinas para a obtenção de

moldes, nos quais foram observados lascamentos das resinas na saída da

ferramenta, variando alguns parâmetros de corte.

Observa-se, no entanto, que os diversos testes realizados, quer sejam testes

de usinagem ou testes de injeção, não foram sistematizados de forma a apresentar

um procedimento para testar as resinas. Adicionalmente, muitas resinas ainda não

foram testadas como insertos para moldes de injeção de plásticos, assim como há

poucos relatos de seu comportamento durante a usinagem, havendo, portanto, uma

carência de informações a este respeito.

1.1 Apresentação do Problema

Uma alternativa para se construir rapidamente moldes-protótipo é através do

processo de usinagem CNC. No entanto, os materiais utilizados devem possibilitar a

construção rápida dos moldes, ou seja, devem ser materiais de fácil usinabilidade.

Estes materiais também devem resistir aos ciclos de injeção de plásticos, ou

idealmente, deveriam resistir ao número de protótipos requeridos, o que resultaria na

utilização de uma resina mais barata. Entre os diversos materiais têm-se utilizado

materiais metálicos e não metálicos na fabricação dos moldes-protótipo. Entretanto,

quando a opção é o uso de resinas poliméricas comerciais, tipo resinas e

compósitos à base de epóxi ou poliuretano não indicadas pelos fabricantes para a

injeção, poucas informações estão disponíveis. Não se dispõe, por exemplo, quais

resinas podem ser utilizadas para cada um dos materiais a serem injetados, e qual a

vida dos insertos fabricados com as resinas indicadas para cada material. Os

fabricantes das resinas não informam muitas propriedades destes materiais que

seriam importantes para aplicação em injeção e não há trabalhos anteriores com

informações detalhadas a respeito.

Neste caso, para a aplicação das resinas em moldes de injeção de plásticos há

a necessidade de estudos mais detalhados a respeito de seu comportamento


durante a injeção e de sua usinabilidade. Não foi identificado, até o momento, outro

estudo que ofereça um procedimento sistematizando os testes para identificar as

resinas para injeção de plásticos. Observa-se então, a necessidade de se ter um

procedimento que poderá identificar se um dado material polimérico é uma opção

para a fabricação de moldes-protótipo, este procedimento deve reunir informações a

respeito de:

• Quantidade de ciclos de injeção que a resina suporta para um dado

material injetado;

• Para qual polímero a ser injetado a resina pode ser indicada;

• Qual seu comportamento na fabricação/usinagem;

• Qual seu comportamento na injeção.

Além da usinabilidade e injeção, torna-se necessário identificar e testar no

processo de injeção as várias combinações possíveis de materiais, do inserto e da

peça a ser injetada. Também é necessário identificar quais as condições

necessárias para que a resina mantenha suas propriedades durante a injeção de

plásticos.

1.2 Objetivos do Trabalho

O objetivo geral deste trabalho é sistematizar um procedimento que possibilite

testar resinas poliméricas comerciais para a construção de moldes-protótipo, obtidos

por usinagem CNC para o processo de injeção de plástico.

Os objetivos específicos são:

• Estudar o comportamento das resinas, direcionadas a moldes-protótipo, em

relação à usinabilidade, fornecendo informações a respeito de parâmetros de

corte e processos de usinagem;

• Alimentar um banco de dados de materiais para moldes-protótipo, em

desenvolvimento na UTFPR, no qual seja possível selecionar resinas em

função do material da peça e a quantidade de peças a serem produzidas;


• Sistematizar um procedimento para a elaboração dos testes das resinas, para

alimentar um banco de dados, que possa ser utilizado por diversos

pesquisadores garantido a padronização e confiabilidade dos dados gerados;

• Definir quais são os fatores determinantes para que uma resina seja aplicável

em moldes-protótipo para a injeção de plásticos;

• Ampliar a quantidade de materiais disponíveis para aplicação em moldes-

protótipo usinados;

• Propor um procedimento para identificar materiais para moldes-protótipo, que

seja simples, prático e de baixo custo para ser aplicado pelo usuário final.

1.3 Estruturação do Trabalho

O presente trabalho está estruturado em 7 capítulos da seguinte forma: No

Capítulo 1 está a introdução e os objetivos do trabalho. O Capítulo 2 apresenta uma

revisão bibliográfica dos processos de fabricação aplicáveis para a obtenção de

protótipos e moldes-protótipo. O Capítulo 3 apresenta o resultado de uma pesquisa

realizada em algumas empresas que desenvolvem diversos produtos, a respeito das

tecnologias e materiais utilizados na prototipagem. Na seqüência, o Capítulo 4

apresenta uma proposta de sistematização do procedimento para testar as resinas

para aplicação em moldes-protótipo usinados, e, no Capítulo 5 estão contidos os

testes realizados para a validação do procedimento proposto. Finalizando o trabalho,

são apresentados os resultados no Capítulo 6, os quais são discutidos e, juntamente

com uma análise geral do trabalho, são concluídos no Capítulo 7, que ainda trata de

sugestões para trabalhos futuros.

Capítulo 2 Processos de Fabricação para Obtenção de Protótipos Funcionais 7

2 PROCESSOS DE FABRICAÇÃO PARA OBTENÇÃO DE

PROTÓTIPOS FUNCIONAIS

Este capítulo apresenta inicialmente as tecnologias de prototipagem rápida e

de ferramental rápido, abordando seus processos e materiais utilizados na

fabricação de protótipos físicos. Na seqüência apresenta-se o ferramental rápido

obtido por usinagem, focando na possibilidade de se fabricar moldes-protótipo

através da usinagem a Comando Numérico Computadorizado (CNC). Em seguida

são apresentados os materiais para moldes-protótipo e suas propriedades,

destacando as resinas poliméricas comerciais. O processo de injeção é apresentado

em seguida. No final do capítulo, são apresentados alguns estudos de aplicação de

resinas para moldes-protótipo, seguidos de uma discussão a respeito da aplicação

destas tecnologias, especificando áreas a serem exploradas, sugerindo ainda

algumas áreas de estudo.

2.1 Prototipagem Rápida

A aplicação da tecnologia de prototipagem rápida (RP de Rapid Prototyping)

como uma nova contribuição no processo de manufatura teve o seu início há pouco

mais de uma década, e ainda encontra-se em desenvolvimento. A RP refere-se à

criação de modelos físicos tridimensionais por uma criação gradual através da

adição de material pela deposição de camadas planas (SILVA et al., 1999). Já

existem vários processos de RP no mercado utilizando diferentes tipos de materiais.

Para estes processos, normalmente são aplicados materiais em forma de líquidos,

pós, camadas sólidas ou gases (KRUTH et al.,1998).

A tecnologia RP diferencia-se dos métodos tradicionais de manufatura, que

em sua grande maioria removem materiais. Segundo KRUTH et al. (1998), a

comercialização inicial das tecnologias RP se deu por volta de 1991, e em 1997 já

haviam sido comercializadas mais de 3000 unidades. A RP envolve a criação de

modelos físicos, quer para a observação de formas, dimensões, montagem e para a

análise no Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP) (VOLPATO, 1999).


Para a construção de um protótipo através de RP, o modelo geométrico

Tridimensional (3D) deverá ser gerado em um sistema CAD (Computer Aided

Design) (Figura 2.1a). O modelo 3D da peça deve ser orientado na posição de

fabricação de acordo com as necessidades da aplicação e/ou testes a serem

realizados, e realizado uma forma de “fatiamento” do mesmo. Utiliza-se para isso,

um programa de planejamento de processo da tecnologia RP, com o qual se

determinam as espessuras de cada camada (Figura 2.1b). Então, o modelo fatiado

apresenta-se como uma pilha de seções bidimensionais (2D) de espessura

previamente definida. Para a construção do modelo se faz necessária a deposição

das camadas orientadas que, sucessivamente, uma a uma vão formando o protótipo

físico (Figura 2.1c). Informações como coordenadas do modelo 2D, espessura de

camada, etc., compiladas em um sistema de planejamento de processo são

necessárias para a geração de movimentos do equipamento RP. Cada camada

pode ser acompanhada de um sub-processo necessário como: construção de

suportes em áreas de pouca sustentação e remoção de material (HUSHER et al.,

1998 e SILVA et al., 1999).

Geralmente, os protótipos criados necessitam de operações de pós-

processamento para a retirada de excesso de material, retirada de suporte e

acabamento superficial (Figura 2.1d). Dependendo da técnica aplicada, as peças

podem requerer mais ou menos operações de pós-processamento (HUSHER et al.,

1998 e SILVA et al., 1999).

(a) Modelo CAD (b) Modelo fatiado (c) Deposição de camadas (d) Modelo completo

Figura 2.1 - Seqüência de desenvolvimento de um produto com a tecnologia RP

(Adaptado de KARUNAKARAN, 2000)


Atualmente, há um grande número de técnicas para o desenvolvimento de

protótipos e inúmeros estudos acerca deste assunto. Segundo KRUTH et al. (1998),

os processos mais difundidos por ordem de unidades comercializadas naquele

momento foram: Estereolitografia, Impressão a Jato de Tinta, Modelagem por Fusão

e Deposição, Manufatura de Objetos Laminados e Sinterização Seletiva a Laser.

2.2 Ferramental Rápido

As mesmas técnicas de RP podem ser usadas para a fabricação de insertos

para moldes de injeção, o que deu origem a uma área denominada de Ferramental

Rápido (RT, de Rapid Tooling) ou seja, processos para a fabricação de ferramentas

para injeção de protótipos. A Tabela 2.1 apresenta um resumo de algumas

tecnologias RT.

Tabela 2.1 – Resumo de algumas tecnologias de RT

Tecnologia Processo de construção Material Fonte

Molde de silicone

O silicone é despejado dentro da caixa envolvendo o

modelo. Depois da cura total do silicone, este é retirado

da caixa e cortado em duas metades retirando-se o

modelo e obtendo portanto as cavidades (formas) que

servirão para a modelagem do produto final

Borracha de silicone DICKENS

(1996)

Pulverização Metálica

Um spray de metal é borrifado sobre a superfície tomada

como modelo, formando uma fina camada.Várias

camadas são sobrepostas até que se forme a camada

em sua espessura definitiva. Depois de desmoldada esta

casca é reforçada com um enchimento normalmente de

epóxi

Zinco e ligas de alumínio RADSTOK

(1999)

Direct AIM Baseado na construção direta de insertos para injeção

utilizando a estereolitografia Resinas

KRUTH

(1998)

RapidTool

O pó de aço inox é aquecido juntamente com um

aglutinante ativado durante a operação da sinterização a

laser obtendo-se uma peça “verde” que depois é

sinterizada e infiltrada com bronze dentro de um forno de

alta temperatura

Pó de aço inox SCHUET

(2001)

DMLS (Direct Metal

Laser Sintering)

O laser percorre o pó contido em um recipiente

sinterizando-o. Depois de pronta, a peça é retirada do

recipiente e o excesso de pó é retirado. Alguns modelos

são infiltrados com epóxi seguido da cura

Pó de bronze e pó de aço KHAING et

al. (2001)


A proposta do uso de RT não é construir diretamente os protótipos, mas

preparar insertos para injeção de plásticos. Desta forma, pode-se fabricar peças em

seu formato, perfil geométrico e características finais, requeridas para testes

funcionais e de engenharia, sem a necessidade de operações de pós-

processamento, além de possibilitar a fabricação de um maior número de protótipos.

Para a construção dos insertos para moldes-protótipo vários materiais podem

ser aplicados, como os materiais metálicos ferrosos e não-ferrosos. Também são

aplicados materiais não metálicos como resinas epóxi, por exemplo, diferentes dos

tradicionais moldes de produção para a injeção de plásticos, normalmente

construídos em aço (SEGAL e CAMPBELL, 2001). Um exemplo são os estudos de

FERREIRA e MATEUS (2003), que apresentam a aplicação de resinas para o

desenvolvimento de moldes de injeção (Figura 2.2), denominando de Soft Tooling.

Os insertos foram construídos através da cura de uma resina epóxi comercial,

com carga de alumínio, sobre um modelo criado pelo processo de estereolitografia.

Canais de refrigeração também foram aplicados. Utilizando o molde, foram injetadas

peças em Polipropileno (PP) e Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (ABS). Os autores

comentam que devem ser encaminhados novos estudos de desenvolvimento de

materiais para confecção de moldes-protótipo somados aos estudos de parâmetros

de injeção.

Figura 2.2 - Produção de peças em PP (FERREIRA e MATEUS, 2003)

A técnica de RT a ser escolhida depende da quantidade de peças requeridas.

Sinterização a laser, por exemplo, pode ser utilizada na fabricação de insertos para


grande quantidade de peças. Moldes de resina se apresentam como uma opção de

fabricação rápida e com resultados satisfatórios para um menor número de peças

(STIERLEN et al., 1997).

Grande parte dos processos de RT constrói o inserto camada por camada,

necessitando um modelo geométrico 3D dos mesmos. Estes modelos são gerados

em um sistema CAD, sendo este o ponto de partida. Para o desenvolvimento do RT

são utilizadas as mesmas tecnologias de RP, somados a mais algumas etapas de

pós-processamento, de acordo com o processo escolhido.

2.3 Ferramental Rápido Obtido por Usinagem

Uma das tecnologias disponíveis e que pode ser utilizada para a fabricação de

moldes-protótipo é a usinagem CNC. Tal afirmação se deve ao fato que no mercado

há instalado e em expansão um expressivo parque de máquinas de usinagem,

principalmente máquinas CNC (MÁQUINAS e METAIS, 2005). Além disso, a

usinagem apresenta condições favoráveis para a fabricação de insertos para

moldes-protótipo.

Para tal, os processos de fabricação através de usinagem fazem uso integrado

das tecnologias CAD, CAM e CNC. O sistema CAD refere-se à criação de modelos

geométricos tridimensionais das peças que se deseja fabricar. Baseado na

geometria gerada no CAD, o sistema CAM oferece a criação dos programas de

CNC. O sistema CAM possibilita também a análise das trajetórias e simulação

gráfica da usinagem, necessitando de informações sobre as estratégias de

usinagem, ferramentas e parâmetros de corte, fornecidas pelo operador do sistema.

A usinagem com CNC permite a criação de perfis geométricos complexos e

variação de tamanhos de peças. Com esta tecnologia, peças grandes e pequenas

podem ser usinadas nos mais variados materiais tais como: plásticos, cerâmicas,

madeira, e os mais variados tipos de materiais metálicos, ferrosos e não-ferrosos.

Verificando também os campos de tolerância apresentados por algumas tecnologias,

se pode comparar as variações dimensionais com vantagens para a usinagem CNC

em relação às demais tecnologias RP (SCHUETT, 2001).


Um outro fator de grande importância é a dimensão dos insertos a serem

construídos com as mais diversas tecnologias. A usinagem CNC apresenta uma

capacidade de produção de moldes-protótipo de grandes dimensões, concorrendo

com as demais tecnologias RP e RT, que apresentam limitações dimensionais na

construção de protótipos. Diante de várias opções de equipamentos de usinagem a

serem aplicados na fabricação de moldes-protótipo, destaca-se o Centro de

Usinagem CNC. Deve-se considerar, no entanto, que a produção de moldes-

protótipo usinados, aplicando um Centro de Usinagem CNC requer que sejam

observados os parâmetros de corte necessários para a usinagem. Para PRINZ et al.

(1997), os parâmetros de usinagem a serem aplicados como, velocidade de corte,

avanço por faca, e profundidade de corte, são determinados em função do material a

ser usinado, material e geometria da ferramenta e o perfil geométrico a ser

construído. Os catálogos dos fabricantes de ferramentas informam estes parâmetros

levando em consideração as variáveis citadas acima, e, em alguns casos, estudos

específicos podem ser realizados para a determinação de parâmetros de usinagem.

Por exemplo, um estudo, realizado por LANZ et al. (2002), demonstra

resultados de ensaios de fresamento em materiais compostos por polímeros com

cargas. Seu estudo aprecia os efeitos da usinagem de uma resina epóxi com carga

de alumínio identificando pontos críticos durante o fresamento, a capacidade de

remoção de material e a possibilidade de otimização. Os parâmetros controlados

foram: o avanço por faca, velocidade de corte e profundidade de corte. Três

aspectos constituíram fatores de análise do experimento: forças de usinagem,

acabamento superficial e a quebra ou lascamento do material na saída da

ferramenta.

As conclusões dos autores indicam que as forças resultantes e o rompimento

do material são afetados pela profundidade de corte e avanço por faca.

Adicionalmente, os autores comentam que o lascamento aumenta à medida que a

profundidade de corte e o avanço por faca são aumentados (Figura 2.3). Comentam

também que a rugosidade é afetada pelo avanço por faca e, que os resultados do

avanço por faca e acabamento superficial foram semelhantes aos observados na

usinagem de metais.


Figura 2.3 – Ensaios de usinagem em resinas (LANZ et al., 2002)

Também YANG e RYU (2001), apresentam estudos de desenvolvimento de um

compósito direcionado para a usinagem de protótipos, cuja composição apresenta

resina epóxi reforçada com pó de alumínio. O direcionamento do trabalho visava o

desenvolvimento de uma resina para a usinagem em máquinas CNC e testes de

propriedades mecânicas foram realizados, assim como, testes de usinabilidade.

Um molde protótipo de uma ventoinha foi usinado (Figura 2.4a) sendo

posteriormente realizada a injeção (Figura 2.4b), utilizando um equipamento

denominado de Moldagem por Injeção Reativa (RIM, de Reaction Injection Molding),

que oferece a possibilidade de injeção com baixa pressão. Os autores indicam que a

resina desenvolvida pode ser aplicável para a usinagem de moldes, devendo ser

levada em consideração a complexidade da geometria a ser usinada. Por outro lado,

apresentam algumas dificuldades de usinagem, problemas relacionados à formação

do compósito como: depósito do pó de alumínio, vazios gerados na mistura e tensão

residual. Comentam também que os testes de usinagem revelaram que o compósito

pode ser usinado utilizando altas velocidades de corte com baixas forças de corte.

Profundidade de corte (mm) 1,59 9,53

Ava

nço

por f

aca

(mm

) 0,

36

0

,084


Um outro aspecto relacionado à usinagem é que esta apresenta algumas

limitações quando aplicadas na construção de insertos, em função das geometrias a

serem usinadas. Geralmente, a usinagem exige o desenvolvimento de dispositivos

de fixação para peças geometricamente complexas, ferramentas especiais,

definições de processos de fabricação e de ferramentas de corte, geração do

programa CNC e o set-up da máquina (Figura 2.5). Estas limitações podem

acontecer devido à restrição de acesso da ferramenta em determinadas regiões do

inserto.

(a) (b)

Figura 2.4 - Insertos usinados em resinas (a) e peça injetada (b) (YANG e RYU,

2001)

Eletroerosão

Reorientação Fixação especial

Ferramenta especial

Figura 2.5 – Características da tecnologia CNC (PRINZ et al., 1997)


A relação entre o comprimento da ferramenta e o seu diâmetro também pode

influenciar decisivamente quando da realização da usinagem. Ferramentas de

pequeno diâmetro não suportam grandes balanços, isto é, grandes comprimentos.

Ferramentas muito longas poderão romper-se ao menor esforço (HASSOLD, 1998).

Visando minimizar estas limitações, alguns estudos estão sendo realizados. Por

exemplo, AMORIM (2006) estudou as principais dificuldades do processo de

fresamento e propôs alternativas para se obter os insertos para moldes-protótipo

somente pelo processo de fresamento, oferecendo opções para contornar estas

limitações.

Algumas destas situações não são problemas para centros de usinagem CNC

de 5 eixos (Figura 2.6). Parte destas limitações pode ser solucionada com o uso

destas máquinas, que oferecem maior versatilidade na usinagem, oferecem maior

liberdade de movimento das ferramentas, e possibilitam alcançar inúmeras regiões

da peça.

Também são encontrados atualmente no mercado máquinas ferramentas com

CNC denominados de High Speed Machining (HSM), uma tecnologia emergente

aplicada para usinagens em altas velocidades. Trata-se de uma tecnologia não

convencional utilizada para a usinagem aplicando CNC, na qual alguns fatores, tais

como: máquina, ferramenta de corte, material da peça e a forma da usinagem, são

Figura 2.6 - Usinagem do protótipo de um automóvel com CNC de 5 eixos

(AXSON, 2004)

Ferramenta

Protótipo


estudados para se realizar usinagens de uma maneira muito mais rápida. Ainda não

foram claramente definidos os conceitos e limites a serem aplicados nesta

tecnologia, que vem sendo aplicada em fresamento, torneamento, furação e em

retificação (MARCONDES et al., 2003). Segundo este mesmo autor, HSM é

reconhecida como a mais importante tecnologia de usinagem em desenvolvimento e

implantação. Colocam ainda que o conceito adotado atualmente é de que esta

tecnologia trata de usinagens com velocidades de corte de cinco a dez vezes

maiores do que as velocidades de corte normalmente utilizadas. Observa-se

também as variações dos parâmetros de corte aplicados, com atenção especial à

redução de profundidade de corte e avanço por faca. HSM pode ser aplicada para

trabalhos de desbaste, porém sua principal aplicação está focada em semi-

acabamento e acabamento.

A HSM é uma tecnologia emergente tanto para a fabricação de ferramentas de

produção quanto para a confecção de moldes-protótipo usinados, pois permite a

aplicação da usinagem de ferramentas e moldes com tempos significativamente

reduzidos, concorrendo com as tecnologias de prototipagem (MARCONDES et al.,

2003).

2.4 Materiais Aplicados em Moldes-Protótipo Usinado

No desenvolvimento de moldes-protótipo através de usinagem, vários materiais

têm sido aplicados. Materiais metálicos e não metálicos vêm sendo utilizados com o

intuito de reduzir tempo e custos de desenvolvimento, mantendo a qualidade

requerida dos produtos. A alternativa de se utilizar materiais poliméricos na

construção dos insertos para injeção ainda é pouco estudada, sendo necessária a

realização de pesquisas para identificar a viabilidade de uso das diversas resinas.

Os materiais metálicos já têm sua aplicação consolidada e há inúmeras referências a

respeito de suas propriedades e aplicações na usinagem. Neste sentido, as seções

a seguir tratam de polímeros, posicionando sua aplicação e apresentando algumas

de suas propriedades.


2.4.1 Polímeros

Segundo ALBUQUERQUE (2000), nenhum plástico (também denominado

polímero), com grande probabilidade irá atender 100% das exigências de aplicação

referentes a desempenho, aparência, processabilidade e custo de um produto. A

seleção do material mais qualificado não é só uma simples tarefa de comparar

números encontrados em catálogos e publicações. O autor comenta ainda que após

ter-se selecionado as possíveis amostras, o polímero deve ser testado sob as

condições reais previstas para o trabalho, caracterizadas pela temperatura, carga e

hostilidade do meio ambiente. Também é importante que seja analisado o par de

materiais a serem utilizados, da peça e do molde, verificando se os mesmos poderão

oferecer as condições necessárias para se injetar a quantidade de peças solicitadas.

Neste caso, a seleção dos polímeros, tanto os que serão injetados nos moldes

dando forma aos produtos, como aqueles que serão utilizados para a fabricação de

insertos para moldes-protótipo, podem ter suas propriedades analisadas e testadas.

Os plásticos são compostos de resinas naturais ou sintéticas que, através de

pressão e calor, podem fluir e tomar forma determinada. A maioria dos plásticos é de

natureza orgânica, tendo como principal componente o carbono juntamente com

hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e outros elementos orgânicos e inorgânicos

(ROSATO e ROSATO, 1995).

Os plásticos têm como componente básico a resina, que dá as principais

características, o nome e a classificação do material. Podem receber agentes

modificadores, também denominados de cargas, que são empregados no sentido de

melhorar significantemente as suas propriedades mecânicas e térmicas. Os agentes

podem ser: fibras de carbono, fibras de vidro, microesferas, talco entre outros

(ALBUQUERQUE, 2000).

Os materiais podem apresentar diferentes características em função de seu

arranjo cristalino. Os diferentes arranjos são classificados como cristalinos, semi-

cristalinos e amorfos. Os cristalinos têm seus átomos espacialmente ordenados em

um padrão tridimensional bem definido (MICHAELI et al., 1995). Os semi-cristalinos

apresentam regiões cristalinas e amorfas e apresentam aparência opaca. Os

materiais amorfos são materiais cuja estrutura atômica ou molecular não tem

ordenação espacial de longo alcance, como os sólidos. É geralmente aceito como o


oposto da estrutura cristalina, possuem estado de desordenação atômica ou

molecular e são geralmente, transparentes (MICHAELI et al., 1995).

Existem diferentes tipos de plásticos, e podem apresentar-se duros, elásticos,

borrachosos, rígidos, semi-cristalinos, opacos e robustos (ROSATO e ROSATO,

1995). Os plásticos também são classificados em dois grupos: termoplásticos e

termofixos.

Os termoplásticos são materiais que amolecem ao serem aquecidos, podendo

então ser moldados. Esta mudança não altera sua estrutura química, já que, uma

vez esfriado, pode ser reaproveitado, ou seja, pode ser novamente moldado.

Os termofixos são materiais que, não tendo ainda sido processados, amolecem

ao serem aquecidos, podendo então ser moldados, porém, sofrem uma

transformação química em sua estrutura que não permite reversão ao estado

primitivo, ou seja, não podem mais serem moldados (ABREU, 1999). Nos materiais

compósitos termofixos, pode-se utilizar como massa ou carga, conforme o caso, pó

de madeira, mica, celulose, algodão, papel, asfalto, talco, grafite ou pó de pedra

(ABREU, 1999). A aplicação de cada polímero depende das suas propriedades, e

cada uma tem sua importância e em alguns casos pode ser modificada com a adição

de outros materiais. A seguir estão listadas algumas das principais propriedades dos

polímeros.

2.4.2 Propriedades térmicas dos polímeros

A mobilidade de uma cadeia polimérica determina as características físicas do

produto, seja este um plástico duro e frágil, borrachoso e tenaz, ou um fluido

viscoso. A mobilidade é função da agitação dos átomos nas moléculas, sendo esta

diretamente proporcional à temperatura (CANEVAROLO, 2002). Das propriedades

térmicas pode-se destacar:

Transição Vítrea (Tg) - é aquela na qual se inicia o movimento de segmentos da

cadeia polimérica. A passagem do estado vítreo para o estado borrachoso é uma

transição de segunda ordem, portanto um processo acompanhado de variação de

capacidade calorífica da amostra, que se manifesta como variação da linha base da

curva denominada Diferencial Scanning Calorymetry (DSC) (CANEVAROLO, 2003).

Os testes DSC são utilizados para a determinação da Tg entre outras análises

térmicas. Pode ser dividida em DSC de fluxo de valor e DSC de compensação de


potência. A primeira é uma técnica na qual a propriedade física medida é a diferença

de temperatura entre a amostra e o material de referência. Neste tipo de DSC a

amostra e referência são colocadas em cápsulas idênticas, posicionadas sobre um

disco termoelétrico e aquecidas por uma fonte de calor. Por outro lado, DSC de

compensação de potência é um calorímetro que mede diretamente a energia

envolvida nos eventos térmicos. Amostra e referência são aquecidas ou resfriadas

em fornos separados idênticos. O Princípio de funcionamento pressupõe que a

amostra e referência sejam mantidas sempre em condições isotérmicas (MATHOT,

2000, CANEVAROLO, 2003).

Temperatura de fusão cristalina (Tm) - é o valor médio da faixa de temperatura em

que durante o aquecimento, desaparecem as regiões cristalinas. Neste ponto o

polímero muda do estado borrachoso para o estado viscoso (CANEVAROLO, 2002).

Temperatura de cristalização (Tc) - é a temperatura atingida por um polímero

durante seu resfriamento na qual a massa fundida passa para uma estrutura

cristalina. A cristalização pode ocorrer de duas formas: isotérmica, quando a

temperatura é rapidamente abaixada até um dado valor (Tc), estabilizada e mantida

constante até que toda a cristalização ocorra, ou de forma dinâmica, quando a

temperatura é reduzida continuamente e a cristalização ocorrerá dentro de uma faixa

de temperatura. A cristalização isotérmica é a mais estudada, mas em termos

práticos, a mais importante é a dinâmica, que está mais próxima dos processos

industriais de solidificação de uma massa polimérica fundida para a formação de um

produto ou peça (CANEVAROLO, 2002).

Polaridade - a polaridade de uma molécula é a relação de sua composição atômica,

sua geometria e seu tamanho (BURKE, 1984). A existência de grupos polares nas

macromoléculas poliméricas tende a aproximar mais fortemente as cadeias entre si.

Assim, a presença de polaridade aumenta a Tg e Tm, aumento tanto maior quanto

maior for a polaridade. Grupos polares comuns em polímeros que envolvem a

carbonila (grupo funcional constituído de um átomo de carbono e um de oxigênio,

ligados por ligação dupla), na qual o valor da sua polaridade será maior ou menor

em função do tipo de átomo ligado lateralmente, terá a tendência de doar ou retirar

elétrons respectivamente (CANEVAROLO, 2002).

Parâmetro de solubilidade - o parâmetro de solubilidade é um valor numérico que

indica o relativo comportamento de solvência de um solvente específico. Isto é

derivado a partir da densidade de energia do solvente, o qual é derivado a partir do


calor de vaporização (BURKE, 1984). Para que haja solubilização, a diferença em

módulo entre o parâmetro de solubilidade do polímero e do solvente deve ser a

menor possível, isto é, que haja semelhança química e estrutural.

CANEVAROLO (2002) afirma que as regras básicas para a solubilização de um

polímero são: a) existência de uma semelhança química e estrutural entre o

polímero e o solvente; b) para um dado par polímero/solvente, a solubilidade é

aumentada com o aumento da temperatura e/ou da massa molecular da cadeia

polimérica; c) polímeros termoplásticos altamente cristalinos apresentam

solubilidade somente a temperaturas próximas à temperatura de fusão cristalina

(Tm).

Temperatura de deflexão térmica (ASTM D648) – é a temperatura na qual uma

quantidade de deflexão ocorre, sob efeito de uma carga entre 455 e 1820 kPa. O

objetivo principal é comparar o comportamento relativo de vários materiais em

condições padronizadas, cujos resultados são particularmente úteis para as

atividades relacionadas a “controle de qualidade” na área industrial. Durante o teste,

uma barra de secção transversal retangular é ensaiada como se fosse uma viga, no

centro da qual é aplicada uma carga. A amostra sob ação da carga é colocada em

um banho térmico que permite uma velocidade de aquecimento igual a 2 ± 0,2º

C/min. A temperatura de deflexão térmica é aquela na qual o corpo-de-prova sofre

uma deflexão de 0,025mm (CANEVAROLO, 2002).

2.4.3 Propriedades mecânicas dos polímeros

As propriedades dos polímeros são caracterizadas pelo modo com que esses

materiais respondem às solicitações mecânicas aplicadas, podendo ser de tensões

ou deformações. A natureza dessa resposta depende da estrutura química,

temperatura, tempo e condições de processamento do polímero (CANEVAROLO,

2002). Algumas propriedades de destaque são:

Módulo elástico - O módulo pode ser obtido sob esforço de tração, compressão,

flexão ou torção. Ele define a tensão necessária para causar deformação elástica no

material sob uma taxa de deformação (deslocamento das garras) constante


Dureza - é a resistência de um material à deformação plástica localizada da sua

superfície à indentação. Em alguns casos para a medição de dureza de polímeros é


tomado como medida de dureza o diâmetro da indentação (deformação) de uma

esfera, impressa na superfície (Brinell H). Em outros casos, é tomada a resistência à

penetração de uma ponta metálica (Shore D) (ALBUQUERQUE, 2000).

Resistência à compressão - esta propriedade indica a tensão máxima que o

material pode suportar sem fraturar. Ela tem significado menos rígido que resistência

à tração, porque alguns materiais maleáveis, como por exemplo, o

Politetrafluoretileno (PTFE), não exibem fraturas. Conseqüentemente, a resistência à

compressão pode continuar a ocorrer quando a deformação do material aumentar


Viscoelasticidade – trata-se da propriedade reológica de um material que exibe

tanto comportamento elástico como viscoso simultaneamente. Os materiais

viscoelásticos têm características tanto de sólido (elasticidade, resistência ao fluxo e

estabilidade da forma) como características de líquido, tais como o fluxo que

depende do tempo, da temperatura e da tensão aplicada.

2.5 Resinas Poliméricas Comerciais

Entre vários materiais disponíveis para a construção de insertos para moldes-

protótipo, algumas resinas poliméricas podem ser aplicadas para esta finalidade.

Conforme apresentado na seção 2.4, os polímeros têm como elemento básico

a resina. No entanto, o termo “resinas” será adotado neste trabalho para a definição

de placas de resinas poliméricas comerciais, um tipo de polímero termofixo, com o

objetivo de diferenciar este material dos polímeros para injeção. Os fabricantes

buscam desenvolver uma ampla gama de placas, geralmente em epóxi e

poliuretano, visando adaptar-se às exigências do mercado para diversas aplicações.

Cada produto visa cumprir com os requisitos, metodologia e especificações de cada

trabalho referente às características térmicas, resistência, usinagem, etc.

Normalmente, os fornecedores de resinas indicam aplicações para seus produtos,

no entanto, há poucos estudos e informações sobre a utilização das resinas para a

aplicação em injeção de plásticos, a não ser aquelas indicadas para tal, deixando

lacunas a serem exploradas (Tabela 2.2).


Tabela 2.2 – Características de diversas resinas comerciais (compiladas de

informações dos fabricantes)

Propriedades Resina 1

PN 1007

Resina 2

RS 460

Resina 3

Express 2000

Resina 4

Lab 1000

Resina 5

RS 5166

Fabricante HARD, (2004) VANTICO, (2003) VANTICO, (2003) AXSON, (2001) VANTICO, (2003)

Aplicação

Ferramentas

Pequenas séries

Gabaritos de

checagem

Placas de

Modelagem.

Modelos padrão,

protótipos e

maquetes

Moldes de

injeção de

termoplásticos e

dispositivos para

alta temperatura

Ferramenta de

estampagem,

conformação

manual gabaritos

de controle

Ferramentas de

conformação de

chapas,

gabaritos de

aferição de

controle

Cor Areia Marron Cinza Cinza Marfim

Densidade

(kg/m3) 1200 770 1800 1670 1700

Dureza Shore

D 85 60-64 90-91 89 85-90

Coeficiente

de dilatação

térmica 10-6

(mm/mmºC)

45 50-55 40-45 50 45-60

Resistência à

compressão

(N/mm2)

70 20-25 250-260 92 90-100

N/D – Não Disponível

Segundo a VANTICO (2003), que é um dos fornecedores de resinas, algumas

delas podem ser utilizadas para modelação e ferramentaria que por conseqüência,

podem ser usinadas. Este fabricante cita também, que os compradores e usuários

dos seus produtos em geral devem fazer a sua própria avaliação das resinas,

levando em consideração as condições e as exigências de aplicação. A empresa

indica ainda que os usuários devem realizar testes práticos com vistas a

complementar as informações contidas em seus catálogos técnicos. Este e outros

fornecedores de resinas recomendam formas de utilização de seus produtos e

sugerem testes, inclusive de usinagem, quando a aplicação não esteja exatamente


igual à que consta em seus catálogos. Sendo assim, as informações contidas nos

catálogos podem não ser suficientes, como por exemplo, informações de

usinabilidade (Tabelas 2.3 e 2.4). Neste sentido, se sugere estudos mais detalhados

a respeito para a utilização das placas de resinas poliméricas comerciais na

aplicação em moldes-protótipo usinados.

Tabela 2.3 - Indicação de parâmetros de usinagem (Adaptado de VANTICO, 2003)

Resina 5166 Velocidade de corte

(m/min)

Avanço (mm/min) Profundidade (mm)

Desbaste 110 1000 – 3500 6-60

Acabamento 500 2500 - 5000 � 3

Desbaste – fresa esférica (aço rápido) com 4 facas, diâmetro de 25mm e profundidade de corte de

6,3 a 63 mm; Acabamento: fresa esférica (metal duro) com 2 facas, diâmetro de 16mm e

profundidade de corte de 3,1mm.

Tabela 2.4 - Indicação de parâmetros de usinagem (Adaptado de AXSON, 2003)

Resina LAB 1000 Velocidade de corte (m/min) Avanço por faca (mm/faca)

Desbaste 100 0,35

Acabamento 400 0,06

Outro aspecto importante a ser considerado é que normalmente as resinas

apresentadas especificamente para a fabricação de moldes para injeção de plásticos

são ofertadas no mercado com seu custo elevado quando comparadas com outras

resinas. Em grande parte as demais resinas comerciais apresentam custos menores.

Desta forma, alguns estudos relacionados à aplicação das diversas resinas em

injeção de plásticos estão sendo desenvolvidos. Por exemplo, nos estudos

apresentados por VOLPATO et al. (2003), é demonstrada a viabilidade de aplicação

de duas entre três resinas comerciais utilizadas para a construção de moldes-

protótipo, testadas na aplicação de injeção em polipropileno (PP) (Figura 2.7). Para

os estudos foi utilizada uma geometria cujas características são: ser uma peça que

exige que o molde tenha cavidade e macho, ângulo de desmolde e sistema de

extração. As dimensões deste corpo de prova são: 14x49x94mm. A altura da


pirâmide foi definida considerando as espessuras de algumas placas de resinas

comerciais, que apresentam em média valores de 50 e de 100mm. Também foi

adicionada ao modelo uma cavidade invertida no macho e cavidade, com dimensões

de 4x5x16mm, proporcionando à peça um maior grau de complexidade e um local

de maior fragilidade no modelo, procurando oferecer uma análise mais criteriosa da

resistência do material.

O estudo propôs a usinagem de três resinas comerciais: RenShape (RS) 460,

RS 5166 e RS Express 2000. Apenas uma das resinas (RS Express 2000) havia

sido previamente indicada pelo fornecedor para a aplicação como molde de injeção,

As outras duas resinas usinadas não haviam sido indicadas pelo fornecedor para

esta aplicação, porém, os testes revelaram a aplicabilidade de uma delas para a

injeção de plásticos (RS 5166). Portanto, das três resinas testadas apenas uma

resina não foi indicada para os moldes de injeção (RS 460).

2.6 Processo de Injeção de Plásticos

Uma vez que os insertos-protótipos sejam fabricados, quer por RP, RT ou

obtido por usinagem, serão montados em porta-moldes e utilizados na injeção de

Figura 2.7 – (a) Geometria do protótipo e produto injetado em PP, (b) insertos-

protótipos (VOLPATO et al., 2003)

(a) (b)


plásticos. O processo de injeção apresenta algumas peculiaridades e para que se

possa fabricar e aplicar insertos com melhores resultados na injeção, entende-se

que é importante conhecer os princípios desta tecnologia.

Segundo MICHAELI et al. (1995), a injeção é o principal processo de

fabricação de peças de plástico, sendo classificado também como um processo de

moldagem. Segundo o mesmo autor, cerca de 60% de todas as máquinas de

processamento de plásticos são injetoras, e com elas podem ser fabricadas peças

de diversas dimensões. O processo de injeção é adequado para a produção em

massa, uma vez que a matéria-prima pode geralmente ser transformada em peça

pronta em uma única etapa. Assim, podem ser produzidas peças de geometria

complexa em uma única etapa.

Um fator decisivo para a rentabilidade do processo é o número de peças

produzidas por unidade de tempo. O processo depende fortemente do tempo de

resfriamento da peça no molde e este, da maior espessura da parede da peça. O

tempo de resfriamento cresce com o quadrado da espessura da parede. Por motivos

econômicos, é muito rara a produção de peças com grandes espessuras de parede

(MICHAELI et al., 1995). Alguns elementos importantes desta tecnologia estão

descritos a seguir.

2.6.1 Máquina injetora

A função da máquina injetora (Figura 2.8) abrange a produção de peças a partir

de plásticos fundidos. O preenchimento das funções de injeção é executado pelos

diferentes componentes de máquinas injetoras tais como: a unidade de injeção, que

realiza a plastificação do polímero e sua injeção no molde e a unidade de

fechamento, que se assemelha a uma prensa horizontal e que realiza o fechamento

do molde e o mantém assim durante o ciclo.

Também a placa de fixação no lado do bico de injeção é fixa e a placa de

fixação no lado do fechamento é móvel, de maneira que ela desliza sobre quatro

colunas. A mesa da máquina serve para abrigar as unidades de plastificação e de

fechamento.


Figura 2.8 – Modelo de máquinas de injeção (HARADA, 2004)

Nomenclatura da Figura 2.8:

A- Base

B- Conjunto inferior

C- Placa estacionária ou fixa

D- Placa móvel

E- Conjunto de fechamento

F- Motor e sistema hidráulico

2.6.2 Molde de injeção

O molde (Figura 2.9) não pertence à máquina injetora, uma vez que para cada

peça ele deve ser construído individualmente. Este é composto de no mínimo duas

partes principais, sendo cada uma fixada em uma placa da unidade de fechamento.

O tamanho máximo do molde é definido pelo tamanho da placa de fixação e pela

distância entre duas colunas vizinhas da máquina. As dimensões e geometria do

produto determinam o tamanho do molde e o número de cavidades.


ABREU (1999) define molde como sendo uma unidade completa capaz de

produzir moldagens em suas cavidades contendo formas e dimensões do produto

desejado. A constituição de um molde segue o princípio típico de montagem de

placas de aço em determinada ordem, a fim de obter-se a estrutura básica do molde

de injeção.

Figura 2.9 – Modelo esquemático de um molde de injeção de plásticos (HARADA,

2004)

Nomenclatura da Figura 2.9:

1. Placa de fixação inferior

2. Coluna ou espaçador

3. Bucha guia

4. Coluna guia

5. Pino Extrator

6. Extrator de canal

7. Placa porta-extratores

8. Placa impulsora

9. Pino de retorno

10. Placa-suporte

11. Postiços

12. Bucha de injeção

13. Anel de centragem

14. Placa de fixação superior

15. Placa de montagem dos

postiços superior e inferior

a) Cavidade

b) Canal de distribuição


Uma vez que o molde seja montado na injetora deve ser realizada uma etapa

de ajustes. Devem ser determinadas previamente a temperatura de injeção do

polímero e a temperatura do molde, entre outras variáveis. Muitas informações a

respeito de parâmetros de ajuste podem ser fornecidas pelos fabricantes dos

equipamentos e dos polímeros. No entanto, a presença de um operador experiente

para a injetora é necessária. Cada peça moldada passa por um determinado ciclo de

injeção.

2.6.3 Ciclo de Injeção

O ciclo de injeção (Figura 2.10) é o intervalo total de tempo entre o instante em

que o molde se fecha durante um ciclo e o período correspondente em que ele se

encerra no ciclo seguinte. O ciclo total é a soma do tempo do ciclo da máquina mais

o tempo em que o operador leva para abrir a porta, retirar a peça, e fechar a porta

(em injetoras não automáticas) (HARADA, 2004). Pode-se considerar, portanto, que

o ciclo inicia no fechamento do molde.

Para a efetivação da injeção seguindo os passos do ciclo de injeção descrito

acima, podem ser considerados segundo ROSSATO (1995) e HARADA (2004) os

seguintes ajustes:

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, 1995).

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, complexidade da peça, temperatura do molde, canais de injeção

e pontos de entrada (ROSATO, 1995).

Velocidade de injeção: a 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, 1995).

Temperatura de injeção: à medida que a temperatura aumenta, a viscosidade do

material fundido diminui e, portanto, menos pressão é necessária para atingir a

velocidade de injeção desejada. O ajuste mais conveniente da temperatura nas

diversas zonas de aquecimento do cilindro deve ser determinado com base na

prática para cada tipo de moldagem. Além do tipo de matéria-prima que está sendo


injetada, deve-se levar em consideração as condições ideais de moldagem da

máquina a ser utilizada, do projeto do molde e de suas dimensões, além do formato

e da espessura da peça moldada (HARADA, 2004).

Figura 2.10 – Ciclo básico de uma máquina injetora (HARADA, 2004)

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

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

inicial é de 3 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).

Curso de dosagem (curso do fuso): é a ação pela qual o material é transportado

do funil em direção à ponta por um parafuso, que gira em um cilindro. Neste

momento, o material é compactado e fundido. Enquanto o parafuso transporta o

material, ele é ao mesmo tempo empurrado de volta pelo material que se acumula

na ponta. O avanço do material cessa quando o parafuso atinge uma determinada

posição. Então, a ponta do parafuso acumulou material suficiente para injetar a

peça. O caminho de retorno do parafuso é denominado de caminho de dosagem e o

volume do material em frente ao parafuso de volume de dosagem (MICHAELI et al.,

1995).

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 solidifica cada vez mais

(MICHAELI et al., 1995).

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

volume de material injetado na cavidade.

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).

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. No entanto, altas temperaturas requerem ciclos maiores para

que o plástico solidifique e possa ser retirado do molde. Por outro lado, temperaturas

baixas permitem ciclos mais rápidos, mas têm a desvantagem de causar tensões

internas, superfícies pouco brilhantes, além de salientar as linhas de junção. A

temperatura mínima recomendada para o molde está em torno de 20ºC. A

temperatura máxima para termoplásticos amorfos é de cerca de 70ºC. Acima disso,

a peça injetada não irá conservar sua forma e suas dimensões quando ejetada do

molde. A temperatura ideal para o molde é um ajuste entre esses valores mínimo e

máximo (HARADA, 2004).

Para cada geometria de peça, polímero a ser injetado, e características da

máquina injetora, novos ajustes dos parâmetros descritos acima são necessários.

Este conjunto de variáveis ajustadas para cada caso permite a moldagem por

injeção das peças de plástico. Sendo assim, entende-se que não há valores padrão

de ajuste da máquina injetora.

Diante da complexidade do processo de injeção de plásticos julga-se

necessário que se trate de algumas de suas particularidades. A seguir são

apresentadas algumas considerações a respeito.

2.6.4 Acabamento superficial

Quando se produzem peças de plástico, um dos requisitos para que o produto

injetado apresente a aparência desejada está relacionado com o acabamento

superficial das cavidades do molde. A superfície da cavidade afeta a aparência,


extração e custo (ROSATO e ROSATO, 1995). Vários processos de fabricação

podem ser utilizados para a fabricação das cavidades, sendo que alguns

proporcionam melhor acabamento superficial. No entanto, na grande maioria dos

moldes se fazem necessárias outras etapas de manufatura para que se obtenha o

acabamento superficial necessário.

Estas operações envolvem a aplicação de técnicas de polimento superficial,

normalmente manuais. Além do aspecto do produto injetado, a qualidade da

rugosidade superficial do molde pode interferir na adesão do polímero injetado na

superfície do molde. Em alguns casos são aplicados revestimentos superficiais em

Phisical Vapour Deposition (PVD) que auxiliam na redução da adesividade do

polímero injetado (HARADA, 2004).

Particularmente, quando se produzem insertos com outros materiais que não

os aços indicados para moldes, como as resinas poliméricas, por exemplo, além da

rugosidade, outros fatores podem interferir na adesão entre o polímero e o molde,

algo que pode ser investigado. Portanto, como se trata de aplicação de novos

materiais para a construção de moldes, há poucas informações a respeito da adesão

e tensão superficial dos diversos materiais quando aplicados à injeção.

2.6.5 Adesão superficial

Não se pode atribuir somente ao acabamento superficial a adesividade

excessiva do material injetado à superfície do molde. A geometria da cavidade

juntamente com os ângulos de saída contribuem para a adesão do material na

superfície. No entanto, um aspecto de relevada importância pode ser a adesão

superficial. A adesão pode resultar da afinidade dos materiais em contato (seção

2.4.2). Uma característica que pode determinar esta adesividade é a tensão

superficial que é uma característica intrínseca do material. Adicionalmente, quando

se considera mais explicitamente duas fases, seja de dois líquidos ou um líquido e

um sólido, é também necessário considerar a tensão interfacial, que mede a energia

necessária para que uma fase se espalhe sobre a outra. No caso específico de um

líquido em repouso sobre um sólido, a forma assumida pelo líquido é dependente se

sua densidade, volume, tensões superficiais do líquido e do sólido e tensão

interfacial entre ambos (GALEMBECK, 1991).


2.6.6 Contração e uso de desmoldantes

Quando uma peça de plástico é injetada, ocorre resfriamento ao entrar em

contato com a cavidade do molde, e sofre contração. Se o produto moldado não tiver

forma interna (macho), como por exemplo um bloco sólido, a contração se dará das

paredes da cavidade para o centro (Figura 2.11), possibilitando uma técnica simples

de extração (HARADA, 2004). No entanto, se o produto moldado possui uma forma

interna, sua contração se dará sobre o macho (Figura 2.12). Neste caso, é

necessário uma técnica de extração efetiva. No entanto, uma particularidade da

injeção é o uso de agentes desmoldantes, garantindo a extração e tornando possível

a produção de peças de qualidade. Esta aplicação pode estar relacionada com

geometrias complexas e com canais estreitos e profundos dos moldes. O

desmoldante forma uma fina película, facilitando a retirada da peça.

Figura 2.11 – Contração de produto com forma interna (HARADA, 2004)

Figura 2.12 – Contração de produto sobre o macho (HARADA, 2004)


Dependendo da forma como são aplicados, os desmoldantes são classificados

como internos ou externos. Os desmoldantes aplicados internamente são misturados

com o polímero e migram para a superfície. Os desmoldantes externos são aqueles

aplicados diretamente na superfície do molde. Nestes desmoldantes ocorre a

evaporação do solvente e se forma um filme que atua como separador entre a peça

e o molde. Os desmoldantes externos normalmente são à base de fluorpolímeros,

silicones, ceras de polietileno ou soluções de álcool polivinílico. Em todos os casos,

a eficiência de um agente desmoldante também depende da qualidade superficial do

molde (RABELLO, 2000).

2.7 Estudos de Resinas como Insertos para Moldagem de Plásticos

Alguns estudos vêm sendo realizados para verificar a aplicabilidade das

resinas para moldes-protótipo, seja considerando aspectos mais relacionados à

fabricação, mais especificamente o processo de usinagem, ou a injeção

propriamente dita. Nestes estudos, diversos métodos e processos para a realização

dos testes têm sido utilizados. Nesta seção estão apresentados alguns dos recentes

trabalhos realizados para testar e identificar resinas para moldes-protótipo,

destacando-se os procedimentos adotados para tal conforme segue:

Estudo 1 - Nos estudos de YANG e RYU (2001), foi apresentado o desenvolvimento

de um novo compósito, cujos componentes são: resina epóxi, pó de alumínio e

endurecedor. Foram realizados testes de resistência à tração e compressão, dureza,

coeficiente de expansão térmica e temperatura de transição vítrea (Tg). Como o

processo de obtenção da geometria dos insertos foi a usinagem, os testes de

usinabilidade utilizando HSM foram relatados. Neste, foram medidas as forças de

corte e acabamento superficial. Também, para estimar a aplicabilidade para injeção,

um molde foi usinado e uma ventoinha foi injetada utilizando um processo

denominado de RIM. Neste processo, o equipamento RIM utiliza baixas pressões de

injeção (abaixo de 1MPa). Os autores comentam que o compósito apresenta boas

características para a usinagem HSM, apesar de ser quebradiço, o que pode gerar

lascamento do material ao invés de um corte bem comportado. Também, relatam

que o compósito desenvolvido pode ser usinado com altas velocidades e baixas


forças de corte, e sua usinagem é mais rápida do que as ligas de alumínio. Como

resultado foi concluído que, o compósito pode apresentar uma redução considerável

dos tempos de usinagem. Os resultados dos testes de propriedades mecânicas

indicam que o compósito pode ser aplicável para moldes de baixa complexidade.

Estudo 2 - LANZ et al. (2002), também realizaram estudos de usinabilidade em

resinas, mas utilizando um material comercial, uma resina epóxi com carga de

alumínio. Foram observadas as forças de corte, acabamento superficial e o

lascamento da resina na saída da ferramenta como elementos para a caracterização

da usinabilidade da mesma, afirmando que estes parâmetros podem ser

considerados os mais importantes quando são usinados moldes a partir destes

materiais. Os autores concluem que as forças de corte e o lascamento da resina são

afetados diretamente pela profundidade de corte e pelo avanço por faca, e que o

acabamento superficial é afetado na maioria dos casos pelo avanço por faca.

Adicionalmente, comentam que o lascamento pode ser minimizado utilizando

pequenas profundidades de corte e valores reduzidos de avanço por faca.

Estudo 3 - AHRENS et al. (2002), apresenta um trabalho de investigação da

estrutura cristalina e dureza de peças de PP, injetadas em uma injetora normal em

insertos fabricados por prototipagem, processo FDM e por Usinagem CNC. O

objetivo do estudo era analisar se estas propriedades sofreriam alterações no

moldado injetado em insertos poliméricos e no aço. A preocupação era verificar se

as propriedades do protótipo injetado se afastavam de uma peça com o mesmo

material injetado num molde tradicional. Para os testes foi utilizada a geometria de

corpo de prova de tração ASTM D 638m. Foi utilizada uma injetora horizontal, e,

para o ajuste da injetora, foi aplicado o método de preenchimento incompleto (Short

Shot Method), onde se determina seqüencialmente: volume para o preenchimento

da cavidade, velocidade de injeção, pressão de injeção, tempo de injeção, pressão e

tempo de recalque. O controle de temperatura dos moldes deu-se por meio de

termopares instalados nos insertos, fornecendo informações a um micro-

computador. A forma de resfriamento dos insertos não foi apresentada.

Estudo 4 – Um estudo sobre a construção de moldes de injeção de plástico foi

realizado por FERREIRA e MATEUS (2003). O trabalho apresenta a construção de

moldes de resinas fundidas, denominados de Soft Tooling. Segundo os autores, o

termo se refere à resistência e heterogeneidade de novos materiais, como as

misturas de compostos poliméricos. O resfriamento do molde se dá por tubos de


alumínio que atuam como canais de resfriamento, pelos quais circula água, como

nos moldes metálicos. No entanto, não há relato de como o molde foi instrumentado

ou como foi controlada a temperatura do mesmo. Os autores apresentam testes de

injeção de duas geometrias diferentes, construídas, uma com a resina EP 250, e a

outra com a resina Neu Kadur VGSP5, na primeira foi injetado PP e na segunda

ABS. Os autores apresentam alguns parâmetros de injeção como: tempo de

resfriamento, pressão de injeção, temperatura do polímero e do molde. No entanto, a

seqüência de ajustes da injetora não foi apresentada. Foram injetadas 1250 peças

em PP e 30 peças em ABS. Os autores comentam que a produtividade destes

moldes dependem da combinação da geometria, temperatura, pressão e do tempo

de ciclo de injeção. Adicionalmente, relatam que a moldagem por injeção não é uma

ciência exata e que, para as etapas de ajuste sempre há a necessidade de correção

dos parâmetros para a produção das peças nas especificações requeridas.

Estudo 5 – Um estudo do uso de resinas usinadas para insertos de moldes de

injeção foi realizado por VOLPATO et al. (2003). Neste estudo foram testadas três

resinas comerciais RenShape (RS): RS 460, RS 5166 e RS Express 2000. Como o

processo de obtenção dos insertos foi a usinagem, foram realizados testes de

usinagem, utilizando um CNC convencional. A principal preocupação foi a

observação dos lascamentos e rugosidade superficial das resinas, cujos resultados

orientaram parâmetros de corte para a usinagem dos insertos.

Também foram realizados testes de injeção de plástico, sendo injetadas peças

em PP, buscando observar o comportamento dos insertos. Para a realização das

injeções foi definida a temperatura de 42ºC para o molde, com tolerância de mais ou

menos 2ºC, sendo esta a temperatura de referência para uma nova injeção. Para o

resfriamento dos insertos foi utilizado ar comprimido, e o controle de temperatura foi

realizado com termopares.

Não foi objetivo do trabalho o estudo detalhado do processo de injeção, e sim

observar as possibilidades de injetar peças protótipo a partir dos moldes usinados

em resinas. No entanto, foi observada a rugosidade superficial dos insertos antes da

injeção, sendo que a resina RS 460 apresentou maiores valores de rugosidade

quando comparadas às demais resinas testadas. Das três resinas testadas, a resina

RS 460 não apresentou condições de injeção. Adicionalmente, as variações

dimensionais das peças injetadas com as resinas RS 5166 e RS Express 2000


foram comparadas, e o resultado apontou que ambas oferecem a mesma condição

para a qualidade dimensional das peças injetadas.

Entre as observações realizadas estão o comportamento dos insertos, alguns

parâmetros de injeção como a pressão de injeção, temperatura de injeção,

velocidade de injeção e pressão de recalque. Também são relatados alguns danos

causados nos insertos durante os ciclos de injeção, como o lascamento da resina

RS 460. Não foi identificado no trabalho algum controle de dureza dos insertos.

Estudo 6 – Um teste da influência dos parâmetros de injeção de PP utilizando um

molde de duas cavidades foi apresentado por BALZER et al. (2005). Não foram

informadas as técnicas de obtenção do molde ou do material aplicado. Neste

trabalho, utilizou-se a técnica de planejamento e análise de experimentos (DOE, de

Design of Experiments), como um método para identificar a influência dos

parâmetros de regulagem do processo de injeção de PP, nas propriedades de tração

e dureza. Os autores comentam que os parâmetros de injeção foram escolhidos

aleatoriamente, sendo: temperatura de injeção e do molde, velocidade de injeção,

pressão de injeção, pressão e tempo de recalque, tempo de resfriamento e

velocidade da rosca. Observa-se que os autores não se preocuparam com os

parâmetros de injeção, e sim com a ferramenta computacional. Nas conclusões

apresentam que o tempo de recalque foi o parâmetro que influenciou nas

propriedades mecânicas do corpo de prova, sendo os resultados obtidos dos demais

parâmetros considerados como não relevantes, conforme a metodologia aplicada,

apesar da literatura contradizer tal fato, comentam os autores.

Estudo 7 – GONÇALVES (2005) apresentou um estudo das propriedades de

moldes obtidos por estereolitografía, utilizando as resinas RS 5260 e Somos 7110. O

trabalho demonstra estudos realizados em moldes híbridos, com estrutura metálica e

materiais alternativos, como as resinas poliméricas. No trabalho foram realizados

estudos a respeito de fricção e a adesão das peças injetadas no molde. Foram

injetados: PP, ABS, Polietileno Tereftalato (PET) e Poliamida (PA).

Não foi apresentado um procedimento para ajustes dos parâmetros de injeção,

instrumentação do molde e forma de resfriamento do mesmo. No entanto, os

parâmetros de temperatura de injeção, pressão de injeção e tempo de recalque

foram apresentados. Foi utilizado um protótipo para determinar o coeficiente de

fricção desenvolvido na Universidade do Minho em Portugal. Adicionalmente, foi

analisada a rugosidade superficial dos insertos, antes e após a injeção de cada um


dos polímeros. Os resultados da rugosidade superficial indicam que houve aumento

considerável da mesma na resina Somos 7110 e curiosamente houve um

decréscimo nos valores de rugosidade para a resina RS 5260. Os autores atribuem

este decréscimo devido a uma possível deformação plástica do inserto durante a

injeção e testes de fricção. Concluem que o conhecimento das propriedades

mecânicas e químicas das resinas para estereolitografia são importantes para a

garantia de sucesso da performance do molde. No entanto, não esclarecem qual o

motivo. Adicionalmente, os autores comentam que, para a escolha da melhor resina

para molde-protótipo, é desejável que a resinas apresente alta tensão de ruptura e

alta Tg, mas, com um modulo de elasticidade intermediário necessário para

possibilitar maior absorção de energia evitando o rompimento do molde. Apesar de

não haver maiores comentários a respeito desta afirmação, conclui-se que quanto

maior a Tg e tensão de ruptura, maiores serão as chances de uma resina resistir à

injeção.

2.8 Discussão sobre as Tecnologias e Materiais para a Fabricação de Insertos

para Moldes-Protótipo

A Prototipagem Rápida (RP, de Rapid Prototyping) e o Ferramental Rápido

(RT, de Rapid Tooling) oferecem uma série de tecnologias para a fabricação de

insertos para moldes de injeção de plásticos. Algumas restrições de seu uso estão

relacionadas aos testes que devem ser realizados nas peças produzidas, como os

testes funcionais e de engenharia. Também se pode observar que a aplicação de

protótipos no desenvolvimento de produtos é prática corrente.

No caso de peças de plástico, podem ser utilizados moldes-protótipo, que

oferecem a possibilidade de injetar peças no seu formato e propriedades finais,

proporcionando sua aplicação em testes funcionais e de engenharia. Para a

fabricação de moldes-protótipo, as tecnologias de RT podem oferecer a

possibilidade de criação de perfis geométricos relativamente complexos. No entanto,

estes processos normalmente são caros e requerem equipamentos especiais, além

de, no momento, não oferecerem muita precisão dimensional e um bom acabamento

superficial.


Por outro lado, os moldes-protótipo podem ser fabricados através de processos

de usinagem, que retiram material de um bloco sólido permitindo criar geometrias

complexas, e, atualmente, com maior precisão do que outros processos já citados.

Outro ponto a ser considerado é que os moldes-protótipo usinados não

necessitam de um modelo físico para que se possa produzir um molde de injeção,

requerido em alguns processos de RP e RT. PRINZ et al. (1997), afirmam que, da

mesma forma que as tecnologias de RP e RT apresentam constantes inovações, a

usinagem CNC encontra-se em desenvolvimento, apoiada na disseminação e

atualização de outras tecnologias como os sistemas CAD/CAM e HSM. Os autores

afirmam ainda que a usinagem com a integração das tecnologias CAD/CAM/CNC é

uma importante tecnologia para a confecção de protótipos, concorrendo com as

demais tecnologias disponíveis.

Sendo assim, o estudo e desenvolvimento de alternativas de fabricação de

protótipos físicos, através de moldes-protótipo usinados e novos materiais

apresenta-se necessário. Observa-se como importante, a realização de maiores

estudos de aplicação das diversas resinas, buscando identificar seu comportamento

na usinagem e na injeção de plásticos. Isto se faz necessário devido à natureza de

aplicação pretendida das diversas resinas, das quais as informações contidas nos

catálogos geralmente não são suficientes.

É possível observar também, que em busca de alternativas para o

desenvolvimento de ferramental rápido, vários estudos estão sendo realizados,

dentre os quais, estudos relacionados à usinagem e o ferramental rápido obtido por

usinagem. Estes estudos, além de buscar a validação do uso da usinagem para a

fabricação de moldes-protótipo, busca a aplicação de materiais alternativos para a

construção dos moldes. Alguns estudos que indicam possibilidades de injeção de

peças de plástico em molde de materiais poliméricos demonstram a preocupação

com a tecnologia de fabricação utilizada, apresentando resultados positivos de sua

aplicação e também indicações de melhoria.

Por outro lado, os diversos estudos realizados não utilizam um procedimento

padrão para a execução dos testes. No caso da usinagem, não são indicados

parâmetros de corte para a usinagem de resinas, e não há informação de como os

parâmetros utilizados foram selecionados. Outros parâmetros foram estudados

como: forças de corte, rugosidade, dureza e lascamento, porém relatados

separadamente em diversos trabalhos, sem a indicação de sua aplicação. Um outro


aspecto, é que o número de protótipos requeridos quando se deseja um molde-

protótipo não é muito claro, varia muito. Alguns autores indicam, por exemplo, uma

faixa muito extensa e pouco precisa do número de protótipos, variando de um a 100

(MÜLLER e SLADOJEVIC, 2001), de 50 a 200 (HILTON e JACOBS, 2000) ou de

cinco a 1000 peças (FERREIRA e MATEUS, 2003). Além desta imprecisão, se

verifica que não existem relatos sobre a quantidade a ser usada para a validação de

alguns testes, principalmente testes funcionais e de engenharia.

É possível observar também, que alguns trabalhos apresentam resultados de

injeção utilizando parâmetros aleatórios, ou seja, foram aplicados sem a utilização

de um método de ajuste de parâmetros de injeção. Além disso, em alguns casos,

não foram controlados a temperatura do molde e o método utilizado para o

resfriamento, parâmetros importantes quando se fabricam moldes-protótipo com

resinas poliméricas. A maioria das resinas por serem higroscópicas, não oferecem

condições de resfriamento diretamente com água, por exemplo, prática corrente em

moldes metálicos. É possível, neste caso, inserir tubulações metálicas no momento

da preparação de insertos com resinas fundidas. Adicionalmente, não são

encontrados relatos de como se deve selecionar o par de materiais, do molde e da

peça, e quais os fatores determinantes para esta escolha. Adicionalmente, foi

observada a realização da análise das propriedades dos protótipos injetados em

alguns materiais utilizados em moldes de resinas. Estas análises, quando

comparadas a moldes metálicos podem fornecer informações sobre o

comportamento dos polímeros quando injetados em resinas.

Neste caso, observando os diversos trabalhos para testar resinas para a

injeção utilizando vários processos de fabricação, inclusive a usinagem, vários são

os parâmetros testados como: avanço por faca, velocidade e profundidade de corte.

Foi identificado, portanto, a necessidade da elaboração de um procedimento

para testar as resinas para moldes-protótipo obtidos por usinagem, levando em

conta a usinabilidade das mesmas e seu comportamento na injeção. Este

procedimento deverá englobar os diversos fatores importantes para se realizar os

testes de resinas, garantindo a padronização e confiabilidade dos dados gerados.

Com tal procedimento, seria possível, por exemplo, a alimentação de um banco de

dados de materiais para moldes-protótipo no qual o usuário poderia selecionar o

material mais adequado às suas necessidades (número de protótipos e material do

moldado) a um custo menor.

Capítulo 3 Pesquisa de Aplicação de Tecnologias para o Desenvolvimento de Protótipos Físicos 40

3. PESQUISA DE APLICAÇÃO DE TECNOLOGIAS PARA O

DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPOS FÍSICOS

Apesar da importância do uso de protótipos no Processo de Desenvolvimento

de Produtos (PDP) e do constante desenvolvimento das tecnologias usadas para

sua produção, ainda é possível se deparar com informações pouco claras

apresentadas na literatura. Um dado importante é a quantidade de protótipos físicos

necessários no processo de desenvolvimento do produto. Conforme apresentado no

Capítulo 2, há imprecisão no que se refere à quantidade de protótipos requeridos.

Questiona-se também se os materiais e os processos com que os protótipos são

produzidos realmente satisfazem as necessidades das equipes de desenvolvimento.

Um estudo visando a coleta de informações referentes às tecnologias de

prototipagem através de um questionário é apresentado neste capítulo. O objetivo

principal foi coletar informações relevantes para o desenvolvimento de protótipos, já

que as bibliografias consultadas não apresentam dados consolidados a respeito.

Com este objetivo, foi elaborado um questionário direcionado às empresas que

utilizam a prototipagem no seu PDP. Grande parte das empresas possui alguma

relação com o NUFER (Núcleo de Prototipagem e Ferramental), da UTFPR

(Universidade Tecnológica Federal do Paraná).

O presente capítulo apresenta a metodologia aplicada para a elaboração e

tratamento do questionário, juntamente com os principais resultados obtidos.

3.1 Metodologia da Pesquisa

Para a realização da pesquisa foi criado um questionário, apresentado no

Apêndice A, contendo perguntas referentes às tecnologias utilizadas para a

fabricação de protótipos, a quantidade de protótipos fabricados por peça, o material

com o qual a peça deverá ser confeccionada na fase de produção e os tipos de

análises ou ensaios para os quais os protótipos serão utilizados. Este questionário


foi criado na forma de uma planilha eletrônica, usando para isto o aplicativo Excel®

da Microsoft®.

Na seqüência, foram definidas as empresas para as quais o questionário seria

enviado. Nesse caso, foram escolhidas 78 empresas que fazem parte do rol de

clientes do NUFER.

Inicialmente, foi realizado um contato telefônico com os profissionais ligados à

área de confecção ou compra de protótipos das empresas escolhidas para verificar

se os mesmos possuíam interesse em participar da pesquisa. Em resposta a esta

primeira consulta, todos os contatados aceitaram receber uma cópia do questionário

e responderem as perguntas. Os arquivos foram então enviados por correio

eletrônico para as empresas. Após o envio, foi dado um prazo para cada participante

responder as perguntas e retornar o arquivo. Para aqueles que não responderam no

prazo estipulado foi realizado um novo contato para verificar se havia alguma dúvida

com relação às perguntas contidas no questionário. Todos os participantes

contatados pela segunda vez informaram que não tinham dúvidas com relação às

perguntas, porém ainda não haviam respondido por falta de tempo. Novamente, foi

dado um outro prazo e contatado mais uma vez aqueles que não haviam

respondido. Esse procedimento se repetiu por até 4 vezes para que se conseguisse

o maior número de respostas possíveis.

Tendo em mãos os questionários respondidos, os resultados dos mesmos

foram tabulados e são apresentados a seguir.

3.2 Resultados Obtidos

Das 78 empresas para as quais os questionários foram enviados,

aproximadamente 36%, ou seja, 28 delas responderam as questões. Dentre essas,

quatro empresas indicaram que trabalham apenas com produtos ou peças feitas em

material metálico. Como o intuito desta pesquisa é obter informações a respeito de

protótipos de peças fabricadas em material polimérico, estas empresas acabaram

sendo excluídas da pesquisa, totalizando então 24 empresas de diversas regiões do

país, distribuídas conforme a Figura 3.1. Desse total, é possível verificar nos gráficos

a seguir, os resultados acerca dos itens propostos anteriormente.


Figura 3.1 – Regiões das empresas que responderam o questionário

Foi verificado também que a quantidade de protótipos fabricada para cada uma

das peças citadas é bastante variável, mesmo em se tratando de peças de uma

mesma empresa. Estas quantidades estão mostradas na Tabela 3.1, apresentando

a maior quantidade de protótipos fabricados por uma mesma tecnologia, para cada

uma das peças. Essa informação possibilitou verificar quais as tecnologias de

prototipagem que são capazes de produzir a maior quantidade de protótipos. Para

facilitar a interpretação dos resultados com relação aos testes e análises, os

profissionais foram orientados a enquadrar a finalidade dos protótipos nas seguintes

categorias:

Análises de Funcionabilidade – neste grupo é verificado se a peça realmente

desempenhará a função conforme previsto no projeto, ou seja, se a peça

corresponde às condições reais de trabalho, desempenhando satisfatoriamente sua

função.

Ensaios de Engenharia – são os ensaios comuns de tração, torção, flexão e outros

ensaios mais sofisticados, usados para obter os valores máximos de esforços que a

peça suportará quando solicitada.

Análises de Montagem e Desmontagem – entende-se como análises de

montagem e desmontagem, aquelas que verificam se a peça poderá ser facilmente

montada, principalmente durante a produção em uma linha de montagem. Por outro

Paraná49%

Rio Grande do sul13%

São Paulo13%

Santa Catarina17%

Minas Gerais8%


lado, verifica-se a condição de desmontagem para eventuais intervenções

necessárias, como a de manutenção, por exemplo.

Tabela 3.1 – Quantidade de protótipos fabricados pelas tecnologias de prototipagem

Prototipagem Rápida Tecnologia

FDM IJP SL SLS

Confecção

Manual

Molde

Protótipo

Usinado

Molde

de

Silicone

Confecção

por

Usinagem

Quantidade

máxima de peças 4,0 2,0 50 1,0 6,0 100 20 100

Quantidade

média por

tecnologia

1,8 2,0 7,0 1,0 2,0 65,4 18,0 30,7

Desvio Padrão 0,8 0,0 10,7 0,0 1,6 38,8 4,5 41,1

A análise puramente visual não foi incluída, pois o objetivo da pesquisa previa

a observação da finalidade dos protótipos nas fases mais adiantadas do processo de

desenvolvimento de produtos. A análise visual é utilizada principalmente nas fases

iniciais por equipes de design e marketing e não exigem grande resistência dos

protótipos. Dos resultados a respeito das tecnologias (Figura 3.2), observou-se que

grande parte dos protótipos mencionados na pesquisa foram fabricados por uma das

tecnologias de Prototipagem Rápida (RP, de Rapid Prototyping).

Entre as informadas, a tecnologia FDM foi a mais empregada pelos

entrevistados, respondendo por 36% dos protótipos fabricados por RP. Em segundo

lugar ficou a tecnologia de Estereolitografia (SL) que representou 23% dos

protótipos. Mesmo comparando com outras tecnologias mais tradicionais como

usinagem, molde protótipo, confecção manual e molde de silicone, os processos de

Modelagem por Fusão e Deposição (FDM) e SL encabeçaram as opções

tecnológicas para a produção de protótipos. Estes valores indicam que o uso dos

processos de deposição de camadas, tem ganhado cada vez mais espaço nas

empresas brasileiras que utilizam modelos físicos nas etapas de desenvolvimento de

novos produtos.

FDM – Modelagem por Fusão e Deposição; IJP - Impressão a Jato de Tinta; SL – Estereolitografia;

SLS – Sinterização Seletiva à Laser


Figura 3.2 – Tecnologias para fabricação dos protótipos

Entre os materiais poliméricos utilizados no projeto de peças de plástico, os

mais citados foram: o terpolímero Acrilonitrila-Butadieno-Estireno (ABS) (35%)

seguido pelo Polipropileno (PP) (28%), Poliamida (PA) (16%), Poliestileno (PS) (7%),

Politereftalato de Butileno (PBT) (6%), e outros polímeros, como Poliacetal (POM),

Policarbonato (PC) que somados representaram 8% do total (Figura 3.3).

Figura 3.3 – Materiais dos produtos

Outros8%

PS7%

PA16%

PBT 6% PP

28%

ABS35%

Usinagem10%

Molde de Silicone

5%

Molde Protótipo Usinado

9%

Conf. Manual10%

SLS5% SLA

23%

IJP2%

FDM36%

SL

23%


Por outro lado, também foram observados os materiais com os quais foram

construídos os moldes. A Figura 3.4 apresenta os percentuais dos materiais

utilizados para os moldes-protótipo.

Figura 3.4 – Materiais utilizados em moldes-protótipo

Assim como descrito anteriormente, as análises ou testes verificados nas

respostas dos questionários foram divididas em três categorias: análise de

funcionabilidade, ensaios de engenharia e análises de montagem. Como mostrado

na Figura 3.5, as análises de funcionabilidade e de montagem foram as mais citadas

para o emprego dos protótipos (44%) seguidos pelos ensaios de engenharia (12%).

Figura 3.5 – Análises e ensaios realizados com os protótipos

Funcional44%

Engenharia12%

Montagem44%

Aço40%

Aluminio40%

Resina20%


3.3 Discussão dos Resultados

Apesar de apenas 36% das 78 empresas pesquisadas responderem as

perguntas, esse número pode ser considerado satisfatório se comparado com outras

pesquisas que envolvem o uso de questionários. Em grande parte este resultado

está ligado à insistência em fazer com que os entrevistados respondessem e

reenviassem os arquivos. A utilização do correio eletrônico para o envio e

recebimento dos questionários também contribuiu para o índice positivo de

respostas, uma vez que os questionários foram mandados de forma rápida e os

entrevistados não precisaram se preocupar com custos com correio ou fax para

reenviarem as perguntas respondidas.

O grande percentual de protótipos fabricados pelos processos de RP indica que

estas tecnologias estão se tornando mais conhecidas pelas empresas brasileiras.

Provavelmente, este fato esteja ligado ao maior grau de complexidade geométrica

que as atuais peças de plástico exigem, sendo possíveis de serem produzidas mais

facilmente pelos processos de deposição de camadas. A utilização do processo

FDM, como principal tecnologia de RP para a confecção de protótipos, vai de

encontro com o uso do ABS como principal material para o projeto de peças de

plástico. Uma vez que o processo FDM utiliza o ABS como material de deposição, é

possível dizer que as empresas estão mais preocupadas em fabricar protótipos no

mesmo material da peça projetada.

Os protótipos fabricados por deposição de camadas possuem características

diferentes com relação à estrutura mecânica daqueles fabricados pelo processo de

injeção. Todavia, como os resultados dos tipos de análises realizados com protótipos

na pesquisa não são influenciados pela estrutura mecânica da peça, pode-se

compreender o porquê do uso das tecnologias de RP, e em particular o processo

FDM, como os mais empregados na confecção de protótipos. Mesmo assim, uma

parcela significativa dos entrevistados (13%) citou o emprego de ensaios de

engenharia em seus protótipos durante a fase de projeto. Para esses, o uso do

processo de injeção na produção dos protótipos se faz imprescindível, uma vez que

as peças prototipadas precisam ter uma estrutura mecânica o mais próximo possível

daquelas que serão produzidas posteriormente, para que os resultados dos ensaios

possam ser validados.


Apesar da Figura 3.2 indicar que as tecnologias de RP estão se popularizando

como opção de processos de fabricação de protótipos, é possível verificar na Tabela

3.1 que em se tratando de quantidades grandes de protótipos (acima de 50 peças),

as tecnologias mais tradicionais como moldes-protótipo e usinagem tem sido usada

com maior freqüência. Possivelmente, este fato esteja ligado ao custo da fabricação

pelos processos de RP que ainda são altos se comparado com a usinagem ou

outros processos mais convencionais. Mesmo assim, também é possível ver na

Tabela 3.1 que as tecnologias SL e SLS também foram usadas na confecção de

quantidades consideráveis de protótipos (50 e 20, respectivamente) para algumas

peças. Todavia, isto aconteceu de forma isolada em 4 empresas com quantidades

acima de 10 protótipos fabricados por essas tecnologias para determinadas peças.

3.4 Considerações dos Resultados

Durante a pesquisa foi possível levantar algumas informações com relação ao

uso de protótipos como ferramenta de análise por empresas que desenvolvem

produtos. No entanto, é importante salientar que a pesquisa não tem a pretensão de

afirmar que os resultados obtidos refletem um cenário nacional com relação ao

emprego de protótipos. Mesmo assim, é possível verificar algumas tendências que

indicam, por exemplo, que as tecnologias de RP estão sendo cada vez mais

empregadas na produção de protótipos pelas empresas brasileiras. Outro ponto

verificado trata da principal finalidade da construção dos mesmos, que estão sendo

aplicados para análises funcionais e de montagem. Nesses casos, os protótipos não

necessitam de uma estrutura mecânica igual ao das peças que serão produzidas

posteriormente na fase de produção. Todavia, os ensaios de engenharia também

são empregados em alguns casos, o que indica a necessidade de protótipos com

características mais próximas às requisitadas no projeto.

A quantidade média de protótipos a serem utilizados na fase de projeto não

pôde ser determinada com exatidão. Mesmo assim, foi possível verificar que existem

necessidades distintas com relação à quantidade de protótipos a ser usado para

cada peça. Com relação a isto, pode se dizer que são necessários entre 1 e 100

protótipos dependendo da análise a ser efetuada. Dessa faixa pode-se afirmar que


as tecnologias de RP estão sendo empregadas com sucesso na produção de até 50

protótipos. Por exemplo, há empresas que informaram a utilização do processo SL

para a obtenção de uma quantidade entre 12 e 50 protótipos. Acima dessa

quantidade, nota-se que as empresas preferem o uso das tecnologias mais

tradicionais, provavelmente devido ao custo de produção dessas peças. Neste

sentido, outras tecnologias são utilizadas, sendo o molde-protótipo usinado a que

apresentou maior número (até 100) de protótipos injetados.

Os resultados da pesquisa apontam que a construção de protótipos está

voltada principalmente para análises de funcionabilidade e montagem. Todavia, os

ensaios de engenharia também são empregados em alguns casos.

Moldes-protótipo usinados e a própria usinagem são também utilizados,

principalmente quando se deseja um número maior de protótipos. O número máximo

informado para estes ensaios foi de 100 peças, sendo que esta pode ser uma

quantidade inicial adotada como limite para estudos visando a seleção de materiais

de insertos de moldes-protótipo usinados.

Capítulo 4 Procedimento para Testar e Identificar Resinas para a Injeção de Plásticos 49

4 PROCEDIMENTO PARA TESTAR E IDENTIFICAR RESINAS PARA

A INJEÇÃO DE PLÁSTICOS

Este capítulo tem por objetivo apresentar a proposta de uma metodologia

para testar e identificar resinas poliméricas comerciais, para a fabricação de moldes-

protótipo através de usinagem, procurando indicar uma solução para atender aos

objetivos descritos no Capítulo 1. O resultado da aplicação do procedimento poderá

também, fornecer informações para geração de um banco de dados proposto por

VOLPATO et al. (2006), e que está em desenvolvimento na UTFPR. Desta forma,

material a ser injetado, quantidade de protótipos e material do inserto, podem ser

agrupados, o que pode facilitar o processo de seleção de material para insertos de

moldes-protótipo.

4.1 Procedimento para Testar Resinas para Moldes-Protótipo

Para a determinação das resinas a serem aplicadas na injeção de plásticos, é

necessário testar várias combinações de materiais, do inserto e da peça a ser

injetada. Neste caso, se o objetivo do usuário é alimentar um banco de dados, como

proposto por VOLPATO et al. (2006), - que sugerem que o banco de dados seja

alimentado por vários grupos de pesquisa - este procedimento garantirá a

confiabilidade dos dados. Por outro lado, se um usuário na empresa for utilizar

moldes-protótipo e desejar selecionar uma resina, alguns passos podem ser

omitidos. Por exemplo, este usuário poderá desejar testar com sua peça real, e não

com um protótipo.

Após a análise de algumas variáveis através da revisão bibliográfica

apresentada no Capítulo 2, foi elaborado um procedimento para testar as diferentes

resinas poliméricas comerciais. Os passos do procedimento estão descritos em uma

ordem previamente determinada. No entanto, os passos podem ser alterados pelo

usuário, desde que se mantenha uma seqüência lógica das atividades propostas.

Todos os passos a serem seguidos no procedimento são apresentados na Figura

4.1, e detalhados a seguir.


Antes da aplicação do procedimento devem ser definidas algumas condições

de entrada como: a) definir o polímero que deverá ser injetado para a fabricação dos

protótipos. Normalmente, a escolha do polímero a ser injetado ocorre na etapa de

projeto do produto; b) definir o número de peças que deverão ser injetadas durante o

teste; c) prever a aplicação ou não de desmoldante. Quando se trata de moldes

fabricados com resinas poliméricas, é possível se orientar pelos mesmos objetivos

do molde metálico quanto à aplicação dos desmoldantes e aplicá-los aos moldes-

protótipo para facilitar a extração e para proporcionar a realização da injeção.

4.1.1 Selecionar a geometria do protótipo

Há uma infinidade de geometrias possíveis para uma peça de plástico,

contendo perfis simples e/ou complexos, com paredes finas, nervuras, etc. A

definição para uma geometria para uso em um teste não é uma tarefa simples de ser

Figura 4.1 – Etapas do procedimento para testar as resinas

Selecionar a geometria do protótipo

Selecionar ou construir um porta-molde

Selecionar as resinas para a fabricação dos insertos

Realizar testes para selecionar os parâmetros de usinagem

Usinar os insertos

Medir a rugosidade e dureza dos insertos antes e após a injeção

Definir o procedimento de ajuste do processo de injeção

Realizar a injeção seguindo o procedimento de controle

Analisar as propriedades dos protótipos injetados


realizada. A proposta é de utilizar uma peça conceito, com geometria que possa

representar condições reais de peças injetadas. O uso de diversas geometrias para

o mesmo teste pode não oferecer um padrão confiável de resultado dificultando a

análise dos mesmos, por isso, é necessário determinar ou criar uma geometria

padrão para a realização dos testes de injeção.

Dos estudos relatados na revisão bibliográfica, a geometria utilizada por

VOLPATO et al. (2003) e denominada de pirâmide foi escolhida para este trabalho.

A escolha da geometria da pirâmide deve-se ao fato de que já foi utilizada em

pesquisas anteriores onde apresentou condições para as análises de injeção, e seu

uso possibilita complementar os estudos já realizados. A geometria do protótipo foi

desenvolvida pelo NUFER/UTFPR (Núcleo de Prototipagem e Ferramental da

Universidade Tecnológica Federal do Paraná) e utilizada em pesquisas na área de

injeção de plástico em moldes-protótipo. A pirâmide tem dimensões de 14x49x94mm

e apresenta vários degraus, raios de arredondamento, ângulo de desmolde de 1,5º,

espessura de 2mm e uma cavidade central invertida, área de maior fragilidade da

peça como elemento adicional de análise. A geometria exige também que o molde

apresente macho e cavidade, levando ao uso de extratores, por exemplo. A Figura

4.2 apresenta o modelo do protótipo a ser injetado.

Figura 4.2 - Modelo do protótipo denominado pirâmide

Entende-se também, que é possível projetar peças com outras geometrias,

com perfis contendo maiores detalhes e também com diferentes dimensões. Neste

caso, diferentes resultados podem ser obtidos.


4.1.2 Selecionar ou construir um porta-molde

Para a aplicação dos insertos fabricados com as resinas, um porta-molde

metálico pode ser utilizado para alojar os insertos, e, se necessário, deve ser

construído. O porta-molde deve combinar partes metálicas, tradicionais em moldes

metálicos com os insertos fabricados em resinas. Caso seja necessário fabricar o

porta-molde algumas recomendações para torná-lo o mais versátil possível podem

ser sugeridas como segue:

a) Possuir alojamentos para os mais diferentes tamanhos de insertos,

possibilitando testar peças de diversas dimensões;

b) Apresentar liberdade de posicionamento dos pinos extratores, oferecendo

maiores condições de alocar os mesmos nos locais definidos no projeto da

peça a ser injetada;

c) Apresentar um sistema de fixação dos insertos que possibilite a substituição

dos mesmos sem a necessidade de retirar o molde da máquina;

d) Possuir uma bucha de injeção que permita flexibilidade de posicionamento

permitindo a injeção de plásticos pelo centro ou pelas laterais da cavidade;

e) Oferecer um sistema flexível que direcione o fluxo de plásticos para as

diversas cavidades, permitindo também que o fluxo seja direcionado para

uma cavidade apenas.

Um porta-molde para alojar os insertos foi projetado para ser usado em

pesquisas na área de injeção de plástico em moldes-protótipo. Este projeto foi

baseado no porta-molde que vêm sendo utilizado nos trabalhos do CIMJECT/UFSC

(Laboratório de Projeto e Fabricação de Componentes de Plástico Injetados da

Universidade Federal de Santa Catarina) com insertos feitos em Estereolitografia

(ST) e Modelagem por Fusão de Deposição (FDM) (GOMIDE, 2000 e AHRENS et

al., 2002).

As suas principais características estão na utilização de insertos de tamanhos

variados e na possibilidade de posicionar os extratores nas regiões mais

convenientes para a extração do moldado, com algumas restrições. O porta-molde

(Figura 4.3) é composto por um grande alojamento com dimensões de 130x180mm

que possibilita a montagem de outros dois alojamentos diferentes (A e B), onde

também podem ser montados os insertos. O alojamento A tem dimensões de


65x70mm, o alojamento B 130x75mm. As espessuras dos rebaixos das placas onde

são montados os insertos macho e fêmea são de 20mm e de 48mm

respectivamente. Estas dimensões são medidas da base dos insertos até a

superfície de fechamento dos mesmos e poderão variar caso esta superfície seja

mais complexa, podendo ocorrer no interior do alojamento.

A fixação dos insertos foi projetada para ocorrer 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.

Alojamento AGrampo de fixação

Berço Alojamento B

Alojamento B

Berço

Alojamento A

Conjunto Extrator

Placa Suporte

Lado do Macho

Lado da Cavidade

Figura 4.3 – Modelo 3D do porta-molde padrão

No lado do macho, a placa extratora e a placa suporte contém uma matriz de

furos com distâncias de 12,5mm entre furos, para a passagem dos extratores. Essa

matriz permite que o projetista localize a geometria da peça de forma que se ajuste à

posição dos pinos extratores. Outra característica do porta-molde projetado é a

possibilidade de localizar o ponto de injeção no centro ou na lateral dos protótipos.


O porta-molde projetado pode alojar também insertos construídos com outros

materiais, inclusive metálicos, caso haja necessidade. Tem a característica de ser

versátil, e pode sofrer ligeiras modificações, como na bucha de injeção, por exemplo,

que pode ser deslocada para frente ou para trás, dependendo da peça a ser

injetada.

4.1.3 Selecionar as resinas para fabricar os insertos

Esta é uma das grandes incógnitas do sistema, pois há no mercado um número

considerável de resinas, comercializadas em placas, geralmente a base de epóxi ou

poliuretano, para uso em diversas aplicações tais como: modelagem, gabaritos,

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

plásticos.

Uma forma de selecionar previamente as possíveis resinas que podem resistir

ao processo de injeção é escolher resinas em função de suas propriedades. A

escolha pode se dar comparando resinas que possuem propriedades semelhantes

às resinas indicadas para injeção. Entre as propriedades que podem contribuir para

esta aplicação estão: a dureza, a tensão de ruptura e resistência à compressão.

Porém, não se trata de uma tarefa simples, visto que as resinas poliméricas podem

ser afetadas pela temperatura (comportamento viscoelástico), e quando submetidas

à temperatura de injeção devem apresentar estabilidade dimensional e pouca

variação de propriedade mecânica na temperatura de injeção em relação à

temperatura ambiente. Para que haja pouca variação dimensional do molde é

desejável que a temperatura de injeção seja menor do que a temperatura de

transição vítrea ou menor que a temperatura de deflexão térmica. Por outro lado,

estas propriedades nem sempre estão disponíveis nos catálogos dos fabricantes,

dificultando esta análise, conforme pode ser observado na Tabela 2.2, apresentada

no Capítulo 2.

A carência de informações a respeito das propriedades podem ser supridas por

exames de análises térmicas, como os ensaios Diferencial Scanning Calorymetry

(DSC), por meio do qual podem ser obtidas informações de Tg. No entanto, a

seleção das resinas em função de suas propriedades, através de análises térmicas,

pode ser caro e demorada, e muitas vezes pode haver dificuldade do usuário final


ter acesso à realização destes ensaios. Verifica-se aqui, a possibilidade de

realização de estudos específicos para a identificação destas propriedades que

poderiam auxiliar na escolha do par de materiais.

Por outro lado, as resinas podem ser testadas em condições reais de trabalho,

através da injeção de plásticos, utilizando moldes-protótipo. Esta forma de realizar

os testes das resinas foi adotada neste trabalho. Talvez esta não seja a opção de

escolha mais científica, mas é uma opção mais próxima do usuário final e que

também pode ser utilizada por outros pesquisadores. Desta forma, uma opção para

a seleção inicial das resinas que serão submetidas aos testes de injeção, é

selecionar resinas que apresentem propriedades semelhantes às resinas indicadas

para a injeção como a RS Express 2000, por exemplo.

4.1.4 Realizar testes para selecionar os parâmetros de usinagem

As resinas selecionadas deverão ser usinadas para a fabricação dos insertos.

Sendo assim, é importante que sejam determinados os parâmetros de usinagem

como: velocidade de corte, avanço e profundidade de corte. Conforme apresentado

no Capítulo 2, poucas são as informações dos fabricantes a respeito da

usinabilidade das resinas, sendo necessário a realização de testes de

experimentais. Sugere-se então, que seja utilizada uma metodologia para os testes

de usinagem conforme segue:

a) Definir corpos de prova de cada uma das resinas a serem usinadas. Sugere-

se a geometria da Figura 4.4, que prevê a usinagem de 10 canais de iguais

dimensões, no sentido da espessura da placa, mantendo-se fixa a

profundidade de corte e variando as velocidades de corte e os avanços;

Figura 4.4 – Modelo do corpo de prova para usinagem dos canais

Canais

usinados


b) Selecionar ferramentas de usinagem. Sugere-se uma fresa de topo reto de

10mm de diâmetro, que possibilite a usinagem de canais para a verificação do

lascamento e com largura suficiente para a medição de rugosidade

superficial;

c) Selecionar parâmetros de corte. A profundidade de corte deve ser o valor de

profundidade máxima sugerida nos catálogos dos fabricantes para o

acabamento, buscando maior eficiência na usinagem. As velocidades de corte

devem corresponder ao mínimo e máximo recomendados. Os avanços por

faca devem ser selecionados tomando o mínimo e máximo recomendado,

selecionando os demais avanços em intervalos regulares para atingir o

avanço máximo recomendado e a quantidade de canais necessários;

d) Realizar o fresamento dos canais previstos no corpo de prova, variando os

parâmetros de corte, tomando o cuidado para que a ferramenta saia

totalmente da peça no final do corte. Esta é uma condição para se verificar o

lascamento da resina;

e) Realizar a medição da rugosidade superficial em cada um dos canais

usinados;

f) Identificar os lascamentos ocorridos. Sugere-se para inspeção visual a

utilização de uma lupa, com aumento de no mínimo 10 vezes;

g) Indicar qual a melhor condição de usinagem.

Com os resultados dos testes de usinagem, o programa CNC poderá ser

gerado, e os insertos poderão ser usinados.

4.1.5 Usinar os insertos

Para a montagem do molde-protótipo devem ser fabricados os insertos.

Inicialmente, é necessário definir e modelar a geometria do protótipo utilizando um

aplicativo CAD. A partir do modelo tridimensional do protótipo, também utilizando o

CAD, deverá ser criada a cavidade e o macho para a injeção de plásticos (Figura

4.5). Também deve ser definido o formato do ponto de injeção. Para ABREU (1999),

há numerosas formas e dimensões do ponto de injeção, e não existem medidas

teóricas para uma entrada ideal, e sua escolha depende do material a ser injetado e


de sua temperatura, da espessura da parede do produto, volume de material a ser

injetado e temperatura do molde. Sugere-se para o ponto de injeção, o formato

adotado em trabalhos anteriores, de formato semi-circular com 1,5mm de raio.

Tomando os modelos dos insertos, e a partir de um bloco sólido, deve-se gerar as

estratégias de usinagem utilizando um sistema CAM. Para a geração das

estratégias, podem ser utilizados os parâmetros de corte indicados nos testes de

usinagem realizados nas amostras das resinas selecionadas. Estes parâmetros

poderão oferecer condições de realizar a usinagem evitando o lascamento do

inserto, e proporcionado o acabamento superficial desejado.

(a) (b)

Figura 4.5 – Modelo dos insertos: da cavidade (a) e do macho (b)

4.1.6 Medir a rugosidade e dureza dos insertos antes e após a injeção

Durante o processo de injeção, o contato entre o polímero injetado e a

superfície dos insertos ocasionará algum tipo de desgaste. Uma forma de verificar se

houve o desgaste é através da medição da rugosidade superficial, realizada antes e

após a realização da injeção. A comparação entre os valores obtidos poderá indicar

se houve desgaste, e qual a resina que sofreu maior desgaste superficial, sendo

este um possível fator de seleção das resinas. É possível também verificar em qual

par de materiais, do inserto e da peça, houve maior variação de rugosidade

superficial.

Uma outra forma de verificar se houve alguma alteração na superfície dos

insertos, é através da medição de dureza superficial dos mesmos. Esta medição,

realizada antes e após a injeção das peças, pode indicar, comparando os resultados


obtidos, se houve alteração na superfície dos insertos. Alterações podem ocorrer em

decorrência do processo de injeção, em função da temperatura e pressão de injeção

durante o qual a resina poderá sofrer alguma alteração no seu processo de cura,

caso o material tenha cura incompleta.

4.1.7 Definir o procedimento de ajuste do processo de injeção

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 mesmos logo no início do processo. Em muitos casos, o

profissional que opera o equipamento recorre à sua experiência prática para este

ajuste. No entanto, para a realização dos ensaios, uma metodologia deverá ser

seguida para que se possa repetir o procedimento para todos os testes. Sugere-se a

utilização do Método da Injeção Progressiva (short shot) (BARRY et al., 1995),

traduzido por FOGGIATTO (2005), conforme o Anexo A. Este método procura

orientar seqüencialmente os ajustes da máquina oferecendo a possibilidade de

repetição criteriosa do trabalho. Os ajustes são realizados na seguinte seqüência:

a) Ajustes iniciais: temperatura de injeção, força de fechamento, tempo de

resfriamento, tempo de ciclo;

b) Ajuste do curso de dosagem: velocidade de injeção, tempo de injeção,

pressão de injeção, curso do fuso;

c) Checagem da velocidade de injeção;

d) Ajuste da pressão de injeção;

e) Ajuste do tempo de injeção;

f) Ajuste do tempo de recalque: curso de dosagem, pressão de recalque,

tempo de recalque, peso da peça.

Dependendo do par de materiais, do inserto e do plástico injetado, pode-se

optar pelo uso de desmoldante, como os desmoldantes de silicone, por exemplo,

com a finalidade de evitar a afinidade entre os materiais e possibilitar a injeção e

extração.


4.1.8 Realizar a injeção seguindo o procedimento de controle

Após os ajustes iniciais, a injetora estará pronta para o início da injeção dos

protótipos. Deve-se então realizar a injeção, observando o comportamento dos

insertos e do moldado a cada novo ciclo, controlando a temperatura do molde.

Como as resinas normalmente não podem ser resfriadas com água, como

acontece nos moldes metálicos, a cada ciclo de injeção os insertos poderão ser

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

um novo ciclo. Nos estudos realizados por VOLPATO et al. (2003), a temperatura

utilizada foi de 42ºC, permitindo uma variação de mais ou menos 2ºC. O controle de

temperatura pode ser realizado por termopares ou um termômetro infravermelho,

com leitura direta e medição em vários pontos dos insertos. Este controle deve ser

realizado verificando-se a cada ciclo a temperatura do macho e da cavidade. No

caso dos termopares, o seu uso demanda um maior trabalho na instalação dos

mesmos, além de requerer um sistema de aquisição de dados, um computador e um

programa específico. Por outro lado, o infravermelho é mais prático, apesar de não

permitir o armazenamento dos dados de temperatura gerados.

Outro ponto de ajuste é o tempo para solidificação do material dentro da

cavidade do molde, sendo significativamente maior do que o observado em moldes

metálicos. O seu ajuste depende do material dos insertos e do polímero a ser

injetado. O tempo mais longo se dá em função da baixa condutividade térmica,

reduzindo a velocidade com que as resinas dissipam o calor gerado no ciclo.

Um fator importante na injeção utilizando moldes de resinas é a vida do inserto.

O processo deve ser finalizado assim que sejam observados sinais de danos nos

mesmos, causados normalmente desgaste por adesão, quebra ou lascamento da

geometria dos insertos. Desta forma, pode-se ter a noção do número de peças

injetadas a que cada par de insertos resistiu.

4.1.9 Analisar as propriedades dos protótipos injetados

Além das análises dos insertos, os protótipos injetados podem ser analisados,

buscando verificar se os mesmos apresentam as propriedades requeridas. Sugere-

se a medição da espessura e rugosidade superficial das peças, isto porque, durante

o processo de injeção, os insertos poderão sofrer alguma deformação plástica. Isto


pode levar as peças injetadas a apresentarem alterações de espessura, quando

analisadas ao longo do processo de injeção. A medição de espessura das paredes

das peças injetadas poderá indicar se houve alguma deformação das mesmas,

ocasionando sua variação dimensional. Vários pontos poderão ser medidos.

Adicionalmente, as peças injetadas podem apresentar variação na rugosidade

superficial. Estes valores poderão indicar qual o par de materiais, do molde e da

peça, oferece o melhor resultado de rugosidade. Este pode ser um fator de seleção

de uma determinada resina para a injeção em função do polímero a ser injetado.

Por fim, percebe-se que podem ser realizadas algumas análises com o material

do moldado, verificando-se propriedades tais como: dureza, resistência à tração e

compressão. Estas propriedades podem ser comparadas com as do mesmo

polímero injetado em moldes de aço, em condições normais de produção. Desta

forma, se obterá a informação de quão próximo de uma peça de produção estará um

protótipo injetado em moldes-protótipo de resina. Esta informação é de grande valia

para a equipe de desenvolvimento do produto que necessita realizar testes

funcionais de engenharia com os protótipos.

Capítulo 5 Aplicação do Procedimento para Testar Resinas 61

5 APLICAÇÃO DO PROCEDIMENTO PARA TESTAR RESINAS

Para a avaliação do procedimento para testar resinas, foram elaborados

alguns testes, utilizando o procedimento proposto no Capítulo 4. O presente capítulo

apresenta a aplicação do procedimento para testar as resinas, no qual foram

selecionadas três resinas como material para insertos, sendo: PN 1007, RenShape

(RS) 5166 e LAB 1000, sendo testadas com 2 materiais de injeção: terpolímero

acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS) e polipropileno (PP).

Para os testes foi selecionada como peça-teste, a geometria da pirâmide

(Figura 4.2) apresentada no Capítulo 4. Adicionalmente, para a aplicação dos

insertos fabricados com as resinas, foi fabricado um porta-molde metálico (Figura

4.3), conforme descrito no Capítulo 4, oferecendo as condições requeridas para os

testes de injeção. Os resultados dos testes estão apresentados no Capítulo 6.

5.1 Seleção de Resinas para a Fabricação dos Insertos

As resinas para a fabricação dos insertos foram selecionadas com base em

algumas de suas propriedades. A seleção se deu comparando várias resinas

disponíveis com as propriedades das resinas testadas por VOLPATO et al. (2003), e

que em seu estudo foram consideradas como aplicáveis para a injeção. Para o

ensaio foram selecionadas três resinas comerciais, ofertadas no mercado em placas

com dimensões médias de 50x500x1500mm. Suas principais características e

propriedades são apresentadas na Tabela 5.1. A seleção das resinas para os testes

de injeção deu-se tomando como referência as propriedades identificadas na resina

RenShape (RS) Express 2000, indicada por seu fabricante e por VOLPATO et al.

(2003) como sendo aplicável para a injeção de plásticos. Também foram

consideradas as informações contidas nos catálogos dos fabricantes das resinas:

HARD (2004), VANTICO (2003) e AXSON (2001) para esta escolha, sendo

selecionadas destes fabricantes as resinas com propriedades mais próximas da

resina de referência, a resina RS Express 2000.


As três resinas utilizadas para os testes foram selecionadas dentre as diversas

amostras recebidas em doação por empresas parceiras ou pelos fabricantes. As

informações foram retiradas dos catálogos dos fabricantes, sendo a dureza,

resistência à tração e resistência à compressão as propriedades identificadas como

as mais relevantes. Também está relacionado o custo proporcional de cada resina,

tomando como base a RS Express 2000, indicada para a injeção de plásticos, para a

qual foi atribuído um custo de referência igual a 1. O custo relativo utiliza números

índices e não valores monetários.

Tabela 5.1 – Propriedades da resina base e das resinas utilizadas nos testes

de injeção (extraídas das tabelas dos fabricantes)

N/D – Não Disponível; RS Express 2000 é a resina de referência, não utilizada nos testes de injeção.

5.2 Testes de Usinagem em Resinas

Para o uso de resinas na fabricação de insertos protótipos através de

usinagem, os parâmetros de corte e seu comportamento durante a usinagem deve

RESINAS PROPRIEDADES

RS Express 2000 PN1007 LAB1000 RS 5166

Cor Cinza Areia Cinza Marfim

Densidade (Kg/m3) 1800 1200 1670 1700

Dureza Shore D 90/91 85 89 85-90

Resistência à compressão

(N/mm2) 250/260 70 92 90-100

Resistência à tração (N/mm2) 62 37 N/D 34

Temperatura de transição vítrea

Tg (ºC)

258

N/D

92

109

Coeficiente de dilatação térmica

(10-6 mm/mmºC) 50 45 50 45-60

Temperatura de deformação (ºC) N/D 100 200 N/D

Estabilidade dimensional (ºC) 220/240 90 N/D 90-100

Custo (relativo) 1,00 0,52 0,95 0,42

Fabricante VANTICO

(2003)

HARD

(2004)

AXSON

(2001)

VANTICO

(2003)


ser conhecidos. Se os mesmos não estiverem disponíveis, as condições de

usinagem destas resinas devem ser estudadas. Neste sentido, foi realizado um

estudo sobre a usinagem das resinas selecionadas.

Para os testes foram selecionados alguns parâmetros de corte de acordo com

indicações dos fabricantes de resinas e também foram considerados na escolha os

estudos de LANZ et al. (2002) e YANG e RYU (2001). Foi selecionada uma fresa de

topo reto de 10mm de diâmetro e quatro facas, de metal duro com cobertura TiAlN.

A profundidade de corte aplicada foi de 3mm. O comprimento de usinagem utilizado

foi de 50mm, sendo suficiente para a medição da rugosidade e observação do

lascamento.

As velocidades de corte (vc) selecionadas foram de 100m/min e de 157m/min.

Segundo a VANTICO (2002) e AXSON (2004), a vc=100m/min refere-se à velocidade

mínima recomendada. Por outro lado, a vc=157m/min, refere-se à máxima vc

possível de ser atingida com a ferramenta escolhida, a 5000rpm, no equipamento

CNC selecionado, que apresenta uma rotação máxima de 6000rpm no fuso porta-

ferramentas.

Os avanços por faca (fz) utilizados foram determinados junto aos catálogos de

fabricantes de resinas: VANTICO (2002) e AXSON (2002), e artigos consultados de

YANG e RYU (2001) e LANZ et al. (2002), e referem-se aos valores médios

encontrados. Foram selecionados os valores extremos dos avanços por faca

(fz=0,025 e fz=0,30mm), e se optou em distribuir os demais avanços em intervalos

regulares dentro desta faixa.

Foi utilizado o modelo do corpo de prova sugerido no Capítulo 4. As análises

realizadas no corpo de prova foram:

a) medição de rugosidade superficial, avaliado com um rugosímetro modelo SJ-201

Mitutoyo, utilizando um cut off de 0,8mmx5 e comprimento de medida igual a 5,6mm,

onde é desprezado o trecho inicial e final, que corresponde a 0,8mm cada;

b) lascamento na saída da ferramenta utilizando uma lupa com aumento de 10

vezes. A Tabela 5.2 apresenta os valores dos parâmetros de corte selecionados.


Tabela 5.2 - Parâmetros de corte selecionados para testes de usinagem

Profundidade de corte 3mm

vc1= 100m/min vc2= 157m/min

fz 1 0,025 fz 1 0,025

fz 2 0,05 fz 2 0,05

fz 3 0,1 fz 3 0,1

fz 4 0,2 fz 4 0,2

fz 5 0,3 fz 5 0,3

fz = Avanço por faca (mm/faca)

5.3 Realização da Usinagem dos Insertos

Para a usinagem dos insertos, tanto do macho como da cavidade, foram

definidas várias etapas de usinagem. A fabricação dos insertos foi realizada em duas

fixações, sendo a primeira para esquadrejamento dos blocos e usinagem dos raios e

a segunda para a usinagem da geometria dos insertos, partindo de um bloco sólido.

Foi prevista a fabricação a partir de blocos com dimensões de 50x80x135mm. As

etapas de usinagem estão descritas na Tabela 5.3.

Tabela 5.3 - Seqüência de usinagem para os insertos

Macho Cavidade

1. Corte dos blocos 1. Corte dos blocos

2. Esquadrejamento dos blocos e

usinagem dos raios (1ª fixação)

2. Esquadrejamento dos blocos e

usinagem dos raios (1ª fixação)

3. Usinagem da geometria, furação e

alargamento dos furos de passagem dos

extratores (2ª fixação)

3. Usinagem da geometria (2ª fixação )


Tomando os modelos dos insertos, e a partir de um bloco sólido, deu-se a

geração das estratégias de usinagem utilizando um sistema CAM (Computer Aided

Manufacturing) Powermill. A Figura 5.1 apresenta, a título de ilustração uma das

estratégias de acabamento das paredes laterais do inserto macho.

Figura 5.1 – Modelo de uma estratégia de usinagem gerada no sistema CAM

Várias operações e ferramentas foram utilizadas de acordo com a geometria a

ser usinada. Com base nos testes de usinagem, os parâmetros de corte foram

selecionados, e as ferramentas utilizadas para a usinagem da cavidade estão

apresentadas na Tabela 5.4. Para a usinagem do inserto macho, foram utilizadas as

ferramentas e parâmetros de corte apresentados na Tabela 5.5.

Tabela 5.4 – Ferramentas e parâmetros de corte para a usinagem da cavidade

Ferramenta Descrição Material Diâmetro

(mm)

RPM

Avanço

(mm/faca)

Operação

T2 Fresa de topo

(2 cortes)

Aço rápido 6 5300 0,1 Desbaste

T3 Fresa ponta esférica

(2 cortes)

Metal Duro 3 5500 0,07 Acab.paredes

T4 Fresa de topo

(2 cortes)

Aço rápido 4 5500 0,07 Acab. faces


O planejamento da etapa de usinagem devem seguir o mesmo padrão em

todos os insertos, visando a mesma condição de injeção. Também foi observada a

seqüência e o sentido de usinagem buscando evitar o lascamento da resina,

principalmente em regiões mais sensíveis.

Tabela 5.5 – Ferramentas e parâmetros de corte para a usinagem do macho

Ferramenta Descrição Material Diâmetro

(mm)

RPM

Avanço

(mm/faca)

Operação

T5 Fresa de topo

(4 cortes)


externo

T4 Fresa de topo

(2 cortes)


cavidade

T3 Fresa ponta

esférica

(2 cortes)

Metal duro 3 5500 0,07 Acabamento

das paredes

T6 Fresa de topo

(2 cortes)

Metal duro 3 5500 0,07 Acabamento

face da

cavidade

T7 Broca Aço rápido 3,8 5500 0,05 Furo para

extratores

T8 Alargador Aço rápido 4 H7 2000 0,05 Alargamento

para

extratores

A partir do desenvolvimento das estratégias de usinagem foi gerado o

programa de usinagem a ser enviado para a máquina CNC. As ferramentas foram

montadas na máquina e realizado o pre-set (medição dos comprimentos) das

ferramentas. Também foi preparada a fixação das peças a serem usinadas tomando-

se o cuidado para que fossem apoiadas em um batente, garantindo seu

posicionamento.

As peças foram fixadas em uma morsa e apoiadas sobre calços paralelos para

a garantia de paralelismo da superfície. Todos os insertos foram usinados utilizando


o mesmo programa, ferramentas e parâmetros de corte, observando neste caso, um

programa para a usinagem da cavidade e um programa para o inserto macho.

Apesar das resinas terem comportamento diferentes na usinagem, foi possível

selecionar, baseado nos ensaios de usinagem, um conjunto de parâmetros que

fosse adequado às três resinas. O uso dos mesmos parâmetros tem a finalidade de

comparar a rugosidade superficial e comportamento na injeção das diversas resinas.

Foi utilizado um centro de usinagem vertical Romi Discovery 4022 do laboratório de

usinagem do SENAI-PR. Após a usinagem dos insertos no CNC, não houve

nenhuma operação de pós-processamento nos mesmos.

Os mesmos cuidados na preparação de ferramentas, fixação dos insertos e

todos os passos para a preparação do programa e da máquina, adotados na

usinagem das cavidades foram aplicados para a usinagem dos insertos macho.

5.4 Medição da Rugosidade e Dureza dos Insertos

Para a análise do comportamento dos insertos durante os testes de injeção foi

prevista a verificação da rugosidade e da dureza superficial dos insertos, antes e

após a injeção. A medição de dureza pode indicar se há modificação de dureza

superficial dos insertos durante a execução das injeções. Por outro lado, o controle

da rugosidade dos insertos tem o objetivo de verificar o desgaste dos mesmos,

podendo ser uma propriedade importante para a seleção do material para o inserto.

Também foi previsto o controle dimensional da espessura e a medição da

rugosidade superficial de algumas peças injetadas. Nos casos em que os testes

foram interrompidos prematuramente, foram desconsideradas as medições de

dureza e rugosidade superficial dos insertos. O intuito de controlar estas variáveis foi

verificar se houve alterações significativas destes valores, sendo possivelmente um

fator de seleção para que uma resina seja indicada para a injeção.

Na análise da dureza superficial foi utilizado um durômetro tipo: GS 702

SHORE D TYPE (ASTM D2240 DIN53505). Foram medidos quatro pontos da

superfície do inserto (Figura 5.2) e os valores encontrados antes e após a injeção

foram comparados.


Figura 5.2 – Pontos de medida de dureza Shore D dos insertos

Também foram medidas as rugosidades de quatro superfícies do inserto

conforme mostrado na Figura 5.3.

Figura 5.3 – Superfícies de medida da rugosidade dos insertos

Os pontos verificados foram as superfícies planas da geometria do inserto. O

acabamento superficial foi avaliado com um rugosímetro modelo SJ-201 Mitutoyo,

1

4 2

3

a b c

d


utilizando os mesmos parâmetros de medição utilizados nos testes de usinabilidade

das resinas apresentado na seção 5.2.

5.5 Seleção dos Polímeros a Serem Injetados

A seleção dos polímeros a serem injetados foi realizada tomando como

referência a pesquisa realizada no Capítulo 3, onde foram apontados os polímeros

mais utilizados. A pesquisa indicou que os polímeros Polipropileno (PP) e

Acrilonitrila-Butadieno–Estireno (ABS) foram os mais citados. Estes polímeros foram

selecionados para os testes de injeção, pois além de terem sido citados na

pesquisa, o PP requer valores de ajustes menores do que o ABS, e vários autores já

o utilizaram em outras pesquisas. Por outro lado, o ABS é bem mais exigente para a

injeção, requerendo maior temperatura de trabalho, pressão de injeção, etc., quando

comparado ao PP. Desta forma, utilizando estes dois polímeros é possível observar

a resistência de uma resina polimérica quando é injetado um material mais fácil e

outro mais difícil de injetar. Os polímeros injetados foram: PP PRB 4215 da empresa

Ipiranga e ABS Terlux® TR da empresa Basf. Os materiais foram recebidos em

estado “virgem”, ou seja, não são materiais reciclados e foram recebidos em doação.

A quantidade de peças a serem injetadas também foi definida e está

referenciada na pesquisa realizada, na qual o número máximo de peças requisitadas

é igual a 100 unidades. Esta quantidade de peças foi tomada como meta a ser

atingida nos testes de injeção. Todavia, como sugerido no procedimento, os insertos

poderiam ser testados até o final de sua vida útil, porém, o número de 100 peças

atende o indicado pela pesquisa realizada, e também pela disponibilidade limitada

da máquina injetora, já que os testes foram realizados fora da UTFPR.

5.6 Procedimento de Ajuste do Processo de Injeção

Somente após terem sido realizados os ajustes, a máquina pode entrar no

processo de produção e vários são os parâmetros de injeção a serem ajustados

inicialmente na injetora, em testes que devem ser realizados até que se inicie o

processo de produção.


A máquina utilizada foi uma injetora Romi Primax 65R. Tomou-se como base o

Método da Injeção Progressiva, também denominado por Short Shot Method,

apresentado no Capítulo 4. Com o auxílio deste método é possível o ajuste dos

parâmetros de injeção passo a passo. O método foi utilizado integralmente, com

ressalva para a etapa de verificação da velocidade de injeção, que em alguns casos

não foi necessária, pois não houve correções necessárias no protótipo injetado. No

entanto, recomenda-se manter esta etapa, pois outros testes poderão utilizá-lo. Para

cada par de insertos foi utilizado o método de ajuste, partindo do mesmo ponto de

início para todos os testes. A determinação do final da etapa de ajustes se dá com o

controle do peso das peças injetadas, sendo que quando o peso das peças

estabiliza o processo está ajustado. Para o controle de peso foi utilizada uma

balança digital com precisão de 0,1g. Para cada um dos testes foram anotados os

valores de ajuste realizados conforme a seqüência do método utilizado, e estão

apresentados nas tabelas do Capítulo 6. As anotações podem apontar valores

importantes para apoiar novos testes ou ainda servir de análise dos resultados de

injeção.

Para a realização da injeção, cada polímero deve ser aquecido no barril da

injetora até sua temperatura de processamento. Isto é possível de ser atingido

através de ajustes realizados na máquina injetora. Por outro lado, o molde deverá

ser mantido a uma temperatura previamente determinada, observando um mínimo e

máximo recomendados, buscando sempre que possível um equilíbrio entre estas

temperaturas, conforme descrito na seção 2.2.6. Para os testes de injeção dos

moldes-protótipo fabricados em resinas foi determinada a temperatura de 42ºC, com

variação aceitável de ± 2ºC. Esta temperatura está compatível com uma média de

temperatura utilizada em moldes metálicos, e de acordo com as temperaturas

utilizadas por VOLPATO et al. (2003) nos testes de injeção realizados. O controle de

temperatura foi realizado com o uso de um termômetro infravermelho MT-350 da

marca Minipa, com precisão de ± 2ºC.

Também foi utilizado desmoldante de silicone nos testes de injeção que

inicialmente não deram certo, sendo repetidos com o desmoldante tanto em ABS

como em PP. Inicialmente houve a previsão de uso do desmoldante em ABS, em

função desse material exigir maior temperatura e pressão de injeção, entre outros

parâmetros. No entanto, também foi utilizado durante a injeção de PP. Para os

testes realizados neste trabalho o desmoldante foi aplicado com a mesma finalidade


dos moldes metálicos, buscando facilitar a extração das peças. O desmoldante

utilizado foi o Spray de Silicone MSR fabricado por Mosar Indústria Química Ltda. A

escolha do desmoldante de silicone deve-se ao fato de ser o mais comumente

utilizado em moldes de injeção, de fácil aplicação e conseqüentemente o mais

facilmente encontrado. Deve-se ressaltar que o desmoldante deverá ser utilizado

desde a primeira peça, ainda na etapa de ajustes.

5.7 Processo de Injeção dos Protótipos

Após o ajuste da injetora deu-se início a injeção dos protótipos. Os mesmos

cuidados de controle de temperatura e resfriamento do molde utilizados na etapa de

ajustes foram utilizados nesta etapa. Para o controle de temperatura foi utilizado um

termômetro infravermelho e o resfriamento do molde se deu com ar comprimido, já

que a maioria das resinas não possibilita aplicar refrigeração com água por serem

higroscópicas, como normalmente é realizado em moldes metálicos.

Nesta etapa, a cada novo ciclo as peças injetadas foram observadas,

verificando e anotando qualquer anormalidade nas mesmas, numerando-as para

controle e análise posterior. O comportamento dos insertos também foi observado a

cada ciclo, verificando a ocorrência de quaisquer danos ou avarias nos mesmos.

Este acompanhamento foi necessário para dar continuidade nas injeções ou

interrompê-las, na ocorrência de qualquer anormalidade, como a quebra ou

rompimento do inserto, fato que determina o final da vida do mesmo. Desta forma,

foi possível observar que alguns pares de insertos resistiram ao número de ciclos

desejado, enquanto outros se romperam, fato que determinou o final dos testes com

estes insertos.

5.8 Análise das Propriedades dos Protótipos Injetados

Uma vez injetados, os protótipos podem ser analisados sob vários aspectos.

Conforme sugerido no procedimento, foram medidas a espessura e a rugosidade

das peças. Para o controle da espessura foi utilizado um paquímetro digital Mitutoyo,

com precisão de 0,01mm. Os pontos de medição de espessura estão apresentados


na Figura 5.4. Para esta medida, foram observadas as peças na seqüência

crescente de injeção, medindo-as em intervalos regulares, até a última peça, num

total de 10 peças medidas de cada teste realizado, verificando se houve alteração

da sua espessura.

Figura 5.4 – Pontos de medição de espessura do protótipo injetado

Para medir a rugosidade das peças injetadas foi utilizado um rugosímetro

modelo SJ-201 Mitutoyo, utilizando o mesmo processo e pontos de medida

apresentados da seção 5.4. Outros tipos de análises como: dureza, resistência à

tração e resistência à compressão, não foram realizados neste trabalho. Sugere-se

que tais análises sejam realizadas em trabalhos futuros.

2

1

4

3

Capítulo 6 Resultados 73

6 RESULTADOS

No Capítulo 5 foram realizados alguns testes aplicando o procedimento para

testar resinas proposto no Capítulo 4, buscando verificar o comportamento e

aplicabilidade do procedimento. Neste capítulo são apresentados os resultados que

foram obtidos durante a realização dos testes, e que servem de base para as

discussões e conclusões deste trabalho.

6.1 Fabricação do Porta-Molde

O porta-molde foi fabricado de acordo com o projeto apresentado no Capítulo

4. As Figuras 6.1 e 6.2 apresentam detalhes do mesmo, nos quais é possível

observar a montagem de um par de insertos da pirâmide, juntamente com outro

modelo de insertos, de menor dimensão.

O porta-molde desenvolvido apresenta as características já descritas e pode

alojar também insertos construídos com outros materiais, inclusive insertos

metálicos, caso haja necessidade.

Figura 6.1 – Porta-molde fabricado e detalhe de insertos montados


Figura 6.2 – Detalhe do porta-molde na injetora

6.2 Definição dos Parâmetros de Usinagem

Conforme previsto, as resinas selecionadas para os testes de injeção tiveram

sua condição de usinagem testada. Foi medida a rugosidade superficial e observado

o lascamento das resinas na saída da ferramenta. A Figura 6.3 apresenta um

exemplo de corpo de prova utilizado para os testes de usinagem.

Figura 6.3 – Exemplo de canais usinados – RS 5166


A média de três medidas da rugosidade da superfície usinada, obtida em Ra

(µm) está apresentada nas Tabelas 6.1 e 6.2. Nota-se que à medida que se

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

velocidades de corte (Figura 6.4 e 6.5). Também se pode observar que, em grande

parte das rugosidades, houve redução dos valores de Ra para a maior velocidade de

corte, com exceção da resina LAB 1000.

Tabela 6.1 - Rugosidade média Ra (µm) obtida com vc =100m/min

PN 1007 LAB 1000 RS 5166 fz

(mm/faca) Ra Ra Ra

0,025 0,73 0,48 0,71

0,05 0,92 0,61 0,87

0,1 1,56 0,96 1,46

0,2 1,89 1,31 1,82

0,3 2,67 1,76 2,57

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

Tabela 6.2 - Rugosidade média Ra (µm) obtida com vc =157m/min

PN 1007 LAB 1000 RS 5166 fz

(mm/faca) Ra Ra Ra

0,025 0,72 0,58 0,67

0,05 1,06 0,68 1,20

0,1 1,46 1,07 1,38

0,2 1,79 1,37 1,78

0,3 2,35 1,99 2,11

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


Rugosidade média (�m) Vc 100m/min

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0,025 0,05 0,1 0,2 0,3

Avanço mm/faca

Rug

osid

ade

méd

ia R

a (�

m)

PN 1007

LAB 1000

RS 5166

Figura 6.4 – Comparação da rugosidade média Ra (µm) com vc =100m/min

Rugosidade média (�m) Vc 157m/min

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0,025 0,05 0,1 0,2 0,3

Avanço mm/faca

Rug

osid

ade

méd

ia R

a (�

m)

PN 1007

LAB 1000

RS 5166

Figura 6.5 – Comparação da rugosidade média Ra (µm) com vc =157m/min

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. Este resultado é coerente com o comportamento

dos metais na usinagem e está em acordo com os resultados observados por LANZ


et al. (2002). O comportamento das três resinas em relação aos lascamentos do

material na saída da ferramenta é apresentado na Figura 6.6.

Figura 6.6 - Lascamentos observados nas resinas: a) PN 1007, b) LAB 1000 e c) RS 5166

Na Tabela 6.3 estão relacionadas ocorrências dos lascamentos, observados

com o uso de uma lente de aumento de dez vezes, considerando as velocidades de

corte e avanços utilizados.

Tabela 6.3 - Relação da ocorrência de lascamento na saída da ferramenta

PN 1007 LAB 1000 RS 5166

fz vc1 vc2 vc1 vc2 vc1 vc2

0,025 - - - - - -

0,05 - - - - - -

0,1 X - - X - -

0,2 X X X X X X

0,3 X X X X X X

fz = Avanço por faca (mm/faca); vc1= velocidade de corte 100m/min; vc2 = velocidade de corte

157m/min; Símbolos: (-) Sem ocorrência de lascamento; (X) Com ocorrência de lascamento.

b

b

a

c

10mm


Em geral, os lascamentos ocorridos na saída da ferramenta apresentam a

tendência de ocorrer com maiores dimensões no lado esquerdo da linha de

deslocamento da ferramenta (avanço), tomando como referência o sentido do corte

(Figura 6.7).

Figura 6.7 – Identificação de região de maior ocorrência dos lascamentos

Para as diversas resinas testadas, o resultado do lascamento é coerente com o

relatado por LANZ et al. (2002) e VOLPATO et al. (2003), que observaram que com

o aumento do avanço há um aumento da ocorrência dos lascamentos. A Tabela 6.4

apresenta a lista das resinas estudadas, indicando em qual fz e vc ocorreu o primeiro

lascamento, que pode ser detectado com a lente de aumento de dez vezes. As

resinas estão ordenadas de forma a demonstrar qual resina apresentou lascamentos

com avanço mais baixo. Ainda foi possível verificar que, com o aumento de avanço

por faca, podem também ocorrer lascamentos na entrada da ferramenta e nas

laterais da amostra usinada.

Tabela 6.4 - Classificação de resinas em relação à ocorrência do primeiro

lascamento na saída da ferramenta

Resina fz (mm/faca) vc (m/min)

Lab 1000 0,1 157

RS 5166 0,2 100 e 157

PN 1007 0,1 100

Região de maior ocorrência

dos lascamentos

Sentido de corte e do giro

da ferramenta


De um modo geral é possível verificar que as resinas podem ser usinadas em

máquinas CNC convencionais, com limitações de velocidade de corte, devido à

baixas rotações dos equipamentos, não havendo restrições aparentes para este

emprego. Deve-se, no entanto, aplicar os parâmetros de corte adequados, evitando

possíveis lascamentos e atingindo o nível de acabamento superficial desejado.

Os resultados sugerem a utilização de velocidades de corte mais elevadas

possíveis em uma máquina CNC convencional, em conjunto com pequenos valores

de avanço por faca reduzindo desta forma a incidência dos lascamentos. Os valores

de avanço por faca a serem aplicados podem ser diferenciados e devem ser

determinados em função da resina em uso.

6.3 Usinagem dos Insertos

As resinas selecionadas foram usinadas conforme descrito no Capítulo 5. A

Figura 6.8 apresenta a usinagem de um inserto macho e um inserto cavidade da

pirâmide.

Foram usinados 9 pares de insertos para atender os testes previstos, ou seja,

injeção de PP e ABS em cada resina selecionada com e sem desmoldante. A Figura

6.9 apresenta um dos pares de insertos usinados.

Figura 6.8 –Usinagem de uma cavidade (a) e macho (b)

a b


Figura 6.9 – Exemplo de um par de insertos usinados

6.4 Procedimento de Ajuste da Injetora

Os testes iniciaram com a injeção de PP em cada um dos três pares de

insertos. Os mesmos testes foram repetidos com a injeção de ABS. Para cada par

de insertos foi aplicado o método de ajuste Short Shot e realizadas em ficha própria

as anotações dos valores ajustados Apêndice B.

Após serem seguidos todos os passos e o processo de injeção estar

estabilizado, foi iniciada a injeção dos protótipos. Um indicador desta estabilidade é

o controle de peso das peças que conforme prevê o método de ajuste (Figura 6.10),

e somente quando o peso da peça estabiliza o processo está ajustado. A Tabela 6.5

apresenta o número de peças injetadas até o ajuste da máquina. Durante todo o

processo foram monitoradas: a temperatura dos insertos, as peças injetadas e o

desgaste e comportamento dos insertos durante a injeção. As peças injetadas foram

numeradas para análise posterior. A Figura 6.11 apresenta um exemplo das peças

injetadas de um dos testes realizados.


Tabela 6.5 – Quantidade de peças injetadas em cada ajuste da injetora

Resina/Teste PP sem

desmoldante

PP com

desmoldante

ABS sem

desmoldante

ABS com

desmoldante

Nº de peças Nº de peças Nº de peças Nº de peças

PN 1007 17 11 - 8

RS 5166 14 - 21 17

LAB 1000 18 - 6 15

Figura 6.11 – Peças injetadas em um dos testes

Figura 6.10 – Exemplo de controle de peso das peças injetadas na etapa de ajustes


O controle de temperatura se deu utilizando um termômetro digital

infravermelho sem contato (Figura 6.12), com o qual foram monitorados os insertos

em vários pontos de controle, garantido desta forma que a superfície do molde

apresentasse a temperatura determinada antes do reinício de um novo ciclo.

Figura 6.12 – Método de controle da temperatura dos insertos

Para a refrigeração do molde foi utilizado ar comprimido (Figura 6.13). O

método de refrigeração a ar mostrou-se eficiente para o resfriamento do molde.

Figura 6.13 – Resfriamento dos insertos com ar comprimido


6.5 Resultados dos Testes de Injeção

Nesta seção são apresentados os resultados de números de peças injetadas

(protótipos) e comportamento dos insertos. Na apresentação dos resultados, são

informados os valores de ajuste da injetora obtidos após a conclusão do método de

ajuste, seguidos de comentários detalhados dos resultados e do comportamento dos

insertos.

6.5.1 Experimentos com a resina PN 1007

Os testes realizados com a resina PN 1007, na qual foram injetados PP e ABS,

com e sem desmoldante estão apresentados na Tabela 6.6. Para a injeção de ABS,

optou-se por injetar utilizando desmoldante desde o início dos testes.

Tabela 6.6 – Parâmetros de injeção e número de peças injetadas (PN 1007)

PP sem

desmoldante

PP com

desmoldante

ABS com

desmoldante

Parâmetro Unidade Valor Valor Valor

Temperatura de injeção ºC 180 180 240

Força de fechamento T 25 25 25

Tempo de resfriamento s 50 30 50

Tempo de ciclo s 2’58” 2’53” N/D

Velocidade de injeção m/s 0,04 0,04 0,09

Tempo de injeção s 2 2 10

Pressão de injeção Bar 3 3 340

Curso de dosagem cm3/s 22 22 26

Pressão de recalque bar 1 1 N/D

Tempo de recalque s 4 3 N/D

Total de peças para

ajuste

peça 17 11 8

Total de peças

injetadas

peça 38 100 0

N/D – Não Disponível; Ø da rosca da injetora:35mm


Uma descrição mais detalhada dos testes é apresentada a seguir:

Injeção de PP sem desmoldante (S/D) - Durante os testes realizados com a

injeção de PP sem o uso de desmoldante, foram injetadas 38 peças. Foi possível

realizar os ajustes da injetora apesar de ter havido dificuldade no resfriamento das

peças, devido ao tempo elevado para o mesmo, levando à deformação das peças

durante a abertura do molde e sua extração. Buscando corrigir o problema foi

aumentado o tempo de resfriamento. Após o ajuste, durante a etapa de injeção,

algumas peças aderiram na cavidade e algumas peças foram perfuradas pelos

extratores (Figura 6.14a). As peças foram retiradas manualmente sem auxílio de

ferramentas. Também foram observadas avarias no macho e cavidade. Na peça 25

observou-se uma ruptura no inserto macho (Figura 6.14b), que veio a romper na

peça 38 (Figura 6.15a) onde parte do inserto ficou fixado na peça (Figura 6.15b),

quando o teste foi interrompido.

Figura 6.14 – Peça perfurada pelos extratores (a) e ruptura do inserto (b)

(PN 1007 /PP-S/D)

Injeção de PP com desmoldante (C/D) - Como o resultado da injeção sem

desmoldante foi interrompido na peça 38, foi realizado o teste de injeção de PP com

o uso de desmoldante de silicone. O desmoldante foi utilizado desde o início da

injeção, inclusive na etapa de ajuste. Foram necessárias 11 peças para o ajuste da

injetora.

Na etapa de injeção foram produzidas 100 peças, não sendo observada

nenhuma avaria nos insertos ou qualquer irregularidade nas mesmas. Durante a

injeção das foi adotado o critério de aplicar o desmoldante a cada 5 peças injetadas,

pois a partir deste número houve a tendência da peça agarrar no molde dificultando

a extração.

a b


Figura 6.15 – Inserto rompido (a) e peça com parte do inserto(b) – (PN 1007/PP-S/D)

Injeção de ABS com desmoldante (C/D) - O teste de injeção de ABS foi

realizado com desmoldante, pois foi considerado que aplicando um material mais

agressivo como o ABS os insertos poderiam não suportar, a exemplo do teste com a

injeção de PP sem desmoldante. No início dos ajustes, houve uma deformação na

entrada do inserto macho (Figura 6.16a) ocorrendo a adesão de parte do inserto na

peça (Figura 6.16b), e na peça 5 houve o lascamento da cavidade (Figura 6.17a).

Na peça 8 lascou o inserto macho (Figura 6.17b) e o teste foi interrompido. Foi

possível observar que a geometria da peça próximo ao canal de alimentação houve

uma deformação do material provocando o lascamento prematuro. Os testes foram

encerrados após a injeção da peça número 8.

Figura 6.16 – Deformação do inserto (a) e de parte do inserto aderido na peça (b)

(PN 1007/ABS-C/D)

a b

a b


Figura 6.17 – Deformação da cavidade (a) e do inserto (b) - (PN 1007/ABS-C/D)

6.5.2 Experimentos com a resina RS 5166

Os testes realizados com a resina RS 5166, na qual foram injetados PP e ABS,

com e sem desmoldante estão apresentados na Tabela 6.7. Para a injeção de PP,

não foi utilizando desmoldante durante os testes. Uma descrição mais detalhada dos

testes é apresentada a seguir:

Injeção de PP sem desmoldante (S/D) - Como previsto, os testes iniciaram com a

injeção de PP sem desmoldante. O comportamento dos insertos foi estável e foram

injetadas 100 peças sem desgaste aparente ou qualquer avaria dos insertos. As

peças injetadas apresentaram bom aspecto e sem deformações.

Injeção de ABS sem desmoldante (S/D) - Foram injetadas 21 peças na fase de

ajuste quando o teste foi interrompido. O motivo foi o lascamento do macho na peça

19 (Figura 6.18a) e da cavidade na peça 21 (Figura 6.19a). Observou-se que o

lascamento se deu em função do arranque de material durante a extração da peça

(Figura 6.19b).

Figura 6.18 – Lascamento do macho (a) e peça com parte do inserto (b)

(RS 5166/ABS-S/D)

b a

a b


Tabela 6.7 – Parâmetros de injeção e número de peças injetadas (RS 5166)

PP sem

desmoldante

ABS sem

desmoldante

ABS com

desmoldante





Tempo de ciclo s 2’17” N/D 2’05”





Pressão de recalque bar 1 N/D 180

Tempo de recalque s 2 N/D 4


ajuste

peça 14 21 17

Total de peças

injetadas após ajuste

peça 100 0 100


Figura 6.19 – Rompimento da cavidade (a) na lateral e (b) no ressalto central

(RS 5166/ABS-S/D)

Como os testes foram interrompidos durante os ajustes, as peças injetadas não

foram consideradas como aplicáveis para análise de qualidade.

a b


Injeção de ABS com desmoldante (C/D) - Foram injetadas 17 peças na fase de

ajuste da injetora utilizando o desmoldante desde a primeira peça e repetido seu uso

a cada 5 peças. Foram injetadas 100 peças e a geometria dos insertos permaneceu

sem alterações, resistindo aos ciclos. Apenas próximo ao canal de alimentação

houve desprendimento de material do inserto macho. Antes deste desprendimento,

notou-se que a partir da peça 43 teve início um branqueamento desta superfície e o

desprendimento se deu na peça 47 (Figura 6.20). Houve outro desprendimento de

material no canal de alimentação na peça 69. Os insertos não apresentaram avarias

significativas que alterassem a geometria e as peças injetadas apresentaram-se sem

deformações.

Figura 6.20 – Desgaste do inserto (RS 5166/ABS-C/D)

6.5.3 Experimentos com a resina LAB 1000

Os testes realizados com a resina LAB 1000, na qual foram injetados PP e

ABS, com e sem desmoldante estão apresentados na Tabela 6.8. Para a injeção de

PP, não foi utilizado desmoldante durante os testes. Uma descrição mais detalhada

dos testes é apresentada a seguir:

Injeção de PP sem desmoldante (S/D) – Na etapa de ajuste foram necessárias 18

peças para estabilizar o processo. Após o ajuste foram injetadas 100 peças sem

problemas. Não foram observadas avarias nos insertos e as peças injetadas

apresentaram-se sem nenhum dano aparente.

Injeção de ABS sem desmoldante (S/D) - Foram injetadas 6 peças, e ainda

durante o ajuste da máquina houve o lascamento da cavidade (Figura 6.21), quando


o teste foi interrompido. Não houve peças produzidas e conseqüentemente não há

análise de sua qualidade.

Figura 6.21 – Lascamentos da cavidade (LAB 1000/ABS-S/D)

Tabela 6.8 – Parâmetros de injeção e número de peças injetadas (LAB 1000)

PP sem

desmoldante

ABS sem

desmoldante

ABS com

desmoldante





Tempo de ciclo s 1’25” N/D 2’06”





Pressão de recalque bar 1 N/D 170

Tempo de recalque s 4 N/D 3


ajuste

peça 18 6 15

Total de peças

injetadas após ajuste

peça 100 0 100



Injeção de ABS com desmoldante (C/D) – Na etapa de ajustes foram necessárias

15 peças. Após o ajuste, houve a injeção de 100 peças sem observação de danos

na geometria dos insertos. As peças produzidas apresentaram-se sem deformações.

Observou-se que a peça 57 aderiu na cavidade, no entanto a geometria da peça não

foi afetada, sendo extraída manualmente.

6.6 Resultado da Medição de Dureza dos Insertos

Conforme previsto no Capítulo 5, foi realizada a medição da dureza superficial

dos insertos macho antes e depois da injeção. A Tabela 6.9 apresenta os valores

encontrados. Foi observado que não houve modificações significativas de dureza

superficial dos insertos.

Neste caso, infere-se que durante a injeção não houve modificações na

característica superficial dos insertos no que se refere à dureza.

Tabela 6.9 – Resultados da medição de dureza nos insertos macho

Resultados da medição de dureza Shore D

Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Ponto 4 Resina-polímero

antes depois antes depois antes depois antes depois

RS 5166-PP S/D 75 75 75 77 77 77 76 76

PN 1007-PP S/D 71 72 73 73 71 74 73 73

Lab 1000-PP S/D 78 78 78 78 77 78 77 78

RS 5166-ABS S/D 74 76 75 77 76 76 76 77

PN 1007-PP C/D 71 73 74 74 72 74 74 74

Lab 1000-ABS S/D 77 - 78 - 77 - 78 -

RS 5166-ABS C/D 75 75 74 76 76 76 76 76

PN 1007-ABS C/D 71 - 74 - 71 - 74 -

Lab 1000-ABS C/D 77 78 78 77 77 78 78 78

S/D = sem desmoldante; C/D = com desmoldante


6.7 Medição da Rugosidade dos Insertos

Foi possível observar que os resultados da medição de rugosidade apresentam

diferenças entre os valores obtidos antes e após a injeção. A Tabela 6.10 apresenta

os valores das rugosidades médias (Ra) obtidas antes e depois da injeção. Nesta

Tabela não estão relacionados os resultados dos testes que foram interrompidos.

Os resultados apresentam valores mais elevados quando observados após a

injeção, aumentando em todos os pontos verificados (Figuras 6.22 e 6.23). Infere-se

que o aumento da rugosidade tenha ocorrido em função do desgaste da superfície

do inserto, que durante os ciclos pode ter sofrido uma forma de desgaste do tipo

abrasivo ou adesivo.

Tabela- 6.10 – Resultados da medição de rugosidade dos insertos antes e após a

injeção

Rugosidade superficial antes e após da injeção Ra (µm)

Superfície a Superfície b Superfície c Superfície d Amplitude

(µm) Resina/Teste antes após antes após antes após antes após antes após

RS 5166/PP 1,74 2,81 1,93 2,84 1,48 2,40 1,37 2,19 0,59 0,63

PN 1007/PP 3,03 3,91 2,74 3,45 2,14 3,15 2,74 3,54 0,96 0,86

LAB 1000/PP 1,07 1,63 1,13 1,68 1,04 1,10 2,01 1,33 0,39 0,64

PN 1007/PP C/D 2,91 3,41 2,09 3,29 2,53 2,62 2,47 3,44 0,95 0,98

LAB 1000/ABS C/D 1,23 1,88 1,88 2,28 1,09 1,78 1,53 1,85 0,98 0,65

RS 5166/ABS C/D 1,41 3,67 1,85 4,12

1,48 3,85 1,41 3,20 0,59 1,27



Rugosidade superficial antes da injeção

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

1 2 3 4 5 6 7 8

Pontos das superfícies de medição

Rug

osid

ade

Ra

(um

)

RS 5166/PP

PN 1007/PP

LAB1000/PP

RS 5166/ABScom desmoldante

PN 1007/PP comdesmoldante

LAB 1000/ABScom desmoldante

Figura 6.22 – Rugosidade média Ra (µm) dos insertos antes da injeção

Rugosidade superficial após a injeção

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

1 2 3 4 5 6 7 8

Pontos das superfícies de medição

Rug

osid

ade

Ra

(um

)

RS 5166/PP

PN 1007/PP

LAB 1000/PP

RS 5166/ABScom desmoldante

PN 1007/PP comdesmoldante

LAB 1000/ABScom desmoldante

Figura 6.23 – Rugosidade média Ra (µm) dos insertos após a injeção


Também foi observado que das três resinas testadas a resina LAB 1000 foi a

que apresentou menores valores de rugosidade sendo seguida da resina RS 5166 e

PN 1007, sendo a última, a resina que apresentou maiores valores de rugosidade.

6.8 Medição da Espessura da Peças Injetadas

Na medição das espessuras das peças injetadas não foram identificadas

alterações das dimensões avaliadas. Os valores apresentaram-se estáveis quando

observadas à medida que as peças foram injetadas. A Tabela 6.11 apresenta o

resultado de medição de espessura de um dos testes de injeção (LAB 1000/PP sem

desmoldante). Os demais testes de medição apresentaram os mesmos resultados.

Tabela 6.11 – Resultado da medição da espessura das peças

(LAB 1000/PP sem desmoldante)

Medidas encontradas (mm)

Peça nº Ponto 1 Ponto 2 Ponto 3 Ponto 4

10 2,0 1,9 2,0 2,1

20 2,0 1,9 2,0 2,1

30 2,0 1,9 2,0 2,1

40 2,0 1,9 2,0 2,1

50 2,0 1,9 2,0 2,1

60 2,0 1,9 2,0 2,1

70 2,0 1,9 2,0 2,1

80 2,0 1,9 2,0 2,1

90 2,0 1,9 2,0 2,1

100 2,0 1,9 2,0 2,1

6.9 Medição da Rugosidade das Peças Injetadas

Na medição da rugosidade das peças injetadas, a exemplo da rugosidade dos

insertos foi possível observar que houve alterações na rugosidade superficial. Foram

medidas 5 peças de cada teste em ordem crescente de injeção, sendo medidas as

peças de números 1, 25, 50, 75 e 100 (Tabela 6.12). Não foram considerados os


testes nos quais não houve produção de peças após o ajuste da injetora. Durante o

teste de injeção com a resina PN 1007 na qual foi injetado PP sem desmoldante e o

número de peças produzidas foi igual a 38, foram selecionadas 2 peças deste

intervalo. A Figura 6.24 apresenta os valores de rugosidade das peças analisadas

por ordem de injeção, iniciando com a primeira peça.

Tabela 6.12 - Rugosidade superficial das peças injetadas

Rugosidade superficial das peças injetadas Ra (µm) Resina/Teste

Peça 1 Peça 25 Peça 50 Peça 75 Peça 100

Média (µm)

Amplitude (µm)

RS 5166/PP S/D 1,86 2,16 2,53 2,51 2,83 2,38 0,99

PN 1007/PP S/D 5,65 5,81 - - - 5,73 0,21

LAB 1000/PP S/D 0,85 0,9 1,02 0,91 1,03 0,94 0,22

PN 1007/PP C/D 5,55 5,63 5,34 7,65 7,22 6,28 2,32

LAB 1000/ABS C/D 1,52 1,68 2,05 2,91 2,18 2,07 1,40

RS 5166/ABS C/D 3,18 2,84 2,95 3,37 3,64 3,20 0,83


Rugosidade Ra (um) das peças injetadas

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 25 50 75 100Sequência das peças medidas

Rug

osid

ade

méd

ia R

a (u

m)

RS 5166/PP

PN 1007/PP

LAB 1000/PP

PN 1007/PPcomdesmoldanteLAB 1000/ABScomdesmoldanteRS 5166/ABScomdesmoldante

Figura 6.24 – Rugosidade média Ra (�m) das peças injetadas


À medida que as peças foram injetadas observa-se que houve tendência de

aumento da rugosidade. Provavelmente, isto reflete o aumento do desgaste dos

insertos durante os ciclos, ocasionando aumento da rugosidade das peças.

6.10 Resumo dos Resultados de Usinagem e Injeção

Várias análises foram realizadas nos insertos e peças durante os testes

realizados. Foram observadas as reações das resinas no tocante à usinagem,

injeção de plásticos, rugosidade dos insertos, dureza dos insertos e rugosidade das

peças injetadas. A Tabela 6.13, apresenta um resumo dos testes de usinagem e de

injeção realizados.

Tabela 6.13 – Resumo dos resultados de usinagem e de injeção

Resina/

Fabricante

Condições de

usinagem

(sem lascamento)

Polímero

Injetado

Número de

peças

injetadas

Avaria

nos

insertos

Indicação

para injeção

PP 100 não Indicada

ABS 0 sim Não indicada RS 5166/

Huntsman

vc � 100 m/min

Avanço < 0,2

(mm/faca) ABS com

desmoldante 100 não Indicada

PP 100 não Indicada

ABS 0 sim Não indicada LAB 1000/

Axson

vc � 100 m/min

Avanço < 0,1

(mm/faca) ABS com


PP 38 sim Indicada para

pequenos lotes

PP com


PN 1007/

Hard

vc � 100 m/min

Avanço < 0,1

(mm/faca) ABS com

desmoldante 0 sim Não indicada

vc = Velocidade de corte


Foi possível observar que as resinas apresentam condições de usinagem

semelhantes e é possível encontrar um conjunto de parâmetros de corte que pode

ser utilizado a todas, caso seja necessário. É possível observar também que as

resinas RS 5166 e LAB 1000 apresentaram resultados positivos quando foram

testadas com a injeção de PP e ABS com desmoldante, e ambas apresentaram

resultados negativos com a injeção de ABS sem desmoldante. A resina PN 1007

apresentou possibilidade da injeção de PP somente com desmoldante. Na injeção

de PP sem desmoldante a performance não foi a mesma, sendo indicada para

pequenos lotes, menores que 100 peças, e na injeção de ABS, mesmo com o uso

de desmoldante a resina PN 1007 não suportou a injeção.

Adicionalmente, foi observado que a resina RS 5166 apresentou uma forma de

branqueamento em uma superfície, levando na seqüência ao desprendimento de

material (Figura 6.20). O mecanismo de fratura indicado na literatura por

CALLISTER (1994), OUDET (1994) e KINLOCH e YOUNG (1988), explicam que o

fenômeno de branqueamento é chamado de microfendilhamento ou

microfissuramento (crazing) sendo geralmente observado em materiais

termoplásticos frágeis ou termorrígidos. Neste caso, infere-se que o branqueamento

da superfície pode indicar o limite de vida útil do inserto. Neste caso, sugere-se

estudos mais detalhados a respeito deste fenômeno.

Capítulo 7 Discussão e Conclusões 97

7 DISCUSSÃO E CONCLUSÕES

A utilização de protótipos físicos no desenvolvimento de um produto oferece

vantagens durante a fase experimental e de validação do mesmo. É possível reduzir

o tempo de desenvolvimento, reduzindo também o custo do produto. Pode ser o

caso dos moldes para a injeção de plásticos, que demandam altos custos e

normalmente longos tempos de fabricação. Neste caso, o desenvolvimento de

moldes-protótipo pode reduzir o tempo e custo de desenvolvimento de moldes.

Os moldes são utilizados para a produção de peças de plástico e por

apresentarem elevados custos de desenvolvimento, é requerida dos mesmos a

fabricação de milhares de peças para a viabilização de sua fabricação. A

necessidade de se produzir algumas peças e realizar testes principalmente testes

funcionais, requer que as peças sejam moldadas por injeção, ou seja, exatamente

pelo processo pelo qual serão produzidas as peças definitivas. Neste caso, um

molde-protótipo pode ser fabricado. Quando se utilizam moldes-protótipo se observa

a possibilidade de fabricação de um pequeno lote de peças destinadas aos testes

requisitados, oferecendo a possibilidade de validar o produto antes da fabricação do

molde definitivo. A utilização de moldes-protótipo fabricados pelo processo de

usinagem através de máquinas a Comando Numérico Computadorizado (CNC)

utilizando materiais de fácil usinabilidade pode contribuir para o desenvolvimento e

aplicação de protótipos físicos destinados a testes funcionais e de engenharia.

Este capítulo apresenta a discussão e conclusões a respeito dos estudos

realizados sobre o procedimento para testar resinas para a fabricação de moldes-

protótipo. Estão consideradas as formas possíveis da seleção e uso das resinas,

indicando sua aplicação e possíveis anormalidades que podem inviabilizar sua

utilização. Adicionalmente, apresenta como a usinagem pode contribuir com o

processo de obtenção de protótipo injetado.

7.1 Discussão

Diante de várias tecnologias disponíveis para o desenvolvimento de protótipos

físicos, a usinagem pode ser uma alternativa viável de fabricação de moldes-


protótipo para a fabricação de protótipos injetados. Durante a elaboração da revisão

da literatura, foi constatado que poucas são as técnicas que oferecem o mesmo

resultado que a fabricação de moldes por usinagem. Adicionalmente, há o fator

custo, que poderá ser menor na usinagem, quando máquinas CNC são utilizadas e

quando comparado a outras técnicas de obtenção de moldes-protótipo como a

prototipagem rápida. Porém, a pesquisa realizada indica um percentual reduzido de

ferramental rápido construído por usinagem, e poucos são os estudos de moldes-

protótipo usinados, principalmente com a aplicação de resinas poliméricas,

possivelmente pela carência de informações a respeito.

Quando diversas tecnologias de prototipagem são comparadas, é possível

observar que a usinagem apresenta limites de geração de algumas geometrias,

exigindo alguns artifícios adicionais, como várias fixações da peça, por exemplo. Por

outro lado, as tecnologias de Prototipagem Rápida (RP, de Rapid Prototyping) e

Ferramental Rápido (RT, de Rapid Tooling) requerem equipamentos especiais,

normalmente de alto custo de aquisição. Adicionalmente, as peças produzidas por

RP e RT necessitam de operações posteriores e em alguns casos não possibilitam a

realização dos testes requisitados.

Foi constatado também que as diversas empresas do setor industrial possuem

instaladas em seu parque fabril máquinas CNC que podem ser utilizadas para a

usinagem de moldes-protótipo. Observa-se também que, com a inserção de

máquinas com 5 eixos e com a tecnologia High Speed Machining (HSM), torna-se

cada vez mais viável a fabricação de insertos para moldes através da usinagem.

Com relação aos materiais para os insertos, algumas resinas foram

selecionadas tomando como base as suas propriedades, comparadas com

resultados de estudos anteriores em resinas que resistiram à injeção. O objetivo foi

detectar quais as propriedades apresentadas podem conferir às resinas resistência

aos ciclos de injeção. No entanto, ainda não é possível afirmar que determinadas

propriedades validam a aplicação em injeção. Como há poucas informações a

respeito, inclusive os fabricantes não informam todas as propriedades necessárias

para injeção de plásticos, um estudo específico sobre este ponto seria necessário e

relevante.

Por outro lado, foi possível observar que, tomando como referência as

propriedades de resinas que suportaram a injeção, há a tendência de que as resinas

selecionadas também ofereçam condições de uso. Tomou-se neste caso, resinas


com propriedades parecidas, sendo este o ponto de partida. Para a validação do uso

das resinas, testes de afinidade química podem indicar qual o par de materiais, do

inserto e da peça, apresentam melhores condições para aplicação em injeção. No

entanto, a realização desses testes podem ser caros e demorados, ou ainda, não

estarem disponíveis ao usuário final. Neste caso, entende-se que, no momento,

somente com a realização de testes de injeção é possível afirmar se uma resina é

aplicável ou não para injeção de plásticos.

No entanto, os resultados dos diversos testes contribuem para o surgimento de

novas frentes de pesquisa. Por exemplo, na etapa de usinagem foi possível verificar

a possibilidade da usinagem das resinas mesmo em máquinas CNC convencionais.

Foi possível observar que se é preciso tomar cuidados quanto aos parâmetros de

corte, à fragilidade, e possibilidade de lascamento das resinas, observados durante

os testes. Também podem ser realizados outros testes, aplicando a variação da

profundidade de corte, forças de corte e desgaste das ferramentas.

Um outro fator de análise foi a rugosidade dos insertos. Os resultados da

rugosidade superficial (Tabela 6.10) mostraram diferentes valores, apesar das

resinas terem sido fabricadas sob as mesmas condições de usinagem. Foi possível

observar que a resina PN 1007 apresentou maior rugosidade superficial, seguida da

resina RS 5166 e LAB 1000, sendo esta última a que apresentou menores valores

de rugosidade superficial. No mesmo sentido, as peças injetadas apresentaram

valores de rugosidade com as mesmas características dos insertos, ou seja,

apresentaram maiores valores de rugosidade quando injetadas na resina de maior

valor de rugosidade superficial.

Durante a análise da rugosidade nos insertos após a injeção, foi possível

observar que todas as resinas tiveram sua rugosidade aumentada, indicando algum

nível de desgaste dos insertos. Um outro aspecto observado deve-se à comparação

dos valores de rugosidade superficial dos insertos com os resultados de injeção.

Observou-se que as resinas oferecem melhores condições de uso em injeção tanto

quanto apresentam menores valores de rugosidade.

As resinas LAB 1000 e RS 5166 apresentaram menores valores de rugosidade

e melhor comportamento durante a injeção. Por outro lado, a resina PN 1007

apresentou maiores índices de rugosidade e maiores problemas de injeção. Não se

trata de um fator decisivo de escolha, mas pode ser mais um indicativo que poderá

auxiliar na seleção de uma resina.


Adicionalmente, quando se trata de injeção de plásticos em moldes metálicos,

inúmeras variáveis estão presentes tais como: o polímero injetado, temperatura de

trabalho, diversos ajustes da máquina injetora, condições de ambiente, geometria da

peça, afinidade entre os materiais além de diversos outros. Muitos destes fatores

podem estar consolidados ou bem dominados na injeção utilizando moldes metálicos

tradicionais, porém o mesmo não acontece com os insertos de resinas poliméricas.

Para o uso das resinas, suas propriedades devem ser consideradas para a seleção

de parâmetros para os ajustes do processo e possibilitar a injeção.

No que tange aos parâmetros de injeção da máquina, para a realização da

moldagem de cada polímero foi necessária a utilização de um método de ajuste da

injetora, buscando estabelecer um padrão a ser repetido em todos os testes. Foi

adotado o método denominado Short Shot Method, e foi observado que o método

apresenta-se eficiente. Porém sua aplicação não dispensa a intervenção de um

operador experiente com conhecimento prévio do equipamento e do sistema de

injeção. Adicionalmente, deve-se usar de cautela, pois as resinas podem ser

danificadas ainda na fase de ajustes devido à sua fragilidade, podendo romper-se

com esforços demasiados, inutilizando os insertos.

Para o uso das resinas em insertos, além das já citadas variáveis, algumas

outras devem ser consideradas para possibilitar a injeção, tais como: a temperatura

de deflexão térmica da resina utilizada no molde, a variação da resistência mecânica

da resina do molde em função da variação da temperatura, a condutividade térmica

da resina do molde e a afinidade química entre a resina do inserto e o polímero

injetado.

Quando da escolha da resina para inserto deve-se levar em conta a

temperatura de processo da resina a ser injetada, que não deve ultrapassar muito a

temperatura de deflexão térmica, visto que isto significaria a deformação do inserto a

uma baixa carga. Também é preciso estar atento ao fato de que há um decréscimo

das propriedades da resina, tais como: a dureza e resistência à compressão com o

aumento da temperatura de trabalho, principalmente se estiver próxima a

temperatura de transição vítrea da resina. Assim, as propriedades medidas à

temperatura ambiente apresentadas pelos fabricantes não se conservarão na

temperatura de uso. Um exemplo desta condição foi a deformação plástica

observada no inserto fabricado com a resina PN 1007. Esta resina deformou-se


plasticamente durante o momento da injeção, rompendo-se em seguida no momento

da extração (Figuras 6.16 e 6.17).

Ressalta-se também que uma condição importante para a realização dos testes

é o controle de temperatura dos insertos, visto que normalmente as resinas não

perdem calor rapidamente, devido a sua baixa condutividade térmica. Para cada

novo ciclo de injeção, os insertos devem apresentar uma temperatura previamente

definida, controlados por termopares ou ainda, de forma mais rápida, por

termômetros infravermelhos, e resfriados por ar comprimido, já que normalmente

não podem ser resfriadas diretamente com água.

Adicionalmente, o desgaste por adesão, tal como destaca HARADA (2004), é

um dos maiores problemas encontrados em ferramentas para a injeção de plásticos,

visto que nos moldes para plásticos as dificuldades de extração e as fricções são

freqüentes. Dependendo do tipo de plástico do produto, do material da ferramenta,

dos parâmetros de processamento e dos aditivos utilizados, a dificuldade de

extração varia. Os dois parâmetros mais importantes nos mecanismos de fricção de

sólidos são: a rugosidade da superfície e a adesão interfacial (GALEMBECK, 1991).

Já o papel da adesão interfacial pode ser entendido como a afinidade entre a resina

injetada e a resina do inserto, quanto maior é a afinidade química, ou seja, quanto

mais próximos os valores dos parâmetros de solubilidade das resinas maior a

afinidade química, sendo, portanto, maior a adesão interfacial. A aplicação do

desmoldante de silicone nos insertos de resina, geralmente utilizado em moldes

metálicos, ofereceu novas possibilidades de injeção. Não foram observados relatos

de seu uso em condições semelhantes, ou seja, aplicado em moldes de resinas,

sendo este um fator diferencial nos testes.

O uso do desmoldante possibilitou a injeção em situações nas quais foi

comprovado que sem o seu uso não seria possível realizar a injeção, como os

resultados da injeção de ABS, por exemplo. Pode-se inferir neste caso, que além de

possibilitar a injeção em alguns pares resina-polímero, o desmoldante pode também

prolongar a vida do inserto possibilitando a injeção de maiores quantidades de

peças. Entretanto, não foi objetivo deste trabalho identificar a afinidade entre o

polímero injetado e a resina do inserto ou qual a contribuição do desmoldante neste

caso. Apenas foi possível identificar que o desmoldante facilita a extração e

possibilita a injeção. Um estudo específico sobre a afinidade dos materiais do inserto


a ser injetado, submetidos às condições de injeção (pressão e temperatura por um

tempo relativamente curto) seria aconselhável e importante.

A necessidade de minimizar o desgaste por adesão em injeção usando

desmoldante parece ter sido decisivo para a injeção de ABS no inserto fabricado

com a resina RS 5166, visto que sem o desmoldante houve um lascamento

prematuro, enquanto com desmoldante foi possível injetar até 100 peças. Outras

resinas romperam-se no momento da extração, quando partes do inserto ficaram

retidas nas peças injetadas. Neste sentido, o uso do desmoldante de silicone

utilizado em moldes metálicos, e aplicado nos testes, ofereceu a possibilidade de

injeção utilizando diversos insertos de resinas. Não foram observados relatos de seu

uso em condições semelhantes, ou seja, aplicado em moldes de resinas, sendo este

um fator diferencial nos testes.

Finalmente, com a aplicação do procedimento para testar as resinas, foram

inferidas algumas conclusões, conforme apresentado neste capítulo. O

procedimento apresenta-se próximo do usuário final podendo ser considerado

prático e possivelmente mais barato. Possibilita também, uma padronização a ser

utilizada por diversos pesquisadores, e os resultados podem alimentar um banco de

dados, visto que as resinas são testadas diretamente pelo processo de injeção. Por

outro lado, foi possível observar que o procedimento exige o teste de todas as

resinas, ou seja, não possibilita o descarte prévio de algumas resinas, como por

exemplo, através de uma análise de afinidade química. Neste caso, o procedimento

pode apresentar-se mais trabalhoso e dependendo do número de testes, pode ser

demorado. Por isso, recomenda-se estudos a respeito das propriedades químicas

dos materiais do molde e do protótipo injetado, cujo objetivo é o descarte prévio de

resinas que não apresentarem as condições necessárias para a injeção.

7.2 Conclusões

Durante o desenvolvimento deste trabalho, um procedimento para testar

resinas para moldes-protótipo foi proposto e testado, apresentando-se viável,

podendo atender aos objetivos inicialmente propostos e apresentados no Capítulo1.

Através deste procedimento, 3 resinas foram testadas em diferentes

configurações e os resultados apontam para a possibilidade de aplicação de resinas


para moldes-protótipo. Foi observado que cada teste pode indicar qual o par de

materiais, do inserto e da peça, apresenta melhor rendimento. Os resultados podem

alimentar um banco de dados, com o qual poderá ser escolhido o par de materiais,

levando em conta o número de peças a ser produzidas.

Para os testes foram injetados Polipropileno (PP) e ABS. Além de terem sido

citados na pesquisa realizada junto às empresas, são materiais que representam

condições distintas de injeção, quando analisadas as propriedades de ambos. Neste

caso, os testes de injeção realizados apontam que os insertos foram testados em

condições bastante diferentes, levando a concluir que existem várias possibilidades

de aplicação das resinas testadas, para os diversos polímeros restantes, com

propriedades situadas entre o PP e o ABS. Também, é possível concluir que as

resinas não indicadas para a injeção de ABS, podem ser indicadas para a injeção de

outros polímeros. Adicionalmente, foi observado nos estudos apresentados por YAN

e RYU (2001) que as resinas que não forem indicadas para a injeção de plásticos,

podem servir para outros processos de moldagem, como o Reaction Injection

Moulding (RIM), entre outros.

Os resultados indicam também, que as resinas podem ser usinadas em

máquinas CNC convencionais, utilizando as tecnologias CAD/CAM/CNC, bastando

realizar testes preliminares para a determinação dos parâmetros de usinagem. No

entanto, o desenvolvimento do trabalho revela que a seleção das resinas para a

injeção pode ser realizada por testes de análise térmica, e/ou análise química,

descartando previamente algumas resinas, levando aos testes de injeção apenas

aquelas que não apresentam afinidade química, reduzindo o número de testes.

Porém, recomenda-se neste caso, estudos futuros a respeito, pois devido ao volume

de testes, quantidade de materiais disponíveis e disponibilidade de equipamentos,

neste trabalho a opção foi a aplicação direta do procedimento para testar resinas.

Observa-se, portanto, que este trabalho contribui identificando pontos que estão em

aberto para estudos posteriores.

7.3 Sugestões para Trabalhos Futuros

Durante os testes realizados, foram identificadas algumas possibilidades de

novos trabalhos. A seguir são apresentadas algumas sugestões para trabalhos

futuros, julgados importantes para a continuidade desta pesquisa:


• Recomenda-se estudos sobre a adesividade, entre as variáveis de

polaridade, afinidade e parâmetros de solubilidade. Acredita-se que este estudo

poderá revelar como ocorre a adesão entre o polímero e a resina, e possibilidades

de seleção dos pares de materiais;

• Para o caso de produção de maior quantidade de peças por par de insertos,

recomenda-se estudos a respeito do uso do desmoldante, variando nos testes, a

resina e o polímero injetado. Sua aplicação pode proporcionar maior tempo de vida

do inserto e conseqüentemente maior número de peças produzidas.

• Realizar testes de usinagem em resinas, variando a profundidade de corte e

geometria de ferramentas, e observar o desgaste das ferramentas;

• Realizar testes nos protótipos injetados, como: dureza, tensão de ruptura e

tração, entre outros.

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Apêndice A Formulário do Questionário 111

APÊNDICE A – FORMULÁRIO DO QUESTIONÁRIO

Para a realização da pesquisa, um questionário foi enviado às empresas, por

meio eletrônico. Segue abaixo o modelo utilizado e enviado a cada uma das

empresas. As respostas foram tabuladas e apresentadas no Capítulo 3.

Apêndice B Ficha de Registros de Ajuste da Injetora 112

APÊNDICE B – FICHA DE REGISTROS DE AJUSTE DA INJETORA

Para as anotações dos parâmetros para ajuste da injetora foi desenvolvida uma

ficha que contém os principais itens de ajuste. Segue abaixo o modelo da ficha.

Ficha técnica para injeção de plásticos – Data:.......................

Nome da peça: Resina: Material e cor: Temperatura de injeção – (ºC): Força de fechamento – (t): Tempo de resfriamento – (s): Tempo de ciclo:

Ajuste do curso de dosagem Velocidade de injeção – m/s Tempo (1º estágio) – (s) Pressão – bar Curso do fuso – cm3/s Número de peças até 95 a 98% de preenchimento

Checagem da velocidade de injeção – m/s

Ponto de injeção I Ponto de injeção II Número de peças

Ajuste da pressão de injeção - bar Pressão de injeção 1º estágio

Número de peças até 95 a 98% de preenchimento

Ajuste do tempo de injeção – (s) Valor de ajuste do tempo Número de peças até 95 a 98% de preenchimento

Ajuste do tempo de recalque

Curso de dosagem – cm3/s Pressão de recalque 2º estágio - bar

Tempo – (s) Peso – (g) Número de peças até 95 a 98% de preenchimento e peso

Total geral de peças p/ ajuste

Anexo A Método de Ajuste Progressivo 113

ANEXO A – MÉTODO DO AJUSTE PROGRESSIVO

Método da injeção progressiva

Este método, também denominado por “Short shot method” foi traduzido e

adaptado de BARRY et al. (1995) por FOGGIATTO (2005). 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 seguidos 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 deverá 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;

(I) 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 o 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 com 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 mais existir material para ser

injetado).

4. AJUSTANDO O TEMPO DE INJEÇÃO:

a) Continuando o 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 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 mais

material para ser injetado).

Obs.: Máquinas CNC fornecem valores reais de tempo de injeção que podem ser

visualizadas no passo 3.

5. AJUSTANDO O TEMPO DE RECALQUE:

a) Continuando do passo 4.c, aumente o CURSO DE DOSAGEM em 5-10%;

b) Injete uma peça – a peça 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 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

significantemente. Quando o peso da peça não mais variar, o tempo de recalque

está OK.

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