Projeto auxiliado por computador. Moldes de Injeção

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1 Projeto auxiliado por computador Moldes de Injeção

2 Moldes de injeção considerações iniciais - Peso da injeção e ton. de fechamento. - Estimativa do ciclo de moldagem, - Nº de cavidades na ferramenta. Estrutura da ferramenta - Identificação e função dos componentes - Variantes do ferramental. Tipos de moldes de injeção - Ferramenta de duas placas e cavidade simples e múltiplas - Ferramenta de três placas - Ferramentas com gavetas - Ferramentas com roscas - Ferramentas com canal quente Sistemas de extração - Extração por pino - Extração por lâmina - Extração por anel e placa - Sistemas de extração forçada - Extração por placa superior Canais de alimentação e distribuição - Regras de dimensionamento - Entradas e pontos de injeção - Tipos e disposição de canais Materiais e tratamentos - Linha de aços empregado na confecção do ferramental. - Principais tratamentos térmicos e de superfície.

3 MOLDES DE INJEÇÃO CONSIDERAÇÕES INICIAIS Conhecer a terminologia e os componentes de um molde de injeção é útil não só para o designer como também a todo aquele que necessita comunicar-se com o projetista do feramental. Há numerosas considerações e negociações necessárias entre projetista do ferramental e o designer de produto. Este ultimo pode criar uma peça esteticamente atraente mas que não pode ser moldável. O projetista de ferramenta deve considerar fatores como: acabamento superficial, raios, linhas de partição, número de cavidades produzidos pela ferramenta, refrigeração e materiais empregados tanto na peça como na ferramenta. Quanto mais o designer conhecer a respeito do processo de injeção e construção do ferramental, mais simples será produzir peças sem retrabalho excessivo no componente como no ferramental. Fig 01 Representação esquemática de um molde de injeção com indicação dos principais componentes 1 Anel centralizador, empregado para centralizar o molde em relação a placa de fixação da prensa de modo que o bico de injeção e a bucha de injeção estejam alinhadas. - Bucha de injeção, Abertura que permite a passagem do material plástico fundido, proveniente do bico de injeção, ser introduzido ao interior do molde e direcionado as cavidades. 2 Placa base superior ou porta cavidade superior ( dependendo da configuração), é empregada para fixar uma das metades da ferramenta a placa da prensa e dar sustentação as cavidades formadoras da peça que pode ser usinada diretamente na placa ou inserida mediante insertos. 3 Placa cavidade inferior, aloja a segunda metade da cavidade formadora da peça. 4 Placa base inferior, empregada para fechar e servir de sustentação aos componentes formadores da metade inferior do molde.

4 5 Placa extratora, empregada para atuar o sistema de ejeção, pinos de extração e retorno, e expulsar a peça do interior da cavidade ou de sobre o macho. É sempre montada em conjunto com a contra placa extratora 6 que serve de alojamento aos pinos de extração e retorno. Antes de se poder iniciar o projeto da ferramenta, vários fatores preliminares devem ser considerados, e tomada uma decisão sobre o método a ser adotado durante o projeto. Estas considerações iniciais incluem: Determinação do peso da injeção e tonelagem de fechamento necessária; estimativa do ciclo de moldagem. Número de cavidades incluídas na ferramenta. Disposição das faces de fechamento e sentido da extração. Posição e tipo de alimentação. A primeira consideração consiste em determinar o peso da moldagem proposta e, desta forma a, Capacidade de Injeção da Prensa. As prensas de injeção são normalmente especificadas pelo máximo peso de material que pode ser moldado por injeção. Este material é normalmente o poliestireno. Se o material a ser moldado difere daquele para o qual a máquina é especificada, o último deve ser corrigido para qualquer diferença no peso específico e o fator volumétrico. Assim para determinar a capacidade de injeção de uma máquina com qualquer outro material B, de uma especificação baseada no material A, ρ ϕ = B ϕa ρ B A ν ν A B Onde, ϕ = Capacidade de injeção ρ = Densidade ν = Fator volumétrico Os valores da densidade e fator volumétrico podem ser encontrados nas especificações do fabricante do material ou literatura especializada. Portanto para que um determinado produto possa ser produzido numa máquina, a sua capacidade de injeção para o material específico deverá ser maior que a capacidade de injeção mínima necessária para as dimensões do produto. Cap. injeção mínima = [ Volume da moldagem] x [Densidade] x [nº de cavidades] Não devemos esquecer de incluir o valor referente aos canais de alimentação e distribuição. Capacidade de Plastificação

5 Expressa como o número de quilogramas de material que a máquina pode elevar por hora a temperatura de processamento. Também é empregado um material padrão no qual se baseia a especificação da máquina. A capacidade de plastificação é função da capacidade de aquecimento da máquina e desta forma, da quantidade de material que pode ser levado a condição de processamento em dado tempo. C ϖ = B ϖ A C A B T T Onde ϖ = Capacidade de plastificação C = Calor específico T = Temperatura de processamento A B Ë necessário que a prensa selecionada seja capaz de plastificar material suficiente para manter o ciclo de moldagem esperado com as ferramentas, o que pode ser determinado por: Capacidade de plastificação (kg/h) = [Peso da moldagem (Kg)] * [Nº moldagens por hora] Ë de boa prática selecionar uma máquina que tenha uma capacidade de plastificação maior do que a necessária, para dar margem a uma melhora eventual do ciclo de moldagem e para assegurar que o material plástico esteja numa condição de plastificação uniforme. Força de Fechamento Força necessária para garantir que as duas metades da ferramenta permaneçam fechadas no momento que o material plástico é injetado no interior da cavidade de modo que possa haver uma boa compactação do material e evitar a formação de rebarbas devido ao recuo do ferramental. A força mínima de fechamento pode ser determinada, conhecendo-se a área projetada da peça a ser moldada, a área projetada dos canais e a pressão de injeção necessária para o completo preenchimento das cavidades pelo material plástico. Isto é: Força fechamento = [ Área projetada das moldagens] * [ Pressão de injeção] Para a determinação da pressão de injeção podem ser empregadas as técnicas computacionais, (melhor) ou pela utilização de planilhas obtidas de ensaios práticos. A tabela seguinte apresenta a pressão de injeção em função da espessura de parede do produto a ser moldado e da distância a ser percorrido pelo material plástico no interior da cavidade.

6 Caminho de fluência (cm) Espessura de parede (mm) Pressão de injeção em Kgf/cm

7 Ciclo de Moldagem A estimativa do número de moldagens ou ciclos a serem realizados por hora é bastante difícil e complexo: na prática normalmente é feita uma estimativa baseada na experiência. Há muitos fatores que influenciam a duração do ciclo de moldagem, mas o item principal é geralmente o correspondente ao período de esfriamento necessário antes que a peça possa ser extraída. Os fatores que controlam o ciclo de moldagem são: Características térmicas do material de moldagem; Peso da moldagem; Área da superfície da moldagem; Peso da ferramenta e eficiência de resfriamento; Eficiência do sistema extrator; Manuseio de insertos, blocos postiços. Possibilidade de distorção, devido a tensões internas, quando na extração em temperaturas mais elevadas. Para estimar-se um tempo teórico podem ser empregadas equações que envolvem as principais variáveis. Mas devido a complexidade dos fenômenos, tais equações eram pouco empregadas. Com o advento de técnicas computacionais modernas e sistemas com grande capacidade de processamento já é possível resolver problemas dessa natureza em questão de minutos, possibilitando determinar com grande precisão não somente os tempos de ciclos envolvidos mas também variáveis como pressão, temperatura, fluxo, velocidades de escoamento entre outros. Outra possibilidade, quando não se tem acesso a essas técnicas é o emprego de gráficos específicos desenvolvidos para diversos materiais, onde podemos encontrar o tempo de resfriamento em função da espessura média da parede do produto a ser moldado. As figuras seguintes mostram exemplos destes gráficos. Tempo de resfriamento ( s)

8 Tempo de resfriamento ( s) Tempo de resfriamento ( s) Número de Cavidades Já na primeira fase do projeto de um molde necessário para produção de um dado produto, é essencial decidir quanto ao número de cavidades do molde. Naturalmente o número de cavidades é determinado através da ótima economia, que é função do equipamento e da instalação de fabricação. O mesmo produto pode ser produzido numa máquina de pequena capacidade com um só cavidade, mas pode ser feito numa máquina de maior capacidade, em uma ferramenta de múltiplas cavidades. É evidente que, para que um lote de um dado número seja produzido mais rapidamente, a máquina fará vários produtos ao mesmo tempo, assim os custos de produção serão menores e a máquina ficará presa ao trabalho por um período de tempo menor, mas, por outro lado, os custos de operação por hora serão maiores e o custo do molde é consideravelmente maior quando se emprega ferramentas de múltiplas cavidades ao invés de uma só.

9 Estrutura da ferramenta Na figura 03 apresentamos um esquema mais completo com a devida nomenclatura de um molde de injeção. Fig. 03 Representação em corte de um molde de injeção com a indicação dos principais componentes - Placa base superior (PBS) Serve para fixação da parte fixa do molde à máquina, bem como dar estrutura aos componentes e placas adjacentes. - Placa cavidade (P1) Placa na qual são usinadas ou embutidas as cavidades que darão forma a um dos lados do componente. - Placa cavidade (P2) - Placa na qual são usinadas ou embutidas as cavidades que darão forma ao outro lado do componente. - Placa suporte (PS) Tem a função de suportar toda a pressão de injeção exercida no molde. - Espaçador (E) Tem a função de garantir o curso necessário às placas extratoras. - Placa extratora (PE) Empregada para acionar os extratores. - Contra placa extratora (CPE) Juntamente com o item anterior serve para alojar os extratores.

10 - Placa base inferior (PBI) - Serve para fixação da parte móvel do molde à máquina, bem como dar estrutura aos componentes e placas adjacentes. - Coluna e bucha de guia Servem para guiar e centralizar a parte fixa com a parte móvel do molde. - Coluna e bucha de guia do conjunto extrator Guiar o deslocamento das placas extratoras durante o processo de extração. - Suporte pilar Empregado para evitar possíveis deflexões da placa suporte. - Encosto padrão Usado para apoiar o conjunto extrator diminuindo a área de apoio dando melhor assentamento. Anel centragem - Empregado para centralizar o molde em relação a placa de fixação da prensa de modo que o bico de injeção e a bucha de injeção estejam alinhadas. - Bucha de injeção - Abertura que permite a passagem do material plástico fundido, proveniente do bico de injeção, ser introduzido ao interior do molde e direcionado as cavidades. - Bucha para canal de retenção Serve para segurar o galho da injeção na parte móvel do molde. - Pino extrator Utilizado para extrair a peça de sobre o macho após a abertura do molde. A figura 4 apresenta uma vista interna esquemática de uma ferramenta de injeção, onde podem ser observados as colunas guia 07, buchas guia 08, pinos extratores 09, parafusos de fixação dos insertos 10, canais de refrigeração 11, pinos de retorno 12. No detalhe podemos esta mostrado um conjunto de 04 peças e seus respectivos canais de alimentação e distribuição. Fig. 04 Representação da disposição interna numa ferramenta de injeção, e detalhe da configuração das peças e canais.

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13 TIPOS DE MOLDES DE INJEÇÃO MOLDES DE DUAS PLACAS DE CAVIDADE SIMPLES E MÚLTIPLA Recebe o no de duas placas por as cavidades estarem alojadas apenas nas placas porta cavidades superior e inferior sem apresentar placas intermediárias ou flutuantes para canal ou suporte de cavidades. Dependendo da complexidade do produto a ser produzido pode apresentar complexos sistemas de extração compostos por gavetas cilindros auxiliares e sistemas colapsíveis ou ainda de operação manual. Pode ainda ser de uma única ou múltiplas cavidades dependendo de: Complexidade do produto final; Tamanho do componente ( Área projetada ou volume); Volume de produção necessário; Custos. Nas figuras 3 e 4 são exemplificados moldes de duas placas, onde aparecem a nomenclatura dos componentes principais fig. 03 e a configuração de um molde com 4 cavidades fig. 4. Na fig. 05 temos uma representação típica de um molde de duas placas sem a representação das cavidades onde está mostrado a vista superior com localização das colunas guia, pinos de retorno, colunas da placa extratora e demais componentes que podem ser considerados padrão pois independem do produto e do número de cavidades, variando somente nas dimensões e disposição. XX Fig. 05 Configuração típica de um molde com duas placas

14 MOLDE COM TRÊS PLACAS: Nesta modalidade de ferramenta existe uma terceira placa também conhecida por placa flutuante. Este tipo de molde é muito empregado para produtos como tampas, bandejas que normalmente possuam um ponto de injeção central tipo capilar. A função da terceira placa neste caso é prover a retenção do canal na parte fixa da ferramenta de modo que os gates possam ser rompidos com a abertura inicial do molde. Na seqüência de abertura a placa ainda providencia a extração da galhada do canal da bucha de injeção. A fig. 06 (A) mostra uma configuração típica de um molde de três placas na posição totalmente fechado onde podemos ver a cavidade, os canais de alimentação o retentor de canal, empregado para garantir que o canal fique preso a placa no momento da abertura, a bucha de nylon, que ajusta a sequência de abertura das placas, parafusos limitadores de curso, que regulam o curso de abertura da cada uma das placas. A B Fig.06 Representação típica de um molde de três placas. C

15 Nas fig. 06 (B e C) podemos observar o primeiro e segundo estágio de abertura da ferramenta. No primeiro estágio o molde abre entre as placas que liberam os canais de injeção. O canal permanece preso a placa pelo retentor de canal, preso a PBS, rompendo a sua ligação com a peça ( gate) até o curso (A) que é limitado pelo parafuso limitador (2). A partir desse ponto a placa na qual o canal esta preso é tracionado até o curso (B) liberando desta maneira os canais. A placa (1) permanece na sua posição até os cursos (A e B) estarem completamente distendidos. Isso é garantido pela expansão da bucha de nylon ao ser apertado o seu parafuso de ajuste. Esta força necessária é determinada normalmente nos testes do molde na máquina injetora. Após os cursos A e B estarem distendidos e a injetora continua seu curso de abertura, a bucha de nylon é arrancada do interior de seu alojamento liberando as placas porta cavidades para a abertura do curso (C). Esta é uma das configurações possíveis para a terceira placa. Existem sistemas mais complexos onde as placas porta cavidades são flutuantes e mantidas na posição ideal, durante os cursos de abertura e fechamento através de cremalheiras ou dispositivos semelhantes. MOLDE COM GAVETAS O sistema de gaveta é muito empregado em moldes para fazer rasgos, furos e outros detalhes internos e externos na peça injetada. Detalhes estes que seriam impossíveis de serem feitos sem a utilização de gaveta, pois os detalhes são no sentido transversal da abertura do molde e tem que ser liberados antes da extração da peça. Quanto ao acionamento das gavetas podemos Ter: Acionamento por pino acionador, sendo que o próprio pino faz o retorno; Acionamento por cunha, sendo que a liberação é feita por molas; Acionamento por cunha mecânica, sendo que a própria cunha faz o retorno; Acionamento por pistão hidráulico, onde o próprio pistão faz o retorno. Na figura 07A é mostrado a parte inferior de um molde onde podemos observar os detalhes externos do produto diretamente usinados nas gavetas que são acionadas por pinos. Na figura 07B são apresentados algumas modalidades de guias normalmente empregadas em sistemas com gaveta. Fig. 07 Disposição das gavetas em uma feramenta de molgagem por injeção com a representação tipos de fixação. A B

16 O sistema de gavetas deve ser planejado de modo que os esforços provocados pela pressão de injeção no eixo do curso da gaveta não sejam transmitidas sobre os pinos e cunhas que tem a única função de posicionar o mecanismo, Para suportar esses esforços são empregados travas de gavetas normalmente em forma de cunhas, que imobilizam o mecanismo no momento do fechamento do molde, figura 08. Fig. 08 Configurações de travas mais empregadas em sistemas de moldagens com gavetas. Temos ainda que prover as gavetas de travas de posição especialmente quando a abertura das gavetas é na vertical, para que estas não se desloquem no momento em que as guias saírem das gavetas. Para assegurar a posição empregam-se travas diversas, algumas delas mostradas pela figura 09. Fig. 09 Sistemas posicionadores de gaveta para evitar desencontros na hora do fechamento da ferramenta. Fig. 10 Sistema comercial CUMSA onde aparecem o dispositivo de posicionamento 2 e a trava da gaveta 4 que oferece ajuste fino.

17 Na figura 11(A,B,C) seguintes temos o esquema de ferramentas com gavetas para produtos com detalhes internos, externos e furos laterais onde as gavetas são acionadas por pinos e cilindro hidráulico A B C Fig. 11 Sistemas de gavetas para detalhes internos (A), externos (B) e furos tranversais (C). Cálculo do comprimento H f E K H = α + cosα cosα senα ( R.tan ) X X = de 5 a 10 mm C = Curso da gaveta f = de 1 a 3 mm K = C+(f/cosα) E = espessura da placa Fig. 12 Dimensões básicas para a determinação da altura H.

18 É importante observar a altura das colunas guia em moldes com gavetas, pois as mesmas devem Ter a sua altura sempre maior do que a altura X do pino acionador da gaveta, pois quando o molde se fecha é necessário que esteje guiado pelas colunas e buchas, antes mesmo da gaveta ser acionada. Fig. 13 Altura das colunas guia em relação ao pino da gaveta Retorno mecânico O retorno mecânico é empregado com a finalidade de permitir que os pinos extratores em alguns casos retornem ao ponto inicial, antes da gaveta ser acionada quando o molde se fecha, permitindo assim que a gaveta se feche sem bater nos pinos extratores. É usado também para o retorno antecipado da placa extratora. O emprego de molas sem retorno mecânico não é recomendado, pois as molas podem perder sua força com o tempo de uso. Fig. 14 Consequência de um má dimensionamento do sistema de retorno

19 MOLDES PARA PEÇAS COM ROSCA No caso de pequenas produções, não convém construir moldes complicados; empregan-se moldes com núcleos que se desenroscam manualmente. Se a produção for grande, empregam-se machos com moldes com machos rosqueados giratórios. O acionamento dos machos rosqueados pode ser efetuado pela tranformação do movimento retilíneo as abertura do molde, em movimento giratório, ou pela ação separada de sistema manual, elétrico, hidráulico ou pneumático. A transformação dos movimentos é efetuada por meio de cremalheiras ou roscas de múltiplas entradas. A rosca de acionamento deverá Ter os filetes grandemente inclinados para não serem de auto retenção. Fig. 15 Exemplos esquemáticos de acionamento de machos com roscas

20 Fig. 16 Mais algumas configurações para acionamento de machos rescados

21 Fig. 17 Esquema de extração de machos roscados em molde de múltiplas cavidades acionados no momento da abertura por sistema de engrenagens.

22 Fig. 18 Corte longitudinal em molde de 8 cavidades para conexões roscadas de PVC.

23 MOLDES DE CANAL QUENTE Também chamados moldes sem canais, apresentam a característica de dispensarem a remoção total ou parcial, do sistema de alimentação. Nos moldes convencionais o sistema de alimentação é resfriado e removido ao mesmo tempo que a moldagem. Nos moldes de canal quente, todo o sistema de alimentação ou, parte dele, é mantido a temperatura elevada de forma a manter o plástico nele contido pronto para o próximo ciclo. Neste tipo de moldagem será necessário manter o plástico no interior do bico, a um a temperatura superior a de solidificação e inferior a de livre escoamento quando o molde estiver aberto. Para evitar vazamento por trás do bico é necessário um bom contato e uma pressão suficiente. Neste sistema de moldagem é fundamental o equilíbrio térmico; para isso, é necessário haver: - Controle preciso do aquecimento do bico; - Controle preciso da temperatura do molde; - Mínima superfície de contato do bico com o molde; - Continuidade do ciclo de moldagem. Porque Utilizar Sistemas De Câmara Quente? A utilização de sistemas de câmara quente pode oferecer diversas vantagens se comparado aos sistemas convencionais de canal frio, tais como: Redução De Custo - Economia na utilização de matéria prima - Baixo consumo de energia - Custo operacional reduzido - Menor ciclo de injeção - Melhor aproveitamento do equipamento Flexibilidade No Projeto - Facilidade na definição dos pontos de alimentação - Eliminação da necessidade de balanceamento dos canais - Diversificação dos tipos de entrada de material - Elaboração de projetos compactos - Maior número e possibilidades de pontos de injeção - Ampla variedade de buchas de injeção e de ponteiras - Fácil obtenção de lay-outs com fluxo equilibrados Redução Do Tempo De Ciclo - Redução do tempo de resfriamento - Não há a necessidade de solidificação de galhos - Cursos de abertura reduzidos - Tempo de injeção reduzido Melhoria Na Qualidade Das Peças Moldadas - Isenção de Contaminação - Maior uniformidade dimensional no produto acabado - Vestígios de injeção podem ser controlados e em alguns casos tornam-se praticamente imperceptíveis

24 - Redução da pressão de injeção - Menor tensão residual nos componentes moldados - Eliminação de operações secundárias Maior Eficiência Do Equipamento - Utilização de máquinas com menor capacidade de força de fechamento e capacidade de plastificação - Redução da quantidade de moinhos granuladores para moagem de canais - Fácil alteração de material e de cor - Menor pressão de injeção - Menor pressão no molde Para a seleção do sistema adequado de câmara quente é necessário conhecermos alguns parâmetros dos materiais a serem injetados fig. 23. Com esses dados é possível mediante a utilização de um catálogo do fabricante de câmaras quente selecionar a bucha ou o sistema de manifold a ser empregado. As buchas são designadas para injeção em moldes com uma única cavidade, ou em moldes onde se queira eliminar somente o canal principal. Elas reduzem o ciclo, melhoram a qualidade do produto injetado, e conferem ainda ótimo acabamento nas resinas: PP, PS, PEBD, PEAD e ABS. Estas buchas transferem o polímero plastificado do cilindro da máquina injetora para dentro da cavidade, através de um único canal direto. Estas buchas podem ser disponíveis em diversos tamanhos e têm capacidade de injeção de 1 até 1500 gramas. Fig. 19 Aspecto físico e esquema de montagem de uma bucha de injeção padrão POLIMOLD.

25 MANIFOLDS: Bloco distribuidor em aço, com qualidade assegurada à sua utilização, com fluxos estáveis e balancedos. Os manifolds são peças compactas e utilizam resistências tubulares flexíveis apresentando um perfil uniforme de temperatura ao longo de todo o seu comprimento, os canais internos são completamente polidos e montados com tampões roscados. Cada mani-fold é concebido seguindo as exigências específicas de diâmetro interno, baseadas na dimensão da injeção, tipo de resina e orientação de fluxo. Assim, o manifold poderá funcionar com maior precisão, e o máximo de produtividade. Com o objetivo de assegurar um preenchimento perfeito das cavidades, os manifolds devem ser projetados de modo a proporcionar a cada canal o mesmo comprimento de fluxo e pressão uniforme, do bico de injeção da máquina ao ponto de injeção no produto. Fig. 20 Configuração típica de um manifold. [Polimold] Deste modo é possível garantir canais de fluxo natural e reologicamente equilibrados, dando origem ao mais baixo cisalhamento, o que resulta em maior grau de produtividade e integridade do produto moldado. Fig. 21 Identificação dos principais componentes envolvidos em um sistema de canal quente

26 Principais componentes envolvidos Resistência Tubular: Os manifolds são normalmente montados com resistências tubulares flexíveis, permitindo maiores opções de formato dos mesmos. As resistências são inseridas em um alojamento usinado com precisão em ambos os lados do manifold, para uma temperatura uniforme, rápido aquecimento, com potência específica e moderada para uma maior economia e maior durabilidade da resistência. O alojamento da resistência é raso para permitir melhor distribuição de calor e a redução na espessura do manifold. Anéis elásticos: Os Anéis elásticos são utilizados em manifolds montados com resistências tubulares, para garantir a fixação da resistência no alojamento e seu permanente contato com o manifold permitindo a constante condução de calor e uniformidade de temperatura. Outra vantagem é a facilidade de substituição da resistência em caso de necessidade. Termopares: Os termopares devem ser posicionados de modo a responderem rapidamente ao menor sinal de flutuação da temperatura, e estrategicamente localizados com o objetivo de alcançarem um melhor controle da temperatura. A quantidade de termopares a ser utilizada é definida de acordo com a necessidade de zonas de controle, que dependerá do formato do manifold e da potência total instalada, tendo em conta a corrente máxima permitida por zona e a distribuição uniforme da carga por fase. Buchas de injeção: Pode-se empregar uma grande variedade de tamanhos e formatos, com diversos tipos de ponteiras, materiais diferentes e estilos de resistências. Com o conceito modular "sub-montagem mais ponteira", são possíveis centenas de combinações, proporcionando um uso diversificado de resinas termoplásticas. Dependendo do fabricante. Suportes superiores Situados entre o manifold e a placa base superior, confeccionados em materiais de baixa condutividade, para um melhor isola-mento e uniformidade de temperatura, e retificados com folgas apertadas, por exemplo 0,04 mm menor em relação ao espaço entre o manifold e a placa base superior. Assim, quando o sistema for aquecido e houver a dilatação térmica, ocorrerá uma pressão (efeito sanduíche) entre as cabeças das buchas quentes, manifold e a placa base superior, pressão essa que tem, por objetivo, evitar vazamentos. Suporte central Espaçador situado entre a placa porta matriz (P1) e o manifold na mesma linha do bico da máquina, para suportar a pressão de injeção da máquina injetora. Em prega-se material de baixa condutividade, para melhor isola-mento e uniformidade de temperatura. Pino central e pino de localização É montado no suporte central para centralização do manifold. O pino de localização é necessário para alinhar o manifold durante a montagem. Estes pinos permitem que ocorra a dilatação térmica normalmente.

27 Anel de centragem É empregado de acordo com o modelo da máquina injetora a ser utilizada. Fig. 22 Exemplos de manifolds que podem ser confeccionados, dependendo da disposição dos componentes no molde

28 Fig. 23 Parâmetros relativos a temperatura dos principais materiais injetáveis pelo processo de canal quente

29 SISTEMAS DE EXTRAÇÃO Na extração sempre que possível, o curso do extrator deve tirar completamente a moldagem da fôrma e isto pode ser freqüentemente conseguido. Detalhes locais, como saliências, devem ser sempre completamente extraídos, porque a remoção manual pode facilmente provocar a distorção da moldagem em tais pontos Lado de extração. Na maioria dos projetos de molde, a ferramenta fêmea é posicionada do lado da injeção, com a moldagem permanecendo no macho quando o molde se abre. A moldagem é então extraída do lado móvel. Entretanto em alguns casos é feita uma provisão especial para reter a moldagem na fêmea e extrai-la desta, porque, se o método usual fosse adotado, a contração total de uma grande moldagem poderia provocar um completo agarramento no macho. Como regra geral os extratores são colocados a operar na face inferior, ou não a vista da moldagem, sempre que possível. A aparência das marcas de extração na face frontal é assim evitada. Existem vários sistemas de extração que poderão ser empregados. O tipo exato dependerá da forma da peça e do material da moldagem. Os materiais frágeis devem ser adequadamente suportados durante a extração, enquanto que os flexíveis ou semi flexíveis devem ser retirados como um todo no lugar de forçados localmente. Geralmente, deve-se preferir maior extração no lugar de menor, incluindo, se necessário, a extração dos canais de distribuição e pontos de injeção. Extração por Pino: A extração por pinos é geralmente a mais usada em moldes, por ser de simples confecção. Os pinos são normalmente confeccionados em aço prata ou aço ligado, e tem dimensões que variam de 1 a 30 mm de diâmetro. Em sua maioria os pinos são produzidos por empresas especializadas no ramo o que facilita a substituição, pela padronização, em caso de necessidade. Fig. 24 Sistema de extração por pino, onde é mostrado o molde na posição fechado e aberto já com os extratores acionados.

30 A fig. 25 mostra um sistema de pinças que formam detalhes externos na peça injetada. Conforme a placa extratora é acionada, ela força a abertura das pinças, que neste caso, libera somente os detalhes externos, deixando como função na extração da peça os próprios pinos extratores, que por sua vez tem o curso retardado e somente são acionados depois que as pinças já tiverem liberado os detalhes da peça injetada. O retardamento do pino extrator é feito para não deformar a peça em sua extração, pois se fossem acionados juntamente com as pinças, não daria tempo para a liberação das peças. Fig. 25 Extração por pino, em um molde com detalhes liberados por pinça. O extrator possui um retardo para liberação dos detalhes. Fig. 26 Tabela de pinos extratores de um fornecedor comercial de componentes para moldes.

31 Extração por Bucha ou Camisa: A extração por bucha é muito empregada em moldes que injetam peças cilíndricas ou com alguns detalhes semelhantes, que em algumas extremidades tenham formatos de anéis, ou seja um tipo de cilindro oco.. Uma das vantagens de se empregar este sistema de extração é que a bucha quase não deixa marcas na peça injetada. Fig. 27 Representação esquemática do sistema de extração por bucha. Notar a fixação do macho na placa inferior. Extração por Placa Fig. 28 Exemplo de um sistema de extração por placa, mostrando o molde na posição fechada e aberta. Em princípio o método de extração por placa consiste na colocação de uma placa ajustada, que envolve a base da ferramenta macho. Durante a extração, a placa se move ao longo da ferramenta macho, levando a moldagem e, desta forma, destacando-a do macho. Esta tipo de extração é principalmente empregado onde a zona de pressão da extração é uma aresta fina, tal como a parede de uma caixa. Para tais condições, um extrator de lâmina ou pino teia área de apoio insuficiente e a pressão exercida na pequena face para conseguir a extração poderia ser suficiente para esmagar a moldagem pelo extrator, ou distorce-la. Por outro lado, uma extração por placa deve ser usada se nenhuma marca normal de extração é permissível, porque um pino ou lâmina extratora deixará uma linha marcada na moldagem onde o material plástico penetra na folga entre o extrator e a face do molde.

32 A B Fig. 29 Mais duas maneiras de empregar-se a extração por placas. Em (A) sem a utilização de placas extratoras e (B) muito usado para moldes com uma cavidade central ou moldes com várias cavidades, porém pequenas Extração por Pinça: A extração por pinça é recomendada para moldes que formam peças com detalhes internos ou externos no sentido contrário de extração dos mesmos, onde dificilmente poderíamos usar o sistema de gavetas, por termos espaço insuficiente. Este tipo de extração pode ser empregado em peças pequenas e grandes, pois além de fazer os detalhes ainda funciona como pinça extratora, simplificando em muitos casos o funcionamento do molde, eliminando em outros casos os pinos extratores. Fig. 30 Representação de dois sistemas de extração por pinça. As configurações podem variar de acordo com a geometria e complexidade das peças

33 Moldes com sistema de dupla extração Este sistema de extração é geralmente empregado em moldes onde o produto a ser injetado necessite de uma extração forçada, isto é, a peça injetada em primeiro lugar precisa ser extraída do macho (1º extração) parar que em seguida seja extraída totalmente (2º extração). Funcionamento No momento da abertura do molde a trava externa aciona as placas extratora (compostas de dois módulos) até o momento que o produto esteja liberado de uma parte do macho. Neste ponto o came libera a trava, o molde abre por completo e o sistema de extração da máquina entra em ação acionando a parte superior das placas extratoras e expulsando com isto o produto de cima do macho, que devido as saliências internas não podia ser expulso na primeira etapa. Fig. 31 Molde com sistema de dupla extração.

34 REFRIGERAÇÃO Com a moldagem de materiais termoplásticos, é necessário reduzir a temperatura do material plástico quente, injetado na cavidade do molde, para o ponto em que o material se solidifica num estado suficientemente rígido para permitir a extração da moldagem. Assim, a temperatura do molde deve ser mantida suficientemente baixa para obrigar o material quente fornecer seu calor latente de fusão às superfícies do molde. O tempo de resfriamento aumenta com o quadrado da espessura da parede da peça moldada. Se o calor fornecido ao molde é maior que o normalmente dissipado por ele, deve-se introduzir outros meios para extração desse excesso de calor. Tal remoção de calor adicional é normalmente conseguida por meio de água de resfriamento, ainda que se empregue, em alguns casos, ar comprimido. A quantidade de calor que entra com o polímero quente no molde deve ser eliminada através das paredes deste; a velocidade de transmissão de calor determina o tempo necessário para o resfriamento deste. Para reduzir este tempo e conseguir peças de boa qualidade se refrigera o molde, normalmente mediante circulação de água, mantendo a temperatura relativamente constante. A velocidade de resfriamento é afetada pela temperatura do molde a qual influencia no fluxo do material, na contração e na aparência do produto moldado. O resfriamento deverá ser feito a uma velocidade adequada, a fim de se obter um produto com as características adequadas. Cada parte do moldado deve ficar com temperatura normal de extração. Um resfriamento aplicado com uniformidade através do molde não alcançara aquele objetivo, uma vez que a temperatura no fluxo do material decresce do ponto de alimentação da cavidade para o interior da mesma. O espaçamento e a distância da superfície de moldagem podem ser variadas quando existem seções espessas num molde. Um resfriamento local mais eficiente na área da seção espessa, ajuda a evitar variações de contração causadas por aquela seção e de um possível aumento no tempo do ciclo. O molde deve ser mantido a uma temperatura constante mais baixa que o ponto de distorção do plástico para que este fique rígido. A temperatura da superfície deve ser também uniforme, pois caso contrário, tensões devidas a diferentes temperaturas produzirão peças distorcidas após a ejeção. O melhor controle, é obtido por circulação de água, através de canais construídos no molde. Esta importante função poucas vezes recebe a consideração devida na construção ou operação do molde. Desta forma, é essencial que a água venha de uma fonte com temperatura controlada. A circulação de água deverá ser controlada em cada uma das metades do molde. Geralmente é preferível manter a cavidade a uma temperatura superior que o macho, para obter uma superfície brilhante sem sacrificar o tempo do ciclo. Quando se trabalha com moldes maiores, é conveniente as vezes, que cada metade tenha dois ou mais sistemas de circulação, sendo que os canais mais externos deverão ter uma temperatura maior que aqueles perto do bico de injeção, para que o plástico possa fluir mais facilmente. Quando se trabalha com moldes de ciclo rápido, ou para peças muito pesadas, aconselhase o uso de água refrigerada para a retirada rápida do calor.

35 Um gradiente de temperatura através da superfície do molde causa diferentes velocidades de resfriamento, resultando em tensões térmicas na peça injetada. Por este motivo não é aconselhável manter as duas metades do molde com diferença de temperaturas maiores que 20ºC, desde que um diferencial excessivo de temperatura provoca distorções na peca. A refrigeração na maioria dos moldes é realizada através de condutos existentes nos mesmos. Estes condutos podem ser broqueados ou através de tubos de cobre, alojados nos moldes envolvidos por uma liga de baixo ponto de fusão. A Fig. 16 Exemplo de um sistema de refrigeração em moldes de injeção para cavidades usinadas em postiços (A) e em machos (B) B

36 Os seguintes pontos devem ser observados pelo projetista de moldes: O meio de resfriamento não deve ser colocado muito próximo da superfície do molde, pois pode resultar em pontos mais frios e conduzir a falhas de moldagem. Evitar a proximidade excessiva dos furos de refrigeração à superfície do molde (cavidade) para que não haja perigo da pressão do material plástico no interior da cavidade provocar um colapso localizado no molde. Ao mesmo tempo o resfriamento não deve estar tão distante da superfície aquecida de forma que o resfriamento seja ineficiente. A quantidade do resfriamento deve ser suficiente para manter a temperatura do molde, quando este está com a produção máxima. Tal resfriamento é preferencialmente fornecido nas placas de encosto, ainda que seja necessário o resfriamento adicional no interior do molde. As conexões de entrada e saída do molde devem estar do mesmo lado e, normalmente na parte posterior da máquina, a fim de não restringir os movimentos do operador. As grandes diferenças de temperatura da água de resfriamento entre entrada e a saída, ou através dos circuitos de derivação devem ser evitadas pois provocam diferenças de temperatura nas várias partes do molde, e possivelmente provocar dificuldades na moldagem. Fig. 17 Algumas configurações de refrigeração compostos por tubos de cobre alojados em placas e machos preenchidos por ligas de baixo ponto de fusão.

37 A B Fig. 18 Representação distinta de sistemas de refrigeração para macho e cavidade. (A) Molde sem utilização de postiços, (B) Com o emprego de postiços. Fig Exemplo de união entre os canais de refrigeração e o sistema externo de suprimento de líquido refrigerante.

38 Fig. 20 Mais alguns exemplos de canais de refrigeração em cavidades e machos. O emprego de um ou outro sistema dependem de condições particulares de cada molde Para o cálculo da quantidade de calor a ser extraída de um molde podemos empregar a seguinte equação: [ ( T T ) L] Qc m C p + = 1 2 Onde: Q c = quantidade de calor a ser extraído Kcal; m = massa em Kg de material plástico injetado por hora no molde; C p = calor específico do material; T 1 = temperatura de injeção do material ºC; T 2 = temperatura do molde ºC; L = calor latente de fusão Kcal/Kg. Alternativamente se o calor total por Kg de material plastificado for conhecido, Q c = m. a a = conteúdo total de calor, e, Kcal/Kg do material plastificado.

39 O peso da água m 2 a circular por hora, para dissipar o calor, é dado por: Onde: H m2 = K T Como H = Q temos c [ ( T T ) + L] m C p 1 2 m2 = K T m 2 = peso da água circulada; K = constante que leva em conta a eficiência da transmissão de calor; H = quantidade de calor (kcal) extraída por hora T = diferença da temperatura da água entre a entrada e saída do molde. Os valores da constante K podem ser tomados como: K 0,64 Canais de resfriamento broqueados na placa da cavidade ou no núcleo dos machos. 0,50 Canais de resfriamento perfurados nas placas de encosto 0,10 Canais de resfriamento que empregam tubos de cobre Fig. 21 Disposição de canais broqueados numa placa para grande eficiência na extração de calor.

40 Canais de Alimentação ou Distribuição Função: - Levar o material plastificado às cavidades do molde Características: - Mínima perda de carga - Mínimo perímetro molhado Nomenclatura típica - Canal de injeção - Canal de distribuição Primário, Secundário - Canais de distribuição devem ser o mais curto possível para evitar perda de pressão e calor. Regra prática para o dimensionamento dos canais d (3-10 )mm e + (0,2-0,8)mm onde: e = espessura mais grossa do produto

41 Para haver equivalência de seções D = 2 1/2 d e t = (2/3 a 4/5 ) D Regra prática para estimarmos as dimensões do canal de injeção Entradas ou pontos de injeção A localização e a forma dos pontos de injeção são fatores essenciais na obtenção de objetos atraentes. Posição: - O mais perto possível de centro das peças; - Evitar que a massa plástica penetre em forma de jato

42 Dimensões e tipo do ponto de injeção: - Varia conforme o aspecto físico de cada objeto a ser produzido Seções e formato típicos dos canais de cortes A localização dos canais depende: - Das características do material plástico; - Facilidade de remoção; - Aspecto visual; - Linhas de fluxo; - Marcas de soldagem; - Linhas de soldagem; - Rechupes; etc.

43 GRÁFICO PARA DEFINIÇÃO DO GATE DE ENTRADA DO MATERIAL O tamanho do gate (ponto de entrada) varia de acordo com a fluidez da resina a ser utilizada e com o peso do produto. Para facilitar a definição do tamanho do gate, veja a dimensão no gráfico abaixo levando em consideração a fluidez da resina utilizada e o peso do produto a ser injetado.

44 NOTA: Este gráfico é apenas orientativo. Outros fatores definem o "gate" de entrada e, entre os mais significativos, podemos ressaltar: - Geometria do produto - Tipo de polímero - Condições do molde e da máquina injetora Tabelas com a classificação da fluidez de alguns polímeros mais conhecidos. Nota: A adição de cargas, por exemplo: fibras de vidro, podem alterar consideravelmente a viscosidade. Tipos de Entradas: - Entradas totais; - Entradas restritas; - Entradas laterais; - Entradas capilares; - Entradas auto extraíveis ou em túnel; - Entrada em leque; - Entrada em disco; - Entrada em anel; - Entrada em aba; - Entradas múltiplas.

45 Entradas totais: - Seção de admissão relativamente grande - Moldagens alimentadas diretamente pelo canal de injeção; - Alimentação de materiais de alta velocidade; - Moldagens grandes e profundas; - Produzem fluxo laminar com mínimo de contração; Entradas restritas: - Vantagens: - Redução do tempo total do ciclo - Rápida solidificação do canal; - Reduzida necessidade de compactação - rápido resfriamento; - Melhor aspecto visual e menores operações de acabamento; Entradas laterais:

46 Entradas Capilares: Chama-se capilar a entrada que tem, 0,5 d 0,75 mm - O emprego é limitado a materiais de grande fluidez - Utilizada onde a marca de entrada deve ser a menor possível - Originam fluxo turbulento, marcas de fluxo consideráveis. - Enfraquecimento em seções finas.

47 Entradas auto extraíveis ou em túnel - São usados em moldes de alta velocidade ou automáticos. - O produto já sai pronto pro uso. - As entradas são submersas e perfuradas em angulo. - A entrada e cortada automaticamente durante a abertura ou extração - Evitar alimentar seções espessas devido ao esguichamento. Fig. xx Algumas aplicações típicas do canal submerso para várias configurações de canais de alimentação.

48 Entradas em leque - São usadas para alimentar moldagens planas e finas; - A entrada espalha o material diminuindo o efeito das marcas de fluxo - A sua seção não deve ultrapassar a seção do canal de distribuição Entradas em Disco - Empregadas em moldagens simétricas e peças grandes. - Evitam a formação de linhas de soldagem.

49 Entradas em Aba - Muito empregado para acrílicos - Produz moldagens com menores tensões residuais e aspecto ótico claro. - O desvio, a entrada restrita e a aba proporcionam uma alimentação com fluxo suave sem esguichamento e suas conseqüências. - As entradas podem apresentar as seguintes dimensões - As abas podem usualmente apresentar as seguintes dimensões Entradas múltiplas Empregadas em: - moldagens grandes. - Onde possam surgir dificuldades causadas por distorções. - Onde pode ocorrer um resfriamento prematuro. - Onde é necessário evitar rechupe local perto de seções grossas.

50 Inconvenientes: - Podem causar muitas marcas de solda. - Preenchimento desigual da moldagem se não adequadamente dimencionados. Ventilação: Quando o material plástico penetra na cavidade, êle deve deslocar o ar que ali já se encontra. Se o trajeto do fluxo, em qualquer molde, prende parte desse ar, a compressão aumenta sua temperatura a tal ponto que causará aí marca de queimadura ou mesmo um furo. Além disso, a superfície pode, também, cobrir-se de minúsculas bolhas de ar dissolvido com aparência de escamas. Tais gases aprisionados, com furos ou queimaduras, podem ocorrer em muitas ferramentas, e são muito prováveis em pontos de união de fluxos, em nervuras ou seções grossas, ou em pontos terminais para o fluxo, tais como as extremidades de ressaltos. Em vista disso, ou aceitam-se essas marcas ou se altera o fluxo ou, ainda, incorporam-se arranjos especiais para a saída do ar. Isto pode ser feito entre as faces de divisão da ferramenta, através das folgas de núcleos móveis, de pinos extratores e de buchas, e através de pinos especiais para a saída do ar. Algumas vêzes, a ajustagem das faces de divisão é por demais ) precisa para permitir a rápida saída do ar; a face de uma metade da ferramenta ) pode então, ser levemente sulcada, com uma profundidade de 0,05 mm a 0,1 mm, no local em que é necessária a saída de ar. Para "nylon", deve-se adotar a profundidade mínima. Um problema semelhante ocorre frequentemente ao retirar-se o ar por pinos extratores, o que pode ser resolvido fazendo-se uma pequena ) parte plana ao longo dos pinos. É necessário considerar-se as saídas de ar, ao se localizarem as entradas, ) pois as regiões de ar aprisionado serão aquelas que se encherão por último. A saída de ar também deve ser considerada quando se projeta a linha de divisão da ferramenta, pois alguns arranjos apresentam maior possibilidade de aprisionamento de ar. Balanceamento Um ponto importante a ser observado no momento de dispor as cavidades no layout das placas é tentar manter uma certa simetria.

51 O fechamento balanceado é importante para a operação correta da ferramenta, pois se a força de fechamento não for centrada, o momento mecânico por ela gerado tenderá a abrir a ferramenta de um lado formando rebarbas nas peças moldadas e desgaste na ferramenta. Todas, as cavidades deveriam ser enchidas simultaneamente de modo a estarem sujeitas, pelo mesmo tempo, à mesma pressão. Isso proporciona peças com características iguais. Se a disposição simétrica for impossível, coroo no caso da cavidade única, a excentricidade deverá ser reduzida ao mínimo. Se a ferramenta for destinada à moldagem de componentes diferentes, posicionam-se, com certa simetria todas as cavidades menos uma, e determina-se, analítica ou graficamente, a posição da última cavidade, equilibrando os momentos de todas as forças que atuam no molde. Lembrando que a força de abertura de cada cavidade é proporcional à sua área projetada, devemos satisfazer as condições: S i X i = 0 S i Y i = 0 em que: S = superfície projetada de cada cavidade x e y = coordenadas baricêntricas de cada superfície em relação às linhas do canal de injeção que coincidem com as linhas do centro de prensa. Desejamos injetar peças cujas superfícies projetadas têm formato da figura. Disporemos as figuras 1, 2, 3 e 4 com um certo critério e determinaremos a posição da figura 5 analiticamente.

52 Cavidade S i mm 2 X i mm Y i mm X Y T Igualando a zero a somatória dos momentos das áreas projetadas teremos: S i X i = X = X = 0 35X = 2450 X = 70 mm S i Y i = Y = Y = 0 35Y = Y = -42,85 Balanceamento de Entradas em Ferramentas de Cavidades Múltiplas de uma Mesma Peça Em ferramentas de cavidades múltiplas de uma mesma peça, é comum verificar-se que, após o enchimento do sistema do canal de distribuição, as cavidades mais próximas do canal de injeção enchem-se, primeiramente, e que as seguintes só recebem fluxo quando se estabelece equilíbrio entre a resistência ao escoamento, para elas, e a resistência ao escoamento para as primeiras cavidades. Este fenomeno depende obviamente do arranjo do canal de distribuição, e pode causar uma super compactação de algumas cavidades e deficiências ou chupagens, nas outras. Isto frequentemente acontece e pode-se corrigir somente quando a ferramenta já está em operação, na prensa, fazendo-se as entradas para as cavidades mais externas progressivamente maiores, até que, dentro do possível, se consiga o enchimento simultâneo de tôdas as cavidades. Além disso, pode-se procurar, inicialmente, projetar as entradas de forma a igualar, aproximadamente, a resistência ao escoamento para cada uma. Podem-se obter variações de resistência ao escoamento, na entrada, por dois métodos principais: (a) mantendo o mesmo tamanho para todas as entradas, e variando os comprimentos de acesso das entradas; (b) mantendo constantes as larguras e os comprimentos de acesso das entradas, mas variando suas profundidades.