Plásticos: Moldagem por Injeção
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Moldagem por Injeção


1.872!

O processo não é novo. John e Isiah Hyatt receberam uma patente em 1872, para uma maquina de moldagem por injeção, que eles usaram para moldar celulóide. Em 1878, John Hyatt usou o primeiro molde de múltiplas cavidades. Em 1909, Leo H. Baekeland introduziu as resinas de fenol-formadeído, as quais são agora moldáveis por injeção em injetoras com rosca.

Trabalhos teóricos e experimentais de Wallace H. Carothers orientaram a teoria geral da policondensação que propulsaram a produção dos muitos polímeros existentes, incluindo a poliamida.

No final da década de 30, uma moderna tecnologia começou a se desenvolver e grandes melhorias nos materiais permitiram que moldagem por injeção se tornasse economicamente viável. Um avanço similar ocorreu na tecnologia das maquinas.

Processo

Moldagem por injeção é um processo cíclico de transformação de termoplásticos, é uma adaptação do processo de fundição de metais e abrange as seguintes etapas:

  • Aquecimento e fusão da resina
  • Homogeneização do material fundido
  • Injeção do extrudado no interior da cavidade do molde
  • Resfriamento e solidificação do material na cavidade
  • Ejeção da peça moldada

A resina deverá ser isenta de umidade, colocada no funil de alimentação, o qual deve estar constantemente tapado para evitar poeira. As peças injetadas são separadas do canal de injeção e inspecionadas pelo operador enquanto se inicia outro ciclo.

Os canais de injeção são moídos e retornados ao processo numa proporção preestabelecida.

Vantagens do processo:

  • Peças podem ser produzidas com altas taxas de produtividade
  • Produção de peças de grandes volumes
  • Custo de mão-de-obra é relativamente baixo
  • O processo é altamente susceptível à automação
  • Peças requerem pouco ou nenhum acabamento
  • As peças podem ser moldadas com insertos metálicos

Desvantagens do processo:

  • Competição acirrada oferece baixa margem de lucro
  • Os moldes são muito caros
  • A qualidade das peças é difícil de ser determinada imediatamente
  • Falta de conhecimento dos fundamentos do processo causa problemas

Sistemas de injeção

Dois são os sistemas que compõem uma máquina de moldagem por injeção: o sistema de injeção propriamente dito e o fechamento do molde.

A unidade de injeção abrange a alimentação da injetora e o cilindro de injeção que comprime a resina para dentro do molde. O grande desenvolvimento se concentrou neste sistema. Devido à baixa condutância ao calor dos plásticos, as injetoras foram ganhando acessórios para garantir uma plastificação satisfatória.

O mais importante desenvolvimento na moldagem por injeção ocorreu em meados de 1950, quando surgiu a rosca reciprocatica. Esta rosca tem múltiplas funções, alimenta o corpo da injetora, funde o material e atua como um pistão para injetar a resina na cavidade do molde.

Tipos de injetoras

Basicamente, são dois os tipos de injetoras: o de pistão e o rosca reciprocativa. Abrindo um pouco mais o leque, pode-se classificar desta forma.

A.    O tipo de pistão simples – usa um pistão para forçar o material contra um difusor ou torpedo. O calor é suprido por resistências elétricas. A resina é aquecida por condução e convecção.

B.    O tipo de pistão de dois estágios – usa um pistão de um estagio para plastificar a resina e força-la a um segundo cilindro. O segundo cilindro injeta o material na cavidade do molde.

C.    O tipo de dois estágios pistão e rosca – é essencialmente similar à injetora de pistão de dois estágios exceto que uma rosca fixa é usada para plastificar ao invés do pistão.

D.    O tipo de rosca reciprocativa – usa uma rosca reciprocativa para plastificar o material. Quando a rosca gira, o material plastificado é forçado para frente, empurrando a rosca para trás. O material injetado trazendo a rosca para frente e esta passa, então, a atuar como um pistão.

As injetoras com rosca reciprocativa são similares as extrusoras. As altas pressões impostas pela rosca melhoram a homogeneização e plastificação.


Pistão vs. Rosca

Quando se comparam processos, destacam-se vantagens e desvantagens.

Uma desvantagem do tipo pistão é a perda de pressão no cilindro, que pode ser de até 80%. Isto devido ao atrito gerado pela resina contra a parede do cilindro. Como a resina é pobre condutor de calor e é aquecida por condução térmica, são necessárias altas temperaturas, o que pode provocar degradação térmica do polímero.

Na injetora tipo rosca, a resina é aquecida por condução térmica da parede do cilindro, mas principalmente pelo calor do atrito da resina com a rosca, proporcionando uma melhor mistura e plastificação. Além disso, a rosca obtém uma melhor homogeneização pois o fluxo dentro do cilindro é turbilhonar e não laminar como na do tipo pistão.

Na verdade, há um certo fluxo turbilhonar na do tipo pistão, gerado pelo torpedo, mas não o suficiente para misturar satisfatoriamente o polímero.

A produtividade de uma injetora tipo rosca é 50% ou maior que a do tipo pistão, devido a plastificação e à efetiva pressão no processo.

Como a pressão é um fator importantíssimo na injeção, se for possível reduzi-la obter resultados satisfatórios é interessante. Altas pressões provocam alto nível de tensão no moldado, enfraquecendo-o com o uso continuo. E com o tipo rosca consegue-se 50 a 75% de redução na pressão em resinas de alta viscosidade.


Rosca

Como nos outros processos de transformação, a rosca é dividida, basicamente, em três zonas:

  • Zona de alimentação – a de maior comprimento, ocupando cerca de 50% do total. Sua finalidade é transportar a resina para a zona de compressão. Ela possui o canal com maior profundidade e de altura constante ao longo de seu computador.
  • Zona de compressão – com comprimento em torno de 25% do total, profundidade do canal decrescente gradualmente, ela compacta e funde o material completamente. Esta zona funde o material com auxilio das resistências elétricas do cilindro e da ação de cisalhamento induzida pela rotação da rosca.
  • Zona de dosificação – nela a profundidade do canal se torna, novamente, constante, porém menor que na zona de alimentação. É uma zona de bombeamento.

Há muitos tipos de moldes para injeção. Todos eles muito complexos e caros. É a principal parte do processo. Sua construção é bastante demorada e considera, principalmente, o formato da peça, sua aplicação e outras características.

O molde tem por obrigação conduzir o material, da maneira mais aerodinâmica para a(s) cavidade(s) e resfriar a peça, sem nenhum defeito. Portanto, melhor o molde, melhor a peça acabada.

O resfriamento do molde exige controle que é conseguido com os canais geometricamente dispostos ao redor da cavidade. Os dutos de refrigeração devem estar eqüidistantes da cavidade para consentir uma temperatura uniforme na cavidade.

A água é refrigerada por uma unidade de refrigeração agregada ao processo de moldagem por injeção, controlando com rigor a temperatura do fluido refrigerante, que mantém todo o corpo do molde com temperatura uniforme. O que é imprescindível para o bom desempenho do processo.

Há uma variedade muito grande de tipos de molde. Entretanto, o tipo mais comum é o de duas placas.

O molde é constituído de, no mínimo, duas partes. Uma é instalada na placa estacionária e outra na placa móvel. Possui pinos de encaixe que direcionam a móvel a se juntar à fixa, num ajuste perfeito.

O alinhamento das duas metades é fundamental, evitando-se assim qualquer vazamento do plástico quando o mesmo é injetado sob alta pressão na cavidade. O bicho injetor convexo se junta à entrada côncava e fria do canal primário, para impedir vazamento e resfriar o plástico, facilitando a quebra do rabicho.

Rabicho é à parte que fica ligada à peça, entre o bico de alimentação e o canal de injeção. Sua separação é feita manualmente pelo operador da máquina que o coloca posteriormente num moinho, para ser reciclado.

Sempre que possível o molde é projetado de modo que as peças injetadas permaneçam na metade móvel do molde, para facilitar sua remoção.

Como foi dito, o molde possui, no mínimo, duas partes. Porque há moldes com três. A terceira é posicionada entre as duas principais, sendo denominada flutuante. A cavidade neste caso, fica entre a central e a fixa. O rabicho, então, fica entre elas. Isto permite a separação automática da peça moldada e o rabicho.

Outros tipos de moldes são também projetados, sempre com a finalidade de agilizar a operação, reduzir custos e melhorar a qualidade das peças moldadas. Pode-se mencionar os seguintes tipos:

  • O molde com partes móveis ou de mandíbula, para injetar peças com reentrâncias.
  • O molde com válvulas, para vedar qualquer vazamento de resina.
  • O molde com inserção metálica, que permite a inserção de um objeto metálico na peça moldada.


Projeto de molde

A prancheta está cedendo seu lugar para métodos modernos de projeto. O CAD (Computer Aided Design) – CAM (Computer Aided Manufactoring) – CAE (Computer Aided Engineering). O CAD – CAM – CAE tem ganhado ampla aceitação na industria de moldagem por injeção.

O CAD é usado para projetar as peças que serão moldadas e ferramentas. O CAM é usado principalmente para a programação do CNC (Controlador Numérico Computadorizado), que permite que os moldes sejam produzidos com precisão e com a mínima mão-de-obra.

O CAE envolve uma variedade de técnicas que podem simular a moldagem por injeção dos plásticos, determina condições de moldagem, prevê a contração, o empenamento e o desempenho das peças acabadas. E, mais importante, permite ao engenheiro otimizar o processo e os parâmetros do projeto.

O CNC é um acessório de uma fresa, por exemplo, que automatiza totalmente o trabalho desta.


Canais de alimentação

Os canais ou orifícios de alimentação são a ponte entre o canal de alimentação e a cavidade. Um projetista de molde é responsável pela determinação do tamanho, tipo e posição destes canais. Portanto, não se faz necessária uma abordagem detalhada do assunto.

Discorreremos o suficiente para um leigo ter uma visão geral.

A finalidade do canal é esfriar a resina, evitar vazamento e ser um meio de separação entre o canal e a peça.

Há dois tipos de canais: o largo e o puntiforme.

Os mais usados são os puntiformes que sustentam o fluxo do material ao entrar na cavidade fria, aumenta a velocidade da resina ao penetrar no minúsculo orifício da cavidade, evitando um resfriamento precoce da resina fundida.

O canal largo, ao contrario do anterior, permite um resfriamento mais rápido da resina, necessitando do maior comprimento para manter o fluxo do material.

O orifício puntiforme permite resfriamento quase imediato da resina após parada do fluxo, impedindo o contrafluxo e conseqüentemente encolhimento excessivo da peça. Um balanceamento entre esses dois efeitos deve ser relevado para manter a contração a níveis baixos e evitar que a peça não fique grudada na cavidade.

Canal primário

O canal primário é a conexão entre o canal de alimentação e a cavidade. É um mal necessário. Ele deve ser largo o suficiente para um enchimento rápido com o mínimo de perda de pressão, mas não tão largo que requeira que o ciclo de resfriamento seja aumentado para que o canal endureça e não possa ser retirado.

Canal quente

O rabicho precisa ser regranulado e reciclado na maioria das operações se possível. Uma extensão lógica do molde supera esta operação e é denominada canal quente.

O canal quente consiste de um sistema onde a alimentação é aquecida no molde, com o devido isolamento térmico. É um sistema de técnica difícil e oneroso. Portanto, deve ser muito bem aproveitado, utilizando-se canais com grandes diâmetros.

Este processo assegura que, na abertura do molde, as peças sejam ejetadas, livres dos inconvenientes rabichos.

Fechamento do molde

Uma das características de uma injetora é o sistema de fechamento. Os sistemas mais comuns são:

  • Sistema de alavanca operado hidraulicamente
  • Sistema hidráulico

A alavanca é um mecanismo para ampliar a força de um sistema.

Numa injetora, a alavanca consiste de duas barras que são unidas em uma de suas extremidades por um pivô. As outras extremidades são ligadas às placas, móvel e fixa. Quando o molde está aberto, a alavanca se retrai, tomando a forma de um "V". Ao se aplicar pressão no pivô das duas barras, as mesmas se endireitam, isto é, tomam a forma de uma única barra. Esta força de ação da alavanca é aplicada por um cilindro hidráulico. Em um sistema completamente hidráulico, a força é provida unicamente por um cilindro hidráulico.

Avaliação da força de fechamento

Em moldagem por injeção, a força de fechamento é medida em toneladas. Num mecanismo hidráulico, a força é relacionada com pressão e área, com a seguinte equação:

F = P x A                    onde:

F = força (kgf)

P = pressão (kgf/cm2)

A = área (cm2)

Por exemplo, uma injetora de fechamento hidráulico, possui 52 cm de diâmetro, no cilindro de fechamento. Admitindo-se que a pressão de trabalho é de 140 kgf/cm2, a força de fechamento será:

F = P x A = Ppr2 =

F = 140p 262 = 297,321 kgf, que por aproximação, considera-se:

F = 300 t

Esta injetora será de 300 t.


Área projetada

Área projetada é a área das superfícies moldadas, paralelas às placas. Normalmente, um mínimo de área projetada é requerida em um sistema de fechamento, para evitar a abertura do molde. Muitas vezes, a limitação de uma injetora é mais sua capacidade de fechamento do que a capacidade de plastificação.

Suponha-se que se deseje moldar uma peça com as dimensões 25 x 50 x 100 mm. Dependendo da localização da linha de abertura do molde, obteremos uma determinada área projetada. Ou então, se o projeto for limitado na área projetada, a linha de abertura do molde, deverá ser localizada numa determinada posição.

Fechamento por alavanca

Na posição aberta do molde de uma alavanca de dupla ação, o pistão do cilindro hidráulico está retraído, puxando a cruzeta para perto da placa estacionaria. Este movimento retrai a placa móvel, afastando-a da placa estacionaria e o molde se abre.

É difícil parar o movimento da placa móvel, antes de se completar o curso total. Quando isto for importante, podem ser utilizados pára-choques de Nylon, para uma parada mecânica.

Para fechar o molde, o cilindro hidráulico se estende. A placa móvel lentamente entra em movimento e adquire velocidade máxima, até a metade de seu curso, quando então, automaticamente desacelera. A cruzeta se estende e endireita as articulações. Um pequeno movimento posterior da cruzeta desenvolverá uma grande vantagem mecânica, causando o travamento (se a vantagem mecânica for de 50:1, uma prensa de 300 t somente necessitará de um cilindro de travamento hidráulico de 6 t). Quando o molde abre, a força de fechamento total é igual à aplicada anteriormente.

Vantagens do sistema:

  • Pequena área de instalação e menor custo operacional
  • Ciclos de injeção mais rápidos
  • Autotravamento

Desvantagens do sistema:

  • Não possui controle. Pode haver dano no molde
  • Não há regularidade na força de fechamento
  • Difícil controle de velocidade nas operações de partida e parada
  • Requer mais manutenção e é mais susceptível ao desgaste

Fechamento hidráulico

Vantagens do sistema:

  • Grande flexibilidade da força de fechamento
  • Controle preciso da força de fechamento e velocidade do pistão
  • Fácil ajuste do curso do pistão
  • Fácil ajuste do ciclo da injetora
  • Movimento silencioso e suave da placa móvel
  • Fechamento pode ser interrompido instantaneamente
  • Rapidez no ajuste do molde
  • Pouco desgaste e manutenção

Desvantagem

  • A principal desvantagem de um fechamento hidráulico é o alto custo inicial

Comparação entre o sistema hidráulico e o de alavanca

Hidráulico

Alavanca

Maior investimento inicial Menor investimento inicial
Alta potencia, operação mais cara Baixa potencia, operação mais barata
Deficiência no fechamento Fechamento efetivo
Potencial de curso limitado Potencial de curso ilimitado
Possui controle no fechamento Sem controle do fechamento
Fácil ajuste da força de fechamento Difícil ajuste da força de fechamento
Fácil ajuste do molde Ajuste do molde mais difícil
Fácil controle de velocidade do molde Velocidade do molde é de controle difícil
Pouca manutenção Manutenção onerosa
      

Equipamentos auxiliares

Um equipamento bastante usado pelos injetores é o de soldagem das peças. Vários dispositivos para soldagem são usados:

  • Solda por ponto
  • Ultra-som
  • Termofusão

Outros:

  • Moinhos para regranular os rabichos e peças rejeitadas pelo controle de qualidade
  • Compressores de ar
  • Alimentadores automáticos de resina
  • Instrumentos manuais de medição
  • Refrigerador

Controle do processo

O trinômio Tempo, Temperatura e Pressão sustenta o bom desempenho do processo de moldagem por injeção. Estes três controles, portanto, precisam estar muito bem apurados para que um processo onde alta pressão é desenvolvida não tenha nenhuma desarmonia que pudesse provocar acidentes pessoais ou gerar um produto degradado.

Para o bom sincronismo destes pilotos é mister um controle eficaz deste delicado processo. Um processo sé é eficaz com uma monitoração bem projetada. A instrumentação é portanto o cérebro de qualquer processo.

Instrumentação

A instrumentação básica de uma injetora é constituída de:

  • Comando manual – Este comando é utilizado no inicio de operação, na fase de ajuste da maquina.
  • Comando semi-automático – Com este comando acionado, a máquina pára quando terminado o ciclo. Ele é usado quando for necessária a colocação de inserto na peça.
  • Comando automático – A injetora pode operar totalmente em automático, quando for apta para isto.

A injetora é construída com um sistema elétrico e eletrônico instalados no painel de comando para o perfeito controle da maquina.

O controle é executado por:

1.     Pirômetro – controla automaticamente e independentemente a temperatura das zonas de aquecimento. Com o ponteiro ajustado numa temperatura pré-estabelecida, aciona o liga-desliga das resistências.

2.     Percentual – controla a temperatura da ponta do cilindro. O controle é exercido indiretamente pelo tempo que a resistência fica ligada.

3.     Amperímetro – é usado para indicar a corrente no circuito das zonas de aquecimento do cilindro. Permite ser verificado qualquer defeito nas resistências.

4.     Contador de impulsos – conta o número de peças injetadas. Possui ação elétrica no final de cada ciclo.

5.     Contador de horas – acumula o número de horas trabalhadas pela injetora.

6.     Termômetro – indica a temperatura do óleo do reservatório.

7.     Voltímetro – mede a tensão do circuito.

8.     Tacômetro – indica a rotação da rosca.

9.     Chave seletora – também denominada comutadora, liga e desliga o sistema elétrico. Tem ação manual.

10.Contatores – constituído de solenóides e contatos, liga ou desliga o circuito.

11. Fusíveis – proteção dos componentes elétricos no caso de tensão acima do limite.

12.Chave geral – chave seccional geral do sistema elétrico do painel e da extrusora.

13.Temporizador – controla automaticamente o tempo de operação do fechamento, injeção e abertura da injetora.

O ajustamento de todos os treze controles mencionados faz o processo ser eficiente.

Para contornar o número 13, acrescenta-se mais um item:

14.Saber pilotar os treze controles.

Ficamos assim com 14!


Níveis de pressão durante a moldagem

1.     Tempo morto – tempo antes do polímero iniciar seu fluxo para o molde

2.     Enchimento – enchimento da cavidade.

3.     Acondicionamento – logo após o enchimento da cavidade, a pressão aumenta rapidamente e o acondicionamento ocorre. Neste estágio, o fluxo de plástico para dentro da cavidade é muito pequeno. A compressibilidade do plástico permite algum fluxo, durante o aumento de pressão. Assim, o plástico esfria no molde, ocupando menor volume e permitindo que mais resina entre.

4.     Descarga – quando o pistão volta, o material que está fluido no orifício, tende a voltar também, provocando diferença de pressão, ou reversão do fluxo.

5.     Selagem – resfriamento da resina na cavidade, obstruindo a entrada e saída do material.

6.     A pressão remanescente na cavidade cai, durante o resfriamento da resina, até que o molde se abra totalmente.


Variáveis que influenciam na qualidade da peça moldada

  • Temperatura da massa – Não é a temperatura indicada nos instrumentos do painel e sim a temperatura da massa que de ser determinada, inserindo-se um termômetro de agulha na massa efluente do bico.
  • Pressão de injeção – É de fundamental importância, pois afeta a contração, empenamento e a resistência da linha de solda. A pressão ideal é a suficiente para encher a cavidade sem gerar rebarba.
  • Temperatura do molde – deve ser a mais uniforme possível, dependendo exclusivamente do projeto e do resfriamento do molde.
  • Canais de injeção – A geometria da canalização, que depende exclusivamente do projeto é um fator preponderante na qualidade do moldado. O projeto dos canais primário, secundário e outros são bastante importantes, porque o fluxo de resina para a cavidade depende da aerodinâmica destes canais.
  • Ciclo – É o tempo para se obter uma peça. Salienta-se que o aumento de velocidade de enchimento e aumento de pressão, obrigando a resina entrar na cavidade para diminuir o ciclo, influi no nível de tensões internas do moldado.


Variáveis que influenciam o processamento

A injeção de plástico é influenciada por muitas variáveis, tais como temperaturas, pressões e tempos, eficiência da injetora ("design" da rosca), funcionamento dos controles e instrumentação da injetora, o tipo de polímero processado e a sua distribuição de peso molecular, o grau de atenção do operador e as suas habilidades, o projeto da peça e a sua geometria, o projeto e construção do molde. Uma outra variável corresponde às exigências do usuário final, que às vezes especifica certas características contraditórias para a peça: muitas vezes, estas características são praticamente impossíveis de serem alcançadas. Por exemplo, tolerância de ± 1 thou (0,0254 milimetros), para Polietileno e Nylon, sem cargas. Ou um acabamento espelhado da superfície das peças é especificado, ao mesmo tempo em que se deseja uma alta produtividade, necessitando-se trabalhar com o molde frio. Estes são exemplos de especificações e expectativas fora de propósito.

Muitas variáveis estão além do controle do operador, e a despeito do grau de habilidades que ele tenha adquirido, problemas irão ainda ocorrer, causados por circunstâncias fora do seu controle. Uma influencia comum na qualidade das peças e produtividade é o projeto da peça e a construção do molde. Seções transversais extremamente grossas causarão chupagem. Algumas vezes, é impossível livrar-se deste defeito, a menos que o projeto do molde seja modificado e o ponto de injeção seja colocado em outra região da peça.

Peças e moldes que possuam um projeto deficiente são exemplos de problemas com os quais um operador tem que conviver, tendo que ajustar o seu processo e ciclo para acomodar essas eventuais deficiências de projetos

Uma outra variável que não pode ser influenciada pelos operadores é a seleção do material. Em muitos casos, quando um material é muito "grosso" para encher um molde, um "grade" de resina mais fluido pode resolver o problema, mais ele não possui a palavra final para determinar a substituição do material.

Aditivos que são incorporados ao polímero podem causar defeitos. Quando são usados corantes termicamente instáveis nas temperaturas ótimas de processamento do material, eventuais mudanças de cor na peça podem ocorrer e a culpa ser atribuída ao operador.

A adequação da injetora ao processamento é um outro fator além do controle do operador. Um molde é construído e alocado para operar com uma maquina, que possui uma certa força de fechamento. Às vezes, pode haver a formação de rebarbas e o operador não pode eliminar as rebarbas somente pelo ajuste das variáveis de processamento (temperatura, pressão e velocidade). Neste caso, uma maquina com uma força de fechamento maior é necessária. O operador pode somente sugerir esta solução, mas ele não tem como implementar a sua recomendação.


Variáveis sob controle do operador

Muitas variáveis podem ser controladas, a depender das habilidades e conhecimentos que os operadores e supervisores possuam sobre o processo de injeção. Estas variáveis são as temperaturas, pressões, tempos e velocidades, manutenção da maquina, conservação das instalações, manutenção do molde e, acima de tudo, paciência. As variáveis devem ser verificadas e corrigidas uma de cada vez, até que a solução seja encontrada.


Temperaturas

Admitindo-se que todos os controles de temperatura estejam em boas condições operacionais, o operador deve ser capaz de ajustar as temperaturas e conseguir peças de boa qualidade, que estejam de acordo com as especificações. A fim de ser capaz de otimizar as temperaturas, o operador deve saber quais são os fatores que influenciam a temperatura do material derretido.


Fatores que influenciam a Temperatura do material derretido

  • Geometria da rosca – cisalhamento excessivo
  • Geometria do bico de injeção
  • Canal da bucha, canais de distribuição e pontos de injeção
  • Cantos afiados
  • Acabamento superficial do molde
  • Remoção de ar do molde

O operador da máquina deve aprender como identificar a influencia sobre a temperatura, exercida pelas variáveis acima mencionadas, e relata-las para o supervisor da planta, para correção. Por outro lado, os fatores a seguir também influenciam a temperatura do material fundido e o próprio operador deve corrigi-los:

  • R.P.M. da rosca
  • Contra-pressão
  • Funcionamento inadequado da válvula de bloqueio
  • Funcionamento inadequado dos termopares
  • Obstruções no caminho que o material percorre
  • Velocidade de injeção
  • Tempo de resistência do material no canhão

Fatores fora do controle do Operador

a)   Geometria da rosca – cisalhamento excessivo

É essencial que se evite um cisalhamento excessivo sobre o polímero. A geometria da rosca deve seguir certos parâmetros de projeto, a depender do material que é usado. Em geral, roscas com razão L/D (comprimento/diâmetro) entre 18:1 e 24:1 e uma razão de compressão entre 2:1 e 2,5:1 são usadas.

b)   Geometria de Bico de Injeção

Um bico com "design" adequado curto e com um orifício razoavelmente aberto irá reduzir a fricção e permitir um bom fluxo do material, sem qualquer degradação térmica. É importante que não haja obstruções, ao longo do trajeto do material.

c)    Canal da Bucha, Canais de distribuição e Pontos de Injeção

Um projeto adequado permitirá que o material escoe facilmente e sem restrições que possam causar sobre-aquecimento. O canal da bucha deve ter uma coincidência apropriada, ser bem polido e com uma superfície lisa, livre de buracos ou depressões. O canal da bucha deve ser tão curto quanto possível, para reduzir o calor de fricção que é gerado.

Os canais de distribuição devem ser circulares ou trapezoidais. Canais quadrados, retangulares ou semicirculares tendem a diminuir a velocidade do fluxo. Os pontos de injeção tem a seção transversal mais restrita, ao longo do trajeto do material; se eles são restritos demais, o calor gerado pode causar a degradação térmica do material.

d)   Cantos afiados

Cantos afiados podem gerar um enorme calor friccional e influenciar a temperatura do material.

e)    Acabamento superficial do molde

Quanto mais lisa e brilhante for à superfície do molde, melhor será o fluxo do material e menores as chances de geração de calor por fricção.

f)     Remoção de Ar do Molde

Se a saída de ar do molde ocorre sem obstrução, o enchimento das cavidades é completado sem pressões excessivas.

Por favor, note que para certos materiais flexíveis (elastômeros), quando as superfícies do canal da bucha, canais de distribuição e molde estão bem polidas, as partes do molde podem se grudar, devido à criação de vácuo. Com tais materiais, a exemplo dos poliuretanos elastômeros, é aconselhável fazer um jateamento com areia no molde, canal da bucha e canais de distribuição.


Fatores que podem ser controlados pelo Operador

a)   A velocidade de rotação da rosca (R.P.M.) é um fator importante para criar a fricção e cisalhamento necessário para influenciar a temperatura do material fundido. Se a velocidade de rotação é alta demais, pode ocorrer degradação térmica instantaneamente.

b)   Aumentando-se a contra-pressão, aumenta-se a força que a rosca tem que vencer, durante o seu recuo. Conseqüentemente, um aumento na contra-pressão diminui a taxa com que a rosca recua, resultando num aumento no tempo de resistência do material no canhão. A rosca precisa de mais trabalho para o seu retorno e dosagem do material.

c)    O mal funcionamento das válvulas anti-retorno pode resultar de erros de projeto ou de uma má instalação. Ou ainda, de uso de um tipo errado de válvula (válvula esfera x anel de bloqueio). Problemas com a válvula podem ocorrer devido à mesma encontrar-se fraturada ou com lascas. Válvulas anti-retorno podem ser uma fonte de sobre-aquecimento devido à fricção e, conseqüentemente, provocar a queima do material.

d)   Como se sabe, os termopares tem um relacionamento direto com a temperatura do material, pois são os elementos que a medem.

e)    Obstruções ao longo do trajeto do material fundido podem originar enorme calor de fricção, afetando consideravelmente a temperatura do material.

f)     O tempo de resistência do material no canhão afeta bastante a temperatura do material fundido. Se o tempo de resistência no canhão for estendido, a temperatura do material irá aumentar, e vice-versa. Tempos de resistência altos podem resultar de ciclos longos, inadequação entre a capacidade da injetora e o peso do material a ser injetado, retorno lento da rosca, etc.

g)    Altas velocidades de injeção podem causar altas taxas de cisalhamento e alto calor por fricção, o que pode influenciar a temperatura do material, especialmente quando ele passa através de seções transversais restritas, tais como os canais de distribuição e pontos de injeção.


Influência da Temperatura do Material Fundido na Qualidade/Produtividade

A temperatura do material fundido tem uma grande influência na qualidade e produtividade.

A seguir destaca-se o efeito de temperaturas altas e baixas.


Temperaturas altas

  • Degradação térmica
  • Rebarbas
  • Compactação excessiva
  • Extração deficiente
  • Variações na contração
  • Variações na cor
  • Deposição de voláteis na superfície do molde
  • Deposição e voláteis nos canais de remoção do ar
  • Ciclos mais longos
  • Chupagem
  • Escorrimento pelo bico de injeção ou formação de fiapos
  • Esguichamento – defeitos ao redor do pondo de injeção


Temperaturas baixas

  • Peças incompletas
  • Formação de linhas de fluxo
  • Acabamento superficial ruim
  • Aparência leitosa (em peças transparentes)
  • Linhas de solda fracas
  • Cristalinidade incompleta, afetando:
  • Contração da peça
  • Contração pós-moldagem
  • empenamento
  • Alto nível de tensões residuais
  • Desgaste excessivo na máquina e moldes
  • Peça não compactada
  • Perda de propriedades mecânicas

Altas temperaturas no molde

Baixas temperaturas no molde

Extração deficiente Peças incompletas
Compactação excessiva Linhas de fluxo
Rebarbas Altas tensões na peça
Ciclos mais longos Acabamento superficial pobre
Chupagem Linhas de solda fracas
Aprisionamento de ar Baixa cristalinidade


Pressões

O processo de injeção lida com vários tipos de pressão:

  • Pressão de injeção

A pressão de injeção é a força que expele o material para fora do canhão e o injeta através do bico de injeção, canal da bucha, canais de distribuição e pontos de injeção para o interior das cavidades do molde, criando uma pressão nas cavidades, tão logo que elas são preenchidas com o polímero. Esta pressão é também conhecida como pressão do 1º estagio de injeção, ou pressão de enchimento.

  • Pressão de recalque

A pressão de recalque é menor que a pressão de injeção. O material fundido é compressível, o que provoca uma queda na pressão. Durante o resfriamento, a pressão de recalque é aplicada até que o ponto de injeção se solidifique, a fim de evitar que o material retorno para fora da cavidade. Ela também ajuda a compensar a contração da peça, durante o resfriamento, pois introduz uma quantidade extra de material, proveniente do colchão.

  • Contra-Pressão

A contra-pressão é uma pressão exercida durante o retorno da rosca a exercer uma maior força durante a sua retração. Ela permite que qualquer porção de ar existente entre os grânulos de plásticos na zona de alimentação da rosca seja expelido. Além disso, a contra-pressão melhora a mistura do material e a sua plastificação, produzindo um material fundido de consistência mais homogênea.

  • Pressão de Extração

Os extratores podem ser empurrados com um grau variável de força, criando, portanto uma pressão na peça que está sendo extraída. Se a força de extração é grande demais, os pinos extratores deixarão uma marca indesejável nas peças e, em alguns casos, os pinos extratores podem perfura-las, originando buracos.


Fatores que influenciam as pressões

Os fatores que influenciam as pressões são numerosos. A principal razão para aumentar a pressão de injeção pode ser o enchimento do molde. Isto depende da configuração da peça, construção do molde e das propriedades reológicas do polímero (facilidade em fluir). A seleção dos parâmetros de processamento e temperaturas do molde corretos pode facilitar as variações nas pressões requeridas. Um balanceamento correto entre estas variáveis deve ser alcançado e este é o desafio que o técnico tem para testar o seu conhecimento e demonstrar suas habilidades

O desgaste da máquina e do molde podem tornar os ajustes bastantes difíceis e, em alguns casos, variações de pressão não podem ser corrigidas com equipamentos defeituosos.


Tempos / Velocidades


Duração do Ciclo


Ciclo Longo:

  • Ciclos longos originam baixa produtividade e, conseqüentemente, custos mais altos.
  • Eles também aumentam o tempo de resistência do material no canhão, podendo causar degradação térmica (a menos que a injetora possua um comando que atrase o início da dosagem do material, após o final do tempo de recalque).
  • Ciclos longos podem provocar o resfriamento do molde. Parte do calor fornecido ao molde é dado pelo material derretido que entra nele. Em ciclos longos, a freqüência de injeção é reduzida, conseqüentemente o suprimento de material fundido / calor para o interior do molde torna-se menos freqüente.


Ciclos muito curtos:

  • Por outro lado, ciclos curtos podem provocar uma extração deficiente e também marcas causadas pelos extratores, já que a extração pode ocorrer enquanto a peça ainda não esta completamente solidificada.
  • Pela mesma razão, deformação e empenamento da peça podem ocorrer, já que a peça é empurrada para fora do molde ainda amolecida.
  • A contração não é bem controlada em peças prematuramente extraídas.
  • Altos níveis de tensão podem permanecer na peça.


Velocidades


Altas velocidades de injeção:

  • Quanto maior for a velocidade de injeção, mais rápido é o enchimento do molde; todavia, certos limites têm que ser observados. Velocidades muito altas criam um cisalhamento excessivo, o que pode causar degradação térmica, assim como uma viscosidade muito baixa no material, além de esguichamento, turbulência e fratura do material fundido na região do ponto de injeção.
  • Velocidade de injeção extremamente alta podem, algumas vezes, deslocar o material ao redor do ar que deve escapar do molde, impedindo que este alcance as aberturas por onde é removido, causando retenção de ar no molde e marcas de queima.
  • Altas velocidades normalmente causam mais desgaste, tanto na máquina quanto no molde.


Baixa velocidade de injeção:

  • Uma baixa velocidade provoca a solidificação do material fundido antes que as cavidades estejam completamente cheias, o que resulta na formação de peças incompletas.
  • Pode causar também linhas de solda indesejáveis, bem como linhas de fluxo e acabamento superficial ruim.
  • Se a velocidade não é rápida o suficiente, a peça demora mais tempo para ser preenchida. Isto pode gerar o risco do ponto de injeção se solidificar antes da compactação da peça e da aplicação da pressão de recalque.


Tempos

Quando se fala em tempos, as velocidades também estão incluídas, pois existe uma proporcionalidade entre velocidade e tempo.

O tempo de injeção refere-se ao tempo gasto pelo material para encher as cavidades de um molde. Ele é, em outras palavras, a velocidade com a qual o polímero escoa e enche o molde.

O tempo de recalque é simplesmente o tempo de aplicação da pressão de recalque, a fim de compactar o material do molde, até que o ponto de injeção se solidifique. A velocidade de abertura e fechamento do molde, extração, etc., controlam a duração do ciclo, ou seja, a produtividade do processo e o custo da peça moldada.


Tempo de residência:

O tempo de residência é definido como o tempo de permanência do material no canhão de injeção, desde a sua entrada no funil até o instante em que ele passa pelo bico de injeção. Ele se refere ao tempo em que o material está submetido ao aquecimento. Se o tempo é longo demais, vai ocorrer degradação térmica. O tempo de permanência do material no canhão depende da duração do ciclo e da razão entre a capacidade de injeção da injetora e peso total da moldagem.


Tempo de injeção:

O tempo de injeção deve ser tão curto quanto possível, a fim de reduzir a duração do ciclo, e encher o molde enquanto o polímero ainda está derretido (antes que ele comece a se solidificar).


Tempo de recalque:

O tempo de recalque é importante para manter o material sob pressão, até que o ponto de injeção se solidifique, evitando o fluxo reverso de material para fora das cavidades.


Tempo de resfriamento:

A eficiência da troca de calor entre fluido de resfriamento e o sistema depende da temperatura do material derretido e do conteúdo de calor do processo de troca térmica. O tempo de resfriamento é o tempo gasto para resfriar o material no molde e solidifica-lo, até um ponto em que possa ser extraído. É o tempo mais longo, de todo o ciclo. A configuração da peça, especialmente seções transversais grossas, exercem um importante papel na duração do resfriamento. Os controles de temperatura do liquido de refrigeração são também um outro fator importante.


Tempo e Velocidades de abertura e fechamento do molde:

A abertura e fechamento do molde normalmente são considerados como um tempo morto. Quanto mais rápido o molde abrir e fechar, mais rápido é o ciclo. É importante levar em consideração a extração da peça, assim como a retração dos pinos extratores. Isto, evidentemente, pode limitar a velocidade.


Tempo e Velocidade de retração da rosca / R.P.M.:

Uma velocidade de rotação da rosca (r.p.m.) alta pode causar um cisalhamento excessivo e degradação térmica. Uma retração muito lenta é indesejável, pois é um desperdício de tempo do ciclo e energia. Contra-pressões altas normalmente desaceleram ou até mesmo interrompem o recuo da rosca.


Duração Total do Ciclo:

A duração total do ciclo corresponde ao tempo total gasto para completar um ciclo, entre dois fechamentos sucessivos do molde.


Problemas e possíveis soluções

Rebarba
  • Alinhar o molde
  • Aumentar tempo de injeção
  • Diminuir a temperatura da massa
  • Diminuir a pressão de fechamento do molde
  • Diminuir a pressão de injeção
  • Diminuir a velocidade de injeção
  • Diminuir degasagem do molde
  • Usar injetora com maior pressão de fechamento
  • Usar resina co menor índice de fluidez
Moldagem incompleta
  • Aumentar a pressão de injeção
  • Aumentar a temperatura da massa
  • Aumentar a temperatura do molde
  • Aumentar a temperatura no bico de injeção
  • Aumentar a velocidade de injeção
  • Aumentar número de canais de fluidez
Adesão do canal primário
  • Ajustar as conexões dos canais de injeção
  • Ajustar os assentamentos do molde
  • Aumentar o ciclo de injeção
  • Aumentar sistema de degasagem do molde
  • Diminuir a alimentação de resina
  • Diminuir a contrapressão
  • Diminuir a pressão de injeção
  • Diminuir a temperatura da massa
  • Diminuir a temperatura do bico de alimentação
  • Inspecionar alimentação de resina, se não há obstrução
  • Rever desenhos dos canais
  • Usar resina com maior índice de fluidez
  • Verificar entupimento nos canais secundários
  • Reduzir a temperatura do molde
  • Usar bico alimentação com diâmetro ajustado
Empenamento após remoção da peça do molde
  • Aumentar o "ciclo"
  • Melhorar o resfriamento do molde
  • Mudar o tipo de resina em uso
  • Reduzir alimentação de resina
  • Uniformizar a temperatura do molde
  • Usar resina com índice de fluidez maior
  • Verificar desenho da peça
  • Verificar desenho dos canais de injeção
  • Verificar sistema de extração
  • Verificar temperatura da massa
Marcas no molde
  • Ajustar temperatura do cilindro
  • Aumentar a temperatura da massa
  • Aumentar a temperatura do molde de injeção
  • Aumentar a temperatura do molde
  • Aumentar a velocidade de injeção
  • Limpar rosca e canais de alimentação
  • Usar resina com índice de fluidez maior
  • Verificar pressão de retorno
  • Verificar se a resina não está contaminada
  • Verificar umidade na resina
Superfície rugosa ou arenosa
  • Aumentar temperatura do molde
  • Reduzir pressão de injeção
  • Verificar desenho da peça
Peças frágeis ou quebradiças
  • Ajustar a pressão de injeção
  • Ajustar vazão de alimentação
  • Aumentar a temperatura da massa
  • Aumentar a temperatura do molde
  • Aumentar o tempo do ciclo
  • Aumentar espessura das paredes da peça
  • Eliminar cantos com ângulos retos
  • Limpar máquina e acessórios
  • Reduzir pressão de retorno
  • Utilizar resina com menor índice de fluidez
  • Verificar contaminação na resina
  • Verificar desenho da peça
Linhas visíveis em secções grossas
  • Aumentar temperatura da massa
  • Aumentar temperatura do molde
  • Aumentar velocidade de injeção
  • Diminuir pressão de injeção
  • Verificar contaminação de óleo ou água
  • Verificar se há contaminação na resina
  • Verificar umidade na resina
Contração excessiva
  • Aumentar a pressão de injeção
  • Aumentar a velocidade de injeção
  • Aumentar diâmetro do canal de injeção
  • Aumentar o ciclo de injeção
  • Aumentar o resfriamento do molde
  • Diminuir temperatura da massa
  • Diminuir temperatura do molde
  • Usar resina com menor densidade
  • Usar resina com menor índice de fluidez
Delaminação
  • Ajustar a pressão de injeção
  • Aquecer área ao redor do canal de injeção
Baixa resistência na linha de solda de pinçamento
  • Aumentar a espessura na parede da peça perto da área
  • Aumentar a pressão de injeção
  • Aumentar a temperatura da massa
  • Aumentar a temperatura do molde
  • Aumentar a velocidade de injeção
  • Aumentar diâmetro dos canais de injeção
  • Aumentar o canal de injeção
Adesão da peça na cavidade Quebra sob tensão ambiental
  • Aumentar o ciclo
  • Aumentar temperatura da massa
  • Aumentar temperatura do molde
  • Diminuir a temperatura da massa
  • Diminuir carga de injeção
  • Eliminar ângulos retos na peça
  • Limpar a superfície de encosto
  • Melhorar a degasagem das cavidades
  • Reduzir a pressão de injeção
  • Reduzir a temperatura do molde
  • Reduzir o polimento do molde
  • Reduzir velocidade de enchimento da cavidade
  • Retirar cantos com ângulos retos
  • Usar resina com maior densidade
  • Usar resina com maior índice de fluidez
  • Usar resina com menor densidade
  • Usar resina com menor índice de fluidez
  • Verificar contaminação de óleo
  • Verificar degasagem
  • Verificar desenho dos canais e da cavidade
  • Verificar sistema de extração
  • Verificar vazão de alimentação
Brilho insatisfatório
  • Aumentar a pressão de injeção
  • Aumentar a temperatura da massa
  • Aumentar a temperatura do molde
  • Aumentar a velocidade de injeção
  • Melhorar sistema de degasagem
  • Polir a superfície do molde
  • Usar resina com maior densidade
  • Usar resina com maior índice de fluidez
  • Verificar fonte de contaminação
Peça incompleta – chupada
  • Aumentar a contrapressão
  • Aumentar alimentação da injetora
  • Aumentar a pressão de injeção
  • Aumentar a temperatura da massa
  • Aumentar a temperatura do molde
  • Aumentar canais de injeção
  • Aumentar o ciclo
  • Redesenhar a peça
  • Mudar o local do canal primário
  • Usar resina com diferente índice de fluidez e ou densidade


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