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Moldagem por injeção

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MOLDAGEM POR INJEÇÃOEditar

A moldagem por injeção é talvez o mais comum e importante de todos os processos de processamento polimérico. O processo é versátil e pode produzir peças em forma muito complexa. Enquanto as matrizes de moldagem por injeção são caras de produzir, cada matriz pode ser usada para produzir dezenas de milhares de componentes a uma velocidade muito rápida, de modo que o custo por peça é muito baixo.

O sistema de resfriamento é composto de passagens no molde que estão conectadas a uma bomba externa, onde a água circula através deles para remover o calor do polímero quente.

Máquina de moldagem por injeçãoEditar

As máquinas de moldagem por injeção, também conhecidas como prensas, mantêm os moldes em que os componentes são moldados. As prensas são avaliadas por tonelagem, o que expressa a quantidade de força de aperto que a máquina pode gerar. Esta pressão mantém o molde fechado durante o processo de injeção.

A tonelagem pode variar de menos de 5 toneladas para 6000 toneladas, com os valores mais altos utilizados em relativamente poucas operações de fabricação.

Tal máquina de moldagem por injeção consiste em duas partes básicas, uma unidade de injeção e uma unidade de aperto. As máquinas de moldagem por injeção diferem tanto na unidade de injeção como na unidade de fixação. O nome da máquina de moldagem por injeção é geralmente baseado no tipo de unidade de injeção usada.

Tipos de máquinas de moldagem por injeção

As máquinas são classificadas principalmente pelo tipo de sistemas de direção que eles usam: hidráulico, elétrico ou híbrido.

HidráulicoEditar

As prensas hidráulicas foram, historicamente, a única opção disponível para os moldadores, até que a Nissei Plastic Industrial Co., LTD introduziu a primeira máquina de moldagem por injeção totalmente elétrica em 1983. A prensa elétrica, também conhecida como Tecnologia de Máquina Elétrica, reduz os custos de operação cortando consumo de energia e também aborda algumas das preocupações ambientais em torno da prensa hidráulica.

ElétricaEditar

As prensas elétricas mostraram ser mais silenciosas, mais rápidas e têm uma precisão maior, porém as máquinas são mais caras.

HíbridaEditar

As máquinas de moldagem por injeção híbridas aproveitam as melhores características dos sistemas hidráulicos e elétricos.

Molde de injeçãoEditar

O molde consiste em uma forma ou cavidade vazia na qual o polímero fundido é forçado a dar a forma do componente necessário. O termo geralmente se refere a toda a montagem de peças que compõem a seção do equipamento de moldagem em que as peças são formadas. Os moldes se separam em pelo menos duas metades (chamado núcleo e cavidade) para permitir a extração da peça; em geral, a forma de uma peça deve ser tal que não seja trancada no molde. Por exemplo, os lados dos objetos tipicamente não podem ser paralelos à direção de desenho (a direção na qual o núcleo e a cavidade se separam um do outro). As peças que são "semelhantes a balde" tendem a encolher no núcleo enquanto esfriam e, depois que a cavidade é puxada para fora, normalmente são ejetadas usando pinos. As peças podem ser facilmente soldadas após a moldagem para permitir uma peça oca (como uma jarra de água ou cabeça de boneca) que não poderia ser projetada fisicamente como um único molde.

Os moldes requerem: Engenharia e design, materiais especiais, máquinas e pessoal altamente qualificado para fabricar, montar e testar.

Tradicionalmente, os moldes têm sido caros de fabricar. Geralmente, eles eram usados apenas na produção em massa, onde milhares de peças estavam sendo produzidas. Os moldes são tipicamente construídos a partir de aço endurecido, aço pré-endurecido, alumínio e / ou liga de berílio-cobre. A escolha do material para construir um molde é principalmente uma das economias. Os moldes de aço geralmente custam mais para construir, mas sua vida útil mais longa compensará o custo inicial mais alto em um número maior de peças feitas antes do desgaste. Os moldes de aço pré-endurecidos são menos resistentes ao desgaste e são usados para requisitos de menor volume ou componentes maiores.

Os moldes de alumínio podem custar substancialmente menos, e quando projetados e usinados com equipamentos informatizados modernos, podem ser econômicos para moldar dezenas ou mesmo centenas de milhares de peças.

Considerações sobre o projeto de peças moldadas por injeçãoEditar

Existem várias considerações geométricas e de design para peças fabricadas por moldagem por injeção. Muitas dessas considerações resultaram em um grande conjunto de diretrizes para recursos geométricos no design. As duas maiores preocupações geométricas são (i) fluxo adequado do plástico para todas as partes da cavidade do molde antes de solidificar, e (ii) contração do plástico, resultando em vazios. Alguns exemplos da primeira preocupação incluem: se a espessura da peça é muito pequena, o fluxo de plástico é restrito devido ao alto atrito; outra orientação é que a seção transversal da peça não deve mudar abruptamente, uma vez que isso leva a um fluxo fraco. Quanto à segunda preocupação, as diretrizes incluem a manutenção de uma espessura uniforme da seção transversal em toda a parte.

O processo de injeção é garantir o bom desenvolvimento de um bom polímero fundido e enchimento suave, arrefecimento na configuração, de forma a atender aos requisitos para a produção de produtos de qualidade; no processo de injeção, os parâmetros de processo mais importantes são a temperatura (temperatura de fusão, temperatura da rosca, temperatura do molde), pressão (pressão de plastificação, pressão de injeção, pressão da cavidade) e o papel correspondente do tempo variável (tempo de injeção, tempo de resfriamento) e assim por diante. A seguir, será discutido os principais parâmetros e interações do processo.        

Temperatura do moldeEditar

A temperatura do molde deve ser controlada, devido parâmetros como acabamento da peça, tensões internas, contração e estabilidade dimensional. Para um controle eficiente, é preciso que os canais de aquecimento estejam projetados de maneira que se tenha uma distribuição uniforme de calor por todo o molde. Essa uniformidade da temperatura do molde é essencial para materiais cristalinos, para se ter uma boa uniformidade da cristalização do material e, assim uma boa estabilidade dimensional do moldado.

        No processo de moldagem por injeção, a temperatura do molde é o controle do meio de refrigeração (geralmente água), que determina a taxa de resfriamento da massa fundida de plástico. Quanto menor a temperatura do molde, mais rápido será o resfriamento, e a temperatura de fusão diminui mais rapidamente.

        Para os plásticos cristalinos, devido temperaturas mais elevadas que conduzem à cristalização, a temperatura do molde pode melhorar a estrutura do produto, da densidade ou cristalinidade.

Pressão de injeçãoEditar

Para preencher a cavidade do molde com o material plástico fundido, é preciso uma pressão de injeção. A intensidade de dessa pressão de injeção depende de fatores com:

Tipo de material – material com viscosidade maior, mais difícil será o preenchimento da cavidade, portanto será preciso uma pressão maior para fazer o material fluir e preencher a cavidade do molde.Editar
Temperatura do molde – a influência da temperatura do molde é que quanto maior a temperatura do molde, menor a perda de temperatura do material no preenchimento da cavidade.Editar

De modo geral, para determinar a pressão de injeção ideal, inicia-se  a injeção com pressão baixa e aumentar gradualmente até se obter peças de boa qualidade.

Tempo de ciclo  

Esse tempo deve ser o menor possível e seguir este cálculo:

T(c) = T(inj) + T(resf) + T(cs) ;

  • T(c) = Tempo total de ciclo;
  • T(inj) = Tempo de injeção;  
  • T(resf) = Tempo de resfriamento;
  • T(cs) = Tempo de ciclo em seco:

Tempo de injeção  

  • Está relacionado o preenchimento completo do molde;
  • Gira em torno de 0,5 a 3(s);
  • É inversamente proporcional a pressão de injeção;

Tempo de resfriamento

É diretamente proporcional ao quadrado da espessura da peça. Já as suas demais dimensões não possuem grande influência no tempo de resfriamento e se inicia junto ao tempo de recalque.

T(resf) = (S2/αef.π2)ln(  (8/π2)x((T(inj)-T(m)/T(e) - T(m)) )

  • S = maior espessura da peça [mm];
  • T(resf) = Tempo de resfriamento [s];
  • αef = Difusibilidade térmica efetiva [mm2/s];
  • T(inj) = Temperatura inicial ( temperatura média do material ao final do preenchimento da cavidade) [°C];
  • T(m) = Temperatura média da parede da cavidade do molde [°C];
  • T(e) = Temperatura final ( temperatura média do moldado na extração) [°C];

Tempo de ciclo em seco

São os tempos necessários para a abertura, fechamento e extração

Força de fechamento

Força de fechamento é a força que a injetora faz para manter o molde fechado durante a injeção. Durante o processo, uma pressão atuará levando os plásticos em um estado "pastoso" para adentrar no molde e assim forçando as paredes das cavidades, o que tende a abrir o molde. Portanto, a força de fechamento sempre deve ser maior que a pressão máxima de injeção multiplicada pela área projetada, do contrário o molde se abrirá e acabará gerando rebarbas e perdas de calor no sistema de injeção, ocasionando alterações dimensionais. Todavia, o excesso de força também causa alterações no molde como desgaste, deformações nas cavidades, estiramento das colunas e deformação das placas fixas e móveis e se for muito além da ideal pode provocar a quebra de pinos extratores.

A força é calculada por:

Ff = A x P Ff - Força de fechamento(Kgf)

A - Área projetada (cm²)

P - Pressão na cavidade (Kgf/cm²)

Contra pressãoEditar

A contra pressão é a pressão que se opõe ao retorno da rosca durante a dosagem do material. Quanto maior essa contra pressão, mais dificuldade a rosca terá para retornar, causando assim, um aumento no cisalhamento do material.

Quanto menor o cisalhamento do material, melhor será as propriedades do material. Portanto, é recomendável utilizar baixa contra pressão, utilizando somente a contra pressão necessária para certificar que o material esteja livre de bolhas.

O ciclo de moldagem por injeção e a velocidade de injeção é obrigatório para completar um tempo conhecido como ciclo de moldagem por injeção, que inclui alimentação, aquecimento, enchimento, embalagem, tempo de resfriamento  e operações auxiliares, como o tempo de fechamento. No tempo de ciclo de moldagem por injeção, a velocidade de injeção e o desempenho de refrigeração dos produtos têm uma influência decisiva.

Pressão de recalqueEditar

Quando a peça está finalizada, tem-se início a pressão de recalque. Essa pressão de recalque tem como finalidade manter o material compactado até que ocorra a completa solidificação, para não ocorrer contração na peça. A intensidade da pressão e o tempo de atuação dependem de alguns fatores como:

Temperatura do molde: o molde muito quente dificulta a solidificação do material e então, aumenta a contração do mesmo, precisando assim, de uma maior intensidade e atuação da pressão de recalque.

Projeto da peça: peças com paredes relativamente grossas, dificulta o seu resfriamento, logo, é preciso controlar a pressão de recalque para poder atuar até a completa solidificação do material.

Velocidade de InjeçãoEditar

A velocidade de injeção é o tempo para preencher a cavidade do molde com o material fundido. Entretanto, para um menor tempo de injeção para preencher a cavidade do molde, maior será a velocidade de injeção. Assim, recomenda-se uma velocidade de injeção média - rápida evitando a solidificação da peça antes de terminar o processamento, pois caso isso ocorra causará falhas na peça.

Defeitos na moldagem por injeçãoEditar

A moldagem por injeção é uma tecnologia complexa com possíveis problemas de produção. Eles podem ser causados por defeitos nos moldes ou mais frequentemente por processamento parcial (moldagem).

VantagensEditar

  •       O molde requer menos manutenção e menos habilidade para configurar e operar.
  •       As mudanças de cor também são muito fáceis, já que todo o plástico no molde é ejetado com cada ciclo.
  •      Produção de peças com altas taxas de produtividade
  •      Produção de peças de grandes volumes
  •      Custo de mão-de-obra baixo
  •      As peças necessitam de pouco ou nenhum acabamento

DesvantagensEditar

  •      Moldes caros;
  •      Difícil determinação imediata da qualidade da peça.

Índice

Ver tambémEditar

BibliografiaEditar

  • Todd, Robert H; Dell K. Allen and Leo Alting Manufacturing Processes Reference Guide. Industrial Press Inc., 1994. págs. 240-245
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