moldes para injeçao de termoplasticos - julio harada

moldes para injeçao de termoplasticos - julio harada

(Parte 1 de 4)

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Este livro é uma obra simples e objeti- va, que enfoca com profundidade as técni- cas para a moldagem por injeção de terrno- plásticos.

Cada capítulo foi planejado para consti- tuir uma unidade expositiva completa e ri- gorosamente fiel à fórmuia pedagógica ado- tada pelo autor.

Assim, ele começa por conceituar os * materiais plásticos e as maquinas. A seguir discute o projeto do produto e em seguida o projeto do molde. Nos últimos capítulos ele trata dos problemas mais comuns na moldagem, das técnicas para obtenção de ciclos mais rápidos e dos problemas e solu-

ções decorrentes da contaminação das pe- ças plásticas.

E um livro texto para as escolas técni- cas e de engenhsuria e é uma leitura reco- mendada para projetistas de peças plásticas e de moldes, e também para os profissio- nais envolvidos com a injeção de peças e que estão interessados em se reciclar e atua- lizar e seus conhecimentos.

Jiilio Harada

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CopyrighP.9004 by Axrliber Editora Ltda.

Composjção eletrônjca: Sh

Imagem de capa: Art~-moUepdroni~d~j~bnrndopb en9w.u Polimd Itiduí&/S/A,

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&ordenação editorial: Eqap Ediforiol

Dados Internacionxis de Catalogagãn na Publicação (CTP)

(Câmara Brasileira do Livro. SP, Brasil) -

Handa, ]ilin Moldu pern injeçio & rumopldsucos: projetos e p&clpi<s bhsicos / Jiilio Harada. -- Sin Pauio: Artliber Edimrp. 2004.

1. Plásciccs - Modcin~m por injcçáo 2 Tcrrnoplisuccls I. Tída

Ídccs para ca&go sisrcrn6oco: 1. Moldes pars inieçáo: Termoptiscicos: Temdogia 668.423 2 Terrnoplísticos: Mdds pn injqáo: Tccnologia 66ô.423

Todos os direitos desta edição reservados i

Aictiber Editora Ltda.

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05083-010 - S90 Pado - SP - Brasil

Td: (1 1) 3832-5223 Fw.: (1 I) 3832-5489 inf@rhber.com.br w.artiiber.com.br

Obra selecionada - convênio Ardibu - ABPol ADPol Associação Bcasile'm de Polimeros

Caixa Postd 490 13560-970 - São Carlos - SP abpol~av.com.br / w.abpol.com.br

Dedico este trabalho à rninha esposa Fátima Regina e aos meus filhos Hugo Hajime e Mayumi Marcela.

In memorian: Edsoii C, Medialdéa

Podemos ser leigos no que diz respeito à plásticos, mas temos pleno conhecimento da força de vontade e perseverança do homem que escreveu este livro. Por isso, nos orgulhamos!

Mayumi, Hugo e Fátima Harada

Prefácio 2
Nota do Autor
1 . Introdu~ão à injeção

................................................................................... Prefácio 1

2.1 . Características
2.2 . Classif cação
2.3 - Componentes
2.4 -Contração

2 . Materiais plásticos

3.1Seleção ............................................................................
3.2 - Constituição
3.3 - Capacidade da máquina injetora
3.3.1 - Capacidade de injeção
3.3.2 - Capacidade de plastificação
3.3.3 - Forga de fechamento
3.3.4 - Pressão da injeção

3 . Máquinas de injeção

4.1Secagem ..........................................................................

4 . Dados técnicos para injeção

de qualidade
4.1.2 - Secagem com ar quente
4.1.3 - Secagem com ar seco
4.1.4 - Escolha da capacidade para o aquecimento do funil

4.1.1 - Secagem eficiente para obtenção de peças ............................................. 4.1.5 - Cálculo do volume do funil

4.1.7 - Controle de umidade
4.1.8 - Economia e eficiência
4.2 - Geometria dos materiais
4.3 - Lubrificação .. ... ...
4.4 - Temperatura de injeção
4.5 -Temperaturadomolde
4.6 - Pressão de injeção/recalque
4.7 - Tempo de injeção
4.8 - Ciclos de injeção
4.9 - Tolerância de dimensionais

............................. 4.1.6 - Tempo de secagem/tempo de espera

5.1 . Introdução
5.2 - Projeto de rosca
5.2.1 - Geometria geral da rosca
5.2.2 - Razão de compressão
5.2.3 - Comprimento da rosca
5.2.4 - Profundidade do canal
53 - Válvulas de retenção
5.4 - Controle da temperatura do cilinclro
5.5 - Velociciade de rotação da rosca
5.6 - Velocidade de injeção
5.7 - Conu-apressão ....
5.8 - Descompressão
5.9 - Rico de injeção ..... ...........................

5 . Plastificação do polímero

6.1 . Xntrodução
6.2 . Características técnicas e aparência do produto
6.3 . Desenho de produto e desenho de molde
6.3.1 -Contração
6.4 - Normas para o desenho do produto
5 - Estudo experimental

6 . Projeto de produtos

a qualidade do produto
6.7 - Projeto de peças
6.8 - Postiços /i ... e insertos .

6.6 - Reduqão de custo sem comprometer .- ... .............................................. G.9 -,~&sf~éhd;il~, ~(iodútg j

71Lnuodu~ào ......................................................................
72 - Considerações básicas
72.1 - Força de fechamento
72.2 - Pressão de injeção
7.2.3 - Capacidade da máquina
72.4 - Fluxo do materia 1 no molde
72.5 - Contraçâo
7.3 - Componentes do molde
74 - Bucha de injeção
74.1 - Características da bucha
74.2 - Dimensões
7.5 - Cavidades
75.1 - Introdução
75.2 - Materiais para cavidades
75.3 - Obstruções
75.4 - Conicidade
7.5.5 - Resistência das cavidades
75.6 - Deflexão das cavidades cilíndricas

7 . Projeto de moldes

o cálculo da resistência das cavidades
e do material para base de molde
75.9 - Dimensionamento dos calços
75.10 -Alinhamento das duas metades de um molde
7.5.1 - Disposição das cavidades
75.12 - Escolha do número de cavidades
7.6 - Coluna-guia e bucha-guia
7 - Pinos de extração
extrator ou pino de retomo
78 - Saídas de gases
79 - Classificação dos moldes
710 - Sistema de alimentação das cavidades
710.1 - Canais de distribuição
710.2 - Sistema de alimentação indireta

5 7 - Outras considerações possíveis para 15.8 - Dimensionamento do tamanho 7.1 - Pinos de retrocesso do mecanismo 710.2.1 - Entradas ..........................................................................

- Sistema de extração
- Sistema de extração por placa impulsora
- Sistema de extração por pinos
. Sistema de extração por camisa
. Sistema de extração por lâminas
Sistema de extração por açào retardada
. Sistema de extraçao por placa estracora
. Sistema de extração por tirantes
Sistema de extração por ar comprimido
Sistema de extração por núcleo rotativo
Tipos de molde
. Molde de injeção de duas placas
. Molde de injeção de três placas
Molde de injeção com partes móveis
-' / /R'e~fiianí~nts'do~hdde~ .,. <
.*~tnaí$dé . reftigeía $0-C: .................................................
. Métodos de refrigeração
. Resfriáinento com água;;
. Cálculo do resfriamenío com aguar
. Refrigeração a ar
. Materiais para construção de moldes
térmicos e de tratamentos de superfície
. Aços indicados
. Tratamentos térmicos indicados
Conclusão
. Aplicação de revestimentos depositados via PVD
o tratamento superficial um molde
. Problemas frequentemente encontrados em moldes
. Exemplos de aplicação de revestimentos
Conclusões
de moldes para injeção de plásticos
. O início do projeto

. Sistema de alimentação direta ........................... .. .......... . Seleção de aços, de tratamentos . Requisitos básicos necessários para . Diretrizes básicas para projeto . O projetista e a ferramentaria .................. ........ ................

de um molde para injeção de termoplásticos216

716.3 . Lista para elaboração de projeto

8.1 . Introdução 221
8.2 . Tensões internas 2

8 . Orientação (peças tensionadas)

9. 1 . Orientação rnolecular 225
9-2 - Tensões internas 232

9 -Análise da influência da orientação molecular

10.1 . Temperatura da massa plástica
10.2 . Temperatura do molde

10 -Efeito das condições de processo

do processo de injeção
10.3.1 - Empenamento
10.3.1.1 - Orientação diferencial
10.3.1.2 - Cristalinidade diferencial
10.3.1.3 - Resfriamento diferencial ........ ..
10.3.1.4 - Chupagem e vazios internos
10.3.1.5 - Linha de emenda fraca ........................
10.3.1.6 - Sobre empacotamento

10.3 - Efeitos oriundos do desbalanceamento

1.1 . Fase de preenchimento da cavidade do molde247
1.2 . Tempo de enchimento da cavidade 252
1.3 . Fase de pressurização 254
1.4 . Fase de compensação254
1.5 - Tempo e pressão de recalque 256
1.6 - Dimensionamento dos canais 257
de emenda 259
1.8 - Canais de distribuição balanceando o fluxo260
1.9 - Canais de distribuição balanceados artificialmente 261
1.10 - Canais de distribuição naturalmente balanceados 262

1 -Análise de preenchimento da(s) cavidade(s) do molde 1.7 . Canais de distribuição posicionando linhas 1.1 - Determinação das entradas de injeção ........................... 262

. Fluxo reverso265
. Entradas de injeção evitando fluxo reverso266
. Hesitação no fluxo268
. Entradas de injeção evitando hesitação do fluxo268
. Fluxo multidirecional269
fluxo unidirecional270
. Fluxos com velocidades diferentes270
. Fluxo instável272
Guias e defletores de fluxo 272

........................ . Entradas de injeção balanceando o fluxo 264 . Entradas de injeção proporcionando

12.1 . Introdução275
12.2 . Problemas de injeç2o277
12.2.1 . Injeções incompletas277
12.2.2 . Superfície opaca, sem brilho277
12.2.3 . Manchas de queimado278
12.2.4 - Chupado ou bolhas278
12.2.5 - Marcas de junção279
12.2.6 - Aderência no bico ou na cavidade279
12.2.7 - Marcas oblíquas, linhas prateadas, Mica280
12.2.8 - Rebarba na peça281
12.2.9 - Manchas pretas ou degradação da cor281
12.2.10 - Deformação ou contração excessivas282

12 . Problemas de moldagem 13 . Algumas técnicas para obtenqão de cicios mais rápidos

4.1 . Fase do ciclo I285
14.2 . Fase do ciclo I1286
14.3 -FasedocicloIII287
14.4 - Fase do ciclo IV287
14.5 - Fase do ciclo V288
14.6 - Fase do ciclo Vi288

14 . Condições principais do material plástico durante um ciclo na moldagem por injeção 14.7 - Fase do ciclo VI1 .............................................................. 289

15.1 . Introdução291
15.2 . Fatores que infiuem no projeto do molde292
15.3 . Condisões de moldagem296

15 . Rechupes: como evitá-los

transformadora de plásticos299
16.2 . Identificação do problema e a origem299
6 . Matéria-prima300
16.4 - Mgquina injetora e molde301
16.4.1 -Manutençãodamáquina301
16.5 - Depósito de materia-prima302
16.6 - Estufa302
16.7 - Limpeza da fábrica e do ambiente303
16.8 - Siscerna de circ~~laçào de ar303
e regranulado303

16 . Contaminação em peças plásticas. problemas e soluções 16.1 . Contaminação na indiístria 16.9 - Moinhos e depósitos de material moído Referências Bibliogrrncas ......................... .. ....................... 305

A constante evolução da tecnolc~ga de injeção de terrnoplásricos no Brasil, especialmente nos últimos dez anos, tem exigido pesados investimentos da indústria de transformac;ão muitas vezes em cen5rios ecnnômicos incertos e com retornos nem sempre viáveis.

O ciclo clc: renovação do parque de máquinas e de moldes para injeção de plásticos tem sido intenso, atingindo iim ritmo de cinco anos atualrnen te, ~iltrapassando significativamente longos períodos de dez a quinze anos que eram necessários à sua evolução durante os anos de

1950 a 1980. Esse desentrolvimento significa maior demanda por inves- timento nesses produtos e tambem na capacitaç,Jq trtiinarnento e atua- lizaqão da mão-de-obra.

Yesse contexto, a tecnologia de projeto e construção de moldes de injeçào de termoplásticos ganha destaque pelos avanços conceituais e pelos ganhos de efiçiencia e produtividade.

Este livro, editado com o apoio da ABPd - Associac;ão Brasileira de Polírneros, tem o mesito de mostrar de forma didatica e envciknte a dinimica dos conceitos tecnol6gicos utilizados no desenvolvimento dos moldcs de injeçaq empregando ilustrações e exemplos de grande visibilidade. Oferece leitura agradável mesmo quando toca em assun- tos mais complexos e técnicos, e certamente será de grande vãlia em cursos de treinamento e em programas de capacitação de recursos humanos na indiístria do plástico. Julio Harada, com a paciência com que um ourives lapida uma gema preciosa, ciediçou mais de vinte anos de sua profícua vida profis- sional na concepção, reali7aç3o e meticulosa revisão deste projeto, qiie merece a mais honrosa recomendação da ABPol.

13omingos Jcfelice Prrsidm& ABPoI- Associagão Brasileira 1- ~olímemx

Esta é mais lima puhliças;ào e~ecutada com esmero e precisão por urn profissional do mais alto gabarito. considerado pela indústria brasileira dos terrnopllásticos há mais de tnnta anos

Trabalhos como este abrem novos horizontes para a l-iusca de informações consolrdadas em moldes para transformaçfio de termo- plásticos. É um livro que serve também para transmitir e perpetuar o conhecimento e know-how adquiricios de forma prática neste vasto

mercado, não s6 brasileiro como rni~ndial.

Pub1icay;hes neste: formato e conteijdo sào muito escassas em noso ambiente de tmbalho. ?leste livro encontramos explicações simples e concisas sobre temas bastante complexos. permitindo assim a fácil assimilação para qualquer Iejtor, independenternence de siia formaçãci acadêmica ou prática. Para profissionais já ~nseridos neste ramo, como txansfor- rnadores, fabricantes de moldes, produtores de resinas ou usuários finais, esta publicação serve como unia excelente fonte de consultas para problemas do cotodiano.

O mercado de transformação de plástico no Brasil tem crescido nas últimas décadas de forma constante e promissora diferentemente do que ocorreu na área do ensino técnico regular que não conseguiu acompanhar o seu ritmo.

O fato da expansão do parque industrial de plásticos ser muito mais veloz do que o ensino possa prover aos profissionais capacitados em razão da ausência de literatura técnica especifica, principalmente em português, e a necessidade da formação de fontes de consultas, in- centivaram a elaboração deste trabalho.

Esta obra foi desenvolvida para a consulta de estudantes, técnicos, engenheiros e especialistas em transformação de plásticos, com o pro- pósito de cobrir a lacuna existente na orientaçâo da solução de proble- mas do dia-a-dia em injeção de peças plásticas.

Este trabalho não tem a mínima pretensão de esgotar um assunto, que se caracterim pela sua amplihlde e complexidade, nem colocar em dúvida qualquer teoria acadêmica ou prática de cada profissional, e sim de acrescentar a experiência de longos anos de trabalho no setor:

Um fato bastante importante é esclarecer que os textos e figuras foram baseados nos livros citados na bibliografia e catálogos de fabricantes.

Embora tenham sido tomadas medidas para se obter segurança na projeção dos dados técnicos, coeficientes, e parâmetros aqui mencio- nados, aconselho o leitor se baseie nos dados de seu fornecedor para diagnosticar a decisão final.

Há muito a fazer e se alguém não tomar a iniciativa, nada será rea- lizado em prol do desenvolvimento técnico brasileiro. Não queremos inventar a roda, apenas movimentá-la. 0s meus agradecimentos às empresas que colaboraram para a pre- paração desta obra, perrnihdo o uso de mformaçòes técnicas de seus catálogos, bem como fotos de seus produtos: BASF, Battenfeld, Brasimet,

Delkron, Monsanto, Romi e Wittmann. E também aos engenheiros Daniel A. Yuhara, Fernando M. Felicetti, Ney Kaiser, Paulo A. Santos, Paulo K. Vencovsky e Shun Yoshida, pela cessão de seus artigos, que foram adaptados para este livro.

Júlio Hamda São Paulo, fevereiro de 2004

Na diicada de 1940, a utilizaçao de peças injetadas de material pIás- tico restringk-se a produtos de, no mrixirno, alguns poucos gramas,

Com u crescimento do mercado devido h alta aplicabilidade desses pro- dutos, os pedidos aos transformadores paw.rarn a se concentrar em peças maiores e mais complexas.

Atualmente, tanos moldes com áreas projeradas de ate 9 m2e pecas pesando até 20 kg. Yos ultimos 25 anos, as aplicações desse tipo de pro- dcrto passaram de objetos mais simples, como brinquedos, por exern- pio, para componentes complexos prcjprios da indijscrkd deiroeletr8- nim, automobilistica, tmnsporre (caixas c pdetes, etc) .

Para acompanhar essa cwuluçào do mercado, ocorreu um rápido progresso dos equipamentos, que cvoluirm das primeiras máquinas a pistão, com capacidade máxjrna de 200 g, até atingir o formato de modernas máquinas com rosca e pré-plastificador, com capacidade para mais de 30 kg Os mo1 des, por sua vez, tamlgm .w sofisti aram tornando-se total- mente automáticos, com canais quentes, hses e componentes padro- ni~ados. Atualmente, a sua constniçào utiliza ligas de ago e programas çornputacionais qiie permitem dirnensionar tanto o moldç quanto os seus çomponen tes.

O futuro da injçc;ão C um desafio para toda a indústria. Um cres- cimento contínuo, bem como o sucesso de novas aplicações, requer a combinação de esforços envolvendo tanto transformadores e projetis- tas quanto Fabricantes de máquinas e macénas-primas.

Os materiais plásticos são compostos de resinas naturais ou sinté- ticas que, atravks de pressão e calor, podem fluir e adquirir uma forma determinada.

A definição oficial de "materiais plásticos'~ &vuigada pela SPE -

Society of Plastics Engineers (Sociedade dos Engenheiros do Plástico), dos EUA, é a seguinte:

Um grande e variado grupo de materiais, que consiste ou contém como ingrediente essencial uma substância de alto peso molecu- lar, que é sólido no estado final, e que em algum estágio de sua manufatura é suficientemente mole para ser moldado em várias formas, muito usualmente através da aplicação (sejam separadas ou juntas) de calor e pressão.

2.1 - Características

A maioria dos materiais plásticos é de natureza orgânica, tendo como principal componente o Carbono adicionado aos elementos Hidrogênio, Oxigênio, Nitrogenio e Cloro.

Como simples exemplos, damos a fórmula química dos polímeros mais consumidos e a base da matéria-prima do polimero, que são os monorneros:

20 MOLDES PARA INJEÇAO DE TERMOPLÁSTICOS

Polimero Monômero

Polietileno CH2 = CH2 Polipropileno CHZ = CH

CH3 Poliestireno CH2 = CH

Poli (clorato de vinila) CH2 = CH "PVC" I

Unidade repetidora i I

- CH2 - CH2.

- CHq - CH - l i

CH3 I - CHZ - CH -

2.2 - Classificação

Os materiais plásticos se classificam em dois grandes grupos: ter- moplásticos e termoestáveis.

Os termoplásticos têm como característica atingir o estágio de amolecimento ao serem aquecidos, podendo então ser moldados. Esta

troca de estado não altera sua estrutura química, o que permite que, uma vez resfriado, ele possa ser novamente aquecido e reaproveitado.

Exemplos de materiais termoplásticos: Polietileno de Baixa Densi- &de, Polietileno de Alta Densidade, Polipropileno, Poliestireno de uso geral, Poliestireno Alto Impacto, Policloreto de Vida, Poliamida (Nái- lon) e outros.

Aquecido Amolecido Esfriado Endurecido

Os temoestáveis possuem essa mesma propriedade de amolece- rem ao serem aquecidos, sendo posteriormente moldados. No entanto, esse processo leva a uma transforma~ão química em sua estrutura, o que não permite sua reversão ao estado original, impedindo, portanto, a sua reutilização.

Exemplos de materiais terrnoestáveis: Fenol-Formaldeido, Uréia- Forrnaldeído, Poliésteq Melarnina-Formaldeido e outros.

Aquecido Amolecido Esfriado Estado irreversível

Materiais plásticos 21

Tabela de características físicas e de transformação dos termoplásticos e termoestáveis mais conhecidos

Nome genérico

Nota: As variações no peso específico alteram-se de acordo com o tipo da carga incorporada ao material

2.3 - Componentes

Resina: l? o componente básico do material plástico e que lhe con- fere as principais características. propriedades. nome e sua classificação.

Carga: É um componente inerte e fibroso que é adicionado à resina a fim de reduzir o custo de sua fabricacào e melhorar as proprie- dades físicas, térmicas, quírnícas e elétricas do material. Nos materiais terrnoestáveis, sâo utilizados geralmente com massa, pó de madeira, mica, celdose, algodão, papel, asfalto, grafita ou pó de pedra, conforme

O caso.

Plastificantes: Sâo líquidos que fervem a temperaturas elevadas, entre 94°C e 205%. Sua k~ncão é melhorar ou facilitar o fluxo do mate- rial amolecido,

Lubrificantes: São produtos usados com a finalidade de facilitar a saída da5 peças dos moldes. Os lubrificantes mais comuns s5o: óleo de rícino, lanolina, óleo mineral, parafina, grafita e outros.

Corantes: Também chamados de pigmentos, são materiais que conferem ao produto a cor desejada.

Estabilizadores: Sâo elementos que impedem a deterioração dos materiais quando expostos 3 ação das intempéries e dos raios ultra- violeta.

Propriedades principais e comuns à maioria dos materiais plústicos: a Baixo peso especifico.

Baim condutibilidade elétrica e térmica. 8 Resistência mecânica aceitlivel, em geral menor que a dos metais, 2 exceção dos plásticos de engenharia que já se igua- lam em resistência aos metais.

Boa apresentação e acabamento. FaciIidade de moldagem.

Materiais plásticos 23

2.4 - Contração

Entende-se por contração ou encolhimento, a diferença entre as dimensões da peça injetada, após alcançar o equilíbrio térmico em temperatura ambiente, e o tamanho da cavidade em que a peça foi inje- tada.

Essa propriedade é característica dos materiais plásticos que, ao serem esfriados, se contraem, resultando num produto final menor que o molde original. Assim, o tamanho do molde a ser confeccionado a partir das dimensões do projeto deve levar em consideração a contra- ção do material. Para a maioria dos plásticos deve-se levar em consideração, para reduzir as contrações, as seguintes recomendações:

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