moldes para injeçao de termoplasticos - julio harada, Notas de estudo de Engenharia de Manutenção

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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

MOLDES PARAJNJEÇAO

DETERMOPLASTICOS

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CopyrighP.9004 by Axrliber Editora Ltda. Composjção eletrônjca: S h

Imagem de capa: A r t ~ - m o U e p d r o n i ~ d d ~ j ~ b n r n d o p ben9w.u Polimdd Itiduí&/S/A, E r t d a das Cam, 3.883, Adina Alwarcn~ci,09840-009,JüoBmardo do Gzmp, fP Te). 55 1 1 4358-7300, mm,polimoM rom, pmduto~p~drnold.iom.br

&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~mpor injcçáo 2 Tcrrnoplisuccls I. Tída

Í d c c s para ca&go sisrcrn6oco:

1. Moldes pars inieçáo: Termoptiscicos:Temdogia 668. 2 Terrnoplísticos: M d d s pn injqáo:Tccnologia 66ô.

Todos os direitos desta edição reservados i A i c t i b e r Editora Ltda. Av. Diógencs Ribeiro de L i m ~ 3. 05083-010 - S90 Pado - SP - Brasil Td: (1 1) 3832-5223 (^) Fw.: (1 I) 3832- inf@rhber.com.br www.artiiber.com.br Obra selecionada - convênio Ardibu - ABPol ADPol Associação Bcasile'm de Polimeros Caixa Postd 490 13560-970 - São Carlos - SP a b p o l ~ a v. c o m. b r / w.abpol.com.br

Prefácio 1 ................................................................................... Prefácio 2 ................................................................................... Nota do Autor^ ............................................................................

1. Introdu~ão à injeção^ ...........................................................

2. Materiais plásticos

2.1 .Características^ ..................................................................

2.2 .Classif cação ....................................................................

2.3 - Componentes .................................................................

2.4 -Contração .......................................................................

3. Máquinas de injeção

3.1 .Seleção ............................................................................

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^ .........................................................

4. Dados técnicos para injeção

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

4.1.1 -^ Secagem eficiente para obtenção de peças

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^ ......

4.1.5 - Cálculo do volume do funil.............................................

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

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 ............................................

5. Plastificação do polímero

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^ ....................................................

5 3 - 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 .............................. ... ...........................

6. Projeto de produtos 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^ ....................................................... 6.6 - Reduqão de custo sem comprometer

a qualidade do produto ...................................................

6.7 - Projeto de peças^ .............................................................. 6.8 - Postiços/i ... e insertos........................................................... .- ...

G.9 - , ~ & s f ~ é h d ; i l ~ ,~(iodútg j ..............................................

.Sistema de alimentação direta .......................................

• 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 d e 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 ..............................

.Seleção de aços, de tratamentos

térmicos e de tratamentos de superfície .............................

.Aços indicados ................................................................ .Tratamentos térmicos indicados ......................................

. Conclusão ....................................................................... .Aplicação de revestimentos depositados via PVD .......... .Requisitos básicos necessários para o tratamento superficial um molde .................................. .Problemas frequentemente encontrados em moldes ...... .Exemplos de aplicação de revestimentos ........................ . Conclusões ...................................................................... .Diretrizes básicas para projeto

de moldes para injeção de plásticos ...............................

.O início do projeto .......................................................... .O projetista e a ferramentaria .......................... ................

716.3 .Lista para elaboração de projeto

de um molde para injeção de termoplásticos .............. 216

8. Orientação (peças tensionadas)

8.1 .Introdução ...................................................................... 221

8.2 .Tensões internas ............................................................. 222

9 -Análiseda influência da orientação molecular

9. 1 .Orientação rnolecular .................................................... 225

9-2 - Tensões internas ........................................................... 232

10 -Efeitodas condições de processo

10.1 .Temperatura da massa plástica^ ........................................

10.2 .Temperatura do molde ....................................................

10.3 - Efeitos oriundos do desbalanceamento 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....................................................

11 -Análise de preenchimento da(s) cavidade(s) do molde

11.1 .Fase de preenchimento da cavidade do molde^ ...............^247

11.2 .Tempo de enchimento da cavidade ................................ 252

11.3 .Fase de pressurização ..................................................... 254

11.4 .Fase de compensação ................................................ 254

11.5 - Tempo e pressão de recalque^ .......................................... 256

11.6 - Dimensionamento dos canais ......................................... 257

11.7 .Canais de distribuição posicionando linhas

de emenda ..................................................................... 259

11.8 - Canais de distribuição balanceando o fluxo.................... 260 11.9 - Canais de distribuição balanceados artificialmente ......... 261 11.10 - Canais de distribuição naturalmente balanceados .......... 262

11.11 - Determinação das entradas de injeção ........................... 262

16. Contaminação e m peças plásticas. problemas e soluções

 - .Entradas de injeção balanceando o fluxo........................ - .Fluxo reverso - .Entradas de injeção evitando fluxo reverso - .Hesitação no fluxo - .Entradas de injeção evitando hesitação do fluxo - .Fluxo multidirecional....................................................... - fluxo unidirecional - .Fluxos com velocidades diferentes - .Fluxo instável - .Guias e defletores de fluxo 

• 12.1 .Introdução 12 Problemas de moldagem
  • 12.2 .Problemas de injeç2o
  • 12.2.1 .Injeções incompletas
• 12.2.2 .Superfície opaca, sem brilho
• 12.2.3 .Manchas de queimado
  • 12.2.4 - Chupado ou bolhas
  • 12.2.5 - Marcas de junção
  • 12.2.6 - Aderência no bico ou na cavidade
  • 12.2.7 - Marcas oblíquas, linhas prateadas, Mica
• 12.2.8 - Rebarba na peça
• 12.2.9 - Manchas pretas ou degradação da cor
  • 12.2.10 - Deformação ou contração excessivas
  • 4.1 .Fase do ciclo I ciclo na moldagem por injeção
  • 14.2 .Fase d o ciclo I1
  • 14.3 -FasedocicloIII
  • 14.4 - Fase do ciclo IV
  • 14.5 - Fase d o ciclo V
• 14.6 - Fase do ciclo Vi
• 14.7 - Fase d o ciclo VI1..............................................................
  • 15.1 .Introdução 15 Rechupes: como evitá-los
  • 15.2 .Fatores que infiuem no projeto do molde
  • 15.3 .Condisões de moldagem
    • transformadora de plásticos 16.1 .Contaminação na indiístria
  • 16.2 .Identificação do problema e a origem
  • 6 .Matéria-prima
  • 16.4 - Mgquina injetora e molde
  • 16.4.1 -Manutençãodamáquina
  • 16.5 - Depósito de materia-prima
  • 16.6 - Estufa
  • 16.7 - Limpeza da fábrica e do ambiente
  • 16.8 - Siscerna de circ~~laçàode ar - e regranulado 16.9 - Moinhos e depósitos de material moído
• Referências Bibliogrrncas

A constante evolução da tecnolc~gade 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, ~iltrapassandosignificativamente 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

N OTA AUTOR

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. 0 s meus agradecimentosàs 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

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 = CH Polipropileno CHZ = CH I CH Poliestireno CH2 = CH I

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

Unidade repetidora iI

• C H 2 - C H 2.
• CHq - C H - l

i CH3 I

• CHZ - CH - I

I I

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~ãoquímica 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 (^) irreversível Estado