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A INFLUÊNCIA DA CONTRAÇÃO NA MOLDAGEM DE PEÇAS PLÁSTICAS

 

Contração em peças plásticas .

A contração é uma característica de toda matéria prima que durante resfriamento pós injeção, sofre uma deformação dimensional (volumétrica) no sentido de encolhimento. O material injetado com o resfriamento não conserva as dimensões da cavidade projetada e que foi 100% (totalmente) preenchida, alternando seu formato original de dimensional ao que foi projetado. O resfriamento lento favorece altas contrações. Com o resfriamento total e na temperatura ambiente esta mudança dimensional ocorrida em relação ao que foi projetado, nos revela uma diferença pela qual denominamos o valor de contração.

Uma boa análise pode sugerir algumas alterações para o controle da contração revendo-se alguns pontos que influenciam diretamente na injeção.

Quanto maior a densidade e temperatura da matéria-prima, espessura da parede do produto e temperatura do molde, maior a contração.
Já o ponto de injeção com boa área, um ciclo maior de injeção e uma maior pressão favorecem menor contração.
No projeto do molde há de se observar a espessura da parede do produto que quanto maior for mais retarda o resfriamento e o sistema de refrigeração, pois, se a velocidade do resfriamento for lenta favorece alta contração.

 

Processo da Contração .

Da mesma forma que todos os materiais ao serem submetidos a ação de calor tendem a aumentar de volume (expandir), o mesmo acontece com os materiais plásticos durante o processo de moldagem pois ,inversamente esses materiais se contraem quando submetido a ação de resfriamento. O plástico ao ser injetado formando o produto desejado, através do sistema de refrigeração ao encontrar com a superfície fria sofrera um processo inverso a plastificação endurecendo deixando o produto solido e com as mesmas características iniciais. O resfriamento acaba fazendo com que o produto se contraia , e a moldagem final do produto fica menor que o original do molde e por isso quando no projeto de moldes devemos prever a adição de uma porcentagem a mais sobre as medidas do produto citadas em desenho de produto.A contração de cada produto deve ser acrescentado corretamente (%) para que o produto tenha as dimensões finais corretas.

Este percentual deverá ser correspondente ao material a ser injetado que para maior segurança deverá ser informado pelo fabricante da matéria prima. Os valores indicados pelo fabricante são obtidos através de testes efetuados em condições específicas, e não possuem as mesmas condições particulares da máquina injetora utilizada , podendo haver variação dos valores de contração devido ao processo . A adição de cargas no material como, por exemplo, fibras de vidro, micro esferas de vidro e talco também alteram a contração .

Considerando-se a relação molde/produto final, devemos elaborar um estudo criterioso das dimensões das cavidades para obtermos o produto final dentro das especificações dimensionais pedidas em desenho de produto.Esta contração nos materiais plásticos é responsável pelo aparecimento de rechupes nas peças moldadas.

A contração é volumétrica, portanto todas as dimensões devem sofrer o acréscimo deste valor, podendo sofrer variações de acordo com o processo e o equipamento, a temperatura de trabalho e o empacotamento dado pela pressão de injeção e recalque pois ,são fatores que influenciam diretamente sobre as dimensões finais.

A contração do produto sempre ocorrerá por sobre o macho afastando-se da cavidade facilitando a extração, pelo fato do sistema extrator localizar-se do lado móvel e ainda por causa dos ângulos de saída, uma conicidade obrigatória para tornar possível a extração do produto dos machos.

Para determinarmos as medidas para o molde, devemos inicialmente jogar com as tolerâncias do produto, observando sempre que no macho as tolerâncias vão para mais e na matriz as tolerâncias vão para menos.

Existem estudos e tabelas variadas dos valores de contração dos mais diversos tipos de materiais sendo de maneira geral, expressos em porcentagem. Com este valor pré-definido, é possível prever-se o quanto a peça plástica irá encolher e perder no dimensional, dependendo do tipo de material utilizado e considerando-se também o projeto e condições de moldagem.


Tabela com Valores de contração de alguns tipos de plásticos .

Material    Sigla    Contração %
Polietileno de baixa densidade  PEBD 1,5 — 2,0
Polietileno de alta densidade PEAD 1,5 — 2,0
Polipropileno Homopolimero PPH 1,2 — 2,2
Polipropileno Copolímero PPC 1,2 — 2,2
Poliestireno Cristal PSC 0,3- — 0,6
Poliestireno de Alto Impacto PSAI 0,4 — 0,7
Copolímero de Acrilonitrila ABS 0,4 — 0,7
Butadieno e Estireno
Copolímero de Acrilonitrila e Estireno SAN 0,4 — 0,7
Poli ( Cloreto de Vinila ) Flexível PVCf 1,0 — 2,0
Poli ( Cloreto de Vinila ) Rígido PVCr 1,0 — 2,0
Poli ( Óxido de Metileno) Poliacetal POM 1.9 — 2,3
Policarbonato  PC 0,5 — 0,7
Poli ( Tereftalato de Etileno) PET 1,2 — 2.0
Poli (Tereftalato de Butileno ) PBT 0,3 — 1,2
Poliamida 6 PA 6 0,5 — 2,2
Poliamida 6.6 PA 6.6 1,0 — 2,5
Poliamida 11 PA 11 1,8 — 2,5
Poliamida 12 PA 12 —-
Poliamida 610 PA610 1,2 — 1,8
Poliamida c/ 30% fibra de vidro 0,3 — 0,6
Poli ( Fluoreto de Vinilideno) PVDF +/- 3

 


Tolerâncias dimensionais .

Para garantir as tolerâncias dimensionais solicitadas no desenho de produto é de muita importância na fabricação do molde e na produção das peças manter tolerâncias de variação na confecção das cavidades , considerando-se que é impossível obtermos peças usinadas com tolerâncias zero.Devemos prever os desvios no processo de usinagem das cavidades.

Em casos que temos tolerâncias pequenas podemos prever um sobremetal nas peças usinadas de forma que possa ser retirado material (aço) para possibilitar a adequação do molde após o exame dimensional do produto.

Para tal devemos executar os machos dentro das tolerâncias máximas e as cavidades dentro das tolerâncias mínimas.
A medida final do molde obteremos de acordo com a seguinte fórmula:

D=P+S

D = Dimensão final do molde em mm.

P = Dimensão do produto em mm.
S = Valor da contração em porcentagem (%).

Verifique o exemplo abaixo:
Material: Polipropileno
Contração: 0,4%
D = P + S

Para se obter uma constante e tornar os cálculos mais ágeis podemos usar:

 

X = (0,4/100) +1

Constante = 1,004

Tolerância = +/- 0,1

 

A importância da Operação de Recalque .
O recalque é uma fase do processo de injeção que se inicia imediatamente após a injeção do material no molde e consiste na aplicação de pressão extra na cavidade durante certo tempo. Esta pressão força a entrada de mais material para a cavidade do molde, minimizando a contração e o aparecimento de rechupes. É importante que o recalque seja aplicado até que o material tenha se solidificado completamente em toda a peça . Materiais plasticos amorfos apresentam menor contração que os materiais cristalinos (ou semicristalinos), além disso, solidificam no molde mais lentamente o que possibilita aplicar o recalque às peças por mais tempo, reduzindo a contração . A presença de aditivos no material pode influenciar a ocorrência de rechupes. Materiais reforçados apresentam menor contração ou tendência ao rechupe do que materiais não reforçados.
Aditivos como agentes de expansão podem evitar a formação de rechupes em peças espessas. Estes aditivos formam gases durante a moldagem que expandem o polímero fundido forçando-o contra as paredes do molde, o que atua como uma pressão de recalque interna ao material.

Sobrecompactação :

Este efeito ocorre quando uma porção do produto já está sendo compactada enquanto outras ainda estão sendo preenchidas.A sobre-compactação causa diferenças de contração volumétrica entre diferentes regiões do produto gerando distorções e empenamento;

O que fazer :

Aumentar ou reduzir espessuras para permitir um preenchimento balanceado;
Mover o ponto de injeção para uma região que permita comprimentos de fluxo similares;Dividir a cavidade em seções imaginárias e usar um ponto de injeção para cada seção; Remover pontos de injeção desnecessários.

 

 

Deformação ou contração excessiva :
Existem problemas que ocorrem durante a moldagem e um deles refere-se à “deformação ou contração excessiva”. Listamos aqui os itens que podem estar causando estes excessos.

Na máquina:

• Temperatura do material muito elevada;
• Temperatura do material muito baixa;
• Tempo de intervalo entre injeções muito pequeno/ ciclo curto
• Máquina abrindo ou pinos atuando de forma muito rápida.

No molde:

• Conicidade insuficiente;
• Extração do macho deficiente;
• Pinos extratores retiram a peça muito rapidamente ou não uniformemente;
• Temperatura do molde muito baixa;
• Espessura das peças não uniformes

No material:

• Fluxo muito rápido;
• Lubrificante externo em excesso ou não uniforme;
• Demora do material em solidificar;

A influência da Contração no Projeto do Molde.

Anisotropia é a indicação da contração diferencial da matéria prima em relação ao sentido de direcionamento de fluxo e sentido perpendicular .A instabilidade dimensional com a contração pode não ser uniforme em todo produto. A contração no sentido longitudinal e transversal do fluxo apresenta uma diferença que é pequena e na maioria dos casos nem é levada em consideração devido às dificuldades da definição do sentido do fluxo. O projeto do molde tem que observar as situações que se apresentam para o produto e trabalhar com valores compensatórios que permitam após injeção, um ajuste adequado do dimensional e não a falta de reserva para o mesmo (reservas de material nas cavidades e machos).

A homogeneidade de temperatura do molde nas faces da cavidade é um fator de muita importância pois , junto com a temperatura de processo, influência diretamente na troca de calor e na maneira e tempo como se solidifica a matéria prima durante a injeção .

O conjunto formado pelo ponto de injeção e a distribuição de pressão para dentro da cavidade também é responsável pela deformação irregular repetida.

Princípios para evitar deformação irregulares.
— Diferença de espessuras causa diferentes contrações
– — A contração é afetada pelo processo de injeção
— – Pressão diminui em proporção ao aumento da distância

 

Sistema de alimentação; 
Os canais de alimentação e ponto de injeção não devem se solidificar antes da peça. Caso isto ocorra a pressão de recalque não pode mais ser aplicada, aumentando a contração e a possibilidade de aparecimento de rechupes. Pontos de injeção sub-dimensionados aumentam muito o cisalhamento do material nesta região e, portanto, a temperatura do mesmo, o que aumenta a possibilidade de degradação do material, podendo aumentar a contração da peça. Além disso ponto de injeção muitos pequenos solidificam-se mais rapidamente.

Localização do ponto de injeção
É muito importante com relação ao ponto de injeção que eles estejam localizados na parte da peça que apresenta a maior espessura, dessa forma assegura-se que o recalque seja aplicado de maneira eficaz. É importante que a entrada da injeção sempre que possível ficar posicionada de forma que a peça seja preenchida da parte mais espessa para a menos espessa . Na injeção de material reforçado com fibra de vidro ou carregados com carga mineral requerem entrada 25% maiores que os tipos de uso geral .

Espessura da peça ;
Seções espessas têm maior tendência de apresentarem rechupes pois apresenta maior contração e são mais difíceis de recalcar, principalmente se estiverem distantes do ponto de injeção. Devem ser evitadas paredes muito espessas e diferença de espessuras nas peças (causam empenamento).

Temperaturas de processo ;
As temperaturas de processo e principalmente do molde, influenciam na contração das peças e no tempo de solidificação do material. Moldes mais quentes proporcionam uma maior contração, porém permitem uma aplicação do recalque mais eficaz. Materiais mais quentes também tendem a contrair mais durante a moldagem.

Peças sobressalentes ;

Em alguns casos, junto com a fabricação do molde, fabrica-se também pinos ou postiços com sobremetal para detalhes em que seja necessário o acerto de dimensionais rígidos e que indica ponto de centro a centro sendo que em alguns casos por exemplo é necessário a montagem de um pino oblongado para que após o resfriamento do produto com a compensação o furo desejado fique dentro da tolerância com o mínimo de deformação.

Utilização de insertos metálicos;

Quando da utilização de insertos metálicos, é importante observar-se que a contração do plástico pode chegar até cinco vezes mais que a do metal e a força desta contração agindo sobre o metal que tem maior resistência mecânica, pode causar o rompimento da matéria prima plástica. Importante então, considerar folgas de compensação para alojamento de insertos.A colocação de insertos exige uma técnica especial baseado no tipo de material plástico empregado e o efeito da pressão de moldagem requerida ,direção do fluxo de material plástico dentro da cavidade e a diferença de contração entre material plástico e o metal insertado .

Contração e Empenamento;

As cadeias moleculares, durante o processamento sofrem um grau variado de orientações e se o grau de orientação for excessivo, as conseqüências nas peças moladas serão perceptíveis

Estas cadeias moleculares orientadas desenvolvem tensões internas (no interior) nas peças pois, as cadeias sempre tendem a retornar ao seu estado original (memórias do polímero).

Este estado de tensionamento pode ser forçado tanto em polímeros amorfos como cristalinos, um efeito imaginável é que a resistência mecânica será diferente no sentido de orientação (maior resistência); quanto maior o grau de orientação, mais intenso será esse efeito.

Em resumo, a contração tenderá a ser maior no sentido da orientação que no sentido transversal. Essa diferença de contração será responsável pelo “empenamento” das peças.
As tensões induzidas por orientação podem causar produtos com:
– Redução da resistência mecânica, peças quebradiças;
– Redução da resistência mecânica, gerando peças que deformam como calor, antes da temperatura esperada.
– Redução da resistência química, com problemas de acabamento e sensibilidade à química.

Fatores diversos influenciam a formação de tensão durante a moldagem, desde o conceito do molde adotado até os parâmetros de todo ciclo de moldagem, sendo que já é sabido, que condições específicas terão de ser estabelecidas na prática para cada diferente peça.

Existem algumas possibilidades de reduzir o grau de orientação, entre elas estão manter a uniformidade de temperaturas nas diversas regiões térmicas (cilindro e molde). Com um bom sistema de refrigeração, preencher a cavidade rapidamente como ciclo de alimentação adequado. A refrigeração dos moldes com “água gelada”, tende a induzir tensões em muitos casos.
Em certos tipos de produtos, peças com comprimento bem acima das medidas laterais, costuma-se trabalhar com tempo de recalque e elementos.

Existe uma preocupação constante no desenvolvimento de componentes de material plástico para a obtenção de peças com excelentes propriedades mecânicas, visual e dimensional e de custo compensador, sendo que em muitos casos essas características não são atingidas devido ao empenamento.

O empenamento é resultado das deformações resultantes devido a contração diferencial da peça o que ocorre devido às diversas situações que envolvem molde, processo e matéria-prima.

Normalmente tem se utilizado de regras práticas para evitar problemas de empenamento, entretanto um aprofundamento se faz necessário para um atendimento completo dos requisitos do projeto.

Na previsão do comportamento do empenamento, técnicas de simulação (molflow) auxiliam, facilitando antecipadamente a análise do problema e ajudando na sua solução. Mas, a compreensão em detalhes desse fenômeno continua sendo uma busca constante.

Vários estudos vêm sendo feitos para melhorar o entendimento do fenômeno de empenamento e encontrar alternativas para eliminação do problema. Existem estudos correlacionados à tensão residual com o empenamento, que executaram análise numérica de encolhimento e empenamento em peças feitas de material amorfo moldadas por injeção, avaliando a tensão residual produzida nas fases de empacotamento e resfriamento. Outros estudos comparam os resultados de tensão residual previstas a partir de simulação com valores experimentais obtidos pelas técnicas de remoção de camadas. Um dos estudos verificou que para polímeros amorfos, o fator preponderante no empenamento é a diferença de temperatura entre as placas do molde, além de evidenciar que a previsão feita por programas de simulação é razoável para valores menores da diferença de temperatura entre as placas. Outros trabalhos utilizam os índices de correção e encolhimento obtidos experimentalmente para alimentar as informações do material a ser usado na simulação.

 

Observações na Moldagem.
Durante a moldagem, a temperatura do material deve ser alta o suficiente para possibilitar uma fusão homogênea. Se esta temperatura for baixa em excesso, ocorrerá uma fusão incompleta dando origem a diferentes graus de contração que podem promover problemas de rechupe na peça.

Em tempo de ciclo muito rápido resultará em extração de peças que não tenham sido resfriadas de acordo para conseguir manter uma estabilidade estrutural. Com ciclo rápido ocorre um alívio de tensão padrão e conforme as tensões são aliviadas, qualquer contração não uniforme resultará em rechupe e ainda não há risco de empenamento durante extração.
Se o pistão de injeção é recolhido antes da entrada fechar, o material terá o seu fluxo interrompido na cavidade do molde, causando uma baixa e não uniforme pressão na cavidade resultando em uma maior e não uniforme contração.

Se por algum motivo o material plástico se afastar da superfície do molde, ocorrerá a formação de um lençol de ar que funcionará como um isolador e a velocidade de resfriamento serão diminuídos. Neste ponto de isolação a temperatura conserva-se maior propiciando uma maior contração que pode levar à formação de rechupe e empenamento.

A perda de contato do material com a cavidade pode ser devido à saída de gases, velocidade de enchimento, pressão de injeção fraca e até a geometria da peça. Após ser feito um trabalho em cima desses pontos pode-se variar a temperatura do molde.


Programas com simulação de processo ajuda amenizar contração

O mercado exige prazo e qualidade e os fabricantes de moldes têm adotado a simulação do processo de injeção para antecipar etapas no projeto das ferramentas tentando redução de tempo na intenção de cumprir prazos de entregas. Atualmente, a ocorrência do empenamento está entre as principais preocupações na fase de projeto e na manufatura de componentes plásticos. O empenamento dificulta a obtenção das tolerâncias especificadas no projeto, resultando em perdas financeiras devido a problemas de manufatura e reclamações do consumidor. Usualmente a solução desses problemas depende do conhecimento prático do projetista ou técnico do processo de injeção .

Existem programas que fornecem soluções em todos os estágios do projeto, fabricação do molde e injeção da peça plástica, para melhorar a qualidade da peça moldada e o projeto do molde, assim como também otimizar as condições de processamento. Muitos problemas potenciais, tais como peças incompletas, localização indesejada de linhas de solda e aprisionamento de ar podem ser detectados antes da fabricação do molde. O software também calcula a contração volumétrica, densidade e distribuição da taxa de solidificação. Finalmente, estes dados podem ser transferidos para um módulo de análise de tensões, para calcular a contração e empenamento da peça moldada final.

Em uma simulação de injeção podemos interpretar alguns resultados referentes à contração. É necessário saber que existem alguns dados pré-estabelecidos e necessários para esta análise, baseado no tipo de matéria prima que se deseja trabalhar, pois as características dos mesmos apresentam e provocam diferenças. Neste caso para a análise de deformação utilizam-se até três modelos de contração possíveis:

Residual Stress (Teórico) que é baseado na tensão residual induzida pelo histórico de pressão e temperatura (sem dados experimentais);
Residual Strain (experimental) onde são utilizados coeficientes de contração obtidos em laboratório (com dados experimentais);
CRIMS (Residual Stress corrigido) onde utiliza-se também o coeficiente experimental. (com dados experimentais).

 

 

CONTRAÇÃO, influência no custo e qualidade 

O orçamento do molde de maneira geral é realizado por meio do preenchimento de um formulário específico, baseado na análise do modelo geométrico do componente injetado, e realiza-se uma previsão de horas de trabalho. Com as horas determinadas, tem-se o custo para o desenvolvimento do molde de injeção e antes de enviar para o cliente o orçamento, este é validado por um responsável. Em uma pesquisa realizada sobre sistematização , para tese ( Carlos Mauricio Sacchelli /Dez 2007) notificou se que as informações necessárias para a realização do orçamento do molde, são valorizadas entre 0 (para pouco importante) e 5 (muito importante) e observe a coluna das tabelas que representa a soma dos valores atribuídos na pesquisa por cada empresa, com a finalidade de se ordenar as informações .

Para as empresas portuguesas , a contração do material e o tipo de refrigeração são os itens mais importantes (fatores estes ligados mais a questão de qualidade do molde) ,seguidos do acabamento do produto, tipo de injeção , durabilidade e volume de produção( Tabela 1 ) .

Para as empresas brasileiras observaram se que o tratamento térmico, o número de cavidades e o material do molde são as informações mais importantes para a realização do orçamento , itens que possuem maior impacto no custo do molde ,(Tabela 2) .

                                                                                                                                

 

Observa-se pelos resultados apresentados nas Tabelas 1 e 2  uma diferença de prioridades em relação as informações entre as empresas portuguesas e brasileiras. Enquanto as empresas portuguesas se preocupam com a qualidade do molde em primeiro lugar, as empresas brasileiras consideram o custo o mais importante. Pode-se relacionar esta observação diretamente com o tipo de relação existente entre fabricante de moldes e clientes. Pois, enquanto as empresas portuguesas trabalham com parcerias a longo prazo (houveram relatos de fabricantes de moldes portugueses que possuem os mesmos clientes há 15 anos), as empresas brasileiras de componentes injetados se baseiam nos menores custos para determinar qual o fabricante que realizará o molde.

Fontes Pesquisadas:

Wikipédia / Apostilas Sociesc
Tese Abordagem comparativa entre as tecnologias de processo CIM e a tecnologia Convencional de uma empresa fabricante de moldes para injeção plástica( Carlos Maurício Sacchelli -Florianópolis, dezembro de 2007).
Apostila Ciesp Moldes para Injeção de Plásticos
www.wtaplastic.com.br

DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DO MOLDE

 

 

 

Publicação Autorizada ao Portal Moldes Injeção Plásticos

Hamilton Nunes da Costa

Matrizeiro Especializado em Moldes

Técnico mecânico

CREA 126.785

 

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