Análise Comparativa Entre a Instalação Térmica ou Ultrassônica de Insertos.

Introdução
O foco deste artigo está nos dois métodos de instalação de Insertos mais comumente utilizados em componentes termoplásticos: Instalação Térmica ou Ultrassônica.
Com o aumento da utilização de componentes plásticos em vários setores, os métodos de fixação destes têm se tornado cada vez mais importantes. Quando parafusos são instalados diretamente em componentes plásticos, podem ocorrer falhas em virtude das roscas de baixa resistência mecânica ou da deformação do plástico (plastic creep)1.

Em situações em que sejam desejadas juntas resistentes e roscas reutilizáveis, os Insertos Roscados oferecem as características necessárias. Antes de entrar em detalhes sobre as diferenças da Instalação Térmica e da Instalação Ultrassônica, é importante notar que existem outros métodos para a instalação de Insertos, conforme mostrado na Tabela 1.

A Instalação de Insertos após o processo de injeção (Pós-Moldagem), ao invés de fazê-la durante o processo, reduz os custos, encurtando o tempo de injeção. Com a Instalação Pós-Moldagem também são reduzidas a geração de descartes e as chances de ocorrerem danos ao molde em decorrência da movimentação dos Insertos. Como mostrado na Tabela 1, o processo de instalação térmica e ultrassônica só é viável em componentes termoplásticos. Os termoplásticos são sólidos à temperatura ambiente e podem ser refundidos algumas vezes, enquanto que os termofixos permitem uma única reação durante sua conversão do estado líquido para o estado sólido, não podendo ser novamente fundidos.

Tanto no método de instalação térmica como ultrassônica, o Inserto é inserido em um furo moldado ou perfurado, através da refusão do plástico ao redor do furo. A fixação é assegurada pelo plástico derretido que se aloja entre as saliências externas do Inserto (Figura 1). Um volume adequado de plástico deve ser deslocado para preencher completamente esses detalhes externos para que o inserto ofereça desempenho máximo após a solidificação do plástico. Uma maneira eficiente de se verificar a fluência adequada do plástico nas regiões recartilhadas e nos rebaixos do Inserto, é analisar uma seção transversal do Inserto instalado e identificar se os detalhes estão duplicados no plástico, como mostrado nas Figuras 2 e 3. É de suma importância garantir a fluência adequada do plástico nos detalhes do Inserto, pois isso determina o desempenho e resistência da junta.

Na Figura 3, o plástico não fluiu adequadamente nos detalhes de fixação, resultando em uma junta com desempenho inadequado.

Embora ambos sejam dependentes da fusão
localizada no plástico, os métodos de instalaçãotérmica e ultrassônica podem proporcionar um desempenho variável. Os dois métodos de instalação apresentam vantagens e desvantagens que devem ser consideradas antes de investir em equipamentos de instalação.

Descrições Gerais

INSTALAÇÃO DE INSERTOS ULTRASSÔNICOS

INSTALAÇÃO DE INSERTOS TÉRMICOS

Devido ao fato de que para a instalação térmica é necessário aquecer todo o Inserto e não apenas a interface metal/plástico, o material do Inserto deve apresentar excelente condutividade térmica (latão e alumínio são escolhas comuns). Isso permite que o Inserto transfira calor para o plástico de forma eficiente e retorne a sua temperatura original rapidamente após a instalação. Uma vez que o plástico atinge a temperatura de fusão, os detalhes de fixação do Inserto começam a ser preenchidos e o plástico logo se solidifica com o mínimo de stress induzido.

Principais Características, Benefícios e Limitações da Instalação Térmica e Ultrassônica de Insertos Visto que o tempo necessário para a instalação e o resfriamento do Inserto é mais curto, na instalação de um único Inserto sem pré-aquecimento, a instalação ultrassônica geralmente é mais rápida do que a instalação térmica. No entanto, o equipamento térmico que pré-aquece o Inserto oferece um tempo de instalação semelhante ao do equipamento de instalação ultrassônica. Além disso, por permitir a instalação de vários Insertos ao mesmo tempo, a instalação térmica permite um tempo de ciclo menor por unidade.

VANTAGENS DA INSTALAÇÃO ULTRASSÔNICA

• Ciclo curto para pequenos Insertos. A Instalação ultrassônica de Insertos menores (abaixo de 1/4″ de diâmetro externo) geralmente ocorre de forma mais rápida. Dessa forma, o tempo de instalação é inversamente proporcional ao tamanho do Inserto; • Possibilidade de reaproveitamento. Os equipamentos ultrassônicos são muitas vezes reutilizados ou convertidos de equipamentos de soldagem plástica para equipamentos de instalação de Insertos. • Intercambialidade – os tamanhos e as formas das
pontas ultrassônicas podem ser facilmente alteradas para acomodar Insertos de diferentes tamanhos.

DESVANTAGENS DA INSTALAÇÃO ULTRASSÔNICA

• Fusão insuficiente.

• Em virtude de deficiências na fixação dos componentes, o Inserto é muitas vezes inserido a frio. Isto ocorre por causa do amortecimento, em outras palavras, a capacidade de dissipação de energia mecânica. O efeito de amortecimento resulta em uma instalação deficiente, pois a energia mecânica não é devidamente distribuída ao redor do Inserto.
• Quando os Insertos são instalados rápido demais, não há tempo para que ocorra a fusão completa do plástico. Um problema comum com a instalação ultrassônica é que, muitas vezes, este método gera uma grande força de tração e deficiência na retenção do Inserto no plástico, podendo gerar falhas na montagem. Podem ocorrer falhas durante a instalação; todavia, no pior cenário, podem ocorrer falhas durante o uso do produto.
• As forças vibratórias aplicadas através da ponta ultrassônica são difíceis de controlar; muitas vezes, as peças são forçadas para dentro do furo antes da fusão do plástico. Os danos ao Inserto ou ao componente plástico podem ser graves. Embora sofisticados sistemas de controle possam ajudar a resolver este problema, eles chegam a quase dobrar o custo
  de um equipamento de Instalação Ultrassônica de Insertos.
• Pequenas variações no tamanho do Inserto e/ou furo podem ocasionar uma fusão deficiente, mesmo quando a velocidade de instalação éreduzida.

• Resíduos e Partículas metálicas. Resíduos e partículas metálicas podem surgir quando a ponta ultrassônica vibra contra o Inserto, desbastando seu material.

• Ruído excessivo. Problemas de ruído causado pelo contato de metal com metal (atrito entre a ponta ultrassônica e o Inserto). Quanto maior for o Inserto, mais alto será o ruído durante a instalação.

• Difícil instalação simultânea de vários Insertos. Torna-se muito caro, se não impossível, instalar vários Insertos ao mesmo tempo.

• Danos nos Insertos. Tanto a frequência incorreta quanto o movimento descendente aplicados de maneira indevida podem causar danos ao Inserto. Em alguns casos, a ponta ultrassônica pode causar danos às roscas do Inserto, impossibilitando a instalação do parafuso.

• Insertos sem cabeça. Aconselhamos cuidado especial na utilização de Insertos sem cabeça para garantir uma superfície de contato adequada entre o Inserto e a ponta. Do contrário, as roscas internas ficam suscetíveis a danos.

• As pontas ultrassônicas são caras e estão sujeitas ao desgaste sendo que a sua reposição é onerosa.

VANTAGENS DA INSTALAÇÃO TÉRMICA

• Confiável e Eficiente. Graças às baixas forças de instalação, é possível inserir Insertos em componentes plásticos com paredes finas, que seriam destruídas por um equipamento ultrassônico. Com configurações de temperatura, força e profundidade confiáveis e ajustáveis, pode-se projetar a instalação de um inserto para a resistência ao torque e extração desejadas.

• Ausência de ruído. O funcionamento silencioso elimina o ruído associado à instalação ultrassônica.

• Maior economia. Equipamentos de instalação térmica são cerca de 50% mais baratos que equipamentos semelhantes de instalação ultrassônica, pois são menos complexos e não exigem tantos componentes. O processo de instalação térmica consiste na utilização de uma ponta aquecida e na aplicação pneumática de uma mínima força de instalação; A instalação ultrassônica demanda uma fonte de alimentação eletrônica, temporizadores de controle de ciclo, um transdutor de energia elétrica ou mecânica, e uma ponta ultrassônica.

• Fácil instalação em rebaixos profundos. Pontas térmicas de maior comprimento podem ser utilizadas para permitir a instalação em rebaixos profundos dentro de uma peça, que seriam inacessíveis para uma ponta ultrassônica.

• Versatilidade.

• O método de instalação térmica é extremamente adaptável. Aplicações que demandam diversos Insertos em vários planos podem ser executadas através de equipamentos de pontas múltiplas de Instalação térmica. Aplicações de baixo volume ou prototipagem podem ser executadas através de um equipamento manual de Instalação térmica.
• É possível utilizar uma vasta gama de tamanhos de Insertos com um mesmo equipamento, trocando as pontas térmicas intercambiáveis.
• Qualquer Inserto pode ser instalado – com ou sem cabeça.
• Os módulos de instalação térmica podem ser equipados com alimentadores vibratórios para que o operador não precise tocar fisicamente no Inserto durante todo o processo de instalação. Os Insertos são simplesmente carregados em um alimentador vibratório para então passar através do tubo de alimentação e chegar em uma câmara de aquecimento monitorado. Posteriormente, o operador posiciona o componente plástico no berço de fixação e aciona o equipamento para instalar o Inserto. A Alimentação automática é extremamente importante para pequenos Insertos, que são difíceis de posicionar e orientar.

• Manutenção mínima. Equipamentos de instalação térmica raramente precisam de manutenção (muitas vezes a manutenção é zero). Os custos de manutenção e reposição de peças são baixos.

• Melhor desempenho. Geralmente, espera-se melhor desempenho da instalação térmica graças ao “aquecimento total” do Inserto. Isto permite que o plástico fundido acesse todos os recursos de fixação. O desempenho de Insertos instalados por ultrassom é muitas vezes inferior, pois o plástico não é capaz de fluir totalmente nos detalhes de fixação. Isto se deve ao aquecimento superficial gerado apenas no ponto de interferência entre o Inserto e a articulação.

POSSÍVEIS DESVANTAGENS DA INSTALAÇÃO TÉRMICA
• Como o processo de instalação térmica de um único Inserto (quando o Inserto não é pré-aquecido) é ligeiramente mais demorado, esta diferença é compensada por suas diversas vantagens frente à instalação ultrassônica. A flexibilidade, eficiência, alto desempenho e menor custo da instalação térmica, tornaram este método a melhor escolha para
muitas aplicações que envolvem a instalação de Insertos em produtos plásticos.

Conclusão
Até 75% do desempenho de um Inserto é um reflexo direto de sua instalação, portanto, para maximizar seu desempenho, todos os fatores que influenciam a instalação devem ser cuidadosamente controlados. Com tantas combinações diferentes de tipos de Inserto, tipos de plástico e requisitos de desempenho, recomenda-se que os fabricantes trabalhem em
parceria com especialistas em fixação e montagem de Insertos. A escolha adequada do Inserto e do processo de instalação pode representar a diferença entre a falha do produto em campo e sua integridade por toda a vida útil prevista.

Fonte: Spirol.com.br