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MOLDAGEM, CICLO E ETAPAS DE MOLDAGEM

Moldagem de plásticos por injeção

A palavra plástico significa capaz de ser moldado.

Os materiais plásticos são naturais ou artificiais, de origem orgânica, e podem ser moldados quando submetidos a determinadas condições. Seu componente básico é a resina, que pode ser classificada em termoplástica e termorrígida. Na moldagem das resinas termorrígidas, os componentes são misturados no molde ou na máquina e o endurecimento ocorre por meio de reações químicas, chamadas de reações de cura.

Na moldagem das resinas termoplásticas, a resina é plastificada (amolecida) no interior do cilindro pela rosca e injetada neste estado no molde. No interior do molde, ela é solidificada por meio de resfriamento e, portanto, não ocorrem reações químicas. As resinas termoplásticas tornam a moldagem simples e rápida por não sofrerem reações químicas durante a moldagem. Elas são utilizadas para produção de artigos de forma geométrica variada, suprindo, eficaz e economicamente, requisitos funcionais diversos. O método clássico de conformação das resinas termoplásticas é a chamada moldagem por injeção. Na moldagem por injeção, o material plastificado é forçado para o interior do molde onde, então, sofre solidificação.

Ciclo de moldagem por injeção

O ciclo de operação, durante a moldagem por injeção, compreende as seguintes etapas, ilustradas na figura:

1. Fechamento do molde;
2. Avanço da unidade de injeção (ou encoste);
3. Injeção, período em que a unidade de injeção permanece na posição avançada durante um tempo determinado em função da natureza do material, do tamanho e da forma do produto a ser moldado;
4. Recalque, onde é feita a compactação do material plástico para compensação da contração do mesmo no interior da cavidade do molde;
5. Recuo do canhão;
6. Dosagem do material a ser injetado;
7. Abertura do molde e extração da peça, após o produto moldado ter resfriado.

                                                   Imagem representação: Ciclo de Injeção

A máquina injetora é composta de uma estrutura, onde estão fixados o sistema de injeção e o sistema de fixação, abertura e fechamento do molde. No interior desta estrutura se encontra o sistema de acionamento hidráulico e o sistema de controle. O sistema de injeção é o responsável pela alimentação, plastificação e injeção do polímero.

Nesta unidade o polímero é alimentado pela tremonha ou funil até o cilindro de plastificação. No interior do cilindro de plastificação encontra-se a rosca e no exterior as resistências de aquecimento, subdivididas em diferentes zonas. A plastificação do polímero ocorre no interior dos filetes da rosca. O movimento de rotação da rôsca faz com que os grãos de plástico se atritem com a mesma e sofram aquecimento e cizalhamento. Assim, à medida que o material é transportado ao longo da rôsca, ele vai sofrendo a plastificação e vai se homogeneizando.

A rosca é subdividida em três zonas:
(1) zona de alimentação, em que a altura do filete é constante, devendo o material ser apenas transportado, não podendo sofrer deformação;
(2) zona de compressão, em que a altura do filete diminui progressivamente e o material sofre plastificação;
(3) zona de calibragem ou de homogeneização, onde o material já plastificado é homogeneizado.
A outra função da rosca é avançar para injetar e compactar o plástico no molde.

As zonas de aquecimento do cilindro servem para controlar a temperatura, sendo compostas de resistências elétricas que fornecem calor para compensar as perdas de calor do cilindro para o ambiente, tanto por radiação como por convecção, e para a máquina (por condução). A temperatura de cada zona deve ser regulada de acordo com o material, as características da ferramenta e as características da peça.

O sistema de fixação, abertura e fechamento do molde é composto de uma placa fixa, uma placa móvel, guias das placas (normalmente colunas), pistão hidráulico para abertura e fechamento da placa móvel e pistão do sistema extrator. Neste sistema, a parte do molde que recebe o plástico do sistema de injeção é montada na placa fixa e a parte do molde, por onde normalmente a peça é extraída, é montada na placa móvel. Em cada ciclo, a placa móvel se desloca em direção à placa fixa para fechar o molde, acionada por um pistão hidráulico.

Durante a injeção, a força de fechamento ou travamento do molde precisa ser suficiente para manter as duas faces do molde encostadas. Caso contrário, o material entrará na fresta entre as partes do molde e formará rebarba na peça. O sistema de extração também é acionado por um pistão hidráulico e pode ser movimentado durante ou após a abertura da placa móvel, dependendo das características da peça a ser extraída.

O sistema hidráulico é composto de bomba hidráulica, válvulas, pistões, motor hidráulico e outros. A bomba hidráulica fornece a pressão necessária ao óleo para mover os pistões e o motor. As válvulas recebem sinais do sistema de controle e permitem ou não a passagem de óleo, conforme a necessidade.

Etapas de moldagem da máquina injetora.
As etapas de moldagem da máquina injetora são descritas a seguir. Para iniciar o processo, o molde deve estar aberto, o canhão recuado e a tremonha abastecida, conforme ilustrado a figura. O primeiro passo é encher a unidade de injeção com resina plástica da tremonha (dosagem).

                                                             Inicio do processo de injeção: placas abertas e canhão recuado

O fechamento do molde é realizado pelo sistema hidráulico, que movimenta a placa móvel na direção da fixa.
A “velocidade de fechamento” é referente ao avanço da placa móvel da injetora no momento do fechamento do molde e deve ser ajustada de forma que o fechamento ocorra sem choques e para isto, há o recurso do “amortecimento de fechamento” que permite o avanço da placa rapidamente até atingir o micro que aciona o amortecimento quando então a velocidade será reduzida até o “limite de fechamento”, evitando assim, o choque, considerando que a velocidade de avanço baixa, pode gerar aumento no tempo de ciclo total.

O recurso do limite de fechamento informa para o comando da máquina o momento de aplicar a força de fechamento sobre o molde. No instante do fechamento entra em ação a “proteção de molde”, que é um recurso que possibilita o travamento da máquina, apenas se as superfícies de fechamento estiverem livres de peças injetadas ou partes metálicas, sendo que em máquinas com ciclos automáticos sem operador, pode ocorrer que uma peça fique presa na cavidade ou entre as placas do molde e, se o fechamento ocorrer pode acontecer danos ao molde.

A proteção de molde garante que a aproximação final entre as placas do molde seja realizada com baixa pressão e, é importante que na preparação de máquina seja observada a regulagem.

Primeira etapa do processo de injeção: Sistema hidráulico movimenta a placa móvel em direção à placa fixa (fechamento).

Com o molde fechado, ocorre o “avanço da unidade de alimentação” sendo que a velocidade de avanço do bico deve ser ajustada de forma a reduzir ao máximo o tempo de ciclo, sem, contudo, gerar problemas. Para o momento do encosto, o recurso do “amortecimento de avanço do bico” deve ser ajustado de modo a evitar um impacto entre o bico e a bucha de injeção evitando possíveis danos.

A pressão de avanço do bico”, exercida sobre a bucha de injeção, deve ser regulada pois, se a mesma for elevada poderá empenar as placas do conjunto e ainda, se a pressão de avanço do bico for baixa, poderá ocorrer o recuo da unidade de alimentação no momento da injeção provocando vazamento do material injetado (dificultando até extração do canal).



                                              Segunda etapa do processo de injeção: avanço da unidade de injeção (canhão).

Nesta fase dá-se o avanço da unidade de injeção (canhão), ocorrendo o encoste, conforme mostrado na figura. O “tempo de avanço do bico” deve ser sempre ajustado para a realização da operação de encosto do bico observando-se que se o tempo for elevado sem necessidade, aumentará o tempo de ciclo.

Em máquinas modernas o comando de injeção, impede que a unidade de alimentação injete material sem que o bico esteja devidamente encostado e ainda, dependendo das características do material que será processado, existe a opção de se produzir com o bico continuamente encostado sobre a bucha de injeção ou com a mesma recuando a cada ciclo.

Para a injeção de material plástico consideremos que o tempo de injeção, velocidade de injeção, e pressão de injeção são controlados independentes mas, relacionados entre si na busca de boas propriedades e visual para as peças. Com o bico já pronto em termos de regulagem, iniciamos o ajuste da “velocidade de injeção”, que procede ao avanço na rosca no momento da injeção.

A regulagem da velocidade de injeção é realizada por válvula hidráulica que controla o fluxo de óleo, fechando-se a válvula, ocorrerá uma diminuição e abrindo-se ocorrerá um aumento da velocidade de injeção.

A velocidade de injeção é de grande influência no processo podendo definir parâmetros dimensionais e visuais do produto e, é inversamente proporcional ao tempo de preenchimento da cavidade, pois, quanto maior a velocidade, menor o tempo de preenchimento da cavidade, sendo que o tempo de injeção programado no comando da máquina tem controle independente da velocidade de injeção.

Para a maior velocidade de injeção, mais rápido será o preenchimento da cavidade, maior o atrito entre a massa fundida e as paredes dos canais e das cavidades, aumentando, portanto a orientação das cadeias. Pode haver influência no tempo para eliminação de gases dentro da cavidade, na formação de rebarbas e marcas de fluxo devido a turbulência.

 

Terceira e quarta etapas do processo de injeção: avanço da rosca pelo sistema hidráulico, realizando a injeção por transferência e, em seguida, o recalque.

A pressão de injeção “ é utilizada quando o material plástico é injetado na cavidade do molde e tem uma influência direta nas características do produto. Esta pressão é obtida no manômetro da máquina no instante em que ocorre a injeção sendo que, consideremos ainda a pressão real de injeção que é a pressão na câmara de dosagem, além das perdas de pressão no bico e nos canais de distribuição do molde.

A pressão de injeção vai depender do tipo de material a ser processado, tipo de máquina injetora, temperaturas de plastificação , diâmetro do oficio do bico e características do molde (dimensões do sistema de alimentação). Sendo que uma pressão de injeção alta poderá compactar demais o material dentro da cavidade, dificultando a extração, originando rebarbas e ainda provocando um alto nível de tensões internas, ocasionando quebras e trincas. A pressão de injeção baixa poderá acarretar o não preenchimento da cavidade, peças com rechupe e provocar um acabamento irregular. É correto iniciar o processo com baixa pressão de injeção e aumentá-la progressivamente até atingir as características desejadas do produto.

No tempo de injeção, o fluído hidráulico provoca o avanço da rosca da injetora sob pressão controlada e se este tempo for curto, poderemos ter o não preenchimento da cavidade, pois não existe tempo suficiente par ao avanço da rosca ou pistão. Caso o tempo seja longo, a injeção é completada com o restante do tempo, para compactação da peça na cavidade. Equipamentos modernos oferecem a possibilidade de regulagem independente para o tempo de injeção e tempo de compactação.

A pressão de recalque” também conhecido como 2º estágio de injeção, atua sobre o moldado dentro do tempo de recalque, visando a compactação do material e a compensar o encolhimento por contração. Em equipamentos que possuem controle independente para regulagem da pressão de recalque, e a peça necessitada, deverá ser da ordem de ½ a 1/3 da pressão de injeção regulada e caso o equipamento não possua este recurso e a peça necessite do recalque, devemos então realizá-lo, através da pressão de injeção.

“O tempo de recalque “ é aquele programado para que a rosca continue mantendo a pressão sobre a peça injetada, a fim de evitar defeitos visuais e dimensionais na peça e normalmente é expresso em segundas e em equipamentos modernos pode ser regulado com aproximação de décimos de segundos. Se o equipamento não oferecer regulagem para o tempo de recalque, devemos recalcar a peça dentro do tempo de recalque.

Peças com paredes finas e com entradas capilares muito pequenas necessitam de pouco tempo de recalque, pois, logo após o preenchimento da cavidade, a entrada já se solidifica impedindo a ação do recalque sobre, o moldado e também, o recalque atuaria somente sobre os canais de distribuição.

Conforme o produto e suas características dimensionais ocorrem uma variação do tempo de recalque e da pressão de recalque. Há peças em que já se efetua o recalque na própria operação de injeção sem que haja necessidade de fazê-lo separadamente.

A “velocidade de dosagem” é a mesma com que a rosca retorna em rotação após o tempo de recalque, efetuando a dosagem. Algumas injetoras permitem uma regulagem específica dessa velocidade e em outras ela é uma consequência da regulagem da RPM da rosca e da contra pressão de dosagem. Esta “contra pressão de dosagem” é hidráulica e aplicada na parte traseira do atuador de injeção, que a rosca tem que vencer para poder retornar e ainda, tem influência diretamente na plastificação do material e deve ser regulada observando-se a temperatura da massa fundida.

A contra pressão possibilita homogeneizar a massa de material em estado fundido, homogeneizar também a massa de dosagem e a incorporação de pigmentos. Em peças técnicas de muita precisão, poderá ocorrer problemas com massas heterogêneas de dosagem, que podem ser resolvidos aumentando-se a contra-pressão.

Quinta etapa do processo: recuo da unidade de injeção (canhão), enquanto simultaneamente ocorre a refrigeração do produto.

Para conhecer o valor da contra-pressão, devemos acionar o nanômetro no instante da dosagem. O ponto de retorno da rosca é determinado pelo “limite de dosagem” ajustado.

Ao retornar, fica na extremidade da rosca a quantidade determinada de material que será utilizado na próxima injeção. A regulagem inadequada do limite de dosagem, poderá influir na aparência e nas propriedades do produto, observando-se que uma dosagem excessiva ocasionará peças com rebarbas, ao passo que, uma dosagem insuficiente provocará peças incompletas ou “chupadas”.

Nas injetoras o curso de dosagem possui uma escala, graduada, para referencias em próximas injeções.

Quanto maior o retorno, maior será a quantidade de material dosado e, é claro que quanto menor o retorno, menor será a quantidade de material dosado. Importante considerar que a rotação na rosca e a contra-pressão de dosagem devem ser reguladas em conjunto, objetivando o término da dosagem instantes antes do término do resfriamento.

Alguns materiais plásticos no estado fundido possuem a viscosidade muito baixa (principalmente as poliamidas e o PVC) e podem ocasionar problemas de processamento em função desta característica.

O recurso da descompressão nas máquinas injetoras surgiu para minimizar estes problemas, possibilitando um retorno rápido da rosca, sem rotação, no final do curso de dosagem. Desta maneira, a rosca descomprime o material fundido, acumulado na câmara de dosagem, aliviando a pressão interna e evitando o escorrimento do material pelo bico de injeção.

A “descompressão” ou também chamada “função Z” em alguns equipamentos possibilita por ação hidráulica, um retorno em rotação da rosca, independente de haver ou não material no cilindro de aquecimento. É também, a descompressão, uma etapa individual do ciclo de moldagem, podendo ocorrer o seu acionamento independente de qualquer outro comando. Considerando que este retorno no final do curso de dosagem sendo muito longo, pode causar um acúmulo grande de ar na câmera de dosagem, facilitando a oxidação da peça, devido aprisionamento de ar quente na cavidade.

 

Sexta etapa do processo de injeção: recuo da rosca, dosagem do polímero em conjunto com o movimento de plastificação.

O recurso do “recuo da unidade injeção” a cada ciclo, pode ser utilizado em alguns casos especiais de processamento como por exemplo , quando o material plástico fundido tende a escorrer pelo bico, obstruindo o canal da bucha de injeção e também nos casos onde a troca de calor entre o bico e o molde é prejudicial aos processos de moldagem. Para estes casos o limite de recuo do bico e a velocidade com que este recuo ocorrerá deve ser observada , objetivando-se reduzir ao máximo o tempo total de ciclo.

O “tempo de resfriamento” da peça inicia-se em paralelo à dosagem e ao recuo do bico, e neste período, a máquina fica totalmente parada, travada e na cavidade do molde ocorre a solidificação do produto. O tempo é ajustado em segundos e conforme equipamento até em décimos de segundo.

Consideremos que o tempo gasto com o resfriamento da peça, é o de maior influencia no tempo total de ciclo, daí a necessidade para os transformadores procurar reduzi-lo ao mínimo possível e com este objetivo, vários recursos podem ser utilizados na redução deste tempo. A circulação de água gelada no sistema de refrigeração do molde é um exemplo.
Se houver uma redução em excesso do tempo de resfriamento, poderão ocorrer peças com problemas dimensionais, geométricos ou com elevados níveis de tensões internas.

Para a abertura do molde é necessário o ajuste da velocidade ou vazão de abertura que é responsável pelo recuo da placa móvel da injetora, combinando-se a abertura do molde com o fim do tempo de resfriamento. Há de ser considerado o ajuste para se obter ciclos mais rápidos, porém, se gerar problemas de balanço na máquina de injeção.

Sétima etapa do processo de injeção: abertura das placas, acionada por sistema hidráulico.

O “amortecimento de abertura” é um recurso que possibilita um deslocamento à baixa velocidade da placa móvel da injetora, no início e no final do curso de abertura.

Este recurso possibilita que a abertura se inicie lentamente, até que as colunas do molde sejam extraídas das buchas do lado oposto, ou até que as gavetas existentes no molde possam recuar suavemente. A finalidade principal do amortecimento é a de evitar paradas bruscas da placa móvel no final do curso de abertura, que poderiam gerar balanço por inércia no equipamento, sendo o limite de abertura controlado por um sensor de final de curso para estabelecer o limite do retorno.

Tendo equipamento deve possuir este recurso. Com o molde aberto, deve ser observado se o espaço entre as duas metades é suficiente para a extração do produto, de forma automática ou manualmente.
O curso de abertura deve ser o necessário pois , um deslocamento muito grande da placa móvel provocará aumento no tempo de ciclo.

Para a “extração do produto” a regulagem da “velocidade de extração” só é possível para extratores com acionamento hidráulico sendo o mesmo, responsável pelo deslocamento da barra extratora da máquina, que faz o acionamento do sistema de extração do molde. O ajuste da velocidade de extração não deve permitir que a peça seja arremessada contra a outra metade do molde e que ocasionem marcas de extração no produto.

 


Parte final da última etapa do processo de injeção: extração da peça.

A “pressão de extração” também só é possível ser ajustada em equipamentos com extrator hidráulico e trata-se de força de atuação da barra extratora (da máquina sobre a placa impulsora do molde. A pressão ajustada , deve ser suficiente para deslocar a placa impulsora da extração até seu limite sem provocar trancos na placa impulsora do molde danificando-a. pelo curso de extração definido, ocorre o deslocamento dos extratores e também o produto injetado.

Este curso deve ser regulado cuidadosamente, pois, se for muito pequeno pode acontecer a não extração por completo da peça, e se for excessivamente longo, haverá perda de tempo e indicando falha no projeto do molde. Nem todos equipamentos permitem mas, existe a possibilidade de se realizar no momento da extração um, dois ou mais golpes da barra extratora sobre a placa impulsora do molde. Todo molde possui um curso de avanço do sistema de extração pré-definido, para possibilitar a extração total do produto injetado. A “extração repetitiva” é um recurso que permite uma maior segurança na operação de extração principalmente em moldes com muitas cavidades, onde devemos garantir que todas as peças sejam extraídas antes do início de um novo ciclo. A cada avanço da barra extratora, o sistema de extração do molde deve recuar novamente, auxiliado por molas ou por retorno mecânico.

Fonte: Apostila Ciesp e Dissertaçaõ de Ilka C. Fernandes de Souza Telles / PÓS-GRADUAÇÃO DE ENG. UFRJ

Hamilton Nunes

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