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RESULTADOS CONFIRMAM, REVESTIMENTOS APLICADOS POR DEPOSIÇÃO EM CAVIDADES / MACHOS AUMENTAM A VIDA ÚTIL DOS MOLDES DE INJEÇÃO

Por: EROS DE ARAUJO NETO
        HERVÉ DELORME

Como e por que a produtividade e a vida útil de moldes de injeção são aumentadas com a aplicação de revestimentos superficiais metálicos por decomposição física ou química, são resultados mostrados à partir de alguns estudos feitos pelos autores. Os resultados obtidos nas situações analisadas foram a redução do tempo de ciclo, a maior durabilidade das ferramentas e a diminuição do número de ocorrências de defeitos, tanto nas ferramentas como também no produto final.

A melhoria continua da produtividade nas indústrias de materiais poliméricos assim, como nas demais empresas é fato relevante para se manter competitiva.As maneiras mais comuns para alcançar este objetivo, entre outras, são a redução dos tempos de ciclo, o aumento da vida útil das ferramentas ,a eliminação de paradas de produção para correção de defeitos, limpeza e substituição de componentes, realizar a troca de ferramentas, os ajustes e a manutenção com facilidade além de não utilizar desmoldante, lubrificantes ou agentes refrigerantes.

O ferramental é de fundamental importância dentro deste contexto para as indústrias de transformação de plásticos e borracha, pois é responsável por grande parte do ganho a ser conseguido.

Na maioria das vêzes, o molde pode ser considerado uma montagem complexa, composta de diferentes partes, na qual podemos encontrar dois grupos principais:

* das peças estruturais, que devem suportar os esforços provenientes de pressões de fechamento do equipamento e da pressão de injeção/conformação
* das peças conformadoras, que deverão suportar as pressões de moldagem e diferentes tipo de agressões , o que determinará também o seu desempenho.No caso de construção mais simples, muitas peças se situam nos dois grupos.

Influencias no trabalho da ferramenta e análise

No funcionamento dos moldes para plástico e borracha, podemos citar como principais agressões sofridas por eles:

· Agressão pelas partes móveis do molde, implicando o contato metal/metal, plástico/metal ou meta/plástico.

· A corrosão causada pelos produtos da decomposição de certos polímeros clorados, como, por exemplo, o PVC;

· O desgaste abrasivo, notadamente nos casos de processamento de materiais como maior carga de insumos altamente abrasivos, como fibras de vidro, minérios, etc.;

· O efeito diesel, resultante da detonação brusca de gases comprimidos, podendo conduzir à queima da superfície do molde, como mostrado na figura 1.

Os componentes submetidos aos diferentes mecanismos de desgaste são, essencialmente, representados por ejetores, injetores móveis, gavetas, buchas-guias, montagens moldes/porta-molde, peças móveis, etc.

Mecanismos de fadiga que condicionam grandemente o comportamento dos moldes e, notadamente, a duração da vida útil, os outros parâmetros têm igualmente uma participação muito importante no desempenho das ferramentas em serviço. A velocidade e a taxa de escoamento de um material em um molde, por exemplo, são em geral inversamente proporcionais ao valor do coeficiente de fricção observado entre o material da ferramenta e a superfície da peça moldada.

Uma das conseqüências deste parâmetro é evidente, pois condiciona diretamente a duração da fase de escoamento na moldagem, influenciando, assim, o tempo de moldagem e agindo diretamente sobre os custos na injeção. Importante também, são as interações físicas – químicas eventuais entre a superfície da parte “moldante” e os materiais moldados, especialmente colamento e adesão. Podem elas ser responsáveis pelos fenômenos chamados de incrustação e podem ser observadas entre grandes partes dos materiais (termoplásticos, elastomeros, metais, etc.)

Para êstes casos, as ocorrências de tais fenômenos de incrustação conduzem não somente ao aumento dos esforços de desmoldagem, mas também a uma degradação da qualidade dos produtos moldados. Assim como é de conhecimento notório, esta incrustação provoca a necessidade de limpezas periódicas da superfícies dos moldes, geralmente com a diluição química em um banho alcalino ou por ação mecânica, como microjateamento, por exemplo, impondo que:

· O material utilizado na construção do molde ou no seu revestimento seja quimicamente inerte perante os produtos utilizados para a limpeza da ferramenta;

A superfície do molde seja suficientemente resistente – dura – para não se degradar com os meios abrasivos utilizados.

Desnecessário ainda salientar que em ambos os casos, essas operações de manutenção provocam paradas da linha de produção, com repercussões diretas sobre os custos.


 

Uso de revestimento, aplicados às superfícies.

Clientes ao relatado, muitas empresas buscaram nas tecnologias de revestimento uma resposta essencial para resolver os problemas de desgaste e corrosão, com o objetivo de melhorar o escoamento do material no molde ou para facilitar a desmoldagem dos produtos transformados e , como conseqüência, melhorar a qualidade deles, diminuir os tempos de operação e de manutenção e finalmente, reduzir os custos de transformação.

Os tratamentos de nitretação e os revestimentos de cromo eletrolítico ou de níquel químico foram e são hoje largamente utilizados, há atualmente um emprego cada vez maior e mais generalizado de camadas duras, obtidas com a deposição física em fase vapor ( PVD, physical vapor deposition) e com a deposição química em fase vapor auxiliada por plasma (PACVD, plasma assisted chemical vapor deposition). Estas técnicas tem, notadamente, a vantagem de conferir microduzeras bastante altas, acima de 2.000 em escala Vickers, e de não modificarem o estado inicial da superfície do molde , por serem extremamente inertes quimicamente.As características dos principais revestimentos desenvolvidos para aplicação por PVD e PACVD (tabela 1), com o uso do método PEMS ( plasma enhanced magnetron sputtering, ou vaporização por magnetron intensificada por plasma). Cabe ressaltar alguns valores, conforme mostra a tabela: a baixa temperatura de aplicação dos revestimentos de DLC (diamond like carbon, ou carbono tipo diamante, que é um revestimento de carbono amorfo aplicado por PACVD a partir da dissociação de um gás contendo este elemento químico) e de nitretos de cromo,o baixo coeficiente de atrito do revestimento de DLC e a alta dureza do revestimento de nitreto de Titânio –boro.

Os revestimentos aplicados devido à sua natureza inerte, por PVD ou PACVD podem ser utilizados em moldes para a fabricação de embalagens ou de peças para uso alimentício, farmacêuticos, médicos ou cosméticos. No caso de revestimento de DLC, dispensa-se também, em algumas situações, a utilização de lubrificantes ou desmoldantes.

Aplicações e estudos de diferentes situações.

Caso nº1 Aplicação em componente montado :

O exemplo é de um componente montado de bucha/macho de um molde para injeção do bico com válvula de uma garrafa, resfriado a água, em aço AFNOR 35 NCD 16 (1.6747 – 30NiCrMo16-6), como na figura 2.
Sem revestimento era necessário um repolimento após um milhão de ciclos, devido ao fenômeno de degradação da superfície causado pelo efeito diesel observado, conforme a figura1.

Para inverter o fenômeno uma camada de 3µm de espessura de nitreto de cromo (Cr N) foi proposta e o aço original foi trocado por uma liga de cobre-berílio, permitindo, assim uma condutividade térmica muito boa, a ponto de suprimir o resfriamento com água. Graças à utilização da solução proposta, a degradação causada pelo efeito Diesel foi praticamente suprimida, retardando consideravelmente a deterioração e aumentando o espaçamento das operações de limpeza e repolimento de 1 milhão para 16 milhões de ciclos. A caracteristica mais atuante do revestimento, neste caso, foi a redução dos efeitos da queima superficial ao nível mais baixo possível.


 

Caso nº2 Aplicação em forma/matriz:

Neste caso temos a utilização de um molde em aço Z38CDV5 (DIN 1.2343 – 3CrMoV5)³, apresentado na figura 3, destinado à moldagem de colheres graduadas de polietileno, para aplicação farmacêutica( colher dosadora de medicamentos).
No caso da forma sem o revestimento superficial, os principais problemas encontrados eram o escoamento e o preenchimento da gravura pelo material durante a moldagem e a desmoldagem, devido à aderência do polímero na ferramenta.
Para melhorar a velocidade do escoamento do material e o preenchimento da gravura, foi proposto um revestimento de DLC com camada de 2 µm, aplicado por PAXCVD. O efeito do revestimento não só resolveu os problemas mencionados, devido ao baixo coeficiente de fricção, assim como proporcionou uma redução de aproximadamente 30% do tempo de ciclo de injeção.


 

Caso nº3 Injeção de um elastômero:

Neste caso a aplicação é relacionada à injeção de selos de borracha. Ainda que os moldes sejam revestidos com uma camada de cromo duro eletrolítico, eles necessitam de limpeza a cada 20 mil prensadas.
Desejou-se aumentar o espaçamento entre as paradas para limpeza, sem degradar a qualidade das peças, e foi proposta a substituição do revestimento por outro de nitreto de cromo (CrN), com 4µm de espessura, aplicado por PVD/PEMS(figura4).Graças ao emprego deste revestimento, foi possível realizar 100mil prensagens sem a necessidade de limpezas intermediárias, correspondendo a um aumento da duração de um fator de cinco vezes em relação ao método tradicional, com o uso de como duro.


 

Segue exemplo de mais aplicações/revestimentos.

Temos ainda apresentados outros exemplos de componentes de moldes com utilização de revestimentos aplicados por PVD/PACVD utilizados nos processos de injeção de plástico e borracha.

Incertos/machos/tubos:
Problemas: aderência do material e desgaste abrasivo (passagem de material).
Soluções utilizadas:DLC e Cr N, que aumentam a vida das ferramentas e permitem a melhora do estado da superfície das peças injetadas, com aspecto brilhante.


 

Bicos de Injeção:

Problemas; desgaste abrasivo.
Soluções : DLC e CrN, que podem ser aplicados sobre aço e ligas de cobre, como cobre- berílio, por exemplo, assegurando uma melhor condutividade térmica.Eles ainda possibilitarão o aumento da vida útil das peças.


Placas de suporte de moldes/guias/peças/móveis

Problema: fricção mecânica ( neste caso, metal/mteral) com desgaste prematuro devido a movimentos repetitivos.
Solução DLC, que possui um coeficiente de fricção bastante baixo, assegurando um bom deslizamento e uma diminuição importante do desgaste das peças em contato.O revestimento permite, em algumas situações, a utilização sem lubrificação ou a diminuição de necessidade destas.


 

Ejetores:

Problema: engripamento devido a impossibilidade de utilização de lubrificante.
Solução: o DLC é um revestimento auto – lubrificante e permite multiplicar a quantidade de peças injetadas.

Conclusão:

Os estudos e trabalhos citados mostram uma pequena parte das possibilidades de uso dos revestimentos aplicados por PVD ou PACVD na proteção das ferramentas de transformação de polímeros. Esta aplicação não se limita somente à proteção das ferramentas, mas também a outros componentes dos moldes e dos equipamentos usados durante o processo de transformação, proporcionando ganhos de produtividade.

Também há de se ressaltar que os ganhos proporcionados pela utilização de revestimento por PVD/PACVD serão percebidos rapidamente nas reduções de custos de usinagem de moldes em ligas de alumínio de alta resistência mecânica. Com grande variedades e recursos, a tecnologia está bem desenvolvida na adaptação do DLC para baixas temperaturas, podendo ser aplicado neste tipo de molde sem a perda de propriedades mecânicas.

Fonte: Revista Ferramental

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