moldes de injeção

Injeção animação

Walter			CONTROLE DE SET UP
			Turno: A (   )  B (   )  C (   )							Hora inicial:
Data:			Trocadores:							Hora final:
Máquina:			Produto:
OP	CHECK LIST SET UP EXTERNO		CHECK LIST DO MOLDE QUE SAI				CHECK LIST DO MOLDE QUE ENTRA
1	1º	Ordem de produção / Etiquetas	1º	Retirar a última injetada c/ canal			1º	Içar e posicionar o molde na placa pelo anel de centragem e prender grampos do lado fixo. Conectar tomada de extração e comandos de machos
			2º	Preencher SSM com todas as observações necessárias sobre a Qualidade do produto / condições do molde. Guardar cópia junto c/ documentação técnica para análisar no retorno do molde
1	2º	Ficha Técnica
1	3º	Plano de Controle					2º	Prender varão extrator ao molde
1	4º	Molde está liberado na Ferramentaria?					3º	Fechar placa móvel em modo de segurança
							4º	Prender todos os prisioneiros ao molde
1	5º	O molde é compatível com a injetora?					5º	Trocar ponteira de injeção
							6º	Soltar talhas, retirar olhal e travas do molde
1	6º	Tem material estufado?	3º	Parar máquina, esgotar material e fazer limpeza			7º	Conectar mangueiras hidráulicas, pneumáticas e tomadas
2	7º	Anel de centragem / Expulsor / Pino de extração					8º	Testar micros de segurança: machos, gavetas e placa extratora
			4º	Desligar periféricos e aquecimento
							9º	Abrir molde, posicionar extrator e prendê-lo à injetora com a porca
2	8º	Controlador de câmara quente	5º	Posicionar robô para retirar máscara
							10º	Fazer ponto zero de fechamento, unidade de injeção e extração
2	9º	Travas / Olhais / Varão extrator	6º	Trocar máscara do robô e aplicar protetivo no molde
							11º	Fechar molde, abrir registros e verificar possíveis vazamentos de água, ligar termoleguladores e ajustar temperatura, verificar colisões de abraçadeiras e atrito de mangueiras com a carenagem da injetora
2	10º	Ponteira de injeção	7º	Desconectar mangueiras e tomadas
1	11º	Máscara para o robô
1	12º	Carrinho com ferramentas	8º	Retirar água do sistema
			9º	Fechar / travar molde e desconectar varão extrator			12º	Passar Ficha Técnica e testar abertura, fechamento, segurança de molde e sensores de macho e extração
1	13º	Talha / Moinho / Pallet c/ molde
			10º	Posicionar talha  e colocar olhal			13º	Ligar aquecimento do canhão e por ponto 0. Após aquecimento colocar câmara quente em stand-by
1	14º	Aquecedor de água	11º	Prender molde à talha
2	15º	Mangueiras: Hidráulicas e Pneumáticas	12º	Soltar grampos / abrir placa e içar molde			14º	Testar programa do robô passo a passo e, após estabilizar todas as temperaturas , injetar sem tempo de recalque, observar todas as furações e detalhes das  peças, se estiverem bem prenchidas, colocar tempo de recalque e injetar alguns ciclos para retirada de amostras
2	16º	Esteira/ Rampa	13º	Retirar varão extrator
2	17º	Balde para escorrer água	14º	Enviar molde, peças c/ canal e SSM para Ferramentaria
2	18º	Garras / Parafusos / Arruelas	15º	Limpar ponteira que foi retirada: interno e externo			15º
							16º
			Hora inicial			Hora final			OBS:
Trocadores	Desconectar mangueiras		:			:
	Soltar grampos		:			:
	Retirar/ colocar molde		:			:
	Prender grampos		:			:
	Conectar mangueiras		:			:
	Conectar parte elétrica		:			:
	Conectar sistema de machos		:			:
	Retirar/ colocar máscara robô		:			:
	Testar refrigeração		:			:
	Limpeza geral		:			:
Subtotal			:			:
Preparador	Verficar programa do robô		:			:
	Purgar cilindro de injeção		:			:
	Iniciar injeção		:			:			Try-outs
	Verificar comando de machos		:			:			:
	Canal de injeção preso		:			:			:
			:			:			:
Subtotal			:			:			:
Ferramentaria	Troca de postiços		:			:			:
	Troca de pinos		:			:			Supridores
	Abrir cavidades		:			:			:	Limpeza do sistema de alimentação
	Fechar cavidades		:			:			:	Aguardando matéria prima
	Polimento de cavidades		:			:			:	Aguardando estufar material
	Vazamento de água		:			:			:
	Acertar raio da bucha		:			:			:
Subtotal			:			:			:
Manutenção	Limpeza de filtro de água		:			:			:
	Vazamento de óleo		:			:			:
	Falta de ar comprimido		:			:			Auto controle
	Problema na máscara do robô		:			:			:
	Falha aquecimento do cilindro		:			:			:
	Falha sistema de machos		:			:			:
Tempo Total			:			:			:

Curso de Plásticos

INJEÇÃO

1          INTRODUÇÃO

A moldagem por injeção é um processo cíclico de transformação de termoplásticos e termofixos. As várias etapas do processo são executadas em uma ordem que se repete a cada ciclo, produzindo-se uma ou mais peças por vez.  As três etapas básicas da moldagem de termoplásticos por injeção são:

1)      Plastificação, para tornar o material plástico capaz de ser conformado.

2)      Preenchimento, Pressurização e Recalque, para que o material complete a cavidade do molde, seja comprimido até alcançar a densidade correta e mantenha-se pressionado contra as paredes do molde, reproduzindo sua forma.

3)     Resfriamento, para que o material solidifique dentro do molde, estabilizando a forma conseguida durante o recalque.

  Em termos gerais, o processo de injeção tem as seguintes vantagens em relação aos seus tradicionais concorrentes (sopro, termoformagem, rotomoldagem, compressão e transferência):

*         Ótima exatidão de forma e dimensão da peça injetada;

*         Possibilidade de formação de orifícios, estruturas  de reforço, colocação de insertos metálicos, obtendo-se peças para pronto emprego, sem a necessidade de operações posteriores; 

*         Superfície com aparência, acabamento e textura desejados;

*         Peças com as propriedades mecânicas inerentes ao material;

*         Alta produtividade, inclusive de peças com grandes volumes;

*         Aproveitamento de quase todo o material abastecido ao funil da máquina.

A máquina injetora é, na verdade o acoplamento de duas máquinas: uma extrusora modificada e um prensa. A unidade de injeção é, basicamente, uma extrusora monofuso, cujo cilindro de aquecimento conecta-se com o molde por meio do um bico. A principal diferença para a extrusora é o movimento axial (avanço e recuo) que o parafuso pode fazer. Já a unidade de fechamento é uma prensa, normalmente horizontal, usada para abrir e fechar o molde.

2          MATÉRIAS-PRIMAS

Praticamente todos os materiais termoplásticos e termofixos, tanto plásticos quanto elastoméricos podem ser processados por injeção. As máquinas e moldes são muito parecidos, embora com algumas modificações. Os moldes, por exemplo, devem ser resfriados para solidificar termoplásticos, mas aquecidos, para a reticulação e solidificação de resinas transformáveis em polímeros termofixos, como silicone, baquelite e borrachas de vários tipos.

A maioria das injetoras é projetada para a injeção de termoplásticos plásticos, com ou sem aditivos. É muito comum a injeção de plásticos de engenharia, como as poliamidas, poliésteres e poliacetais, reforçados com fibras-de-vidro, em percentuais de até 50%.

3          etapas do ciclo de injeção

Quando o parafuso gira, o material sólido proveniente do funil é arrastado contra a parede interna do cilindro de aquecimento.  Assim, a força de atrito criada aquece e empurra o material pelo canal, em direção à ponta do parafuso. Com o aquecimento por atrito e o calor proveniente das resistências elétricas que envolvem a parede externa do cilindro, aos poucos o material é plastificado, até que, próximo à ponta do parafuso, não restem mais partículas sólidas.

 Como o bico de injeção deve estar encostado no molde fechado e preenchido ou então fechado por uma válvula, o material plastificado não consegue sair do cilindro, e acumula-se à frente do parafuso. A pressão do material empurra o parafuso para trás, até que atinja uma posição pré-determinada pelo operador. Nesse ponto, o parafuso pára de girar e termina o processo de plastificação. A massa de material plastificado, que fica dosada entre o bico de injeção e a ponta do parafuso deve ser suficiente para preencher totalmente a cavidade e o canal de alimentação do molde.

Uma vez dosado, o material deve ser injetado, ou seja, transportado para a cavidade do molde fechado. O parafuso avança, como se fosse o êmbolo de uma seringa, criando a pressão necessária para que o material consiga passar pelo canal do bico de injeção, canal de alimentação do molde e ponto de entrada da cavidade e preencher a cavidade.  Como as paredes do molde possuem canais para circulação de água ou óleo, gradualmente a peça moldada e o material que fica no canal de injeção são resfriados. Após o preenchimento, ocorre o recalque: o parafuso é mantido avançado até que o ponto de entrada do material na cavidade seja solidificado. O resfriamento da peça injetada prossegue, e aos poucos a cavidade e o canal de alimentação solidificam-se por completo. 

Como durante o resfriamento o parafuso está ocioso e a prensa está fechada, a máquina pode aproveitar esse tempo para plastificar e dosar o material que será injetado no ciclo seguinte.  Uma vez solidificada e resfriada até uma temperatura em que não seja mais deformada, a peça está pronta para ser extraída. Realiza-se, então, o ciclo seco, que consiste das etapas de abertura do molde, extração (desgrudar a peça do molde) e fechamento. Terminado o ciclo, o material dosado é injetado, repetindo-se o ciclo até que se atinja a produção desejada.

Às vezes, é necessário que o bico de injeção mantenha-se afastado do molde de injeção durante o resfriamento e as etapas do ciclo seco (abertura, extração e fechamento). Para isso, após o recalque a unidade de injeção é recuada e novamente avançada imediatamente antes da etapa de injeção do ciclo seguinte. Materiais cuja viscosidade seja muito baixa vazam da unidade injetora quando esta está recuada. Por isso,  alguns bicos têm uma válvula, aberta apenas durante a injeção e o recalque.

molde fechado						abertura	molde aberto	fechamento
injeção	recalque	resfriamento					extração
rosca avança		dosagem  (rosca gira e recua)	*	tempo de residência do material no cilindro (rosca parada)
unidade de injeção avançada				**	unidade de injeção recuada			***

* descompressão (rosca recua hidraulicamente)

** recuo da unidade injetora (desencosto do bico)

*** avanço da unidade injetora (encosto do bico)

Figura 2 – Ciclo de injeção característico

4          MOLDES DE INJEÇÃO

Moldes de injeção têm duas funções principais: conformação do material plástico e estabilização da nova forma obtida. Essas funções são consideradas principais porque modificam diretamente as características do material plástico e, por conseqüência, as propriedades do produto injetado.  A conformação, ou moldagem acontece quando o material plastificado é pressionado dentro da cavidade do molde e a estabilização da forma (solidificação) ocorre pela troca de calor com as paredes do molde.

Quando o material plástico injetado na cavidade for um termofixo, a solidificação ocorre  por aquecimento. Neste caso o molde deve ser equipado com resistências elétricas. Entretanto, este manual, daqui por diante, considerará apenas a injeção de materiais termoplásticos, para os quais a etapa de estabilização da forma é cumprida pelo resfriamento do material plástico. 

 Além da moldagem  e do resfriamento, o molde ainda deve expelir o ar do interior da cavidade durante o preenchimento com material plástico, manter-se alinhado durante o processo e  permitir a extração da peça e dos canais de alimentação.

Para cumprir todas as suas funções, um molde de injeção possui diferentes conjuntos de elemento. Cada conjunto forma um sistema, com funções específicas:

*        sistema de alimentação è conduzir material plastificado até a cavidade;

*        cavidade è dar forma ao material injetado pelo sistema de alimentação;

*        sistema de ventagem è expelir o ar da cavidade durante o seu preenchimento;

*        sistema de resfriamentoè solidificar o plástico na cavidade;

*        sistema de extraçãoè destacar a peça injetada das paredes da cavidade.

Praticamente todos os moldes de injeção devem ter os sistemas citados acima. Entretanto, como a forma, tamanho, propriedades e qualidades das peças injetadas variam muito, existem vários tipos de moldes. O mais comum é o molde de duas placas, que será descrito a seguir.

4.1         MOLDES DE DUAS PLACAS

É o tipo de molde mais simples e mais conhecido.  Seus componentes e funções são detalhados pela figura 3 e quadro 1.

 

Quadro 1 – Principais componentes e funções de um molde de 2 placas.

	componente	função
1	placa base anterior	Montar o molde na placa fixa da injetora
2	bucha de injeção	Permitir a passagem do material plastificado da unidade de injeção para o interior do molde
3	anel de centragem	Alinhar o canal da bucha de injeção com o canal do bico de injeção quando da colocação do molde na máquina
4	placa porta-cavidade anterior	Alojar a(s) cavidade(s) do molde, que podem ser usinadas na própria placa ou fabricadas em placas menores encaixados (postiços).
5	pino-guia ou coluna-guia	Alinhar corretamente as 2 metades do molde antes da colocação deste na máquina e manter o alinhamento durante a injeção e o recalque; devem ser encaixados nas buchas da outra metade do molde.
6	placa base posterior	Montar o molde na placa móvel da injetora.
7	placa porta-cavidade posterior	Alojar a(s) cavidade(s) do molde.
8	placa de reforço	Dificultar deformação da placa porta-cavidades quando essa é fortemente pressionada pelo material plástico durante a injeção e o recalque.
9	placa de choque	Absorver impacto da placa porta-extratores, para não danificar a placa porta-cavidades.
10	placa porta-extratores	Alojar cabeça dos pinos extratores.
11	placa impulsora	Manter pinos alojados na placa porta-extratores e receber empurrão da barra extratora da máquina.
12	pino extrator	Desgrudar a peça da cavidade do molde (extração)
13	pino de retorno	Empurar placa porta-extratores para posição incial durante o fechamento do molde.
14	barra extratora	Empurar placa impulsora para executar a extração das peças; geralmente é parte da máquina, e não do molde.
15	bucha do pino-guia	Alinhar as duas metades do molde.
16	cavidade	Dar forma ao material plástico; é o espaço vazio no interior do molde fechado; tem a forma do produto, mas é um pouco maior, devido à contração que ocorre durante o resfriamento do plástico.

5          Máquinas Injetoras

Um dos primeiros equipamentos para injeção foi criado há mais de 100 anos por John Hyatt. Esta máquina consta de um cilindro de aquecimento com câmaras aquecidas à vapor, um bico para descarregar o material de um êmbolo acionado hidraulicamente para pressionar o material fundido. O material utilizado era o nitrato de celulose que foi desenvolvido por Hyatt. Devido a instabilidade do nitrato de celulose, Hyatt acoplou uma prensa hidráulica vertical ao lado de sua máquina a qual despejava o material fundido nesta prensa, com o molde fechado.

Após a invenção de Hyatt, este equipamento foi sendo aperfeiçoado até chegarmos nas máquinas injetoras dos dias atuais, em que os fabricantes procuram diversificá-las visando o desenvolvimento de máquinas que operem com a máxima redução de custos energéticos, oferecendo grande produção e uniformidade das peças injetadas.

5.1         evolução das injetoras

máquinas injetoras com pistão

A primeira máquina deste gênero foi a de Hyatt, já descrita. Para melhorar a uniformização da temperatura do material, foi incorporado um torpedo no centro do cilindro de aquecimento, à frente do pistão de injeção. 

Atualmente, este tipo de máquina só é empregado em algumas aplicações especiais.

máquinas injetoras com pré-plastificadores   parei aqui 26/04/010

Neste tipo de máquina, pouco utilizada hoje em dia, existe uma câmara de plastificação montada horizontalmente ou inclinada sobre o cilindro de injeção. Nestes  pré-plastificadores, o material é aquecido até cerca  de 20 a 30°C abaixo da temperatura ideal de injeção. O material pré-aquecido é então lançado no cilindro de aquecimento de propriamente dito, por um pistão ou uma rosca. Na seqüência, o pistão (êmbolo) do cilindro principal injeta sob pressão a massa plastificada na cavidade do molde.

Este sistema apresenta algumas vantagens sobre as máquinas de pistão:

*         Melhoria na homogeneidade térmica;

*         Emprego de menor pressão de injeção;

*         Velocidade de injeção mais rápida;

*         Temperaturas mais baixas no cilindro;

*         Maior capacidade de injeção e de plastificação.

máquinas de rosca recíproca ou rosca-pistão

Não possuem um pistão no cilindro de aquecimento e sim uma rosca (parafuso), semelhante à das extrusoras, para plastificar o material alimentado ao funil. Para que o material plastificado e dosado no cilindro (canhão) seja injetado, a própria rosca para de girar e avança com alta pressão, agindo como um êmbolo. 

Esta é a configuração de máquina mais encontrada atualmente, em diferentes níveis de sofisticação, tamanho e aplicações. Suas principais vantagens são:

*         Rápida plastificação do material plástico

*         Melhor homogeneidade na temperatura da massa fundida

*         Facilidade para plastificar materiais de alta viscosidade

*         Melhor aproveitamento de material recuperado

*         Menores perdas de pressão

*         Limpeza do cilindro mais rápida e eficiente.

5.2         Configurações de injetoras

As máquinas de moldagem por injeção horizontais são as mais difundidas, mas encontramos muitas máquinas de estrutura vertical, outras com a unidade de fechamento do molde na horizontal e o grupo injetor disposto verticalmente ou vice e versa.

Injetora horizontal  

Esta é a configuração mais utilizada. As unidades de injeção e fechamento são horizontais e em linha, para que a injeção do material seja efetuada por um canal perpendicular ao plano de separação do molde, e não mais pela superfície de fechamento, quando usa-se uma prensa vertical.

Injetora vertical

Utilizada para moldagem com insertos metálicos. A injeção do material é efetuada verticalmente para baixo, perpendicular ao plano de separação do molde.

Injetora a 90 graus

Tanto a unidade de fechamento quanto a de injeção são horizontais, porém, em posição angular, uma à outra.

Injetora em tandem

A máquina possui uma unidade de injeção lateral à unidade de fechamento, na qual são fixados dois moldes. A unidade de injeção alimenta os dois moldes ao mesmo tempo, duplicando a produção.

5.3         istema de acionamento dos movimentos

Máquinas hidráulicas: Assim como uma máquina de moer carne é acionada pela mão humana, os eixos de um automóvel são acionados por um motor a explosão e as facas de um liquidificador pela energia elétrica, a grande maioria das injetoras  movimenta seus elementos pela força do óleo.   Movimentos lineares são realizados por atuadores cilíndricos e os giratórios são feitos por atuadores rotativos (motores hidráulicos).

Máquinas Elétricas. Os movimentos rotativos são acionados diretamente por servomotores elétricos, enquanto os movimentos lineares são transmitidos do eixo do servomotor para o elemento móvel por intermédio de um fuso de esferas recirculantes. A velocidade dos movimentos é controlada pela velocidade de rotação dos servomotores. Embora as injetoras elétricas não sejam uma novidade, somente agora se tornaram economicamente competitivas, oferecendo, em relação às hidráulicas, as vantagens de maior precisão de posicionamento e controle de velocidade, menor nível de ruído, e maior facilidade de manutenção e limpeza.

Máquinas Híbridas.  Alguns movimentos são acionados hidraulicamente e outros por servomotores elétricos.

5.4         Principais componentes de máquinas-injetoras horizontais

As máquinas injetoras são a união de duas máquinas: uma para plastificar e transportar o material para o molde e outra para abrir e fechar o molde. Essas “máquinas” são chamadas de unidade de injeção e unidade de fechamento. Seus principais componentes e funções são apresentados a seguir.

Quadro 2 - Movimentos realizados pela injetora  para cumprir as etapas do ciclo de injeção.

função/etapa do ciclo	movimento
fechamento do molde	avanço da placa móvel guiado pelas colunas
travamento do molde		extensão total da braçagem para comprimir o molde
(para impedir a abertura do  molde durante a injeção)
abertura do molde	recuo da placa móvel guiado pelas colunas
extração	avanço da barra extratora
ajuste da altura do molde e da força de fechamento	avanço e recuo da placa suporte (movimenta todo sistema de fechamento. incluindo a placa móvel)
encosto do bico	recuo da unidade injetora
injeção	avanço do parafuso
recalque	avanço do parafuso
plastificação e dosagem	rotação do parafuso
desencosto do bico	recuo da unidade injetora

5.4.1        Unidade de Fechamento

Esta parte da máquina se assemelha a uma prensa, sendo composta, basicamente, por uma placa fixa, uma placa móvel, colunas, placa de extração, placa suporte e sistema de travamento.

Quadro 3 - Funções dos principais componentes de injetoras horizontais hidráulicas

componente	função
placa fixa	prender uma das metades do molde
placa móvel	prender a outra metade do molde
braços articulados	multiplicar a força do cilindro hidráulico para movimentar o molde e mantê-lo travado durante a injeção
placa suporte	suportar o sistema de fechamento e permitir seu deslocamento  para ajustar a altura do molde e a força de fechamento
colunas	guiar o movimento da placa móvel
painel elétrico	abrigar o sistema de controle da máquina (CLP), chaves contatoras, relés, fusíveis, etc..
bico de injeção	encostar unidade de injeção na bucha de injeção do molde, permitindo a passagem de material plastificado para o molde.
cilindro	abrigar o parafuso plastificador e
parafuso	plastificar e injetar o material.
resistências	aquecer o cilindro durante e após a plastificação.
funil	abrigar o material plástico (granulado ou em pó).
reservatório de lubrificante	abrigar graxa ou óleo de lubrificação das partes móveis da máquina.
motor elétrico	acionar a bomba hidráulica.
bomba hidráulica	retirar óleo do tanque, comprimi-lo e mandá-lo para os atuadores (cilindros e motores hidráulicos).
tanque de óleo	abrigar o óleo hidráulico e seu filtro de impurezas.
cilindros hidráulicos	movimentar as placas, parafuso plastificador, unidade injetora, placa extratora da máquina e outros elementos.
motor do parafuso	girar o parafuso plastificador; pode ser um motor hidráulico (atuador rotativo) ou um motor elétrico com redutor.

As funções deste conjunto são:

·       fixar cada uma das metades do molde;

·       promover os movimentos de abertura e fechamento do molde;

·       manter o molde o molde fechado e travado no momento da injeção;

·       ajustar a máquina para trabalhar com  moldes de diferentes alturas; 

·       acionar a extração da peça moldada;

As placas fixa e móvel possuem furos e ranhuras para permitir a fixação das placas do molde. A figura 8 mostra um calço de fixação do molde (grampo, “laxa”). Podem ser utilizados grampos hidráulicos de abertura e fechamento automáticos, para trocas rápidas de molde.

 

tipos de unidade de fechamento

As unidades de fechamento mais utilizadas são as hidráulicas e as hidráulico-mecânicas (ou de joelhos).

Hidráulico-mecânicas ou de Joelhos:

Neste tipo de unidade, braços (barras) articulados ligam a placa móvel à placa suporte. Um ou dois cilindros hidráulicos, presos à placa suporte, atuam as barras articuladas, movimentando a placa móvel, para abrir ou fechar o molde. A este conjunto de braços e articulações dá-se o nome de braçagem.

Com a máquina devidamente regulada para a altura do molde em trabalho, quando as faces do molde se encostam a braçagem ainda não está completamente estendida. O cilindro hidráulico do fechamento precisa  acionar as barras articuladas com uma pressão também alta para empurrar a placa móvel para frente, comprimindo o molde, e a placa suporte para trás, estirando as colunas da máquina, realizando o travamento do molde. A alta pressão da massa plástica sendo injetada no interior das cavidades gera uma força no sentido da abertura da placa móvel. Porém, a força de reação das colunas estiradas mantém a posição da placa móvel, ou seja, o molde fechado. Após o travamento do molde, não haverá variação nesta força de fechamento, porque passa a existir uma força mecânica exercida nas juntas (pontos, articulações) que é suficiente para suportar a ação da pressão de injeção, sem que haja deslocamento da placa móvel para trás. O operador da máquina deve, portanto, programar uma força de fechamento suficiente para que a placa móvel não recue e abra o molde, pois isto ocasionaria o aparecimento de rebarbas na peça moldada.

Para regular a força de fechamento, move-se a placa suporte na direção da placa móvel, estendendo mais ou menos os braços articulados, ainda com o molde aberto. A força de fechamento será maior quanto mais recolhidas estiverem as barras, ou seja, quanto mais se avançar a placa suporte. Uma vez que cada molde possui uma altura diferente, é necessário ajustar a máquina a cada troca de molde, o que também se consegue através do movimento da placa suporte.

O número de articulações (pontos, juntas, joelhos) é variável de máquina para máquina, segundo a configuração adotada. As máquinas mais antigas utilizavam sistemas de fechamento de três pontos. As mais modernas, por sua vez, utilizam quatro ou cinco juntas entre seus braços articulados, pois, quanto maior o número de pontos, maior pode ser curso da placa móvel em que o comprimento da  máquina aumente.

Junto à placa móvel, uma placa de extração (ou ejeção), acionada por outros cilindros hidráulicos, possibilita um curso para o sistema de extração do molde (independentemente do movimento da placa móvel).

Unidade de fechamento hidráulica:

Neste tipo de unidade não há barras articuladas, sendo o cilindro hidráulico responsável pelo movimento da placa móvel, pelo travamento e pela manutenção da força de fechamento durante a injeção.  Muitas máquinas deste tipo usam um ou mais cilindros menores e por isso mais rápidos , apenas para os movimentos de abertura e fechamento, enquanto um cilindro central maior (de maior pressão) proporciona o travamento.

Dependendo da máquina, a ajustagem da altura do molde é feita por placas espaçadoras montadas na placa móvel (junto ao molde) ou pelo deslocamento da posição inicial do pistão do cilindro hidráulico.

As diferenças entre o fechamento hidráulico e o fechamento com barras articuladas são:

·      maior consumo de energia elétrica, pois o motor elétrico trabalha mais para que a bomba hidráulica comprima todo o óleo necessário para preencher o cilindro hidráulico, que é muito grande;

·      no sistema hidráulico, a pressão no cilindro deve ser maior do que a pressão na cavidade durante a injeção; no sistema hidráulico-mecânico,  o cilindro hidráulico pode ser menor (e mais barato, portanto), pois a braçagem age como um multiplicador da pressão hidráulica,

·      em sistemas puramente hidráulicos a força de fechamento pode ser ajustada de forma mais precisa, evitando deformações exageradas do molde (por compressão de uma placa contra outra) quando o mesmo dilata após um determinado número de ciclos;

·      menor rigidez do sistema de fechamento, devido à compressibilidade do óleo;

·      maior velocidade de fechamento/abertura;

·      controle mais preciso da velocidade do movimento da placa móvel.

 

máquinas sem colunas

A figura 12 mostra uma máquina injetora sem colunas. A exclusão das colunas facilita a operação de colocação e fixação do molde nas placas da unidade de fechamento, bem como a montagem de elementos especiais do molde, como cilindros hidráulicos de para acionamento de gavetas, sistema de resfriamento e extração (manipuladores robotizados, por exemplo).  Uma vez que a placa móvel é guiada somente por baixo, este tipo de máquina deve ter uma rigidez maior do que a normal, para que não se perca o paralelismo das placas.

5.4.2        Unidade de Injeção

Esta parte da máquina é muito semelhante a uma máquina, pois é composta por: um funil, um cilindro de aquecimento (com resistências elétricas) e uma rosca recíproca, com a função de fundir e homogeneizar o material plástico. A diferença é esta rosca não é fixa, possuindo movimentos de recuo, para permitir a dosagem do material, e de avanço, para injetá-lo nas cavidades do molde.

funil de alimentação

É o depósito de material a ser processado, muito semelhante ao das extrusoras. Sua capacidade depende do tamanho da  máquina injetora.  Deve ser mantido sempre tampado para evitar que impurezas contaminem o material granulado. Deve possuir um elemento que bloqueie (ou libere) a passagem de material para dentro do cilindro de aquecimento.

cilindro de aquecimento (canhão)

Assim como nas máquinas extrusoras, serve como alojamento da rosca recíproca. Possui três ou mais zonas de aquecimento por resistências elétricas externas, em forma de cintas, e uma zona resfriada com água próxima ao funil de alimentação (região da garganta). Assim como nas extrusoras, termopares alojados no interior de suas paredes informam a temperatura aproximada do material em cada zona.

bico de injeção

Montado na extremidade do cilindro de aquecimento,  possui um canal interno, de pequeno diâmetro em relação ao cilindro, que permite a passagem do material plástico deste para o molde. Como o bico é forçado contra a bucha do molde, o assento desta deve ter a mesma forma da extremidade de bico, quais sejam, plana, esférica ou cônica. No caso do bico esférico, o seu raio deve ser menor do que o raio do assento da bucha, para que o material, ao ser empurrado pela rosca, não penetre entre estes elementos, causando um esforço de recuo do bico.

Os bicos de injeção podem ser abertos ou valvulados, dependendo das propriedades do material plastificado. Resinas  com alta viscosidade (na temperatura de processamento) podem ser  dosadas com bicos abertos, enquanto as de baixa viscosidade e alto índice de fluidez precisam que o bico permaneça fechado durante a plastificação, de forma a não haver  vazamento.

Os bicos valvulados podem ser de vários tipos:

Ø   Deslizante. A parte central do bico, ao encostar-se no molde, permite que o canal interno seja desobstruído e o material passe. Com o recuo do canhão e o desencosto do bico, sua parte central fica livre para ser movida para frente, pela pressão do material que se acumula à frente da rosca, interrompendo o canal e impedindo o vazamento;

Ø   Deslizante com mola. Muito semelhante ao anterior. Ao encostar-se na bucha, o bico recua, deformando a mola presa ao canhão e abrindo a passagem do material interno pelo canal; ao desencostar, a mola retorna a parte central do bico, fechando o canal.

Ø   Com válvula de agulha atuada por rosca. Durante a plastificação, o material não tem a pressão necessária para vencer a força de resistência da mola e deslocar a agulha para trás, liberando a passagem. A válvula só abre quando  a pressão do material subir muito, isto é, quando a rosca inicia seu movimento axial para realizar a injeção.

Ø   Com válvula de agulha atuada hidraulicamente. O acionamento da válvula independe do movimento da rosca, sendo programado para o momento mais apropriado. Este sistema reduz o cisalhamento sofrido pelo material ao passar pelo bico, em relação ao tipo anterior.

Ø   Valvulado por ferrolho: um elemento com um orifício central é acionado perpendicularmente ao bico, através de uma came presa à placa fixa, hidraulicamente, por correias, etc. Quando o canal do bico coincide com o canal do elemento, a passagem está aberta; quando não coincidirem o canal está fechado e o material não vaza. Um elemento giratório pilotado na lateral do bico também pode agir como válvula.

 

rosca recíproca ou parafuso plastificador

São muito semelhantes e possuem as mesmas funções que as roscas empregadas no processo de extrusão. Porém, além do movimento de rotação, as roscas de máquinas-injetoras devem possuir também um movimento de translação (na direção do seu eixo), atuando e avançando como um pistão para transportar o material já plastificado e dosado para o molde. A rosca deve poder recuar para efetuar a dosagem do material, à medida que o material plastificado se deposita à sua frente, sem passar pelo bico de injeção. Um elemento dosador estabelece o curso de recuo da rosca em função do volume de material necessário.

Devido à relação L/D (comprimento/diâmetro) afetar as características de plastificação, estes valores devem ser dimensionados a fim de se obter uma velocidade de plastificação adequada ao tamanho e à capacidade de produção da máquina.  Também as dimensões da rosca especificam a capacidade de plastificação de máquina. Já a capacidade de injeção esta diretamente ligada com o seu diâmetro e seu curso, pois o volume deslocado pela rosca e igual ao volume de material plástico a ser injetado em um ciclo. De uma forma geral a relação L/D recomendada à de 16 a 24:1 enquanto que a razão de compressão[1] de 3 a 4:1.

anel de bloqueio

Com o movimento de avanço da rosca durante a injeção, parte do material plastificado pode retornar pelo canal. Isto provocaria o insuficiente preenchimento da cavidade, já que parte do material dosada não seria injetada. A quantidade de material plástico que retrocede depende da pressão, da viscosidade do material e da resistência ao fluxo oferecido pelos canais helicoidais da rosca.

Para materiais de alta viscosidade, a ponta da rosca é construída de forma a reduzir a folga com cilindro, criando um aumento de pressão que impede o fluxo de retorno. Esta solução, entretanto, diminui, mas não elimina o refluxo.

O anel de bloqueio, também chamado de válvula de retenção, localiza-se entre a ponta e a seção frontal (dosagem, mistura, etc.) da rosca e tem como função impedir qualquer retorno de material plastificado durante o movimento de avanço da mesma. Durante a plastificação, o anel permanece escorado em nervuras radiais da ponta da rosca, criando um espaço aberto para o livre fluxo do material plastificado em direção ao bico de injeção. Quando, porém, a rosca avança, a própria pressão do material dosado empurra o anel contra um assento (também em forma de anel) na seção frontal da rosca, fechando a abertura e impedindo seu retorno. Quando aberto, é importante que o anel de bloqueio não tenha pontos mortos, pois porções do material que fiquem retidas nestes pontos podem se degradar.

 

5.5         Sistema Hidráulico

O princípio básico do acionamento de um movimento linear em qualquer máquina hidráulica é o seguinte: uma bomba comprime o óleo e uma válvula o direciona para uma das entradas de um atuador (cilindro). A pressão do óleo, controlada por uma outra válvula, empurra o êmbolo (e a haste presa no mesmo) com uma determinada velocidade, por sua vez controlada por um terceiro tipo de válvula. A parte da máquina que se quer movimentar deve estar interligada à haste deste cilindro.

Os principais elementos de um sistema hidráulico são mostrados pela figura 19 e descritos a seguir:

Reservatório e filtro

O óleo deve ser armazenado em um tanque na própria máquina. Geralmente, o tanque possui um filtro na sucção e outro no retorno, para evitar que partículas indesejadas causem  transtornos, como entupimento de válvulas e linhas de óleo.

Trocador de calor

É importante que a temperatura do óleo seja mantida entre 40 e 60°C, a fim de garantir movimentos uniformes sem perdas de pressão, vazamentos, engripamento dos elementos do sistema e degradação.

Por isso, junto aos reservatórios, as máquinas possuem um trocador de calor, que consiste de um cilindro tampado, com água circulante proveniente de uma torre, e com canais no seu interior, por onde deve passar o óleo a ser resfriado. É semelhante ao condensador de uma unidade de água gelada.

A temperatura muito baixa do fluido hidráulico faz com que o óleo permaneça muito viscoso atribuindo ao processo, além de outros problemas, velocidades muito lentas. Desta forma, o início do processamento devera ser precedido de um pré-aquecimento do sistema hidráulico, pela sua movimentação pelo sistema (mas, sem acionar movimentos).

Bomba

Para que haja vazão de óleo pelo sistema e pressão suficiente para movimentar os atuadores, um motor elétrico faz o rotor de uma bomba girar, succionando o óleo do reservatório e o mandando para os atuadores. Existem vários tipos de bombas, mas as mais utilizadas em máquinas-injetoras são as bombas de palhetas de vazão fixa.

Em algumas máquinas, uma ou mais bombas adicionais são incorporadas ao sistema, para fornecer vazão e pressão suficientes para a realização de movimentos simultâneos de diversas partes móveis.

Muitas vezes, o processo exige altas pressões de injeção, durante poucos segundos. Assim, ao invés de prover a máquina de uma bomba de altíssima pressão, é mais econômico utilizar um acumulador em conjunto com uma bomba que supra as necessidades dos demais movimentos. Os acumuladores são cilindros que utilizam uma bolsa de nitrogênio para liberar pressão acumulada sobre o óleo, em estágios específicos do ciclo.

Válvulas

Existem três tipos fundamentais de válvulas em uma máquina injetora. As reguladoras de vazão, as reguladoras de pressão e as direcionais.

Como a maioria das bombas fornece vazão e pressão constantes (as máximas) e cada movimento do ciclo precisa de diferentes velocidades e pressões, estas válvulas tratam de diminuir seus valores para que o sistema obedeça a programação feita pelo operador da máquina. Estas válvulas são chamadas de proporcionais, pois permitem regulagens entre o mínimo e o máximo permitido pelo sistema.  Estas válvulas  possuem um solenóide que controla automaticamente suas aberturas, a partir de informações provenientes do painel de controle e programação da máquina.

Algumas válvulas controladoras de pressão e vazão são reguladas manualmente (não são válvulas-solenóide) e controlam alguns movimentos menos críticos da máquina. Outro tipo de válvula de pressão são as limitadoras de pressão máxima e mínima do sistema, não permitindo a circulação de óleo até os atuadores caso a pressão não se encontre dentro destes limites.

As válvulas direcionais, por sua vez, não são proporcionais, pois são do tipo tudo aberto/tudo fechado, mas podem ter solenóides, para que possam obedecer às teclas painel de controle e/ou à programação realizada. A função destas válvulas é permitir que o óleo entre no atuador do movimento requisitado e que o mesmo ocorra no sentido desejado (avanço ou recuo).

Atuadores lineares (cilindros)

São responsáveis pelos movimentos lineares da máquina, como fechamento e abertura do molde (movimento da placa móvel), placa extratora, avanço e recuo da unidade de injeção, avanço da rosca para injeção e recuo da rosca para descompressão.

São, basicamente, cilindros cujos interiores são divididos em duas câmaras de tamanho variável, de acordo com o movimento do êmbolo. No cilindro que aciona o movimento da placa móvel, por exemplo, quando o óleo entra em uma das câmaras, empurra o êmbolo cuja haste movimenta os braços articulados e fecha o molde. Para abrir o molde, o centro da válvula direcional deste cilindro é movimentado pelo seu solenóide e permite que o óleo entre pelo outro lado do êmbolo, na outra câmara. Assim, o óleo empurra o êmbolo para o sentido contrário e a haste faz com que os braços articulados recolham-se, abrindo o molde. O óleo que estava no outro lado do êmbolo é expulso do cilindro e retorna para o tanque.

Atuadores rotativos (motores hidráulicos)

São o contrário das bombas, pois transformam a energia do óleo em movimento de um elemento da máquina, como a rotação da rosca e as porcas da placa suporte. São mais empregados os motores de palhetas e de pistões.

Figura 19 – Sistema hidráulico de máquina injetora

Quadro 4 - Os principais movimentos hidráulicos da máquina, são mostrados no quadro abaixo:

movimento	função	atuador
avanço da rosca	injeção	cilindro
recuo da rosca	descompressão
rotação da rosca	plastificação	motor
avanço da unidade injetora	encosto do bico	cilindro
recuo da unidade injetora	desencosto do bico
avanço/recuo da placa suporte	ajuste da altura do molde/força de fechamento	motor
avanço/recuo da placa extratora	extração	cilindro
avanço da placa móvel	fechamento/travamento	cilindro
recuo da placa móvel	abertura

Além destes movimentos, o sistema hidráulico de uma injetora pode ainda exercer outras funções, como ativar o funcionamento do sistema de lubrificação, dos grampos hidráulicos e o movimento de gavetas.

5.6         sistema pneumático

Tem duas funções básicas. Uma é realizar movimentos de partes da máquina, de forma muito parecida com o realizado pelo sistema hidráulico, com cilindros e válvulas, mas utilizando ar comprimido no lugar do óleo. Porém, devido às menores pressões, é utilizado apenas para movimentar elementos leves, como a porta do operador e alguns tipos de gavetas em moldes.

A segunda função é atuar na extração dos moldados, através de uma válvula que, ao ser aberta, permite que o molde sopre o ar comprimido contra a superfície do moldado. Para comprimir o ar e conduzi-lo até a máquina são utilizados compressores industriais.

5.7         sistema elétrico

Serve para acionar o motor da bomba hidráulica, permitir o acionamento automático via painel de controle e programação de todas os seus movimentos e demais recursos controlar as resistências do cilindro de aquecimento e possibilitar a instalação e o controle de sistemas opcionais como aquecimento do molde, gavetas, machos rotativos e manipuladores, entre outros.

O painel elétrico normalmente está embutido na máquina, fechado com portas tipo armário acessadas pela parte frontal.  Ali se encontram chaves contatoras, relés, fusíveis, e todo o sistema de controle da máquina (CPU, fonte, cartões de entrada/saída, etc.). Como já referido, as máquinas também possuem um painel de controle. As mais modernas possuem teclado de membrana e tela de monitoração no lugar dos botões e chaves das mais antigas.

5.8           sistema de lubrificação

O contato entre partes metálicas deslizantes prejudica a suavidade e precisão dos movimentos e causa seu desgaste. Numa máquina-injetora, é necessário lubrificar, por exemplo, as guias de deslizamento da placa móvel e da unidade injetora (que ficam apoiadas sobre a base da máquina), as buchas dos furos de coluna e as sapatas de deslizamento da placa móvel, as porcas e a sapata de deslizamento da placa suporte, as articulações do sistema de braçagem, as colunas-guia da placa extratora, engrenagens, correntes, etc. Dois tipos de sistemas de lubrificação podem ser usados. Máquinas com lubrificação por graxa possuem um reservatório do qual o lubrificante é bombeado (por bomba de mola acionada por válvula direcional hidráulica ou por motor elétrico, geralmente), para blocos que distribuem graxa por mangueiras até os bicos de graxa nos pontos citados acima. Ao invés da graxa, a lubrificação também pode ser feita com um óleo específico para lubrificação, mais viscoso que o óleo hidráulico.

6          INtrODUÇÃO À conformação no processo de tranformaçao de termoplásticos por INJEÇÃO

6.1         etapa de Injeção

A injeção propriamente dita pode ser dividida em duas fases distintas: preenchimento e pressurização (ou compactação). Antes de ser iniciado o preenchimento da cavidade, no en­tanto, o material deve percorrer o sistema de alimentação do molde.

6.1.1        Preenchimento (filling)

Nesta fase do ciclo as cavidades do molde são preenchidas totalmente, devido ao avanço da rosca (movimento axial), que empurra o material devidamente plastificado e dosado pelo bico de injeção até o canal interno da bucha e deste para os canais de distribuição, pontos de injeção (entrada) e, finalmente, cavidades.

Durante o preenchimento, devido às paredes da cavidade estarem a uma temperatura menor que a do fundido, o material desenvolve um fluxo em forma de fonte. O material escoa  pela parte central da espessura da cavidade e ocorre um resfriamento brusco de material junto às paredes da cavidade, proporcionando o aparecimento de uma camada solidificada como mostra a figura 21. O fluxo em fonte é uma combinação de movimentos para frente e em direção às paredes (de dentro para fora). O fluxo na direção das paredes entra contato com as mesmas e solidifica, formando a próxima seção da camada solidificada, enquanto o movimento para frente forma um novo núcleo fundido, no interior da seção da cavidade.  A espessura da camada solidificada, que influencia várias propriedades do produto moldado,  é determinada por  fatores, como a velocidade do escoamento do material e as temperaturas de injeção e do molde.

 

6.1.2        Pressurização ou compactação (packing)

Quando a cavidade esta totalmente preenchida, a rosca tem sua velocidade de avanço diminuída, porém, continua a mover-se para frente. Nesta etapa, a pressão de injeção aumenta, e a rosca empurra uma quantidade adicional de polímero para dentro da cavidade. Desta forma, o material na cavidade é comprimido, para que sua densidade seja aumentada e para que se molde a todos os detalhes da superfície metálica da cavidade.

6.2         Recalque (holDING)

Quando apertamos uma espuma, esponja ou borracha, ela se deforma, mas assim que cessamos a pressão, o material volta a sua forma original. É possível fazer uma analogia deste fenômeno com a injeção e o recalque de polímeros. 

Se a rosca fosse recuada ou fosse retirada sua pressão hidráulica logo após a pressurização, parte do material na cavidade retornaria para dentro do canhão, devido a sua compressibilidade. Portanto, para que o produto moldado venha a ter a densidade e as propriedades desejadas,  é preciso manter pressionado o material na cavidade até que não haja mais possibilidades dele retornar para o cilindro. Por isso, após a pressurização inicia o recalque, quando a rosca deve continuar avançada até que o ponto de injeção solidifique completamente.

Outra função do recalque é compensar a contração volumétrica do material devida ao resfriamento. Assim, a rosca deve avançar lentamente, permitindo que mais material entre na cavidade, para evitar peças com rechupes na sua superfície ou com vazios internos.

O fim do recalque acontece quando o(s) pontos(s) de entrada da(s) cavidade(s) solidifica(m). Neste momento, a pressão da rosca deixa de ser transmitida para a cavidade, pois passa a existir uma barreira física, uma parede se interpondo. Após este instante, a continuidade da pressurização feita pela rosca.

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