Atualmente, o potencial comprador de uma máquina de injeção pode escolher dentro de uma grande variedade de produtos, tamanhos e modelos. O processo de seleção começa a ser menos confuso à medida que o equipamento é totalmente examinado e os seus princípios de operação são compreendidos. As características que determinam a seleção de uma máquina são (Silva, 2015):
Força de fecho (expressa em KN ou em toneladas); Distância entre colunas;
Curso máximo de abertura;
Espessura máxima e mínima dos moldes; Peso máximo do molde;
Dimensões dos pratos; Curso de extração; Força de extração.
A máquina de injeção, como representada na Figura 3.32, pode ser classificada de diferentes formas, nomeadamente quanto à natureza dos materiais a processar, quanto ao tipo de acionamento ou quanto à dimensão e até quanto aos seus aspetos construtivos. Contudo, a constituição típica de uma máquina de injeção é baseada em quatro elementos principais que asseguram o ciclo típico de transformação dos materiais plásticos, envolvendo sequencialmente as seguintes etapas: aquecimento do material até este adquirir uma viscosidade suficientemente baixa, moldação sobre pressão e arrefecimento com consequente recuperação de rigidez (Bom, 2014).
Figura 3.32 - Máquina de Injeção com fuso sem-fim (Marujo, 2014).
Segundo Bom (2014), os quatro elementos principais numa máquina de injeção são:
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Unidade de injeção; Unidade de fecho; Unidade de potência; Unidade de comando.
A unidade de injeção promove o transporte, o aquecimento, a plasticização e a homogeneização do material (normalmente através de um fuso sem-fim), para além de garantir a injeção do material e consequente compactação do fundido. A unidade de fecho assegura a fixação e a movimentação do molde, devendo ser capaz de o manter fechado durante as fases de injeção e de pressurização. Integra também os dispositivos necessários à extração das moldações. Construtivamente corresponde a uma prensa capaz de suportar a força resultante da injeção do plástico. Já a unidade de potência fornece a energia adequada aos diversos atuadores da máquina. É baseado num sistema de pressão óleo-hidráulico, cuja bomba é acionada por um motor elétrico, ou eventualmente baseado em um sistema pneumático. Por último têm-se a unidade de comando das operações que incorpora os dispositivos necessários para assegurar a monitorização e controlo das diversas variáveis do processo. As principais variáveis de funcionamento são a temperatura do fundido, a temperatura do molde, a pressão de injeção e de compactação, o tempo de enchimento e o tempo de compactação. Assegura, igualmente, a interface com o operador e as comunicações com periféricos ou sistemas de gestão da manutenção.
3.4.2.1 - Bico de Injeção
O bico de injeção assegura a interface entre a unidade de plasticização e o molde. O seu desenho é primordial no ponto de vista da pressão e temperatura. Um mau desempenho deste componente influencia a qualidade do produto final, além de condicionar o processo produtivo. O bico deverá manter o material no estado fundido, evitando (Moreira, 2015):
A sua solidificação prematura; O escorrimento para o exterior; A oxidação do material pastoso;
Relativamente aos tipos de bicos de injeção, este podem ser através de bico aberto ou bico fechado. O bico aberto é a solução mais desejável pela simplicidade de construção, minimização da obstrução ao fluxo e da criação de pontos de retenção. Impossibilita a tendência do material fundido escorrer para o exterior através do recuo do fuso após a plasticização (o fundido é descomprimido e sugado para o interior do cilindro). No entanto alguns materiais não permitem a utilização de bico aberto, o que obriga o uso de bico fechado. As razões que levam a ter que se alterar para um bico fechado são:
Os polímeros com baixa viscosidade de fundido escorrem com muita facilidade para o exterior;
O recuo do fuso pode acarretar a inclusão de ar no interior do material fundido e, deste modo, vazios no produto final;
O arrefecimento localizado origina uma gota fria que pode provocar marcas no produto final
3.4.2.2 - Fuso
O fuso é o principal componente da unidade de injeção. Cada material a processar deveria utilizar um fuso com geometria otimizada para o efeito, no entanto devido a constrangimentos económicos e produtivos da indústria, utiliza-se comummente fusos standard para a generalidade dos polímeros. Contudo, este aspeto conduz a ineficiências no processo de plasticização, que se traduzirão no nível de qualidade do produto final e no consumo energético (Moreira, 2015). Na Figura 3.33 apresenta-se o esquema do fuso standard, onde é possível identificar as várias zonas de trabalho do fuso.
Ruben Alexandre da Costa Mota - 55 - Figura 3.33 - Esquema de fuso standard (Moita, 2007).
Marujo (2014) refere que, a ação do fuso é de elevada importância neste processo, pelo que a sua morfologia respeita alguns critérios, nomeadamente os rácios L/D (comprimento/diâmetro) e de compressão. Os valores mais usuais destes parâmetros para termoplásticos situam-se numa gama entre 15-20 para o rácio L/D e entre 2.5:1 - 4:1 para o rácio de compressão. A zona de alimentação do fuso possui menor diâmetro do que a zona dianteira ou zona de medida/doseamento. A zona intermédia, também designada por zona de compressão, é uma zona de transição onde existe um progressivo aumento do diâmetro do fuso. Deste modo é reduzido o espaço entre o fuso e o cilindro fomentando os mecanismos de fricção, corte e compressão do material, sendo gerado um calor adicional. O fuso possui, ainda uma válvula de retenção que atua aquando da realização do movimento de injeção, prevenindo o recuo do material fundido e aumentando a eficiência da pressão aplicada (Marujo, 2014). Tal como o nome indica a zona de alimentação é a zona em que recebe o material plástico da tremonha em forma de granulado e o vai empurrando para a frente. Na zona de compressão o material por deformação plástica vai fundindo. Na zona de medida o material já se encontra completamente fundido à espera para ser injetado. Na Figura 3.34, estão representadas as várias zonas do fuso e o estado do material (Moita, 2007).
Figura 3.34 - Diferentes zonas do fuso e estado do material (Moita, 2007).