Após terminar a etapa da refrigeração e a peça se encontrar solidificada, dá-se a abertura do molde e é nesse momento entre abertura e novo fecho do molde que ocorre a extração da peça (Figura 3.23). Idealmente, ao abrir o molde, a peça deveria cai por gravidade ou soltar-se do molde por si só, contudo, devido à contração, à adesão e à existência de contra saídas, a peça tende a ficar presa no molde (lado da bucha). Assim, é necessário promover a extração das peças sendo a extração normalmente atuada mecanicamente pela abertura do molde. A colocação dos extratores é de primordial importância e deve ser colocada em pontos do jito e nos canais de alimentação. Quando não é possível extrair as peças dessa forma deve-se, recorrer a sistemas pneumáticos e/ou hidráulicos. No entanto, e com a evolução da tecnologia hoje em dia a extração das peças é também feita por recurso a robôs.
Figura 3.23 - Sistema de extração (Lidomar, 2012).
Visto que, existem muitos sistemas de extração e cada um deles possui inúmeros componentes de extração, abordar-se-á apenas alguns de forma mais detalhada, sendo que os restantes apenas serão mencionados ao longo do texto.
Num sistema convencional, o sistema de extração pode ser feito com recurso a extratores simples, a extrator de placa, de aro extrator e/ou barras extratoras. Os extratores podem ser de vários tipos e formatos (Figura 3.24), como por exemplo: cilíndricos, tubulares, laminares ou rebaixados. A necessidade de existirem diferentes tipos e formatos, advém do facto da necessidade dos mesmo se
Ruben Alexandre da Costa Mota - 41 -
adaptarem às geometrias da peça, sendo que estes se localizam em zonas como nervuras, saliências e encaixes da peça plástica.
Figura 3.24 - Extratores de vários tipos e formatos: extrator laminar (A), extrator cilíndrico (B), extrator rebaixado (C) e extrator tubular (D) (Centimfe, 2003).
Os outros sistemas de extração convencionas que são apresentados na Figura 3.25, que são o caso de extrator de placa, de aro e de barra extratora, possuem todos o mesmo princípio e objetivo, ou seja, uniformizar a força de extração por toda a peça. As diferenças entre estes sistemas, surgem pelas limitações de espaço o que obriga a reduzir de uma placa para um aro ou até mesmo para barras extratoras ou por vezes a peça não exige uma área de contacto tão vasta para ser extraída.
No caso de sistemas de extração mais complexos, em que é necessário desmoldar zonas negativas ou por exemplo furo/caixas perpendiculares ou com ângulos grandes relativamente ao plano de junto, recorre-se a soluções especiais. Essas soluções são podem ser por exemplo: balancés, elementos móveis ou movimentos rotativos. Os balancés funcionam de forma idêntica aos extratores, acionados pelo sistema mecânico de extração avançando juntamente com a chapa de extração, transmitindo movimento ao balancé (movimento perpendicular ao sentido de abertura do molde). Na Figura 3.26, apresenta-se um exemplo da desmoldação de uma zona negativa com um balancé.
Figura 3.26 - Extração com balancé (Tavares, 2016).
Em geometrias mais complexas, e em que se precisa de moldar zonas que sejam negativas ou salientes lateralmente a opção é inserir os denominados elementos móveis que podem ser acionados por guias, molas ou hidráulicos. Através de guias e molas o movimento dos elementos é iniciado pela abertura do molde no plano de junta, enquanto com hidráulico este apenas atua os elementos móveis quando o molde se encontra aberto e é usado principalmente para movimentos longos ou quando o elemento móvel tem de suportar a pressão de injeção. Os movimentos rotativos não serão um tópico muito abordado neste trabalho, mas consiste em desmoldar zonas negativas como roscas internas ou externas, em que a rotação dos elementos é feita por rodas dentadas e cremalheiras.
Ruben Alexandre da Costa Mota - 43 -
3.3.5 - Sistema de Refrigeração
Idealmente, na injeção de polímeros, o molde deveria estar à temperatura do fundido durante a fase de injeção e no momento da extração, o molde e as peças deveriam estar à temperatura ambiente. Nestas condições, seria necessária uma pressão de injeção muito reduzida e as peças seriam isotrópicas devido ao modo muito lento como se faria o arrefecimento. Ter-se-ia aquilo a que se poderia chamar “peças perfeitas”, infelizmente o seu preço seria proibitivo (Silva, 2015). Portanto, na produção de componentes em materiais termoplásticos moldados por injeção, existe um interesse particular em maximizar a cadência de produção das máquinas de injeção, devido ao custo elevado do produto e do equipamento, dos respetivos moldes e mão-de-obra envolvida. Por outras palavras, procura-se que o tempo necessário para se obter uma peça com qualidade seja tão reduzido quanto possível (Moreira, 2009).
Moreira, (2009), refere ainda que, no ciclo de injecção, a fase de arrefecimento é aquela que, geralmente, consome mais tempo: cerca de metade, ou mais, do ciclo total, sendo mais longo no caso de materiais semi-cristalinos que nos materiais amorfos . As condições em que a moldação é arrefecida reflectem-se nas propriedades mecânicas e superficiais do produto. Em alguns casos, podem originar tensões residuais suficientemente grandes para causar distorções ou mesmo fissuração das peças obtidas. Assim, se por um lado, convém que o arrefecimento das peças seja feito tão rapidamente quanto possível, por outro, existe a necessidade de garantir a qualidade da moldação. Como em qualquer sistema que se desenvolva ou área em que se faça desenvolvimento, existe sempre um conjunto de normas, técnicas e regras a respeitar e que se recomendam seguir. Ao projetar um sistema de refrigeração para um molde não é diferente e existem regras quanto às distâncias e diâmetros que se deve adaptar conforme a peça, em questão. A Tabela 1 e na Figura 3.27 apresentam as várias regras que se devem aplicar na furação para os canais de refrigeração de um molde, consoante a espessura da peça. Estas regras não são mais do que boas práticas de trabalho.
Tabela 3.1 - Regras de projeto a ter em conta entre o diâmetro e distância entre canais de refrigeração (Moreira, 2015).
w
Espessura da peça [mm]
d
Diâmetro dos canais de refrigeração [mm]
a
Distância entre o centro do canal de refrigeração
e a peça [mm]
b
Distância entre os centros dos canais de refrigeração
[mm]
2 8 – 10 -
2 - 4 10 – 12 1,5 - 2d 2 – 3d
Figura 3.27 - Diâmetro e distância entre canais de refrigeração (Moreira, 2015).
Ainda de acordo com Moreira, (2015) para além das boas práticas na furação, ao projetar um sistema de refrigeração, há alguns aspetos a ter em conta, tais como:
Circuitos de arrefecimento simétricos independentes em torno das cavidades do molde;
Parte da bucha necessita de refrigeração eficaz;
Circuitos curtos para garantir que a variação da temperatura do fluido refrigerante entre a entrada e a saída, não é superior a 5 C; Circuitos paralelos são preferíveis em relação ao arrefecimento em
série;
Evitar pontos mortos e/ou bolhas de ar nos circuitos;
Troca de calor entre o molde e a máquina de injeção deve ser minimizada;
Evitar diferenças na resistência ao fluxo dos canais de arrefecimento, causadas pelas mudanças de diâmetro.
Já segundo Silva, (2015) as variáveis que influenciam na conceção de um sistema de refrigeração são:
O tipo de polímero e a temperatura de processamento; A temperatura do molde (uniformizar o quanto possível); O espaço disponível no molde para execução de circuitos; A geometria da peça;
Condutividade térmica dos materiais;
O início dos circuitos localizar-se junto aos bicos de injeção (zona de maior calor);
Ruben Alexandre da Costa Mota - 45 -
Dimensionamento e localização dos sistemas do molde; Controlo de parâmetros;
Acabamentos superficiais.
Otimizando ou ter em atenção os pontos anteriores enunciados permite diminuir o tempo de ciclo, vai reduzir as tensões internas, para além de reduzir ou mesmo eliminar a degradação do material após vários ciclos, sendo esse um dos objetivos principais que é diminuir significativamente as peças defeituosas, ou também denominadas de “scrap”.
O sistema de arrefecimento do molde pode ser feito através de água, óleo ou ar. A água é o fluído mais utilizado pois apresenta inúmeras vantagens em termos económicos, de disponibilidade na natureza, é reciclável e apresentam uma baixa viscosidade, sendo bastante utilizada numa gama de arrefecimento que varia entre os 20 aos 90 C. No caso do óleo, este é essencialmente utilizado em moldes que necessitam de trabalhar acima da temperatura de ebulição da água ou em que a temperatura na superfície das zonas moldantes não pode ser inferior a 80 ºC. O circuito de refrigeração para o óleo pode ser o mesmo que se utiliza para a água. Em casos excecionais em que é impossível aplicar a refrigeração com água ou óleo ou que se pretenda um arrefecimento lento, recorre-se ao arrefecimento através de ar.
3.3.5.1 - Convencional
Os diferentes tipos de sistemas de controlo de temperatura convencionais podem ser aplicadas quer nas cavidades quer nas buchas, no entanto, existem tipos que são mais aplicados em cavidades e outros, mais aplicados em buchas, daí a separação. A configuração dos canais pode ser em U para cavidades longas e estreitas, ou em Z caso se trate de cavidade com grandes áreas (Figura 3.28) (Bom, 2014).
Figura 3.28 - Configuração dos canais em U (a) e dos canais em Z (b) (Bom, 2014).
Para cavidades profundas, há necessidade de dispor os circuitos por níveis diferentes. Na Figura 3.29 apresenta-se dois exemplos, um sistema para cavidades profundas retangulares e outro para circulares (Bom, 2014).
Figura 3.29 - Configuração dos canais, zonas profundas retangulares (a) e circular (b) (Bom, 2014).
Para além destas configurações mais comuns, existem imensas soluções desde circuitos inclinados, em cascata, pinos térmicos, helicoidais.
Os elementos móveis e postiços de pequena dimensão, são componentes em que é difícil alojar uma boa refrigeração, mas em ambos se reconhece que é necessário um estudo exaustivo, por forma a garantir o arrefecimento dessas zonas, evitando assim temperaturas muito elevadas em relação às restantes zonas, por forma evitar empenos, defeitos superficiais e instabilidade dimensional. Apesar de menos utilizados ou apenas aplicados em pequenas áreas, tem-se a substituição de algumas zonas moldantes de aço por cobre-berílio, aumentando a condutividade térmica em zonas complicadas, em que se atinge picos de elevada temperatura. O cobre-berílio permite retirar maior calor à peça em menor tempo, no entanto a nível de dureza está um passo atrás do aço.
Ruben Alexandre da Costa Mota - 47 -
3.3.5.2 - Conforme
Um canal conforme (conformal cooling channel, CCC) pode ser definido como uma passagem no molde de um fluido (normalmente água), que segue a geometria da da superfície moldante da peça a ser produzida (Figura 3.30).
Figura 3.30 - Exemplo de zonas moldantes com sistema de arrefecimento conforme (Bom, 2014).
Segundo Bom (2014), este tipo de sistema de arrefecimento permite uma distribuição uniforme de temperatura e possibilita a diminuição de fenómenos indesejáveis que influenciam a qualidade da peça moldada, como existência de “hot
spots”, chupados, tensões residuais térmicas e empeno devido à contração não uniforme do polímero. Por outro lado, o facto de se conseguir uma diminuição do tempo de arrefecimento origina uma diminuição do tempo de ciclo e consequentemente um aumento de produtividade no processo de injeção.
Devido à complexidade deste tipo de sistemas de arrefecimento, eles não são produzidos pelos processos de corte de arranque de apara, mas sim com recurso aos processos aditivos (tecnologia impressão 3D) como por exemplo: Selective
Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM), Direct Metal Laser Sintering (DMLS). Com esta tecnologia os postiços para moldes de injeção, além de ser obtido o perfil da cavidade, são gerados canais de refrigeração embutidos e conformados de acordo com esse perfil, ou seja, obtêm-se postiços com canais de refrigeração que podem ser aplicados diretamente no molde de injeção, mantendo desta forma as características térmicas e propriedades mecânicas do material do postiço (Luis Silva, 2009).