A ti l Articulaes IntegraisIntegrais

Antonio J. PontesDept. Eng. Polmeros

UMinho

ObjectivosI t d IntroduoPropriedades FsicasProjecto de Articulaes Integrais em PP e PEProjecto de Articulaes Integrais em PP e PE Projecto de Articulaes Integrais noutras ResinasMoldao das Articulaes Integrais g

Aspectos de Concepo e DimensionamentoRecomendaes a seguir no Projecto do Molde

Ataques MltiplosAtaques MltiplosAtaques em LminaAtaque Lateral InclinadoArticulaes MltiplasArticulaes Mltiplas

Consideraes do ProcessoErros do Processo

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Objectivos

No final deste mdulo dever ser capaz de responder a l t t ialgumas questes, tais como:

Propriedades fsicas Projecto de Articulaes Integrais em PP e PE Projecto de Articulaes Integrais noutras Resinas Aspectos de Concepo e Dimensionamento Consideraes do processo

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Introduo

Uma articulao integral uma pelcula fina e flexvel de material que une dois segmentos de uma pea e permite a sua abertura eque une dois segmentos de uma pea e permite a sua abertura e fecho.

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Os materiais utilizados na produo de articulaes integrais so, geralmente, plsticos muito flexveis, como o polipropileno e o polietilenopolipropileno e o polietileno.

Quando moldada no material apropriado, este tipo de Qua do o dada o ate a ap op ado, este t po dedobradia nunca falha, podendo ser flectida mais de um milho de ciclos sem fracasso. Mas, se no forem

j t d l t d id i dprojectadas para um longo tempo de vida, as resinas de engenharia como nylon e o acetal tambm podero ser utilizadas para desempenhar esta funoutilizadas para desempenhar esta funo.

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Propriedades Fsicas

Antes de projectar uma dobradia integral, importante perceber como as propriedades fsicas se relacionam comperceber como as propriedades fsicas se relacionam com o dimensionamento destas.

Existem trs tipos de dobradias: 9 dobradia completamente elstica, capaz de flectir

ilh dmilhares de vezes; 9 dobradia completamente plstica, capaz de flectir

apenas algumas vezes;apenas algumas vezes; 9 combinao de plstica e elstica, capaz de flectir

centenas de vezescentenas de vezes.

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Quando uma dobradia integral flectida, as fibras de plstico so estiradas uma certa quantidade, dependendo do seu desenho. A quantidade de estiramento um factor crucial na determinao do tempo de vida da dobradia.

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No projecto de uma articulao integral, a deformao mxima deve estar na regio elstica da curva; o material recuperar totalmente a sua forma aps a flexo e durante muitas flexes.

Na regio plstica, a articulao deformar permanentemente e durar apenas algumas flexes findaspermanentemente e durar apenas algumas flexes, findas as quais parte.

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Projecto de Articulaes Integrais em PP e PE O projecto de articulaes integrais em polipropileno e polietileno deve seguir determinadas regras de dimensionamento por forma a

i ti l d d O d t t i i criar uma articulao duradoura. O uso destes materiais apenas restringido pelas suas limitaes fsicas.

A figura ao lado mostra as dimenses tpicas de umatpicas de uma articulao integral.

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A d t ti i i i d d b di i t l As duas caractersticas principais de uma dobradia integral so o recesso no topo e um raio generoso no fundo.

A figura anterior demonstra o propsito deste recesso. Este aspecto voltar a ser referido com mais detalhe no ponto Aspectos de concepo e dimensionamento mas pode-se adiantar que quando a articulao completamente flectida forma-se um anel que reduz as tenses na parte exterior do ligamento.

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Projecto de Articulaes Integrais noutras Resinas

As dimenses de uma dobradia integral em polietileno e polipropileno baseiam se nas propriedades dos materiaispolipropileno baseiam-se nas propriedades dos materiais, incluindo mdulo, tenso de cedncia, deformao de cedncia tenso de ruptura e esforo mximocedncia, tenso de ruptura e esforo mximo.

Como as propriedades de outras resinas variamComo as propriedades de outras resinas variam extensamente, as dimenses das dobradias devem ser calculadas para cada resina em particular.p p

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Na figura seguinte pode-se observar as dimenses que sero

B i t l l b i

Na figura seguinte pode-se observar as dimenses que sero usadas nos clculos.

Basicamente, os clculos baseiam-se em determinar a deformao mxima da dobradia e em compar-lo com as propriedades dos materiais. Se a deformao for inferior ao limite elstico ainferior ao limite elstico, a dobradia sobreviver. Se a deformao estiver na regio

l ti d b di d plstica, a dobradia durar apenas alguns ciclos. Se a deformao ultrapassar o ponto de ruptura, a dobradia quebrar-se-.

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Dimensionamento de Articulaes integrais

Tm sido feitas vrias suposies simplificadas e os testesTm sido feitas vrias suposies simplificadas, e os testes tm demonstrado a solidez destas suposies. 1. A dobradia flecte num crculo, coincidindo o eixo neutro ,

com o eixo longitudinal da dobradia. 2. A fibra exterior est sob tenso mxima; a fibra interna

est sob compresso mximaest sob compresso mxima. 3. Quando a tenso alcana o ponto de cedncia, a

dobradia no cumprir as funes para as quais foi p p qprojectada.

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De acordo com a figura anterior:De acordo com a figura anterior:

) ( )osemicrculdopermetroRL =11

A deformao nas fibras externas pode ser calculada atravs da

) ( )tRL += 02A deformao nas fibras externas pode ser calculada atravs da diferena entre L1 e L0.

) tdi lifiLLdS b tit iLL 3 10)RtR

quesetemndosimplificaeLeLdoSubstituinLaencurvadur

+=

=

:,3 101

10

Rt

R

aencurvadur

aencurvadur

=

=

RtR

aencurvadur =

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) 1 :,4 quesetemanteriorequaonadoSubstituinLR =

1Lt

aencurvadur =

) tL =5Resolvendo em ordem a L1

)aencurvadur

L =15

) ) cednciaanteEtLLogodefinioPor

,sec7:6:

==) )aencurvadur

LLogoE 17:6 ==

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Dobradia Elstica

No projecto de uma dobradia completamente elstica aNo projecto de uma dobradia completamente elstica, a encurvadura deve ser menor do que a cedncia, assim como a encurvadura tambm deve ser menor do que a cedncia. A ruptura acontece quando encurvadura = cedncia e quando encurvadura = cedncia.Tanto a equao 5 como a 7 podem ser usadas, dependendo se conhecida a tenso de cedncia (cedncia) ou a deformao de cedncia (cedncia). Para usar estas equaes, necessrio conhecer cedncia ou cedncia e o mdulo secante cedncia; a substituio destes valoresmdulo secante cedncia; a substituio destes valores nas equaes permite calcular o mais baixo valor de L1.

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Tanto a espessura da dobradia como o seu comprimento devem ser conhecidos. Geralmente, seleccionada uma espessura mnima que varia entre 2 0mm a 3 8mm; s entoespessura mnima que varia entre 2.0mm a 3.8mm; s ento, calculado um comprimento.

cedncia

tL =1

cednciaanteEt seccedncia

cednciaantetL ,sec

1 =

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Dobradia Plstica

Uma dobradia plstica durar apenas alguns ciclos As rachasUma dobradia plstica durar apenas alguns ciclos. As rachas provavelmente comearo a surgir aps a primeira flexo. Os clculos para uma dobradia plstica so iguais aos usadosOs clculos para uma dobradia plstica so iguais aos usados para uma dobradia elstica, excepo do facto de serem utilizados ruptura e mximo.

tL =1mx

ftEt secruptura

mxforaanteEtL ,sec

1 =

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Moldao das Articulaes integrais

Como j foi referido, as articulaes integrais so geralmente moldadas mas tambm podem ser prensadas maquinadasmoldadas mas, tambm podem ser prensadas, maquinadas e at mesmo extrudidas.

Aspectos de Concepo e Dimensionamento

Uma articulao dever ser sempre rectilnea pois qualquer curvatura mesmo que ligeira provocar a suaqualquer curvatura, mesmo que ligeira, provocar a sua encurvadura. Se, por razes de projecto, a pea tiver uma curvatura dever ser considerada uma zona de adaptaocurvatura, dever ser considerada uma zona de adaptaopor forma a que a articulao seja rectilnea.

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O raio de curvatura recomendado para a zona de ligamento importante por duas razes:

Minimiza a restrio do fluxo do fundido; Localiza a parte operativa da articulao ao longo de

uma linha centrada entre as duas partes da pea.

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A espessura da articulao depende da:

Resistncia flexo e ao rasgamento pretendido; Resistncia flexo e ao rasgamento pretendido; Espessura mnima necessria para garantir o bom

escoamento do fundido atravs delaescoamento do fundido atravs dela.

A espessura obtida inicialmente reduz-se ligeiramente devido aos ciclos de flexo ps-moldao. Normalmente, a espessura dos ligamentos varia entre 0.25 e 0.6 mm; em aplicaes com pequena amplitude de oscilao, podem usar-se espessuras maiores, at 1.3 mm.

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Nas articulaes destinadas a peas que devem fechar completamente, dever ser considerado um pequeno rebaixo do lado oposto ao da depresso principal da articulao.

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Como j foi referido no ponto Projecto de articulaes integrais em PP e PE, quando a articulao completamente flectida forma-se um anel Este anel reduz as tenses na parte exteriorforma-se um anel. Este anel reduz as tenses na parte exterior do ligamento.

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Esta aco til mas o aspecto da pea fechada pouco atraente e, se a tampa for baixa e larga e o fecho se fizer apenas na zona oposta dobradia, a tampa pode enfolar.

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Recomendaes a seguir no Projecto do MoldeRecomendaes a seguir no Projecto do Molde

O flexionamento da articulao aps a moldao origina a orientao molecular responsvel pelo comportamento particular destas partes, caracterizadas pela grande resistncia e durabilidade.

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A correcta posio do ataque vital na produo de boas articulaes. O principal requisito permitir que o fundido flua uniformemente e sem interrupes ao longo do ligamento. Assim, a soluo mais vivel consiste em localizar todos os ataques do mesmo lado do ligamento para trs do centro daataques do mesmo lado do ligamento, para trs do centro da impresso maior.

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No caso de peas pequenas um ataque lateral numa dasNo caso de peas pequenas, um ataque lateral numa das extremidades dever ser suficiente; no caso de articulaes compridas, pode surgir um problema como o ilustrado na p p g pfigura seguinte se se utilizar um ataque simples:

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Ataques mltiplos Esta soluo especialmente indicada no caso de articulaesEsta soluo especialmente indicada no caso de articulaes compridas. Estes ataques devem estar dispostos em linha e distanciados entre si no mais do dobro da distncia a que esto do ligamento.

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Ataques em lmina Esta soluo especialmente indicada no caso de peas chatasEsta soluo especialmente indicada no caso de peas chatas.Estes ataques no devem ser utilizados em peas profundas devido possibilidade de surgirem vazios e linhas de soldadura.

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Ataque lateral inclinado Para peas largas dever utilizar se este tipo de ataque por formaPara peas largas dever utilizar-se este tipo de ataque por forma a que o fluxo tenha uma orientao mais uniforme.

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Articulaes mltiplas Neste caso os ataques devem estar situados entre os ligamentosNeste caso, os ataques devem estar situados entre os ligamentos. Como as peas so geralmente longas, recomendvel o uso de ataques mltiplos.

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Devido a limitaes de fluxo, poder ser necessrio utilizar ataques em ambas as impresses da pea se estas forem muito compridas. O nmero e localizao dos ataques deve ser tal que assegure um fluxo contnuo atravs do ligamento e que evite a formao de linhas de soldadura sobre esteevite a formao de linhas de soldadura sobre este.

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Consideraes do Processo

As articulaes integrais so normalmente produzidas emAs articulaes integrais so, normalmente, produzidas em moldes, nos quais so transportas as dimenses as recomendadas. (ver figura 3)

O tamanho da pea no afecta as dimenses recomendadas para a articulaopara a articulao.

As articulaes tambm podero ser obtidas atravs da prensagem de uma ferramenta aquecida contra a pea moldada, na zona onde se pretende obter a articulao; ou por extruso quando, por limitaes do projecto, apor extruso quando, por limitaes do projecto, a moldao directa impraticvel.

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Para que as articulaes apresentem as melhores propriedades, devero ser sujeitas a um ou dois ciclos de flexo logo aps a desmoldao a uma temperaturaflexo logo aps a desmoldao, a uma temperatura ligeiramente superior ambiente. Este tratamento permite uma maior orientao molecular na zona adelgaada da

ti l li tarticulao ligamento.

Outro factor importante em determinar a orientao aOutro factor importante em determinar a orientao a localizao do ataque. crucial manter o fluxo frontal to paralelo articulao quanto possvel.

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Erros do processo

Muitos projectos de articulaes integrais ficaram inutilizadosMuitos projectos de articulaes integrais ficaram inutilizados em resultado de um imprprio processamento ou de um imprprio padro de enchimentoimprprio padro de enchimento.

A estrutura dos polmeros pode ser radicalmente alterada p pdurante o processo de moldao por injeco. As fortes ligaes covalentes nas cadeias polimricas podem romper-se se a taxa de corte excessiva para um determinado material. Quando isto acontece, o peso molecular do polmero, assim como muitas propriedades fsicas, minorado.

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Outro problema de processo que causa o fracasso das articulaes a aplicao de presses excessivas ao fundido aps a fase de enchimento ter sido completada. Se neste momento as presses forem muito altas, a

l id d di i i d i dvelocidade diminui, o que pode provocar o risco de conduo trmica fazendo com que o material solidifique

t ld t j l tantes que a moldao esteja completa.

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cedncia = 15%2t = 3mm

l = 2.5mm

Trata-se de uma articulao a 180. Determine o comprimentoTrata se de uma articulao a 180 . Determine o comprimento mnimo para uma dobradia elstica.

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Resoluo do Exerccio

No caso de uma dobradia elstica, o comprimento mnimo calculado usando:calculado usando:

ttLcedncia

1416351

1

=

mmL

L

43115.01416.35.1

1

=

=mmL 4.311 =

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