Dicas de Design As 10 mais

As Mais10Dicas de DesignDicas de Design

1. Comparao dos materiais2. Seleo do material3. Espessura de parede4. Nervuras 5. Posicionamento dos pontos

de injeo

6. Projetos econmicos7. Tecnologia geral de montagem8. Tecnologia de solda9. Tolerncias10.Verificao

11Os plsticos no so metais

Comparao dos materiais

Diferenas nas propriedades bsicas dos materiaisAs propriedades dos materiais plsticos podem variar ao longo de uma faixa muitomais ampla que todos os outros materiais de engenharia. O perfil das propriedadesde praticamente qualquer polmero pode ser radicalmente alterado atravs daadio de materiais de carga/reforo. Entretanto, a maioria das propriedadesbsicas dos polmeros contrasta com as dos metais. Em uma comparao direta,por exemplo, os metaisapresentam maior: densidade temperatura de aplicao

mxima rigidez/resistncia condutividade trmica e condutividade eltrica,

enquanto que o amortecimento mecnico a expanso trmica o alongamento na ruptura e a tenacidade dos

termoplsticos de engenharia so maiores em ordem de magnitude

(Consulte a Figura 1).

Para se fabricarpeas funcionais emplstico e reduzirsimultaneamente oscustos, geralmentenecessria umamodificao radicaldo projeto, se oplstico for utilizadona substituio dometal. Esse processooferece aoportunidade de seredesenharcompletamente apea, com a possvelintegrao defunes e asimplificaogeomtrica.

Efeito do tipo de tenso na deformao

kg

Tenso esttica de curta durao

Tempo de aplicao da tenso 1 s < x < 10 min

kg

kg

kg

kg

Tenso esttica de longa durao(tenso constante)

Tenso esttica de longa durao(deformao constante)

Tipo de solicitao mecnica Exemplo de aplicao Caractersticas do clculoEfeitos sobre o comporta-

mento na deformao

Capacidade de carga resistncia bsica

Grfico de tenso x deformaoUtilizar o mdulo secante

Aumento da deformao inicial com o tempo (creep)

Diminuio da tenso inicial com o tempo (relaxamento)

Grfico de resistncia ao creepUtilizar o mdulo de creep

Grfico de resistncia ao creepUtilizar o mdulo de relaxamento

Curva de WhlerAteno para a faixa de tenses(por exemplo faixas alternadas de tenso de trao-compresso/flutuao da faixa de tenso natrao)

Apenas limitada possibilidadede estimativa por clculo(testes prticos necessrios)

Reduo significativa da tenso e deformaode longo prazo

Materiais borrachosos/ elsticos apresentam comportamentos de deformao de tenaz a frgil

Tenso dinmica de longa durao

Tenso sbita por impacto

Tempo de aplicao da tenso > 10 min

Tempo de aplicao da tenso > 10 min

Tempo de aplicao da tenso < 1 s

Tenso crescente edecrescente cclica

Fivelasde encaixe

Encapsulamento de compo-nentes insertos metlicos

Tubulaes submetidas a presses internas

Coberturas

Tampas de airbag

Fig. 2

Propriedades de resistncia / rigidez de diversos materiais (valores mdios)

M 2)1000100

100Ten

so

no

esc

oam

ento

/res

ist

nci

a

o (

N/m

m2 )

200

300

400

101

PP

PA6

PA66 PPGF30

PA6GF30

PBTGF30

PA66GF30

ABSPS

POMPC

PETGF30

Magnsio

Alumnio

Zinco

Ao estrutural

Termoplsticos reforados

Metais

o reforados

Fig. 1

Comparao dosmateriais Muitosprojetos a seremexecutados emplstico aindacontinuam a serderivados de"componentesmetlicos". Na srieiniciada por esteartigo, os autoresdescrevem osaspectos queexigem atenoquando se projetapeas em plstico,em lugar dosmateriaistradicionais.

a t r

d u lo d e e t n s o 1 0 0 0 N /mm(

P

PBT

Termoplsticos n

2Fatores que influenciam as propriedades da pea

Geometria da peaCantos vivos Espessuras da parede

Ambiente deaplicao

TemperaturaProdutos qumicos

Radiao UVUmidade

TensesPercentual de deformao

Tempo de aplicao da tensoTipo de tenso

Aplicaoda fora

ProduoOrientao (molculas e materiais de carga e reforo) Tenses internas Grau de cristalizao Linhas de emenda Aprisionamento de ar Condies de processamento (degradao do material)

Degradao do material devido ao excesso de radiao UV

Fig. 4

Fig. 3

Comportamento diferente do materialOs plsticos apresentam s vezes umcomportamento totalmente diferente dos metais, nasmesmas condies de aplicao. Por este motivo,um projeto econmico e funcionalmente eficiente,em metal fundido, pode falhar facilmente, se foraplicado em plsticos sem a devida anlise crtica.Os projetistas de componentes plsticos devem,conseqentemente, estar familiarizados com aspropriedades deste grupo de materiais.

Relao das caractersticas de deformaocom tempo e temperaturaQuanto mais a temperatura de aplicao de ummaterial se aproxima da temperatura de fuso domesmo, mais dependente do tempo e da temperatura o comportamento do material no que se refere deformao. A maioria dos plsticos apresenta umaalterao de suas propriedades mecnicas bsicas, temperatura ambiente ou quando expostos a tensesde curta durao. Os metais, por outro lado,apresentam normalmente um comportamentomecnico muito mais estvel, at mesmo nasimediaes de sua temperatura de recristalizao (> 300C).

Se a temperatura de aplicao ou a taxa dedeformao variarem de maneira significativa, ocomportamento dos termoplsticos de engenharia,no que se refere deformao, pode se modificar dergido e quebradio para borrachoso-elstico. Umatampa de airbag, por exemplo, com sua aplicaotpica que envolve a abertura explosiva, apresentaum comportamento totalmente diferente daquele deum componente de encaixe lentamente montado,

feito do mesmo material (Figura 2). Domesmo modo, esse elemento de encaixe deveser montado de diferentes formas, conformetemperatura de aplicao. O efeito datemperatura, neste caso, significativamentemaior que o efeito da intensidade da tenso.

Fatores que influenciam aspropriedades das peasAs propriedades dos plsticos no soexclusivamente suas propriedadesintrnsecas. As propriedades bsicas de umapea plstica podem ser modificadas pordiversos fatores (como a radiao UV, porexemplo; ver Figura 3), chegando mesmo aoponto de ser inutilizada. Uma pea bemprojetada pode falhar facilmente, se omaterial for processado em condiesinadequadas. Da mesma forma, ostransformadores no conseguem geralmenteeliminar as falhas de projeto, durante oprocessamento. A obteno de uma boa peaplstica s pode ser assegurada atravs de umprocesso de otimizao que leve em contatodos os fatores (Figura 4).

Uma vez que os plsticos so menostolerantes que os metais, no que se refere sfalhas de projeto, deve ser dedicada umagrande ateno escolha do material correto,quando se projetar peas plsticas. Todoprocesso de projeto deve, conseqentemente,comear pela anlise minuciosa e exata, detodos os requisitos e todas as condies daaplicao.

3Termoplsticos

PS

ABS

PMMA

PVC

PC

POM

PA 6PA 66PA 11PA 12

PBTPET

PE

PP

Termoplsticos

Amorfos Semi-cristalinos

Poliestireno

Acrilonitrila-Butadieno-Estireno

Polimetil metacrilato

Poli-cloreto de vinila

Policarbonato

Polioximetileno(poliacetal)

Poliamidas

Polisteres

Polietileno

Polipropileno

Fig. 1

2 Seleo do materialA escolha corretaSeleo domaterial Noexiste algo comoum material ruim -existem apenasmateriaisinadequados adeterminadasaplicaes. ,portanto, essencialque os projetistasconheamplenamente aspropriedades dosdiversos materiais,testando-oscuidadosamente emrelao aos fatoresque afetam aspeas injetadas.

Termoplsticos convencionaisOs materiais mais freqentementeutilizados na moldagem por injeo soos termoplsticos. Estes podem sesubdividir em plsticos amorfos eplsticos semi-cristalinos (Figura 1).

Esses dois grupos diferem quanto aestrutura molecular e em relao a todasas propriedades influenciadas pelacristalizao (Figura 2).Fazendo-se uma generalizao ampla, ostermoplsticos semi-cristalinos soutilizados principalmente na fabricao de

componentes expostos aelevadas tenses, enquanto queos termoplsticos amorfos soutilizados mais freqentementena moldagem de alojamentos,devido sua menor tendnciaao empenamento.

Materiais de carga ereforoOs termoplsticos sofornecidos nas formas semreforo, reforados com fibrasde vidro e combinados comminerais e esferas de vidro. Asfibras de vidro so utilizadasprincipalmente para aumentar aresistncia, a rigidez e a

Comparao de propriedades dos termoplsticos

Propriedades mecnicas

Tendncia ao creep

Resistncia qumica

Resistncia fadiga por flexo

Deformao crtica

Sensibilidade ao entalhe Temperatura de aplicao Propriedades de fuso

Contrao

O

+

0,4% 0,8%

O

Faixa de amolecimento

0,3% 0,8%

+

O

+

+

0,5% 8%

O

+

Ponto de fusoexato

1,0% 3%

Amorfos

+ Favorvel O Satisfatrio Insatisfatrio

Semicristalinos

Fig. 2

Alteraes nas propriedades mecnicas em materias semreforo e reforados com fibras de vidro (PA66)

Comparao da tenso de trao na ruptura

Sem reforo 20% 30% 40% 50%Reforo de fibras de vidro

Sem reforo 20% 30% 40% 50%Reforo de fibras de vidro

Sem reforo 20% 30% 40% 50%Reforo de fibras de vidro

Sem reforo 20% 30% 40% 50%Reforo de fibras de vidro

250200150100 50 0

N/m

m2

Comparao dos valores do mdulo de elasticidade

N/m

m2

C

15000

10000

5000

0

Comparao dos valores de estabilidade trmica 1,8 MPa

300

200

100

0

Comparao do alongamento na ruptura

80

60

4020

0

%

Fig. 3

Corpo de prova na direoparalela e transversal ao fluxo

corpo de prova

Direo do Fluxo

Corpo de prova tranversais direo do fluxo

Corpo de provana direo do fluxo

Ponto de injeo

Fig. 4

Efeito dos aditivos

60

40

20

15

1

20

40

5

Fibras de vidro

Minerais

Fibras de aramida

Elastmeros

Estabilizantes UV

Retardantesde chamasOrgnico

Inorgnico

Agentes antiestticos

Estabilidadedimensional

Teormximo(% peso)

Mdulo deelasticidade

DeformaoAditivo

Resistnciaao impacto

Retardode chama

Fig. 5

temperatura de aplicao; os minerais eas esferas de vidro tm um efeito menorde reforo e so usados principalmentepara reduzir o empenamento.

As fibras de vidro afetam oprocessamento, notoriamente ocomportamento das peas quanto contrao e ao empenamento. Osmateriais reforados com fibras de vidrono podem, portanto, ser substitudospelos termoplsticos sem reforo oumateriais com baixo teor de reforo,sem que ocorram alteraes dimensionais(Figura 3).

A orientao das fibras de vidro determinada pela direo do fluxo.Isto causa uma alterao naresistncia mecnica.

Para se demonstrar esses efeitos,foram cortados corpos de prova apartir de placas injetadas, nossentidos longitudinal e transversal,comparando-se em seguida osvalores das propriedadesmecnicas, em um dinammetro(Figura 4).

No caso do PET reforado com30% de fibras de vidro, houve

uma perda de 32% da trao, umaperda de 43% no mdulo de flexoe uma perda de 53% na resistnciaao impacto, na direo transversalao fluxo. Essas perdas devem serlevadas em conta no clculo daresistncia, incorporando-se fatoresde segurana.Adiciona-se uma ampla variedadede materiais de reforo, cargas emodificadores, aos diversostermoplsticos, para se alterar suaspropriedades. Durante a seleo domaterial, as alteraes daspropriedades resultantes dessesaditivos devem ser conferidas

4

Fluxograma de seleo de materiais

Relacionar eavaliar os possveis materiais

Use Campus ou outros bancos de dadose literatura de materiais...

Classificao dosmateriais utilizveis

Componentes semelhantesExperincia na utilizao, por parte de especialistas

ou do fornecedor damatria-prima

Mtodos de teste

ProttiposMoldes, modelos

Material selecionado para uso

Relao detodos os requisitos essenciaisEspecificaes, tenses, tolerncias,

agentes qumicos, ambiente de aplicao

Requisitosdesejveis

Aparncia, brilho, seria vantajoso se...

Anlise da lucratividadeEspessura de paredes e tempo de

produo, funes mltiplas, condiesde injeo, nmero de cavidadesdo molde, secagem, reciclagem...

Fig. 8

5

Efeito da umidade

Resistncia

Deformao

Mdulode elasticidade

Resistncia ao impacto

Dimenses

Peso

Caractersticas eltricas

Secomido

Fig. 6

2 Seleo do material (continuao)cuidadosamente, na literatura ou em bancos de dados(Campus, por exemplo); ou melhor ainda, deve ser buscada aorientao tcnica dos especialistas que trabalham para osfabricantes de matrias-primas (Figura 5).

Efeito da umidadeAlguns termoplsticos, especialmente a PA 6 e a PA 66,absorvem umidade. Isso pode ter um efeito considervel sobresuas propriedades mecnicas e sua estabilidade dimensional.Deve ser dada ateno especial a essa caracterstica, durante aseleo do material (Figuras 6 e 7).

Efeito da umidade nas propriedades mecnicas da PA 66( corpo de prova c/ 3,2 mm de espessura )

Tenso no escoamento (N/mm2)

0 0 5 10 15 20 2510 20 30 40 50 60 70 80 90

0 35002000500 30001000 25001500

Deformao no escoamento (N/mm2)

mido

Seco

Mdulo de elasticidade (N/mm2)

Outros critrios de seleoOs outros requisitos esto relacionados sconsideraes de processamento e montagem. igualmente importanteinvestigar-se a possibilidade de integrardiversas funes em uma s pea, poupando-se assim operaes de montagem de custo elevado. Essa medida pode apresentar um efeitomuito vantajoso sobre os custos de produo.Pode-se perceber que no apenas o preo

da matria-prima que importante noclculo dos custos. Deve-se assinalarainda que osmateriais com maiorrigidez permitemparedes mais finas, resultando assim emciclos mais rpidos.

importanterelacionar e avaliarsistematicamentetodos os critriosreferentes escolhado material. A Figura 8, ilustraum fluxogramaaproximado doprocesso de escolhado material.

Fig. 7

6To espessa quanto necessrio- to fina quanto possvel

3 Espessura de parede

Comportamento de fluxo em molde espiral

60 80 100Preso de injeo (MPa)

120

200

400

600

800

1000

1200

0140

Temperatura do fundido290 C

Temperatura do molde 90 C

PET 30% GF

PET 45% GF

Ext

ens

o d

o f

luxo

(m

m) Espessura 2,5 mmEspessura 2,5 m

mEspessura 1,0 m

Fig. 1

Comprimentos de fluxo para diferentes viscosidades

Ponto de injeo

Fig. 2

Espessura deparede Ao seprojetar peas aseremmoldadas compolmeros deengenharia, aexperinciademonstra quedeterminadosaspectos de projetoocorremrepetidamente,podendo serreduzidos asimplesdiretrizes de desenho. Umdessesaspectos aespessura deparede, que temgrandeinfluncia sobrea qualidade das peas.

Efeitos sobre os critriosespecficos da pea

A alterao da espessura da paredede uma pea tem um efeitosignificativo sobre as seguintescaractersticas essenciais: peso da pea comprimento mximo

do fluxo no molde durao do ciclo de produo rigidez da pea tolerncias qualidade da pea, em termos

de acabamento superficial, empenamento e vazios

Relao entre o comprimentodo fluxo e a espessura dasparedes

importante analisar, ainda noestgio inicial do projeto, se aespessura exigida para a parede podeser conseguida com o materialdesejado. A relao entre ocomprimento do fluxo e a espessuradas paredes tem influncia crticasobre o preenchimento das cavidadesdo molde, no processo de injeo. Sefor necessrio combinar longoscomprimentos com reduzidaespessura de paredes, em um moldede injeo, o nico material adequado um polmero com viscosidade noestado fundido relativamente baixa.Para se entender o comportamento defluxo dos polmeros fundidos,comprimentos de fluxo podem serdeterminados utilizando-se um moldeespecial (Figuras 1 e 2).

Fundido de alta viscosidade

Fundido de mdia

Fundido de baixa

viscosidade

viscosidade

Fig. 3

Mdulo de flexo em funo da espessura da parede

3,2 mm 6,35 mm

2 000

5 000

10 000

20 000

9,5 mmEspessura

M

du

lo d

e fl

exo

(N

/mm

2 )

PET 45% GF

PET 55% GF

Fig. 4

materiais semi-cristalinos. No caso dosmateriais reforadoscom fibras de vidro, amodificao daespessura de paredeinfluencia tambm aorientao das fibras devidro. Prximo sparedes do molde, asfibras so orientadas nadireo do fluxo. Nocentro da seotransversal da parede,por outro lado, ocorre

uma orientao aleatria das fibras,como resultado do fluxo turbulento.Aumentando-se a espessura daparede, aumenta-se tambmprincipalmente a rea na qual as fibras de vidro esto aleatoriamenteorientadas. Por outro lado, a espessurada zona onde as fibras estoorientadas na direo do fluxopermanece em grande parte a mesma(Figura 3).

Essa regio, que determina de maneiracrtica a rigidez da pea, no caso dosplsticos reforados com fibras devidro, fica, assim, proporcionalmentereduzida em relao espessura geraldas paredes. Isso explica o declnio nomdulo de flexo (Figura 4), quandose aumenta a espessura das paredes.Os valores de resistnciadeterminados com os corpos de provapadronizados (3,2 mm) no so,conseqentemente, diretamenteaplicveis a espessuras de parede quese desviem desse valor. Para se avaliaro comportamento da pea, essencialfazer uso de fatores de segurana.Assim sendo, o aumento da espessuradas paredes, sem que leve em conta asconseqncias, eleva os custos dematerial e de produo, sem queocorra um aumento significativo darigidez.

7

Mdulo de flexo em funo da espessurade parede A resistncia flexo de uma placa plana determinada pelo mdulo de elasticidadeespecfico do material e pelo momento de inrciada seo transversal da placa. Se a espessura daparede for automaticamente aumentada, visando-seaumentar a rigidez das peas plsticas, sem que seatente para as conseqncias, isso pode resultarfreqentemente em srios problemas com os

3 Espessura de parede (continuao)

Orientao das fibras (zona central/zona externa)

S1

S00S1 S

0SS1S1 S0> >

8Aumentar a espessura daparede?

O aumento da espessura das paredesno s determina de forma crtica aspropriedades mecnicas, comotambm influencia a qualidade doproduto acabado. Ao se projetarpeas plsticas, importante visar aespessura uniforme das paredes.Diferentes espessuras de parede, emuma mesma pea, resultam emcontrao diferencial que,dependendo da rigidez da pea, podeacarretar srios problemas deempenamento e preciso dimensional(Figura 6). Para se obter umaespessura de parede uniforme, asreas com paredes espessas do moldedevem ser redesenhadas (Figura 5).Dessa forma, possvel prevenir orisco de formao de vazios e reduziras tenses internas. Alm disso, atendncia ao empenamento tambm minimizada. Os vazios e amicroporosidade das peas reduzemseveramente suas propriedadesmecnicas, devido ao estreitamentodas espessuras, s elevadas tensesinternas e, em alguns casos, pelosefeitos de entalhe.

Transio entre espessuras diferentes

Espessura constante

Ponto de injeoRuim

Adequado

Bom

Ponto de injeo

Ponto de injeo

Fig. 5

Empenamento devido a transioentre espessuras mal projetada

Fig. 6

Quando a rigidez exigida nopuder ser obtida no projeto, aetapa recomendada a seguir escolher um material queapresente um mdulo deelasticidade maiselevado que aqueledo materialoriginal. Umaforma simples dese aumentar omdulo deelasticidade aumentar aproporo de fibrasde reforo de umpolmero. No

ngulo de sada

POM

PA (Sem reforo)

PA (GF)

PET / PBT (GF)

nguloleve

(menos de 25 mm altura)

nguloagudo

(mais de25 mm altura)

0 - 1/4

0 - 1/8

0 - 1/2

1/2

1/2

1/4 - 1/2

1/4 - 1

1/2 - 1

Fig. 2

9

Em termos gerais, arigidez de uma peapode ser aumentadadas seguintesformas: aumentando-se a

espessura das paredes

aumentando-se o mdulo de elasticidade (elevando-se por exemplo a proporo de fibras de reforo)

incorporando-se nervuras ao desenho

Projeto de nervura

Crculo imaginrio

R=T

Rechupe

Insatisfatrio

T

D1

3TT

D2

Adequado

R mx0,5 T

0,5 T

ngulo de sada

Fig. 1

Desenho ideal das nervuras4 Nervuras

Nervuras As nervurasso mtodoseficazes paraaumento derigidez ereduo deespessuracomo formade evitar osproblemascausados porparedesespessas.

entanto, admitindo-se a mesma espessura de parede, issoresulta apenas no aumento linear da rigidez. Umasoluo muito mais eficaz aumentar a rigidez atravsde nervuras corretamente projetadas. A rigidez da pea aperfeioada como resultado do aumento no momentode inrcia. Quanto s dimenses ideais das nervuras, geralmente necessrio levar em conta no s asconsideraes de engenharia no projeto, como tambmos fatores tcnicos relativos produo e aos aspectosestticos.

Dimenses ideais das nervurasAo se projetar as nervuras, um grande momento deinrcia pode ser obtido mais facilmente prevendo-senervuras altas e grossas. No entanto, quando se trata depolmeros de engenharia, essa abordagem gera,normalmente, srios problemas, como rechupes, vaziose empenamento. Alm disso, se a altura das nervuras formuito elevada, h o risco das nervuras flambarem sob

Concentrao de tensesem cantos vivos

Cantos adequadamentearredondados

Fig. 3

10

carga. Por essa razo, absolutamente necessriomanter as dimenses das nervuras dentro de proporesrazoveis (Figura 1).

Para se assegurar a extrao da pea nervurada isentade problemas, essencial prever um ngulo de sada(Figura 2).

Restringir o acmulo de material O dimensionamento das nervuras importante, quandose trata de peas que exigem acabamento superficial dealta qualidade, como as calotas. O desenho correto dasnervuras reduz a tendncia formao de rechupes,aumentando assim a qualidade das peas.O acmulo de material na base da nervura definidopelo crculo imaginrio traado na Figura 1.Respeitando-se as propores dimensionaisrecomendadas, esse "crculo" pode ser o menor possvele o rechupe pode ser evitado ou reduzido.Se o crculo imaginriofor muito grande, nessarea de acmulo dematerial, podem se formarvazios o que reduzdrasticamente aspropriedades mecnicas.

Reduo da tenso nabase das nervurasSe a pea nervurada forexposta a cargasaplicadas, podem seformar tenses na basedas nervuras. Se noforem previstos raios detransio nessas reas,podem se acumular picosmuito elevados de

Carcaa nervurada

Fig. 4

Juno da nervuracom a parede da pea

adequadoadequado

necessrio aperfeioar

concentrao de tenses (Figura 3) que levam commuita freqncia arachaduras e falha da pea.A soluo prever um raiode transio suficientementeamplo (Figura 1), quepermita a distribuio maisadequada das tenses, nabase da nervura. Por outro lado, os raiosmuito amplos tambmaumentam o dimetro docrculo imaginrio, o quepode, por sua vez, resultarnos problemas jmencionados.

Escolha da estrutura dasnervurasEstruturas com nervuras

cruzadas mostraram sucesso, no projeto de peasplsticas, isto porqu podem suportar diversasconfiguraes de cargas aplicadas (Figura 4). Aestrutura com nervuras cruzadas, corretamenteprojetada em funo das cargas previstas, assegura adistribuio uniforme da carga por toda a peamoldada. Os ndulos que se formam nas interseesdas nervuras (Figura 5) representam acmulos dematerial, devendo ser otimizados para se prevenirproblemas. igualmente necessrio tomar o cuidadode assegurar que seja evitado o acmulo indevido domaterial, nos pontos onde as nervuras se unem sbordas da pea (Figura 6).

1/2 T

1/2 T

T

Interseo de nervuras

Fig. 5Fig. 6

Alm de executar os clculos deprojeto referentes s peasplsticas, os projetistas devemdar uma ateno especial aospontos de injeo . necessrioescolher o sistema, localizao equantidade corretos de pontos deinjeo. As diferenteslocalizaes e tipos de pontos deinjeo tm considervel efeitosobre a qualidade das peas.

11

Correta localizao dos pontosde injeoPosicionamentodos pontos deinjeo Almde ocasionarproblemas deprocessamento,a escolhaincorreta dotipo elocalizao dospontos deinjeo podeapresentar umefeitoconsidervelsobre aqualidade daspeasinjetadas. Osdepartamentosde projeto nodevem,conseqen-temente,subestimar aimportncia dalocalizao dospontos deinjeo.

Valores de tenso x deformao determinados em uma pea de 3 mm de espessura

1 2 3Deformao (%)

4

20

40

60

80

100

120

140

160

050

PA66GF30(seco)Na direodo fluxo

PA66GF30(seco)A 45 emrelao di- reo do fluxo

PA66GF30(seco)Na direotransversalao fluxo

PA66(seco)Nas direestransversale do fluxo

Ten

so

[N

/mm

]

Fig. 1

A localizao dos pontos tambmdetermina as seguintescaractersticas das peas plsticas: comportamento de

preenchimento dimenses finais das peas

(tolerncias) comportamento de contrao e

empenamento nvel das propriedades

mecnicas qualidade superficial (aparncia

esttica)Os moldadores dispem de poucosrecursos para corrigir asconseqncias indesejveis dalocalizao incorreta dos pontosde injeo, por otimizao dosparmetros do processo.

Linha de emenda Micro-entalhe

Fig. 2b

A linha de emenda em um castelo

Fig. 2a

A orientao determina as propriedades das peasNo processo de injeo, as longas molculaspolimricas e os materiais fibrosos de carga ereforo orientam-se principalmente na direodo fluxo do polmero fundido. Isto resulta emuma dependncia da direo nas propriedadesda pea (anisotropia). As caractersticas deresistncia, por exemplo, so

5 Posicionamento dos pontos de injeo

Pea defeituosa

12

Reduo da resistncia mecnica devidoa linha de emenda (valores mdios)

Nvel inicial da propriedade, sem a linha de emenda : 100%

Resistncia trao Alongamento na ruptura

PA66

PA66GF30

PA66GF30 tenaz

PETGF30

PETGF45

PETGF55

0 20 40 60 80 100%

extenso do corpo de prova

Linha de emenda

Fig. 3

Fatores de reduo parareas de linha de emenda

0 20 40 60 80 100%

5-60

40-90

0-15

30-70

20-80

ResistnciaTenacidade

50-80

Reduo naspropriedades, emrelao aos nveisiniciais

Plsticos amorfos

Plsticos semi-cristalinos

Plsticos reforados com fibras de vidro

Fig. 4

consideravelmente mais elevadas na direo dofluxo que na direo transversal (Figura 1). Aqui, ainfluncia das fibras de reforo significativamentemaior que o efeito isolado da orientao molecularsobre a resistncia. A orientao das fibras tambmresulta em contrao diferenciada, nas direeslongitudinal e transversal, o que pode levar aoempenamento.

Reduo da qualidade como resultado daslinhas de emenda e do aprisionamento dear

As linhas de emenda ocorrem quando duas ou maisfrentes de fluxo se renem no interior do molde.Isso ocorre, por exemplo, quando o fundido temque fluir ao redor de um inserto do molde, ouquando a injeo se processa atravs de diversospontos de injeo (Figura 2 A e B). Alm disso,diferentes espessuras de parede em uma peatambm podem levar separao das frentes defluxo e, dessa forma, ocasionar linhas de emenda.O aprisionamento do ar (bolhas de ar) ocorrequando o ar que deveria ser expulso do molde ficaretido pelas frentes de fluxo do fundido e noconsegue escapar. As linhas de emenda e o araprisionado manifestam-se freqentemente como

defeitos superficiais. Alm do fato de apresentaremm aparncia, tambm reduzem consideravelmente aspropriedades mecnicas das reas afetadas,especialmente a resistncia ao impacto (Figuras 3 e 4).

A localizao inadequada dos pontos deinjeo tem conseqncias negativas

Uma vez que os pontos de injeo sempre deixammarcas evidentes, os mesmos no devem serlocalizados em reas onde se exija uma boa qualidadesuperficial. Qualquer que seja a rea dos pontos deinjeo, ocorre uma elevada solicitao mecnicaimposta ao material (cisalhamento) que reduzconsideravelmente o nvel das propriedades dasresinas plsticas (Figura 5). Os plsticos noreforados apresentam melhor qualidade que osplsticos reforados, nas linhas de emenda. Osfatores de reduo da qualidade na rea das linhas deemenda dependem muito do tipo e do percentual dosmateriais de carga e reforo. Da mesma forma, osaditivos como os lubrificantes e os retardantes dechama podem apresentar um efeito prejudicial. ,portanto, difcil avaliar at onde esses fatores afetama resistncia final das peas. Adicionalmente, as reasdas linhas de emenda com alta resistncia trao,no oferecem uma resistncia ao impacto e fadigada mesma qualidade. Com materiais reforados, asfibras se alinham transversalmente direo dofluxo, na rea das linhas de emenda. Isso reduzsignificativamente as propriedades mecnicas dapea, nesse ponto (Figura 6).

Localizao correta dos pontos deinjeo

Peas complexas no podem, normalmente, serfabricadas sem linhas de emenda. Se o nmerodas linhas de emenda no puder ser reduzido,estas devem ser localizadas em pontos ondeno afetem a pea, em termos de acabamentosuperficial e resistncia mecnica. Isso podeser conseguido deslocando-se a localizao dospontos de injeo ou pelo aumento/reduo daespessura das paredes.

Princpios bsicos de projeto: no localizar os pontos de injeo em zonas

altamente solicitadas evitar ou minimizar as linhas de emenda evitar deixar as linhas de emenda em reas

altamente solicitadas com os plsticos reforados, a localizao

dos pontos de injeo determina o empenamento das peas

evitar o aprisionamento de ar, prevendo sadas de gases adequadas

13

Orientao das fibras de vidro na linha de emenda

Fig. 6Defeitos do material na rea do ponto de injeo

Ponto de injeo

Vazios

Fig. 5

5 Posicionamento dos pontos de injeo (continuao)

14

Custo influenciado pelaspropriedades dos materiaisO pleno aproveitamento daspropriedades especficas dosmateriais plsticos pode reduzir oscustos de muitas formas:

Projetos com mltiplas funesintegradasReduo do nmero de peas,atravs da integrao de diversasfunes em uma s pea.

Utilizao de tcnicas de montagemde baixo custoEncaixes de presso, conjuntossoldados, conjuntos rebitados,tecnologia de dois componentes, etc.

Explorao da capacidade deoperar a secoPoupa a necessidade de lubrificaoadicional ou subseqente.

Desenhos de baixo custo

Comparao de custos divididos pelos custos deproduo (com base no peso)

Alumnio

Magnsio

Zinco

PA 66 GR 30

Material Custes de moldagem Acabamento

Energia Custos de produo Revestimento

Fig. 1

6 Projetos econmicosO Preo comoFator de Projeto O projetista depeas plsticasarca com a maiorparte daresponsabilidadepelo custo finaldessas peas.Suas decisespredeterminamessencialmenteos custos deproduo,fabricao domolde emontagem. Acorreo e aotimizao emestgiosposteriores sogeralmenteonerosas ouimpraticveis.

Eliminao dos tratamentossuperficiaisCor integrada, resistncia aprodutos qumicos e corroso,propriedades de isolamentoeltrico e trmico.

NucleaoOs materiais da mesma famlia deprodutos podem apresentar temposde ciclo diferentes. A razo paraisso um aditivo nucleante queacelera a cristalizao do fundido,durante a fase de resfriamento.

Custo influenciado peloprojeto da pea acabadaPode-se obter redues adicionaisdo custo, alm daquelas acimamencionadas, observando-se osseguintes pontos:

Espessura de paredeAdistribuio ideal da espessura deparede influencia o custo do material epode reduzir o tempo de produo.

MoldesMoldes de duas placas,reduo do nmero degavetas, etc.

TolernciasAs exignciasexcessivamenteelevadas quanto stolerncias aumentamos percentuais derejeio e os custos docontrole da qualidade.

MateriaisReduo dos temposde ciclo e resfriamentopela escolha demateriais que secristalizamrapidamente;minimizao dosproblemas deempenamento, pela

Reduo de custos utiliando-seperfis nervurados

11,2

140

Placa nervurada, variante 2

Momento de inrcia: 2520 mm4Reduo do tempo de recalqueat aproximadamente 15% Economia de material: 57%

281,4

2

9,2

Placa nervurada, variante 1

Momento de inrcia: 2520 mm4Reduo do tempo de recalqueat aproximadamente 35% Economia de material: 23%

282,8

4

140

6

Perfil original, material POM

Momento de inrcia: 2520 mm4Recalque : aproximadamente 95 s (100%)

140

Fig. 2

utilizao de polmeros de baixo empenamento (p. ex.otimizao da proporo entre cargas minerais e fibras devidro).

Comparao dos custos de produo das peasAs peas injetadas devem estar prontas para amontagem, assim que forem extradas do molde, semnecessitar de operaes da acabamento adicionais. Seforem necessrias operaes de acabamento, o custodessas peas freqentemente iguala-se ao das peasmetlicas (Figura 1).

O projeto determina os custos de produoO aumento geral da espessura de parede nem sempreconduz ao aumento desejado na resistncia de uma pea,mas certamente significa uma acentuada elevao dos custosde material e de produo (Figura 2). Os termoplsticossemi-cristalinos sofrem uma contrao volumtrica medida em que se cristalizam. Essa contrao deve sercompensada pela contnua alimentao do fundido durantea fase de recalque. O tempo aproximado de recalque a cadamm de espessura de parede, pode ser, por exemplo: POM = 8 s PA 66 sem reforo = 4-5 s PA 66 reforado = 2-3 s(Aplica-se a paredes de at 3 mm de espessura)

Exemplos de aplicaes tpicasEm contraste com os projetos em metal que precisam serusinados e freqentemente sofrem muitos estgios demontagem at se obter uma nica pea funcional, atecnologia dos plsticos oferece uma considervel economiaem potencial. Neste exemplo (Figura 3), a guia e as hastesde acionamento, a mola, o elemento de fixao e o mancalforam moldados por injeo em uma s pea. O projetoequivalente em metal no s exigiria cincocomponentes individuais que precisariam sermontados, como tambm as hastes teriam queser lubrificadas no ponto onde entram emcontato com o limitador. A escolha de umPOM homopolmero torna desnecessria alubrificao neste ponto.

Os projetos de fixao por encaixecombinados a dobradias integradas,reduzem o nmero de peas individuais,facilitando assim a montagem e reduzindoos custos. Se forem utilizados materiaisquebradios, um segundo elemento defixao por encaixe se encarrega da funode bloqueio, caso a dobradia integrada serompa (Figura 4).

15

Exemplo de integrao funcional (haste gua e guiada produzidas em POM)

Fig. 3

Exemplo de montagem simplificada (fixadores de cabos com dobradia integrada)

Fig. 4

Molde de baixo custo

Fig. 5

Ao projetar a pea, o projetista tambm devedefinir o desenho das cavidades do molde, eledetermina conseqentemente o sistema deextrao e o nmero de gavetas exigidas. Atravsdo arranjo criterioso dos rebaixos, as gavetaspodem ser substitudas por pinos (Figura 5).

6 Projetos econmicos (continuao)

Distribuio de tenses em diferentes perfis

Curva de tenses na lingeta

F = 7 NF = 4,3 N

1515

1

33 1,51

mm5 10 150

0

10

20

30

40

N/m

m2

mm5 10 150

0

10

20

30

40

N/m

m2

Fig. 2

16

As tcnicas de montagem podemser divididas nos tipos destacveise no destacveis. As tcnicas quese seguem, enquadram-se nacategoria de montagens nodestacveis: soldagem rebitagem colagem insertos encaixe com ngulo de

reteno de 90

As melhores tcnicas de Montagem Parte I

Tecnologia Geralde Montagem As montagensrealizadas pormeio de encaixe,presso erosqueamentoso tcnicassimples quepermitem aosprojetistasexplorarem umagrande economiade produoatravs damontagemsimples e rpidadas peas.

7 Tecnologia geral de montagem

As montagens destacveisincluem: encaixe com ngulo de

reteno < 90 montagens com parafusos montagens por presso

Projeto de montagem porencaixeA maior vantagem dos projetosde montagem por encaixe que,com esta tcnica, no necessrio nenhum elemento

adicional para se realizar amontagem.Os tipos mais freqentementeutilizados de montagem porencaixe para plsticos, so: montagem por encaixe com

lingeta montagens por encaixe

cilndricas montagens por encaixe tipo

esfera e soquete

Qualquer que seja o tipo escolhido, oprojetista deve certificar-se de que ageometria do conjunto permita que oscomponentes fiquem o mais isentospossvel de tenses aps a montagem,para se evitar a deformao quepoderia afrouxar o encaixe com opassar do tempo.

Princpios bsicos de projetoO projeto de um encaixe determinado pela deformao mximapermitida do material que serutilizado. Deve-se tomar cuidado coma poliamida, por exemplo, porque estematerial permite, no estado seco,deformaes consideravelmentemenores que aquelas permitidas noestado condicionado. O teor de fibrasde vidro tambm apresenta umimportante efeito sobre asdeformaes permitidas e,conseqentemente tambm, sobre adeflexo permitida da lingeta(Figura 1).Nas montagens por encaixe comlingeta, a conicidade da lingetareduz a tenso (Figura 2). Esteformato permite uma melhordistribuio da carga ao longo de todaa extenso de deflexo. Os picos deconcentrao das tenses na base da

Deformaes permissveis por material(Valores vlidos apenas para uma nica montagem)

Material

POM homopolmero

PA sem reforo (cond.)

PA sem reforo (seca)

PA66 GR (condicionada)

PA66 GR (seco)

PET GR

PBT GR

Deformao permissvel em %

aproximadamente entre 5-8

aproximadamente entre 4-6

aproximadamente 3

aproxim... entre 0,9-1,5

aproximadamente 0,8

aproxim... entre 0,5-0,8

aproxim... entre 0,7-1,5

Fig. 1

17

Efeito do tempo

Montagens por encaixe: 80% da fora de desencaixe original

Encaixes por presso: 50% da fora de desencaixe original

Tempo (horas)500 10000

0

20

50

80

100

% d

a fo

ra

de

des

enca

ixe

Fig. 3

lingeta so menores e a fora exigidapara a montagem consideravelmentemenor.A inexistncia de um raio de unioentre a base da lingeta dentada e amassa principal da pea, bem comoraios muito pequenos nesta rea,resultam freqentemente em pontosmais frgeis. A princpio, deve serprevisto um raio de transiosuficientemente amplo para se evitar aconcentrao das tenses. Asmontagens por encaixe do tipocilindrico, esfera e soquete precisamfreqentemente ser sulcadas parafacilitar a montagem; nesse caso, aextremidade do sulco no deve possuircantos vivos.

Montagens de encaixe sobpressoOs encaixes sob presso possibilitammontagens de alta resistncia entre oscomponentes plsticos a um custo mnimo. Tal como ocorre com asmontagens por encaixe, a fora exigidapara o desencaixe diminui com opassar do tempo, como resultado dorelaxamento de tenses (Figura 3). Osclculos de projeto devem levar essefato em considerao. Adicionalmente,devem ser realizados testes natemperatura operacional esperada, paraconfirmar a viabilidade do projeto.

Montagens com parafusosAs montagens com parafusos podem ser obtidas com a aberturadas roscas ou parafusos auto-roscantes, ou ainda pela utilizao deinsertos roscados. O mdulo de flexo do material a ser usadoproporciona uma boa orientao quanto ao tipo de montagem comparafuso mais adequada. Com um mdulo de flexo deaproximadamente 2800 MPa, por exemplo, podem ser utilizadosparafusos auto-roscantes.Devem ser utilizados insertosmetlicos, se forem exigidosparafusos de rosca mtrica,ou no caso da montagem terque ser desmontada algumasvezes. Para se impedir a falhaprematura da pea, importante assegurar odimensionamento correto docastelo (Figura 4). Osfabricantes de parafusosfornecem orientaes quantoa isso.Como regra geral, osparafusos com cabea cnicadevem ser evitados paraplsticos, uma vez que asforas resultantes (Figura 5)podem levar ao"espanamento" do furo. Umdos possveis resultadosdessa tenso adicional afcil ruptura das linhas deemenda.

Montagens com parafusos

Utilizao de um parafuso de cabea cilndrica

Utilizao de um parafuso com cabea cnica

Utilizao de um parafusode cabea cilndrica com inserto

As forasresultantescausamespanamento

Inserto metlico

timo

Inadequado

Adequado

Fig. 5

Recomendaes de projetopara parafusos EJOT PT

A parede pode serprolongada nesta rea

Nervura 0,4t - 0,75t

d = dimetro nominal do parafuso

DA

dL

Lmin

Material dL (mm) DA (mm) Lmin (mm)

POM 0,75 d 1,95 d 2,0 d

PET FV30 0,8 d 1,8 d 1,7 d

PBT FV30 0,8 d 1,8 d 1,7 d

PA66 FV30 0,82 d 2,0 d 1,8 d

PA66 0,75 d 1,85 d 1,7 d

Fig. 4

7 Tecnologia geral de montagem (continuao)

18

Placa quente

Princpio

Durao do ciclode solda

Vantagens

Limitaes

Exemplos

Plsticos sensveis oxidao Mais rebarbas

10-20 s 0,2-10 s 0,1-2 s

Posio relativa das peas a serem soldadas Exigida uma rigidez mnima (material/geometria) Exigido um movimento relativo exato

Adequado apenas para solda de peas pequenas e mdias A montagem prxima/distante da linha de unio um fator influenciador adicional

as desigualdades existentes na rea da unio (deformao, por exemplo) se fundem boa reprodutibilidade melhor qualidade de solda Possibilita elevado grau de automao

Adequado para solda de peas mdias e grandes Adequado para solda de materiais sensveis a oxidao

Possveis diferentes variaes (rebitagem, flangeamento, insero) Tempos de ciclo mais reduzidos O mtodo pode ser facilmente automatizado e integrado

Vibrao/Rotao Ultra-snico

Comparao dos diferentes mtodos de soldagem

Mangueira de admissode ar (insertos)

Tubulao de admisso de ar Isqueiros

Fig. 1

As melhores tcnicas de Montagem Parte II

8 Tecnologia de soldaTecnologia desolda Adicionalmentes tcnicas demontagemdescritas nostimo artigodesta srie,pode-seutilizardiferentesmtodos desolda parapeasplsticas.Visandoassegurar ocusto reduzidoe os projetosfuncionalmenteeficientes, necessrioescolher ummtodo desoldaadequado eestudarcuidadosamentea geometriada linha deemenda, aindano estgioinicial doprocesso deprojeto.

A tcnica de solda uma montagem quepermite a conexo permanente das peasplsticas, sem elementos adicionais demontagem. A escolha do mtodo de soldadepende de diversos critrios: a geometria eo material das peas, o custo, a viabilidadede integrao no ciclo geral de produo eas exigncias mecnicas e estticas relativas zona soldada.

Diferentes mtodos de soldaExistem muitos mtodos de soldadiferentes, eficientes em termos de custo,adequados produo industrial de grandevolume. Os mtodos mais freqentementeutilizados, para peas produzidas empolmeros de engenharia, so (Figura 1): solda por placa quente

Fig. 2

19

solda rotacional solda por vibrao solda ultra-snica

Outros mtodos incluem: solda por alta freqncia solda por induo solda por gs aquecidoEsto sendo desenvolvidos novosmtodos (como solda a laser, porexemplo), que no entanto ainda no soamplamente utilizados na indstria.Qualquer que seja o mtodo, a operaode montagem executada aplicando-secalor (fundindo-se as superfcies a seremreunidas) e presso. O calor pode sergerado diretamente, por contato ouradiao, ou indiretamente, pelo atritointerno ou externo, ou ainda por efeitoseltricos.

Escolha do mtodo corretoPara se obter uma qualidade de soldaadequada e reprodutvel, necessrioescolher um mtodo de solda adequado,

8 Tecnologia de solda (continuao)

Perfil da linha de unio parasolda rotacional

15

5

15

15

30

otimizar os parmetros doprocesso e assegurar que aspeas soldadas tenham sidocorretamente projetadas emfuno do mtodo de solda aser utilizado. Os fabricantesde mquinas de soldafornecem no sequipamentos padronizadoscomo tambm diversasunidades especiais, cobrindouma ampla variedade detarefas. Antes de se decidir o

mtodo, aconselhvel consultar osfabricantes de maquinrio ou osfornecedores das resinas.

Diferentes caractersticas desoldaTeoricamente, todos os termoplsticosso soldveis; no entanto, ocomportamento de solda dos plsticosdifere consideravelmente em algunscasos. Os polmeros amorfos nopodem ser unidos com os semi-cristalinos por solda. Os plsticos queabsorvem gua (como o Nylon, porexemplo) precisam ser previamentesecos, uma vez que a umidade acarretaem unies de baixa qualidade. Para seobter os melhores resultados, as peasde Nylon devem ser soldadasimediatamente aps a moldagem porinjeo ou mantidas em estado secoantes da solda. Os aditivos como asfibras de vidro e os estabilizantestambm podem influenciar osresultados da solda. A soldagem deplsticos sem reforo permite aobteno de unies com resistnciaprxima resistncia de peasinjetadas, uma vez que o projeto daspeas e os parmetros do processo desoldagem sejam adequados. Com osplsticos reforados com fibras devidro, deve ser levada em conta areduo da resistncia decorrente daseparao ou da reorientao dasfibras, na rea soldada.

Perfil da linha de unio parasolda por vibrao/placa quente

Peas com grandes espessuras Peas com pequenas espessuras

T

3-3,5 T

1,2

T 3 T

T

w = 2-3 T

Fig. 3

20

Exemplos de recessos parareteno de rebarbas

a

T

0.5 T

w = 2-3 TFig. 4

Desenhos de solda de topo e por cisalhamentopelo processo de ultra-som

Soldapor cisalhamento

Solda de topoem orientador de energia

A: 0,4 mm con B = 1,5-3 mmB: espessura de parede

B

A

B

1,4 B

0,6 B

90

AB

EC

A: 0,2-0,4 mmB: espessura de paredeC: 0,5-0,8 mmE: 1,25-1,5 B

B B

B

Fig. 5

Mtodos de soldagem prxima linha de unio e distante da linha de unio

Transmissodas vibraesultra-snicas

Prxima a linha de unio Distante da linha de unio

Fig. 6

Projeto correto da rea desolda (linha de unio)Um dos requisitos essenciaispara a solda de alta qualidade oprojeto adequado do perfil darea a ser soldada. Os perfisilustrados nas Figuras 2 e 3provaram ser bem sucedidos.Caso a rea de solda devaatender a especificaes estticasrigorosas, ser necessria umageometria especial. Osdiagramas ilustram as possveisformas de se ocultar as rebarbas,prevendo-se recessos parareteno do material excedente(Figura 4). Peas de paredesfinas devem ser projetadas comguias de encaixe, de forma quese possa aplicar a presso desolda necessria, sem que asparedes percam o alinhamento.

Caractersticas especiaisda solda ultra-snica

Os polmeros semi-cristalinostm pontos de fuso bemdefinidos, ou seja, passamabruptamente da fase slida paraa fase fundida, ao ser aplicado ocalor. Conseqentemente, prefervel utilizar a solda porcisalhamento (Figura 5), parasoldagem ultra-snica dospolmeros semi-cristalinos. Emrelao soldagem dospolmeros amorfos, queapresentam uma faixa de

amolecimento, o tipo da solda menos crtico. AFigura 6 ilustra diagramas de mtodos de soldaprxima linha de unio e distante da linha de unio.A diferena reside na distncia entre o ponto decontato do sonotrodo com a pea e as faces a seremsoldadas. Em termos gerais, a soldagem prxima linha de unio permite melhores resultados, mas essencial utiliz-la com os materiais que apresentarembaixo mdulo de elasticidade.

assegurar queas tolernciasestabelecidassejameconomica-mente viveis.As tolernciasselecionadasno devem serto rigorosasquantopossvel, massim torigorosas quanto necessrio.

Um percentual economicamente aceitvel para atolerncia de produo um desvio de 0,25 a0,3% das dimenses nominais, porm estesvalores devem ser conferidos com as exignciasda aplicao (Figura 1).Deve-se recordar que os termoplsticos, queapresentam tipicamente alto alongamento e altaelasticidade, no precisam ter as mesmastolerncias estreitas especificadas para metais,que apresentam alta rigidez, reduzidoalongamento e pouca elasticidade.Fatores que influenciam as tolernciasVisando-se evitar tolerncias muito estreitas para aspeas plsticas, deve-se ter em mente os diversosfatores que influenciam a exatido dimensional daspeas injetadas (Figura 2). As tolerncias naconstruo do ferramental devem ser rigorosas. Osprojetistas no devem esquecer, no entanto, que os

ngulo de sada

para:- 3

-3cies texturizadas:

1,5da rugosidade

Fig. 3

21

Tolerncias e suas implicaessobre os custosNormalmente feita uma distino entretrs classes de qualidade: injeo parafinalidades gerais, injeo tcnica e injeode alta preciso. A norma DIN 16901especifica essas classes em tolernciasgerais e, dimenses com tolernciasdiretamente indicadas (faixas 1 e 2): a injeo para "finalidades gerais"

exige um reduzido nvel de controleda qualidade e se caracteriza pelosbaixos ndices de rejeio e rpidosciclos de produo.

a injeo tcnica consideravelmentemais onerosa, uma vez que impeexigncias maiores sobre o molde e oprocesso de produo, exigefreqentes controles da qualidade e conseqentemente propensa aapresentar maiores ndices de rejeio.

o terceiro grupo, a injeo de altapreciso, exige moldes precisos,condies timas de produo emonitorao de 100% da produo,com contnuo controle da qualidade.Isso afeta a durao do ciclo e, devidoaos altos custos de produo econtrole da qualidade, maior o preounitrio.Uma vez que os projetistasdesempenham um papel fundamentalna determinao do custo das peasinjetadas, eles tambm devem

Preo unitrio em funoda tolerncia

0,1 0,2 0,3 0,4 0,50

Pre

o u

nit

rio

Tolerncias custam caro

Tolerncia: % de desvio da variao dimensional

valor normal

Fig. 1

Fatores de influnciasobre a variao dimensional

As variaes dimensionais de peas injetadasresultam de:

tolerncias na fabricao do molde

tolerncias no processamento

tolerncias devidas ao material de moldagem

empenamento devido a:contrao/ contrao ps moldagem/ geometria da pea/tenses internas / diferentes condies de resfriamento

alteraes dimensionais devidas a:absoro de umidade / expanso trmica

Fig. 2

Fatores ocultos do custo9 Tolerncias

TolernciasPeasinjetadas nopodem serfabricadascom asmesmastolernciasque as peasusinadas.Embora amaioria dosprojetistasesteja cientedisso,continuamsendoespecificadastolernciasque nopodem serobtidas e/ouimpossibilitama produoeficiente emtermos decusto.

amorfos: 1,5semi-cristalinos: 0,5superf

por 0,02 mm de altura

22

Contrao

Barra127 x 12,7 x 3,2 mmponto de injeona extremidade

Contrao de moldagem: Comprimento Dimetro Comprimento Largura

PA66 1,5% 1,7% 1,7% 1,8%

PA66 30% FV 0,1% - 0,2 0,4% 0,4% 1,1%

PA66 43% FV 0,1% 0,2% 0,2% 0,5%

Placa152 x 76 x 3,2 mmponto de injeona extremidade

Disco50 x 3,2 mmponto de injeocentral

Fig. 5

ngulos de sada (Figura 3) so vitais para a extraosem distoro das peas.A conformidade com as tolerncias constitui umproblema, na moldagem de peas com materiaisdiferentes ou com diferentes espessuras de paredes. Acontrao de moldagem altamente dependente dadireo e da espessura. Esse comportamento pode serobservado mais claramente no caso dos materiaisreforados com fibras de vidro. Nestes casos aorientao das fibras de vidro pode resultar em umacontrao significativamente diferente, nos sentidoslongitudinal e transversal, o que pode levar a falta depreciso dimensional.A geometria da pea injetada tambm pode ter efeitossobre a contrao e, assim, sobre as tolerncias (Figura 4).Se for necessrio produzir peas complexas, comtolerncias rigorosas, a utilizao de prottipos essencial para se obter informaes exatas quanto contrao e ao empenamento.

Tolerncias de produo e funcionais importante decidir se suficiente estabelecer umatolerncia de produo ou se a tolerncia funcional igualmente necessria, uma vez que os termoplsticosso afetados pelo ambiente de aplicao. A expansotrmica, por exemplo - que pode ser dez vezes superior dos metais (Figura 5) - e a acentuada tendncia dealguns polmeros (como o Nylon) de absorveremumidade, desempenham um papel fundamental naconfiabilidade funcional de uma pea em servio.A contrao ps-moldagem tambm deve ser levada em considerao, quando o material for semi-cristalino.Este fenmeno, influenciado principalmente pelascondies de processo, pode resultar na alteraodimensional das peas acabadas, aps a desmoldagem.O controle da qualidade no deve ser realizadoimediatamente aps a desmoldagem. A norma DIN

Expanso trmica

Material POM

D = 100 mm

Coeficiente de expanso t C)D = 100 mm a 23 CD = 100,3 mm a 50 C

Fig. 4

Fatores relacionados tolerncia

Os termoplsticos semi-cristalinos apresentam ndices de contrao ps-moldagem mais elevados que os dos termoplsticos amorfos.

Os termoplsticos reforados contraem em percentuaisdiferentes, nas direes longitudinal (sentido de orientaodas fibras de vidro) e transversal.

As paredes espessas resultam em rechupes, variaes dimensionais e empenamento

O projeto e as condies de processamento das peas desempenham freqentemente um papel decisivo no atendimento s tolerncias especificadas.

As variaes de temperatura e a absoro de umidade resultam em alteraes dimensionais que devem ser levadas em conta, no estabelecimento das tolerncias funcionais

Fig. 6

16901 especifica que o controle da qualidade s deveser realizado aps 16 horas de armazenagem emcondies climticas padronizadas (23C, 50% deumidade relativa do ar), ou aps um pr-tratamentoadequado.

RecomendaesAs tolerncias especificadas na norma DIN 16901podem ser usadas como ponto de partida para aproduo eficiente, em termos de custo, de peasinjetadas, Entretanto, a alta tecnologia das modernasmquinas de injeo permite a obteno de tolernciasconsideravelmente mais rigorosas do que os valoresespecificados naquela norma.Para moldagens de alta preciso, os setores industriaisindividuais desenvolveram tabelas de tolernciasseparadas, pois a norma DIN no mais adequada.De qualquer forma, quando so exigidas tolernciasrigorosas, importante consultar o fabricante do molde,o moldador ou o fornecedor da matria-prima, a fim dese verificar se as tolerncias exigidas so tecnicamenteviveis e economicamente adequadas (Figura 6).

rmica= 12 x E-5 (1 /

As peas injetadas, de alta qualidade eeconomicamente viveis, s podem serproduzidas aps uma avaliao criteriosae o acompanhamento sistemtico de cadauma dessas etapas do projeto. Osdepartamentos de projeto buscamfreqentemente uma soluo apenasfuncional. Deve-se enfatizar, no entanto,que a funcionalidade e a eficincia daspeas plsticas, em termos de custo, spodem ser consideradas garantidasdepois que os projetistas derem umaateno adequada ao desenvolvimentodas solues corretas para o material e oprocesso de produo.

As propriedades dos plsticos noso constantes imutveisOs perfis das propriedades dos plsticospodem ser influenciados pelo ambientede aplicao, pelo processo de produo,pela geometria da pea e pelas condiesde funcionamento (Figura 1). Aspropriedades dos plsticos sodeterminadas atravs de testes realizadosem condies laboratoriais. Os corpos deprova so fabricados em moldesaltamente polidos, com parmetrosotimizados, e testados em condiespadronizadas, sob tenses precisamentedefinidas. Na prtica, entretanto, aspeas plsticas nunca so fabricadas

Deformao

Efeito da temperatura

T1

T1v3

v2

v3

Efeito do tempo e temperatura na deformao

Ten

so

Fig. 1

Algumas Diretrizes

23

10 Verificao

Verificao doprojeto O objetivo dodesenvolvimentode novosprodutos ou doaperfeioamentode um produtoj existente aobteno de umprojetotecnologicamenteadequado, quepossa serproduzido a umcustoeconmico. As principaistarefas doprojetista so aescolha domaterial, aseleo de umprocesso deproduoadequado, oclculo daresistncia e odesenho dapea.

exatamente nessas mesmas condies,alm de no serem expostas asolicitaes mecnicas idnticas, quandocolocadas em servio. Em vista disso, asexigncias exatas e as condies decontorno devem ser cuidadosamenteanalisadas e relacionadas, quando seiniciar qualquer projeto a ser executadoem plstico. Uma lista de verificao(Figura 2) pode, nesse caso,proporcionar uma boa assistncia.

.Fabricao de prottiposPara se desenvolver uma pea desde afase de projeto at a colocao nomercado , geralmente, necessriofabricar prottipos destinados aos testese s modificaes. Deve-se ter o cuidadode assegurar que o mtodo utilizado nafabricao dos prottipos seja o maissemelhante possvel do mtodo a serutilizado na fabricao em escalaindustrial. Prottipos de peas a seremproduzidas por injeo devem serfabricados por injeo.Caso no exista um molde disponvel, ocasionalmente necessrio recorrer aprottipos usinados. No entanto, esteprocedimento no est sempre isento deproblemas, pelas seguintes razes: impossvel estudar o efeito das

linhas de emenda, que podem existir na pea moldada

os sulcos produzidos pala usinagem podem ocasionalmente reduzir consideravelmente a resistncia, em comparao a uma pea injetada

a resistncia e a rigidez das barras e placas extrudadas podem ser maiores que uma pea injetada, em virtude da cristalizao mais elevada

impossvel avaliar o efeito da orientao das fibras

O prottipo usinado de umamola destinada a um interruptorde luz, fabricado a partir dematerial extrudado, suportou180.000 ciclos de acionamentosem apresentar fadiga domaterial. Essa mesma pea,depois de moldada por injeo,apresentou uma fraturadecorrente da fadiga aps80.000 ciclos do acionamento. Arazo dessa falha foi a estruturacristalina diferente da peamoldada por injeo (Figura 3).

Moldes prottiposPara se produzir os prottipos,pode-se utilizar moldes paramoldagem por castingexistentes ou moldes fabricadoscom materiais de baixo custofacilmente usinveis, como oalumnio ou o lato. Deve-se,entretanto, ter mente que osparmetros mais importantes damoldagem por injeo, como atemperatura e a presso, nopodem ser reproduzidos comestes moldes. Alm disso, suascaractersticas de resfriamentodiferentes levam a umcomportamento diferente, noque se refere contrao e aoempenamento. Recomenda-seutilizar moldes de produo

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Lista de verificao de projeto

A. Geral

1. Funo da pea2. Possibilidades de modificao e integrao (melhora da funcionalidade)

B. Condies de funcionamento

1. Solicitaes mecnicas: tipo, durao, nvel - esttica, dinmica - de curta durao, de longa durao, intermitentes - valores mximo e mnimo2. Temperatura de operao - valores mximo e mnimo - durao da exposio3. Ambiente de aplicao - ar - gua - umidade - produtos qumicos - radiao UV - ...

C. Exigncias de projeto

1. Tolerncias2. Deformao mxima permissvel da pea acabada3. Montagem - desmontagem (tcnicas de montagem)4. Especificaes e aprovaes - normas oficiais - diretrizes internas da empresa5. Qualidade superficial - marcas permissveis

D. Condies de teste

Devem ser descritos detalhadamente todos os mtodos de teste que podem ser utilizados para se avaliar o desempenho e a qualidadeda pea.

E. Eficincia, em termos de custo

1. Custos da pea ou sistema de montagem antigos2. Volumes de produo

F. Outros

1. Normas ambientais2. Fatores de segurana3. Todas as informaes adicionais que permitam uma compreenso completa das funes e das condies de funcionamento da pea, das solicitaes mecnicas e ambientais e das possveis condies adversas que a pea tenha que suportar.

Fig. 2

Molausinada de material extrudado

Molainjetada

Mola de interruptor de luz feita de POM

Fig. 3

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preliminar, fabricados em ao temperado. Essesmoldes podem ter uma nica cavidade ou,alternativamente, utilizar-se uma s cavidade de ummolde de cavidades mltiplas.

Teste dos projetos em plsticoAtravs das modernas tcnicas de simulao com-putadorizada, como as anlises de fluxo e deresistncia, os pontos potencialmente insatis-fatrios do projeto ou do processo podem, algumasvezes ser identificados nos estgios iniciais.Porm, impossvel garantir 100% a qualidade doproduto final e seu comportamento, emcondies operacionais reais. As infor-maes mais confiveis so sempreobtidas testando-se os prottipos emcondies operacionais reais. Este tipode teste nunca deve ser omitido, compeas de engenharia que devam atendera requisitos elevados de qualidade efuncionamento.Se for difcil realizar os testes emcondies reais de funcionamento,podem ser tambm utilizados testes fun-cionais em condies simuladas. Ovalor destes testes depende, no entanto,da exatido com que as condies reaispodem ser simuladas.

Regras para projetistade peas em plstico

Evite acmulos de material

Evite rebaixos

Evite reas planas

No projete com uma preciso acima da necessria

Utilize tcnicas de montagem econmicas

Projete as paredes o mais finas possvel e apenas to espessas quanto necessrio

Procure manter a espessura das paredes uniforme

Projete raios de transio

Projete conicidade para desmoldagem

Projete peas multifuncionais

Localize os pontos de injeo na parede mais espessa

Use nervuras, em substituio a maiores espessuras de paredes

Quando da substituio de metais, um novo projeto sempre necessrio

10 Verificao (continuao)As sries muito longas de testes, para se avaliar o com-portamento a longo prazo sob efeito de solicitaesmecnicas ou trmicas, so, s vezes, impraticveis ouno se justificam economicamente. Por outro lado, asprevises relativas ao comportamento a longo prazo,baseadas em testes acelerados sob condies maisadversas, nem sempre so claras e devem ser encaradascom extrema cautela. O comportamento de um plsticosubmetido a uma solicitao, em um teste a longoprazo, pode ser completamente diferente daquele verifi-cado a partir de um teste acelerado de curta durao.

Inovando com os plsticosOs diversos tipos de aplicaes , em todos os setoresindustriais, indicam que o futuro pertence aos plsticos.Se as propriedades dos polmeros foreminteligentemente exploradas, podem ser produzidoscomponentes multifuncionais econmica efuncionalmente superiores a projetos anteriores.Os projetos atuais exigem geometrias e materiais cadavez mais complexos. Os plsticos podem e realmentesolucionam muitos tipos diferentes de problemas. , noentanto, importante estabelecer muito cuidadosamente acorrespondncia entre o plstico e a respectivaaplicao. Os fabricantes de matrias-primas (resinas)dispem de uma extensa experincia quanto a isso. Essaexperincia deve ser plenamente utilizada, para seconverter em realidade as novas idias de projetos emplstico.

Fig. 4

Notas:

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Notas:

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Os dados aqui listados se encontram dentro da faixa normal de propriedades, porm no devem ser utilizados individualmente para estabelecer limites de especificaesnem como base para projeto. A DuPont no assume nenhuma obrigao ou responsabilidade por quaisquer recomendaes apresentadas ou resultados obtidos a partir destas informaes. Estas recomendaes so apresentadas e aceitas por conta e risco do comprador. A divulgao destas informaes no constitui uma autorizao de operao ou para infrao de nenhuma patente da DuPont ou de outras empresas. A DuPont garante que o uso ou venda de qualquer material aquiapresentado e comercializado pela DuPont no infringe nenhuma patente que cubra o prprio material, porm no garante contra violaes causadas por sua utilizao conjunta com outros materiais ou na operao de qualquer processo.

ATENO: No utilize este material em aplicaes mdicas que envolvam implantes permanentes no corpo humano. Para outras aplicaes mdicas, consulte o manual Declarao de Cuidados Mdicos da DuPont, H5010

Impresso no Brasil Marca Registrada da DuPontL12152 (10.99)

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