Processamento de Peças de Paredes Finas

Conforme YAO E KIM (2003), uma das tendências gerais no desenvolvimento de produtos é a redução de peso e tamanho. Com isso, a espessura dos componentes plásticos injetados tem sido reduzida freqüentemente para valores em torno de 1 mm, em contraste com as espessuras típicas de 2 a 3 mm, e tornou-se importante investigar os efeitos das variáveis de controle do processo sobre propriedades mecânicas e problemas como empenamento, contração e linhas de solda.

2.2.1 Definição de Peças de Paredes Finas

Segundo CHEN et al. (2001), em termos gerais, o processo de injeção é considerado como moldagem de paredes finas quando a peça tem espessura menor do que 1,5 mm e/ou a razão entre comprimento do caminho de fluxo e espessura é maior do que 100. Trabalhando com modelos para simulação em CAE, MALONEY E POSLINSKI (1998) mostraram que o processo adquire características de “parede fina” quando essa razão atinge 150:1. Já para TANTAKOM E SCHOTT (1998) e COXE et al. (2000), peças de parede fina são aquelas com espessura inferior a 1mm e área superficial mínima de 50 cm2.

A revisão da literatura mostra que não há uma definição padronizada das características que levam uma peça injetada a ser considerada de “paredes finas”. Aparentemente, faz mais sentido pensar-se na dificuldade de preenchimento da cavidade do que propriamente na espessura da peça, havendo, portanto, espessuras críticas diferentes para cada material.

2.2.2 Características Relativas ao Preenchimento de Moldes de Paredes Finas

A janela de processo na injeção de peças com paredes finas, em comparação com o processo convencional, é fortemente restringida pelo rápido resfriamento do material durante o processo. Conforme afirmado por YAO e KIM (2003), nas condições usuais de processo, a espessura da camada solidificada independe da espessura nominal da cavidade. Assim, em peças de parede fina, há pouco espaço livre para o escoamento do material fazendo com que pressões de injeção muito altas sejam necessárias para que o material fundido consiga preencher a cavidade.

COXE et al. (2000) afirmam que essa característica costuma exigir o emprego de máquinas injetoras com um porte desproporcional ao tamanho da peça ou com sistemas hidráulicos especiais, muitas vezes exigindo acumuladores hidráulicos. Além do custo, CHEN et al. (2000) explicam que essa solução prejudica a repetibilidade do processo, pois a precisão da movimentação do parafuso plastificador é comprometida pela instabilidade da pressão gerada pelo acumulador.

Segundo MALONEY e POSLINSKI (1998) e YAO e KIM (2003), fornecedores de matéria- prima desenvolveram grades4 ditos de “alto escoamento” para os principais polímeros comerciais, de modo a facilitar o preenchimento da cavidade. O autor salienta, entretanto, que nem sempre esses materiais satisfazem os requisitos do produto, pois as modificações no peso molecular (PM) e distribuição de peso molecular (DPM) ou incorporação de plastificantes, que aumentam o índice de fluidez desses materiais, também resultam em menores módulos de elasticidade e flexão.

Em relação aos parâmetros de moldagem, a recomendação geral é utilização de maiores temperaturas para o material e o molde, além do emprego de tempos de injeção que minimizem a pressão de preenchimento da cavidade, como indicado na Figura 2.3. Porém, segundo MALONEY e POSLINSKI (1998), HAYDEN et al. (1999) e HUANG e TAI (2001) a alta taxa de cisalhamento imposta pelo escoamento rápido numa cavidade delgada aliada a temperaturas no limite superior da

4_{Termo que designa um polímero específico, dentro de uma determinada família de polímeros, produzido por um}

faixa de processamento, prejudica a qualidade das peças injetadas, pois favorecem degradação e surgimento de tensões residuais significativas.

Figura 2.3 – Comportamento da pressão de injeção com a variação do tempo de injeção (Adaptado de ADVANCED CAE TECHNOLOGY, 1997).

Alguns autores, contudo, afirmam que a otimização da velocidade e/ou tempo de injeção são de fundamental importância para a minimização da pressão necessária para o preenchimento da cavidade. A curva, apresentada na Figura 2.3, mostra este comportamento da pressão de injeção com a variação da velocidade de injeção (ADVANCED CAE TECHNOLOGY, 1997).

TANTAKOM e SCHOTT (1998) estudaram o efeito de parâmetros de moldagem na massa de plaquetas com espessura 1 mm e comprimento 140 mm, injetadas em grades de PC e ABS especiais para paredes finas

YU et al. (2000), ao contrário do entendimento geral, sustentam que velocidades de injeção altas melhoram a distribuição de tensões residuais. Os autores também afirmam que a moldagem de paredes finas admite o uso de temperaturas mais baixas para o material, uma vez que a viscosidade é fortemente reduzida pela alta taxa de cisalhamento característica do processo.

CHEN et al. (2001) injetaram peças de PC com espessuras de 2,5, 1,0 e 0,8 mm, com a presença de linhas de solda nas mesmas, verificando o efeito das condições de processamento na tensão residual induzida nas peças, bem como nas características de resistência à tração das linhas de solda originadas.

Tempo de injeção

Pr

es

COXE et al. (2000) procuraram estabelecer uma janela de processo para peças com 0,5, 1,0 e 3,0mm de espessura produzidas com um grade comercial de poliestireno sindiotático (sPS) carregado com 30% de fibra-de-vidro.

HUANG e TAI (2001) usaram um CAE comercial para simular o processo de injeção da blenda PC/ABS (material amorfo) em cavidade com forma de plaqueta e 1 mm de espessura investigando numericamente, por meio de um arranjo ortogonal de Taguchi, a influência de cinco fatores (pressão de recalque, temperatura do material, tempo de recalque, espessura da entrada e velocidade de injeção) no empenamento das peças injetadas.

LIAO et al. (2001) verificaram a influência de quatro parâmetros na contração e empenamento de carcaças de aparelhos para telefonia celular em PC/ABS com 1,3 mm de espessura.

YAO e KIM (2003) simularam em aplicativos CAE uma condição de processamento em que a parede do molde se mantém acima da temperatura de escoamento do material injetado, para intencionalmente prevenir a formação da camada solidificada e reduzir a pressão necessária ao preenchimento na moldagem de peças com paredes finas.

2.3 Principais Critérios de Projeto que Afetam o Preenchimento dos Moldes e as