Projeto e Fabricação dos Moldes e Corpos de Prova

Adotou-se no presente trabalho, como requisitos e restrições de projeto para os moldes fabricados por vazamento de resina epóxi, as informações existentes na literatura especializada, segundo MENGES (1995), ROSATO (1995) e HEES (1994), aplicadas ao projeto de moldes em materiais metálicos (moldes de produção ou ferramentas definitivas). Foram, contudo, propostas modificações ao projeto dos moldes, visando o aumento da vida útil dos mesmos, assim como, sua adaptação às restrições de projeto impostas pelos recursos disponíveis no laboratório CIMJECT, tal como as características da máquina injetora e do porta-moldes existentes.

Já para o processo de fabricação dos moldes adotou-se a metodologia de fabricação de ferramental rápido proposta em trabalhos anteriores (CAVALHEIRO, 2006, VILLAMIZAR, 2005, SABINO NETTO, 2003), onde foi realizado o vazamento de uma resina epoxídica, com um percentual de carga de 30% de alumínio em pó, sobre um modelo fabricado por técnicas de prototipagem rápida (estereolitografia e impressão 3D).

Previamente a etapa de fabricação dos moldes para a moldagem dos corpos de prova, destinados ao processo de sobreinjeção, foi necessária uma avaliação dos requisitos impostos aos mesmos para o atendimento das características dos respectivos ensaios realizados. Dessa avaliação resultaram os seguintes requisitos e restrições ao projeto dos insertos:

 Capacidades da máquina injetora;

 Normas referentes a ensaios de adesão;

 Tipos de ensaios a serem realizados.

A investigação na literatura especializada revelou a inexistência de normas específicas aplicadas à avaliação da adesão em produtos produzidos por sobreinjeção. Contudo, observou-se ser possível a adaptação de ensaios padronizados para adesão utilizados, por exemplo, na soldagem de polímeros, aos casos aqui investigados. Portanto, tomou-se como geometria de referência para os ensaios de tração aquela utilizada por WOOL (2005) apresentada na Figura 3.4.

Figura 3.4 - Geometria utilizada para o ensaio de adesão entre polímeros (WOOL, 2005). A partir desta geometria, projetou-se um corpo de prova para máquinas de ensaio de tração universal, adaptando-se a geometria descrita na norma para ensaio de tração tipo IV da ASTM D638m às características impostas pelo referido ensaio. A geometria resultante é apresentada na Figura 3.5 (b).

Na Figura 3.5 (a) é apresentada a metade do corpo de prova proposto para os ensaios de tração. O corpo de prova integral, utilizado para os ensaios de tração, é resultante do processo de sobreinjeção, onde o segundo componente, neste caso produzido em policarbonato e estireno acrilonitrila, é injetado sobre o inserto de acrilonitrila butadieno estireno (Figura 3.5 b). Outro detalhe que pode ser observado na Figura supracitada é que a principal característica da geometria descrita por WOOL (2005) é preservada nos corpos de prova produzidos no processo de sobreinjeção, ou seja, mantendo-se as características originais do ensaio, como, por exemplo, ponto

de aplicação e natureza dos esforços. Os desenhos 2D com as dimensões dos corpos de prova são apresentados na Figura 3.6.

Figura 3.5 – Modelos geométricos em CAD do inserto em ABS (a), utilizado no processo de sobreinjeção, e do corpo de prova para ensaio de tração (b), obtido após a moldagem do componente

sobreinjetado.

Figura 3.6 - Representação esquemática bidimensional do corpo de prova para ensaios de tração. A partir desta geometria foram fabricados os moldes para ambos os casos, injeção dos insertos e processo de sobreinjeção, seguindo-se a metodologia descrita anteriormente.

O molde resultante para a produção dos corpos de prova por sobreinjeção é apresentado na Figura 3.7, onde também é possível observar as características de projeto dos elementos utilizados no mesmo, como posicionamento dos pinos extratores, forma e dimensões dos canais de alimentação e resfriamento, forma, dimensões e posição do ponto de injeção.

Componente sobreinjetado em

PC ou SAN

(a) (b)

Região de união entre inserto e componente

sobreinjetado

União entre inserto e componente sobreinjetado

Inserto em ABS

Figura 3.7 - Desenho esquemático do molde para o processo de sobreinjeção dos insertos de ABS. Contudo, ao contrário do exposto em CAVALHEIRO (2006), no presente trabalho adotou-se a usinagem por fresamento para a realização do acabamento dos moldes (faceamento da região posterior do mold mostrada na Figura 3.7), e da furação como método de fabricação dos canais de resfriamento e fresamento para os canais de alimentação, por entender-se que os mesmos possibilitavam maior flexibilidade à construção dos moldes utilizados neste trabalho.

Para os ensaios dinâmico-mecânicos (DMA), de flexão e fadiga, foi utilizada a geometria padrão, segundo a norma ASTM D4065-95, para o ensaio com apoio em três pontos apresentada na Figura 3.8. Seguindo o mesmo procedimento que o utilizado no ensaio de tração, os corpos de prova para os ensaios dinâmico-mecânicos foram produzidos em duas etapas, ou seja, injeção dos insertos e posteriormente sua sobreinjeção com policarbonato e estireno acrilonitrila. Na primeira etapa foram produzidos os insertos com espessura de 0,8 mm (Figura 3.8), e posteriormente foram produzidos os corpos de prova para os ensaios no equipamento de DMA por meio de sobreinjeção, tendo a camada sobreinjetada uma espessura de 0,6 mm (Figura 3.9 e 3.10) para que o corpo de prova atendesse os requisitos impostos de espessura máxima para esse ensaio, utilizando o molde cuja representação bidimensional encontra-se na Figura 3.11. Já para os ensaios de flexão os corpos de prova foram cortados até a dimensão de 45 mm para que fossem adaptados à distância de fixação nas garras do referido ensaio.

Posição do transdutor de pressão Posição do termopar

Região do molde Faceada por fresamento

Figura 3.8 - Representação esquemática bidimensional do inserto destinado a moldagem por sobreinjeção dos corpos de prova para ensaios dinâmicos-mecânicos.

Figura 3.9 - Representação esquemática bidimensional do corpo de prova para ensaios dinâmico- mecânicos.

Figura 3.10 - Modelo computacional em CAD representativo da geometria utilizada para os ensaios dinâmico-mecânicos de fadiga e flexão, onde (b) representa o inserto de ABS e (a) a camada

sobreinjetada em PC ou SAN.

Figura 3.11 - Desenho esquemático em 2D do molde utilizado para a sobreinjeção dos corpos de prova para os ensaios em DMA.

(b) (a)

3.2.5 Simulação do Processo de Sobreinjeção em um Software CAE Comercial e Cálculo dos