Projetos de Moldes de Injeo para PolmerosDisciplina: SEM0407 Introduo ao Projeto e Manufatura Professores: Jaime G. Duduch e Renato G. Jasinevicius

Balde (PMMA)

Balde (PC)

Peneira (POM)

Ala (PEAD)

Ala (PP)

P (PS)

Rastelo (ABS)

Aspectos Gerais do TrabalhoO objetivo do trabalho proposto, de maneira geral, foi o de fazer com que os alunos da disciplina SEM0407 Introduo ao Projeto e Manufatura tivessem um contato inicial com o processo de fabricao por injeo de peas com materiais polimricos. Para isso, a sala foi dividida em grupos com cerca de quatro pessoas, e a cada grupo foi fornecido um produto, que deveria servir de modelo para o trabalho. Tambm, para cada grupo foi designado um polmero diferente, o qual deveria ser a matria-prima de fabricao da pea determinada. As peas eram as seguintes: dois baldes, duas alas, uma peneira, uma p e um rastelo, que faziam parte de conjuntos infantis. Neste trabalho, constam as informaes acerca do projeto de todos os moldes, separadamente. Para o trabalho, foi necessria a obteno de diversos tipos de informaes, desde as dimenses da pea e o material do qual se tratava o modelo, at os parmetros necessrios para definio das condies de processamento do material na injetora que dever ser utilizada e a pesquisa do tipo de material apropriado para as partes do molde. Os parmetros necessrios para definio das condies de processamento esto relacionados abaixo, e seus clculos esto indicados nos respectivos projetos. - Capacidade de plastificao para o material em questo; - Capacidade de injeo para o material em questo; - Quantidade de material por ciclo; - Fora de fechamento; - Presso exercida sobre o molde devido ao fechamento; - Quantidade de gua utilizada para resfriamento. Ao final do trabalho, encontra-se uma tabela em anexo com os valores de todos os dados de projeto calculados no trabalho, para cada uma das peas citadas acima.

O Processo de InjeoO processo de moldagem por injeo uma tcnica de moldagem que consiste basicamente em forar, atravs de uma rosca simples (monorosca), a entrada de material fundido para o interior da cavidade de um molde. Este processo muito complexo em funo do nmero de variveis que afetam a qualidade da pea injetada. De modo a obter-se um processo de moldagem por injeo estvel e peas com a qualidade desejada necessrio haver um equilbrio entre os parmetros de injeo como tempo de injeo, temperatura do molde e do material injetado, presso de injeo e recalque, tempo de resfriamento, volume do material injetado, dentre outros. Atualmente as peas moldadas por injeo so usadas em larga escala pela indstria e esto presentes no interior de automveis, nos gabinetes eletrnicos, nos equipamentos mdicos etc. Os equipamentos convencionais de moldagem por injeo so compostos basicamente por um funil de alimentao, um cilindro de plastificao, uma rosca sem fim (alojada dentro do cilindro) e um molde. As roscas possuem um anel de bloqueio que tem por finalidade permitir passagem do material fundido no momento da dosagem e impedir o retorno desse material quando ocorre a aplicao da presso de injeo. O termoplstico, geralmente em forma de gros, alimentado atravs do funil e forcado a entrar no cilindro de plastificao. O cilindro equipado com resistncias eltricas que promovem a conduo de calor, e combinadas com o atrito gerado pela rotao da rosca sem fim no interior do cilindro fundem o plstico, permitindo que ele seja injetado na cavidade do molde, conferindo forma final pea.

A moldagem por injeo um processo dinmico e cclico que pode ser dividido, simplificadamente, em seis etapas sucessivas: fechamento do molde, dosagem, preenchimento, recalque, resfriamento e extrao. Fechamento do molde: o ciclo de moldagem iniciado pelo fechamento e travamento do molde, necessrio para suportar a altssima presso no interior da cavidade no momento da injeo. Os equipamentos atuais de injeo variam este valor desde 30 toneladas at mais de 1000 toneladas; Dosagem: consiste na plastificao e homogeneizao do composto no cilindro de injeo, obtidas por meio do movimento de rotao da rosca e do aquecimento do cilindro por resistncias eltricas. Os parmetros importantes a serem levados em considerao para esta etapa so temperatura do cilindro, velocidade de rotao da rosca e contrapresso da rosca; Preenchimento: injeo do polmero fundido para o interior da cavidade do molde por meio do movimento linear de da rosca e bloqueio do contrafluxo pela ao do anel de bloqueio. Quando a camada do plstico entra em contato com as superfcies frias da cavidade do molde, ela se esfria rapidamente, enquanto o ncleo central continua fundido. O material adicional que entra na cavidade flui ao longo da linha do canal enquanto as paredes da cavidade revestidas por termoplstico j esto solidificadas. Os principais parmetros nesta etapa so presso de injeo, velocidade de injeo e dimensionamento dos pontos de injeo da cavidade do molde; Recalque: finalizando o preenchimento das cavidades com volume de fundido maior que volume real da cavidade, a presso nas paredes da mesma mantida constante at a solidificao da pea. Esta manuteno da presso nas cavidades conhecida como recalque, e se destina a compensar a contrao da pea moldada durante seu resfriamento, evitando a ocorrncia de defeitos de moldagem como os chamados rechupes e outras imperfeies, bem como perda de parmetros dimensionais. O nvel de presso de recalque determina quanto material foi adicionado a mais do que o necessrio para o completo preenchimento do molde. Uma regra bsica define que a dosagem deve incluir um volume entre 5 a 10% maior que o necessrio para o completo preenchimento da cavidade; Resfriamento: finalizada a etapa de recalque a pea mantida no molde fechado, para resfriamento e, conseqentemente, para complementao da sua solidificao. Para moldes metlicos, o tempo necessrio para que a peca seja extrada sem apresentar deformaes significativas corresponde ao tempo de resfriamento. Neste caso, tempos de resfriamento longos so indesejveis, pois diminui a produtividade do processo. Quando refere-se a injeo em moldes de estereolitografia, o tempo de resfriamento recebe uma conotao diferente. Como se trata de um processo utilizado para fabricao de pequenos lotes de peas, o fator produtividade secundrio. Assim, deve-se considerar fundamentalmente a influncia desta varivel na vida til dos insertos SL, a fim de garantir que um maior nmero de peas possam ser injetadas; Extrao: encerrada a etapa de resfriamento o molde aberto e a pea extrada por ao de extratores mecnicos, hidrulicos, eltricos, pneumticos, que so definidos de acordo com a concepo do molde e a geometria da pea. Quando se trata de injeo em insertos SL, a fora de extrao pode ser significativa para a vida til dos mesmos. Os efeitos combinados de temperatura e esforos de extrao podem provocar a ruptura generalizada de insertos SL. As forcas de extrao que atuam nos insertos SL dependem basicamente dos parmetros de processo, da geometria da pea e das propriedades dos materiais do inserto e do moldado.

Projeto: Molde de Injeo de PMMA para Fabricao de um BaldeGrupo: Ana Paula M. Nozaki, Bruna Callegari, Joaquim M. J. Netto, Tamiris de P. Anjoletto

ObjetivosEste trabalho visa ao projeto de um molde destinado fabricao de um baldinho de praia de polimetilmetacrilato (ou PMMA) por injeo. Foram realizadas todas as etapas de um projeto, como dimensionamento do molde, desenho, clculo dos parmetros referentes mquina, determinao de material a ser utilizado e oramento, alm de simulao auxiliada por computador.

ProcedimentosO primeiro passo realizado consistiu na verificao das caractersticas de um modelo do produto. Com o auxlio de um paqumetro, foram aferidas todas as dimenses do balde fornecido. Com o auxlio de uma balana comum de bancada, foi verificada a sua massa. Para a determinao do volume mdio, foi realizado um teste simples segundo o princpio de Arquimedes. Para que se pudesse ter uma idia do material utilizado no modelo, foi empregada a tcnica de espectroscopia no infravermelho (IV), realizada em um dos laboratrios do Departamento de Engenharia de Materiais. A partir desses dados, iniciou-se o projeto do molde. O desenho dos componentes foi feito com o auxlio do computador, sendo utilizado o software Solid Edge ST3, da Siemens. Os componentes incluem, alm da cavidade, as placas de fixao, pinos guias, anel de centragem, bucha de injeo e canais de resfriamento, alm de insertos metlicos. Definido o projeto do molde, passou-se ao seu processo de fabricao. Foram determinadas as operaes de usinagem que deveriam ser utilizadas, sendo descritas segundo normas de desenho tcnico mecnico. Tambm, foi descrito o ferramental de usinagem requerido para os processos. Paralelamente, foram realizados clculos tericos dos parmetros necessrios para verificao das condies de processamento do material na injetora que dever ser utilizada. Os parmetros calculados foram capacidade de plastificao e capacidade de injeo para o material em questo (PMMA), quantidade de material por ciclo, fora de fechamento, presso exercida sobre o molde devido ao fechamento e quantidade de gua utilizada para resfriamento. O material do molde foi escolhido com base numa tabela orientativa, sendo levado em considerao tambm o oramento levantado.

Resultados e DiscussoOs preos dos blocos dos aos considerados, nas dimenses descritas nos processos de usinagem, foram de R$2000,00 (ABNT 1020) e R$2180,00 (ABNT 1045). Como a diferena de custo no elevada, optou-se pela escolha do ao ABNT 1045, por apresentar melhores propriedades, em relao s caractersticas citadas anteriormente.

As dimenses do balde so mostradas no desenho da Figura 1. A massa do modelo era de aproximadamente 45 g e seu volume cerca de 50 mL. A partir da espectroscopia no infravermelho foi verificado que o modelo era em sua maior parte composto por polipropileno (PP). Os desenhos do balde em 3D (Figura 2), do macho (Figura 3), da fmea (Figura 4), do conjunto em corte (Figura 5) e vista explodida (Figura 6) esto anexadas ao fim deste trabalho. As dimenses do macho e da fmea esto especificadas nos seus respectivos desenhos tcnicos. As descries dos processos de usinagem so seguidas por croquis esquemticos. O processo de usinagem do macho corresponde Figura 7, da fmea, Figura 8 e do anel de centragem, Figura 9. O ferramental de usinagem requerido listado abaixo: - Fresa de topo - Fresa de topo esfrico - Macho para rosqueamento M8 - Macho para rosqueamento M14 - Macho para rosqueamento M15 - Macho para rosqueamento M16 - Pinas de fixao Com relao aos clculos, os dados necessrios e os prprios clculos esto descritos abaixo:

Caractersticas da injetoraCapacidade de plastificao (PS) - 19g/s Fora de fechamento - 80 ton = 784,8 kN

Capacidade da mquina para PMMACalor especfico Densidade Fator volumtrico Temperatura de injeo PMMA 1466 J/Kg.K 1185 Kg/m 1,9 200 250 C PS 1300 J/Kg.K 1045 Kg/m 2,025 100 C

Tabela 1: Propriedades fsicas do PMMA e do PS.

Capacidade de plastificao da injetora (ao processar PMMA):- Quantidade de material que a injetora tem capacidade de levar temperatura de moldagem em uma hora, sendo expressa em g/s. dado por: Cp = Cpp x (Qp/Q) onde - Cpp: a capacidade de plastificao do material padro (PS) em g/s - Qp: a quantidade de calor especfico do poliestireno (J/Kg.K) - Q: a quantidade de calor especfico do material em considerao. (J/Kg.K) Cp = 19 x (1300/1466) Cp = 16,85 g/s

Capacidade de injeo- Mxima quantidade de material que pode ser injetado de uma vez, expresso em gramas. dado por: Ci = Cp x (d/dp) x (Vp/V) onde - Ci: capacidade de injeo para um material qualquer (gramas)

- Cp: capacidade de injeo para o material padro (gramas) - d: densidade do material qualquer (g/cm) - dp: densidade do material padro (g/cm) - Vp: fator volumtrico do material padro - V: fator volumtrico do material qualquer Ci = 19 x (1185/1045) x (2,025/1,9) Ci = 22,93 g Observando-se os valores de Cp e Ci, possvel verificar que o que ir limitar o processo a capacidade de plastificao da injetora. Dessa forma, considerando que a eficincia da injetora de 60%, a capacidade de plastificao efetivo : Cp = 0,6 x 16,85 Cp = 10,11 g/s, o que equivale a 36,4 Kg/h.

Requisitos de produoDevido inexperincia dos projetistas, foi considerado que o ciclo completo dura aproximadamente um minuto. - 1 pea/ciclo = 1 pea/min Com o auxilio do Solid Edge, foi obtido a aproximao do volume total (pea + canal de alimentao): - volume total = 45362 mm e a partir da densidade terica do PMMA, foi obtido uma aproximao da massa que seria utilizada para o preenchimento do molde: - massa total = 54g/ciclo o que corresponde a um consumo de - consumo = 3,24 Kg/h Como foi calculada anteriormente, a capacidade de plastificao da injetora de 36,4Kg/h, valor 1124% maior que o consumo, sendo, portanto, vivel o uso dessa injetora.

Fora de fechamento- Fora necessria para garantir que as duas metades da ferramenta permaneam fechadas no momento que o material plstico injetado no interior da cavidade de modo que possa haver uma boa compactao do material e evitar a formao de rebarbas devido ao recuo do ferramental. dado por F = [Am] x [Pi] onde - F: fora de fechamento - Am: rea projetada das moldagens - Pi: presso de injeo Sendo que a rea projetada das moldagens foi obtida com o auxilio do Solid Edge e a presso de injeo tabelado de acordo com a injetora escolhida. F = 135 x 510 F = 68850 kgf = 675,42 KN Como a fora de fechamento limite da mquina de 784,8 KN, o valor calculado plenamente suficiente para o servio.

Tenso sobre o moldeConsiderando que a fora de fechamento atue principalmente sobre o macho e a fmea e que a rea da interface de contato entre eles a menor rea de aplicao dessa fora (sendo, portanto a regio de maior tenso), a tenso dessa regio foi calculada para se verificar se o material escolhido suportaria.

= F/A - : tenso (Pa) - F: fora de fechamento - A: rea de contato entre macho e fmea A = 250 x 250 ( x 74,5 + 4 x x 13) A = 42,94 x 10-3 m = 675,42/(42,94 x 10-3) = 15,73 MPa Considerando que a tenso de escoamento de um ao estrutural em torno de 250MPa, no ocorrer falha devido a fora de fechamento.

Resfriamento dos moldesQ = m x c x (T1 T2) onde - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora (J/h) - m: massa do material (Kg/h) - c: calor especfico do material(J/Kg.K) - (T1 T2): variao da temperatura (K) Q = 3,24 x 1466 x (230 60) Q = 807,5 KJ/h m(H2O) = Q/(K x T) - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora - K: constante que leva em conta a eficincia da transmisso de calor - T: variao de temperatura m(H2O) = 807,5/(0,1 x 60) m(H2O) = 135 kg/h = 135 L/h = 2,25 L/ciclo (L/min) Foi considerado que a gua entra a 20C e sai a 80C. A constante K tabelada e a considerada aqui corresponde a canais de resfriamento que empregam tubos de cobre.

Anexo de imagens

Figura 1: dimenses do balde.

Figura 2: perspectiva 3D do balde em corte.

Figura 3: dimenses do macho.

Figura 4: dimenses da fmea.

Figura 5: vista em corte do conjunto.

Figura 6: vistas do conjunto explodido.

Figura 7: processo de fabricao do macho.

Figura 8: processo de fabricao da fmea.

Figura 9: processo de fabricao do anel de centragem.

Projeto: Molde de Injeo de PC para Fabricao de um BaldeGrupo: Matheus G. Santilli, Otvio Z. L. Ponce, Paulo C. Martins, Rafael A. Regattieri

ObjetivosEste trabalho visa projetar um molde destinado fabricao de um baldinho de praia de policarbonato (ou PC) por injeo. Foram realizadas todas as etapas de um projeto, como dimensionamento do molde, desenho, clculo dos parmetros referentes mquina, determinao de material a ser utilizado e oramento, alm de simulao auxiliada por computador.

ProcedimentosO primeiro passo realizado foi a verificao das caractersticas de um modelo do produto. Com o auxlio de um paqumetro e uma balana, foram aferidas todas as dimenses e a massa do balde proposto.Para que se pudesse ter uma idia do material utilizado no modelo, foi empregada uma tcnica de espectroscopia no infravermelho (IV) realizada em um dos laboratrios do Departamento de Engenharia de Materiais. A partir desses dados iniciou-se o projeto do molde. O desenho dos componentes foi feito com o auxilio do computador, sendo utilizado o software Solid Edge ST2, da Siemens. Os componentes incluem alm da cavidade, as placas de fixao, espao para bucha de injeo e canais de resfriamento. Definido o projeto do molde, passou-se ao seu processo de fabricao. Foram determinadas as operaes de usinagem e o ferramental de usinagem requerido. Paralelamente, foram realizados clculos tericos dos parmetros necessrios para verificao das condies de processamento do material na injetora que dever ser utilizada. Os parmetros calculados foram capacidade de plastificao e capacidade de injeo para o material em questo (PC), quantidade de material por ciclo, fora de fechamento, presso exercida sobre o molde devido ao fechamento e quantidade de gua utilizada para resfriamento.

Resultados e DiscussoForam cotados os preos dos blocos para fabricao do macho e da fmea, com os aos ABNT 1020 e 1045. Para a fmea (380x280x350 mm), os preos foram de R$4350,00 para o ao ABNT 1020 e R$4480,00 para o ao ABNT 1045. Para o macho (380x280x260 mm), os preos foram de R$2750,00 para o ao ABNT 1020 e R$2900,00 para o ao ABNT 1045. Para a realizao dos clculos, os dados necessrios e os prprios clculos esto descritos abaixo:

Caractersticas da injetoraCapacidade de plastificao (PS) - 19g/s Fora de fechamento - 80 ton = 784,8 kN

Capacidade da mquina para PCCalor especfico Densidade Fator volumtrico Temperatura de injeo PC 1200 J/Kg.K 1,17 g/cm 1,75 150 130 C PS 1300 J/Kg.K 1,05 Kg/cm 2,025 100 C

Tabela 1: Propriedades fsicas do PC e do PS.

Capacidade de plastificao da injetora (ao processar PC):- Quantidade de material que a injetora tem capacidade de levar temperatura de moldagem em uma hora, sendo expressa em g/s. dado por: Cp = Cpp x (Qp/Q) onde - Cpp: a capacidade de plastificao do material padro (PS) em g/s - Qp: a quantidade de calor especfico do poliestireno (J/Kg.K) - Q: a quantidade de calor especfico do material em considerao. (J/Kg.K) Cp = 19 x (0,32/0,3) Cp = 20,27 g/s

Capacidade de injeo- Mxima quantidade de material que pode ser injetado de uma vez, expresso em gramas. dado por: Ci = Cp x (d/dp) x (Vp/V) onde - Ci: capacidade de injeo para um material qualquer (gramas) - Cp: capacidade de injeo para o material padro (gramas) - d: densidade do material qualquer (g/cm) - dp: densidade do material padro (g/cm) - Vp: fator volumtrico do material padro - V: fator volumtrico do material qualquer Ci = 19 x (1,17/1,05) x (2,025/1,75) Ci = 24,5 g Observando-se os valores de Cp e Ci, possvel verificar que o que ir limitar o processo a capacidade de plastificao da injetora. Dessa forma, considerando que a eficincia da injetora de 60%, a capacidade de plastificao efetivo : Cp = 0,6 x20,27 Cp = 12,162 g/s, o que equivale a 43,78 Kg/h.

Requisitos de produoDevido inexperincia dos projetistas, foi considerado que o ciclo completo dura aproximadamente um minuto. - 1 pea/ciclo = 1 pea/min - massa total = 222,55g/ciclo o que corresponde a um consumo de - consumo = 13,35 Kg/h Como foi calculada anteriormente, a capacidade de plastificao da injetora de 43,78 Kg/h, valor 327,94% maior que o consumo, sendo, portanto, vivel o uso dessa injetora.

Fora de fechamento- Fora necessria para garantir que as duas metades da ferramenta permaneam fechadas no momento que o material plstico injetado no interior da cavidade de modo que possa haver uma boa compactao do material e evitar a formao de rebarbas devido ao recuo do ferramental. dado por F = [Am] x [Pi] onde - F: fora de fechamento - Am: rea projetada das moldagens - Pi: presso de injeo Sendo que a rea projetada das moldagens foi obtida com o auxilio do Solid Edge e a presso de injeo tabelado de acordo com a injetora escolhida. F = 154 x 155 F = 23870 kgf = 234,08 KN Como a fora de fechamento limite da mquina de 784,8 KN, o valor calculado plenamente suficiente para o servio.

Tenso sobre o moldeConsiderando que a fora de fechamento atue principalmente sobre o macho e a fmea e que a rea da interface de contato entre eles a menor rea de aplicao dessa fora (sendo, portanto a regio de maior tenso), a tenso dessa regio foi calculada para se verificar se o material escolhido suportaria. = F/A - : tenso (Pa) - F: fora de fechamento - A: rea de contato entre macho e fmea A = 70409,74 mm = 234,08/(0,07040974) = 2,46 MPa Considerando que a tenso de escoamento de um ao estrutural em torno de 250MPa, no ocorrer falha devido a fora de fechamento.

Resfriamento dos moldesQ = m x c x (T1 T2) onde - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora (J/h) - m: massa do material (Kg/h) - c: calor especfico do material(J/Kg.K) - (T1 T2): variao da temperatura (K) Q = 13,35 x 1200 x (145 85) Q = 961,2 KJ/h m(H2O) = Q/(K x T) - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora - K: constante que leva em conta a eficincia da transmisso de calor - T: variao de temperatura m(H2O) = 961,2 /(0,1 x 60) m(H2O) = 160,2 kg/h A constante K tabelada e a considerada aqui corresponde a canais de resfriamento que empregam tubos de cobre. Os processos de fabricao para o macho e a fmea so descritos a seguir:

Usinagem da fmea: 1)Furao da pea atravessando ela 2)Alargamento cilndrico da cavidade 3)Torneamento cilndrico interno da cavidade 4)Fresamento de topo da aba e da orelha 5)Furao para encaixe na extrusora 6)Retificao da parte interna(em contato com o polmero) Usinagem do macho: 1)Torneamento cilndrico externo do perfil do macho 2)Fresamento de topo da aba 3)Furao para encaixe na extrusora 4)Furao dos canais de resfriamento 5)Soldagem do furo extra 6)Retificao da parte externa (em contato com o polmero)

Anexo de imagens

Figura 1: vista em corte do balde.

Figura 2: macho.

Figura 3: macho em corte.

Figura 4: fmea em corte.

Figura 5: conjunto em corte.

Projeto: Molde de Injeo de POM para Fabricao de uma PeneiraGrupo: Douglas G. Soares, Heitor H. C. Carneiro, Matheus R. Sian, Renan A. Orelli

ObjetivosEste trabalho visa projetar um molde destinado fabricao de uma peneira de poliacetal (POM) por injeo, realizando todas as etapas de um projeto, como dimensionamento do molde, desenho, clculo dos parmetros referentes mquina, determinao de material a ser utilizado e oramento, alm de simulao auxiliada por computador.

ProcedimentosO primeiro passo realizado foi a verificao das caractersticas de um modelo do produto. Com o auxlio de um paqumetro, foram aferidas todas as dimenses da peneira proposta. Com o auxlio de uma balana comum de bancada, foi verificada a sua massa. Para a determinao do volume mdio, foi realizado um teste simples segundo o princpio de Arquimedes. Para que se pudesse ter uma idia do material utilizado no modelo, foi empregada uma tcnica de espectroscopia no infravermelho (IV) realizada em um dos laboratrios do Departamento de Engenharia de Materiais. A partir desses dados iniciou-se o projeto do molde. O desenho dos componentes foi feito com o auxilio do computador, sendo utilizado o software Solid Edge ST2, da Siemens. Definido o projeto do molde, passou-se ao seu processo de fabricao. Foram determinadas as operaes de usinagem que deveriam ser utilizadas, sendo descritas segundo normas de desenho tcnico mecnico. Tambm foi descrito o ferramental de usinagem requerido. Paralelamente, foram realizados clculos tericos dos parmetros necessrios para verificao das condies de processamento do material na injetora que dever ser utilizada. Os parmetros calculados foram capacidade de plastificao e capacidade de injeo para o material em questo (PMMA), quantidade de material por ciclo, fora de fechamento, presso exercida sobre o molde devido ao fechamento e quantidade de gua utilizada para resfriamento. O material do molde foi escolhido com base numa tabela orientativa, sendo levado em considerao tambm o oramento levantado.

Resultados e DiscussoPara confeco das partes do molde, ser usado ao ABNT 1045 sem tratamento trmico, e para a bucha, ao cromo-nquel ABNT 3310 com tratamentos trmicos de cementao e tmpera. O preo total do bloco de ao de R$1305,00. Os desenhos da peneira, bem como as vistas isomtricas e explodida das partes do molde esto anexadas ao fim deste trabalho. As dimenses do macho e da fmea esto especificadas nos seus respectivos desenhos tcnicos.

As descries dos processos de usinagem so seguidas por croquis esquemticos. O ferramental de usinagem requerido listado abaixo: - Torno - Fresa de topo - Furadeira - Serra circular Com relao aos clculos, os dados necessrios e os prprios clculos esto descritos abaixo:

Caractersticas da injetoraCapacidade de plastificao (PS) - 19g/s Fora de fechamento - 80 ton = 784,8 kN

Capacidade da mquina para POMCalor especfico Densidade Fator volumtrico Temperatura de injeo POM 1423,512 J/Kg.K 1410 Kg/m 2 220C PS 1300 J/Kg.K 1045 Kg/m 2,025 100 C

Tabela 1: Propriedades fsicas do POM e do PS.

Capacidade de plastificao da injetora (ao processar POM):- Quantidade de material que a injetora tem capacidade de levar temperatura de moldagem em uma hora, sendo expressa em g/s. dado por: Cp = Cpp x (Qp/Q) onde - Cpp: a capacidade de plastificao do material padro (PS) em g/s - Qp: a quantidade de calor especfico do poliestireno (J/Kg.K) - Q: a quantidade de calor especfico do material em considerao. (J/Kg.K) Cp = 19,66 g/s

Capacidade de injeo- Mxima quantidade de material que pode ser injetado de uma vez, expresso em gramas. dado por: Ci = Cp x (d/dp) x (Vp/V) onde - Ci: capacidade de injeo para um material qualquer (gramas) - Cp: capacidade de injeo para o material padro (gramas) - d: densidade do material qualquer (g/cm) - dp: densidade do material padro (g/cm) - Vp: fator volumtrico do material padro - V: fator volumtrico do material qualquer Ci = 26,93 g Observando-se os valores de Cp e Ci, possvel verificar que o que ir limitar o processo a capacidade de plastificao da injetora. Dessa forma, considerando que a eficincia da injetora de 60%, a capacidade de plastificao efetivo : Cp = 0,6 x 19,66 Cp = 11,796 g/s, o que equivale a 42,4656 Kg/h.

Requisitos de produoDevido inexperincia dos projetistas, foi considerado que o ciclo completo dura aproximadamente um minuto. - 1 pea/ciclo = 1 pea/min Com o auxilio do Solid Edge, foi obtido a aproximao do volume total (pea + canal de alimentao): - volume total = 278,59 cm e a partir da densidade terica do POM, foi obtido uma aproximao da massa que seria utilizada para o preenchimento do molde: - massa total = 39,13g/ciclo o que corresponde a um consumo de - consumo = 2,34 Kg/h Como foi calculada anteriormente, a capacidade de plastificao da injetora de 42,4656 Kg/h, valor 1807% maior que o consumo, sendo, portanto, vivel o uso dessa injetora.

Fora de fechamento- Fora necessria para garantir que as duas metades da ferramenta permaneam fechadas no momento que o material plstico injetado no interior da cavidade de modo que possa haver uma boa compactao do material e evitar a formao de rebarbas devido ao recuo do ferramental. dado por F = [Am] x [Pi] onde - F: fora de fechamento - Am: rea projetada das moldagens - Pi: presso de injeo Sendo que a rea projetada das moldagens foi obtida com o auxilio do Solid Edge e a presso de injeo tabelado de acordo com a injetora escolhida. F = 744,58 kN Como a fora de fechamento limite da mquina de 784,8 kN, o valor calculado plenamente suficiente para o servio.

Tenso sobre o moldeConsiderando que a fora de fechamento atue principalmente sobre o macho e a fmea e que a rea da interface de contato entre eles a menor rea de aplicao dessa fora (sendo, portanto a regio de maior tenso), a tenso dessa regio foi calculada para se verificar se o material escolhido suportaria. = F/A - : tenso (Pa) - F: fora de fechamento - A: rea de contato entre macho e fmea = 17,34 MPa Considerando que a tenso de escoamento de um ao estrutural em torno de 250 MPa, no ocorrer falha devido a fora de fechamento.

Resfriamento dos moldesQ = m x c x (T1 T2) onde - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora (J/h) - m: massa do material (Kg/h) - c: calor especfico do material(J/Kg.K)

- (T1 T2): variao da temperatura (K) Q = 399,722 kJ/h m(H2O) = Q/(K x T) - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora - K: constante que leva em conta a eficincia da transmisso de calor - T: variao de temperatura m(H2O) = 33,31 L/h Foi considerado que a gua entra a 20C e sai a 80C. A constante K tabelada e a considerada aqui corresponde a canais de resfriamento que empregam tubos de cobre.

Observaes importante notar que falta um sistema de refrigerao no molde; isso ocorreu por falta de orientao sobre como projetar os furos necessrios para tal sistema no Solid Edge. Ele seria composto por uma srie de furos que atravessariam o molde e teriam seus fins tapados por algum metal, provavelmente cobre. Por esses furos correria gua, resfriando o molde durante a injeo. Devido ao fato de o molde ser muito fino, talvez o canal de alimentao seja um pouco curto, mas isso pode ser benfico do ponto de vista de desperdcio de material. Mesmo assim, foram realizados os clculos para um sistema de refrigerao para o molde.

Anexo de imagens

Figura 1: dimenses da peneira.

Figura 2: macho.

Figura 3: fmea.

Figura 4: vista em corte e explodida do fechamento do molde, com a peneira inserida.

Figura 5: vista em corte do fechamento do molde, com a peneira inserida.

O 136 O 121,1

Figura 6: dimenses da fmea.

21,6721,66

O 113 O 17 O6 O4

30

18,22

295

17

40

1,13 5,65 295

295

3,17O 117,02

2,4

21,67

117,02

21,67

3,17

109

Figura 7: dimenses do macho.

18,05

295

Figura 8: descrio do processo de fabricao do macho.

Figura 9: descrio do processo de fabricao da fmea.

Projeto: Molde de Injeo de PEAD para Fabricao de uma AlaGrupo: Leandro M. Meyagusku, Lincoln B. S. Silva, Paulo G. R. Salgado, Vinicius C. F. Barros

ObjetivosEste trabalho visa projetar um molde destinado fabricao de uma ala de polietileno de alta densidade (PEAD) por injeo, realizando todas as etapas de um projeto, como dimensionamento do molde, desenho, clculo dos parmetros referentes mquina, determinao de material a ser utilizado e oramento, alm de simulao auxiliada por computador.

ProcedimentosO primeiro passo realizado foi a verificao das caractersticas de um modelo do produto. Com o auxlio de um paqumetro, foram aferidas todas as dimenses da ala a ser modelada por injeo de termoplstico. Com o auxlio de uma balana comum de bancada, foi verificada a sua massa. Para a determinao do volume mdio, foi realizado um teste simples segundo o princpio de Arquimedes. Para que se pudesse ter uma idia do material utilizado no modelo, foi empregada uma tcnica de espectroscopia no infravermelho (IV) realizada em um dos laboratrios do Departamento de Engenharia de Materiais. A partir desses dados iniciou-se o projeto do molde. O desenho dos componentes foi feito com o auxilio do computador, sendo utilizado o software Solid Edge ST2, da Siemens. Definido o projeto do molde, passou-se ao seu processo de fabricao, sendo descrito o ferramental de usinagem requerido. Paralelamente, foram realizados clculos tericos dos parmetros necessrios para verificao das condies de processamento do material na injetora que dever ser utilizada. Os parmetros calculados foram capacidade de plastificao e capacidade de injeo para o material em questo (PEAD), quantidade de material por ciclo, fora de fechamento, presso exercida sobre o molde devido ao fechamento e quantidade de gua utilizada para resfriamento. O material do molde foi escolhido com base numa tabela orientativa, sendo levado em considerao tambm o oramento levantado (em anexo).

Resultados e DiscussoPara confeco das partes do molde, ser usado ao ABNT 1020 sem tratamento trmico, e para a bucha, ao cromo-nquel ABNT 3310 com tratamentos trmicos de cementao e tmpera. O preo total do molde, desconsiderando buchas, colunas, parafusos, anel centralizador de R$ 851,00. Os desenhos da ala, bem como as vistas isomtricas e laterais das partes do molde esto anexadas ao fim deste trabalho. As dimenses dos portacavidades esto especificadas nos seus respectivos desenhos tcnicos. As descries dos processos de usinagem so seguidas por croquis esquemticos. O ferramental de usinagem requerido listado abaixo:

- Torno CNC - Fresa de topo - Fresa tangencial - Furadeira - Retfica Com relao aos clculos, os dados necessrios e os prprios clculos esto descritos abaixo:

Caractersticas da injetoraCapacidade de plastificao (PS) - 19g/s Fora de fechamento - 80 ton = 784,8 kN

Capacidade da mquina para PEADCalor especfico Densidade Fator volumtrico Temperatura de injeo PEAD 1700 J/Kg.K 970 Kg/m 1,8 230C PS 1300 J/Kg.K 1045 Kg/m 2,025 100 C

Tabela 1: Propriedades fsicas do PEAD e do PS.

Capacidade de plastificao da injetora (ao processar PEAD):- Quantidade de material que a injetora tem capacidade de levar temperatura de moldagem em uma hora, sendo expressa em g/s. dado por: Cp = Cpp x (Qp/Q) onde - Cpp: a capacidade de plastificao do material padro (PS) em g/s - Qp: a quantidade de calor especfico do poliestireno (J/Kg.K) - Q: a quantidade de calor especfico do material em considerao. (J/Kg.K) Cp = 19 x (1300/1700) Cp = 14,53 g/s

Capacidade de injeo- Mxima quantidade de material que pode ser injetado de uma vez, expresso em gramas. dado por: Ci = Cp x (d/dp) x (Vp/V) onde - Ci: capacidade de injeo para um material qualquer (gramas) - Cp: capacidade de injeo para o material padro (gramas) - d: densidade do material qualquer (g/cm) - dp: densidade do material padro (g/cm) - Vp: fator volumtrico do material padro - V: fator volumtrico do material qualquer Ci = 19 x (970/1045) x (2,025/1,8) Ci = 19,84 g Observando-se os valores de Cp e Ci, possvel verificar que o que ir limitar o processo a capacidade de plastificao da injetora. Dessa forma, considerando que a eficincia da injetora de 60%, a capacidade de plastificao efetivo : Cp = 0,6 x 14,53 Cp = 8,712 g/s, o que equivale a 31,36 Kg/h.

Requisitos de produoDevido inexperincia dos projetistas, foi considerado que o ciclo completo dura aproximadamente um minuto. - 2 peas/ciclo = 2 peas/min Com o auxilio do Solid Edge, foi obtido a aproximao do volume total (pea + canal de alimentao): - volume total (1 pea) = 4,9805 mm e a partir da densidade terica do PEAD, foi obtido uma aproximao da massa que seria utilizada para o preenchimento do molde: - massa total (1 pea) = 4,83 g/ciclo o que corresponde a um consumo de - consumo = 0,289 x 2 = 0,578 Kg/h Como foi calculada anteriormente, a capacidade de plastificao da injetora de 42,4656 Kg/h, sendo, portanto, vivel o uso dessa injetora.

Fora de fechamento- Fora necessria para garantir que as duas metades da ferramenta permaneam fechadas no momento que o material plstico injetado no interior da cavidade de modo que possa haver uma boa compactao do material e evitar a formao de rebarbas devido ao recuo do ferramental. dado por F = [Am] x [Pi] onde - F: fora de fechamento - Am: rea projetada das moldagens - Pi: presso de injeo Sendo que a rea projetada das moldagens foi obtida com o auxilio do Solid Edge e a presso de injeo tabelado de acordo com a injetora escolhida. F = 420,55 kN Como a fora de fechamento limite da mquina de 784,8 kN, o valor calculado plenamente suficiente para o servio.

Resfriamento dos moldesQ = m x c x (T1 T2) onde - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora (J/h) - m: massa do material (Kg/h) - c: calor especfico do material(J/Kg.K) - (T1 T2): variao da temperatura (K) Q = 0,578 x 1700 x (230 60) Q = 177,04 KJ/h m(H2O) = Q/(K x T) - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora - K: constante que leva em conta a eficincia da transmisso de calor - T: variao de temperatura m(H2O) = 177,04/(0,1 x 60) m(H2O) = 27,84 kg/h = 27,84 L/h = 0,464 L/ciclo (L/min)

Foi considerado que a gua entra a 20C e sai a 80C. A constante K tabelada e a considerada aqui corresponde a canais de resfriamento que empregam tubos de cobre.

Anexo de imagens

Figura 1: desenho da pea.

Figura 2: desenho do molde.

Figura 3: detalhes do porta-cavidade.

Projeto: Molde de Injeo de PP para Fabricao de uma AlaGrupo: Bruno B. Vianna, Caio de A. Ferreira, Fbio F. Conde, Henrique de C. V. Silva

ObjetivosEste trabalho tem como objetivo a criao de um projeto para a fabricao de uma pea de brinquedo, no caso uma ala, de polipropileno (PP), passando-se por todas as etapas necessrias, realizando-se o clculo das foras envolvidas, entre outros fatores, durante o processo de injeo da pea.

ProcedimentosO primeiro passo realizado consistiu na verificao das caractersticas de um modelo do produto. Com o auxlio de um paqumetro, foram aferidas todas as dimenses da ala fornecida. Tambm, foi analisada para que se pudesse ter uma idia do material utilizado no modelo. A partir desses dados, iniciou-se o projeto do molde. O desenho da pea e dos componentes do molde foi feito com o auxlio do computador, sendo utilizado o software Solid Edge. O molde foi desenhado atravs de especificaes da mquina selecionada para o projeto. Paralelamente, foram realizados clculos tericos dos parmetros necessrios para verificao das condies de processamento do material na injetora que dever ser utilizada. Os parmetros calculados foram capacidade de plastificao e capacidade de injeo para o material em questo (PP), quantidade de material por ciclo, fora de fechamento, presso exercida sobre o molde devido ao fechamento e quantidade de gua utilizada para resfriamento.

Resultados e DiscussoForam cotados os preos das placas para a cavidade, com as dimenses de 330x330x50 mm, em ao. O preo calculado foi de R$ 140,00. O conjunto completo ficou em R$ 900, 00 (preo do PP: R$ 7,20/Kg).

Caractersticas da injetoraCapacidade de plastificao (PS) - 19g/s Fora de fechamento - 80 ton = 784,8 kN

Capacidade da mquina para PPCalor especfico Densidade Fator volumtrico Temperatura de injeo PP 1926 J/Kg.K 910 Kg/m 1,004 (4%) 185 250 C PS 1300 J/Kg.K 1045 Kg/m 2,025 100 C

Tabela 1: Propriedades fsicas do PP e do PS.

Capacidade de plastificao da injetora (ao processar PP)- Quantidade de material que a injetora tem capacidade de levar temperatura de moldagem em uma hora, sendo expressa em g/s. dado por: Cp = Cpp x (Qp/Q) onde - Cpp: a capacidade de plastificao do material padro (PS) em g/s - Qp: a quantidade de calor especfico do poliestireno (J/Kg.K) - Q: a quantidade de calor especfico do material em considerao. (J/Kg.K) Cp = 19 x (1300/1926) Cp = 12,82 g/s Considerando capacidade de plastificaao efetivo de 60% temos: Cp = 12,82 x 0,6 = 7,692 g/s = 27,6912 Kg/h

Capacidade de injeo- Mxima quantidade de material que pode ser injetado de uma vez, expresso em gramas. dado por: Ci = Cp x (d/dp) x (Vp/V) onde - Ci: capacidade de injeo para um material qualquer (gramas) - Cp: capacidade de injeo para o material padro (gramas) - d: densidade do material qualquer (g/cm) - dp: densidade do material padro (g/cm) - Vp: fator volumtrico do material padro - V: fator volumtrico do material qualquer Ci = 19 x (910/1045) x (2,025/1,004) Ci = 33,37 g

Requisitos de produoDevido inexperincia dos projetistas, foi considerado que o ciclo completo dura aproximadamente um minuto. Como a cavidade do molde produz 4 alas, temos: - 4 peas/ciclo = 4 peas/min Com o auxilio do Solid Edge, foi obtido a aproximao do volume total (pea + canal de alimentao): - volume total = 5,86 cm por pea => 23,44cm por ciclo e a partir da densidade terica do PP, foi obtido uma aproximao da massa que seria utilizada para o preenchimento do molde: - massa total = 22,28g/ciclo (contando caminho percorrido, gates e canais) o que corresponde a um consumo de - consumo = 1,3368 Kg/h Como foi calculada anteriormente, a capacidade de plastificao da injetora de 27,7Kg/h, valor 2072% maior que o consumo, sendo, portanto, vivel o uso dessa injetora.

Fora de fechamento- Fora necessria para garantir que as duas metades da ferramenta permaneam fechadas no momento que o material plstico injetado no interior da cavidade de modo que possa haver uma boa compactao do material e evitar a formao de rebarbas devido ao recuo do ferramental. dado por F = [Am] x [Pi]

onde - F: fora de fechamento - Am: rea projetada das moldagens - Pi: presso de injeo Sendo que a rea projetada das moldagens foi obtida com o auxilio do Solid Edge e a presso de injeo tabelado de acordo com a injetora escolhida. F = 29,3cm x 510 F = 14943 kgf = 146,591 KN Como a fora de fechamento limite da mquina de 784,8 KN, o valor calculado plenamente suficiente para o servio.

Tenso sobre o moldeConsiderando que a fora de fechamento atue principalmente sobre o macho e a fmea e que a rea da interface de contato entre eles a menor rea de aplicao dessa fora (sendo, portanto a regio de maior tenso), a tenso dessa regio foi calculada para se verificar se o material escolhido suportaria. = F/A - : tenso (Pa) - F: fora de fechamento - A: rea total A = 29,3cm = 146,591KN/29,3cm = 5x(10^7)Pa = 50MPa Considerando que a tenso de escoamento de um ao estrutural em torno de 250MPa, no ocorrer falha devido a fora de fechamento.

Resfriamento dos moldesQ = m x c x (T1 T2) onde - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora (J/h) - m: massa do material (Kg/h) - c: calor especfico do material (J/Kg.K) - (T1 T2): variao da temperatura (K) Q = 1,3368 x 1926 x (200 40) Q = 411,948 KJ/h m(H2O) = Q/(K x T) - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora - K: constante que leva em conta a eficincia da transmisso de calor (neste caso estamos considerando canais de resfriamento broqueados na placa da cavidade, K=0,64) - T: variao de temperatura m(H2O) = 411,95/(0,64 x 65) m(H2O) = 9,903 kg/h = 9,903 L/h = 0,16505 L/ciclo (L/min) Foi considerado que a gua entra a 25C e sai a 80C (T)

Anexo de imagens

Figura 1: desenho da pea.

Figura 2: desenho do conjunto.

Figura 3: desenho do conjunto com as dimenses.

Projeto: Molde de Injeo de PS para Fabricao de uma PGrupo: Hernani C. de Morais, Sofia C. C. D. Russo, Vitor P. Martinez

ObjetivosEste trabalho visa projetar um molde destinado fabricao de uma pazinha de praia de poliestireno (ou PS) por injeo. Foram realizadas todas as etapas de um projeto, como dimensionamento do molde, desenho, clculo dos parmetros referentes mquina, determinao de material a ser utilizado e oramento, alm de simulao auxiliada por computador.

ProcedimentosO primeiro passo realizado foi a verificao das caractersticas de um modelo do produto. Com o auxlio de um paqumetro, foram aferidas todas as dimenses da p proposto. Com o auxlio de uma balana comum de bancada, foi verificada a sua massa. Para a determinao do volume mdio, foi realizado um teste simples segundo o princpio de Arquimedes. Para que se pudesse ter uma idia do material utilizado no modelo, foi empregada uma tcnica de espectroscopia no infravermelho (IV) realizada em um dos laboratrios do Departamento de Engenharia de Materiais. A partir desses dados iniciou-se o projeto do molde. O desenho dos componentes foi feito com o auxilio do computador, sendo utilizado o software Solid Edge, da Siemens. Definido o projeto do molde, passou-se ao seu processo de fabricao. Foram determinadas as operaes de usinagem que deveriam ser utilizadas, sendo descritas segundo normas de desenho tcnico mecnico. Tambm foi descrito o ferramental de usinagem requerido. Paralelamente, foram realizados clculos tericos dos parmetros necessrios para verificao das condies de processamento do material na injetora que dever ser utilizada. Os parmetros calculados foram capacidade de plastificao e capacidade de injeo para o material em questo (PS), quantidade de material por ciclo, fora de fechamento, presso exercida sobre o molde devido ao fechamento e quantidade de gua utilizada para resfriamento. O material do molde foi escolhido com base numa tabela orientativa, sendo levado em considerao tambm o oramento levantado.

Resultados e DiscussoPara confeco das partes do molde, ser usado ao ABNT 1045 sem tratamento trmico, e para a bucha, ao cromo-nquel ABNT 3310 com tratamentos trmicos de cementao e tmpera. Segundo um oramento fornecido pela empresa ANTARI, o preo total do bloco com as dimenses 280x280x50,4mm de R$620,00. As dimenses da p so mostradas no desenho da Figura 1. A partir da espectroscopia no infravermelho foi verificado que o modelo era em sua maior parte composto por poliestireno (PS).

Os desenhos da p em 3D (Figura 2), do macho (Figura 3) e da fmea (Figura 4) esto anexadas ao fim deste trabalho. As descries dos processos de usinagem so seguidas por croquis esquemticos. O processo de usinagem do macho corresponde Figura 5, e da fmea Figura 6. O ferramental de usinagem requerido listado abaixo: - Fresa de topo - Torno - Furadeira Com relao aos clculos, os dados necessrios e os prprios clculos esto descritos abaixo. importante notar que o material padro utilizado para a injetora o prprio poliestireno.

Caractersticas da injetoraCapacidade de plastificao (PS) - 19g/s Fora de fechamento - 80 ton = 784,8 KN

Capacidade da mquina para PSPS Calor especfico Densidade Fator volumtrico Temperatura injeo de 1300 J/Kg.K 1045 Kg/m 2,025 100 C

Tabela 1: Propriedades fsicas do PS.

Capacidade de plastificao da injetora (ao processar PS)- Quantidade de material que a injetora tem capacidade de levar temperatura de moldagem em uma hora, sendo expressa em g/s. dado por: Cp = Cpp x (Qp/Q) onde - Cpp: a capacidade de plastificao do material padro (PS) em g/s - Qp: a quantidade de calor especfico do poliestireno (J/Kg.K) - Q: a quantidade de calor especfico do material em considerao. (J/Kg.K) Cp = 19 x (1300/1300) Cp = 19 g/s

Capacidade de injeo- Mxima quantidade de material que pode ser injetado de uma vez, expresso em gramas. dado por: Ci = Cp x (d/dp) x (Vp/V) onde - Ci: capacidade de injeo para um material qualquer (gramas) - Cp: capacidade de injeo para o material padro (gramas) - d: densidade do material qualquer (g/cm) - dp: densidade do material padro (g/cm) - Vp: fator volumtrico do material padro - V: fator volumtrico do material qualquer Ci = 19 x (1045/1045) x (2,025/2,025) Ci = 19 g

Observando-se os valores de Cp e Ci, possvel verificar que o que ir limitar o processo a capacidade de plastificao da injetora. Dessa forma, considerando que a eficincia da injetora de 60%, a capacidade de pastificao efetivo : Cp = 0,6 x 19 Cp = 11,4 g/s, o que equivale a 41,04 Kg/h.

Requisitos de produo- 1 pea/ciclo = 1 pea/min - volume total = 19560,426 mm - massa total = 26g/ciclo - consumo = 1,56 Kg/h

Fora de fechamentoF = [Am] x [Pi] - F: fora de fechamento - Am: rea projetada das moldagens - Pi: presso de injeo F = 8031551,4 x 10-6 kgf = 78,79 KN

Tenso sobre o molde = F/A - : tenso (Pa) - F: fora de fechamento - A: rea de contato entre macho e fmea A = 15748,14 mm = 78,79/15748,14 = 5 MPa

Resfriamento dos moldesQ = m x c x (T1 T2) onde - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora (J/h) - m: massa do material (Kg/h) - c: calor especfico do material(J/Kg.K) - (T1 T2): variao da temperatura (K) Q = 1,56 x 165 x (230 60) Q = 43,8 KJ/h m(H2O) = Q/(K x T) - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora - K: constante que leva em conta a eficincia da transmisso de calor - T: variao de temperatura m(H2O) = 43,8/(0,1 x 60) m(H2O) = 7,3 kg/h = 7,3 L/h = 9 x 10^-4 L/ciclo (L/min) Foi considerado que a gua entra a 20C e sai a 80C. A constante K tabelada e a considerada aqui corresponde a canais de resfriamento que empregam tubos de cobre.

Anexo de imagens

Figura 1: dimenses da pea.

Figura 2: desenho da pea.

Figura 3: desenho do macho.

Figura 4: desenho da fmea.

Figura 5: processo de fabricao do macho.

Figura 6: processo de fabricao da fmea.

Projeto: Molde de Injeo de ABS para Fabricao de um RasteloGrupo: Danilo Ferro, Hugo M. Neto, Joo J. P. Pinto, Marcos A. Makinodan

ObjetivosEste trabalho visa projetar um molde destinado fabricao de um rastelo de praia do copolmero acrilonitrila-butadieno-estireno (ou ABS) por injeo. Foram realizadas todas as etapas de um projeto, como dimensionamento do molde, desenho, clculo dos parmetros referentes mquina, determinao de material a ser utilizado e oramento, alm de simulao auxiliada por computador.

ProcedimentosO primeiro passo realizado consistiu na verificao das caractersticas de um modelo do produto. Para a medio do rastelo, inicialmente foi feito um croqui da pea. Em seguida utilizou-se um paqumetro digital de resoluo 0,01mm para medir as regies sem curvatura, e para as demais regies utilizou-se um canivete de raio. A partir desses dados, iniciou-se o projeto do molde. O desenho da pea e dos componentes (macho e fmea do molde) foi feito com o auxlio do computador, sendo utilizado o software Solid Edge ST3, da Siemens. O comprimento e a largura adotados para os componentes foram escolhidos mediante a utilizao da tabela de caractersticas tcnicas. Definido o projeto do molde, passou-se ao seu processo de fabricao. Foram determinadas as operaes de usinagem que deveriam ser utilizadas, sendo descritas segundo normas de desenho tcnico mecnico. Paralelamente, foram realizados clculos tericos dos parmetros necessrios para verificao das condies de processamento do material na injetora que dever ser utilizada. Os parmetros calculados foram capacidade de plastificao e capacidade de injeo para o material em questo (ABS), quantidade de material por ciclo, fora de fechamento, presso exercida sobre o molde devido ao fechamento e quantidade de gua utilizada para resfriamento. Terminados os processos de medio e desenho, escolheu-se o material ideal para a fabricao do molde, levando em considerao o polmero e as condies de injeo a serem utilizadas.

Resultados e DiscussoOs desenhos do croqui da pea com suas dimenses, bem como os desenhos da pea e dos componentes do molde, e seus respectivos processos de fabricao encontram-se no anexo de imagens ao final do relatrio. No caso do rastelo, cujo material constituinte seria o ABS, o material escolhido para a fabricao dos componentes do respectivo molde foi o ao 1045.

Com relao aos clculos, os dados necessrios e os prprios clculos esto descritos abaixo.

Caractersticas da injetoraCapacidade de plastificao (PS) - 19g/s Fora de fechamento - 80 ton = 784,8 kN

Capacidade da mquina para ABSABS Calor especfico Densidade Fator volumtrico Temperatura injeo de 0.35 - 0.40 KJ/gC 0.98 - 1.04 g/cm 1.8 - 2.0 170 240 C PS 0.32 Kj/gC 1.04 - 1.06 g/cm 2,025 100 C

Tabela 1: Propriedades fsicas do ABS e do PS.

Capacidade de plastificao da injetora (ao processar ABS):- Quantidade de material que a injetora tem capacidade de levar temperatura de moldagem em uma hora, sendo expressa em g/s. dado por: Cp = Cpp x (Qp/Q) onde - Cpp: a capacidade de plastificao do material padro (PS) em g/s - Qp: a quantidade de calor especfico do poliestireno (J/Kg.K) - Q: a quantidade de calor especfico do material em considerao. (J/Kg.K) Cp = 19 x (0.32/0.40) Cp = 15.2 g/s

Capacidade de injeo- Mxima quantidade de material que pode ser injetado de uma vez, expresso em gramas. dado por: Ci = Cp x (d/dp) x (Vp/V) onde - Ci: capacidade de injeo para um material qualquer (gramas) - Cp: capacidade de injeo para o material padro (gramas) - d: densidade do material qualquer (g/cm) - dp: densidade do material padro (g/cm) - Vp: fator volumtrico do material padro - V: fator volumtrico do material qualquer Ci = 19 x (1.04/1.06) x (2.025/2.00) Ci = 18.87g Observando-se os valores de Cp e Ci, possvel verificar que o que ir limitar o processo a capacidade de plastificao da injetora. Dessa forma, considerando que a eficincia da injetora de 60%, a capacidade de plastificao efetivo : Cp = 0,6 x 18.87 Cp = 11.32 g/s, o que equivale a 40.7592 Kg/h.

Requisitos de produoFoi considerado que o ciclo completo dura aproximadamente um minuto. - 1 pea/ciclo = 1 pea/min

Com o auxilio do Solid Edge, foi obtido a aproximao do volume total (rastelo + canal de alimentao): - volume total = 55287 mm A partir da densidade terica do ABS, foi obtida uma aproximao da massa que seria utilizada para o preenchimento do molde: - massa total = 58g/ciclo o que corresponde a um consumo de - consumo = 3.480 Kg/h Como foi calculada anteriormente, a capacidade de plastificao da injetora de 40.7592 Kg/h, valor 1171% maior que o consumo, sendo, portanto, vivel o uso dessa injetora.

Fora de fechamento- Fora necessria para garantir que as duas metades da ferramenta permaneam fechadas no momento que o material plstico injetado no interior da cavidade de modo que possa haver uma boa compactao do material e evitar a formao de rebarbas devido ao recuo do ferramental. dado por F = [Am] x [Pi] onde - F: fora de fechamento - Am: rea projetada das moldagens - Pi: presso de injeo Sendo que a rea projetada das moldagens foi obtida com o auxilio do Solid Edge e a presso de injeo tabelado de acordo com a injetora escolhida. F = 87 x 510 F = 44370 kgf = 435.26 KN Como a fora de fechamento limite da mquina de 784,8 KN, o valor calculado plenamente suficiente para o servio.

Tenso sobre o moldeConsiderando que a fora de fechamento atue principalmente sobre o macho e a fmea e que a rea da interface de contato entre eles a menor rea de aplicao dessa fora (sendo, portanto a regio de maior tenso), a tenso dessa regio foi calculada para se verificar se o material escolhido suportaria. = F/A - : tenso (Pa) - F: fora de fechamento - A: rea de contato entre macho e fmea A = 18.352 x 10-3 m = 675.42/(18.352 x 10-3) = 36.80 MPa Considerando que a tenso de escoamento de um ao estrutural em torno de 250MPa, no ocorrer falha devido a fora de fechamento.

Resfriamento dos moldesQ = m x c x (T1 T2) onde - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora (J/h) - m: massa do material (Kg/h) - c: calor especfico do material(J/Kg.K) - (T1 T2): variao da temperatura (K)

Q = 3.48 x 1650 x (200 60) Q = 803,880 KJ/h m(H2O) = Q/(K x T) - Q: quantidade de calor a ser extrada por hora - K: constante que leva em conta a eficincia da transmisso de calor - T: variao de temperatura m(H2O) = 803,880/(0,1 x 60) m(H2O) = 134 kg/h = 134 L/h = 2,23 L/ciclo (L/min) Foi considerado que a gua entra a 20C e sai a 80C. A constante K tabelada e a considerada aqui corresponde a canais de resfriamento que empregam tubos de cobre.

Observaes importante notar que falta um sistema de refrigerao no molde. Mesmo assim, foram realizados os clculos tericos para um sistema considerado adequado s caractersticas da pea e do prprio molde.

Anexo de imagens

Figura 1: croqui da pea.

Figura 2: modelo da pea feito no software.

Figura 3: desenho da fmea.

Figura 4: desenho do macho.

Pea Macho

Descrio Fixar o macho e fresar o contorno da pea em 9,29mm 2 Furar 8 lugares com profundidade de 10,79mm com distancia de 9,5mm entre cada dimetro na parte cabea do rastelo Fmea 3 Fresamento dentro do contorno da pea com uma profundidade de 10,79mm 4 Fresamento na cabea do rastelo formando uma linha de largura 0,8mm Figura 5: processos de fabricao do macho e da fmea.

Operao 1

Mquina Fresadora

Furadora

Fresadora

Fresadora

Tabela Dados de projeto

ConclusoTransformao da matria-prima em materiais com valor agregado a base da engenharia, e da concepo moderna de produo. Neste processo, h o envolvimento no s do fabricante das mquinas de modelagem mecnicas, mas tambm de uma equipe com encargo do desenvolvimento do produto e das etapas de produo de peas que vo de um simples balde plstico a uma estrutura aeroespacial. Sob o ponto de vista de um Engenheiro de Materiais e Manufatura, imprescindvel a anlise de fatores como grau de contrao do material no molde, etapas de usinagem de uma cavidade, tratamento trmico nos metais do molde, polmero que agrega caractersticas mpares ao material final e desenvolvimento de sistemas de produo que visam o aproveitamento da produo em seu mximo, sem deixar de lado a qualidade e a salubridade do ambiente de trabalho. Ainda que tenham sido encontradas algumas dificuldades durante o desenho e a seleo do material do molde, a experincia adquirida com a busca de informaes necessrias contribuiu fortemente para a nossa formao como engenheiros de projeto. Alm disso, os projetos aqui desenvolvidos so bastante simples, tendo-se em vista que os alunos ainda no tm todo o conhecimento prtico sobre o assunto. A utilizao de softwares torna o projeto mais tcnico e de fcil manipulao, e sua incorporao no trabalho se tornou fulcral, visto que os clculos que foram necessrios foram feitos automaticamente por CAD.

Bibliografia Consultada1. Site: www.enerpoly.com.br 2. Site: http://www.ferramentalrapido.ufba.br/moldagemporinjecao.htm 3. Site: http://www.ides.com/resinpricing/Secondary.aspx 4. Apostila: Fundamentos de projeto de ferramentas Moldes de injeo para termoplsticos. Prof. Mauro Csar Rabuski Garcia. 5. ROMI injetoras de plstico 6. Apostila: Projeto auxiliado por computador 7. Apostila: Projeto de um molde de injeo