Os custos de produção dos componentes moldados por injeção ainda são determinados principalmente pelo tempo de ciclo e pelos custos de material, além daqueles associados à energia. A desmoldagem desempenha um papel decisivo sob esse aspecto como etapa final de um ciclo de moldagem por injeção. Se as forças de desmoldagem forem muito altas, elas poderão causar danos às peças plásticas moldadas por injeção. Os resultados poderão ser marcas visíveis causadas pelo ejetor ou peças deformadas. Isto, por sua vez, pode levar a problemas adicionais: degradação da qualidade dos componentes, desgaste excessivo do ferramental e perda de produção causada, por exemplo, por pinos ejetores quebrados ou componentes presos.

 

Ferramental para moldagem por injeção usado na medição de forças de desmoldagem relacionadas à adesão na direção da tensão de tração (© IKFF)

 

Quando ocorrem altas forças de desmoldagem, torna-se necessário aumentar a estabilidade do componente. Isto geralmente é conseguido por meio de tempos de resfriamento mais longos. Também é importante levar em consideração as forças atuantes nos componentes já durante o desenvolvimento de seu projeto. Isso, por sua vez, pode implicar em restrições na configuração das peças moldadas. Consequentemente, forças de desmoldagem baixas permitem maior flexibilidade no projeto das peças moldadas, bem como menor tempo de resfriamento e, portanto, tempos de ciclo mais curtos.

As influências sobre as forças de desmoldagem são extremamente complexas e consistem basicamente nos seguintes fatores:

O número e a ponderação desses componentes individuais variam em função do projeto do ferramental e da geometria da peça.

Já há muito tempo vários métodos de tratamento e revestimento de superfícies foram introduzidos na produção, a fim de manter as forças de desmoldagem sob controle. Contudo, os efeitos que ocorrem durante a desmoldagem ainda não são totalmente compreendidos. Os especialistas já desenvolveram diversas ferramentas de medição para determinar a eficácia e as influências dos revestimentos. No entanto, o foco destas ferramentas está na medição de forças de atrito e de cisalhamento causadas pela adesão atuante no local. Até o momento, essa abordagem não permite considerar o comportamento de remoção do componente sobre superfícies planas na direção de tração.

 

Parâmetros reprodutíveis para a união adesiva

Para obter parâmetros reprodutíveis para caracterização da união adesiva de componentes plásticos é importante que a superfície de contato a ser medida esteja intacta antes da medição propriamente dita. Isto é particularmente desafiador sob condições práticas devido aos movimentos da máquina e do ferramental. Essas circunstâncias foram consideradas no desenvolvimento de uma nova ferramenta de medição no Instituto de Design e Fabricação em Engenharia de Precisão da Universidade de Stuttgart (Institut für Konstruktion und Fertigung in der Feinwerktechnik der Universität Stuttgart – IKFF), a qual utiliza vários mecanismos para garantir que a superfície de contato esteja tão intacta quanto possível. Isso permite a determinação de parâmetros reprodutíveis associados à união adesiva.

O princípio básico dessa medição consiste em projetar verticalmente uma superfície plana do ferramental a partir da peça recém-moldada a ser submetida à medição. Para analisar rapidamente as diferentes superfícies de ferramentas são utilizados blanques circulares intercambiáveis que podem ser facilmente fabricados e revestidos de forma adequada (figura 1). Os blanques circulares têm diâmetro de 27 mm e correspondem à superfície de contato a ser examinada. A peça circular moldada a ser usada na medição é sobremoldada sobre o blanque circular e possui várias saliências projetadas de tal forma que o desprendimento da superfície de contato devido à ocorrência de contração e distorção é minimizado. A peça moldada usada para a medição tinha diâmetro total de 45 mm e espessura de 2 mm.

 

Fig. 1 – Diferentes revestimentos de ferramental podem ser examinados usando-se blanques circulares de troca rápida (© IKFF)

 

Medição prática da força de desmoldagem

O ferramental proposto também minimiza o desprendimento prematuro e indesejado da superfície de contato graças a seu projeto na forma de molde com três placas (figura 2). Um transportador por rolos permite o movimento requerido da placa intermediária. O ferramental se abre após a solidificação da resina fundida. A placa intermediária inicialmente se eleva sobre a placa de fixação – a cavidade ainda se encontra fechada. Isso reduz a carga mecânica sobre a superfície de contato durante a abertura. Somente na próxima etapa o lado ejetor se separa da placa intermediária e abre a cavidade. A peça moldada usada na medição permanece no lado do ejetor.

Fig. 2 – Estrutura da nova ferramenta para medição. Quando a placa de medição com todo o módulo de medição (em cor azul) se move para trás, afastando-se do bloco de medição, o blanque circular é removido da peça moldada (© IKFF) 

 

O ferramental agora está aberto e permite que a câmera integrada visualize a superfície de contato. O molhamento pode ser detectado visualmente desta forma no caso de plásticos transparentes. Isto garante que a superfície de medição se mantenha intacta antes da medição. Ocorre então a medição propriamente dita, mas de forma separada da ejeção propriamente dita: acionada por dois motores, a placa de medição com todo o módulo de medição (figura 2, em azul) primeiramente se move para trás, afastando-se do bloco de medição. Os blanques circulares são removidos da peça moldada usada na medição. A força necessária para tal é registrada por um sensor piezoelétrico cujo fundo de escala chega a até 3 kN. Uma taxa de amostragem de 9.000 Hz garante a detecção confiável do pico de força (figura 3).

 

Fig. 3 – A curva de força de tração durante a sua medição é registrada por um piezotransdutor de força. A taxa de amostragem é suficientemente alta para registrar o pico de força (fonte: IKFF; gráfico: © Hanser)

 

A seguir, a placa de medição retorna à posição inicial. Somente após esta etapa do processo a peça moldada usada na medição é removida pelos pinos ejetores. Para se obter resultados significativos, uma vez que o ferramental estivesse em equilíbrio térmico, foram efetuadas quinze medições consecutivas e então se calculava a média dos valores do pico de força.

 

Influência do revestimento no ferramental

Agora a ferramenta de medição pode ser usada para determinar facilmente a influência que vários fatores, tais como parâmetros de processo, tipo de resinas e superfícies, exercem sobre as forças adesivas durante a desmoldagem. Existe um enorme potencial quando se consideram revestimentos individuais. Por exemplo, ao usar um revestimento de CrN sob temperatura de ferramental de 60°C, foi demonstrada uma redução das forças de desmoldagem superior a 98% no caso da moldagem de poli(tereftalato de etileno) (PET) em comparação com o caso em que se usou um blanque circular não revestido feito com aço para trabalho a quente 1.2343 (figura 4).

 

Fig. 4 – O revestimento CrN reduz significativamente a força de desmoldagem para uma peça moldada em PET em comparação com um blanque circular não revestido (temperatura do molde: 60°C) (Fonte: IKFF; Gráfico: © Hanser)

 

Estudos anteriores já haviam revelado a influência da rugosidade durante a desmoldagem sob tensão de cisalhamento(1). Portanto, para se comparar uma superfície ligeiramente mais áspera devido ao uso de revestimento de CrN (Sq = 33,3 nm), foi utilizado um blanque circular com rugosidade comparável (Sq = 29,7 nm), além de outro blanque altamente polido (Sq = 2,7 nm). Contudo, nos ensaios de força de tração, a rugosidade superficial apresentou influência significativamente menor na força de desmoldagem em relação ao revestimento utilizado.

 

Temperatura de desmoldagem

No entanto, a força necessária para a desmoldagem depende muito da temperatura em que ela ocorre. Portanto, é necessário investigar a influência dos revestimentos sob diferentes temperaturas. Os revestimentos podem proporcionar resultados diferentes dependendo da temperatura do ferramental(1, 2). Ao se utilizar um determinado grau de PET reciclado (rPET), os estudos sobre as forças de tração mostraram vantagens para diferentes revestimentos em determinadas faixas de temperatura (figura 5). Embora a força de desmoldagem determinada para blanques circulares não-revestidos e revestidos com DLC (diamond-like carbon, ou diamante tipo carbono) aumente visivelmente com o aumento da temperatura do ferramental, a influência da temperatura mostrou-se significativamente menor para os revestimentos de CrN e XLC – e, simultaneamente, com um nível geral mais baixo de força.

 

Fig. 5 – A influência da temperatura do ferramental na força de desmoldagem para uma peça moldada em rPET é significativamente menor no caso dos revestimentos CrN e XLC (fonte: IKFF; gráfico: © Hanser)

 

Entretanto, ao se utilizar TiN, pode-se observar uma influência mais volátil da temperatura do ferramental sobre a desmoldagem. Isto mostra que a adesão subjacente depende não apenas da temperatura, mas também da afinidade química dos dois materiais que se encontram em contato e das suas propriedades térmicas individuais. Sob determinadas condições, isto pode levar à formação de depósitos que aumentam significativamente a força de desmoldagem.

 

O papel da resina

As vantagens de um revestimento do ponto de vista da desmoldagem dependem muito da resina que está sendo processada. Ao se usar polimetilmetacrilato (PMMA) o quadro se torna completamente diferente em comparação ao do PET reciclado (figura 6). No caso do PMMA, sob temperaturas de ferramental tão baixas quanto 50°C, não ocorreu nenhuma força de extração em nenhuma das superfícies examinadas. No entanto, sob temperaturas de 70°C, as medições mostraram diferenças claras em função do revestimento. Os blanques circulares não-revestidos, bem como os revestidos com XLC e TiN, provaram ser vantajosos. No caso do PMMA, entretanto, tanto o revestimento DLC quanto o revestimento CrN, que são vantajosos para o rPET, aumentaram significativamente a força de desmoldagem necessária.

 

Fig. 6 – Comparação entre as forças de desmoldagem para uma peça moldada em PMMA. Sob as temperaturas mais altas, os blanques circulares não revestidos e os revestidos com XLC e TiN apresentaram melhor desempenho (fonte: IKFF; gráfico: © Hanser)

 

Conclusão

A ferramenta desenvolvida no IKFF para investigar as forças de desmoldagem relacionadas à adesão pode usar dados de medições reprodutíveis para revelar o potencial do uso de revestimentos no ferramental para moldagem por injeção. Ela permite que diferentes tipos de superfície, bem como as influências dos parâmetros do processo, sejam rapidamente analisados. Esta nova abordagem amplia o alcance das ferramentas de medição já existentes com a capacidade de examinar a desmoldagem com base puramente na tensão de tração.

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

As referências bibliográficas referentes a este artigo podem ser encontradas no endereço www.kunststoffe.de/onlinearchiv.


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