Cálculos para moldes de injeção Plástica

Escola SENAI “Conde Alexandre Siciliano”
Cálculos para Moldes de injeção
Plástica
Curso Técnico em Plástico
Disciplina: Projeto de Moldes
Prof°.: Valdir Carlos Meneguello
Curso Técnico em Plástico
Cálculos para Molde de Injeção Plástica
Índice
Cálculos para molde de Injeção Plástica.................................................................. 4
Balanceamento de cavidades............................................................................... 4
Capacidade de injeção: ........................................................................................ 5
Capacidade de Plastificação ................................................................................ 6
Força de Injeção ................................................................................................... 7
Força de Fechamento........................................................................................... 7
Força de Agarre.................................................................................................... 8
Ciclo de Operações ............................................................................................ 10
Cálculo de Resistência da Cavidade .................................................................. 11
Placa Suporte ..................................................................................................... 13
Canais de Distribuição........................................................................................ 14
Cálculo dos Canais............................................................................................. 14
Refrigeração ....................................................................................................... 15
Cálculo do resfriamento com água ..................................................................... 16
Requisitos para um esfriamento uniforme. ......................................................... 18
Bibliografia:......................................................................................................... 19
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Cálculos para Molde de Injeção Plástica
Índice de Tabelas
Tabela - 1 Densidade, Fator Volumétrico, Calor específico e contração. ................ 6
Tabela 2 - Temp. de Inj. / Pressão de Inj. / Temp. do Molde ................................... 9
Tabela 3 – Tensão de Tração e Flexão dos aços .................................................. 12
Tabela 4 - Tensão Admissível dos Aços ................................................................ 13
Tabela 5 - Valores práticos do conteúdo total de calor do material plastificado..... 17
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Cálculos para Molde de Injeção Plástica
Cálculos para molde de Injeção Plástica
Balanceamento de cavidades
Quando temos que moldar peças diferentes mo mesmo molde, este deve ser
balanceado evitar o seu empenamento.
A pressão de injeção aplicada sobre uma área gera força.
F =P⋅A
Se as peças forem diferentes, teremos forças diferentes aplicadas em diferentes
pontos do molde. O cálculo a seguir, equilibra as forças em relação ao centro do
molde.
Seqüência:
Posicionar todas as peças no molde menos uma.
Posicionar eixos X e Y coordenados com um centro coincidente com o centro do
molde.
Calcular as áreas das figuras envolvidas
Determinar as coordenadas dos centros das áreas (x1; y1), (x2; y2)...
Calcular as coordenadas das figuras que não foram posicionadas.
x = A1 ⋅ x1 + A2 ⋅ x2 + A3 ⋅ x3 + … = 0
y = A1 ⋅ y1 + A2 ⋅ y2 + A3 ⋅ y3 + … = 0
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Capacidade de injeção:
As máquinas injetoras são freqüentemente avaliadas de acordo com a quantidade
de determinado material plástico que injetam em um ciclo. Essa capacidade pode
ser medida em gramas e utiliza o PS (poliestireno) como material Padrão.
Quando injetamos um material diferente do PS, devemos calcular a capacidade de
injeção da injetora para o material desejado, considerando a densidade e o fator
volumétrico (Fv), então temos:
CIx = CIps ×
densidade mat x
densidade do PS
×
Fv do PS
Fv do mat x
Chamamos de “peso total de moldagem” (PM), a quantidade de material
necessária para injetar peça, canal de injeção, canais de distribuição e eventuais
rebarbas, sendo que a injeção só será possível se:
CI > PM
Exemplo:
Verificar se é possível injetar uma peça de PP que pesa 170 g em uma injetora
com capacidade para 180 g.
Sabe-se:
Material Densidade (g/cm³)
CIx = CIps ×
Fv
PS
1,04
2,02
PP
0,9
1,94
densidade mat x
densidade do PS
×
Fv do PS
Fv do mat x
= 180 ×
0,9
1, 04
×
2 , 02
1, 94
= 162,19 g
∴ CI < PMσ
R: Não será possível a injeção nesta máquina, pois a CI é menor que o PM,
devemos utilizar uma injetora com capacidade de injeção maior que 180 g.
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Tabela - 1 Densidade, Fator Volumétrico, Calor específico e contração.
SIGLA
Peso específico
(densidade) g/cm³
Fv
Calor específico Contração
Kcal/Kg ºC
%
PS
1,04
2,02
135
0,2 a 0,6
PA
1,14
2,05
325
0,7 a 1,0
PP
0,9
1,94
275
2,5
PEAD
0,95
1,81
325
2,0 a 5,0
PEBD
0,92
2,07
275
2,0 a 5,0
ABS
1,05
1,9
155
0,4 a 0,6
PVC
1,35
2,3
92
2,5
PMMA
1,18
1,9
122
0,2 a 0,8
SAM
1,05
2,03
135
0,4 a 0,6
PC
1,2
1,8
181
0,4 a 0,8
Capacidade de Plastificação
A quantidade máxima de material padrão (Poliestireno) que a máquina consegue
amolecer por hora, para ser moldado.
Normalmente, sua capacidade máxima padronizada em poliestireno. O peso
específico e fator volumétrico dos materiais plásticos são diferentes, por isso
quando for injetar material plástico que não seja poliestireno, deve-se usar a
seguinte fórmula:
CP = CpPS ×
Caloria do PS
Caloria do mat. a ser injetado
Na prática, devemos usar apenas 80%da capacidade da máquina, portanto:
CP = CpPS ×
Caloria do PS
× 0,8 =
Caloria do mat. a ser injetado
Kg / h
Onde:
CP= Capacidade de plastificação em kg/hora
Caloria dos materiais = Calor específico (tabela 1).
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EXEMPLO:
Determinar a capacidade de plastificação para injetar Nylon (PA), sendo que a
capacidade de plastificação da máquina é de 40 kg/h em poliestireno.
CP = CpPS ×
Caloria do PS
135
× 0,8 ⇒ Cp = 40 ×
× 0,8 ⇒ Cp = 13, 29 Kg / h
Caloria do mat. a ser injetado
325
Força de Injeção
É a força que surge na cavidade de moldagem quando se aplica a pressão de
injeção à área projetada da peça sobre a cavidade.
Fi = Pi ⋅ Ap
Onde:
Fi = Força de injeção
Pi = Pressão de injeção
Ap = Área da peça
Área Projetada: É a área representada pela sombra da peça na linha de
fechamento, conforme mostrado abaixo.
Força de Fechamento
Durante o processo de injeção o material plástico deve ser injetado dentro da
cavidade com pressão suficiente para preencher a cavidade. A esta pressão
chamamos de Pressão de injeção, que varia de:
Pi
= 700 a 1400 kgf/cm2
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Como o processo de injeção depende de vários fatores, consideramos para cálculo
sempre o maior valor.
O material plástico para chegar até a cavidade percorre canais, sofre mudanças de
direção e estrangulamento que provocam perdas na carga; então a pressão dentro
da cavidade é:
⎛1 2⎞
Pc = ⎜ a ⎟ ⋅ Pi
⎝ 2 3⎠
Ou seja:
Pc =
2
⋅ Pi
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Pelo princípio básico da hidráulica, toda pressão que é aplicada a um fluído
sobre uma área, gera uma força; ou seja:
P = F ⋅ A nesse caso, temos:
Fc = Pc ⋅ Ap
Onde:
F f > Fc
Fc = Força das Cavidades
Pc = Pressão nas cavidades
Ap = Área Projetada
F f = Força de fechamento
Força de Agarre
A força de agarre é aquela que se forma na superfície de contato do plástico com o
aço e que é muito evidente quando a peça fica em tomo de um macho, ou
superfície de gavetas.
E é dada por:
Fa = Força de agarre
Fa = Aa ⋅ 10 Kg cm 2
Onde:
Aa = Área de agarre
(superfície de contato)
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Tabela 2 - Temp. de Inj. / Pressão de Inj. / Temp. do Molde
Material
Temperatura
de Injeção (ºC)
Pressão de Injeção kg/cm²
Mín.
Máx.
Temperatura
do Molde (ºC)
Polietileno de
alta desnsidade
150 – 250
700
1400
30 – 70
Polietileno de
média densidade
150 – 250
600
1400
30 – 70
115 – 140
400
1200
150 – 250
600
1400
120 – 150
405
1200
180 – 280
700
1400
Poliestireno de
alto impacto
140 – 190
750
1200
200 – 300
750
1400
Poliestireno
Natural
140 – 190
750
1200
200 – 300
700
1400
190 – 300
700
1400
120 – 160
500
1200
170 – 215
700
1400
140 – 180
700
1100
190 – 300
700
1400
160 – 200
700
1200
210 – 320
700
1400
180 – 220
800
1400
160 – 260
700
1400
Poliacetal
190 – 240
700
1400
60 – 70
Policarbonato
230 – 315
980
1400
80
PVC Rígido
150 – 215
700
1400
30 – 70
80 – 140
720
1200
150 – 190
500
1400
160 – 190
500
1400
Polietileno de
baixa densidade
Polipropileno
Poliestireno
Acrilonitrila
ABS
Nylon 6
Nylon 6/6
Acrílico
PVC Flexível
PVC Copolímero
30 – 70
30 – 80
30 – 80
60 – 80
40 – 80
70 – 80
80 – 120
80 – 120
50 – 70
30 – 70
30 – 70
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Ciclo de Operações
A quantidade de injeção feita por hora ou por minuto. Depende da capacidade da
máquina injetora e do peso de moldagem.
Pode ser determinada por:
1º) Injeção por hora (IH)
IH =
Capac. de plastif . do material a injetar ( Kg / h)
=
Peso de moldagem do material a injetar ( Kg )
Injeções / hora
2º) Injeção por minuto (IM)
IM =
IH
=
60
Injeções / min
3º) Tempo do ciclo (TC)
TC =
60
=
IM
segundos
EXEMPL0:
Uma injetora tem capacidade de injeção de 120 g em poliestireno, com capacidade
de plastificação e 8 kg/hora. Querendo-se injetar 100 g em NYLON, verificar se
possível usar esta máquina, quantas injeções serão feitas por hora e qual será o
tempo do ciclo?
1º) Capacidade de Injeção
CIx = CIps ×
densidade mat x
densidade do PS
×
Fv do PS
Fv do mat x
= 120 ×
1,14
1,04
× 2,02
2,05 = 129, 6 g
∴ CI > PM ⇒ 129, 6 >100
É possível usar esta máquina.
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2º) Capacidade de Plastificação
CP = CpPS ×
Caloria do PS
135
× 0,8 ⇒ CP = 8 ×
× 0,8 ⇒ CP = 2, 658 Kg / h
Caloria do mat. a ser injetado
325
3º) Número de injeções por hora
IH =
Capac. de plastif . do material a injetar
2, 658
⇒ IH =
= 26,58 Injeções / hora
Peso de moldagem
0,1
4º) Injeções por minuto
IM =
26,58
IH
⇒ IM =
= 0, 443 Injeções / min
60
60
5º) Tempo do ciclo
TC =
60
60
⇒ TC =
= 135 segundos = 2 min e15 segundos
IM
0, 443
Cálculo de Resistência da Cavidade
Para cavidade cilíndrica: (medidas em cm)
Onde:
d = Ø da cavidade
PC = pressão na cavidade
σt = Tensão de Tração
(material da cavidade)
σf = Tensão de Flexão
(material da cavidade)
e = 0,625 ⋅ d ⋅
PC
σt
h=
d
PC
⋅ 1,2 ⋅
2
σt
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Para Cavidade Retangular ou Quadrada: (medidas em cm)
Onde:
Z=
l =
L=
hl =
h=
σf =
/L
Largura da cavidade
Comprimento da cavidade
Altura da cavidade
Espessura do fundo
Tensão de Flexão
σt = Tensão de Tração
e = 0,5 ⋅
l PC
⋅
hl σt
el = 0,5 ⋅
h = 0,66 ⋅ l ⋅ 1,2 ⋅
2
PC
⋅
l ⋅ Z 2 σf
L PC
⋅
hl σt
Tabela 3 – Tensão de Tração e Flexão dos aços
MATERIAL
σ f (kg/cm²)
σ t (kg/cm²)
AÇO 1010
550
500
AÇO 1020
700
650
AÇO 1030
950
850
AÇO 1040
1050
950
AÇO 1050
1400
1250
AÇO Temperado
1400
1250
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Placa Suporte
É o elemento do molde que sofre todo o esforço devido à moldagem, isto é, a
forma de compressão (Fc).
A placa suporte está apoiada sobre calços, deve resistir à força de compressão
(Fc) sem se deformar (por flexão).
Se ocorrer às deformações inconvenientes, o produto terá rebarbas e alterações
dimensionais indesejadas.
Então temos:
e=
e
0,75 ⋅ Fc ⋅ l
L ⋅σa
= espessura mínima da placa podendo ser arredondado o valor para um
número inteiro superior.
Fc = força de compressão
Onde:
l = vão entre os calços
L = comprimento do molde
σ a = tensão admissível de trabalho da placa superior
Tabela 4 - Tensão Admissível dos Aços
SAE 1010 – 1020
840 Kgf/cm²
SAE 1030 – 1040
1000 Kgf/cm²
SAE 1045 – 1050
1250 Kgf/cm²
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Canais de Distribuição
Para o material chegar até as cavidades o mesmo tem que percorrer um caminho
que é chamado de "CANAL" de distribuição.
Além deste, usa-se também o canal de corte que serve para destacar a peça dos
canais.
Então temos:
Obs.: O canal de distribuição deve ser feito na forma cilíndrica, porque o material
esfria de fora para dentro.
Cálculo dos Canais
Área de secção transversal do canal de distribuição (Ad)
Ad = 0,3875 ⋅ P = mm 2
Onde:
P = peso do produto em gramas.
Área da secção transversal do canal de corte (Ac):
Ac = 0,1875 ⋅ P = mm 2
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Refrigeração
A refrigeração em um molde é feita normalmente com água que pode estar na
temperatura ambiente, gelada ou aquecida (para aquecimento usa-se também
óleo).
Os furos nas placas do molde devem estar próximos à superfície onde se formará
o produto, mas não tão próximo a ponto de causar rechupes.
O diâmetro do furo de refrigeração deve ser o maior possível, para que a área de
troca de calor seja a maior possível.
Levando-se em consideração que as conexões têm o diâmetro interno de 6 ou 8
mm, a vazão aproximada será de 20 litros por minuto.
O líquido refrigerante deverá passar pela placa em caminhos o mais curto possível
para que a diferença entre a temperatura de entrada e de saída seja o menor
possível.
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Cálculo do resfriamento com água
A quantidade de calor a ser extraída do molde é dada por:
Qc = Gm [Cm (t1 − t 2 ) + L ]
onde:
Qc - quantidade de calor a ser retirada [ kcal/h ]
Gm - quantidade de material injetado por hora [ kg/h ]
Cm - calor específico do material plástico [ kcal/kg°C ]
t1 - temperatura de injeção do material [°C]
t2 - temperatura da ferramenta [°C]
L - calor latente de fusão do material [ kcal/kg ]
(onde o material se transforma em fundido)
Alternativamente, se o calor total por quilograma do material plástico for conhecido,
teremos:
Qc = Gm ⋅ q
Onde:
q - quantidade total específica de calor [ kcal/kg ]
(Valor de “L” na tabela abaixo)
A quantidade de H2O para o resfriamento é dado por:
Qa - Quantidade de Água [kg/h]
Qa =
Qc
K ⋅ ( t 4 − t3 )
Onde:
t3 - Temperatura de entrada [°C]
t4
- Temperatura de saída [°C]
K
- coeficiente de eficiência
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Valores de K :
K = 0,64 - Circulação feita na cavidade ou núcleo do macho
K = 0,50 - Circulação feita na placa porta matriz
K = 0,10 - Circulação em tubos de cobre
Obs.:- 1 litro = 1 kg
Tabela 5 - Valores práticos do conteúdo total de calor do material plastificado
Materiais
abreviaturas
Materiais
nome
“L”
Kcal/kg
Temp.
Molde ºC
CA
ACETATO DE CELULOSE
124
10 a 45
CAB
BUTIRATO ACETATO DE
CELULOSE
111
10 a 45
PA
NYLON
300 - 500
30 a 120
PVC
PVC
90
15 a 60
PMMA
METIL METACRILATO
123
40 a 100
PS
POLIESTIRENO
120 – 150
18 a 70
ABS
ACRILONITRILA BUTADIENO
ESTIRENO
140 – 170
18 a 65
SAN
ACRILONITRILA ESTIRENO
120 – 150
18 a 65
PEBD
POLIETILENO – BAIXA
DENSIDADE
250 – 300
15 a 60
PEAD
POLIETILENO – ALTA
DENSIDADE
300 – 350
15 a 100
PP
POLIPROPILENO
250 – 350
20 a 90
POM
ACETAL
180
Máx. 95
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EXEMPLO:
Calcular a quantidade de água que deverá circular no molde para refrigerá-lo.
DADOS:
Material a ser injetado: PVC rígido
Capacidade de plastificação: 80 kg/hora
Temperatura de saída (Ts) = 45°C
Temperatura de entrada (Te) = 15°C
Tipo de refrigeração: Circulação feita nas placas
1) Cálculo da quantidade de calor retirado do molde
Qc = Gm ⋅ q = 80 ⋅ 90 = 7200 Kcal / h
2) Cálculo da quantidade de água que circulará no molde
Qa =
Qc
7200
=
= 375 Kg / h
K ⋅ (t 4 − t3 ) 0,64 ⋅ (45 − 15)
Requisitos para um esfriamento uniforme.
•
O fluxo do refrigerante é turbulento.
•
A área dos canais de esfriamento é suficiente.
•
A diferença de temperatura através da capa de refrigerante/metal deve ser
da ordem de 2 a 5°C.
•
A diferença de temperatura entre a saída e a entrada do canal é
conveniente que seja da ordem de 2 a 3°C
•
Para se controlar as temperaturas nas paredes do macho e cavidade é
preciso dispor adequadamente os canais de esfriamento, com distancia
calculadas, as superfícies da peça.
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Bibliografia:
Apostila Curso Técnico em Plástico - SENAI
Apostila de Projeto de moldes – SENAI
Proenza, Eng° Francisco - Moldes para plástico.
Harada, Júlio – Moldes para injeção de termoplástico.
Moldes – Art-Mec
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