Tcc - compressão transferência e injeção

Tcc - compressão transferência e injeção

(Parte 1 de 4)

UNIVERSIDADE DE SANTO AMARO Curso de Engenharia de Produção

José Jari Martins

Santa Maria 2015

José Jari Martins

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso Engenharia de Produção da Universidade de Santo Amaro - UNISA, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Produção.

Orientador: Prof. Dr. Mauro Noriaki Takeda

Co-Orientador: Prof. Especialista Daniel Fernandes de Nobrega.

Santa Maria 2015

José Jari Martins

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia de Produção da Universidade de Santo Amaro – UNISA, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Produção.

Orientador: Prof. Dr. Mauro Noriaki Takeda Co-Orientador: Prof. Especialista Daniel Fernandes de Nobrega

Data Aprovação: Santa Maria,de de 2015.

Banca Examinadora

_ Prof. Dr. Mauro Noriaki Takeda

_ Prof. Especialista Daniel Fernandes de Nobrega

Dedico a minha família, em especial a minha esposa que acompanhou minha trajetória e acreditou em mim mais do que eu próprio e esteve comigo em todo tempo, abdicou de momentos para que eu no meu silêncio pudesse fazer meus estudos e provas. Aos meus filhos que sempre me apoiaram e me deram força. Aos meus pais queridos, que na sua expectativa sonhavam em ter um filho com título de Engenheiro.

(Filipenses 4:13) “Tudo posso naquele que me fortalece”

Agradeço a Deus por me fortalecer e me guiar e me proporcionar condições e criar circunstâncias para que este sonho se realizasse. Sem Deus não sou ninguém.

Agradeço a minha família, minha esposa Teresinha Marisa Martins, que esteve comigo em todos os momentos me apoiando e incentivando e aos meus filhos Shirlei Tatiana Martins, Leonardo Rafael Martins e Mônica Priscila Martins, que me apoiaram e incentivaram em todos os momentos.

Agradeço aos coordenadores do Polo de Santa Maria que sempre foram compreensivos nas reclamações.

Agradeço ao Professor e diretor do curso Eduardo Batman que em todas as vezes que solicitei sua ajuda, prontamente me respondia e dava solução para meus questionamentos e dúvidas.

Agradeço ao professor e tutor Daniel Fernandes de Nobrega que me ajudou na elaboração deste trabalho.

Agradeço ao professor Alan Lamberti Jobim que também nos orientou neste trabalho e em outros trabalhos.

Agradeço aos meus pastores Norberto e Fabiano que sempre oraram por mim nos momentos difíceis.

Este trabalho tem por objetivo mostrar os diferentes processos utilizados na fabricação de peças técnicas de borracha, bem como os tipos e características de ferramentais utilizados em cada processo. A escolha correta do tipo de processo para a confecção de uma peça técnica de borracha depende de vários fatores e pode ser decisivo para alcançar um custo competitivo do produto bem como o sucesso na fabricação do mesmo. Pois uma escolha errada do processo, pode-se não chegar aos cálculos desejados de produtividade, ou até mesmo não conseguir atingir um objetivo de qualidade do produto que atenda as exigências dimensionais ou de resistência físico químicas exigidas pelo cliente. Outro fator que pode influenciar nas características acima é o projeto do ferramental de acordo com um padrão de qualidade que atenda aos aspectos de quantidade de peças a ser produzidas, vida útil, tempos de set up, resistência, acabamento do produto, tolerâncias dimensionais finais do produto, segurança do operador, auto sustentabilidade. Sendo assim, ao final deste trabalho, será possível obter-se uma definição de escolha correta de qual tipo de processo será necessário para uma determinada peça técnica de borracha, dependendo de sua geometria, da quantidade de peças a ser produzida, do maquinário disponível, bem como uma noção das características do tipo de ferramental necessário para a produção do produto desejado.

Palavras-Chave: Processo e Projeto, Produto, Segurança, Sustentabilidade,

Produtividade.

This work aims to show the different processes used in the manufacture of

Technical Rubber parts, as well as the types and characteristics of tooling used in each process. Selecting the correct type of process for making a rubber parts depends on several technical factors and can be decisive in achieving a cost competitive product and success in manufacturing the same. For a wrong choice of the procedure can not reach the desired productivity calculations, or even fail to achieve a goal of product quality that meets the dimensional physical or chemical resistance required by the customer requirements. Another factor that can influence the characteristics above is tooling design according to a standard of quality that meets the aspects of quantity of parts to be produced, life, set up times, strength, product finishing, final dimensional tolerances product, operator safety, self sustainability. Thus, at the end of this work, it will be possible to obtain a definition of correct choice of which type of process will be required for a particular technical parts of rubber, depending on its geometry, the number of parts to be produced, the available machinery, as well as a sense of the characteristics of the type of tooling required for production of the desired product.

Keywords: Process and Project, Product, Safety, Sustainability, Productivity.

Figura 1 Borracha não vulcanizada19
Figura 2 Borracha vulcanizada19
Figura 3 Formulação da borracha vulcanizada19
Figura 4 Curva reométrica do tempo x torque20
Figura 5 Pré elaborado borracha antes da vulcanização21
Figura 6 Cavidade processo compressão tipo desborde ou plana23
Figura 7 Cavidade processo compressão tipo positivo24
Figura 8 Cavidade processo compressão tipo semi positivo24
Figura 9 Molde compressão normal24
Figura 10 Molde compressão com dobradiça25
Figura 1 Molde compressão fixo na máquina25
Figura 12 Peça de borracha26
Figura 13 Cavidade molde de borracha26
Figura 14 Cavidade e dimensões26
Figura 15 Cavidade e dimensões26
Figura 16 Desenho de escapes de massa27
Figura 17 Exemplo de canais de escapes de massa27
Figura 18 Exemplo do tipo de canal em “V”28
Figura 19 Exemplo do tipo de canal meia cana28
Figura 20 Molde montado com diferenças de alturas de cavidades28
Figura 21 Molde montado com diferenças de alturas de cavidades29
Figura 2 Sistema de simbologia de acabamento antigo30
Figura 23 Sistema de simbologia de acabamento atual30
Figura 24 Sistema de fixação da cavidade no molde31
Figura 25 Distribuição das cavidades no molde a 90°32
Figura 26 Distribuição das cavidades no molde a 60°32
Figura 29 Molde muito menor que o tamanho do platô34
Figura 30 Molde muito maior que o tamanho do platô34
Figura 31 Exemplo de dimensão a ser considerado para cálculo35
Figura 32 Cavidade de um molde por transferência38
Figura 3 Capilar de transferência38
Figura 34 Peça com capilar de transferência38
Figura 35 Dimensionamento do capilar38
Figura 36 Molde de Transferência39
Figura 37 Detalhe Sistema de molas para auxiliar na abertura do molde40
Figura 38 Partes do molde de transferência41
Figura 39 Molde de Injeção4
Figura 40 Molde de injeção na linha de fechamento de apartação superior45
Figura 41 Injeção na linha de apartação inferior45
Figura 42 Injeção por tapete46
Figura 43 Injeção por filme central47
Figura 4 Injeção por canais em forma de espinha de peixe48
Figura 45 Injeção de molde duplo49
Figura 46 Injeção por um canal de alimentação circular50
Figura 47 Injeção por canais paralelos50
Figura 48 Injeção por cima da peça51
Figura 49 Injeção indireta (Pint Point)51
Figura 50 Injeção pelos pontos de alimentação submarinos52
Figura 51 Injeção pelos pontos de alimentação (Pint Point) molde duplo52
Figura 52 Molde Injeção Compressão53
Figura 53 Bandeja de multi cavidades injeção compressão54
Figura 54 Molde Injeção transferência5
Figura 5 Molde de injeção transferência com câmara fria56
Figura 58 Cilindro de injeção59
Figura 59 Tipos de canais de injeção61
Figura 60 Dimensões de formato de canais62
Figura 61 Dimensões da bucha de alimentação62
Figura 62 Itens de montagem de um molde de injeção63
Figura 63 Sistema de vácuo em moldes de injeção65
Figura 64 Posicionamento das juntas de vedação no molde com vácuo6
ASTMAmerican Society for Testing an Material
AMÁrea do molde
AÁrea
AcilÁrea do cilindro de injeção
AciÁrea da câmara de injeção
BCRBloco de canais regulados
EPDMBorracha Poli Etileno Propileno Dieno
FForça de Fechamento
NBRBorracha Poli Acrilonitrilia Butadieno
NRBorracha Poli Isopreno
PePressão Específica
PtPressão de Trabalho
PitPressão exercida pela bomba hidráulica da máquina
PhcilPressão hidráulica do cilindro de injeção
PicPressão no interior da cavidade
RMARubber Manufacturers Association
SBRBorracha Poli Estireno Butadieno

Lista de Siglas e Abreviaturas CETEPO Centro Tecnológico de Polímeros Sp Seção do cilindro da prensa

1INTRODUÇÃO..................................................................................................14
1.1 Considerações Gerais14
2OJETIVOS.........................................................................................................15
2.1 Objetivo Geral15
2.2 Objetivos Específicos15
3JUSTIFICATIVA................................................................................................16
4METODOLOGIA DA PESQUISA......................................................................17
5REVISÃO TEÓRICA..........................................................................................18
6DESENVOLVIMENTO.......................................................................................19
6.1 Vulcanização19
6.2 Tipo de Polímeros20
6.3 Definição de Peça Técnica de Borracha21
6.4 Tipos de Processo23
6.4.1 Processo de Moldagem por Compressão23
6.4.2 Formas Construtivas do Molde26
6.4.3 Dimensionamento das Cavidades26
6.4.4 Material Utilizado nas Cavidades29
6.4.5 Tratamento Térmico29
6.4.6 Acabamento da Superfície das Cavidades (Rugosidade)29
6.4.7 Tolerâncias30
6.4.8 Fixação da Cavidades30
6.4.9 Distribuição das Cavidades na Chapa31
6.4.10 Sistemas de Guia32
6.4.1 Dimensões das Bases3
6.4.12 Pressão Específica34
6.5.1 Projeto de Molde de Transferência37
6.5.1.1 Capilar de Transferência38
6.5.1.2 Dimensionamento do Pilão e do Pote39
Compressão, Transferência e Injeção41
6.5.2.3 Processo de Injeção42
6.6.1Projeto do Molde de Injeção......................................................................42
6.6.1.1 Injeção Direta43
6.6.1.2 Injeção na Linha de Fechamento da Apartação Superior4
6.6.1.3 Injeção na Linha de Apartação Inferior45
6.6.1.4 Injeção por Tapete46
6.6.1.5 Injeção por Filme Central47
6.6.1.6 Injeção por Canais em Forma de Espinha de Peixe47
6.6.1.7 Injeção em Molde duplo48
6.6.1.8 Injeção por um Canal Alimentador Circular49
6.6.1.9 Injeção por canais Paralelos50
6.6.1.10 Injeção por Cima Direto na Peça50
6.6.1.1 Injeção Indireta (Pint Point)51
6.6.1.12 Injeção Indireta Pelos Pontos de Alimentação Submarinos52
6.6.1.13 Injeção por Ponto de Alimentação (Pint Point) em molde Duplo52
6.6.1.14 Molde de Injeção Compressão53
6.6.1.15 Bandeja de Multi Cavidades – Molde Injeção Compressão53
6.6.1.16 Molde de Injeção Transferência54
6.6.1.17 Molde de Injeção Transferência com Câmara Fria5
6.6.1.18 Placa de Canal Frio56
6.6.1.19 Projeto de Molde de Injeção59
6.6.1.20 Canais de Alimentação de Injeção61
6.6.1.2 Bucha de Alimentação dos Canais e Bico de Injeção62
6.6.1.23 Ponto de Injeção62
6.6.1.24 Itens de Montagem de um Molde de Injeção63
6.6.1.25 Sistema de Vácuo em Moldes de Injeção de Borracha63
6.6.1.26 Uma Solução para Cada Tipo de Molde64
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS68
8 CONCLUSÃO70
9 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS71

1 INTRODUÇÃO

1.1 Considerações Gerais

Os tipos de processos de moldagem de peças técnicas de borracha mais utilizados são Compressão, Transferência e Injeção (CETEPO; TECNOLOGIA DE TRANSFORMAÇÃO DE ELASTÔMEROS,2000).

Devido as muitas variáveis que podem influenciar na qualidade do produto final, se faz necessário conhecer cada variável e a influência das mesmas no processo e no produto. Sem entrar no mérito referente a formulação e obtenção do composto de borracha, vamos sim, estudar e avaliar as variáveis no que se refere a moldagem da peça. Se faz necessário o conhecimento dos tipos de elastômeros mais utilizados na fabricação de peças técnicas. Cada Elastômero tem uma propriedade individual que modifica as características do processo e também influência do tipo de molde e da máquina. (Hofmann, Werner, 1994).

Uma peça técnica pode ser definida a partir das exigências estipuladas no desenho de produto, tais como, tolerâncias, testes físicos químicos, ou pela sua aplicação. As tolerâncias do desenho do produto seguem as normas DIN 7715, RMA, (Rubber Manufacturers Association) ou ISO 3302, específicas para peças moldadas de borracha, e a escolha da norma é uma decisão da empresa usuária do produto. A escolha do processo e a fabricação do molde para moldagem do produto, depende da produção a ser realizada e também do equipamento disponível. Pode variar conforme a geometria da peça também. Será necessário a elaboração de alguns cálculos de produtividade afim de definir número de cavidades bem como o número de molde necessários para cumprir as metas, tanto de produção como de custos objetivos.

Cada processo tem suas particularidades no projeto dos moldes, bem como na sua confecção. Detalhes como materiais das cavidades, padronização no tamanho dos moldes, tipos de canais, tratamento térmicos, são de suma importância para um bom resultado na qualidade do produto, assim como na vida útil do ferramental. A forma de distribuição das cavidades no molde, o formato dos canais, bem como o dimensionamento dos mesmos, implica diretamente na qualidade e na produtividade do produto.

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Fornecer dados e informações afim de proporcionar ao leitor ou pesquisador subsídios que possam facilitar na escolha correta do tipo de processo para a confecção de peças técnicas moldadas de borracha, em função das características do produto. Também de provocar um questionamento aos conceitos de fabricação e utilização dos processos utilizados atualmente na fabricação de peças moldadas de borracha no intuito de alertar para os destinos utilizados para os rejeitos de borracha vulcanizada, uma vez que estes materiais não são recicláveis.

2.2 Objetivos Específicos - Definir os tipos de processos mais utilizados na confecção de peças moldadas de borracha.

- Identificar o melhor processo de acordo com as características da peça e o equipamento disponível.

- Auxiliar na definição do projeto do molde e escolha correta da máquina a ser utilizada na fabricação do produto.

- Mostrar através de cálculos a melhor escolha de número de cavidades do molde e da produtividade a ser atingida.

- Mostrar as diferenças entre os processos de Compressão, transferência e Injeção.

- Mostrar alguns parâmetros de projeto de molde de injeção e características do molde.

3 JUSTIFICATIVA

Devido as inúmeras variáveis que é preciso conhecer para uma boa definição na escolha do processo para moldagem de peças técnicas de borracha, se faz necessário o conhecimento da influência de cada varável. Em razão de muitas vezes não se dispor dos equipamentos apropriados, não é possível optar pelo processo mais adequado, porém sabendo das características da peça a ser produzida, é possível fazer uma escolha que atenda às necessidades do cliente e fique dentro de uma condição favorável para a empresa. Se faz necessário também um conhecimento do projeto do ferramental para que se possa avaliar os resultados esperados com propriedade e não tenha surpresas durante a produção da peça.

4 METODOLOGIA DA PESQUISA

ferramentais

O estudo foi realizado mediante um método dedutivo sobre as dificuldades de se encontrar uma literatura específica e concentrada sobre a relação entre os processos de moldagem de peças técnicas de borracha e os projetos dos

Conforme pesquisas em literaturas nacionais e internacionais e endereços de site confiáveis de empresas e também de experimentos realizados por profissionais reconhecidos e outros mestres do assunto, é possível obtermos conclusões dedutivas da eficiência do estudo. Compilamos em um só estudo as diversas variáveis que implicam na fabricação de peças técnicas de borracha.

Também foi através de experimentos realizados em empresas tais como a

Indústria de Borrachas BINS, INCOBOR, o Centro Tecnológico de Polímeros ( CETEPO-SENAI), foi que nos deu sustentação as deduções da pesquisa.

5 REVISÃO TEÓRICA

Como embasamento teórico iniciamos pelas matérias primas utilizadas na fabricação de peças moldadas de borracha. A matéria prima principal é a borracha propriamente dita, que pode ser natural, extraída da seringueira e as borrachas sintéticas. Um quadro com as principais borrachas e sua nomenclaturas é apresentado na tabela1, abaixo.

A vulcanização, que é o processo de reticularão da borracha, ou seja, transforma a mesma do estado plástico para o estado elástico descoberto por Charles Goodyear em 1939, está em várias literaturas específicas. Hoje este processo é bem difundido e aplicado em diversas empresas.

A definição da escolha do processo, ou tipos de processos utilizados na indústria de peças moldadas, também é muito difundido, podendo variar de empresas para empresa algumas aplicações e padrões de utilização.

Os tipos de máquinas utilizadas para fabricação de peças moldadas de borracha pode variar de uma empresa para outra. A escolha do tipo de processo, dependem do tipo de máquina disponível. Entre estas máquinas citamos as prensas de compressão e as injetoras de borracha.

Na fabricação dos moldes para peças de borracha, usa-se os conceitos de usinagem e fabricação também utilizados para outros tipos de moldes, obedecendo naturalmente os itens que são específicos para peças técnicas de borracha.

Normas de tolerâncias dimensionais foram citadas as RMA e ISO 3302, especifica para peças moldadas de borracha.

6 DESENVOLVIMENTO

6.1. Vulcanização

A vulcanização da borracha, foi descoberta por Charles Goodyear em 1939.

Goodyear observou que a borracha crua (natural) acrescida de enxofre, sob alta temperatura, transformava a borracha de um estado plástico a um outro estado elástico, com características dimensionais estáveis e com capacidade de suportar variações de temperaturas. A borracha vulcanizada tem características propicias a utilização em vários segmentos industriais e comerciais.

Os elastômeros são macromoléculas poliméricas formadas por hidrocarbonetos naturais ou sintéticos, que possuem mobilidade e movimento quando submetidos a ação de forças externas. Durante a vulcanização, as macromoléculas são ligadas uma as outras, formando uma rede tridimensional de macromoléculas (Fig. 1 , Fig. 2 e Fig. 3), com menos mobilidade de movimento, através de ligações cruzadas entre elas. As ligações cruzadas ocorrem normalmente entre dois átomos de carbono pertencentes a diferentes cadeias moleculares, algumas vezes sem nenhum outro átomo (átomos) entre eles, e outras vezes com um átomo (ou átomos), não necessariamente de carbono, entre eles.

(TECNOLOGIA DE TRANSFORMAÇÃO DOS ELASTÔMEROS, 2000, p.169,170)

Fig. 1: (Borracha não vulcanizada)Fig. 2: (Borracha vulcanizada) Fig. 3: (Fórmula da

borracha Vulcanizada)

Após a vulcanização, o produto adquire propriedades físicas e mecânicas que lhe propiciam melhor qualidade e resistência em suas aplicações. Algumas destas propriedades são, torque, elasticidade, resiliência, dureza, etc.

Um fator importante que podemos ressaltar no processo de vulcanização é que o tempo e a temperatura tem influência importante no resultado. Quanto maior a temperatura, menor o tempo de vulcanização e quanto mais vulcanizada maior o torque, (Fig. 4).

Fig. 4: Curva Reométrica de torque x tempo Fonte: (Curso Tecnologia de Elastômeros,1990, p.31)

6.2 Tipo de Polímeros

Os tipos de polímeros mais utilizados na fabricação de peças moldadas de borrachas são: Borracha Natural (extraída da seringueira), Nitrílica, SBR, Silicone, Viton, Neoprene,

EPDM, Butílicas, entre outras, (Tab. 1).

No processo de vulcanização, o composto de borracha na maioria das vezes em tempera ambiente, é colocado dentro da cavidade, O material é aquecido a uma temperatura de aproximadamente 170° C durante um tempo determinado conforme o tamanho da peça e do tipo do composto ou formulação. Este tempo é o tempo em que o material passa pelo processo do estado plástico para o estado elástico, adquirindo a forma definitiva do produto final.

Após a peça ser extraída do molde, a mesma encontra-se quente e no processo de esfriamento o material sofre uma contração.

No dimensionamento da cavidade do molde é necessário considerar esta contração. Todas as dimensões da cavidade devem ser projetadas, considerando a dimensão da peça mais a contração. Para compostos elastoméricos comuns como SBR, NBR e EPDM a contração utilizada é de 1,8%. Porém, aconselha-se fazer uma cavidade piloto para teste, porque a contração depende também do processo de fabricação do pré-elaborado e da temperatura e tempo de vulcanização da peça.

21 Tabela 1 - Tabela comparativa para aplicação de elastômeros

Fonte: (American Society for Testing and Materials - ASTM-D-1418)

O teste em cavidade piloto deve representar as mesmas condições em que irá trabalhar o molde na produção.

Chama-se de Pré elaborado a quantidade de material composto de borracha em um formato propicio a ser colocado em cada cavidade antes de ser prensado e vulcanizado (Fig. 5).

Fig. 5: Pré Elaborado – Borracha Crua Fonte: (Custom Molding of Thermoset Elastomers, 2009, p.85)

6.3 Definição de Peça Técnica de Borracha

(Parte 1 de 4)

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