Vulcanização em Prensa de Injecção

Estimados Visitantes

Este tema foi recentemente reformulado, mas já se encontra completo. Espero que esta nova versão seja do total agrado dos meus estimados Visitantes.

Nota Prévia

Agradecimentos

“O tema Vulcanização em Prensas de Injecção foi reformulado no seu conteúdo. E também muito enriquecido. Nesta reformulação, foram utilizadas as tecnologias e as correspondentes ilustrações gentilmente cedidas pela empresa austríaca Maplan, GmbH, à qual eu quero expressar o meu sincero agradecimento pela permissão concedida. O meu muito Obrigado!

Também um agradecimento muito especial ao Ex.mo Senhor Eng.º Vasco Ramos, meu Amigo e Colega, Director Comercial da Maplan, GmbH, para Portugal e Espanha, pela sua acção, que penso ter sido decisiva na obtenção desta permissão e também pela sua valiosa colaboração no desenvolvimento dos diversos temas e na correcção dos textos definitivos. Também o meu muito Obrigado!”

Nota Final

Para além dos vários tipos de máquinas de injecção (para diversos tipos de borracha, borracha de silicone líquido e elastómeros termoplásticos), das unidades de injecção (MAP.Fifo), dos blocos de canais frios (MAP.crb), dos diversos sistemas para controlo das operações de injecção (MAP.commander generation C6) e dos equipamentos auxiliares, a empresa Maplan GmbH produz também vários tipos de unidades de fecho, sistemas para optimização do processo de vulcanização e de sistemas para poupanças de energia, sistemas não desenvolvidos no meu website. Por este motivo, convido os meus Estimados Visitantes a visitarem o website Maplan GmbH nestas páginas:

O Processo de Injecção de Borracha

O processo de injecção é um dos processos de vulcanização mais utilizado na indústria da borracha. Basicamente consiste na injecção de um composto de borracha, previamente plastificado e mantido a uma determinada temperatura, nas cavidades de um molde que está também aquecido a uma determinada temperatura (Figura 8):

Fig. 8 – Molde para processo de moldagem por injecção
(esquemático)

A vulcanização em prensa de injecção é um processo:

Descontínuo;
Que confere ao artefacto, durante a vulcanização, a sua forma definitiva;
Que utiliza, geralmente, a energia eléctrica como forma de aquecimento dos moldes utilizados;
Que se realiza sob pressão (regra geral, uma pressão de natureza hidráulica).

A qualidade dos produtos de borracha obtidos pelo processo de injecção é determinada por quatro principais factores:

Composto de borracha;
Molde;
Prensa de injecção;
Operador.

Estes factores devem estar devidamente ajustados entre si, já que interagem uns com os outros em maior ou menor grau. Vamos analisar estes factores sucessivamente.

Composto de Borracha

A especificação do composto de borracha deve não só responder aos requisitos definidos na especificação do produto, mas deve possuir também as características de processamento que permitam a sua injecção nas cavidades do molde e sua vulcanização num período de tempo relativamente curto.

A característica da borracha que indicia um processo de injecção mais ou menos fácil é a sua viscosidade.

A viscosidade de um composto de borracha é função da sua composição e, fundamentalmente, da viscosidade do elastómero, do tipo e nível de dosagem cargas, do tipo e nível de dosagem do plastificante e também do tipo e nível de dosagem de auxiliares de processo presente na formulação. A selecção adequada do elastómero é determinante, embora os demais ingredientes adicionados influenciem, em maior ou menor grau, a viscosidade do composto.

A viscosidade de um composto diminui quando a temperatura aumenta, como se mostra na Figura 9:

Fig. 9 – Variação da viscosidade e da percentagem
de reticulação com a temperatura

Porém, a elevação da temperatura vai promover a reticulação do composto e, deste facto, decorre um aumento da viscosidade. Daí que, do efeito combinado dos dois fenómenos, resulte uma curva com a configuração mostrada na Figura 10:

Fig. 10 – Efeito combinado dos dois fenómenos em função da temperatura

Ora esta é precisamente a configuração das curvas obtidas num viscosímetro Mooney ou num reómetro. Se, por um lado, a viscosidade é importante, para permitir um enchimento fácil e rápido das cavidades do molde, também é necessário que o tempo decorrido até que a reticulação comece a tomar valores significativos seja suficiente para permitir também o enchimento dessas mesmas cavidades. Isto quer dizer que os dois parâmetros do composto devem estar bem ajustados, isto é, uma baixa viscosidade não é condição suficiente por si só para se obter uma injecção fácil, se o grau de reticulação crescer muito rapidamente. Se a viscosidade for elevada, esta pode por si só comprometer o processo de injecção.

Vejamos uma curva reométrica típica, (Figura 11). Vimos nesta página sobre vulcanização que os principais parâmetros reométricos, obtidos a uma temperatura de X (ºC) e as respectivas tolerâncias são os seguintes:

Binário mínimo, S_mín
Binário máximo, S_máx.;
Tempo de pré-vulcanização, t_s1 (ou t_s2);
Tempo de vulcanização t₅₀;
Tempo de vulcanização, t₉₀.

Fig. 11 – Curva reométrica típica e parâmetros de vulcanização

Vimos também que as tolerâncias decorrem do facto de um mesmo composto de borracha não apresentar sempre os mesmos valores para estes parâmetros; estes apresentarão variações, derivadas de variações inerentes ao processo de fabrico do composto, tais como variações na actividade e dosagem de ingredientes, condições do equipamento, erros dos operadores e condições envolventes. Vimos também que a análise estatística destes dados mostra que o binário mínimo S_mín varia entre um valor (S_mín)_máx e um valor (S_mín)_mín; o tempo t_s1, varia entre o valor t_s1máxe o valor t_s1mín.; t₉₀varia entre um valor t_90máxe um valor t_90mín e que o binário máximo S_máxvaria entre um valor (S_máx)_máxe um valor (S_máx)_mín.

Referimos ainda que as tolerâncias do fabricante do composto podem não coincidir com as tolerâncias pretendidas pelo utilizador do composto, o qual deve definir as suas próprias tolerâncias, adequadas ao seu processo – máquina, molde e toda a história térmica vivida pelo composto desde a sua chegada à fábrica até ao momento da sua utilização. Estas tolerâncias poderão ser, eventualmente, mais amplas ou mais estreitas; mas são as tolerâncias que têm de ser exigidas ao fornecedor do composto de borracha.

É importante considerar os níveis de temperatura e tempos de residência do composto em todo o sistema, o que engloba a alimentação, plastificação e finalmente injecção num determinado molde, mantido a determinada temperatura.

Os parâmetros reométricos terão de satisfazer os seguintes requisitos:

S_mín. – deve permitir as mais altas velocidades de injecção;
t_s1– deve permitir tempos de injecção mais alargados;
t₉₀– deve permitir os tempos de vulcanização mais curtos;
S_máx – deve apresentar o valor que corresponda às propriedades exigidas (o valor de Smáx.a apresenta uma correlação com o módulo e com a dureza do vulcanizado).

Os três primeiros parâmetros são os que interferem directamente com o processo de injecção; o quarto tem a ver com a qualidade técnica da peça. Obviamente algumas destas variáveis estão em conflito com os requisitos de qualidade e com a própria eficiência do processo.

Molde

Um molde é sempre um factor determinante no sucesso num processo de moldagem. Mas quando o processo de moldagem é a injecção, o factor molde assume uma importância ainda maior, já que a sua concepção e construção influi decisivamente no sucesso técnico-económico deste tipo de produção.

Na Figura 12 apresenta-se uma vista parcial de um molde de injecção que apresenta já um elevado nível de complexidade:

Fig. 12 – Vista parcial de um molde de injecção
Cortesia de: DF – Elastomer Solutions, Lda. (proprietária do molde) e
MILON – Indústria Metalomecânica e de Moldes, Lda., (fabricante do molde)

Forma, Dimensões e Tolerâncias
O principal requisito de um molde é o de permitir moldar as peças com a forma e as dimensões especificadas e dentro das tolerâncias estabelecidas. Para que este requisito seja cumprido, as cavidades do molde devem ser executadas de acordo com os desenhos do cliente e as suas dimensões devem ser tais que, após a remoção das peças do molde e seu posterior arrefecimento, elas apresentem as suas dimensões dentro das tolerâncias definidas. Durante o arrefecimento as peças não devem estar sujeitas a deformações e distorções, as quais normalmente permanecem após o seu arrefecimento.

Acabamento Superficial
Outro requisito importante e relacionado com a apresentação do produto final, é o acabamento superficial do molde, que vai permitir definir o tipo de superfície da peça vulcanizada (brilhante, mate ou texturizada). O material que constitui o molde, o tipo do seu acabamento superficial, o composto de borracha e os agentes desmoldantes (externos ou internos) utilizados desempenham um papel determinante, na medida em que são, de certa forma, responsáveis pelo estado de limpeza do molde, após um número mais ou menos elevado de operações de moldagem. Se há peças em que os aspectos estéticos não são muito relevantes, outras há em que essas exigências atingem elevado grau.

Rebarbas
Tal como o aspecto superficial da peça, também as linhas de rebarba, sua localização e espessura desempenham um aspecto determinante no aspecto final das peças. Por vezes o cliente define as linhas de rebarba e a sua espessura máxima. Portanto, estas exigências têm de ser consideradas na construção do molde. Um eficaz sistema de corte de rebarbas deve ser concebido para que a sua remoção seja fácil e completa. Outra forma de contornar o problema das rebarbas é o da utilização de molde sem rebarba (flashless moulds).

Extractores
Concepção, sempre que possível, de sistemas automáticos para extracção de peças vulcanizadas. Os extractores devem ser localizados criteriosamente e não devem provocar deformações e ou distorções nas peças vulcanizadas, no momento da sua extracção. Devem ser tomados cuidados especiais em zonas das peças consideradas críticas. As peças podem ser também extraídas utilizando sistemas pneumáticos (ejecção por ar comprimido) ou sistemas com escovas, tudo dependendo do tipo de peças a desmoldar.

Concepção do Molde
Selecção da secção mais adequada para os canais de alimentação e seu correcto dimensionamento. Correcta equilibragem ou balanceamento do sistema de canais de injecção, de forma a evitar diferenças de pressão nas cavidades e assim originar distorções nas peças (Figura 13). Optimizar a localização e as dimensões dos pontos de injecção, de forma a facilitar o enchimento das cavidades e satisfazer requisitos técnicos e estéticos.

Fig. 13 – Equilibragem do molde

Na Figura 14 apresentamos a fotografia de um molde de injecção, em que esta preocupação de equilibragem está muito bem patente e até corresponde, de certo modo, ao desenho mostrado na Figura 13.

Fig. 14 – Molde de injecção
Cortesia de: DF – Elastomer Solutions, Lda. (proprietária do molde) e
MILON – Indústria Metalomecânica e de Moldes, Lda., (fabricante molde)

Na injecção de borracha podem ser utilizados vários tipos de moldes, nomeadamente:

Moldes de duas placas;
Moldes de duas placas com bloco de canais frios (BCF);
Moldes de três placas;
Moldes de três placas, com bloco canais frios;
Moldes multiplacas, com ou sem bloco de canais frios;
Moldes para peças com insertos metálicos ou plásticos;
Moldes com sistema de desgasificação por vácuo.

Os moldes são em geral construídos em aço. Existe uma grande variedade de tipos de aço e a sua selecção depende da qualidade e da quantidade de peças a produzir. Para elevados volumes de produção a selecção de um aço de boa qualidade revela-se, regra geral, um bom investimento.

Recomendações gerais relativas à concepção do molde e do componente

A espessura das peças deve ser tão uniforme quanto possível e não deve exceder, sempre que possível, 4 mm;
A menor espessura da peça não deve ser inferior a 0,7 mm;
A transição para espessuras mais elevadas deve ser feita de forma progressiva, para minimizar os problemas decorrentes do fluxo de material e também da contracção. De qualquer forma, não são recomendadas variações de espessura superiores a 4:1;
Nas zonas mais espessas é recomendada a utilização de machos, para reduzir o peso do componente e os ciclos de moldagem;
Evitar a ocorrência de relações comprimento/espessura superiores a 150:1, para que não se coloquem problemas de fluxo;
Nos casos em que sejam inevitáveis relações comprimento/espessura (L/T) superiores a 150:1, considerar a utilização de canais de injecção múltiplos, para se conseguir um enchimento adequado;
Evitar zonas muito profundas, pois a remoção de gases é sempre problemática, sobretudo se não for utilizada desgasificação com vácuo;
Evitar cantos agudos, para evitar concentração de tensões; utilizar raios de curvatura da ordem de 0,3 a 0,5 mm;
Localizar e dimensionar adequadamente os canais de injecção ou alimentação;
Concepção equilibrada dos canais de injecção, para permitir um enchimento uniforme de todas as cavidades do molde;
Localizar e dimensionar adequadamente a saídas de gases;
Utilizar os comprimentos de fluxo adequados (L/T < 150);
Utilizar os acabamentos de superfície mais adequados;
Utilizar, sempre que possível, ejectores para peças e canais de injecção.

Geometria e Dimensões dos Canais de Alimentação

Os canais de alimentação devem possuir uma secção transversal circular ou trapezoidal, de preferência a primeira. Secções transversais semicirculares ou rectangulares não são recomendadas (Figura 15):

Fig. 15 – Geometria e dimensões dos canais de alimentação

Pontos de Injecção

Existem vários tipos de pontos de injecção. Na concepção do molde deve ser seleccionado o tipo mais adequado à geometria e requisitos da peça a produzir.

Ponto de injecção tipo túnel ou submarino
É um ponto de injecção localizado abaixo da linha de partição do molde (Figura 16):

Fig. 16 – Ponto de injecção do tipo túnel ou submarino

Ponto de injecção tipo bico de alfinete
Passagem estreita entre o canal de injecção e a peça moldada. Aplica-se para peças de pequena espessura (Figura 17):

Fig. 17 – Ponto de injecção tipo bico de alfinete

Ponto de injecção tipo leque
Ponto de injecção normalmente localizado na parede lateral das peças. Utiliza-se em molde com várias cavidades ou moldes de duas placas (Figura 18):

Fig. 18 – Ponto de injecção tipo leque

Ponto de injecção tipo aba
É utilizada para peças de grande volume (Figura 19):

Fig. 19 – Ponto de injecção tipo aba

Ponto de injecção do tipo injecção directa
Recomendado para moldes de uma só cavidade, que requeiram enchimento simétrico (em geral peças de configuração circular) (Figura 20):

Fig. 20 – Ponto de injecção do tipo injecção directa

Ponto de injecção à junta
Ponto de injecção de aspecto lamelar, quadrado ou rectangular, de pequena espessura. Normalmente as peças têm mais do que um ponto de injecção deste tipo (Figura 21).

Fig. 21 – Ponto de injecção à junta

Ponto de injecção do tipo diafragma (exterior)
É sobretudo utilizado quando a concentricidade é muito importante. Usado também em moldes com várias cavidades (Figura 22):

Fig. 22 – Ponto de injecção do tipo diafragma (exterior)

Ponto de injecção do tipo anel interior
Utilizado para peças de maiores dimensões, quando a concentricidade é muito importante. Usado em moldes com várias cavidades (Figura 23):

Fig. 23 – Ponto de injecção do tipo anel interior

Bloco de Canais Frios (BCF) (Cold Runner Block – CRB)

O bloco de canais frios (abreviadamente BCF) é um dispositivo que se utiliza em combinação com os moldes, com a finalidade de obter poupanças de material, que de outra forma seriam desperdiçados como canais de injecção, promovendo a eliminação de custos de processo. Outra vantagem inerente à utilização de BCF’s é a de permitir reduzir o tempo dos ciclos de vulcanização. Essas poupanças obtidas são devidas a um aumento do número de bicos de injecção.

Embora se possa afirmar que o BCF constitua um custo suplementar nos custos da operação, a verdade é que um mesmo BCF pode ser utilizado com vários moldes. Este facto permitirá amortizar o seu custo em vários tipos de produções. O aumento de eficiência do processo de injecção e da sua rentabilidade são vantagens insofismáveis e que não poderão ser desprezadas. Para além do seu custo, os BCF exigem também cuidados de manutenção que têm, naturalmente, os seus custos, com a substituição de injectores, bicos de injecção, vedantes, etc.

Vamos apresentar seis tipos de BCF’s fabricados pela empresa austríaca Maplan, GmbH, os quais possuem particularidades que os recomendam para vários tipos de requisitos em processos de injecção de borracha.

1. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb slim

O bloco de canais frios do tipo MAP.crb slim (Figura 24) é caracterizado por uma concepção simples e de fácil utilização. A sua especial concepção reduz a altura total do bloco de canais frios, o que permite obter uma maior claridade (daylight), o que possibilita a instalação de moldes de maiores dimensões ou que possuam sistemas de automação. A altura deste tipo de bloco de canais frios varia entre 95 e 125 mm, o que depende do número de bicos de injecção. A altura dos blocos de canais frios de outros fabricantes é, por regra, superior a 160 mm.

Figura 24 – Bloco de canais frios do tipo MAP.crb slim

Cortesia da empresa MAPLAN GmbH (Áustria)

Este tipo de bloco de canais frios não possui dispositivos de aquecimento; utiliza, sim, o calor recebido das placas de aquecimento da máquina, com as evidentes vantagens daí decorrentes.

A sua instalação é muito fácil e rápida. Como apresenta muito poucos componentes de desgaste, a necessidade de operações de manutenção é também muito mais reduzida. O seu tipo de construção possibilita também uma excelente precisão no fecho, o que confere melhores condições de operação para a máquina de injecção e para o molde.

Na concepção deste tipo de blocos de canais frios não são utilizadas resistências e condutores eléctricos. Somente são utilizados dois termopares, para controlo das temperaturas.

2. Bloco de Canais Frios do Tipo MAP.crb solid

O bloco de canais frios do tipo MAP.crb solid (Figura 25) é caracterizado por uma concepção que lhe confere grande robustez e reduzida necessidade de manutenção. São recomendados para operações conduzidas com elevadas pressões de injecção (pressões até 3500 bar).

Figura 25 – Bloco de canais frios do tipo MAP.crb solid

Cortesia da empresa MAPLAN GmbH (Áustria)

Face à concepção simétrica dos canais frios, é obtido um maior equilíbrio na distribuição de material. Os bicos de injecção são arrefecidos em toda a sua extensão. O fluxo pode ser regulado manualmente com uma válvula de agulha. Nas mudanças de direção dos canais são utilizados deflectores, de modo a evitar arestas vivas. Como os canais são arredondados, o fluxo de material é muito facilitado.

Este tipo de BCF’s possibilita um rápido aquecimento, quer no arranque de produções, quer após mudanças de molde. Um melhor desempenho também ocorre quando existe um maior número de bicos de injecção.

Como acontece com todos os BCF’s MAP.crb, a sua montagem e desmontagem é muito fácil, devido ao sistema utilizado MAP.easylock.

3. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb solid⁺

O bloco de canais frios do tipo MAP.crb solid⁺ (Figura 26), tal como o bloco de canais frios MAP.crb solid, é caracterizado por uma concepção que lhe confere grande robustez e reduzida necessidade de manutenção. São recomendados para operações conduzidas com elevadas pressões de injecção (pressões até 3500 bar). A sua concepção fechada permite, com o molde aberto, rápidas mudanças do composto de borracha e rápidas operações de limpeza.

Figura 26 – Bloco de canais frios do tipo MAP.crb solid⁺

Cortesia da empresa MAPLAN GmbH (Áustria)

Face à concepção simétrica dos canais frios, é obtido um maior equilíbrio na distribuição de material. O fluxo de borracha pode ser regulado manualmente no canal de injecção, com uma válvula de agulha; esta operação é feita lateralmente no bloco e com este instalado.

Possibilitam um rápido aquecimento, quer no arranque de produções, quer nas mudanças de molde. Este melhor desempenho também ocorre quando existe um maior número de bicos de injecção.

Como acontece com todos os BCF’s MAP.crb, a sua montagem e desmontagem é muito fácil, devido ao sistema utilizado MAP.easylock.

4. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb pinpoint

A concepção do bloco de canais frios do tipo MAP.crb pinpoint (Figura 27) é baseada no bloco de canais frios MAP.crb solid. O bloco é do tipo fechado, com os canais de injecção perfurados. Nestas condições, mudanças de composto de borracha e operações de limpeza são realizadas com o molde aberto.

Figura 27 – Bloco de canais frios do tipo MAP.crb pinpoint

Cortesia da empresa MAPLAN GmbH (Áustria)

Os bicos de injecção do bloco, que são de alta precisão, estão equipados com um sistema de válvulas hidráulicas, válvulas que são guiadas através de defletores até à extremidade da ponta dos bicos de canais frios.

Outras particularidades deste tipo de BCF:

Elevado desempenho no aquecimento, mesmo com elevado número de bicos de injecção.
Excelente controlo de temperatura dos bicos de injecção.
A placa de aquecimento pode ser simplesmente desligada, ou pode ser mesmo removida, o que permite obter uma maior claridade.
Permite a injecção directa em componentes de metal, matérias plásticas ou operações de overmoulding.
São recomendados para operações conduzidas com elevadas pressões de injecção (pressões até 3500 bar).
Como acontece com todos os BCF’s MAP.crb, a sua montagem e desmontagem é muito fácil, devido ao sistema utilizado easylock.

5. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb pinpoint⁺

A concepção do bloco de canais frios do tipo MAP.crb pinpoint⁺ (Figura 28) é baseada no bloco de canais frios MAP.crb pinpoint.

Uma importante diferença entre os dois tipos de blocos consiste numa maior flexibilidade em termos de ajustabilidade. Nesta versão, as agulhas dos bicos da câmara fria podem ser ajustadas manualmente a partir do exterior do bloco.

Figura 28 – Bloco de canais frios do tipo MAP.crb pinpoint⁺

Cortesia da empresa MAPLAN GmbH (Áustria)

Este tipo de bloco de canais frios, na sua versão padrão, possui três placas de aquecimento. A placa de aquecimento do bloco pode ser facilmente removida pela utilização do sistema MAP.easylock.

6. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb split

A principal característica do bloco de canais frios MAP.crb split (Figura 29) é a sua concepção dividida. O bloco é composto por uma placa superior e por uma placa inferior, devidamente aparafusadas. Semi canais de injecção são fresados nas duas placas. Esta concepção de bloco dividido permite um fácil acesso aos canais de injecção, o que permite uma limpeza completa, particularmente necessária quando é necessário mudar para compostos de borracha coloridos.

Figura 29 – Bloco de canais frios do tipo MAP.crb split

Cortesia da empresa MAPLAN GmbH (Áustria)

O canal frio deste tipo de BCF está equipado com uma placa de aquecimento, a qual possui um controlo da temperatura em três zonas.

Possibilitam um rápido aquecimento, quer no arranque de produções, quer após mudanças de molde.

Como acontece com todos os BCF’s MAP.crb, a sua montagem e desmontagem é muito fácil, devido ao sistema utilizado MAP.easylock.

Prensas de Injecção e sua Classificação

Existem vários tipos de prensas de injecção para borracha. As prensas de injecção podem ser classificadas em verticais e horizontais, de acordo com a direcção em que se processa a injecção de material.

A empresa Maplan, GmbH fabrica actualmente nove tipos de prensas de injecção (ver aqui). Cada um destes tipos pode ser fabricado com diferentes forças de fecho, volumes de injecção e dimensões dos pratos, o que permite oferecer um amplo leque de opções.

Além de prensas de injecção verticais e horizontais, Maplan, GmbH oferece também prensas de injecção do tipo C-Frame, igualmente com diferentes características (força de fecho, volume de injecção e dimensão de pratos).

Na Figura 30 mostra-se uma prensa de injecção vertical, do tipo Ergo⁺.

Figura 30 – Prensa de injecção vertical, do modelo Ergo⁺

Cortesia da empresa Maplan, GmbH (Áustria)

A posição do molde numa máquina de injecção vertical é mostrada na Figura 31.

Fig. 31 – Máquina de injecção vertical: posição do molde

As máquinas de injecção do tipo vertical, Maplan Ergo⁺, por satisfazerem uma grande variedade de requisitos e também pelas suas características técnicas e ergonómicas, veem assim justificada a grande preferência que lhes é dada. Uma outra razão – e não menos importante – resulta do facto de estarem equipadas com um servo motor, o qual proporciona relevantes poupanças energéticas.

As prensas tipo Ergo⁺ estão disponíveis com as seguintes características (Quadro 2):

Quadro 2 – Prensas de injecção verticais, do tipo *Ergo+*
Tipo	Força de Fecho, kN	Volume Injecção, cm3	Dimensão pratos mm, (padrão)	Dimensão pratos mm, (máximo)
ERGO+ 90	900	200 – 1000	300 x 400	390 x 500
ERGO+ 160/180	1600/1800	200 – 2600	450 x 510	535 x 560
ERGO+ 250/280	2500/2800	200 – 4000	560 x 650	650 x 650
ERGO+ 250XL/280XL	2500/2800	200 – 4000	560 x 780	670 x 780
ERGO+ 320	3200	200 – 4000	670 x 780	760 x 850
ERGO+ 400/460	4000/4600	1500 – 8500	710 x 800	800 x 900

Na Figura 32 mostra-se uma prensa de injecção horizontal, do tipo Rapid⁺.

Figura 32 – Prensa de injecção horizontal, do modelo Rapid⁺

Cortesia da empresa Maplan, GmbH (Áustria)

A posição do molde numa máquina de injecção horizontal é mostrada na Figura 33.

Fig. 33 – Máquina de injecção horizontal: posição do molde

As máquinas de injecção do tipo horizontal, Maplan Rapid⁺, são máquinas muito potentes (2000 a 8000 kN), e são também muito robustas e rápidas. Estão concebidas igualmente para processos de moldagem muito automatizados (nomeadamente em operações de desmoldagem e limpeza do molde), factos que proporcionam importantes reduções nos custos de mão-de-obra.

Os seus amplos cursos de fecho permitem a instalação de moldes de dimensões muito variadas.

Possuem também características muito adequadas ao processamento de tipos de elastómeros que apresentam algumas dificuldades em processos de injecção.

As prensas tipo Rapid⁺ estão disponíveis com as seguintes características (Quadro 3):

Quadro 3 – Prensas de injecção horizontais, do tipo *Rapid⁺*
Tipo	Força de Fecho, kN	Volume Injecção, cm3	Dimensão pratos, mm (padrão)
RAPID+ 200	2000	1000	510 x 510
RAPID+ 300	3000	2600	670 x 670
RAPID+ 400/460	4000/4600	700-4000	875 x 875
RAPID+ 650	6500	4000-8500	1000 x 1100
RAPID+ 800	8000	4000-8500	1000 x 1100

Na Figura 34 mostra-se uma prensa de injecção C-Frame, do tipo Easy⁺.

Figura 34 – Prensa de injecção C-Frame, do modelo Easy⁺

Cortesia da empresa Maplan, GmbH (Áustria)

Este tipo de máquinas destina-se à produção de artefactos de dimensões relativamente pequenas, e de pequenas séries. Particularmente útil na vulcanização de cantos, em perfis para a indústria automóvel (Figura 35).

Figura 35 – Cantos em perfis para automóveis, moldados em máquina

de injecção C-Frame. Cortesia da empresa Maplan, GmbH (Áustria)

Para satisfazer os requisitos de determinados tipos de produções de artefactos, estas máquinas apresentam as seguintes variantes opcionais:

Variante Top: Injecção na parte superior, fecho na parte inferior;
Variante Bottom: Injecção na parte inferior, fecho na parte superior;
Variante Top Top: Injecção e fecho na parte superior; na parte inferior existe uma mesa fixa.

São também oferecidas máquinas para injecção de elastómeros termoplásticos (TPE), com volume de injecção de 59 cm3 e 150 cm3.

Todas estas máquinas possuem um comando de operação muito fácil, baseado na unidade de controlo MAP.commander C600.

As prensas tipo Easy⁺ estão disponíveis com as seguintes características (Quadro 4):

Quadro 4 – Prensas de injecção C-Frame, do tipo Easy+
Tipo	Força de Fecho, kN	Volume Injecção, cm3	Dimensão pratos, mm
EASY+ T 30	300	50 – 250	255 x 255
EASY+ T 40	400	50 – 250	255 x 255
EASY+ T 100	1000	50 – 400	500 x 400
EASY+ B 30	300	100 – 200	255 x 255
EASY+ B 40	400	100 – 200	255 x 255
EASY+ TT 20	200	50 – 200	300 x 300
EASY+ TT 30	300	50 – 250	300 x 300

Outra Classificação das Prensas de Injecção

As máquinas de injecção podem também ser classificadas pela forma como se processa a injecção da borracha no molde. Assim, temos:

Máquinas em que a injecção é efectuada por um pistão;
Máquinas em que a injecção é efectuada por um fuso com movimento recíproco;
Máquinas em que o sistema de injecção combina a acção de um fuso e a acção de um pistão, com variantes na sua disposição geométrica.

As máquinas em que a injecção é efectuada por um pistão (Figura 36) foram as primeiras que surgiram (1886), mas tornaram-se praticamente obsoletas a partir de meados da década de 70, quando se vulgarizou a construção de máquinas de injecção com fuso recíproco, inventadas por Hans Beck, na Alemanha, em 1943 e por William Willert, nos Estados Unidos da América do Norte, em 1956.

Fig. 36 – Máquina de injecção do tipo pistão (esquemático)

Estas máquinas apresentavam um sério inconveniente: a câmara plastificava uma quantidade de material que podia ser 3 a 4 vezes superior à quantidade necessária por cada injecção (tiro, shot), podendo o composto de borracha permanecer por vários ciclos na câmara de aquecimento e de plastificação, muito longe, portanto, de uma situação de FIFO.

Nas máquinas em que a injecção é efectuada por um fuso com movimento recíproco, o fuso tem várias missões: a de aquecer e plastificar o composto de borracha e depois, no seu movimento de translação, injectar o composto de borracha no molde (Figura 37):

Fig. 37 – Máquina de injecção do tipo fuso com movimento recíproco

O sistema não proporciona também uma situação de FIFO, uma vez que entre o diâmetro do fuso e o diâmetro interior do cilindro existe alguma folga, a qual permite o retrocesso de algum material quando do avanço do fuso, na fase de injecção. O problema foi atenuado pela utilização de uma válvula de não-retorno ou de um anel de vedação (check-ring).

Mais modernamente muitos modelos de máquinas de injecção combinam a acção de um fuso para dosear, aquecer e plastificar o composto de borracha e a acção de um pistão para injectar, sistema que apresenta algumas variantes na sua disposição geométrica (Figura 38). Este sistema garante, relativamente ao material processado, uma situação de FILO (First In Last Out).

Fig. 38 – Máquina de injecção do tipo fuso combinada com pistão
(esquemático)

Unidades de Injecção Maplan FIFO

As principais vantagens oferecidas pelas unidades de injeção Maplan MAP.fifo residem numa concepção de grande simplicidade, as quais proporcionam um desempenho incomparável, uma elevada precisão e consequentes economias de material, elevados níveis de produtividade e uma grande economia de mão-de-obra.

A unidade de injecção MAP.fifo está disponível em cinco versões:

fifo (original);
fifo ergo;
fifo flex;
fifo SILjector;
fifo Dual.

Vamos passar a descrever estes cinco tipos, ainda que sucintamente.

Unidade de Injecção MAP.fifo (Original)

A versão original da unidade de injeção de borracha Maplan FIFO (MAP.fifo) (Figura 39) está comprovada há já muitos anos e ainda constitui um componente insuperável nas máquinas de moldagem por injeção de borracha Maplan. Isto resulta da excelente concepção da sua estrutura e no desempenho e precisão do sistema. A unidade de injeção de borracha Maplan FIFO permite uma pressão de injeção no molde até 2.500 bar, o que é conseguido pela utilização de bicos de injecção muito curtos. Em consequência, a queda de pressão originada é muito reduzida.

Figura 39 – Unidade de injecção MAP.fifo (Original)

Cortesia da empresa Maplan GmbH, Áustria

As capacidades-padrão das unidades de injeção de borracha Maplan FIFO variam entre 400 cm³ e 8.600 cm³. Contudo, unidades com menores capacidades de injecção (10 cm³ a 200 cm³) ou unidades com maiores capacidades de injecção (11.500 cm³ a 26.400 cm³), estão disponíveis, mediante solicitação.

Características principais destas unidades de injeção:

O primeiro material plastificado na câmara de injeção é o primeiro a ser injetado.
Devido ao tempo mínimo de retenção na câmara de injeção e ao bocal curto, o material pode ser processado a temperaturas mais altas.
Em consequência, o tempo de aquecimento e o tempo de ciclo podem ser reduzidos e, assim, a produtividade pode ser aumentada.
Como a distância entre a câmara de injeção e o molde é minimizada (bicos de injecção muito curtos), a queda de pressão é muito reduzida.
A limpeza da unidade de injeção ou a troca de borracha podem ser efectuados em períodos-de-tempo muito curtos, devido ao fácil acesso que é permitido pela concepção do sistema.
Situações análogas ocorrem sempre que a borracha vulcanize na câmara de injeção, ou nas operações de limpeza efectuadas no final do turno.

Unidade de Injecção fifo ergo

A unidade de injeção Maplan FIFO ergo (MAP.fifo ergo) (Figura 40) está especialmente adaptada para ser utilizada na série de máquinas de injecção Maplan ergo⁺. Esta unidade combina as vantagens da unidade Maplan FIFO original com a vantagem de possuir uma maior acessibilidade à zona de alimentação, pela rotação de 90º do fuso. Estão disponíveis para volumes de injecção compreendidos entre 2.500 cm³ e 6.000 cm³.

Figura 40 – Unidades de injecção MAP.fifo Original e MAP.fifo ergo – Comparação.

Cortesia da empresa Maplan GmbH, Áustria

Unidade de Injecção fifo flex

A concepção especial da unidade de injecção MAP.fifo flex (Figura 41), permite operar com bicos de injecção substituíveis, para diferentes profundidades de imersão no molde.

Figura 41 – Unidade de injecção MAP.fifo flex. Cortesia da empresa Maplan GmbH, Áustria

Unidade de Injecção fifo Siljector

As unidades de injeção MAP.fifo SILjector foram especialmente desenvolvidas para os processos de injecção de borrachas líquidas de silicone (LSR) (Figura 42).

Figura 42 – Unidade de injecção MAP.fifo Siljector. Cortesia da empresa Maplan GmbH, Áustria

Neste caso, a unidade de injeção é projectada com uma barreira especial de refluxo e um parafuso de dosagem, para atingir alta precisão e reprodutibilidade e, ao mesmo tempo, possui uma concepção muito compacta, a qual proporciona uma grande facilidade de manutenção.

Nas operações de limpeza, apenas uma pessoa pode desmontar completamente os componentes da unidade de injeção em poucos minutos.

As unidades de injeção Maplan SILjector estão disponíveis para volumes de injecção que variam entre 100 cm³ e 400 cm³. Contudo, unidades de injeção com outras capacidades de injecção podem ser disponibilizadas, se solicitadas.

Unidade de Injecção fifo dual

Concebidas para a injecção de duas qualidades diferentes de borracha.

As unidades de injeção dupla FIFO (MAP fifo dual) (Figura 43) permitem um ajuste muito flexível para diferentes tipos de moldes e estão disponíveis em tamanhos que variam entre 400 cm³ e 1.200 cm³; contudo, unidades de injecção com outras capacidades estão disponíveis, mediante solicitação.

Figura 43 – Unidade de injecção MAP.fifo dual. Cortesia da empresa Maplan GmbH, Áustria

Principais Órgãos de uma Máquina de Injecção

Uma máquina de injecção é constituída pelos seguintes Órgãos Principais:

Unidade de injecção

As suas principais funções são plastificar e aquecer a quantidade doseada de composto que vai ser injectado;
Injectar nas cavidades do molde a quantidade de composto previamente plastificada e aquecida, a determinada pressão, velocidade e temperatura.

Unidade de fecho

A sua função principal é manter o molde fechado durante a fase de injecção. Durante esta fase, é desenvolvida uma elevada contrapressão, que tende a abrir o molde. Esta contrapressão tem o valor da pressão de injecção vezes o número de cavidades vezes a área projectada de uma cavidade:

Molde

A principal função do molde é de permitir moldar as peças com a forma e as dimensões correctas. O molde possui um número de cavidades, que é função da capacidade de injecção e da dimensão do prato porta-moldes da máquina de injecção, das dimensões e geometria das peças e da quantidade de peças a produzir.

Unidade de potência

A sua principal função é fornecer a energia necessária (em geral, hidráulica) às unidades de fecho e de injecção.

Unidade de controlo

A sua função é assegurar um rigoroso controlo de todos os parâmetros previamente regulados (temperaturas, velocidades, pressões e cursos) e alertar ou activar os dispositivos de correcção, sempre que os parâmetros fixados excedamos limites fixados.

Controlo do processo

Controlos Principais

Temperaturas:

Temperatura do cilindro ou câmara de plastificação;
Temperatura do parafuso ou pistão;
Temperatura da câmara intermédia, se existir;
Temperatura do bico de injecção;
Temperatura do molde (placa superior, placa inferior e placas intermédias);
Temperaturas do bloco de canais frios ( se existir).

Pressões:

Pressões de injecção (a pressão de injecção pode variar durante a fase de injecção);
Pressão de mantimento;
Pressão de fecho;
Contrapressão;
Pressão dos extractores.

Cursos:

Curso de abertura do molde;
Curso de abertura na fase de desgasificação (desgasificação volumétrica);
Volume de composto a injectar.

Velocidades:

Velocidades de fecho do molde;
Velocidade de abertura do molde;
Velocidades de injecção (a velocidade pode variar durante a fase de injecção).

Tempos:

Tempo de plastificação;
Tempo de injecção;
Tempo de vulcanização;
Tempo de desgasificação (desgasificação temporizada);
Tempo de mantimento.

As máquinas de injecção mais modernas dispõem, para além dos controlos atrás referidos, de sistemas computorizados, que controlam automaticamente os parâmetros da máquina, de maneira a eliminar ou de, pelo menos, reduzir a variabilidade dos factores de processo tais como os que dizem respeito ao molde, ao composto e à máquina. E também de outras variáveis que interferem no processo, como veremos adiante.

Vamos apresentar um moderno sistema de controlo da Maplan GmbH, presentemente na sua sexta versão. A empresa Maplan GmbH tem dedicado, ao longo da sua actividade, a apreciáveis desenvolvimentos tecnológicos dos equipamentos por si produzidos. E os sistemas de controlo constituem uma importante parte desse desenvolvimento. Com efeito, depois de ter apresentado em 1985 o seu primeiro sistema de controlo PC-106 (Generation 1), apresentou, nos anos que se seguiram, diversos aperfeiçoamentos que culminaram (para já!), no ano de 2013, com o sistema MAP.commander C6 (Generation 6).

Na sua Newsletter Nº 1, 2013 (ver neste endereço), encontra uma breve evolução histórica das seis gerações destes sistemas de controlo da empresa Maplan, GmbH.

Vamos descrever, embora de forma sucinta, os vários tipos de funções que o sistema de controlo Map.commander C6 oferece (Figura 44).

Figura 44 – MAP.commander C6. Cortesia da empresa Maplan GmbH, (Áustria)

As várias funções do sistema de controlo Map.commander C6

Produção facilitada

motion: Movimentos auto-optimizados da unidade de fecho/ejector;
Estes movimentos da unidade de fecho e dos ejectores são controlados por um sistema de ultra sons, o qual não requere qualquer tipo de manutenção;
Controle do bloco de canais frios, com um máximo de 64 agulhas (sendo 32 individualmente controláveis);
Não paragem da máquina quando alguém, inadvertidamente, interrompe a fotocélula, durante o ciclo de vulcanização;
Temporizador do sistema de aquecimento, com controle manual inteligente, para o pré-aquecimento do equipamento, antes do início do turno;
autofeed: sistema automático de alimentação da tira de borracha, de forma a garantir produção sem interrupções;
slomo: Abertura precisa e suave da unidade de fecho, o que é particularmente importante para a desmoldagem de artefactos mais sensíveis;
multidosing: sistema de dosagem múltipla, para maiores volumes a injectar (com plastificação e injeção múltiplas).

Diagnóstico e Segurança

Acesso seguro e dados seguros

Sistema com direitos específicos do utilizador;
Login via RFID (Radio Frequency ID) ou USB;
Documentação da configuração do ciclo, parâmetros do processo e registo em situações de alarme.

Prevenir é melhor que remediar

Em qualquer situação de erro no sistema, no ecrã surgem luzes de aviso, para orientação do operador na acção ou acções a tomar.
O sistema de alarme possui uma função de ajuda.
São recomendadas atividades de manutenção, sempre que os sistemas delas necessitem.

Monitorização de consumos. Optimização do processo

Em muitas empresas, são utilizadas, no processo de injecção, configurações ineficientes, que dão origem a consumos desnecessários de energia, de ar comprimido e de água, aumentando assim os custos de produção. O conhecimento dos vários inputs e a visualização do seu consumo exacto servem de base para a definição de ajustamentos no processo, de forma a obter uma redução de custos.

Isto pode ser conseguido com vários sistemas de controlo da empresa Maplan, GmbH. Com o sistema MAP.energywatcher, que está disponível em 3 versões, podem ser monitorizados os consumos de energia, de água e de ar comprimido:

powerwatcher, para medida da energia consumida;
waterwatcher, para medição da água consumida;
airwatcher, para medição do ar comprimido consumido.

A monitorização dos consumos pode ser efectuada em definidos períodos de tempo (por dia, por turno, por um período definido de tempo, por artefacto produzido). Podem ser também definidos pelo tipo de utilização da energia (motorização, aquecimento e outras funções). Na Figura 45 mostra-se um registo típico de monitorização do consumo de energia.

Figura 45 – Gráfico de monitorização do consumo de energia

Cortesia da empresa Maplan GmbH, (Áustria)

Outros sistemas disponíveis:

currentcontrol, para monitorização da corrente de aquecimento;
moldsafe, para protecção digital do molde.

Cada sistema é fornecido com hardware e software apropriados. Os vários sensores, que estão incluídos, coletam os dados necessários para monitorização; os dados recolhidos são encaminhados para o software de controle, o qual permite diversas opções de análise, como já atrás foi referido (por função, por período de tempo, por unidade de artefacto produzido).

Sistema MAP.advanced

Com o sistema de controlo advanced, todo o processo de injecção é analisado para determinar os melhores parâmetros do processo possíveis, de forma a garantir a mais alta qualidade do artefacto a produzir.

Gráfico do processo/Gráfico da injeção

As curvas permitem visualizar a velocidade de injeção, pressão de injeção e posição do pistão de injeção;
Análise de situações de alarme, incluindo suporte para o desenvolvimento do processo;
Documentação dos processos de transferência;
Todos os dados podem ser exportados como arquivo de extensão .csv.

Nota: O formato de arquivo CSV é um arquivo do tipo texto, utilizado para transferir informações de aplicativos.

Sistema MAP.limit envelope curves

A função das curvas envoltórias é simplificar a monitorização do processo de injeção. Podem ser utilizadas para optimizar processos, evitar desperdícios e aumentar a produtividade.

As curvas envoltórias podem ser criadas para os vários parâmetros do processo, sendo necessário, em primeiro lugar, definir o chamado valor de correcção para o parâmetro em causa e gerar a respectiva curva envoltória. Se durante o processo de injecção o parâmetro for excedido, a máquina emite um sinal de alarme.

Gráfico de plastificação

É efectuado o registo das curvas de velocidade do fuso, da contrapressão, da pressão hidráulica e da temperatura durante o processo de plastificação.

Gráficos de tendências

É feito o armazenamento de todos os parâmetros relevantes do processo, para efeitos de documentação do Sistema de Qualidade e para controlo dos artefactos produzidos;
10 tendências de, até um máximo de 12 parâmetros do processo, podem ser mostradas de forma gráfica ou em forma de tabelas;
Sistema configurável individualmente;
Monitorização de valores limite;
Os valores podem ser exportados como arquivo de extensão .csv.

Operador

Na produção de alguns tipos de peças, sobretudo daquelas em que os processos de produção estão menos automatizados, o papel desempenhado pelo operador pode tornar-se relevante na qualidade do produto final. A desmoldagem, rebarbagem e autocontrolo das peças, pela sua maior ou menor complexidade, maior ou menor dimensão, pode tornar-se numa operação de maior ou menor delicadeza e exigir capacidade e experiência que por vezes o operador não possui. Daí que seja aconselhável uma selecção cuidada dos operadores nomeadamente na atribuição de tarefas em cada turno de produção. Sabemos que a polivalência é desejável; mas temos de admitir que ela nem sempre existe, sobretudo quando no quadro de operadores disponíveis se encontram elementos novos, ainda em fase de preparação.

Porquê o processo de moldagem por injecção?

Vantagens do processo de moldagem por injecção:

Permite prescindir da utilização de pré-formas;
Permite obter melhor qualidade e uniformidade dos produtos fabricados;
O grau de vulcanização é mais uniforme em toda a peça;
Possibilidade de utilizar desgasificação com vácuo;
Permite um melhor controlo das rebarbas, sendo certo que em muitos casos é possível construir um molde sem rebarba (flashless moulds);
Os tempos de ciclo são mais curtos;
Alimentação automática;
Processo adequado para produção de peças borracha-metal;
Processo adequado à produção de grandes séries;
Permite maiores possibilidades de automação;
Custo de produção por peça mais reduzido.

Desvantagens do processo:

Exige compostos de grande qualidade técnica;
O custo dos equipamentos e dos moldes é mais elevado;
Substituição de molde e preparação mais demorada.

Equipamentos Auxiliares para optimização do processo

A empresa Maplan GmbH oferece vários tipos de equipamentos auxiliares, que a seguir se descrevem. Estes equipamentos auxiliares visam, fundamentalmente, melhorar a ergonomia e facilitar operações correntes nos processos de Injecção de Borracha.

Deslizamento e troca da placa de aquecimento (Figura 46)

Uma placa de aquecimento deslizante permite uma melhor ergonomia.
Aumento da produção, com o auxílio de um dispositivo para troca das placas de aquecimento (duas partes inferiores do molde).

Figura 46: 1 – Deslizamento e 2 – Trocas de placas

Cortesia de Maplan GmbH, (Áustria)

Deslizamento/alteração do quadro (Figura 47)

Solução econômica para troca ou deslizamento da placa central.
Sistema manual ou hidráulico.

Figura 47: 3 – Guia deslizante (placa única) e 4 – Troca de placas (2 placas).

Cortesia de Maplan GmbH, (Áustria)

Troca da placa intermediária (Figura 48)

Maior produção usando duas placas centrais.
Maior produtividade através da troca sincronizada das placas centrais.

Figura 48: 5 – Extractor externo e 6 – Extracção de gitos.

Cortesia de Maplan GmbH, (Áustria)

Vulcanização em Prensa de Injecção

Estimados Visitantes

Nota Prévia

Nota Final

O Processo de Injecção de Borracha

Composto de Borracha

Molde

Recomendações gerais relativas à concepção do molde e do componente

Geometria e Dimensões dos Canais de Alimentação

Pontos de Injecção

Bloco de Canais Frios (BCF) (Cold Runner Block – CRB)

1. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb slim

2. Bloco de Canais Frios do Tipo MAP.crb solid

3. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb solid+

4. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb pinpoint

5. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb pinpoint+

6. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb split

Prensas de Injecção e sua Classificação

Outra Classificação das Prensas de Injecção

Unidades de Injecção Maplan FIFO

Unidade de Injecção MAP.fifo (Original)

Unidade de Injecção fifo ergo

Unidade de Injecção fifo flex

Unidade de Injecção fifo Siljector

Unidade de Injecção fifo dual

Principais Órgãos de uma Máquina de Injecção

Unidade de injecção

Unidade de fecho

Molde

Unidade de potência

Unidade de controlo

Controlo do processo

Controlos Principais

As várias funções do sistema de controlo Map.commander C6

Produção facilitada

Diagnóstico e Segurança

Prevenir é melhor que remediar

Monitorização de consumos. Optimização do processo

Sistema MAP.advanced

Gráfico do processo/Gráfico da injeção

Sistema MAP.limit envelope curves

Gráfico de plastificação

Gráficos de tendências

Operador

Porquê o processo de moldagem por injecção?

Equipamentos Auxiliares para optimização do processo

Deslizamento e troca da placa de aquecimento (Figura 46)

Deslizamento/alteração do quadro (Figura 47)

Troca da placa intermediária (Figura 48)

Navegação:

3. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb solid⁺

5. Bloco de canais frios do tipo MAP.crb pinpoint⁺