A injeção é um processo de moldagem no qual um material termoplástico em forma de pellets, é aquecido até que ocorra sua plastificação, e injetado em uma cavidade de um molde. Em contato com as paredes frias do molde, o material solidifica-se e adquire a forma fixa predeterminada.
Em geral o processo de injeção produz peças de espessura constantes, podendo possuir encaixe com outras peças devido ao elevado controle de tolerâncias tanto dimensionais quanto geométricas do processo e é especialmente adaptado a elevada tiragem de peças.
Exemplos Carcaças de eletrônicos; Na indústria automotiva produz-se para-choques e painéis internos de carros (caminhões têm dimensões muito grandes e não são produzidas por injeção); Brinquedos como lego, chaveiros, copos, baldes, mesas, cadeiras, vasos para plantas, potes, utensílios de cozinha; Até mesmo na área médica utiliza-se a injeção, por exemplo na fabricação de seringas; As maiores peças injetadas (até 2018) são pallets.
Ciclo de injeção O ciclo de injeção se inicia com a inserção de material termoplástico granulado (pellets) em um funil, que conduz os pellets em um parafuso ou rosca, onde há o aquecimento e homogeneização desse material, preparando-o para a injeção dentro do molde. Conforme o termoplástico é conduzido pela rosca, passa por três etapas: a de alimentação, o primeiro estágio que basicamente alimenta o sistema e conduz o material aos estágios seguintes, a zona de compressão/plastificação, onde o material é aquecido por resistências e plastificado/compactado além da retirada do ar do sistema, que pode ler levado aos estágio de alimentação ou degasagem, e por fim a etapa de dosagem, onde é efetivamente homogeneizado e dosado para que haja um fluxo ideal de material durante a injeção no molde.
Após esse processo, o molde é fechado, e a rosca avança forçando o material plastificado da região de dosagem para dentro do molde. Realizada a injeção há uma etapa secundária em que a unidade de injeção continua a exercer pressão denominada recalque. Durante o recalque o polímero é compactado, visando compensar o encolhimento por contração dos materiais poliméricos. A taxa de contração varia com o material, quanto maior semicristalino maior a taxa de contração. Simultaneamente a etapa de recalque inicia-se o resfriamento do moldado. Enquanto ocorre o resfriamento do moldado as placas do molde permanecem fechadas e a unidade de injeção reinicia o processo para dosar o material para o próximo ciclo.
Finalizado o tempo de resfriamento o molde se abre e o sistema de extração da peça é ativado, forçando a peça a se desvincular do molde, o ciclo de injeção acaba aqui, com o molde aberto, a máquina injetora está pronta para a realização de mais uma peça e o ciclo inicia-se novamente.
Máquina de moldagem por injeção As máquinas de moldagem por injeção são dividas em duas partes: a unidade de fechamento e a unidade de injeção. Essas duas partes tem funções diferentes no processo, basicamente, a unidade de fechamento é responsável pelo molde e pelo movimento máquina, enquanto a unidade de injeção é responsável por receber os pellets, plastifica-los e injeta-los na máquina.
As máquinas são classificadas principalmente pelo tipo de sistemas de direção que eles usam: hidráulico, elétrico ou híbrido(também podem ser classificadas no tipo de orientação, horizontal ou vertical).
Unidade de fechamento • Responsável por abrir e fechar o molde de injeção;
• Cada metade do molde é fixada a uma placa da injetora;
• As placas tem a função de manter o molde fechado e travado no momento da injeção;
• As placas também possibilitam ajuste de distancia para trabalhar com diferentes moldes;
• A unidade de fechamento também é responsável pela extração da peça. +ComponenteFunçãoPlaca fixaPrende a parte fixa do moldePlaca móvelPrende a parte móvel do moldeBraços articuladosMultiplicam a força do cilindro hidráulico para movimentar o molde e mantê-lo travado durante a injeçãoColunasGuiam o movimento da placa móvelPainel elétricoSistema de controle da máquina injetora
Unidade de injeção • Recebe a matéria-prima (pellets);
• Responsável pela alimentação do sistema;
• Responsável pela plastificação dos pellets;
• Responsável pela dosagem de material plastificado a ser injetada para dentro do molde;
• Responsável pelos parâmetros de injeção e recalque. +ComponenteFunçãoBico de injeçãoEncosta na bucha de injeção do molde permitindo a passagem de material plastificado para o interior do moldeCilindroAbriga a rosca plastificadora e controla da temperatura do material dosadoRoscaPlastifica, dosa e injeta o materialResistênciaAquecem o cilindro para que ocorra a plastificaçãoFunilAbriga o material plástico
Tipos de injetoras
Acionamento
Hidráulico Na hidráulica, uma bomba gera pressão mecânica em um fluido, que, por sua vez, proporciona a força necessária para abrir, fechar e manter o molde fechado, para girar e avançar a rosca, para empurrar os pinos ejetores e mover as partes dos moldes.
Elétrica As máquinas elétricas são mais silenciosas, mais rápidas e têm uma precisão maior, porém são em geral mais caras. Esse sistema dispensa o uso de óleo e bomba, pois é realizado a partir do uso apenas da energia elétrica. Este modelo de máquina injetora tem ganho cada vez mais espaço no mercado, pelas vantagens já citadas mas especialmente pelo consumo reduzido de energia, uma vez que as máquinas hidráulicas também exigem acionamentos elétricos para o sistemas hidráulico.
Híbrida As máquinas de moldagem por injeção híbridas aproveitam as melhores características dos sistemas hidráulicos e elétricos. Neste caso o sistema de abertura e fechamento do molde é realizado por um sistema hidráulico e a unidade de injeção é controlada pelo sistema elétrico.
Orientação
Máquina injetora horizontal O tipo mais utilizado devido à facilidade de extração - que é favorecida pela ação da gravidade, são máquinas nas quais o sistema de fechamento e de injeção se situam e movimentam-se no eixo horizontal.
Máquina injetora vertical São máquinas nas quais o sistema de fechamento e de injeção se situam e movimentam-se no eixo vertical. São especialmente utilizadas para produção de peças com insertos, em que o material polimérico é injetado sobre uma peça pré pronta. Exemplos são peças eletrônicas, em que injeta-se o polímero sobre circuitos eletrônicos e solados de sapatos que são injetados sobre o sapato já produzido.
Máquina micro-injetora São injetoras elétricas porém voltas a produção de micro-peças com micro tolerâncias, como micro componente eletrônicos. Em geral sua força de fechamento não ultrapassa 5 N e as dimensões das peças são da ordem de micrômetros. Devido a dimensões das peças em geral essas máquinas exigem um sistema de remoção das peças automatizado.
Máquina multimateriais As injetoras multimaterias são máquinas capazes de produzir peças compostas de mais de um material como escovas de dente por exemplo. Nestas máquinas exigem duas unidades de injeção que trabalham em conjunto de forma ordenada para que os diferentes materiais ocupam as devidas regiões no molde.
Molde de injeção O molde consiste em uma forma ou cavidade vazia na qual o polímero fundido é forçado a dar a forma do componente necessário. O termo geralmente se refere a toda a montagem de peças que compõem a seção do equipamento de moldagem em que as peças são formadas. Os moldes se separam em pelo menos duas metades (chamado núcleo e cavidade) para permitir a extração da peça; em geral, a forma de uma peça deve ser tal que não seja trancada no molde. Por exemplo, os lados dos objetos tipicamente não podem ser paralelos à direção de desenho (a direção na qual o núcleo e a cavidade se separam um do outro). As peças que são "semelhantes a balde" tendem a encolher no núcleo enquanto esfriam e, depois que a cavidade é puxada para fora, normalmente são ejetadas usando pinos. As peças podem ser facilmente soldadas após a moldagem para permitir uma peça oca (como uma jarra de água ou cabeça de boneca) que não poderia ser projetada fisicamente como um único molde.
Os moldes requerem: Engenharia e design, materiais especiais, máquinas e pessoal altamente qualificado para fabricar, montar e testar.
Tradicionalmente, os moldes têm sido caros de fabricar. Geralmente, eles eram usados apenas na produção em massa, onde milhares de peças estavam sendo produzidas. Os moldes são tipicamente construídos a partir de aço endurecido, aço pré-endurecido, alumínio e / ou liga de berílio-cobre. A escolha do material para construir um molde é principalmente uma das economias. Os moldes de aço geralmente custam mais para construir, mas sua vida útil mais longa compensará o custo inicial mais alto em um número maior de peças feitas antes do desgaste. Os moldes de aço pré-endurecidos são menos resistentes ao desgaste e são usados para requisitos de menor volume ou componentes maiores.
Os moldes de alumínio podem custar substancialmente menos, e quando projetados e usinados com equipamentos informatizados modernos, podem ser econômicos para moldar dezenas ou mesmo centenas de milhares de peças.
Cavidades do molde Um molde pode ter uma ou mais cavidades. Cada cavidade representa uma peça moldada por ciclo, quanto mais cavidades, maior será a produtividade, todavia existem limitações tais como o tamanho do molde e a capacidade de injeção da máquina injetora. Geralmente dividida em duas partes, a cavidade do molde confere forma e acabamento ao material, sendo essencial que sua rugosidade superficial seja igual a desejada para a peça, pois esta é transferida diretamente para o produto final. Normalmente, a etapa de retificação na usinagem do molde é suficiente, porém, dependendo da rugosidade desejada, processos adicionais podem ser necessários, tais como o polimento. Esta etapa de acabamento das cavidades é em alguns casos a parte mais custosa da produção do molde. Por causa da contração do material polimérico (que ocorre naturalmente ao se aquecer um material, pois há a agitação interna de suas moléculas. Quanto maior a temperatura, maior a agitação e, consequentemente, maior contração quando a peça for submetida ao resfriamento, visto que quando a temperatura do polímero decresce, as moléculas diminuirão esta agitação e tendem a se contrair), as cavidades necessitam ser ligeiramente maiores que as dimensões da peça desejada, além disso, para que a peça não se prenda ao molde ao se contrair, é necessário tomar conhecimento da taxa de contração mínima e máxima que cada polímero apresenta, evitando sempre os ângulos retos (cantos vivos, que concentram tensões) que além de dificultar a saída da peça, pode causar ferimentos. As cavidades de um molde necessitam ser balanceadas, para que haja uma distribuição uniforme de massa polimérica no molde a ser preenchido. Um balanceamento ineficiente poderá resultar em rebarbas, desgastes desiguais das colunas da máquina, produtos com propriedades irregulares (pois ocorre variação de temperatura, pressão e velocidade de preenchimento em cada parte) e principalmente, o não preenchimento das cavidades (isto ocorre por que o polímero aquecido perde calor nos canais de alimentação e começa a se solidificar antes de preencher totalmente todas as cavidades). Na distribuição recomendada a massa polimérica atinge todos os pontos das cavidades ao mesmo tempo, o que representa um molde com cavidades balanceadas. Na distribuição não recomendada, a massa polimérica atingiria primeiro as peças centrais o que caracteriza um molde desbalanceado.
Sistema de alimentação
Bucha de injeção