Mini-Projeto · Estudo da constituição de um molde de injeção
Contexto
A Moldetec, uma oficina de projeto de moldes, recebeu uma encomenda da ElectroCasa: produzir uma caixa de comando elétrico em plástico, para um quadro doméstico. Antes de avançar para o desenho de fabrico do molde (matéria de outra UC), a Moldetec precisa de um estudo da constituição do molde: material, máquina, tipologia, sistemas de alimentação, extração e refrigeração, e todos os cálculos que sustentam a proposta.
Foste destacado/a para esse estudo. Trabalhas individualmente ou em grupo, com acesso a catálogos de materiais, tabelas de contração e pressão específica, e a um catálogo de máquinas injetoras disponíveis na oficina.
Ficha técnica da peça e da encomenda (dados a usar em todos os cálculos):
| Dado | Valor |
|---|---|
| Material escolhido | PA66 (poliamida) |
| Cota crítica de comprimento (peça acabada) | 130,00 mm |
| Área projetada (retângulo envolvente) | 130 mm × 75 mm |
| Espessura de parede | 2,5 mm |
| Peso da peça (moldação unitária) | 60 g |
| Profundidade da peça (altura) | 55 mm |
| Contração do PA66 (tabela da UC) | 2,0% (0,020) |
| Pressão específica de fecho do PA66 (tabela da UC) | 45 MPa |
| Peso do sistema de alimentação (gito e canais), por disparo | +15% do peso total das peças |
| Área dos canais de distribuição, em molde multicavidade | 5% da área total das cavidades |
| Coeficiente de segurança da força de fecho (usado nesta UC) | 10% |
| Folga de segurança para o curso de abertura | 50 mm |
| Dimensão estimada do bloco moldante (4 cavidades, com margens de fabrico) | 380 mm × 280 mm |
| Altura estimada do molde montado | 350 mm |
| Encomenda do cliente | 4200 peças/dia |
| Turno disponível | 8 horas (28 800 s) |
Catálogo de máquinas disponíveis na oficina:
| Máquina (força de fecho) | Capacidade de injeção | Distância entre colunas | Curso de abertura | Altura de molde mín./máx. |
|---|---|---|---|---|
| 800 kN | 120 g | 420 × 420 mm | 350 mm | 200 - 450 mm |
| 1200 kN | 250 g | 470 × 470 mm | 400 mm | 220 - 500 mm |
| 2000 kN | 400 g | 520 × 520 mm | 450 mm | 250 - 550 mm |
| 2500 kN | 550 g | 570 × 570 mm | 500 mm | 280 - 600 mm |
Requisitos
Funcionais
- Análise e justificação do material: confirmar que o PA66 é adequado à função da caixa (resistência mecânica) e caracterizar as suas propriedades principais.
- Cálculo da cota do moldante, aplicando a fórmula da contração sobre a cota crítica da peça.
- Proposta de tipologia do molde (duas placas, três placas ou canal quente), fundamentada na série de produção.
- Proposta dos três sistemas do molde: alimentação (tipo de ataque incluído), extração e refrigeração, cada um com a terminologia normalizada dos componentes.
- Cálculo da área projetada e da força de fecho por cavidade, e, para o disparo completo, da área acrescida pelos canais de distribuição e da força de projeto com o coeficiente de segurança desta UC.
- Cálculo do número de cavidades pela procura de produção, e verificação da máquina em quatro critérios: força de fecho (com a área dos canais e o coeficiente de segurança), capacidade de injeção face ao peso da moldação total incluindo a alimentação, dimensões do prato e distância entre colunas face ao bloco moldante, e curso de abertura (≥ 2× a profundidade da peça, mais a folga de segurança).
- Correções em função da simulação: dado um relatório de simulação de enchimento (linha de soldadura em zona visível, enchimento desequilibrado entre cavidades, ponto quente no macho), indicar a correção concreta a aplicar em cada sistema (alimentação, refrigeração, extração).
- Definição de um tempo de ciclo (fases coerentes, com o total a bater certo com a soma das parcelas) e confirmação de que a produção obtida cumpre a encomenda.
- Proposta de tratamento térmico do aço dos elementos moldantes, justificada.
- Lista de componentes do molde (normalizados e de fabrico próprio).
Não-funcionais
- Dossiê organizado por secções, com todos os cálculos visíveis passo a passo (nunca só o resultado final).
- Terminologia normalizada dos componentes do molde, sem nomes informais.
- Cumprimento das normas de segurança e saúde no trabalho referidas ao longo do estudo.
- Coerência entre todos os cálculos: a contração aplicada sempre no mesmo sentido, os totais de tabelas a somar as parcelas, o tempo de ciclo usado no cálculo de cavidades igual ao tempo de ciclo calculado.
Fases
Fase 1 · Análise da peça, do material e da encomenda (2h) Ler a ficha técnica da peça, confirmar o material e listar as propriedades relevantes do PA66 para esta função.
Fase 2 · Máquina injetora e cota do moldante (3h) Rever as unidades da máquina injetora disponível e calcular a cota do moldante a partir da contração do PA66.
Fase 3 · Sistemas de alimentação, extração e refrigeração (4h) Propor a tipologia do molde e esboçar os três sistemas, com a terminologia normalizada dos componentes.
Fase 4 · Área projetada, força de fecho, cavidades e tempo de ciclo (4h) Calcular a área projetada e a força de fecho por cavidade, somar a área dos canais e o coeficiente de segurança para o disparo completo, definir o tempo de ciclo por fases, calcular o número de cavidades pela procura e escolher a máquina que cumpre os quatro critérios (força de fecho, capacidade de injeção, dimensões do prato, curso de abertura).
Fase 5 · Correções em função da simulação (2h) O relatório de simulação de enchimento do molde da caixa de comando revela três achados: uma linha de soldadura na face lateral visível, um enchimento desequilibrado entre as 4 cavidades e um ponto quente junto ao macho central. Propor a correção concreta a aplicar na alimentação, na refrigeração e na extração para cada achado.
Fase 6 · Tratamentos térmicos e lista de componentes (3h) Propor o tratamento térmico do aço dos elementos moldantes e elaborar a lista de componentes do molde.
Fase 7 · Documentação técnica e normas de segurança (2h) Reunir o dossiê final e rever os procedimentos de segurança a cumprir junto da máquina injetora.
Fase 8 · Apresentação (2h) Apresentar o estudo à turma, explicando cada cálculo e as decisões tomadas.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Análise da peça e escolha do material fundamentada | 10% |
| Cota do moldante e cálculo de contração correto | 15% |
| Sistemas de alimentação, extração e refrigeração propostos | 15% |
| Área projetada, força de fecho, cavidades e tempo de ciclo corretos e coerentes | 20% |
| Correções em função da simulação de enchimento | 10% |
| Tratamentos térmicos, lista de componentes e documentação técnica | 15% |
| Segurança, dossiê e apresentação | 15% |
Erros comuns
- Calcular a cota do moldante a dividir pela contração, em vez de multiplicar pela cota corrigida $(1+s)$.
- Esquecer de multiplicar a força de fecho por cavidade pelo número de cavidades ao escolher a máquina.
- Comparar a força de fecho com o catálogo sem somar a área dos canais nem aplicar o coeficiente de segurança, escolhendo uma máquina sem margem (ou uma máquina desnecessariamente grande, "por segurança", sem justificar com o cálculo).
- Escolher a máquina só pela força de fecho, sem verificar a capacidade de injeção, as dimensões do prato e o curso de abertura.
- Corrigir sempre pela refrigeração perante qualquer achado da simulação, quando um enchimento desequilibrado ou uma linha de soldadura são defeitos de alimentação.
- Definir um tempo de ciclo "à parte" que não bate certo com o valor usado no cálculo do número de cavidades.
- Escolher a tipologia ou o tipo de ataque sem justificar pela série de produção e pela peça.
- Entregar a lista de componentes sem separar os normalizados dos de fabrico próprio.
- Ignorar as normas de segurança da máquina injetora no dossiê, tratando-as como um anexo dispensável.
Bónus (opcional)
- Recalcular o estudo assumindo um molde de canal quente, comparando o impacto no tempo de ciclo e no desperdício de material.
- Propor um segundo turno de produção e recalcular o número de máquinas necessárias para cumprir uma encomenda maior.
- Desenhar (à mão ou em CAD) um esboço do layout do molde com os três sistemas indicados.
Reflexão
No dossiê final, responde: porque é que o número de cavidades calculado pela procura e o número de cavidades permitido pela força da máquina podem dar valores diferentes, e qual dos dois deve prevalecer? E identifica duas decisões deste estudo que, se estivessem erradas, só seriam detetadas depois de o molde já estar fabricado, e como as terias verificado mais cedo.