Sebenta · Projetar moldes com materiais não poliméricos, multimatérias e especiais (UC02885)

Introdução

Até aqui, o percurso do curso tratou sobretudo de moldes para polímeros termoplásticos: um material funde, enche a cavidade e arrefece até solidificar. Esta sebenta abre o leque para tudo o que não segue essa lógica: metais fundidos (alumínio, ligas zamak), pós metálicos e cerâmicos que só ganham a forma definitiva num forno, borrachas e silicones que curam por reação química num molde quente, e processos que combinam mais do que um material na mesma peça.

A ideia central desta UC é uma só, repetida em cada capítulo: cada processo tem a sua própria física, e o molde tem de a respeitar. A contração de um pó metálico sinterizado não é a contração de um termoplástico a arrefecer. A temperatura do molde de um silicone líquido não se comporta como a de um molde de PP. Transportar uma regra de um processo para outro sem o dizer é o erro mais caro que um técnico de projeto de moldes pode cometer, porque só aparece quando o aço já está cortado.

Objetivos de aprendizagem (referencial): analisar as especificações técnicas e funcionais da peça a obter; avaliar a compatibilidade entre os moldes e os materiais; reconhecer os vários tipos de moldes para fundição injetada, sopro, termoformagem, roscas, multimatérias e formas especiais; caracterizar o material da peça a obter; definir os componentes, os materiais de fabrico e os sistemas de gitagem e alimentação do molde; identificar as implicações funcionais da máquina de injeção; definir e aplicar os sistemas de refrigeração e de extração; e aplicar as normas de segurança e saúde no trabalho.

1. Da peça ao molde: especificações, compatibilidade e critérios de desempenho

Antes de desenhar uma única linha, o técnico de projeto de moldes começa sempre pela peça, nunca pelo molde. É a primeira realização do referencial desta UC: analisar as especificações técnicas e funcionais da peça a obter.

O que se analisa numa especificação técnica

• Função da peça: estrutural, estanque, condutora, decorativa, de contacto elétrico.
• Material previsto: metal, pó sinterizável, elastómero, termoendurecível, ou combinação de materiais.
• Geometria: espessuras, roscas, undercuts (contra-saídas), superfícies visíveis.
• Tolerâncias e acabamento: cotas críticas, rugosidade, ausência de rebarba.
• Volume de produção: peça única, pequena série ou produção em massa; decide se compensa um molde caro e produtivo ou um mais simples e barato.
• Normas aplicáveis: do produto (elétricas, alimentares, automóvel) e de segurança no fabrico.

Avaliar a compatibilidade entre o molde e o material

A segunda realização do referencial, avaliar a compatibilidade entre os moldes e os materiais, é onde a maioria dos erros de projeto nasce. Um molde pensado para um termoplástico frio não serve, sem alterações profundas, para metal fundido a 700 °C nem para um silicone que cura por calor.

A tabela seguinte resume, de forma comparativa, a compatibilidade entre a família de material e as exigências que impõe ao molde. É o mapa desta sebenta: cada linha é desenvolvida num capítulo próprio.

Critérios de desempenho desta UC (como se avalia se o molde está bem projetado): adequar o molde ao material da peça a obter, garantir a aplicação do molde ao processo de fundição, e adequar os componentes constituintes do molde à combinação processo + material escolhida. Estes três critérios atravessam todos os capítulos seguintes.

2. Materiais não poliméricos, multimatérias e especiais: panorama

"Não poliméricos, multimatérias e especiais" agrupa três ideias distintas, que esta sebenta trata em separado mas que se cruzam com frequência na indústria real:

• Não poliméricos: o material da peça não é um plástico. Nesta UC, sobretudo metais fundidos (zamak, alumínio) e pós metálicos ou cerâmicos (MIM/CIM). Também se incluem materiais elastoméricos e termoendurecíveis, que embora tenham origem polimérica, curam por reação química e não por arrefecimento simples, o que muda por completo a lógica do molde.
• Multimatérias: a peça combina dois ou mais materiais na mesma operação ou em operações encadeadas no mesmo molde: bi-matéria, 2K, 3K, sobremoldação.
• Especiais: processos ou configurações de molde fora do "molde de duas placas" comum: sopro, termoformagem, moldes com movimento de roscas, moldes rotativos, de transferência, de índex, injeção assistida a gás (GAM), moldes técnicos e Sandwich.

Porque isto interessa ao técnico de projeto

Cada família exige do projetista uma pergunta diferente:

• Metal fundido: o molde aguenta a temperatura e a erosão do metal líquido?
• Pó metálico/cerâmico: o molde está dimensionado para a contração de sinterização, não para a contração de moldação?
• Elastómero/termoendurecível: o molde está preparado para aquecer e curar, não para arrefecer?
• Multimatérias: os dois materiais são compatíveis em contração, temperatura de processo e adesão?
• Moldes especiais: a configuração do molde (sopro, rotativo, GAM, roscas) corresponde à geometria pedida?

Os capítulos seguintes respondem a cada uma, um processo de cada vez, sem misturar regras entre eles.

3. Moldes de fundição injetada para alumínio e ligas zamak

A fundição injetada (die casting) empurra metal fundido, sob pressão, para dentro da cavidade de um molde metálico. É o processo mais próximo, na lógica, da injeção de plástico, e por isso o mais fácil de confundir com ela: não se pode.

Zamak vs alumínio

A regra de dimensionamento é exatamente a mesma fórmula usada para termoplásticos, porque em ambos os casos a contração acontece dentro do molde, por solidificação do material fundido:

$$L_{molde} = L_{peça} \times (1 + s)$$

O que muda não é a fórmula, é o valor de s e a temperatura e o material do próprio molde: um molde de fundição injetada é feito em aço para trabalho a quente (ex.: H13), porque tem de aguentar centenas de milhares de ciclos a temperaturas muito acima das de um molde de plástico.

Exemplo resolvido 1 · cota do molde para um componente em zamak

Peça: terminal técnico em zamak, cota nominal (medida na peça acabada) 84,00 mm. Contração do zamak, da tabela: s = 0,5% = 0,005.

Passo 1. Fórmula: $L_{molde} = L_{peça} \times (1+s)$

Passo 2. Substituição: $L_{molde} = 84{,}00 \times (1 + 0{,}005) = 84{,}00 \times 1{,}005$

Passo 3. Cálculo: $L_{molde} = 84{,}42$ mm

Exemplo resolvido 2 · cota do molde para um componente em alumínio

Peça: caixa técnica em liga de alumínio, cota nominal 180,00 mm. Contração do alumínio, da tabela: s = 0,6% = 0,006.

$$L_{molde} = 180{,}00 \times (1 + 0{,}006) = 180{,}00 \times 1{,}006 = 181{,}08 \text{ mm}$$

Repara que a contração do alumínio (0,6%) é maior do que a do zamak (0,5%), mas ambas são muito menores do que a de um termoplástico comum (2% no PP, capítulo de moldes de injeção da UC anterior). Isto não torna o molde metálico mais simples: a contração é menor, mas a temperatura de trabalho e o desgaste do aço são muito maiores.

Preenchimento da cavidade por fundição injetada

O metal fundido entra a alta velocidade e alta pressão, o que impõe cuidados que o plástico não tem na mesma escala:

• Sistema de gitagem curto e direto, para minimizar a perda de temperatura do metal antes de encher a cavidade.
• Respiros (vents) em todas as zonas de fecho de ar, porque o metal a alta velocidade aprisiona ar com muito mais facilidade do que um polímero mais viscoso; o ar aprisionado causa porosidade na peça.
• Câmara fria (o metal é vazado numa câmara à parte, empurrado por um êmbolo) para o zamak e para o alumínio; a câmara quente (o êmbolo está mergulhado no metal fundido) só se usa em ligas de baixo ponto de fusão como o próprio zamak, quando a produção é muito grande.

Regra desta UC: nunca confundir a pressão específica de fecho de um molde de fundição injetada com a de um molde de plástico. É normalmente mais alta, porque o metal líquido tem menor viscosidade e entra a maior velocidade, exigindo mais força para não abrir o molde durante o enchimento.

Exemplo resolvido 3 · força de fecho em fundição injetada

Componente em zamak, área projetada de 100 mm × 60 mm; pressão específica de fecho do zamak nesta UC: 45 MPa.

$$A = 100 \times 60 = 6000 \text{ mm}^2$$ $$F = p \times A = 45 \times 6000 = 270\,000 \text{ N} = 270 \text{ kN} \;(\approx 27{,}5 \text{ tf})$$

Componente equivalente em alumínio, área projetada de 150 mm × 70 mm; pressão específica do alumínio nesta UC: 70 MPa.

$$A = 150 \times 70 = 10\,500 \text{ mm}^2$$ $$F = p \times A = 70 \times 10\,500 = 735\,000 \text{ N} = 735 \text{ kN} \;(\approx 74{,}9 \text{ tf})$$

A força necessária para o alumínio é mais do dobro da do zamak, mesmo com uma área projetada só um pouco maior: a pressão específica mais alta do alumínio pesa mais no cálculo do que a área.

4. Moldação por injeção de pós metálicos e cerâmicos (MIM/CIM)

O MIM (Metal Injection Moulding) e o CIM (Ceramic Injection Moulding) injetam, numa máquina em tudo semelhante à de plástico, uma pasta (feedstock) feita de pó metálico ou cerâmico muito fino misturado com um ligante polimérico. É aqui que está o erro de projeto mais grave já apanhado em auditorias a este tema, por isso a regra vem primeiro:

A contração que dimensiona o molde de MIM/CIM não é a contração de arrefecimento dentro do molde. É a contração de sinterização, que acontece depois, no forno, e é muito maior.

As três fases do MIM/CIM

1. Moldação: a pasta (pó + ligante) é injetada como um termoplástico normal, a temperaturas moderadas (150 a 200 °C), num molde frio. Sai a peça verde, do tamanho do molde, com uma contração de arrefecimento pequena, do mesmo tipo da de um termoplástico.
2. Extração do ligante (debinding): por solvente, calor ou ambos, remove-se a maior parte do ligante, deixando uma peça porosa e frágil, a peça castanha (brown part).
3. Sinterização: num forno a alta temperatura (para aço inoxidável, acima de 1250 °C), as partículas de pó fundem-se parcialmente entre si e a peça encolhe muito, na ordem dos 15% a 20% linear, para ficar densa e resistente.

A contração de sinterização é dez vezes maior do que qualquer contração de um termoplástico comum, e acontece fora do molde, no forno. Um molde dimensionado com a fórmula do capítulo 3 (pensada para contração de arrefecimento dentro do molde) sairia com a peça sinterizada final muito mais pequena do que o pedido.

Exemplo resolvido 4 · dimensionar o molde de uma peça MIM

Peça final, já sinterizada, precisa de medir 41,00 mm. Contração de sinterização do aço inoxidável MIM (17-4PH), valor de referência desta UC: s = 18% = 0,18.

A lógica inverte-se em relação ao capítulo 3: aqui é a peça final que é conhecida, e queremos saber a cota da peça verde (e, por consequência, do molde), que tem de ser maior, para depois de encolher 18% no forno chegar aos 41,00 mm pedidos.

Passo 1. Relação: $L_{final} = L_{verde} \times (1 - s)$, logo $L_{verde} = \dfrac{L_{final}}{1 - s}$

Passo 2. Substituição: $L_{verde} = \dfrac{41{,}00}{1 - 0{,}18} = \dfrac{41{,}00}{0{,}82}$

Passo 3. Cálculo: $L_{verde} = 50{,}00$ mm

O molde de MIM tem de ser maquinado a 50,00 mm, uma diferença de 9,00 mm face à cota final, muito maior do que qualquer sobredimensionamento visto no capítulo 3. A contração de arrefecimento dentro do próprio molde, nesta fase de moldação, é pequena face à sinterização e não entra neste cálculo simplificado desta UC.

O que o molde de MIM/CIM tem em comum com o molde de plástico

Apesar da diferença radical de contração, a construção física do molde de MIM/CIM segue a lógica do molde de injeção de plástico: cavidade, macho, sistema de alimentação, extratores. A diferença está nos parâmetros (temperaturas moderadas de moldação) e, sobretudo, no facto de a peça verde ser frágil: os extratores têm de distribuir a força com mais cuidado do que num termoplástico, para não fissurar a peça antes da sinterização.

5. Moldação de borracha e silicone líquido (LSR) e de termoendurecíveis

Chegamos ao processo onde a lógica do molde se inverte em relação a tudo o que já foi visto: em vez de um molde frio a arrefecer um material quente, temos um molde quente a curar um material frio.

A diferença fundamental: cura por reação química, não por arrefecimento

• Termoplástico e metal fundido: o material entra quente, o molde retira calor, o material solidifica por arrefecimento (mudança de estado física, reversível se voltar a aquecer).
• LSR, borracha e termoendurecíveis: o material entra à temperatura ambiente (ou pouco acima), o molde está aquecido (LSR: 170 a 200 °C; termoendurecíveis: 150 a 180 °C), e o calor do molde desencadeia uma reação química de reticulação (cura), que é irreversível: uma vez curado, o material não volta a fundir com o calor.

Confundir este processo com uma "injeção de plástico com o molde mal regulado" é o erro mais comum: aqui o molde quente não é um defeito, é o próprio mecanismo do processo.

LSR (Liquid Silicone Rubber)

• Material líquido de baixíssima viscosidade, doseado e misturado (dois componentes) já dentro da unidade de injeção.
• Entra frio ou pouco acima da temperatura ambiente num molde muito quente; cura em segundos a minutos, consoante a espessura.
• Por ser tão fluido, infiltra-se em folgas mínimas: exige respiros muito finos e bem distribuídos, e um fecho do molde com folgas apertadas para não formar rebarba.
• Contração pós-cura (nas 24 horas seguintes): ≈ 3%.

Termoendurecíveis (ex.: compostos fenólicos)

• Pré-formados (pó ou pastilha), pré-aquecidos fora do molde e depois transferidos ou injetados para a cavidade, também num molde quente.
• Cura por reticulação, com contração normalmente mais baixa do que o LSR: ≈ 0,8%.
• Processo classicamente associado à moldação por transferência, onde uma dose de material pré-aquecido é empurrada por um êmbolo de um "pote" para as cavidades através de canais, distinta da injeção direta.

Exemplo resolvido 5 · tempo de ciclo em LSR

Peça de vedação em LSR, ciclo com as seguintes fases:

Verificação: 1,0 + 2,0 + 45,0 + 1,0 + 1,0 = 50,0 s. Ao contrário do ciclo de um termoplástico (onde o arrefecimento é a fase mais longa), aqui é a cura que domina o ciclo, e quanto mais espessa a peça, mais tempo o calor do molde demora a atravessá-la até ao centro e completar a reticulação: a relação não é linear, dobrar a espessura de uma peça em LSR aumenta o tempo de cura bem mais do que o dobro.

Exemplo resolvido 6 · tempo de ciclo em termoendurecível por transferência

Peça técnica em composto fenólico, pré-aquecida fora do molde antes de entrar no ciclo:

Verificação: 1,0 + 3,0 + 60,0 + 1,0 + 1,0 = 66,0 s. O tempo de cura do termoendurecível (60,0 s) é ainda maior do que o do LSR do exemplo anterior, coerente com um material tipicamente mais espesso e um mecanismo de cura mais lento.

6. Moldes por processo de sopro

O sopro (blow moulding) não enche uma cavidade fechada com pressão de injeção: infla um tubo de material amolecido (a parisão) contra as paredes de um molde aberto, usando ar comprimido. É o processo das garrafas, frascos e peças ocas.

• A parisão, extrudida ou pré-moldada por injeção, é presa entre as duas metades do molde ainda amolecida.
• Um bico injeta ar comprimido dentro da parisão, empurrando o material contra a cavidade, onde arrefece e ganha a forma final.
• A espessura da parede varia ao longo da peça, consoante o estiramento local do material: zonas mais esticadas ficam mais finas.
• O molde de sopro não tem sistema de gitagem como o de injeção: só tem cavidade, um sistema de corte da parisão (rebarba de fundo e de topo) e, por vezes, refrigeração nas paredes.

Aplicação típica: embalagem (garrafas, frascos), depósitos e peças ocas de grande volume e parede fina.

7. Moldes por processo de termoformagem

A termoformagem parte de uma chapa de termoplástico já extrudida, que é reaquecida até amolecer e depois conformada sobre um molde, por vácuo, pressão de ar ou ambos.

• O molde é normalmente de uma só face (macho ou cavidade, não os dois), porque só uma superfície da chapa toca o molde; a outra fica livre.
• Precisa de furos de saída de ar (venting) distribuídos por toda a superfície, para o vácuo puxar a chapa até ao fundo dos detalhes.
• A relação entre a profundidade da peça e a abertura do molde (draw ratio) tem um limite prático: peças muito profundas e estreitas não conformam bem, porque a chapa esticada em excesso adelgaça e pode romper.
• Ângulos de saída generosos são ainda mais críticos do que na injeção, porque a chapa arrefecida agarra-se facilmente ao molde.
• Usa-se sobretudo em embalagem e acondicionamento: blisters, tabuleiros, copos, embalagens de produtos alimentares e eletrónicos.

Comparação rápida com o sopro: ambos partem de material já amolecido e usam pressão de ar/vácuo em vez de injeção sob alta pressão, mas o sopro parte de um tubo (parisão) para peças ocas fechadas, e a termoformagem parte de uma chapa para peças abertas ou pouco profundas.

8. Moldes com movimentos para desmoldação de roscas

Uma peça com rosca interna ou externa moldada de raiz não sai do molde em linha reta: o macho roscado tem de rodar enquanto recua, "desenroscando-se" da peça, antes ou durante a abertura do molde.

Dois mecanismos de acionamento

• Por engrenagens (cremalheira e pinhão): a abertura do próprio molde, através de uma cremalheira fixa a uma das placas, faz rodar um pinhão ligado ao macho roscado. É um mecanismo puramente mecânico, sincronizado com o curso de abertura, sem energia externa.
• Por motor hidráulico: um motor hidráulico dedicado roda o macho de forma independente do curso de abertura, com controlo mais preciso da velocidade e do momento em que a rotação começa e termina. Mais caro, mas necessário quando o mecanismo de engrenagens não tem espaço ou quando é preciso desenroscar antes da abertura do molde.

Em ambos os casos, a rosca do macho e o passo do movimento de rotação/recuo têm de coincidir exatamente com o passo da rosca da peça: uma dessincronização, por pequena que seja, risca ou arranca a rosca já moldada.

9. Injeção sobre múltiplos materiais: bi-matéria, 2K, 3K e sobremoldação

Multimatérias é injetar mais do que um material na mesma peça, seja no mesmo ciclo (2K, 3K) seja em duas operações distintas (sobremoldação sobre uma peça ou inserto já feito).

• Sobremoldação (overmoulding): um primeiro componente (plástico, metálico ou um inserto) é colocado dentro de um segundo molde, onde se injeta por cima um segundo material, normalmente mais macio (um punho, uma pega, um vedante).
• 2K (duas componentes): o mesmo molde ou uma máquina com duas unidades de injeção molda os dois materiais em sequência, muitas vezes com um molde rotativo que roda a peça de uma cavidade para a outra sem sair da máquina (ver capítulo 10).
• 3K (três componentes): a mesma lógica do 2K, com um terceiro material e uma terceira estação ou injeção.

A regra da compatibilidade entre materiais

Regra desta UC: uma diferença de contração entre os dois materiais superior a 0,3 pontos percentuais é sinal de risco de empeno ou de delaminação (separação entre as camadas); abaixo disso, a combinação é considerada compatível para efeitos de projeto.

Além da contração, há mais duas verificações obrigatórias antes de aceitar uma combinação de materiais:

• Temperatura de processo: o segundo material não pode ser injetado a uma temperatura que remolde ou deforme o primeiro.
• Adesão ou retenção mecânica: se os materiais não colam quimicamente entre si, a peça precisa de contra-saídas, ranhuras ou furos que prendam mecanicamente o segundo material ao primeiro.

Exemplo resolvido 7 · verificar a compatibilidade de contração

Substrato em POM (contração 2,0%) com sobremoldação em TPE (contração 1,8%).

$$\Delta s = 2{,}0\% - 1{,}8\% = 0{,}2 \text{ pontos percentuais}$$

Como 0,2 < 0,3 (a regra desta UC), a combinação é considerada compatível: o risco de empeno por diferença de contração é baixo. Ainda assim, o projetista tem de confirmar a temperatura de injeção do TPE (não pode remoldar o POM) e a adesão entre os dois materiais.

10. Moldes de formas distintas: coreback, rotativos, transferência e index

Estas quatro configurações resolvem o mesmo problema, produzir peças multimatérias ou com geometrias complexas sem desmontar a peça da máquina, cada uma à sua maneira:

• Coreback: um dos machos do molde recua (retrai-se) depois da primeira injeção, abrindo um espaço vazio dentro da própria cavidade que fica preenchido por um segundo material injetado a seguir, sem a peça sair do molde nem mudar de posição.
• Rotativo: o prato central do molde roda (normalmente em múltiplos de 90° ou 180°) entre estações fixas, cada uma com uma injeção diferente; a peça viaja com o prato, o molde fica fixo à máquina.
• Transferência: uma dose de material é movida de um "pote" comum para as cavidades por um êmbolo, através de canais, tipicamente associado a termoendurecíveis (capítulo 5), mas também usado para transferir uma peça pré-moldada entre estações num molde multimaterial.
• Índex: semelhante ao rotativo, mas o movimento é um avanço passo a passo (indexação) de placas ou de um tabuleiro de peças entre estações, em vez de uma rotação contínua de um prato central; útil quando as estações não estão dispostas em círculo.

A escolha entre estas quatro configurações depende do número de materiais, do layout possível na máquina disponível e do tempo de ciclo de cada estação: se uma estação demora muito mais do que as outras, o tempo de ciclo total do molde rotativo ou index fica limitado pela mais lenta.

11. Moldes técnicos, moldes Sandwich e injeção assistida a gás (GAM)

Moldes técnicos

Designação genérica para moldes de peças com exigências funcionais elevadas (tolerâncias apertadas, resistência mecânica, precisão dimensional), em contraste com peças puramente estéticas ou descartáveis. Combinam, muitas vezes, vários dos processos e configurações já vistos nesta sebenta.

Moldes Sandwich (co-injeção)

Injetam duas camadas de material na mesma parede da peça: uma camada exterior ("pele") visível e de melhor acabamento, e uma camada interior ("núcleo") que pode ser um material mais barato, reciclado ou espumado. As duas injeções acontecem quase em simultâneo, com a pele a envolver o núcleo à medida que a cavidade enche. Poupa material e reduz custo sem sacrificar o aspeto exterior da peça.

Injeção assistida a gás (GAM)

A técnica GAM (injeção assistida a gás) injeta um pequeno volume de peça com o material técnico normal e, antes de a cavidade acabar de encher, injeta azoto através de uma agulha ou pino, que oca as zonas mais espessas (nervuras, pegas, secções grossas) em vez de as deixar maciças.

• Reduz o peso e a quantidade de material usado nessas zonas.
• Reduz marcas de chupagem (sink marks) na face oposta a nervuras espessas, porque não há uma grande massa de material a arrefecer de forma desigual.
• Encurta o arrefecimento dessas zonas (menos material sólido para arrefecer no centro).

Exemplo resolvido 8 · poupança de material com GAM

Nervura maciça teria um volume de 12 cm³. Com GAM, o canal oco criado pelo azoto retira 40% desse volume.

$$V_{poupado} = 12 \times 0{,}40 = 4{,}8 \text{ cm}^3$$ $$V_{final} = 12 - 4{,}8 = 7{,}2 \text{ cm}^3$$

A nervura final tem 7,2 cm³ de material sólido, uma redução de 4,8 cm³ (40% do volume original) só nessa zona, sem alterar a geometria exterior visível da peça.

12. Elementos moldantes, sistemas de gitagem e de alimentação; a máquina de injeção

Elementos moldantes e acessórios

Os componentes que dão forma direta à peça e os que sustentam essa função, comuns a quase todos os processos vistos nesta sebenta, com adaptações:

• Cavidade e macho: como nos moldes de termoplástico, mas em materiais de molde adequados ao processo (aço para trabalho a quente na fundição injetada, aço normal ou revestido na moldação de plástico ou LSR).
• Colunas e buchas de guia: alinham as duas metades do molde em todos os processos.
• Insertos: peças ou componentes trocáveis, especialmente relevantes em multimatérias (o inserto de um material dentro do molde do segundo) e no MIM (moldantes trocáveis, dado o desgaste do pó abrasivo).
• Elementos de fixação e centragem: parafusos, anel de centragem, ligam o molde à máquina.

Sistemas de gitagem

O termo gitagem refere-se especificamente ao gito, o troço que solidifica dentro da bucha de injeção entre o bico da máquina e o início dos canais de distribuição (ver glossário para a distinção exata face ao canal de distribuição). Nos processos desta UC:

• Fundição injetada: gitagem curta, para minimizar a perda de calor do metal.
• MIM/CIM: gitagem semelhante à do plástico, com atenção à fragilidade da peça verde na zona do ataque.
• LSR/termoendurecíveis: muitas vezes sem gito no sentido clássico, porque o material fica sob pressão em canais aquecidos até ao momento de injetar (canal quente é comum nestes processos, justamente para não perder material curado em cada ciclo).

Sistemas de alimentação

Conduz o material desde a bucha de injeção (ou pote de transferência) até cada cavidade: canais de distribuição, tipo de ataque (direto, submarino, em leque, anelar, capilar), e a decisão entre canal frio e canal quente. Em moldes rotativos ou de índex, o sistema de alimentação tem de ser compatível com o movimento entre estações, sem esticar nem partir com a rotação ou avanço.

A máquina de injeção e as suas limitações funcionais

Cada família de material precisa de uma máquina com características próprias, e o molde só funciona dentro dos limites dessa máquina:

• Capacidade de injeção: o volume ou peso de material que a unidade de injeção consegue disparar de uma vez; nas máquinas de fundição injetada, fala-se antes em capacidade de disparo de metal (shot).
• Força de fecho: calculada como no capítulo 3, mas com pressões específicas próprias de cada processo (mais altas em fundição injetada, mais baixas em LSR de baixa viscosidade).
• Dimensões do prato e distância entre colunas: onde o molde tem de caber fisicamente.
• Curso de abertura: tem de deixar espaço para extrair a peça, incluindo o curso adicional de mecanismos de coreback ou de desenroscamento de roscas.
• Número de unidades de injeção: máquinas de 2K/3K precisam de duas ou três unidades de injeção a trabalhar sobre o mesmo molde ou sobre estações diferentes de um molde rotativo.

Parâmetros de injeção a definir para cada processo: temperatura do material, temperatura do molde (fria para metal e termoplástico, quente para LSR e termoendurecíveis), pressão de injeção, velocidade de injeção e, quando aplicável, pressão e caudal do gás (GAM).

Erros comuns

• Aplicar a fórmula de contração de arrefecimento (capítulo 3) a uma peça MIM/CIM, ignorando que a contração dominante acontece na sinterização, fora do molde.
• Escolher a pressão específica de fecho de um molde de plástico para dimensionar um molde de fundição injetada; a pressão da fundição injetada é normalmente mais alta.
• Tratar o molde quente de LSR ou de um termoendurecível como um "defeito" ou "má regulação"; é o mecanismo do processo, não um erro.
• Confundir o tempo de ciclo de LSR/termoendurecível (dominado pela cura) com o de um termoplástico (dominado pelo arrefecimento), assumindo que a fase mais longa é sempre "arrefecimento".
• Combinar dois materiais em sobremoldação sem verificar a diferença de contração, a temperatura de processo e a adesão ou retenção mecânica entre eles.
• Confundir rotativo com índex: o rotativo roda um prato central em torno de um eixo; o índex avança por passos, sem ser necessariamente uma rotação circular.
• Esquecer que o curso de abertura da máquina tem de incluir o curso extra de um mecanismo de desenroscamento de roscas ou de um coreback.
• Ignorar as regras próprias de segurança de cada processo (metal fundido, pós metálicos, desmoldantes) achando que a norma geral de "cuidado com máquinas" chega.

Glossário

• Fundição injetada (die casting): processo que injeta metal fundido, sob pressão, numa cavidade metálica.
• Zamak: liga de zinco de baixo ponto de fusão, usada em fundição injetada.
• MIM (Metal Injection Moulding): moldação por injeção de pó metálico misturado com ligante.
• CIM (Ceramic Injection Moulding): o mesmo princípio do MIM, com pó cerâmico.
• Peça verde: peça MIM/CIM logo após a moldação, antes da extração do ligante e da sinterização.
• Debinding: fase de extração do ligante da peça verde.
• Sinterização: fase final em forno, onde as partículas de pó se fundem parcialmente entre si e a peça encolhe de forma acentuada.
• LSR (Liquid Silicone Rubber): silicone líquido de dois componentes, curado por calor num molde quente.
• Cura (reticulação): reação química que transforma um material líquido ou pastoso num sólido, de forma irreversível.
• Moldação por transferência: processo onde uma dose de material pré-aquecido é empurrada por um êmbolo de um pote para as cavidades através de canais.
• Parisão: tubo de material amolecido usado no processo de sopro, antes de ser inflado contra o molde.
• Sopro (blow moulding): processo que infla uma parisão contra as paredes de um molde, com ar comprimido.
• Termoformagem: conformação de uma chapa termoplástica reaquecida sobre um molde, por vácuo ou pressão de ar.
• Desenroscamento (unscrewing): movimento de rotação de um macho roscado, para desmoldar peças com rosca interna ou externa.
• Sobremoldação (overmoulding): injeção de um segundo material sobre uma peça ou inserto já fabricado.
• 2K / 3K: moldação com duas ou três componentes de material, no mesmo ciclo.
• Coreback: mecanismo de recuo de um macho dentro da própria cavidade, para abrir espaço a um segundo material.
• Molde rotativo: molde com um prato central que roda entre estações de injeção fixas.
• Molde índex: molde onde placas ou peças avançam por passos (indexação) entre estações.
• Molde Sandwich (co-injeção): molde que injeta uma camada exterior (pele) e uma interior (núcleo) do mesmo lado da parede da peça.
• GAM (injeção assistida a gás): técnica que injeta azoto dentro da massa fundida ainda não solidificada, para ocar zonas espessas.
• Gito (sprue): troço cónico que solidifica dentro da bucha de injeção, entre o bico da máquina e o início dos canais de distribuição.
• Canal de distribuição (runner): ramificação que leva o material fundido da bucha até cada ataque.

Síntese

Esta sebenta juntou os processos de moldação que não seguem a lógica simples de "material quente entra, molde frio arrefece, peça sai": a fundição injetada de zamak e alumínio segue essa lógica mas com temperaturas, pressões e materiais de molde muito diferentes do plástico; o MIM/CIM inverte a importância do arrefecimento, porque a contração que manda é a da sinterização, fora do molde; o LSR e os termoendurecíveis invertem a própria direção do calor, com um molde quente a curar um material frio; sopro e termoformagem trocam a injeção sob pressão por ar comprimido ou vácuo sobre material já amolecido; as roscas exigem um macho que roda ao desmoldar; e as multimatérias (bi-matéria, 2K, 3K, sobremoldação, coreback, rotativo, índex, Sandwich) obrigam a verificar a compatibilidade de contração, temperatura e adesão entre dois ou mais materiais na mesma peça. O GAM poupa material ocando zonas espessas. Em todos os casos, os elementos moldantes, a gitagem, a alimentação e os limites da máquina têm de ser adequados ao processo escolhido, nunca copiados de outro sem verificar.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça em liga de zamak tem cota nominal de 60,00 mm. Qual a cota do molde?

Resolução: contração do zamak (tabela) $s = 0{,}5\% = 0{,}005$. $L_{molde} = 60{,}00 \times (1+0{,}005) = 60{,}00 \times 1{,}005 = 60{,}30$ mm.

2. Uma peça MIM em aço inoxidável precisa de medir 20,50 mm depois de sinterizada. Contração de sinterização de 18%. Qual a cota da peça verde (e do molde)?

Resolução: $L_{verde} = \dfrac{L_{final}}{1-s} = \dfrac{20{,}50}{1-0{,}18} = \dfrac{20{,}50}{0{,}82} \approx 25{,}00$ mm.

3. Explica por palavras próprias porque é que o molde de um LSR está quente, ao contrário do molde de um termoplástico.

Resolução: no termoplástico, o material entra fundido e o molde retira-lhe calor para o solidificar por arrefecimento. No LSR, o material entra frio e o molde está aquecido de propósito para fornecer o calor que desencadeia a reação química de cura (reticulação): sem calor, o LSR não solidifica. O molde quente é o mecanismo do processo, não um defeito.

4. Um substrato em PA66 (contração 1,5%) vai ser sobremoldado com um TPE (contração 1,7%). Aplicando a regra desta UC, a combinação é compatível?

Resolução: $\Delta s = 1{,}7\% - 1{,}5\% = 0{,}2$ pontos percentuais. Como 0,2 < 0,3 (limite da regra desta UC), a combinação é compatível quanto à contração; falta ainda confirmar a temperatura de processo e a adesão ou retenção mecânica entre os dois materiais.

5. Distingue molde rotativo de molde índex numa frase para cada um.

Resolução: o rotativo tem um prato central que roda em torno de um eixo entre estações fixas de injeção; o índex avança por passos, movendo placas ou um tabuleiro de peças entre estações, sem depender de uma rotação circular.

6. Uma nervura maciça tem 8 cm³. Com GAM, oca-se 35% do volume. Qual o volume final de material sólido?

Resolução: $V_{poupado} = 8 \times 0{,}35 = 2{,}8$ cm³. $V_{final} = 8 - 2{,}8 = 5{,}2$ cm³.

7. Porque é que um molde de fundição injetada precisa de respiros (vents) ainda mais cuidados do que um molde de plástico?

Resolução: o metal fundido tem menor viscosidade e entra a maior velocidade do que um polímero, o que aumenta muito o risco de aprisionar ar nas zonas de fecho da cavidade. O ar aprisionado causa porosidade na peça metálica, um defeito que compromete a resistência mecânica, por isso os respiros têm de estar bem distribuídos e dimensionados para o processo.