UC02885

Projetar moldes com materiais não poliméricos, multimatérias e especiais

Fundição injetada, MIM/CIM, LSR e termoendurecíveis, sopro, termoformagem, roscas, bi-matéria e moldes especiais

Curso profissional · 50h · Técnico de Desenho e Projeto de Moldes

Plano

  1. Da peça ao molde: especificações e compatibilidade
  2. Panorama: não poliméricos, multimatérias, especiais
  3. Fundição injetada: zamak e alumínio
  4. Preenchimento da cavidade em fundição injetada
  5. MIM/CIM: injeção de pós metálicos e cerâmicos
  6. LSR e termoendurecíveis: o molde quente
  7. Moldes por processo de sopro
  8. Moldes por processo de termoformagem
  9. Moldes com desmoldação de roscas
  10. Multimatérias: bi-matéria, 2K, 3K, sobremoldação
  11. Coreback, rotativos, transferência e index
  12. Moldes técnicos, Sandwich e GAM
  13. Elementos moldantes e sistemas de gitagem
  14. Sistemas de alimentação e máquina de injeção
  15. Segurança e saúde no trabalho

Bloco 1 · Da peça ao molde

Analisar as especificações técnicas e funcionais

Antes de desenhar o molde, analisa-se sempre a peça: é a primeira realização desta UC.

  • Função: estrutural, estanque, condutora, de contacto elétrico.
  • Material previsto: metal, pó sinterizável, elastómero, termoendurecível ou combinação.
  • Geometria: espessuras, roscas, contra-saídas, superfícies visíveis.
  • Tolerâncias, acabamento e volume de produção.
  • Normas aplicáveis ao produto e à segurança do fabrico.

Nunca se desenha o molde antes de conhecer a peça a fundo.

Avaliar a compatibilidade entre molde e material

A segunda realização: avaliar a compatibilidade entre os moldes e os materiais. É onde nasce a maioria dos erros de projeto.

Família de material O molde é aquecido ou arrefecido? Contração acontece onde?
Zamak / alumínio (fundição) arrefecido dentro do molde
Pó metálico/cerâmico (MIM/CIM) arrefecido (na moldação) sobretudo depois, no forno
LSR / termoendurecível aquecido (cura) durante e após a cura

Critérios de desempenho: adequar o molde ao material da peça, garantir a aplicação do molde ao processo de fundição, e adequar os componentes constituintes do molde.

Bloco 2 · Panorama

Não poliméricos, multimatérias, especiais

Três ideias distintas que se cruzam na indústria real:

  • Não poliméricos: o material não é plástico: metais fundidos (zamak, alumínio), pós metálicos ou cerâmicos (MIM/CIM); também elastómeros e termoendurecíveis, que curam por reação química.
  • Multimatérias: a peça combina dois ou mais materiais, como bi-matéria, 2K, 3K, sobremoldação.
  • Especiais: configurações fora do molde de duas placas comum, como sopro, termoformagem, roscas, rotativos, transferência, índex, GAM, técnicos e Sandwich.

Cada família faz uma pergunta diferente ao projetista, capítulo a capítulo.

Bloco 3 · Fundição injetada

Zamak vs alumínio

A fundição injetada (die casting) empurra metal fundido, sob pressão, para uma cavidade metálica.

Zamak Alumínio
Temperatura do metal ≈ 400 °C ≈ 680 °C
Temperatura do molde 150 a 230 °C 180 a 280 °C
Contração típica ≈ 0,5% ≈ 0,6%
Máquina câmara fria/quente câmara fria

A fórmula de contração é a mesma do termoplástico: ç. O que muda é o valor de s e o aço do molde: trabalho a quente (ex.: H13).

Exemplo resolvido: cota do molde

Terminal em zamak, cota nominal 84,00 mm, contração s = 0,5% = 0,005.

Caixa em alumínio, cota nominal 180,00 mm, contração s = 0,6% = 0,006.

A contração do alumínio é maior do que a do zamak, mas ambas muito menores do que a do PP (2%).

Bloco 4 · Preenchimento por fundição injetada

Cuidados no enchimento e força de fecho

O metal fundido entra a alta velocidade: exige cuidados que o plástico não tem na mesma escala.

  • Gitagem curta e direta, para minimizar a perda de temperatura antes de encher a cavidade.
  • Respiros cuidados: o metal a alta velocidade aprisiona ar mais facilmente, causando porosidade.
  • Pressão específica mais alta do que no plástico, por menor viscosidade e maior velocidade.

Exemplo: zamak, área projetada 100×60 mm = 6000 mm², p = 45 MPa → N = 270 kN. Alumínio, área 150×70 mm = 10 500 mm², p = 70 MPa → N = 735 kN.

Bloco 5 · MIM/CIM

As três fases do MIM/CIM

MIM (Metal Injection Moulding) e CIM (Ceramic Injection Moulding) injetam uma pasta de pó + ligante, numa máquina semelhante à de plástico.

  1. Moldação: injeção normal, molde frio → peça verde, contração de arrefecimento pequena.
  2. Debinding: extração do ligante → peça castanha, porosa e frágil.
  3. Sinterização: forno a alta temperatura (aço inox: > 1250 °C) → a peça encolhe 15% a 20%.

A contração que dimensiona o molde é a de sinterização, não a de arrefecimento. Acontece depois, no forno.

Exemplo resolvido: cota da peça verde

Peça final sinterizada precisa medir 41,00 mm. Contração de sinterização (aço inox MIM 17-4PH): s = 18% = 0,18.

A lógica inverte-se: conhecemos a peça final e queremos a peça verde (e o molde), que tem de ser maior.

Diferença de 9,00 mm face à cota final, muito maior do que qualquer sobredimensionamento de fundição injetada ou termoplástico.

Bloco 6 · LSR e termoendurecíveis

O molde quente: cura, não arrefecimento

Aqui a lógica inverte-se: o molde está aquecido e o material entra frio.

  • Termoplástico/metal: material quente → molde retira calor → solidifica por arrefecimento.
  • LSR/termoendurecível: material frio → molde aquecido → cura por reação química (reticulação), irreversível.
LSR Termoendurecível
Temperatura do molde 170 a 200 °C 150 a 180 °C
Contração ≈ 3% (pós-cura) ≈ 0,8%
Processo clássico injeção direta moldação por transferência

O molde quente não é defeito: é o mecanismo do processo.

Exemplo resolvido: tempo de ciclo

LSR · vedação: Fecho 1,0 + Injeção 2,0 + Cura 45,0 + Abertura 1,0 + Extração 1,0 = 50,0 s.

Termoendurecível por transferência: Fecho 1,0 + Transferência 3,0 + Cura 60,0 + Abertura 1,0 + Extração 1,0 = 66,0 s.

Em ambos, a cura domina o ciclo, ao contrário do termoplástico onde é o arrefecimento. Dobrar a espessura da peça aumenta o tempo de cura bem mais do que o dobro (o calor tem de atravessar a peça toda até ao centro).

Bloco 7 · Moldes por sopro

Sopro (blow moulding)

Não enche uma cavidade fechada por pressão de injeção: infla um tubo de material amolecido (a parisão) contra as paredes do molde, com ar comprimido.

  • A parisão é presa entre as duas metades do molde ainda amolecida.
  • Um bico injeta ar comprimido, empurrando o material contra a cavidade.
  • A espessura da parede varia ao longo da peça, consoante o estiramento local.
  • Sem sistema de gitagem como na injeção: só cavidade, corte de rebarba e, por vezes, refrigeração.

Aplicação: garrafas, frascos, depósitos, peças ocas de parede fina.

Bloco 8 · Moldes por termoformagem

Termoformagem

Parte de uma chapa já extrudida, reaquecida até amolecer e conformada sobre um molde por vácuo ou pressão de ar.

  • Molde normalmente de uma só face (só uma superfície da chapa toca o molde).
  • Precisa de furos de saída de ar distribuídos por toda a superfície, para o vácuo puxar a chapa.
  • Draw ratio (profundidade ÷ abertura) tem um limite: peças muito profundas e estreitas adelgaçam e podem romper.
  • Ângulos de saída ainda mais críticos do que na injeção.

Aplicação: blisters, tabuleiros, copos, embalagem alimentar e eletrónica.

Bloco 9 · Desmoldação de roscas

Roscas por engrenagens e por hidráulico

Uma peça com rosca não sai em linha reta: o macho roscado tem de rodar enquanto recua, "desenroscando-se".

  • Por engrenagens (cremalheira e pinhão): a própria abertura do molde faz rodar o macho, através de uma cremalheira fixa a uma placa. Mecânico, sincronizado com o curso de abertura, sem energia externa.
  • Por motor hidráulico: roda o macho de forma independente do curso de abertura, com controlo mais preciso da velocidade e do momento da rotação. Mais caro, necessário quando falta espaço para engrenagens ou é preciso desenroscar antes da abertura.

O passo do movimento tem de coincidir exatamente com o passo da rosca da peça.

Bloco 10 · Multimatérias

Bi-matéria, 2K, 3K, sobremoldação

Multimatérias: injetar mais do que um material na mesma peça.

  • Sobremoldação (overmoulding): um primeiro componente (ou inserto) é colocado num segundo molde, onde se injeta por cima um segundo material.
  • 2K: dois materiais em sequência, no mesmo ciclo, muitas vezes com molde rotativo.
  • 3K: a mesma lógica, com um terceiro material.

Regra desta UC: diferença de contração entre os dois materiais > 0,3 pontos percentuais = risco de empeno ou delaminação.

Verificar sempre também: temperatura de processo (não remoldar o primeiro material) e adesão ou retenção mecânica.

Exemplo resolvido: compatibilidade de contração

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

Como 0,2 < 0,3 (regra desta UC), a combinação é compatível quanto à contração. Falta ainda confirmar a temperatura de processo do TPE e a adesão/retenção mecânica entre os dois materiais.

Bloco 11 · Coreback, rotativos, transferência, index

Quatro formas de moldar sem desmontar a peça

  • Coreback: um macho recua dentro da própria cavidade, abrindo espaço para um segundo material, sem a peça sair do molde.
  • Rotativo: o prato central roda entre estações fixas de injeção; a peça viaja com o prato.
  • Transferência: uma dose de material move-se de um "pote" para as cavidades por um êmbolo, através de canais; clássico em termoendurecíveis, também usado para transferir uma peça entre estações.
  • Index: avança por passos, sem ser necessariamente uma rotação circular; útil quando as estações não estão dispostas em círculo.

A escolha depende do número de materiais, do layout na máquina e do tempo de ciclo de cada estação.

Bloco 12 · Moldes técnicos, Sandwich e GAM

Sandwich e injeção assistida a gás

Moldes Sandwich (co-injeção): injetam duas camadas na mesma parede: pele exterior (melhor acabamento) e núcleo interior (mais barato, reciclado ou espumado), quase em simultâneo.

GAM (injeção assistida a gás): depois de encher parcialmente a cavidade, injeta-se azoto através de um pino, que oca zonas espessas (nervuras, pegas) em vez de as deixar maciças.

  • Reduz peso e material.
  • Reduz marcas de chupagem.
  • Encurta o arrefecimento dessas zonas.

Exemplo: nervura de 12 cm³, GAM oca 40% → poupança de cm³; volume final cm³.

Bloco 13 · Elementos moldantes e gitagem

O que dá forma e o que alimenta

Elementos moldantes e acessórios, comuns a quase todos os processos, com adaptações:

  • Cavidade e macho: materiais de molde adequados (aço para trabalho a quente na fundição injetada).
  • Colunas e buchas de guia: alinham as duas metades do molde.
  • Insertos: peças trocáveis, relevantes em multimatérias e no MIM (desgaste do pó abrasivo).

Sistemas de gitagem: o gito solidifica dentro da bucha de injeção. Fundição injetada: gitagem curta (perde menos calor). MIM/CIM: semelhante ao plástico, cuidado com a fragilidade da peça verde. LSR/termoendurecível: frequentemente canal quente, para não perder material curado a cada ciclo.

Bloco 14 · Alimentação e máquina de injeção

Sistemas de alimentação e limitações da máquina

Sistemas de alimentação: canais de distribuição, tipo de ataque, canal frio ou quente, compatíveis com o movimento em moldes rotativos ou index, sem esticar nem partir.

Limitações funcionais da máquina de injeção, a verificar sempre:

  • Capacidade de injeção (ou de disparo, em fundição injetada).
  • Força de fecho, com pressões específicas próprias de cada processo.
  • Dimensões do prato e distância entre colunas.
  • Curso de abertura, incluindo o curso extra de coreback ou de desenroscamento.
  • Número de unidades de injeção (2K/3K).

Parâmetros de injeção: temperatura do material e do molde (fria ou quente, consoante o processo), pressão, velocidade, e pressão/caudal do gás em GAM.

Bloco 15 · Refrigeração, extração e segurança

Sistemas de refrigeração e de extração

Definem-se e aplicam-se em todos os processos, com adaptações:

  • Refrigeração: retira calor em fundição injetada e MIM (moldação); mantém a temperatura estável (não arrefece) em LSR e termoendurecíveis, onde o objetivo é sustentar a cura.
  • Extração: cuidado redobrado com peças MIM verdes (frágeis, porosas) e com peças LSR (macias, podem rasgar); em moldes com roscas, sincronizada com o mecanismo de desenroscamento.

Segurança e saúde no trabalho

Cada processo desta UC tem riscos próprios, além das regras gerais de máquinas:

  • Metal fundido: EPI térmico completo (viseira, luvas, avental resistentes ao calor), nunca aproximar objetos húmidos do metal líquido (risco de explosão de vapor).
  • Pós metálicos: risco de inalação e, em alguns metais, de explosão de pó; extração de ar e EPI respiratório na manipulação e na limpeza dos equipamentos.
  • Desmoldantes e produtos de limpeza: ventilação adequada, luvas e proteção ocular, mesmo em tarefas de manutenção de rotina.

Aplicar as normas de segurança não é um extra, é uma aptidão avaliada nesta UC.

Recapitulando

  • Cada processo tem a sua física própria: a contração de um pó sinterizado, de um metal fundido e de um termoplástico nunca se confundem.
  • Fundição injetada (zamak/alumínio): mesma fórmula do termoplástico, valores e materiais de molde diferentes.
  • MIM/CIM: a contração que manda é a de sinterização, fora do molde.
  • LSR/termoendurecíveis: molde quente cura o material, em vez de o arrefecer.
  • Sopro, termoformagem, roscas, multimatérias, coreback/rotativo/transferência/index, Sandwich, GAM: cada configuração resolve uma geometria ou combinação de materiais diferente.

Próximo: fichas e mini-projeto, aplicar cada regra ao processo certo.

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar: esta análise é sempre o primeiro passo, mesmo quando o técnico "já sabe" que tipo de molde vai usar. - Erro comum: saltar direto para o desenho do molde e descobrir a meio que faltava um dado sobre o material. - Exemplo: pedir à turma para listar as especificações que faltam num pedido de cliente incompleto.

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar: um molde pensado para termoplástico frio não serve, sem alterações profundas, para metal a 700°C nem para LSR que cura por calor. - Erro comum: assumir que "molde de injeção" é sempre a mesma máquina e a mesma lógica térmica. - Pergunta à turma: qual destes três processos tem o molde mais quente? (LSR/termoendurecível, de propósito).

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar que estas três categorias não são a mesma coisa e podem combinar-se (ex.: bi-matéria com um material não polimérico). - Erro comum: tratar "materiais especiais" como sinónimo de "materiais raros"; são antes materiais com física diferente do termoplástico comum. - Pergunta: qual destas três categorias já apareceu nas UCs anteriores, mesmo que só em plástico? (multimatérias, sob a forma de bi-matéria/2K).

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar: mesma fórmula, valores e materiais de molde completamente diferentes. - Erro comum: achar que, por a contração ser menor do que no PP (2%), o molde é "mais fácil"; a temperatura e o desgaste do aço compensam. - Analogia: é como usar a mesma receita de bolo com um forno muito mais quente, em que o tempo e o tabuleiro têm de mudar.

NOTAS DO PROFESSOR - Fazer a conta com a turma no quadro, passo a passo, tal como nos exemplos de termoplástico da UC anterior. - Erro comum: multiplicar só pela contração isolada (84 × 0,005) em vez de por (1+s). - Perguntar: porque é que uma contração menor não torna o molde "mais fácil" de fazer?

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar: a força do alumínio é mais do dobro, mesmo com área só um pouco maior, porque a pressão específica pesa mais. - Erro comum: usar a pressão específica de um plástico (30-35 MPa) para dimensionar um molde de fundição injetada. - Ligar à câmara fria vs quente: a câmara fria é a mais comum em zamak e alumínio de produção corrente.

NOTAS DO PROFESSOR - Este é o erro mais grave já apanhado em auditorias a este tema: sublinhar bem. - Erro comum: aplicar a fórmula do capítulo/bloco da fundição injetada (contração pequena, dentro do molde) ao MIM/CIM. - Pergunta: em que fase do processo acontece a maior parte da contração de uma peça MIM? (sinterização, fora do molde).

NOTAS DO PROFESSOR - Fazer a conta ao contrário com a turma: dividir por (1-s), não multiplicar por (1+s). - Erro comum: usar 1+s em vez de dividir por (1-s), invertendo o sentido da correção. - Reforçar: a construção física do molde (cavidade, macho, alimentação, extratores) segue a lógica do plástico; só os parâmetros e a contração mudam.

NOTAS DO PROFESSOR - Este é o segundo erro mais grave: tratar o molde quente como "má regulação". Sublinhar bem. - Erro comum: aplicar ao LSR a ideia de que "a fase mais longa do ciclo é sempre o arrefecimento", quando aqui é a cura. - Analogia: é como cozer um bolo (o forno é quente de propósito) em vez de arrefecer um gelado.

NOTAS DO PROFESSOR - Somar as fases com a turma e confirmar que bate certo, tal como nos ciclos de termoplástico da UC anterior. - Erro comum: esquecer o pré-aquecimento do termoendurecível, que acontece fora do molde e não entra no tempo de ciclo do molde propriamente dito. - LSR: infiltra-se em folgas mínimas, exigindo respiros finos e fecho apertado, para não formar rebarba.

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar a ausência de gito/canais neste processo, ao contrário de tudo o resto desta UC. - Erro comum: procurar um "ataque" ou "gito" num molde de sopro, que não existe da mesma forma. - Exemplo: mostrar uma garrafa de plástico e apontar a rebarba de fundo, sinal do corte da parisão.

NOTAS DO PROFESSOR - Comparar diretamente com o sopro: sopro parte de um tubo para peças ocas fechadas; termoformagem parte de uma chapa para peças abertas ou pouco profundas. - Erro comum: confundir o molde de termoformagem (uma face) com o de injeção (cavidade + macho fechados). - Exercício rápido: identificar 3 objetos do dia a dia feitos por termoformagem (blister de medicamentos, copo de iogurte, tabuleiro de fruta).

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar a sincronização: uma dessincronização, por pequena que seja, risca ou arranca a rosca já moldada. - Erro comum: esquecer que o curso de abertura da máquina tem de incluir o curso extra do mecanismo de desenroscamento. - Perguntar: em que situação escolherias hidráulico em vez de engrenagens? (falta de espaço, ou necessidade de desenroscar antes de abrir o molde).

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar as três verificações: contração, temperatura, adesão/retenção. Nenhuma sozinha chega. - Erro comum: combinar materiais só porque "colam bem" sem verificar a contração ou a temperatura. - Exemplo: um punho macio (TPE) sobre um corpo rígido (PA), ferramenta comum, boa para ilustrar retenção mecânica com ranhuras.

NOTAS DO PROFESSOR - Repetir a conta com outros pares de materiais e pedir à turma para concluir se são compatíveis. - Erro comum: parar na contração e esquecer as outras duas verificações (temperatura, adesão). - Ligar ao critério de desempenho "adequar os componentes constituintes do molde" à combinação escolhida.

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar a distinção rotativo vs index: rotação circular contínua vs avanço por passos. - Erro comum: usar os quatro termos como sinónimos; cada um descreve um movimento físico diferente. - Perguntar: se uma estação demora muito mais tempo do que as outras, o que acontece ao tempo de ciclo total? (fica limitado pela mais lenta).

NOTAS DO PROFESSOR - Fazer a conta do GAM com a turma e confirmar que 4,8 + 7,2 = 12. - Erro comum: pensar que o GAM substitui todo o material da peça; só oca zonas espessas específicas, mantendo a geometria exterior. - Moldes técnicos: sublinhar que "técnico" descreve a exigência funcional da peça, não um processo específico.

NOTAS DO PROFESSOR - Reforçar a distinção gito vs canal de distribuição, já vista na UC de moldes de injeção comuns. - Erro comum: assumir que todos os processos usam o mesmo tipo de gitagem só porque "todos injetam". - Pergunta: porque é que o LSR usa muitas vezes canal quente? (evita perder material já curado dentro do canal a cada ciclo).

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar: cada processo desta UC exige uma máquina com características próprias; o molde só funciona dentro desses limites. - Erro comum: escolher a máquina só pela força de fecho, sem verificar curso de abertura, unidades de injeção ou dimensões do prato. - Ligar à aptidão "identificar implicações funcionais da máquina de injeção no projeto de um molde".

NOTAS DO PROFESSOR - Contrastar refrigeração "para arrefecer" com refrigeração/controlo térmico "para manter quente" no LSR. - Erro comum: assumir que refrigeração significa sempre arrefecer; em processos de cura, o sistema térmico do molde mantém temperatura, não a reduz. - Exemplo: um extrator mal posicionado numa peça MIM verde pode fissurá-la antes da sinterização.

NOTAS DO PROFESSOR - Enfatizar: cada processo (metal fundido, pós, desmoldantes) tem regras próprias de segurança, nunca uma regra genérica só. - Erro comum: relaxar os cuidados de segurança na limpeza e manutenção, achando que só a operação em pleno risco. - Fechar com a atitude "responsabilidade pelas suas ações", central em toda a UC.