Alguns aspectos do projecto de moldes

Número de Cavidades do Molde

Moldes de Compressão e Transferência

Os moldes podem possuir uma ou várias cavidades. Desde que exista a possibilidade do molde possuir mais do que uma cavidade, maior será a produtividade e mais baixos serão os custos de produção.

Contudo, vários factores são determinantes no estabelecimento do número de cavidades, tais como:

Assim, decorre que, dos vários processos de cálculo a efectuar, considerando os vários factores intervenientes, serão obtidos diferentes números de cavidades. Deveremos considerar o valor mínimo de todos, pois esse valor estará ligado ao factor limitante de todo o processo. Esse valor deve ser ainda ajustado para o valor inferior ou superior (serão sempre poucas unidades), em caso de necessidade, por questões de aproveitamento da área disponível do prato da prensa de vulcanização. Mas será pertinente afirmar que esse valor deverá ser muito próximo do valor exigido para cumprimento dos prazos de entrega.

Vejamos então:

 

1.  Número de cavidades necessário para cumprimento das exigências do cliente em termos de prazos de entrega:

Seja A_m o número de artefactos a produzir num mês.

Teremos então, que o número de ciclos realizados por mês (C_m) será:

A produção mensal de artefactos A_m obtém-se por multiplicação do número de ciclos de produção realizados por mês (C_m), pelo número de cavidades do molde N_c1:

Resulta então que, para satisfazer a exigência do cliente, o número de cavidades a executar no molde (N_C1) deve ser:

 

2. Número de cavidades que é possível executar num molde a instalar numa prensa com pratos de determinadas dimensões

As dimensões dos pratos de uma prensa e a sua forma geométrica (quadrada ou rectangular) condicionam, como é expectável, as dimensões dos moldes a instalar e, obviamente, o número de cavidades. Também as dimensões do artefacto e a sua geometria são determinantes no número de cavidades a executar num molde. Em artefactos de maiores dimensões e volume, também a abertura dos pratos da prensa (também designada por claridade, em inglês day light) é um factor a ter em consideração.

Vamos, para exemplificar, considerar o artefacto mostrado na Figura 12. Vamos considerar ainda que o molde destina-se a ser instalado numa prensa em que os pratos têm a dimensão de 600×600 mm.

Figura 12 – Artefacto em borracha

Conhecida a dimensão dos pratos da prensa e as características dimensionais e geométricas do artefacto a produzir, devem ser efectuados estudos para definição do número de cavidades no molde. Não de trata, obviamente, de considerar apenas a área projectada do artefacto, mas sim de considerar, também, a área envolvente do artefacto no plano de partição, para execução da linha de corte de rebarba e do anel (ou cordão) de rebarbagem e, quando for caso disso, a área necessária para fixação dos machos. Estes factos obrigam a procurar a melhor disposição das cavidades, sem nunca esquecer que os artefactos têm de ser desmoldados com facilidade. Na Figura 13 são mostradas as áreas para execução da linha de corte e do anel de rebarbagem para o artefacto mostrado na Figura 12.

Figura 13 – Exigências do artefacto

O estudo da disposição mais adequada pode ser efectuado manualmente ou com o recurso a software adequado. Para o efeito é necessário conhecer a área de moldagem disponível, devendo ser considerada, de um modo geral, uma área inferior à área dos pratos de 10 a 15%.

No caso em estudo vamos admitir a utilização de uma prensa de compressão, com pratos de 600×600 mm. Vamos considerar a construção de um molde com 560×560 mm. Podem ser apresentadas várias soluções para a disposição das cavidades, de forma a proporcionarem o maior número de cavidades, uma adequada fixação dos machos e uma fácil desmoldagem dos artefactos vulcanizados. Contudo não todas satisfazem, obviamente os três requisitos referidos, muito particularmente a fixação dos machos e a extracção dos artefactos vulcanizados. Na Figura 14 são apresentadas algumas soluções aceitáveis. A disposição C é semelhante à disposição B, embora com apenas seis cavidades. Em minha opinião a melhor disposição das cavidades é a correspondente à letra D. Creio facilitar a operação de desmoldagem, exigindo uma menor movimentação do operador. Contudo, um molde foi construído com a disposição B, como pode ser observado na Figura 15.

Figura 14 – Disposições das cavidades

Figura 15 – Molde construído para o artefacto da Figura 12

 

3.  Número de cavidades mais económico

O custo de um molde é sobretudo influenciado pelo número de cavidades. Assim sendo e sempre que possível, entre limites alternativos no número de cavidades, teremos necessidade de definir o número que se revele mais económico.

Um estudo relativamente simples e que permite essa análise é ilustrado no gráfico representado na Figura 16. São estimados os custos de produção por unidade (custo de máquina e de mão-de-obra), para diferentes níveis de produtividade que resultem da utilização de moldes com diferentes números de cavidades. Irá obter-se uma linha semelhante à linha com a cor azul na figura referida.

Figura 16 – Custo total de produção em função do número de cavidades

 

O custo de matéria-prima por unidade produzida é independente do número de cavidades do molde; está representada pela linha em cor verde. Vamos admitir neste estudo que o custo do molde (linha em cor vermelha) varia de forma linear à medida que aumenta o número de cavidades; será, no entanto, um elemento a fornecer pelo fabricante de moldes. A linha na cor preta representa o custo total e, cada ponto corresponderá à soma dos valores das respectivas ordenadas dos três tipos de custos considerados.

Neste caso, a linha de custo total mostra que 7 cavidades corresponderão ao mais baixo custo total. Contudo, 6 ou mesmo 8 cavidades poderão ser utilizadas sem uma diferença significativa no custo total.

 

Moldes de Injecção

Este processo de moldagem é adequado, como já foi referido, para grandes séries de produção, com cadências de entrega também muito elevadas. O número de cavidades a executar no molde (N_C) pode ser estimado, tomando em consideração vários factores:

Assim, decorre que, dos vários processos de cálculo a efectuar, considerando os vários factores intervenientes, serão obtidos diferentes números de cavidades. Deveremos considerar o valor mínimo de todos, pois esse valor estará ligado ao factor limitante de todo o processo. Esse valor deve ser ainda ajustado para o valor inferior ou superior (serão sempre poucas unidades), em caso de necessidade, por questões de balanceamento, por exemplo. Mas será pertinente afirmar que esse valor deverá ser muito próximo do valor exigido para cumprimento dos prazos de entrega.

Vejamos então:

 

4.  Número de cavidades necessário para cumprimento das exigências do cliente em termos de prazos de entrega:

Seja Q_m o número de artefactos a produzir num mês.

Teremos então, que o número de ciclos realizados por mês (C_m) será:

A produção mensal de artefactos Q_m obtém-se por multiplicação do número de ciclos de produção realizados por mês (C_m), pelo número de cavidades do molde N_c1:

Resulta então que, para satisfazer a exigência do cliente, o número de cavidades a executar no molde (N_C1) deve ser:

 

5.  O número de cavidades existentes num molde, multiplicado pelo volume do artefacto, acrescido do volume de rebarbas, jito e canais (correspondentes a um artefacto), não deve ultrapassar a capacidade volumétrica de injecção da máquina (maximum shot volume).

Vamos admitir que o artefacto a produzir possui o volume Va (cm³) e que a quantidade de rebarba, jito e canais, originada por cada artefacto, é de Ra (cm³).

Normalmente considera-se uma utilização de 80-85% da capacidade máxima de injecção da máquina Ci (cm³); vamos considerar o valor mais desfavorável – 80%. Nestas condições, o número de cavidades que é possível executar no molde (N_C2) será:

 

6.  A máquina de injecção está construída para proporcionar uma força de fecho (F_f, Ton) (clamping force) e uma determinada pressão de injecção (P_i, kgf/cm²) (injection pressure). Assim, teremos de calcular o número de cavidades que, nas condições de força de fecho e de pressão de injecção, não deem origem a uma força de sentido oposto à força de fecho, a qual, se exceder esta última, pode dar origem a um afastamento das placas do molde e a artefactos com uma rebarba muito espessa.

Vamos então calcular o número de cavidades N_C3, compactível com as características da máquina de injecção: Força de fecho e Pressão de injecção.

A área total projectada (AT_p) pelos artefactos na linha de partição do molde obtém-se pelo produto do número de cavidades N_C3 pela área projectada por cada artefacto, A_p (cm²). Esta área pode ser obtida, por exemplo, a partir do desenho do molde. A esta área, devemos acrescentar a área projectada do jito e dos canais de injecção (A_pjc). Então teremos:

Esta área multiplicada pela pressão de injecção (P_i) (vamos considerar o valor nominal de P_i, ignorando as perdas de carga que ocorrem no sistema), representa a força F_s, (força de separação – separating force), que se opõe à força de fecho F_f . Portanto, é absolutamente necessário que F_s < F_f. Normalmente considera-se um factor de segurança de 0,8, ou seja: F_s < 0,8. F_f.

Podemos então escrever:

 Podemos então obter o valor de N_C3:

Destes três valores (Nc1, Nc2 e Nc3) deve ser considerado o valor mais baixo, que corresponde ao factor limitante do processo. Este valor deve ser arredondado para o número de cavidades, superior ou inferior, de modo a permitir uma disposição devidamente balanceada, para que ocorra um enchimento, simultâneo e homogéneo, de todas as cavidades.

O número de cavidades deve, em qualquer circunstância, possibilitar a produção de um número de artefactos que satisfaça a necessidade do cliente. Se tal não acontecer, deve ser considerada a possibilidade de construção de um segundo molde, sendo necessário, obviamente, dispor de uma outra máquina de injecção.

Nas decisões a tomar, do número de cavidades a adoptar e da eventual construção de um outro molde, devem ser analisados os aspectos económicos envolvidos. Como vimos no caso dos moldes de compressão (ver esta página), o custo do molde aumenta com o número de cavidades, de uma forma muito aproximadamente linear. Logicamente há que procurar a solução mais económica, que satisfaça o requisito do cliente, em termos de quantidade e de prazo de entrega.