Materiais para construção de moldes de injeção em plástico
Ao se iniciar um projeto a seleção de materiais é uma das atividades mais importantes. Neste artigo são apresentados os aços mais utilizados na fabricação de moldes para injeção de plástico, bem como suas principais características e suas aplicações.
Está ocorrendo uma evolução na indústria de moldes e matrizes. Ciclos de vida cada vez mais curtos tornam a produtividade e a flexibilidade de todo o processo de manufatura essencial para obter uma boa economia. O molde para injeção de plástico é uma composição em que seus vários componentes, cada qual com sua função bem definida, formam um ferramental de alta complexidade. Esta característica decorre de fatores como a interatividade entre transferência de calor, desgaste e outras peculiaridades do conjunto de peças. Os componentes que constituem o molde, para atender da melhor maneira às suas atribuições, exigindo, portanto, uma seleção apropriada dos materiais a serem empregados na sua confecção.
Materiais para construção de moldes de injeção em plástico: A seleção do aço para um molde pode não ser tão crítica quanto a seleção do plástico para o sucesso de uma aplicação. Como os plásticos são formulados para atingir uma performance numa aplicação, os aços são misturados (formando ligas) para atingir performance específica de uso. Algumas aplicações requerem um aço com alta dureza e resistência ao desgaste, enquanto outras requerem um aço altamente tenaz para vencer a fadiga mecânica. Em geral, aços com alta dureza e resistentes ao desgaste tendem a tornarem-se mais quebradiços; a seleção de um aço mais tenaz torna o molde menos resistente ao desgaste pela fricção aço-aço ou pela abrasividade de plásticos carregados. Os requisitos ou características exigidas por esses tipos de aços, comprovam a sua complexidade e os problemas que os produtores e os usuários têm de enfrentar para possibilitar o seu emprego nas melhores condições. Em princípio, o fator fundamental que possibilita o atendimento das exigências da qualidade dos aços é a composição química, os principais elementos presentes nos aços para fabricação de moldes são os seguintes: silício, carbono, manganês, níquel, cromo, vanádio, molibdênio e tungstênio.
Para a fabricação de moldes de injeção os aços utilizados devem ter boa resistência às tensões e de fácil usinabilidade e de estrutura homogênea que pode ser conseguida com o recozimento do aço. As resistências às tensões são necessárias devido as altas pressões empregadas durante a moldagem, bem como pela necessidade de suportar as tensões de flexão e as cargas de compressão. Dá-se o nome de aços ferramenta ao conjunto de aços utilizados na fabricação de ferramentas industriais, eles são de alta qualidade, produzidos sob tolerâncias de composição química e propriedades físicas. A fusão dos aços-ferramentas é realizada, normalmente, em quantidades relativamente pequenas nos fornos elétricos, tomando-se um especial cuidado com as tolerâncias de composição química e homogeneidade do produto final. Estas e outras particularidades tornam o aço-ferramenta um material de custo mais elevado do que os aços comuns. Aço carbono ou aço ligado, também conhecido como aços para construção mecânica, são destinado à fabricação de partes do porta molde, tais como placas extratoras, espaçadores e placas base, no caso do SAE 1045, mas também são utilizados para a fabricação de buchas e colunas no caso do SAE 8620, após o tratamento térmico. Os aços para fabricação de moldes são aços com médio teor de carbono com boas características de polimento e uniformidade de dureza, além de apresentarem baixa distorção, baixa resistência ao amolecimento a elevadas temperaturas, soldabilidade e polibilidade. Esses aços possuem cromo e níquel como principais elementos de liga. Aplicação: moldes para injeção ou compressão de plásticos e são classificados como grupo P. Exemplo: P20. Os aços para trabalho a quente são destinados ao trabalho a temperaturas superiores a 200ºC, caracterizando-se por apresentar, nas condições de operação, elevada dureza, resistência mecânica e ao desgaste, bem como alta temperabilidade, tenacidade, condutividade e à formação de trincas térmicas. Indicado para utilização em operações em elevadas temperaturas, condições de pressão e abrasão.
Aços indicados: Os aços indicados a seguir são os de uso corrente no Brasil, a relação apresenta as principais características dos aços indicados. Notar que os aços indicados são para uso padrão em injeção de plástico. Os aços indicados na fabricação de moldes de injeção de plásticos são aços tais como H13, P20, 718, S136, 2316 entre outros.
H13 – dos aços ferramenta para trabalho a quente endurecíveis por têmpera, os aços H13 são caracterizados por: – Boa resistência à abrasão tanto a baixa ou alta temperatura. – Excelente tenacidade e ductilidade. – Uniforme e elevado nível de usinabilidade e polibilidade – Boa resistência a altas temperaturas e a fadiga térmica – Propriedades de têmpera uniforme – Boa estabilidade dimensional durante a tempera Aplicações: injeção de moldes termoplásticos (longas produções) e moldes de partes em resinas plásticas com exigência final.
P20 – do grupo dos aços ferramenta específicos para moldes de injeção de termoplásticos, os aços P20 ainda são os aços mais utilizados para moldes de injeção de termoplásticos em geral, principalmente pelo baixo custo, fácil disponibilidade no mercado e de sua boa usinabilidade, entre outras propriedades. O P-20 é pré-beneficiado na dureza de 28 – 32 Rockwell C e aplicado universalmente onde não há requisitos de resistência à corrosão. Os aços pré-beneficiados da família P20 apresentam o maior volume de todos os aços usados em moldes. Aplicações: injeção de moldes termoplásticos. Polimento: apresenta boa polibilidade na condição de temperado e revenido.
Já as ligas de Cobre-Berílio apresentam alta condutibilidade térmica, três a quatro vezes maior que os aços e comparável ao alumínio, porém com uma resistência mecânica similar aos aços usados na fabricação de moldes. O endurecimento por precipitação é considerável e permite a esta liga atingir 40 Rockwell C, um valor de dureza compatível com o de muitos aços. O benefício é um resfriamento mais rápido e uniforme, proporcionando redução nos ciclos de moldagem e um melhor controle dimensional das peças injetadas. Aliado à durabilidade do molde.
Por fim, a escolha do aço apropriado para confecção do molde deve ser feita levando em conta não só as características realmente imprescindíveis para o caso, como também o comportamento do material durante as operações de fabricação, a própria forma da ferramenta e, finalmente o custo final da ferramenta. Como visto, o processo de seleção de aço é um processo que tem de ser conduzido com vista no “todo” da ferramenta, incluído-se aí a produção desejada, disponibilidade de aços no mercado nacional e suas características. Esta visão de conjunto contribuíra, em muito, para o máximo desempenho do molde, ou seja, ela durará à medida da necessidade do usuário.
Escolher a melhor opção para o seu molde, não é complicado quando compreende os prós e os contras de cada material, é uma parte crítica do processo que pode afetar o sucesso do seu projeto. Pesquisas feitas antes da construção de moldes e, mais importante, seleção de fornecedores, podem ajudar a garantir que você receba o desempenho esperado do seu próximo molde.