DILATAÇÃO LINEAR
É um facto bastante conhecido que o calor dilata os corpos, o que equivale a dizer que sempre que aumenta a temperatura de um corpo, as suas dimensões também aumentam (salvo algumas raras excepções).
A experiência indicada na figura seguinte ilustra bem o que foi referido anteriormente. Assim, a esfera metálica A, passa com uma pequena folga pelo anel B, encontrando-se ambos à temperatura ambiente.
Se aquecermos a esfera A e não o anel B, verificamos que a esfera já não passa pelo referido anel, o que confirma que a esfera aumentou de dimensões com o aumento da temperatura.
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| Figura 36 | Dilatação térmica de uma esfera metálica |
Vamos verificar agora o que se passa com uma barra metálica, quando submetida a um aumento de temperatura.
Consideremos a barra inicialmente à temperatura t0. Se a submetermos a um aumento de temperatura até que esta atinja o valor t, todas as suas dimensões sofrerão um aumento.
Atendendo ao facto de que o nosso objectivo é analisar a dilatação térmica dos distribuidores, devido à continuidade dos canais, interessa-nos constatar apenas a dilatação linear.
Assim, se for l0, o comprimento inicial da barra e l, o comprimento final, estamos em presença de uma variação Dl = l – l0, quando ocorre a variação Dt = t – t0, na temperatura da barra.
Se considerarmos que existe uma relação de proporcionalidade entre Dl e l0 e também entre Dl e Dt, verificado experimentalmente, então temos:
| Variação de comprimento da barra (m) | |
| Coeficiente de temperatura (ºC-1) | |
| Comprimento inicial da barra (m) | |
| Variação da temperatura (ºC) | |
Constatamos a existência de uma constante de proporcionalidade a, designada por coeficiente de temperatura, que representa o aumento que sofre cada unidade de comprimento da barra, por cada grau centígrado de aumento da temperatura.
O coeficiente de temperatura a é um valor constante para cada material e depende da sua natureza. Este valor pode ser consultado em tabelas da especialidade.
Se considerarmos que, por exemplo, o aço tem um coeficiente de temperatura a = 11×10-6 ºC-1, podemos concluir que cada unidade de comprimento deste material sofre um acréscimo de 11 milionésimos, quando a sua temperatura se eleva de 1ºC.
Das expressões anteriores conclui-se que:
| Comprimento final da barra (m) | |
| Comprimento inicial da barra (m) | |
| Coeficiente de temperatura (ºC-1) | |
| Variação da temperatura (ºC) | |
Esta expressão permite calcular o comprimento final da barra sendo conhecido o comprimento inicial, a variação da temperatura e o coeficiente de temperatura do material, dando-nos a conhecer, portanto, a sua dilatação térmica.
Existem substâncias, cuja dilatação térmica não varia com a direcção, ou seja, que o seu coeficiente de temperatura é constante em todas as direcções. Tais substâncias designam-se por isótropicas.
Existem também substâncias, cujo comportamento difere do anterior, ou seja, a sua dilatação varia segundo a direcção considerada, neste caso estamos em presença de substâncias anisótropicas. Para o caso em estudo, dilatação dos distribuidores, apenas nos é importante conhecer a dilatação térmica na direcção dos canais.
FORMAS DE COMPENSAÇÃO
Uma das dificuldades com que o projectista de moldes se depara, está relacionada com a forma como deve ser feita a compensação da dilatação térmica nos distribuidores dos moldes com canais quentes. Para ultrapassar esta dificuldade, tomemos como ponto de partida, a expressão anterior:
Consideremos como l0d, a distância compreendida entre o eixo do injector principal (coincidente com o eixo do bico de injecção da unidade injectora) e o eixo do canal do distribuidor que conduz o material plástico para o bico de injecção da cavidade, à temperatura ambiente, sendo l, a distância compreendida entre os mesmos pontos, à temperatura de processamento do material plástico, como mostra a figura 37.
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| Figura 37 | Dilatação térmica do distribuidor |
O objectivo final é garantir o perfeito alinhamento entre o canal do distribuidor e o canal do bico de injecção, de forma a que não se verifiquem zonas mortas de escoamento e por conseguinte, não aconteça nenhuma restrição na secção do canal, o que iria contribuir para o desequilíbrio do sistema.
A fim de garantir este objectivo e o bom funcionamento do sistema, o canal do distribuidor e do bico contíguo, devem encontrar-se perfeitamente alinhamos, depois de o sistema atingir a temperatura normal de processamento do material a injectar, isto é, depois de se verificar a dilatação térmica do distribuidor.
| Distância medida no distribuidor à temperatura ambiente (mm) | |
| Distância medida no molde à temperatura ambiente (mm) | |
| Coeficiente de temperatura do material de que é feito o distribuidor (ºC-1) | |
| Variação da temperatura – diferença entre a temperatura de processamento do material plástico t e a temperatura ambiente t0 (ºC) | |
PROCESSOS DE FIXAÇÃO
Os processos de fixação do distribuidor utilizados, devem garantir a estanquicidade do sistema de alimentação do material a injectar e ao mesmo tempo assegurar a compensação da dilatação térmica.
Por outro lado, tendo em consideração que a maior quantidade de calor perdido para molde é por condução através das superfícies de contacto, este deve ser reduzido ao mínimo possível, tendo sempre presente a necessidade de assegurar a resistência mecânica do sistema.
Como forma de conciliar estas situações, são utilizados espaçadores como os indicados na figura 38, que são colocados no molde como indica a figura 37, referenciados por a. Estes espaçadores são estrategicamente colocados, tendo em vista a localização dos esforços aplicados ao distribuidor.
O espaçador central, figura 39, para além de absorver a força exercida pela máquina de injecção, tem também por função fixar o distribuidor relativamente ao molde, disponibilizando-lhe apenas um grau de liberdade de rotação, posicionador translacional, referenciado na figura 37, por b.
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| Figura 38 | Configurações vulgares dos espaçadores |
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| Figura 39 | Espaçador central |
Encontrando–se o distribuidor fixado apenas ao centro, deve ser encontrada uma forma de lhe retirar o grau de liberdade de rotação, deixando sempre a possibilidade de este poder dilatar. O recurso aos pernos de posicionamento rotacional, figura 40, também referenciados por c, na figura 37, permite-nos ultrapassar estas duas condicionantes que o projectista de moldes deve ter sempre presente.
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| Figura 40 | Pernos de posicionamento rotacional |
Se analisarmos o processo de fixação de distribuidores descrito anteriormente, verificamos que não foram utilizados parafusos devido à dilatação térmica dos referidos distribuidores.
No entanto, constatamos também essa possibilidade, como se pode ver no sistema representado na figura 41.
Este processo de fixação só é possível quando o conjunto permite a utilização de parafusos com comprimento mínimo, por indicação do fabricante, cuja flexibilidade permite compensar a dilatação térmica sofrida pelo distribuidor.
A eficácia deste sistema de fixação só é garantida se, por um lado, o aperto dado aos parafusos for suficiente para não permitir a fuga de material plástico na zona de junção com os bicos e por outro lado, não for demasiado grande que impossibilite a dilatação térmica do distribuidor.
O recurso a chaves dinamométricas de aperto de parafusos e a aplicação da força de aperto indicada pelo fabricante, constituem uma garantia para o êxito do sistema com este tipo de fixação.
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| Figura 41 | Fixação de um distribuidor por meio de parafusos |