Manufactura em escala através de injecção de plásticos (Parte 3/3)

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Para a determinação dos raios dos canais segundo outro critério, de modo a calcular as quedas de pressão para os sistemas de canais para injecção de 4, 8, 16 e 32 cápsulas há que encontrar uma relação para as diferentes secções dos canais que irão alimentar cada uma das cápsulas. Dos esquemas apresentados verificamos que existem canais que são percorridos por um caudal Q igual ao caudal que irá encher a cavidade; outros canais serão percorridos por caudais iguais a 2Q e 4Q. Um bom critério para a determinação das diferentes secções do sistema de canais consiste em admitir que o gradiente de pressão a queda de pressão por unidade de comprimento do canal se deve manter constante ao longo de todo o escoamento. Para escoamentos isotérmicos tal condição pode ser derivada da equação de escoamento. Sendo esta fórmula usada Δp=(((3n+1)/n)n.(Q/(πr3))n.(2LK/r)) para o cálculo da pressão de enchimento de um cilindro (neste caso de canais), podemos dizer que para termos o gradiente de pressão constante ao longo dos mesmos, tem se então (Δp/L)=constante. Portanto temos (Δp/L)=(((3n+1)/n)n.(Q/(πr3))n.(2LK/r))=constante; ou seja (Δp/L)=constante em todo o sistema de alimentação dos canais.
Podemos então retirar que (Q/r3+1/n)n=constante, então conclui-se que (Q/r1(3n+1)/n)= (2Q/r2(3n+1)/n)= (3Q/r3(3n+1)/n), sendo assim (r2/r1)(3n+1)/n=(r3/r1)(3n+1)/n=4, e apartir dessa equação podemos chegar facilmente aos factores para futuro cálculo dos raios dos canais de alimentação e estes são os seguintes: r2=20,177r1 => r2=1,13*1,55 =>r2=1,75; e r3=40,177r1 => r3=1,28*1,55 =>r2=1,98.
Assim os canais que alimentam directamente a cápsula Q tem um diâmetro de 3,1 mm, e os canais que alimentam 2 cápsulas 2Q tem um diâmetro de r2 x 2 que é 3,5 mm, e os canais que alimentam 4 cápsulas 4Q tem um diâmetro de r3x2 que é 4,0 mm. Podendo os cálculos ser mostrado nas tabelas abaixo relativamente às IMAGENS34-36.
Dimensionamento dos canais e do gito
IMAGEM34-Dimensionamento dos canais e do gito
Dimensionamento dos canais e do gito
IMAGEM36-Dimensionamento dos canais e do gito
Dimensionamento dos canais e do gito
IMAGEM37-Dimensionamento dos canais e do gito
unidade 4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas
Canal com Q
r1
Comprimento mm 13,7 38,9 13,7 13,7
Raio mm 1,55 1,55 1,55 1,55
Canal com 2Q
r2
Comprimento mm 35,0 45,1
Raio mm 1,75 1,75
Canal com 4Q
r3
Comprimento mm 64,7 163,4
Raio mm 1,98 1,98

TABELA01-caracteristicas dos canais
unidade 4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas
Gito
Raio inicial mm 2,18 2,18 2,59 2,59
Angulo de saída º 3 3 3 3
Raio final mm 2,30 2,30 2,73 2,73
Comprimento mm 22,00 22,00 22,00 22,00

TABELA02-caracteristicas dos gitos
Para as quedas de pressão e força de fecho é usada a seguinte formula usada para o cálculo das quedas de pressão em canal de geometria cilíndrica Δp=(((3n+1)/n)n.(Q/(πr3))n.(2LK/r)), então para calcular a pressão total da área projectada, o valor da queda de pressão total é igual à soma da queda de pressão na cavidade e da quedas de pressão nos canais
Para esse cálculo têm se as caractristica do material, seja o polipropileno; com uma consistência de 7500 Pa.s; um expoente de 0,38; um coeficiente de temperatura de -0,004ºC-1; e uma temperatura de referência de 200ºC; com uma densidade do PP de 0,9.
Para o caudal e tempo de enchimento usado da da cápsula é igual a 9,4*10-6m3s-1 e o tempo de enchimento da cápsula de 0,2 segundos por hipóteses.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidade
Canal com Q
r1
Queda de Pressão em Q 32 90 32 32 Bar
Canal com 2Q
r2
Queda de Pressão em 2Q 0 0 82 105 Bar
Canal com 4Q
r3
Queda de Pressão em 4Q 0 0 151 380 Bar
Gito
Queda de Pressão em n´Q 39 51 46 60 Bar
Cápsula
Pressão de enchimento
71 71 71 71 Bar
Queda de Pressão Total 142 212 382 648 Bar

TABELA03-caractristicas dos caudais
A área projectada total é a seguinte
Para 4 cápsulas a área do fundo das 4 cápsulas mas a área dos 4 canais r1
Para 8 cápsulas a área do fundo das 8 cápsulas mais a área dos 8 canais r1
Para 16 cápsulas a área do fundo das 16 cápsulas mais a área dos 16 canais r1 e mais a área dos 8 canais r2 e a área dos 4 canais r3
Para 32 cápsulas a área do fundo das 32 cápsulas + Área dos 32 canais r1 mais área dos 16 canais r2 e a área dos 8 canais r3
Área dos fundos é π.r.fundo2
Área dos canais r1 é o comprimento dos canais r1x(r1x2)
Área dos canais r2 é o comprimento dos canais r2x(r2x2)
Área dos canais r3 é o comprimento dos canais r3x(r3x2)

4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades

Queda de Pressão Total 142 212 382 648 bar
Nº de Canais com Q (r1) 4 8 16 32
Nº de Canais com 2Q (r2) 8 16
Nº de Canais com 4Q (r3) 4 8
Área projectada 3,39x10-3 7,40x10-3 15,55x10-3 34,80x10-3 m2
Força de fecho 5 16 59 225 Ton.
Dimensionamento dos canais/gito Æ3,1/Æ4,6 Æ3,1/Æ 4,6 Æ3,5/Æ 5,5 Æ3,5/Æ5,5 mm

TABELA03-caractristicas dos dimensionamentos
Para o aproveitamento do plástico o peso das cápsulas por injecção g é designado pelo volume da cápsula vezes o número de cápsulas a multiplicar pela densidade do polipropileno. Assim o peso dos canais (g) é equivalente ao número de canais com Qπr12 vezes o comprimento do canal r1 com a soma dos números de canais com 2Qπr22 multiplicando por comprimento do canal r2 e somando pelo número de canais com 4Qπr32 vezes o comprimento do canal r3 isto tudo a multiplicar pela densidade do polipropileno. Assim o peso do gito (g) é equivalente a π(raio médio)2 vezes o comprimento do gito e densidade do polipropileno e o peso total iinjectado é o peso das cápsulas por injecção mais o peso dos canais e o peso do gito. O peso aproveitado é equivalente ao peso das cápsulas por injecção a multiplicar pelo valor de 1,1, porque só 10 % do plástico não virgem é misturado com material virgem para nova injecção.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas
Peso das cápsulas por injecção (g) 6,75 13,50 27,01 54,02
Peso dos canais (g) 0,37 2,11 6,78 23,72
Peso do gito (g) 0,31 0,31 0,44 0,44
Peso total Injectado 7,44 15,93 34,23 78,17
Peso aproveitado 7,43 14,85 29,71 59,42
Peso aproveitado (%) 99,9 93,3 86,8 76,1

TABELA04-caractristicas dos pesos e aproveitamentos
Ou seja em termos de perdas temos esta situação, para um molde de 4 cápsulas temos 0,1% de plástico inutilizável, para um molde de 8 cápsulas temos 6,7%, para um molde de 16 cápsulas temos 13,2%, para um molde de 32 cápsulas temos 24%.
Para estimar o tempo de cada ciclo que é o tempo de fecho e o tempo de arrefecimento e o tempo de ejecção, em que o tempo de fecho e de ejecção podem ir de uma fracção de segundos até a uns breves segundos e a estimativa do tempo de arrefecimento para uma placa com uma determinada espessura (H) é determinada pela seguinte equação: (h2/πα).ln((8/π2).((TM-TW)/(TD-TW))); em que H é a espessura máxima da peça a ser injectada; α é a difusidade térmica; TM é a temperatura de escoamento, e TW é a temperatura do molde, e TD a temperatura de ejecção. A estimativa do tempo de arrefecimento para uma geometria cilíndrica com diâmetro (D) é determinada por (D2/23,14α).ln((0,692).((TM-TW)/(TD-TW))); aonde D é o diâmetro do cilindro a ser injectado dos canais. Sendo a difusividade térmica igual a K/ρCP seja a temperatura da fundição, sendo K a condutibilidade térmica; ρ o peso específico; Cp o calor específico com pressão constante em mm2/s.
As propriedades físicas e térmicas do polipropyleno são K igual a 0,0016W/cm; ρ igual a 0,72683 g/cm3; Cp igual a 3,01J/g, e α sendo 0,00073cm2/s.
O tempo de arrefecimento de uma cápsula é aproximadamente igual a 7 segundos, tempo este igual para todos os tipos de moldes 4, 8, 16 e 32.
As estimativa do tempo de arrefecimento dos gitos são considerados os gitos e não os canais de distribuição por estes apresentarem maior diâmetro, logo estes vão ter um tempo maior de arrefecimento, podendo-se considerar este tempo como referência para tempo de ciclo. Sendo então o tempo de arrefecimento dos gitos para um molde para 4 e 8 cápsulas aproximadamente 18 segundos para gitos com diâmetro de 4,5 mm, para o molde para 16 e 32 cápsulas é aproximadamente 26 segundos com gitos de diamento de 5,5 mm, com o tempo de abertura e fecho do molde de 5 segundos.
Pelos resultados chega-se a conclusão que a utilização de moldes de canais quentes conduzirá a uma produção de cerca de 3 vezes superiores a utilização de moldes de canais frios uma vez que não se efectua o arrefecimento de canais e gito. No entanto seguindo outro critério, poder-se-ia usar canais cujo dimensionamento seria a S máx que é a espessura média da peça a ser injectada, e tendo como referência “How to make injection Molds”, em que os canais devem solidificar em ultimo e o diâmetro dos mesmos depende da espessura média da peça a ser injectada. E portanto deve ser mais espessa que a espessura média de 1,5 mm. Logo temos S máx mais 1,5 mm, e a peça tem uma espessura média igual a 1 mm, então o valor é 2,5 mm.
Segundo este critério ter-se-ia então canais de 2,5 mm e logo o gito teriam 4 mm, o que correspondia em tempo de arrefecimento cerca de 14 segundos. Portanto segundo este critério em comparação com o sistema de canais quentes a produção seria de cerca do dobro se efectuar em moldes de canais quentes.

4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
Força de fecho 5 16 59 225 Ton.
Matéria prima injectada 7,44 15,93 34,23 78,17 g
Tempo de arrefecimento 18 18 26 26 s
Tempo de ciclo 23 23 31 31 s

TABELA05-caractristicas dos tempos de ciclo
As estimativas de produção das cápsulas na variante dos moldes de 4 e 8 cápsulas podem ser produzidas pela máquina de injecção Arburg allrounder 221 K, devido a esta ter características para produzir estas 2 variantes. A produção da variante do molde 16 cápsulas fica a cargo da máquina de injecção Arburg allrounder 320 C, tendo esta máquina características adequadas para produzir esta variante. A produção da variante do molde 32 cápsulas fica a cargo da máquina de injecção Arburg allrounder 570 C, tendo esta máquina características adequadas para produzir esta variante. Características da máquina de injecção Arburg allrounder 221 K: com força de fecho máxima de 250 KN ou seja 25 toneladas; com parafuso de diâmetro de20 mm, e o máximo de material injectado por ciclo é de 23 gramas para um polipropyleno.
Para as características da máquina de injecção Arburg allrounder 320 C; a força de fecho máxima de 600 KN ou seja 60 toneladas; com parafuso de diâmetro de 30 mm; e o máximo de material injectado por ciclo igual a 77 gramas para um polipropyleno.
Características da máquina de injecção Arburg allrounder 570 C; a força de fecho máxima de 2200 KN ou seja 225 toneladas; com um parafuso de diâmetro de 45 mm; e o máximo de material injectado por ciclo de 232 gramas para um polipropyleno.
Produção horária teórica por turnos seja o tempo de ciclo em turnos de turnos de 8 horas com a produção por “n” turnos por dia igual a 8 horas a multiplicar por 3600 segundos sobre o valor do tempo de ciclo, isto a multiplicar pelo número de capsulas no molde.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
Tempo de ciclo
23 23 31 31 s
1 Turno 5009 10017 14865 29729 cápsulas
2 Turno 10017 20035 29729 59458 cápsulas
3 Turno 15026 30052 44594 89187 cápsulas

TABELA06-Produção diária
A estimativa da amortização das máquinas sabendo o preço da matéria-prima, que neste caso é polipropyleno é de aproximadamente de 1€ por Kg, e os preços das máquinas de injecção de plástico variam de 30000 a 152000 €
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
Capacidade de plastificação/injecção 23 23 77 232 g
Diâmetro do parafuso da injectora 20 20 30 45 mm
Força de fecho 25 25 60 225 Ton.
Dimensão dos pratos 342 x 250 342 x 250 446 x 446 570 x 570 mm
Preço 30.000 36.000 60.000 152.000

TABELA07-Caractristicas das máquinas de injecção
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
Anos de amortização
7 7 7 7 anos
Dias anuais de trabalho 220 220 220 220 dias
Custos anuais de manutenção 10% 10% 10% 10%
1 turno 4,140 4,968 8,279 20,974
2 turno 2,070 2,484 4,140 10,487
3 turno 1,380 1,656 2,760 6,991

TABELA08-Caractristicas dos custos e amortizações das máquinas
O custo horário da rubrica do investimento em capital e o custo do capital por milheiro é igual ao custo horário sobre a produção horário vezes mil.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
1 Turno
6,62 3,97 4,46 5,64 € / Mil cápsulas
2 Turno 3,31 1,98 2,23 2,82 € / Mil cápsulas
3 Turno 2,20 1,32 1,49 1,88 € / Mil cápsulas

TABELA09-Caractristicas dos preços e capsulas
O custo com o pessoal seja os custos de pessoal por turno são constantes, os custos por milheiro dependerá do tipo de molde. Seja um salário mensal de 800 € admitindo-se que o salário é independente de eventuais subsídios de turno, custo patronal segurança social e seguro de 25 % em 14 meses de pagamento e com 11 meses de trabalho, então o custo por turno é ((800x14)x1,25)/220 que equivale a 63,64€.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
1 Turno
12,71 6,35 4,28 2,14 € / Mil cápsulas
2 Turno 12,71 6,35 4,28 2,14 € / Mil cápsulas
3 Turno 12,71 6,35 4,28 2,14 € / Mil cápsulas

TABELA10-Caractristicas do custo de pessoal
O custo da matéria-prima como o plástico aumenta ligeiramente com o tamanho do molde por causa dos desperdícios. Então o volume de um milheiro é 1,88*10-3m3, a densidade igual a 0,9*103Kg/m3, o peso do milheiro de cápsulas de 1,692Kg, e o preço do PP a 1€/kg
O custo do material necessário à produção de um milheiro de cápsulas então é o custo da matéria-prima igual ao peso do milheiro de cápsulas sobre o aproveitamento do plástico.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
Aproveitamento do plástico
99,9 93,3 86,8 76,1 %
Peso do milheiro de cápsulas 1,692 kg
Custo da matéria-prima (PP) 1,69 1,81 1,95 2,22

TABELA11-Caractristicas do custo da matéria-prima
Outros custos ou outras análises comparativas de resultados é a energia seja os custos horários proporcionais à potência instalada necessária a produção que aumenta com o tamanho da máquina, seja o custo por milheiro serão muito semelhantes para qualquer das situações, o custo das instalações seja proporcional ao m² de área necessária com amortização em 20 anos, gastos gerais, sendo proporcionais ao volume de negócios, seja o molde e a sua dedução numa estimativa que acresce de 50 % dos custos finais. Sendo então o custo final o custo do capital por milheiro mais o custo do pessoal por milheiro mais o custo do plástico a multiplicar por 1,5.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
1 Turno
31,52 18,20 16,03 15,01 € / Mil cápsulas
2 Turno 26,56 15,23 12,69 10,78 € / Mil cápsulas
3 Turno 24,90 14,23 11,57 9,37 € / Mil cápsulas

TABELA12-Caractristicas do custo final
Canais frios
Canais quentes
unidades
Tempo de ciclo
30 12 s
Desperdício De 1 a 24 0 %
Produção Baixa Alta Nº de cápsulas
Máquinas de injecção Exige máquinas maiores Exige máquinas menores
Força de fecho Alta Baixa Ton.
Área projectada Importante Reduzida

TABELA13-Caractristicas comparativa entre canais frios e quentes
Usando um sistema de canais quentes, a pressão necessária para o enchimento das cápsulas terá que ser calculada em função do sistema de canais que constitui o carburador. No respeitante a força de fecho, apenas teremos de considerar como área projectada a área resultante da totalidade das cápsulas propriamente ditas. Tendo em conta esta situação, a produção nas variantes de 4, 8, 16 e 32 cápsulas vão exigir uma força de fecho bastante inferior a exigida por um sistema de canais frios.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
Pressão de enchimento
71 71 71 71 bar
Área projectada 3,2x10-3 6,4x10-3 12,9x10-3 25,7x10-3
Força de fecho 2 5 9 18 Ton.
Matéria-prima injectada 6,8 13,6 27,2 54,4 g

TABELA14-Caractristicas da pressão de enchimento e forças de fecho para canais quentes
O custo horário do capital para os canais quentes, como se pode verificar nos valores acima, com o sistema de canais quentes podemos usar uma máquina mais acessível para produzir todas as variantes. A máquina de injecção Arburg allrounder 320 C, tem as características necessárias para produzir todas elas, sendo as características da força de fecho máxima de 600 KN seja 60 toneladas; com um parafuso de diâmetro de 30 mm, e com o máximo de material injectado por ciclo PP de 77g, para um polipropyleno, sendo o preço da máquina de 60000 €. Quanto ao custo horário do capital para todas as variantes é 1 turno é 8,279 €/hora; 2 turnos é 4,14 €/hora, e 3 turnos é 2,76 €/hora.

4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
Tempo de ciclo
12 12 12 12 s
1 Turno 9600 19200 38400 76800 cápsulas
2 Turno 19200 38400 76800 153600 cápsulas
3 Turno 28800 57600 115200 230400 cápsulas

TABELA15-Caractristicas produção diária teoricamente para canais quentes
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
1 Turno 6,90 3,45 1,73 0,86 € / Mil cápsulas
2 Turno 1,73 0,86 0,43 0,22 € / Mil cápsulas
3 Turno 0,77 0,38 0,19 0,10 € / Mil cápsulas

TABELA16-Caractristicas dos custos do capital para canais quentes
O custo do pessoal com os canais quentes, sabendo que o custo do pessoal foi estimado anteriormente e tendo como custo por turno igual a 63,64 € este mesmo custo também se aplica no sistema de canais quentes.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
1 Turno 6,63 3,32 1,66 0,83 € / Mil cápsulas
2 Turno 6,63 3,32 1,66 0,83 € / Mil cápsulas
3 Turno 6,63 3,32 1,66 0,83 € / Mil cápsulas

TABELA17-Caractristicas dos custos do pessoal dos canais quentes
O peso do milheiro da cápsula é o peso da cápsula a multiplicar pelo preço do polipropileno que dá
1,692kg ao preço do milheiro da cápsula de 1,692 €/mil cápsulas.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
1 Turno
22,83 12,68 7,61 5,08 € / Mil cápsulas
2 Turno 15,07 8,80 5,67 4,10 € / Mil cápsulas
3 Turno 13,63 8,09 5,31 3,93 € / Mil cápsulas

TABELA18-Caractristicas dos custos finais dos canais quentes
Esta relação corresponde a um factor calculado que indica a diferença em percentagem dos custos finais do sistema de canais quentes e frios.
4 cápsulas 8 cápsulas 16 cápsulas 32 cápsulas unidades
1 Turno
- 27,6 - 30,3 - 52,5 - 66,2 %
2 Turno - 43,3 - 42,2 - 55,3 - 62,0 %
3 Turno - 45,3 - 43,2 - 54,1 - 58,1 %

TABELA19-Relação de custos finais entre os sistemas frios e quentes
Podemos chegar a conclusão que produção com o sistema de canais quentes pode ir até 66,2% mais barata do que o sistema de canais frios. Logo este sistema pode-se tornar muito vantajoso.
Para estimar o preço de venda da cápsula, sabendo que a “Água da Serra da Estrela” embalou 50,8 milhões de litros de água no ano de 2005 e tendo uma fatia de 7 % do mercado nacional, o que faz uma média aproximada de 4,2 milhões de litros de água por mês.
Visitando o site de uma grande superfície, podemos ver que o pack de 4 garrafas de um litro e meio cada custa 0,96 € o que corresponde a 0,24 € por garrafa de um litro e meio, ou seja 240 € o milheiro. Têm se em conta que 4,2 milhões de litros de água por mês pode ser subdividi-la em garrafas de um litro e meio o que corresponde aproximadamente a 2,8 milhões de garrafas ou seja a mesma quantidade de cápsulas necessárias. Considerando poder ter 50 % da produção temos então o número de cápsula é igual a (28x106x50)/100 que dá 1400000 cápsulas por mês, então por dia temos 1400000 a dividir por 20 dias de trabalho o que dá 70000 cápsulas por dia.
Portanto tendo 50% da produção da “Água da Serra da Estrela” o que requer é uma produção de 70000 cápsulas por dia, utilizando o sistema convencional de canais frios somos obrigados a usar a máquina de injecção maior, usando o molde para 32 cápsulas e trabalhando com 3 turnos para conseguir corresponder as cápsulas necessárias, com o sistema de canais frios a produção com 3 turnos dá 89187 cápsulas, com um custo final por milheiro de 9,37€, atendo a estas estimativas, é atribuído o valor da cápsula por milheiro poderia ser de 10€ que correspondia a um lucro de 0,63€ por mil cápsulas.
No entanto utilizando o sistema de canais quentes, poderíamos usar uma máquina cujo valor é de duas vezes e meia inferior à máquina utilizada com sistema de canais frios, usando a variante do molde para 16 cápsulas logo o valor da maquinação do mesmo é inferior, e bastando apenas trabalhar com 2 turnos para conseguir corresponder. A produção com 2 turnos seria de 76800 cápsulas, com um custo final por milheiro de 5,67€.
Atendendo a estas estimativas, é atribuído o valor da cápsula por milheiro poderia ser de 10 €. O que correspondia a um lucro de 4,33 € por mil cápsulas ou seja um lucro 6,9 vezes superior do com o sistema de canais frios.
9- Conclusões
A pressão é uma força relativa sobre uma determinada área e é definida por várias unidades de medida, tais como o Pascal, o Bar e o P.S.I. O peso especifico é determinado segundo o peso de um determinado material pela sua unidade volumétrica. Verifica-se várias tipos de resinas termoplásticas das quais cada uma têm a suas propriedades e densidades, estas ainda podem ser usadas como ligas para melhorar as suas características mecânicas, térmicas e etc. Tendo como objectivo o fabrico de uma cápsula de uma garrafa de água em termoplástico para esta ser produzida na respectiva máquina de injecção de plásticos, têm-se em conta o seu peso e a sua espessura média (volume que ela ocupa) para determinar a sua densidade para poder escolher o tipo de matéria-prima a ser utilizado.
Verifica-se que existem vários tipos de pressão numa máquina de injecção de plásticos, a pressão de injecção em si e as suas respectivas fases, a pressão da unidade de fecho e as suas características, estas duas definam as capacidades máximas da máquina tanto da pressão de injecção como da unidade de fecho da máquina. Nos ensaios de reologia, estes determinam o índice de fluidez de uma dada matéria-prima a uma temperatura normalizada e com um peso aplicável normalizado. Na apresentação da máquina da ARBURG verifica-se que só são apresentadas algumas características da máquina e conclui-se que estas são apenas as necessárias para futuramente elaborar estimativas para o fabrico de uma determinada peça. Finalmente, após a determinação da pressão necessária para encher uma cavidade com uma geometria de um cilindro conclui-se que entre dois cilindros de mesmo comprimento, sendo um de menor diâmetro, este oferecerá maior resistência ao seu enchimento. Conclui-se que a mesma fórmula apenas pode ser utilizada para cilindros e não para outras geometrias.
Verifica-se que para estimar a pressão de enchimento de uma cápsula, a sua geometria não permite o cálculo directo. Portanto, chegamos a conclusão que existem vários métodos de estimativas para chegar ao seu cálculo. No entanto, para simplificar o cálculo da cápsula, podemos dividi-la em duas geometrias simples, uma num disco que se refere a parte do topo da cápsula e outra numa coroa que representa a parte restante da cápsula. São então aplicados as estimativas para a aba foi usada a equação para um escoamento de secção rectangular e a equação para um escoamento anular. E a estimativa para o fundo foi usado a equação para fluxos entre dois discos paralelos.
Após determinar a pressão necessária ao enchimento do fundo e da aba, são somadas as quedas de pressão de ambas e estas representam a pressão necessária para o enchimento de uma cápsula.
Após o estudo acerca dos canais quente, pode se referir que o sistema é composto basicamente por um canal de distribuição quente e dos seus respectivos periféricos. Além deste sistema, existe outro sistema como o sistema de canais de distribuição frios onde que ambos são canais normalizados. Os sistemas de canais de distribuição quentes são usados mais especificamente para os termoplásticos enquanto os sistemas de canais de distribuição frios são usados para os termoduros devido a estes ter outro comportamento a nível de contracções. Os sistemas de canais de distribuição quentes apresenta algumas vantagens em relação ao sistema convencional tais como exigir menor pressão de injecção, menor força de fecho, redução do tempo do ciclo para produzir uma peça. Também é evitado o problema de entupimento do canal e do bico frio, sendo este sistema capaz de produzir uma peça sem canais, o que origina um processo de injecção limpo não sendo necessário nenhuma reciclagem no caso do sistema convencional. Verifica-se a existência de sistemas de canais de distribuição quentes com bico fixo e móvel com válvula de fecho, e viu-se várias configurações e organização de canais de distribuição quentes como também dos vários tipos de canais e de pontos de entrada. Finalmente pode-se tirar a conclusão de que o sistema de canais quentes permite injectar uma peça qualquer com menor esforço tanto a nível de força de fecho como de pressão de injecção. Ou seja, os cálculos com o sistema de canais frios têm que se considerar os canais para os cálculos de pressão de enchimento.
Verifica-se que a máquina de injecção e os seus periféricos são equipamentos bastante dispendiosos, onde a maior carga monetária vai para a máquina de injecção.
Após o estudo do dimensionamento dos canais e do cálculo da força de fecho, para moldes de 4, 8, 16 e 32 cápsulas, verificou-se que o diâmetro dos canais de distribuição variam de 3,1 a 4 mm e os gitos de 4,6 a 5,5 mm. A força de fecho varia de 5 a 225 Toneladas e a pressão de injecção de 142 a 648 bar respectivamente. Podemos dizer que quanto maior for a necessidade de cavidades, isso pressupõe maior número de canais de distribuição e devido a disposição das mesmas o seu respectivo comprimento acentua-se o que requer necessariamente uma maior pressão de injecção e logo maior força de fecho é necessária, não esquecendo o gito que influencia também esses valores. Na determinação do volume da matéria-prima injectada, os valores vão de 7,44 a 78,17 g onde este factor é determinante a escolha da máquina de injecção. A determinação do tempo de ciclo depende principalmente do tempo de arrefecimento do plástico e principalmente do gito, os tempos de ciclo variam de 23 a 31 segundos.
Por fim, é feito a estimativa da amortização da máquina de injecção que era o objectivo inicial, e chega-se as seguintes conclusões em que a máquina mais rentável para a produção de cápsulas é a Alburg allrounder 221 K porque é a mais acessível, e esta mesma máquina mas com a variante do molde para 8 cápsulas porque tem menor desperdício de plástico não virgem que é de cerca de 6,7 %, assim comparativamente com o custo do capital por milheiro da variante do molde para 16 cápsulas a variante para 8 cápsulas apresenta um melhor compromisso.
Utilizando o sistema de canais quentes a pressão necessária para a produção das cápsulas era apenas a necessária para o enchimento de uma cápsula devido este sistema manter os canais quentes e logo elimina a resistência oferecida num sistema de canais frios. Com este sistema, não é necessário uma máquina de injecção com uma força de fecho elevada logo pode-se adquirir uma máquina bastante inferior. Não deixa desperdícios, na produção da cápsula com este sistema não fica canais nem gitos logo não há reciclado. Conclui-se que adquirindo uma máquina acessível e equipada com os sistema de canais quentes é possível produzir cápsulas na variante do molde para 16 cápsulas tendo um custo final por milheiro de 27,6 até 66,2 % inferior de uma máquina de injecção com sistema de canais frios.
Chega-se a conclusão que se pode atribuir o valor do milheiro de cápsula que é de 10 € o milheiro. Com canais frios os ganhos são de 0,63 € por milheiro, com sistema de canais quentes os ganhos são de 4,33 € por milheiro, ou seja um ganho 6,9 vezes superior ao sistema convencional de canais frios. Portanto podemos afirmar que o uso de sistemas quentes para a produção de cápsulas é o mais aconselhável e também o mais vantajoso. Em relação ao sistema de canais frios não necessita de máquinas de injecção de grande capacidade logo o preço da mesma é mais baixo, não existem desperdícios de matéria-prima, a produção é bastante superior, a área projecta é reduzida em relação ao sistema de canais frios logo exige uma força de fecho menor, o tempo de ciclo é menor logo a produção acaba por ser maior, logo os lucros finais são bastante mais vantajosos.
A produção deste post foi realizado no âmbito de um relatório académico, e tendo sido na altura produzido por um colega, dai mais uma vez colocar o agradecimento pela respectiva cedência do respectivo trabalho aonde na altura tive a praticarão na área de projecto dos desenhos CAD modelados para o respectivo relatório.
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