Peças plásticas injetadas são usadas cada vez mais na indústria, particularmente na automotiva, devido a sua resistência e baixo peso, quando comparado aos metais
O desenvolvimento de materiais plásticos reforçados com fibra de vidro é inegavelmente o principal fator para esse aumento. A fabricação e outros processos relativos devem se diferenciar dos métodos convencionais de termoplásticos de baixa temperatura devido a temperaturas de fusão mais altas.
Além dos plásticos reforçados com fibra de vidro existem muitos outros componentes que usam termoplásticos convencionais. Esses termoplásticos são ainda muito maleáveis para suportar roscas, sendo assim insertos roscados de latão ou aço são utilizados para permitir a fixação de elementos com rosca.
A instalação desses insertos metálicos após a injeção é mais econômica do que a moldagem com esses elementos e o aquecimento por indução é um modo comprovado de pré-aquecer os insertos antes de sua instalação.
Para o cravamento a quente os insertos são pré-aquecidos por indução e em seguida prensados nos furos das peças plásticas injetadas. Isso é conseguido posicionando-se a bobina de indução ao redor dos insertos, fazendo-se o aquecimento por alguns segundos e quando a temperatura correta é atingida em seguida é feita a inserção nos furos determinados (Fig. 1).
Uma camada fina de plástico se funde e escorre ao redor das ranhuras externas dos insertos. Imediatamente o plástico se solidifica novamente, resultando numa fixação muito superior quando comparado a outros métodos de inserção.
O material dos insertos é normalmente o latão ou o aço, cada um deles tem suas vantagens e desvantagens. O latão é não magnético e não corrosível como o aço. Contudo, o latão é um material mais mole e pode ser recozido a temperaturas baixas (232°C). O aço começa a ser recozido a 650°C. Nos plásticos reforçados com fibra de vidro os insertos têm que ser aquecidos a temperatura de 370°C para sua correta instalação, dessa forma os insertos de latão têm que ser aquecidos e inseridos rapidamente para prevenir que a rosca não seja recozida. O latão tem menor resistividade elétrica do que o aço e dessa forma requer mais potência para ser aquecido por indução. A seleção do material dos insertos é dependente das especificações da aplicação, mas o latão é o material mais utilizado na indústria.
Aquecimento por Indução
Uma instalação de aquecimento por indução básica é mostrada na Fig. 2. Ela consiste de uma fonte de potência de alta frequência que é alimentada por energia elétrica da rede. Essa fonte de potência converte a energia de entrada de 60HZ em um sinal de alta frequência que opera de 10 a 400KHZ.
Esse sinal oscilante de alta frequência alimenta um circuito tanque que, por sua vez, alimenta a bobina de indução refrigerada a água. O sinal gera um campo magnético de alta frequência dentro da bobina de indução. O inserto é colocado dentro dessa bobina. Isso gera correntes parasitas devido ao campo magnético de alta frequência, que produz o aquecimento. Um pirômetro óptico pode ser instalado para medir a temperatura dos insertos e seu sinal pode controlar a fonte de potência para que se tenha repetibilidade em cada ciclo de aquecimento.
Aqui estão alguns parâmetros críticos para o processo de inserção por indução:
• Frequência da fonte de potência: A frequência de operação da fonte de potência deve ser escolhida para fornecer energia de forma eficiente baseada no tamanho e no material dos insertos. Deve-se ter o cuidado para assegurar que esta frequência esteja acima da frequência crítica da peça para um aquecimento eficiente;
• Repetibilidade da fonte de potência: Essa é a repetibilidade do ciclo a ciclo de operação que é garantida pela especificação de fabricação das fontes devido às variações de energia elétrica e outras tolerâncias;
• Tempo de aquecimento ligado: Esse tempo deve ser controlado e preciso para que cada ciclo seja repetido com precisão para garantir a mesma temperatura nos insertos;
• Posicionamento dos insertos na bobina: Isso é dependente do dispositivo de fixação e movimentação dos insertos. A variação de posicionamento dos insertos dentro da bobina causará a variação de temperatura em cada ciclo;
• Pressão de inserção: A localização dos insertos nos furos das peças plásticas é determinada pela pressão aplicada aos insertos. Baixa pressão pode posicionar o inserto acima da posição determinada e uma sobrepressão pode causar um deslocamento de matéria plástica fundida para a superfície;
• O perfeito ajuste do inserto na peça plástica: O diâmetro do furo da peça plástica deve ser de tamanho correto para permitir que o plástico fundido possa escorrer nas ranhuras do inserto metálico. Se o furo for menor haverá excesso de plástico sendo escorrido para fora;
• Tempo de resfriamento: Um tempo de resfriamento após o ciclo de inserção é necessário para a perfeita ancoragem do inserto na peça plástica. Se esse tempo for muito curto e a pressão de inserção for aliviada rapidamente, o inserto poderá ser ejetado fora da peça plástica;
• Temperatura do inserto: A temperatura de inserção é um fator chave no sucesso desse processo. Cada inserto deve ser aquecido à mesma temperatura e mesmo tempo para se atingir um processo consistente.
Bobina de Uma Posição x Bobina de Múltiplas Posições
O sistema mais simples consiste de uma bobina com uma posição para aquecer um inserto por vez. Dependendo do número de insertos na peça plástica ou a bobina pode ser posicionada em cada um dos furos ou a peça plástica pode ser posicionada junto à bobina através de um manipulador automático ou mesa indexadora “X” e “Y”. Essa técnica é mais flexível permitindo uma mudança de posições através de software ao invés de ajuste mecânico. Pode-se também utilizar um braço-robô que move a bobina para cada posição de furo na peça plástica, nesse caso o cabeçote de aquecimento precisa ser projetado para cada aplicação (Fig. 3).
Uma bobina de aquecimento com múltiplas posições torna possível a instalação de mais de um inserto por operação na mesma peça plástica (Fig. 4). Bobinas com três ou até quatro posições já foram utilizadas para essa aplicação. A bobina normalmente fica numa mesma posição e a peça plástica é então posicionada abaixo da bobina. Os insertos para cada furo são aquecidos simultaneamente e em seguida prensados na peça plástica. A bobina de múltiplas posições requer maior potência do que a de posição única, contudo, o ciclo de produção é significativamente mais baixo.
Estudo de um caso
Uma bobina de quatro posições de aquecimento (Fig. 5) foi utilizada para aquecer quatro insertos de 8 mm de diâmetro a uma temperatura de 290oC utilizando um equipamento Ambrell EasyHeat 7590, com potência de 7,5 kW. Os insertos são aquecidos à tal temperatura em quatro segundos antes de serem prensados na peça plástica. A bobina de indução foi projetada para permitir o ajuste de cada posição de forma a atingir a mesma temperatura em todos os pontos. A variação de temperatura entre as quatro posições na bobina é corrigida e uma vez atingido o ponto ideal é feito o travamento para assegurar repetibilidade de processo. A Fig. 6 mostra a imagem térmica dos quatro insertos ao final do ciclo de aquecimento.
Conclusão
A aplicação do aquecimento por indução, quer seja feita no início do projeto da peça ou num processo já existente, tem se mostrado uma opção mais viável devido a sua habilidade de contribuir para processos de lean-manufacturing. É fácil justificar seu uso e valor devido a sua flexibilidade, tamanho reduzido, versatilidade e eficiência, representando uma opção indispensável para inúmeros processos industriais de aquecimento no mundo todo.
Tradução gentilmente realizada por Ambrell, do Brasil. Para mais informações, contate Marcos Félix, (19) 3816-1659, www.ambrell.com.
Para mais informações, contate: Dr. Girish Dahake, Ph.D., vice-presidente de Aplicações Globais da Ambrell Inc., tel: + 1 585-889-9000 (X 121); gdahake@ambrell.com; www.ameritherm.com.
