O desenvolvimento de moldes de alumínio anodizado para processos de conformação a vácuo de dutos corrugados de PEAD
Muito esforço vem sendo feito para melhorar a eficiência da infraestrutura de saneamento já existente no País de minimizar o impacto que sua falta ou ineficiência caus sobre a qualidade de vida das pessoas e o meio ambiente. Porém, a escassez de recursos financeiros e a carência de produtos mais avançados do ponto de vista tecnológico são problemas enfrentados constantemente pelos profissionais da área.
O aperfeiçoamento técnico e científico dos moldes de alumínio anodizado usados na fabricação de dutos corrugados de polietileno de alta densidade (PEAD) por conformação a vácuo constitui uma inovação no País e representa um grande avanço em comparação à tecnologia de conformação e moldagem contínua de dutos por pressão positiva (pressure forming) usada atualmente, com enormes ganhos em termos de produtividade e melhoria no padrão de qualidade das peças.
Este projeto desenvolveu um sistema de moldes voltado para a conformação a vácuo para ser usado na fabricação de dutos corrugados de PEAD, viabilizando a produção em escalas superiores àquelas obtidas pela geração de ar comprimido. O novo sistema propiciou a redução dos custos de produção e abriu portas para o desenvolvimento no Brasil da tecnologia de extrusão de dutos de parede dupla, a qual poderá ser usada na fabricação de dutos corrugados para saneamento e esgoto segundo a norma europeia 13476-1, atendendo à norma brasileira ABNT NBR 15551.
Foi desenvolvida uma tecnologia para a fabricação de tubos de até 315 mm. Também foram elaborados o projeto e as máquinas de produção com as inovações necessárias, contendo a integração de todos os equipamentos para à obtenção de um sistema produtivo de diminuir custos pelo aumento do mix de produtos.
Usos e aplicação de dutos corrugados
Nos últimos 20 anos a mangueira ou tubo corrugado passou a ter um grande consumo notadamente na área de construção civil, mas também na indústria automobilística, de eletrodomésticos, médica e de bens de capital.
Equipamento necessário para fabricação de tubos corrugados
O conjunto básico para a fabricação de tubos corrugados pode ser visto na figura 2 e é sempre formado por extrusora (7), cabeçote (6), corrugador (5) e seus moldes, calha de refrigeração (4), puxador (3), picotador (2) e enrolador (1).
Quando um material é extrudado, ele é forçado através de uma abertura chamada cabeçote ou matriz. Como o material flui através da matriz, ele adquire a forma do canal da matriz.
A operação básica consiste na matéria-prima ir para dentro do canhão através do funil ou alimentador por gravidade; a rosca capta este material e o empurra diretamente para a frente em direção ao cabeçote.
A operação básica consiste na matéria-prima ir para dentro do canhão através do funil ou alimentador por gravidade; a rosca capta este material e o empurra diretamente para a frente em direção ao cabeçote.
Uma extrusora de plastificação é alimentada com grânulos de plástico sólido e a aplicação de alta pressão e temperatura transforma esse granulado em uma massa plástica viscosa, que é empurrada através do cabeçote.
Cabeçote
A extrusão de tubos exige um cabeçote equipado com as matrizes que dão o formato e as dimensões do produto a ser extrudado. Este cabeçote tem regulagem de parede precisa, além de uma protuberância (também chamada de bico) para jogar o plástico fluido dentro do molde.
No arranjo de pressão positiva, é necessário um sistema de vedação para o ar comprimido que formata o plástico contra os moldes.
No arranjo de pressão positiva, é necessário um sistema de vedação para o ar comprimido que formata o plástico contra os moldes.
Corrugador
Uma vez que o cabeçote deposita a massa plástica fluida dentro do túnel formado pelos pares de moldes, a matéria-prima é forçada contra a parede corrugada interna das ferramentas por um dos métodos de aplicação de pressão citados.
Os moldes corrugadores são as peças mais importantes do sistema e devem ser fabricados em pares, com alinhamento preciso como se cada par fosse um vagão de trem. O tamanho e o metal utilizados na fabricação dos moldes são fundamentais para que não haja barreira térmica na fabricação dos tubos.
Devido à complexidade geométrica dos produtos atuais, a fabricação otimizada de moldes e matrizes é um desafio para tal fim.
Conforme o plástico endurece, adquirindo o formato de duto corrugado, os moldes absorvem calor e devem ser resfriados. A facilidade com que o calor flui através do molde é justamente uma das característica mais importantes da ferramenta.
Os moldes corrugadores são as peças mais importantes do sistema e devem ser fabricados em pares, com alinhamento preciso como se cada par fosse um vagão de trem. O tamanho e o metal utilizados na fabricação dos moldes são fundamentais para que não haja barreira térmica na fabricação dos tubos.
Devido à complexidade geométrica dos produtos atuais, a fabricação otimizada de moldes e matrizes é um desafio para tal fim.
Conforme o plástico endurece, adquirindo o formato de duto corrugado, os moldes absorvem calor e devem ser resfriados. A facilidade com que o calor flui através do molde é justamente uma das característica mais importantes da ferramenta.
Calha de refrigeração
A calha é uma canaleta especial equipada com sprays para refrigeração adicional dos tubos corrugados.
Puxador do tipo caterpillar
Este puxador é necessário para evitar a formação de uma catenária uma espécie de curva) no tubo e para mantê-lo tensionado na saída do corrugador. É indispensável para o direcionamento ao picotador.
Picotador
Equipamento que perfura o tubo de maneira rápida e contínua com cortes ou furos radiais em toda a sua circunferência.
Enrolador
É a disposição final do tubo, enrolado e amarrado em rolos de 100, 50 e ou 20m. Pode ser manual ou motorizado.
Projeto desenvolvido
Segundo os fundamentos da termodinâmica, tem-se a equação da transformada de fourier:
qx" = qx/A = -kxdT/dx (1)
Em que o fluxo térmico (q") é proporcional à condutividade térmica de um material (k) e ao diferencial de temperatura (dT) entre duas superfícies considerando uma dada distância (dx). Portanto, o primeiro item estudado é a escolha de material adequado.
Segundo as propriedades tabeladas dos materiais, o aço possui condutividade térmica de cerca de 49,8 W/mk. enquanto o alumínio possui 130 W/m.K. Isso mostra que o alumínio é cerca de 2,5 vezes mais eficiente na transferência de calor que o aço. Como essa é uma característica essencial para os moldes, escolheu-se o alumínio como matéria-prima para o desenvolvimento. Entretanto, as propriedades mecânicas dos materiais mostram que este metal é, em geral, menos resistente ao desgaste que o aço. Como estes moldes estão em movimento e sempre deslizam por alguma superfície, foi aplicado um tratamento superficial de anodização duta sobre os moldes, que cria uma fina camada de óxido de alumínio, responsável por aumentar a dureza superficial da ferramenta e criar uma camada de proteção contra corrosão.
A partir deste ponto, no estudo em questão, os moldes foram projetados com um perfil corrugado interno especialmente calculado e desenvolvido pela TechDuto (São José dos Campos, SP) com adição de canais para utilização de vácuo e a otimização das dimensões do corrugado para redução do peso do duto a ser produzido.
A máquina-teste onde estes moldes novos seriam testados não era preparada para vácuo, então foram feitos ajustes e modificações nela para aplicação de pressão negativa na conformação dos dutos corrugados.
Segundo as propriedades tabeladas dos materiais, o aço possui condutividade térmica de cerca de 49,8 W/mk. enquanto o alumínio possui 130 W/m.K. Isso mostra que o alumínio é cerca de 2,5 vezes mais eficiente na transferência de calor que o aço. Como essa é uma característica essencial para os moldes, escolheu-se o alumínio como matéria-prima para o desenvolvimento. Entretanto, as propriedades mecânicas dos materiais mostram que este metal é, em geral, menos resistente ao desgaste que o aço. Como estes moldes estão em movimento e sempre deslizam por alguma superfície, foi aplicado um tratamento superficial de anodização duta sobre os moldes, que cria uma fina camada de óxido de alumínio, responsável por aumentar a dureza superficial da ferramenta e criar uma camada de proteção contra corrosão.
A partir deste ponto, no estudo em questão, os moldes foram projetados com um perfil corrugado interno especialmente calculado e desenvolvido pela TechDuto (São José dos Campos, SP) com adição de canais para utilização de vácuo e a otimização das dimensões do corrugado para redução do peso do duto a ser produzido.
A máquina-teste onde estes moldes novos seriam testados não era preparada para vácuo, então foram feitos ajustes e modificações nela para aplicação de pressão negativa na conformação dos dutos corrugados.
Antes da fabricação das ferramentas para teste em máquina, a empresa Femto (São Paulo, SP), em conjunto com a TechDuto, montou um estudo dos moldes projetados e da máquina-teste a ser usada para simular quais seriam os resultados obtidos e prever melhorias no projeto.
Os resultados validaram o projeto desenvolvido para a máquina-teste com redução do tempo de refrigeração do duto corrugado. Com isso, os moldes foram efetivamente fabricados e instalados na linha de produção para teste práticos.
Durante os teste práticos, utilizou-se um termovisor para fazer medições de temperatura nos moldes novos quando estes atingiram a máxima produção possível. Esta medições bateram com os resultados obtidos pelo método de elementos finitos, validando os cálculos realizados na fase de pesquisa e desenvolvimento. Utilizando as mesmas condições de máquina-teste, os moldes de alumínio anodizado com conformação a vácuo apresentaram um ganho de produção de 18% sobre os moldes de aço para conformação por ar comprimido.
Este resultados indicam que todas as premissas do desenvolvimento se mostraram corretas e o projeto como um todo foi um sucesso.
Este desenvolvimento resultará em um aumento significativo de produtividade e competitividade para a produção de dutos corrugados de parede simples para proteção de cabeamento elétricos e drenagem subterrânea.
Os resultados validaram o projeto desenvolvido para a máquina-teste com redução do tempo de refrigeração do duto corrugado. Com isso, os moldes foram efetivamente fabricados e instalados na linha de produção para teste práticos.
Durante os teste práticos, utilizou-se um termovisor para fazer medições de temperatura nos moldes novos quando estes atingiram a máxima produção possível. Esta medições bateram com os resultados obtidos pelo método de elementos finitos, validando os cálculos realizados na fase de pesquisa e desenvolvimento. Utilizando as mesmas condições de máquina-teste, os moldes de alumínio anodizado com conformação a vácuo apresentaram um ganho de produção de 18% sobre os moldes de aço para conformação por ar comprimido.
Este resultados indicam que todas as premissas do desenvolvimento se mostraram corretas e o projeto como um todo foi um sucesso.
Este desenvolvimento resultará em um aumento significativo de produtividade e competitividade para a produção de dutos corrugados de parede simples para proteção de cabeamento elétricos e drenagem subterrânea.
Fonte: http://www.arandanet.com
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