Desenho e Projeto de Moldes

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Todos os nossos livros passam por um rigoroso controlo de qualidade, no entanto, aconselhamos a consulta periódica do nosso site (www.fca.pt) para fazer o download de eventuais correções.

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Os nomes comerciais referenciados neste livro têm patente registada.

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Índice

Agradecimentos................................................................................................................... VII Prefácio................................................................................................................................ IX Sobre o Livro........................................................................................................................ XI 1. Generalidades............................................................................................................. 1 1.1. Introdução........................................................................................................... 1 1.2. O Molde............................................................................................................... 1 1.2.1. Estrutura do Molde................................................................................ 3 1.2.2. Máquina de Injeção............................................................................... 4 1.2.3. Sistemas de Injeção e de Extração...................................................... 5 1.2.4. Sistemas de Transferência de Calor..................................................... 8 1.2.5. Elementos Moldantes............................................................................ 9 1.3. Classificação dos Componentes de Moldes para Matérias Plásticas.............. 11 1.4. Fases do Processo para Fabrico de Moldes...................................................... 18 1.4.1. Orçamentação....................................................................................... 18 1.4.2. Adjudicação........................................................................................... 18 1.4.3. Estudo Preliminar.................................................................................. 19 1.4.4. Aprovação do Estudo Preliminar.......................................................... 21 1.4.5. Desenvolvimento do Desenho Final...................................................... 21 1.4.6. Planeamento Industrial.......................................................................... 21 1.4.7. Fabrico das Primeiras Peças................................................................ 22 1.4.8. Fundição Injetada.................................................................................. 22 1.4.9. Correções e Alterações........................................................................ 22 1.4.10. Fabrico das Segundas Peças Plásticas............................................... 23 1.4.11. Aprovação e Envio para o Cliente......................................................... 23 2. Estudo do Projeto....................................................................................................... 25 2.1. Introdução........................................................................................................... 25 2.2. Itens para o Estudo do Projeto........................................................................... 25 2.2.1. Linha de Junta....................................................................................... 26 2.2.2. Ângulos de Saída.................................................................................. 27 2.2.3. Espessura de Parede ........................................................................... 27 2.2.4. Raios de Concordância......................................................................... 28 2.2.5. Possibilidade de Colocação de Nervuras............................................. 29

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Desenho e Projeto de Moldes

2.2.6.

2.2.7.

2.2.8.

2.2.9.

2.2.10.

Escolha de Material e Contração.......................................................... 29 Sistema de Alimentação....................................................................... 32 Posição do Ataque................................................................................ 34 Zonas para Escape de Gases............................................................... 35 Extração da Peça.................................................................................. 36 2.2.10.1. Sistema de Extração por Extratores à Junta de Peça........ 38 2.2.10.2. Sistema de Extração por Extrator Tubular........................... 39 2.2.10.3. Sistema de Extração por Extrator Respigado..................... 39 2.2.10.4. Sistema de Extração por Extrator Lâmina........................... 40 2.2.10.5. Sistema de Extração por Prato Extrator ou Barra Extratora............................................................................... 40 2.2.10.6. Sistema de Extração por Ar e Válvulas de Ar...................... 41 2.2.10.7. Sistema de Extração por Barras ou Extratores com

Grande Diâmetro e Ar............................................................. 41 2.2.10.8. Sistema de Extração por Deslocamento das Buchas

do Molde............................................................................... 42 2.2.10.9. Sistema de Extração por Balancés...................................... 42 2.2.10.10. Sistema de Extração por Buchas Flexíveis......................... 42 2.2.10.11. Sistema de Dupla Extração.................................................. 43 2.2.10.12. Sistema de Extração de Peças Roscadas Redondas......... 43 2.2.11. Refrigeração/Aquecimento................................................................... 44 2.2.12. Análise da Peça em Sistemas de CAE................................................. 47 2.2.12.1. Zonas de Acumulação de Gases......................................... 49 2.2.12.2. Linhas de Soldadura............................................................ 49 2.2.12.3. Zona Fria no Fim do Enchimento......................................... 50 2.2.12.4. Facilidade no Enchimento.................................................... 51 2.2.12.5. Contribuição do Ataque para o Enchimento....................... 52 2.2.12.6. Marcas e Vazios à Superfície............................................... 53 2.2.12.7. Temperatura no Fim do Arrefecimento................................ 54 2.2.12.8. Tempo de Arrefecimento...................................................... 55 2.2.12.9. Temperatura no Fim do Enchimento.................................... 56 2.2.12.10. Pressão no Fim do Enchimento........................................... 57 3. Projeto 1 – Pirilampo Luminoso................................................................................ 59 3.1. Introdução........................................................................................................... 59 3.2. Estudo Preliminar................................................................................................ 60 3.3. Análise em Moldflow........................................................................................... 63 3.4. Análise dos Ângulos de Saída............................................................................ 70 3.5. Definição da Linha e do Plano de Junta............................................................. 71 3.6. Cálculo do Número de Cavidades...................................................................... 74 3.7. Definição de Layout do Molde............................................................................ 75 3.8. Definição de Estrutura do Molde........................................................................ 75

IV

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Índice

3.9.

3.10.

3.11.

3.12.

3.13.

3.14.

3.15.

3.16.

3.17.

Definição do Sistema de Injeção........................................................................ 77 Sistema de Refrigeração.................................................................................... 79 Aplicação de Pernos Moldantes......................................................................... 79 Estudo da Extração............................................................................................ 80 Definição da Máquina de Injeção....................................................................... 82 Estudo dos Canais de Injeção............................................................................ 83 Materiais Utilizados............................................................................................. 84 Projeto do Molde................................................................................................. 85 Lista de Materiais................................................................................................ 91

4. Projeto 2 – Puxador de Frigorífico............................................................................ 93 4.1. Introdução........................................................................................................... 93 4.2. Estudo Preliminar................................................................................................ 94 4.3. Mecanismos Especiais....................................................................................... 95 4.3.1. Mecanismo de Fecho............................................................................ 95 4.3.2. Mecanismo de Retorno de Extração.................................................... 96 4.3.3. Barra de Prisão...................................................................................... 96 4.3.4. Mecanismo de Extração Dupla............................................................. 97 4.3.5. Aceleradores de Extração..................................................................... 98 4.3.6. Retentores de Movimentos................................................................... 98 4.4. Análise em Moldflow........................................................................................... 102 4.5. Análise dos Ângulos de Saída............................................................................ 108 4.6. Definição da Linha de Junta............................................................................... 109 4.7. Definição de Layout do Molde............................................................................ 112 4.8. Definição de Estrutura do Molde........................................................................ 113 4.9. Sistema de Refrigeração/Arrefecimento............................................................ 114 4.10. Sistema de Extração........................................................................................... 116 4.11. Moldes de Múltiplas Cavidades......................................................................... 120 4.12. Materiais Utilizados............................................................................................. 121 4.13. Projeto do Molde................................................................................................. 122 4.14. Lista de Materiais................................................................................................ 128 Índice Remissivo.................................................................................................................. 131

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Agradecimentos

Aos meus colegas do CENFIM, um sincero agradecimento pelo apoio e força que me deram, em particular, ao meu colega e amigo Eng.º Américo Costa, por todo o apoio, disponibilidade e estímulo prestados ao longo da realização deste livro.

Como nada disto seria possível sozinho, dirijo um agradecimento ao Vítor Castro, da Muroplás – Indústria de Plásticos, S.A., e ao Joaquim Rainha, da Raitec 3D – Projeto de Moldes e Impressão 3D, profissionais que me apoiaram com todo o seu conhecimento e preciosas colaborações e sugestões. Agradeço também à Eng.ª Dulce Santos, da TJ Moldes, SA, pelo apoio gráfico.

Por último, um especial agradecimento a ti, minha Simone, pelo teu apoio e paciência.

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VII

Prefácio

O CENFIM – Centro de Formação Profissional da Indústria Metalúrgica e Metalomecânica, hoje reconhecido parceiro no âmbito da Formação Profissional para os colaboradores e empresas do setor, tem-se empenhado em deixar um legado que se reflete nos mais de 225 mil técnicos qualificados durante os 30 anos da sua existência, celebrados em 2015. Esse é o nosso legado imaterial relativo ao conhecimento e competência dos Recursos Humanos do setor. Porque a Formação ao Longo da Vida faz parte da nossa génese, entendemos alargar o nosso contributo agora orientado para o legado material, fruto de uma acumulação de saberes e know-how que constituem já o nosso espólio, que queremos deste modo partilhar.

Esta nova coleção, que adota a sigla MeM (Metalurgia e Metalomecânica) pretende fazer parte desse contributo, não só para os profissionais do setor, como também para o sistema de Educação e Formação, que é um dos pilares da sustentabilidade da Indústria, e porque não dizê-lo de um país. Não nos esquecemos da potencialidade da sua utilização em todos os países de língua oficial portuguesa, cuja carência de documentação técnica é também reconhecida.

A todos os leitores, o nosso obrigado por confiarem neste novo projeto, só possível com o empenho e contributo dos nossos Técnicos de Formação e Formadores, a quem fica, desde já também, o nosso reconhecido agradecimento.

Manuel Grilo Diretor do CENFIM A coleção MeM procura ser uma referência no meio editorial português com a produção de conteúdos técnicos direcionados para a formação do setor Metalomecânico.

Este setor da indústria tem sido um dos mais estimulados pela revolução tecnológica e, por isso, cada vez mais ávido de mão de obra fortemente qualificada. Nos últimos anos, a eletrónica e a informática transformaram completamente um setor que vivia num ritmo lento. Atualmente, qualquer profissional qualificado sabe seguramente mais do que saberia há duas décadas. Nesta vertiginosa mudança, é fundamental saber cada vez mais e absorver esses conhecimentos de uma forma cada vez mais célere.

Então, como resolver este problema de dotar os nossos formandos com mais conhecimento em menos tempo? Recorrendo ao próprio formando, incutindo-lhe o gosto pela autoaprendizagem e a vontade de ir sempre mais além, procurando o seu ritmo,

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IX

Desenho e Projeto de Moldes

pois cada indivíduo tem um lugar central no seu processo formativo. Para isso, precisamos de dotar o nosso sistema de formação profissional de recursos técnico-pedagógicos que facilitem e promovam um modelo de autoformação.

Os métodos de ensino aplicados na formação profissional, e no ensino em geral, baseiam-se, comummente, numa perspetiva muito homogénea e pouco individualizada. Não denotam particular atenção às dificuldades ou necessidades específicas de cada formando ou ao incremento de um desenvolvimento mais célere daqueles que evidenciam maior autonomia. A dinâmica da nossa formação está muito orientada para uma vertente expositiva e centrada no formador.

Aos professores e formadores reserva-se o anseio de que os livros sirvam de inspiração para que desenvolvam outros recursos técnico-pedagógicos, orientados para um modelo de autoformação alicerçado na autoaprendizagem. Assim, os recursos devem ser o mais completos possível, para que o formando os possa seguir com a máxima autonomia.

Américo Costa Especialista na área de CAD/CAM do CENFIM

X

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Sobre o Livro

Esta obra, complementar ao livro Desenho de Construção Metalomecânica, vem dar ao leitor as bases essenciais para uma aprendizagem autónoma na aplicação do desenho de moldes para peças de plástico.

Apresentam-se aqui as noções básicas de moldes para materiais plásticos e as fases por que passam na fabricação. São abordados os vários materiais utilizados no fabrico dos moldes e os materiais plásticos que poderão ser moldados. É dado um elevado relevo às regras de projeto que devem ser tidas em conta aquando da elaboração do molde e à importância da utilização de sistemas CAE (Computer Aided Engineering ou, em português, Engenharia Assistida por Computador) que permitem simular o processo de enchimento dentro do molde.

Sendo impossível expor toda a quantidade de formas, aplicações e inúmeros conceitos utilizados no mundo dos moldes para peças de plástico, foram escolhidos dois casos práticos, um simples e outro de media complexidade, de forma a explicar como projetar um molde passo a passo: um pirilampo luminoso para sinalização de entrada e saída de garagens e um puxador de frigorífico.

Esta obra está dividida em duas partes, sendo que a primeira é essencialmente teórica e a segunda totalmente prática. A primeira parte é constituída por dois capítulos, que apresentam uma ligeira abordagem sobre os principais fatores que envolvem a tecnologia em redor dos moldes de plásticos, como, por exemplo, os materiais, equipamentos, sistemas, componentes normalizados, metodologias e técnicas. Os dois capítulos da segunda parte apresentam dois projetos explicados passo a passo generosamente ilustrados, permitindo ao leitor uma aprendizagem autónoma das principais fases que compõem o desenho e projeto de moldes.

Software utilizado A utilização de aplicações de apoio ao Projeto Mecânico permite uma melhor eficiência no cálculo, simulação e realização dos desenhos e melhora drasticamente a exatidão e a precisão. Os softwares utilizados são o Autodesk Inventor® e o SolidWorks®, porque são aplicações de referência com forte implementação na indústria da metalomecânica, não só a nível nacional como internacional.

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Destinatários Este livro foi escrito tendo como principal objetivo e desafio primordial a formação, nomeadamente os formandos e todos os autodidatas. Porém, devido à sua vertente prática, é também indicado para estudantes e professores, bem como para os profissionais da indústria dos moldes para matérias plásticas.

Para os cursos de: Trata-se de um manual que serve os referenciais de formação dos cursos de educação e formação profissional na àrea da fabricação mecânico, sendo tambem adequado para os cursos superiores na área da indústria mecânica.

Devido a sua especificidade, é particularmente indicado para os cursos de: Técnico/a de Desenho de Construções Mecânicas; Técnico/a de Desenho de Moldes; Técnico/a Especialista em Tecnologia Mecânica; Design de Produto; Design Industrial.

Complementos na Web Os modelos e os desenhos dos dois casos práticos e algumas figuras a cores encontram-se disponíveis em www.fca.pt, até o livro se esgotar ou ser publicada nova edição atualizada ou com alterações.

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1 Generalidades 1.1. Introdução A indústria de moldes para matérias plásticas teve o seu início na década de 1940 e, em Portugal, está maioritariamente centralizada nas zonas da Marinha Grande e de Oliveira de Azeméis. Esta indústria desenvolveu-se com a importação de tecnologia estrangeira e, mais tarde, deu início à sua saga exportadora, que ainda se mantém atualmente.

O futuro da indústria de moldes está assegurado através do seu desenvolvimento tecnológico, do correto planeamento da produção e controlo de qualidade, da modernização constante dos equipamentos em utilização e do investimento na formação profissional.

A transmissão recíproca de dados relacionados com o projeto e a produção de moldes, fruto dos excelentes suportes informáticos em utilização na indústria portuguesa, tem vindo a fortalecer a relação cliente/fornecedor.

O progresso e a vanguarda evidenciados por esta indústria devem-se, além da sólida experiência e conhecimento, ao cumprimento dos prazos de entrega, ao rigoroso controlo de qualidade, à elevada experiência, à competitividade e ao investimento em alta tecnologia, fatores estes que asseguram a continuidade do fornecimento de moldes portugueses aos mercados mais exigentes do mundo.

1.2. O Molde Um molde, em termos industriais, conforme exemplificado na figura 1.1, é uma ferramenta que se destina a dar forma a um determinado material.

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Desenho e Projeto de Moldes

Figura 1.1 – Exemplo de um molde de injeção

Um molde poderá ser um modelo oco, formado por diversas peças reunidas, para nele se fundirem obras ou um modelo sólido feito de qualquer substância, pelo qual se talha ou se forma alguma coisa.

Os plásticos são materiais perfeitos para serem transformados a partir de um molde. Ao aquecerem, tornam-se maleáveis, o que facilita a sua moldação, e quando arrefecem tomam uma forma quase definitiva. Tanto podem ser moldados num modelo oco como com a intervenção de um modelo sólido.

As duas definições, anteriormente apresentadas, materializam os dois principais processos de transformação de plásticos. O primeiro compreende, por exemplo, a moldação por injeção, por compressão e por transferência. O segundo serve de base aos processos de conformação, de extrusão, de plastificação, etc.

A moldação de materiais plásticos por injeção é, sem dúvida nenhuma, o principal processo, o que exige mais técnica e o mais difundido em Portugal. O nosso país é conhecido em todo o mundo pelos seus moldes, que apresentam uma relação preço/qualidade bastante favorável. Assim, este livro foca-se fundamentalmente no molde de injeção para materiais plásticos e na moldação por injeção.

O processo de moldação por injeção consiste, como o próprio nome indica, em injetar, para o interior de um molde, material plástico aquecido a uma determinada temperatura, de modo que este preencha um modelo oco da peça que se pretende obter.

O molde de injeção para materiais plásticos é um conjunto de peças, conforme exemplificado na figura 1.1, geralmente metálico, que contém no seu interior um espaço vazio com a forma e o tamanho da peça de plástico que se pretende obter. Esse conjunto pode ser: Muito

2

simples;

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2 Estudo do Projeto 2.1. Introdução Pretende-se que a fase entre a encomenda e o início da produção seja o mais rápida possível. Com as diversas aplicações informáticas para o apoio ao cálculo e à simulação, é possível reduzir esta etapa em poucos dias.

Com base nas informações obtidas a partir das simulações, juntamente com as especificações técnicas definidas e o conhecimento das condições em que o molde irá trabalhar, procede-se à elaboração do projeto.

2.2. Itens para o Estudo do Projeto Após a adjudicação do molde por parte do cliente, dá-se o início ao estudo pormenorizado da peça. É nesta fase que o projetista deve ter mais atenção, uma vez que todos os problemas detetados são mais fáceis de resolver. Os principais itens a estudar no desenho da peça são os seguintes: Linha

de junta;

Ângulos

de saída;

Espessura Raios

de parede;

de concordância;

Possibilidade

de colocação de nervuras;

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Escolha

de material e contração;

Sistema

de alimentação;

Posição

do ataque;

Zonas

para escape de gases;

Extração

da peça;

Refrigeração/Aquecimento;

da peça em sistemas de CAE (Computer Aided Engineering ou, em português, Engenharia Assistida por Computador).

Análise

2.2.1. Linha de Junta Ao analisar a peça, dependendo da sua geometria, é definida a linha de junta. Esta linha, também denominada linha de partição, é a zona de abertura do molde onde se separa a bucha da cavidade para extrair a peça. Esta tarefa da escolha da linha de junta fica, em parte, facilitada, pelo facto de as aplicações de CAE calcularem as zonas com os ângulos de saída positivos e negativos.

Na figura 2.1 é exemplificada uma análise de linha de junta e ângulos de saída: a verde estão indicadas as faces com ângulo de saída positivo, nas faces a amarelo são requeridos ângulos de saída e a vermelho o ângulo de saída é negativo.

Ângulo negativo de 2º

Linha de junta Figura 2.1 – Análise de linha de junta e ângulos de saída (figura a cores na página do livro em www.fca.pt)

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3 Projeto 1 – Pirilampo Luminoso 3.1. Introdução De um bom projeto resultará certamente um bom molde. E o que é um bom projeto? É aquele que é mais fácil de desenhar e contém toda a informação necessária para a maquinação do molde, ou seja: A

sua injeção está no ponto mais aconselhável e é o melhor sistema para dar origem a peças resistentes e com boa apresentação;

O

seu sistema de extração é a melhor para extrair as peças plásticas livremente, sem marcas nem empenos;

O

tipo de refrigeração/aquecimento é o mais indicado e a sua localização é a mais aceitável para se conseguir a rápida “cura” do plástico e não originar pontos fracos no aço;

As

zonas moldantes do molde (cavidade e bucha) estão cotadas com metade da tolerância indicada no desenho do artigo. A outra metade será para o moldador afinar as dimensões finais do produto durante o ciclo de moldação;

Permite Indica

o mais curto ciclo de moldação;

a máquina de injeção e garante que o molde cabe entre as suas colunas;

Todos os seus componentes são de fácil maquinação e de acordo com o equipamento

instalado na fábrica onde é produzido o molde;

Indica

os locais mais aconselháveis para fugas de ar;

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Desenho e Projeto de Moldes

Os castelos de aço altos e finos serão postiços independentes, para, em caso de fratura,

serem de rápida substituição e de menores custos;

A

cavidade deve ser suficientemente resistente para não ceder às pressões de injeção;

As

peças a moldar têm saídas suficientes para uma boa desmoldagem;

As

zonas de vedação em paredes verticais têm ângulos superiores a 3º e, sempre que possível, com postiços temperados;

Em

moldações altas e/ou quando as suas paredes exteriores/interiores são moldadas do lado da cavidade e da extração, tem travamentos à linha de junta;

Todos

avaria;

os componentes do molde podem ser desmontados facilmente em caso de

Quando O

o molde abre, as peças mantêm-se no lado da extração;

curso de extração é suficiente para libertar as peças plásticas;

Em

caso de haver movimentos mecânicos, hidráulicos ou pneumáticos, tem curso suficiente para libertar as peças plásticas;

Em

caso de injeção descentrada, não faz com que a zona moldante fique fora dos pratos da máquina de injeção;

As

saídas e as entradas da refrigeração/aquecimento devem estar livres das colunas da máquina;

Quando os extratores interferirem com os elementos móveis, existem fins de curso para

garantir a recolha dos extratores antes de os referidos elementos móveis fecharem.

3.2. Estudo Preliminar O produto que se pretende produzir é a parte inferior de um pirilampo luminoso (figura 3.1) utlizado na sinalização de entrada e saída das garagens domésticas.

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4 Projeto 2 – Puxador de Frigorífico 4.1. Introdução A geometria da peça e as exigências da função que esta irá desempenhar determinam, logo à partida, muitas das características do molde, já exploradas no capítulo 2, tais como a definição dos pontos de injeção, linhas de junta e localização de extratores. Restam ainda inúmeras opções da exclusiva responsabilidade do projetista. A sua principal preocupação deverá ser dirigida para a qualidade da peça e para o modo de rápida e economicamente contornar todos os obstáculos durante o projeto do molde. Para tal, o projetista deve entender perfeitamente o significado atribuído à qualidade da peça e o modo como esta pode ser afetada.

Em função da complexidade das peças a produzir, surgem as mais diversas dificuldades de extração, sendo que, na maioria dos casos, são utilizados mecanismos especiais nos moldes de injeção. As características do produto irão determinar o uso dos mais variados tipos de mecanismos mecânicos e, diante da escolha, deve definir-se ou encontrar-se a melhor forma de aplicação.

Neste capítulo pretende-se transmitir uma breve noção sobre estes mecanismos especiais dos moldes, servindo apenas como referência, visto que a quantidade, as formas de aplicações e os conceitos utilizados são inúmeros.

Na fase do projeto são definidos os materiais a utilizar na construção do molde. Por razões de qualidade, economia, facilidade de utilização e/ou substituição, recomenda-se a maior integração possível de componentes normalizados.

Tanto os desenhos de conjunto como os desenhos dos componentes devem ser verificados com o maior cuidado, pois os erros que eles contenham têm fortes probabilidades de só virem a ser detetados na fase final de montagem do molde.

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4.2. Estudo Preliminar Neste projeto de molde, a peça a obter corresponde a um puxador de frigorífico de dimensões reduzidas (figura 4.1). O molde usado para a obtenção deste componente irá possuir quatro cavidades e um sistema de refrigeração convencional.

Furo interior Figura 4.1 – Puxador de frigorífico

O puxador é uma peça com uma forma geométrica irregular, tendo 45 mm de comprimento, 77 mm de largura e 18 mm de altura. Além disto, possui uma espessura que difere em algumas zonas, a qual varia desde uma espessura mínima de 0,45 mm até uma espessura máxima de 3,3 mm. Apesar de os dados demonstrarem que esta peça apresenta, ao nível geométrico, alguma variação na espessura, deve ser tido em consideração que a mesma possui vários detalhes, pormenores ou formas em que a direção da desmoldagem não está no mesmo sentido, o que a torna uma peça irregular. Por este motivo, serão utilizados movimentos mecânicos especiais. A figura 4.2 procura ilustrar o movimento mecânico que irá permitir a obtenção do furo no interior da peça.

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