Seleção de Material para Cavidade e Núcleo
A cavidade e o núcleo são os componentes do núcleo que entram em contato direto com o PET fundido e dão forma à pré-forma. Eles operam sob condições de alta temperatura (270-290 graus) e alta pressão (150-200MPa) e devem suportar a lavagem e fricção contínuas do PET fundido. Portanto, a seleção de seus materiais deve focar na resistência ao desgaste, polibilidade e resistência à corrosão.
A resistência ao desgaste é o principal indicador para materiais de cavidade. Durante o enchimento-de alta velocidade, o PET fundido exerce um forte efeito de abrasão na superfície da cavidade, especialmente perto da entrada e em áreas salientes, como roscas de pré-formas, onde o desgaste é mais pronunciado. A resistência ao desgaste insuficiente levará à diminuição da precisão dimensional e ao aumento da rugosidade superficial da cavidade, afetando assim a aparência e a estabilidade dimensional da pré-forma. Portanto, o material da cavidade precisa ter alta dureza (normalmente maior ou igual a HRC45) e boa resistência ao desgaste. Os materiais comumente usados incluem aço inoxidável martensítico (como S136, STAVAX) e aço rápido para metalurgia do pó-(como ASP-60). S136, após tratamento térmico, pode atingir uma dureza de HRC48-52 e contém 13%-17% de cromo, exibindo excelente resistência ao desgaste e à corrosão, tornando-o adequado para moldes de pré-formas para embalagens de alimentos em geral. O ASP-60, fabricado com metalurgia do pó, possui uma dureza de HRC60-65, com tungstênio, molibdênio e outros elementos de liga superiores a 20%. Sua resistência ao desgaste é de 3 a 5 vezes maior que a do S136, tornando-o adequado para moldes de produção de alta velocidade e alto volume para garrafas de água mineral, garrafas de bebidas carbonatadas, etc.
O desempenho do polimento afeta diretamente a qualidade da superfície da pré-forma. As pré-formas PET requerem uma superfície lisa (Ra menor ou igual a 0,01 μm) para garantir alongamento uniforme e aparência estética durante a moldagem por sopro subsequente. Isto exige que o material da cavidade possua excelentes propriedades de polimento, conseguindo um acabamento espelhado através de lixamento e polimento. O aço inoxidável martensítico (como S136) é a escolha principal devido à sua alta pureza (enxofre, fósforo e outras impurezas menor ou igual a 0,01%) e microestrutura uniforme, alcançando uma rugosidade superficial de Ra0,005μm após o polimento. O aço para ferramentas de carbono comum (como Cr12), por outro lado, contém mais impurezas e é difícil de polir até um alto nível de brilho, tornando-o adequado apenas para moldes industriais de pré-formas com requisitos de qualidade de superfície mais baixos. Além disso, o tratamento de refinamento do grão também afeta o desempenho do polimento. Por exemplo, controlando os processos de forjamento e tratamento térmico, o refinamento do tamanho do grão do S136 para menos de 5 μm pode reduzir o "efeito casca de laranja" durante o polimento.
A resistência à corrosão precisa ser selecionada com base nas características da matéria-prima PET. Ao produzir pré-formas de PET contendo substâncias ácidas, alcalinas ou aditivas-(como antioxidantes e corantes), a superfície da cavidade fica suscetível à corrosão química, causando corrosão ou ferrugem, afetando a qualidade da pré-forma. Portanto, devem ser selecionados materiais com forte resistência à corrosão. Por exemplo, o aço inoxidável S136 com teor de cromo maior ou igual a 13% pode formar um filme denso de passivação de óxido de cromo, com resistência à corrosão por névoa salina superior a 1000 horas, tornando-o adequado para a produção de pré-formas PET contendo aditivos. Para corrosão ainda mais forte (como pré-formas de pesticidas), pode-se usar aço inoxidável duplex (como 2205). Seu maior teor de cromo, níquel e molibdênio proporciona resistência superior à corrosão em comparação ao aço inoxidável martensítico comum, mas o custo é correspondentemente mais alto.
Seleção de Materiais para Templates e Componentes Estruturais
Os gabaritos (gabarito móvel, gabarito fixo), pilares guia, mangas guia e outros componentes estruturais formam o esqueleto do molde, suportando a força de fixação, apoiando a cavidade e transmitindo movimento. Seus materiais exigem uma consideração cuidadosa de resistência, rigidez e usinabilidade para garantir a estabilidade geral do molde.
Resistência e rigidez são os principais requisitos para materiais de modelo. Durante o processo de fixação, o modelo deve suportar milhares de quilonewtons de força de fixação. Resistência insuficiente levará à deformação do modelo (desvio de planicidade superior a 0,01 mm/m), resultando em folga irregular de fechamento da cavidade e rebarbas na pré-forma. Portanto, o material do gabarito precisa possuir alta resistência à tração (maior ou igual a 800MPa) e módulo de elasticidade (maior ou igual a 200GPa). Os materiais comumente usados são aços pré-endurecidos (como 718H e NAK80). 718H, após tratamento de pré-endurecimento, tem uma dureza de HRC30-35, uma resistência à tração superior a 1100MPa e boa temperabilidade, tornando-o adequado para modelos grandes (tamanho maior ou igual a 1500mm). NAK80 é um aço para moldes de plástico-envelhecido com uma dureza pré{20}}endurecida de HRC38-42, que não requer tratamento térmico adicional antes da usinagem, exibe deformação mínima e é adequado para modelos de precisão de-tamanho pequeno a médio. Para moldes ultragrandes (como moldes de pré-forma de 144 cavidades), pode-se selecionar aço estrutural de liga de alta resistência (como S50C), com rigidez geral melhorada por meio de tratamento de revenido (dureza HRC28-32).
O desempenho da usinagem afeta os custos de fabricação do molde e o tempo de ciclo. Os modelos normalmente exigem vários processos de usinagem, como fresamento, perfuração e retificação; a usinabilidade do material afeta diretamente a eficiência da usinagem e o desgaste da ferramenta. O aço pré-endurecido (como 718H) tem dureza moderada e baixa resistência ao corte, permitindo que seja usinado com ferramentas de metal duro. Uma rugosidade superficial de Ra1,6μm pode ser alcançada, tornando-a adequada para processamento em lote. O aço com alto-carbono (como o aço 45#), embora mais barato, requer revenimento antes do uso, resultando em ciclos de processamento mais longos e uma tendência a gerar arestas postiças-durante o corte, afetando a qualidade da superfície. Além disso, a soldabilidade do material deve ser considerada. Embora o 718H possa ser reparado por soldagem a arco de argônio quando rachaduras locais aparecem no molde do molde, alguns aços de alta-liga são propensos a rachaduras após a soldagem, dificultando o reparo.
A resistência ao desgaste e a precisão da guia são cruciais para pilares e buchas guia. Os pilares-guia e as buchas deslizam com frequência (30-50 vezes por minuto) durante a abertura e fechamento do molde, exigindo um ajuste firme (0,005-0,01 mm) e movimento suave. Portanto, o material deve possuir boa resistência ao desgaste e estabilidade dimensional. Os pilares guia são geralmente feitos de aço com alto teor de carbono e cromo (como SUJ2), que, após têmpera e revenido, atinge uma dureza de HRC60-62. A superfície é retificada até uma espessura abaixo de Ra0,4μm, exibindo excelente resistência ao desgaste. As buchas guia, por outro lado, são feitas de liga de bronze (como ZCuSn10Pb1), que possui propriedades autolubrificantes, reduzindo o desgaste dos pilares guia e tornando-as adequadas para aplicações de lubrificação isenta de óleo. Para moldes de alta velocidade (velocidades de abertura e fechamento > 500 mm/s), os pilares guia e as buchas podem passar por tratamento de nitretação (dureza superficial HV800-1000) para melhorar ainda mais a resistência ao desgaste e prolongar a vida útil.
