Substituição de terminais sobre injetados em Zamak em cabos metálicos por material polimérico em componentes para automóveis

Universidade do Minho Escola de Engenharia Hélder Filipe de Oliveira Ferreira Rodrigues Substituição de terminais sobre injetados em Zamak em cabos metálicos por um material polimérico em componentes para automóveis dezembro de 2022 UMinho | 2022 Hélder Rodrigues Estudo da substituição de terminais sobre injetados em Zamak em cabos metálicos por um material polimérico em componentes para automóveis Hélder Filipe de Oliveira Ferreira Rodrigues Substituição de terminais sobre injetados em Zamak em cabos metálicos por material polimérico em componentes para automóveis Dissertação de Mestrado Mestrado em Engenharia de Polímeros Trabalho efetuado sob a orientação de Professora Doutora Carla Martins e Engenheiro Manuel Castro Universidade do Minho Escola de Engenharia dezembro de 2022 Despacho RT - 31 /2019 - Anexo 3 DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico iii Agradecimentos Após a realização deste trabalho, é impossível olhar para trás e não referir algumas pessoas sem as quais o mesmo seria impossível. A todos, que de uma forma ou de outra foram imprescindíveis, os meus sinceros agradecimentos. À minha orientadora, Profª Carla Martins por ter aceitado guiar-me neste projeto e por toda a ajuda e conselhos que me deu. À FICOSA, por ter aceitado receber-me e por me ter proporcionado as condições necessárias à realização deste trabalho. Aos colegas de trabalho, nomeadamente à Andreia Sousa, Cláudia Silva, Carlos Duarte e Paulo Oliveira, por terem ajudado na minha integração num novo ambiente e por estarem sempre disponíveis a ajudar sempre que requisitei. Ao Eng.º Duarte Couto da Madiplaste, por ter sido uma voz ativa na realização deste trabalho e por ter intermediado as conversações com fornecedores. Obrigado, também, à ROMIRA por ter cedido de boa vontade uma amostra de material para realização de ensaios. Ao Eng.º Maurício, por me ter auxiliado na realização dos ensaios de microscopia ótica. Aos meus amigos do Glassware, por todos os momentos vividos ao longo destes 5 anos e por todos que ainda estão por viver, que sem dúvida vou guardar durante toda a vida. À minha família, por todo o esforço e confiança depositada durante todo o meu percurso académico, principalmente durante este último ano de estágio curricular. À minha namorada, Joana, por todo o apoio incondicional ao longo destes anos, por ter facilitado os momentos que pareciam impossíveis de ultrapassar. Por último, muito obrigado ao meu orientador na FICOSA, Eng.º Manuel Castro, por ter sido um mentor durante estes últimos meses. Por todos os ensinamentos que me proporcionou será sem dúvida uma figura que vou levar como exemplo a seguir na minha carreira. A todos, um muito obrigado. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico iv Declaração de integridade Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico v Resumo Num momento em que o mundo atravessa uma grave crise social e económica devido à pandemia COVID 19, seguida por diversas tensões sociopolíticas que bloqueiam as cadeias de fornecimento, aumentam os custos de transporte internacionais e atrasam os prazos de entrega, causando o aumento exponencial do custo de obtenção de matérias-primas, torna-se fulcral que as empresas dinamizem as suas atividades e se adaptem a uma nova dinâmica de mercado, para conseguir reduzir custos e manter a qualidade nos seus produtos. Neste contexto, surgiu o tema da presente dissertação que consiste na substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico, para componentes da indústria automóvel. O trabalho é realizado na empresa Fico Cables, onde se produzem cabos de acionamento mecânico aplicados no interior de veículos automóveis de inúmeros produtores mundiais. Estas peças possuem pequenos componentes sobreinjetados num cabo metálico, fabricados em Zamak e sobreinjetados em plástico. O Zamak é uma liga metálica constituída por elementos como zinco, alumínio, magnésio e cobre, tendo como principal característica a elevada resistência mecânica. Este material possui um custo de produção muito elevado, com elevadas taxas de desperdício de matéria-prima na sua moldação e também alguns riscos associados à sua produção devido às elevadas temperaturas de fusão, na ordem dos 400ºC. A substituição por materiais termoplásticos permite taxas produtivas mais elevadas, a redução de etapas do processo e redução de custos produtivos. Tendo em vista a identificação e caracterização de um material termoplástico capaz de substituir as ligas de Zamak nos terminais de bloqueio de cabos metálicos, foram selecionados e testados diferentes materiais, através da realização de ensaios que pretenderam verificar diferentes fatores de controlo associados a este produto, como a geometria da peça e a interface plástico/metal. A realização de ensaios mecânicos e morfológicos permitiu aprofundar o conhecimento acerca das características da relação processamento-estrutura da peça que beneficiem a sua resistência mecânica. Por fim realizaramse também ensaios de fadiga aos componentes plásticos com o objetivo de validar a sua aplicabilidade de acordo com as normas da indústria automóvel. A poliamida aromática foi a opção mais viável para a tipologia de produto em estudo, permitindo a redução de etapas do processo e um ganho significativo de custos produtivos. Palavras-chave: Cabo de controlo, Indústria automóvel, Ligas de Zamak, Material polimérico. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico vi Abstract At a time when the world is going through a serious social and economic crisis due to the pandemic COVID 19, followed by various socio-political tensions that block supply chains, increase international transport costs and delay delivery times, causing an exponential increase in the cost of obtaining raw materials, it is crucial that companies streamline their activities and adapt to a new market dynamic, to be able to reduce costs and maintain the quality of their products. In this context, the subject of this dissertation arose, which consists in the replacement of overmolded Zamak terminals with a polymeric material for automotive industry components. The work is carried out at the company Fico Cables, which produces mechanical drive cables used inside automobiles of many world producers. These parts have small components overmolded into a metallic cable, made of Zamak and overmolded into plastic. Zamak is a metal alloy made of elements such as zinc, aluminum, magnesium and copper, and its main characteristic is its high mechanical resistance. This material has a very high production cost, with high rates of raw material waste in its molding and some risks associated with its production due to high melting temperatures, around 400ºC. The substitution by thermoplastic materials allows for higher production rates, the reduction of process steps and reduction of production costs. To identify and characterize a thermoplastic material capable of replacing Zamak alloys in metallic cable locking terminals, different materials were selected and tested, by performing tests that aimed to verify different control factors associated with this product, such as the part geometry and the plastic/metal interface. Mechanical and morphological tests allowed deepening the knowledge about the characteristics of the processing-structure relationship of the part that benefit its mechanical strength. Finally, fatigue tests were also performed on the plastic components to validate their applicability according to the automotive industry standards. The aromatic polyamide was the most viable option for the type of product under study, allowing the reduction of process steps and a significant gain in production costs. Keywords: Command Cable, Automotive industry, Zamak alloys, Polymeric material. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico vii Lista de Abreviaturas e Siglas Zamak - Zink-Akuminium-Magnesium-Kupfer (Zinco, Alumínio, Magnésio e Cobre) UAP – Unidade Autónoma de produção AFIA – Associação de Fabricantes para a Indústria Automóvel ABS - Acrilonitrilo-butadieno-estireno PC – Policarbonato PP – Polipropileno PPE – Éter de polifenileno PEEK – Poli (éter-éter-cetona) PA – Poliamida GF – Material reforçado com fibra de vidro ( glass fiber ) POM – Poliacetal NOK – Não OK DEP – Departamento de Engenharia de Polímeros Lista de Símbolos % - Percentagem Tg – Temperatura de Transição Vítrea Tm – Temperatura de Fusão E – Módulo de Elasticidade ⍴ – Massa específica 𝜎 – Desvio-padrão Lista de Unidades N – Newton kg – Quilograma g – Grama ton – Tonelada Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 15 1. Introdução 1.1. Enquadramento A indústria automóvel caracteriza-se por uma competitividade a todos os níveis em busca da qualidade máxima dos produtos. Num mercado que tem vindo a causar perdas enormes às empresas (em alguns casos fatais) devido ao elevado custo de extração do subsolo de materiais semicondutores utilizados na produção de microchips, que são o “cérebro” de qualquer sistema eletrónico, desde o carro ao telemóvel. Este acontecimento, aliado aos bloqueios comerciais sentidos desde o início da pandemia da COVID 19, inflacionaram os preços dos transportes e de aquisição de matérias-primas por parte das empresas, criando um choque em cadeia em todo o mercado de componentes para automóveis. Sem estes componentes, toda a pirâmide de fornecimento da indústria automóvel sai afetada. Torna-se então fundamental para as empresas adaptarem-se à nova realidade, procurando reduzir os seus custos de produção, sem nunca afetar a qualidade do produto final [1]. Assim surgiu o convite à realização deste projeto, por parte da FICOSA, como tentativa de perceber qual a viabilidade de substituir um material como o Zamak, com custos energéticos muito elevados, por um material polimérico com custos de produção mais reduzidos, mas que consiga garantir um bom nível de propriedades mecânicas. O Zamak é uma liga metálica constituída por zinco (Zn), alumínio (Al), magnésio (Mg) e cobre (Cu), é utilizado em inúmeras aplicações, nomeadamente em terminais de bloqueio para soluções de acionamento mecânico instalados no interior de viaturas automóveis, tais como: cabos de abertura e trancamento de portas, abertura de capô, travão de mão, caixas de velocidades ( shifters ), etc. Os cabos de controlo têm no seu interior um cabo metálico que comanda todos os movimentos de acionamento. Numa das pontas é sobre injetado um terminal em Zamak, que por sua vez sofrerá uma sobreinjeção na sua superfície de um material polimérico que visa absorver as vibrações no interior da carroçaria automóvel e, assim, diminuir a emissão de ruídos para dentro do veículo. Pretende-se com o projeto de dissertação substituir o uso do material Zamak por uma matéria-prima polimérica, com vista à redução do número de ações a realizar durante o processamento dos cabos. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 16 1.2. Objetivos O principal objetivo deste trabalho consiste na identificação e caracterização de um material polimérico capaz de substituir as ligas de Zamak nos terminais de bloqueio de cabos metálicos, tendo como ponto de partida principal o facto de estes terem um requisito mínimo de funcionamento que exige que a ligação plástico-metal seja capaz de suportar 800N num ensaio à tração. O segundo ponto a ter em conta é garantir a sua viabilidade económica comparativamente com o processo produtivo atual, pretendendo-se que esta alteração permita à empresa reduzir a sua tabela de custos de produção, diminuindo o número de encargos para metade, assim como o número de materiais utilizados. Será realizado um estudo acerca do custo do processo produtivo atual, tendo em conta o custo hora-máquina de ambas as máquinas utilizadas (máquina de Zamak e Babyplast) e o gasto monetário em ambos os materiais, considerando a massa de material necessária para cada injeção (peças + gito). Um dos objetivos será também realizar uma pesquisa bibliográfica acerca das ligas de Zamak e boas práticas da sua moldação, de modo a possuir um melhor conhecimento acerca do tema em estudo, assim como eliminar um dos processos de injeção na linha de fabrico, uma vez que este cabo sofre a sobreinjeção de Zamak e seguirá para outra máquina dentro da mesma linha onde se fará uma sobreinjeção de plástico. Se for viável substituir a injeção do Zamak por plástico, seria possível realizar estas duas etapas numa só peça maciça, sem encargos na aquisição de novos moldes, pois estes já foram adquiridos anteriormente. Por fim, espera-se identificar e corrigir quaisquer defeitos na produção destes componentes de maneira a manter a produção o mais otimizada possível. Os objetivos podem ser definidos de forma sucinta nos seguintes: • Compilação dos requisitos e especificações do produto; • Seleção de materiais poliméricos para substituição do Zamak; • Produção de peças por moldação por injeção e identificação de janela operatória; • Caracterização (mecânica e morfológica) do produto plástico; • Análise de viabilidade de novo material e processo de substituição do Zamak; • Realização de ensaios de durabilidade às peças obtidas. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 17 1.3. Metodologia Com vista à obtenção de resultados, serão selecionadas, através de softwares de bases de dados poliméricas, diversas matérias-primas de base polimérica que sejam capazes de corresponder aos requisitos do projeto e que possam ser capazes de substituir o Zamak processado por fundição nos terminais de cabos. Após a escolha da matéria-prima, esta será aplicada nos terminais dos cabos metálicos onde serão realizados ensaios destrutivos inerentes à linha de montagem com o objetivo de comparar estes dados com as especificações do produto definidas pelo cliente. Como métodos de caracterização serão usados ensaios mecânicos e de microscopia ótica. As amostras serão submetidas a ensaios de microscopia ótica de reflexão com o intuito de analisar a distribuição e dispersão das fibras de vidro presentes no material. Além disso, algumas amostras serão colocadas na lupa estereoscópica do DEP (Departamento de Engenharia de Polímeros), para observar a zona de contacto entre flor e o material plástico, e assim verificar a existência de defeitos, tais como vazios que sejam criados no interior das peças aquando de injeção. O trabalho prático será constituído por diferentes fases onde será testada a influência de diferentes fatores de controlo na resistência mecânica suportada pelas peças, como: posicionamento da flor, diâmetro da flor, criação de uma gola de plástico ao longo do cabo, aquecimento do molde, etc. À medida que forem sendo analisados os resultados, serão selecionadas as condições em estudo de forma a serem mantidas nos ensaios seguintes, até ser obtida uma condição maximizada e capaz de corresponder aos requisitos exigidos para a peça. Por fim, caso os materiais de base polimérica demonstrem ser capazes de responder aos requisitos do cliente, irá ser feita uma análise ao ganho económico associado à alteração de material, considerando o custo da matéria-prima por quilograma e o custo envolvido na produção das peças por moldação por injeção. Este projeto foca-se na linha de produção GL3 da FICOSA, onde foram iniciados estudos preliminares em anos anteriores acerca de uma possível substituição de matéria-prima, inclusive foram adquiridos os moldes necessários, no entanto um projeto de investigação como o atual nunca foi desenvolvido. Na Figura 1 apresenta-se o fluxograma de atividades que serão desenvolvidas ao longo do projeto e que foram anteriormente explicadas. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 18 Figura 1 - Fluxograma de atividades Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 19 1.4. Estrutura da Dissertação A presente dissertação é elaborada em sete fases, sendo a primeira referente à presente introdução. A secção 2 apresenta a revisão bibliográfica do conteúdo teórico das matérias a abordar, tais como: conceitos gerais da indústria automóvel e dos cabos de controlo, ligas de zinco, Zamak e o seu método de processamento. Na secção 3 efetua-se a seleção de materiais com base em alguns requisitos e especificações relevantes à tipologia de produto em questão. Apresenta-se também uma análise económica preliminar ao custo de produção deste projeto antes de serem feitas alterações. A secção 4 inicia a parte prática deste projeto, onde são descritas as condições de processamento e se realizam ensaios de injeção sob diferentes condições, procurando maximizar a resistência mecânica suportada pelas peças. É ainda incluída uma fase de caracterização estrutural e mecânica que procura dar suporte aos resultados obtidos. A análise dos resultados encontra-se na secção 5 e o trabalho termina com todas as conclusões retiradas e melhorias aplicadas ao sistema produtivo, na secção 6. 1.5. Apresentação da empresa O presente projeto foi realizado nas instalações da empresa Fico Cables, na cidade da Maia, entre março e julho de 2022, sob supervisão do engenheiro Manuel Castro, que desempenha as funções de Diretor da UAP 4 (Unidade Autónoma de Produção 4). Grupo FICOSA International A empresa Fico Cables pertence atualmente ao grupo espanhol FICOSA, fundado no ano de 1949 em Barcelona, tendo iniciado a sua produção no mercado de peças de reposição. Hoje, a FICOSA opera no setor automóvel e possui 32 unidades fabris espalhadas por 16 países de todo o mundo. Ocupa, assim, o lugar de uma das principais fornecedoras da indústria automóvel, sendo líder global no desenvolvimento e produção de espelhos retrovisores, tecnologias de visão traseira, sistemas de assistência ao condutor, sistemas de acionamento de portas e assentos, entre outros. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 20 Fico Cables No ano de 1971, num pequeno anexo em Vila Nova de Gaia nasceu a empresa Teledinâmica. Depois, em 1981, associada à primeira expansão internacional do grupo FICOSA, mudou-se para as instalações na cidade da Maia, onde, em 1993 alterou o seu nome para Fico Cables Lda., até aos dias de hoje, possuindo cerca de 1000 trabalhadores. A empresa trabalha em três principais áreas de negócio, sendo eles: sistemas de conforto (coxins e suspension mats que são aplicados no interior dos assentos e têm a função de suportar o peso do utilizador), cabos para transmissão de força mecânica (cabos de porta, capô, travão de mão, elevação de janela etc.) e um dos projetos mais recentes da Fico Cables que são os shifters (caixas de velocidades), responsáveis por realizarem a alternância de velocidades num sistema de mudanças automóvel. A Fico Cables encontra-se dividida em cinco unidades distintas, cada uma alojada no seu pavilhão industrial, são denominadas de Unidades Autónomas de Produção, trabalhando de forma independente entre si, com os seus próprios projetos e por vezes atuando também como fornecedoras internas de outras UAP’s. Estas unidades possuem as seguintes funções: • UAP 1 – Produção de bobinas de espiral e revestimento de cabo por co-extrusão. Esta UAP atua como fornecedora interna das restantes UAP’s. • UAP 2 – Linhas de montagem de cabos, injeção de terminais de espiral em plástico e primeira injeção de Zamak. • UAP 3 – Linhas de montagem de cabos com maior volume de vendas, corte de cabo e primeira injeção de Zamak. • UAP 4 – Maioritariamente responsável pela produção de sistemas de conforto e shifters . Corte, conformação e revestimento de arame. Possui também diversas máquinas de sobreinjeção verticais para fabrico de coxins. • UAP 5 – Única das 5 UAP’s que não está situada na mesma área industrial, encontra-se localizada a sensivelmente 2 quilómetros das restantes UAP’s. Produz referências em fim de vida que a empresa contratualmente deve garantir a sua produção. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 21 2. Estado de arte 2.1. Indústria automóvel 2.1.1. Conceitos gerais A indústria automóvel é uma das indústrias de maior preponderância nas economias de vários países a nível mundial, não se tratando de um setor isolado de fabrico de automóveis, mas sim de toda uma cadeia de fornecimento desde os produtores de moldes e de pequenos componentes até às gigantes multinacionais de que diariamente se ouve falar. Trata-se, assim, de toda uma cadeia interligada de fornecedores e produtores responsável por fazer chegar os automóveis ao mercado. É a indústria responsável pelo projeto, desenvolvimento, fabrico, publicidade e a venda de veículos automóveis. Devido à sua competitividade, encontra-se em constante mudança. A necessidade de produzir peças mais complexas e mais leves no sentido de se conseguir uma vantagem competitiva é uma constante em todas as empresas ligadas à produção de peças para automóveis [2]. Embora os veículos movidos a vapor tenham sido produzidos anteriormente, o início da indústria automóvel está marcado pelo desenvolvimento do motor de combustão interna em 1885, pelo alemão Carl Benz, que veio revolucionar o setor industrial. Ainda assim, os Estados Unidos dominaram completamente a indústria mundial na primeira metade do século XX, representados pela Ford e pela General Motors, duas das principais produtoras de automóveis mundiais [3][4], através da invenção de técnicas de produção em massa, no ano de 1909 por Henry Ford, aumentando assim as cadências de produção de automóveis, permitindo que o veículo automóvel passasse a estar ao alcance de qualquer trabalhador, deixando assim de ser um exclusivo dos membros mais ricos da sociedade. Na segunda metade do mesmo século, a situação alterou-se acentuadamente uma vez que os países da Europa Ocidental e o Japão se tornaram em larga escala os principais produtores e exportadores [3]. Desde a década de 1990, a relação entre fabricantes do setor automóvel e os fornecedores de componentes tem sofrido cada vez mais uma maior dependência do primeiro sobre o último. Os fornecedores de componentes tornaram-se mais envolvidos no desenvolvimento de novos projetos, isto significa que o seu papel evoluiu de simples fornecedores de peças que foram produzidas de acordo com os requisitos e especificações do cliente, para terem uma voz ativa na conceção e desenvolvimento de novos modelos de veículos. Este desenvolvimento tem sido acompanhado pelo estabelecimento de uma cadeia de fornecimento organizada em níveis ( tiers ) [4], como está descrito na Figura 2. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 22 A Europa possui uma forte tradição no fabrico de automóveis, garantindo a produção de alguns dos melhores automóveis do mercado. Representa, desta forma, um setor estratégico na União Europeia, onde são produzidos anualmente cerca de 17 milhões de automóveis e veículos comerciais, empregando 2,3 milhões de trabalhadores altamente especializados, com uma representação de 7,6% de toda a mão de obra da indústria europeia. O setor automóvel, mais precisamente o da produção de componentes, é um dos principais pilares da economia portuguesa, com uma grande vertente exportadora, onde mais de 80% de toda a sua produção se destina a outros mercados. O principal mercado de destino é a Europa, tendo as exportações aumentado 29% no período de 2007-2015, destacando-se alguns países como Espanha, Alemanha e França como principais “clientes” da indústria automóvel portuguesa [5]. Figura 2 - Cadeia de abastecimento da indústria automóvel [4] Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 23 A indústria automóvel em Portugal apresenta um forte contributo no emprego e no PIB do país. As suas três principais áreas de atividade são: fabrico de moldes, fabrico de componentes e o fabrico de viaturas automóveis. Segundo a AFIA (Associação de Fabricantes para a Indústria Automóvel), o setor de componentes para automóveis é o mais significativo dos três, com um agregado composto por cerca de 200 empresas, representa assim 42.000 postos de trabalho [5][6]. A indústria de moldes portuguesa é intrinsecamente dependente do setor automóvel, onde cerca de 85% de toda a produção de moldes nacional (maioritariamente concentrada em duas zonas geográficas principais, nomeadamente na Marinha Grande e Oliveira de Azeméis) é exportada [7]. A utilização de plásticos no setor automóvel remonta ao início do século XX, tendo sofrido um incremento exponencial ao longo dos anos. Por exemplo, a quantidade em massa de materiais plásticos num automóvel em 1960 representava cerca de 9 kg do total do automóvel, enquanto no ano de 2010 esse valor já teria aumentado para cerca de 162 kg [7]. Esta mudança no setor automóvel acontece após sucessivas exigências por parte dos governos e instituições mundiais de reduzir as emissões de dióxido de carbono (CO2) para a atmosfera, uma vez que quanto menor for a massa total do veículo, menos combustível irá ser consumido. Estima-se que uma redução de 10% na massa de um veículo permite reduzir o seu consumo de combustível na ordem dos 5-8%, que são valores astronómicos quando se pensa nos milhões de carros que circulam diariamente em todo o mundo [8][9]. A utilização de polímeros de engenharia e de elevado desempenho no setor automóvel permite uma maior liberdade a nível de design na fase de desenvolvimento do produto, quando comparado com outros materiais que são utilizados, como aço e outras ligas metálicas, que representam cerca de 85Figura 3 - Principais exportadores da indústria automóvel [5] Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 30 Os cabos metálicos podem apresentar diversas configurações, relativamente ao número de filamentos como já foi anteriormente dito, mas também relativamente ao diâmetro dos filamentos metálicos ou das respetivas camadas. Podem apresentar as seguintes constituições [20][21]: • Seale – Nesta composição, existem pelo menos 2 camadas com o mesmo número de filamentos. Os arames da camada externa possuem um diâmetro maior para fornecer resistência contra o desgaste. • Warrington – O cabo possui pelo menos uma camada com filamentos de dois diâmetros diferentes e alternados entre si. • Warrington-Seale – Esta constituição apresenta características de ambas as referidas acima. Fornecendo ao cabo elevada resistência tanto à fadiga como ao desgaste. • Filler – Apresenta uma camada de filamentos de diâmetro significativamente inferiores às restantes camadas. Aumentando a área de contacto entre filamentos, fornecendo assim uma elevada flexibilidade. Existe ainda uma outra constituição, a mais simples, onde os filamentos do cabo apresentam todos o mesmo diâmetro, estes cabos são bastante utilizados nos cabos de comando aplicados na indústria automóvel. Na Figura 9 encontram-se representadas as construções descritas anteriormente, onde o diâmetro dos filamentos encontra-se por norma situado entre 1,25mm e 1,5mm. O sentido e torção dos filamentos é também muito importante para o desempenho das cordas e dos cabos. Os cabos podem ser de torção à direita, ou de torção à esquerda, representados com a simbologia S e Z, respetivamente. Ainda assim, os filamentos podem apresentar torção à direita enquanto as cordas possuem torção à esquerda, sendo assim, é possível distinguir estes cabos em dois grupos [20]: • Tipo Regular – Os filamentos encontram-se torcidos na direção oposta à torção das cordas. • Tipo Lang – Os filamentos são torcidos na mesma direção que as cordas. Figura 9 - Construções mais comuns de um cabo metálico [21] Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 31 É possível observar estes dois tipos de enrolamento na Figura 10. 2.1.4. Terminais de Bloqueio em Zamak Os terminais de bloqueio são pequenos componentes fabricados em diferentes ligas metálicas (Figura 11), que se aplicam nas extremidades dos cabos metálicos e têm a função de suportar as tensões mecânicas aplicadas ao cabo durante o seu funcionamento. Trata-se de um constituinte fundamental dos cabos de controlo, uma vez que devem ser capazes de suportar elevadas cargas (dependendo do projeto em questão, podem ter de suportar esforços de tração superiores a 1200 N). Estes terminais podem ser processados por várias técnicas como: estampagem, forjamento, prensagem ou fundição, sendo possível encontrar terminais com diferentes geometrias (os mais típicos são os terminais em esfera e em barril) [22][23]. Estes componentes são geralmente fabricados em Zamak, que é um material capaz de fornecer uma elevada resistência à tração devido à boa adesão com o cabo metálico e ao seu elevado módulo de elasticidade (E). No entanto, trata-se de um processo pouco estável onde os custos de equipamento e manutenção são relativamente elevados. A técnica utilizada no seu fabrico é a fundição, em que o Zamak, em formato de lingotes, é aquecido num forno a uma temperatura de cerca de 450ºC e é depois sobreinjetado diretamente na superfície do cabo metálico [22]. Figura 10 - Tipos de enrolamento de filamentos metálicos [20] Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 32 De modo a aumentar a resistência do conjunto Cabo-Terminal é boa prática realizar uma deformação na extremidade do cabo de forma a dispersar os filamentos metálicos antes da injeção do Zamak [20]. A este processo dá-se o nome de “flor” e tem como objetivo aumentar a área de contacto entre o material injetado e os filamentos metálicos, aumentando substancialmente a resistência do conjunto a esforços de tração. É também possível controlar em certa medida o diâmetro da flor, sendo que a grande maioria dos conjuntos aplicados em cabos de controlo apresenta um diâmetro entre 2.5 e 3,0 ± 0,2 mm [22][24]. O processo de realização da flor apresenta uma tolerância associada ao seu diâmetro (0,2mm), uma vez que a forma de alterar o diâmetro da flor é realizada fazendo variar o curso de uma placa metálica que se pode aproximar ou distanciar da extremidade do cabo. Uma vez pressionado o botão de início do processo, a placa metálica movimenta-se sempre a mesma distância, portanto, se se aproximar a posição inicial da placa ao cabo metálico, a placa irá exercer pressão ao longo de um maior comprimento do cabo e os filamentos irão afastar-se mais da sua posição central, originando uma flor de maior dimensão. Apesar de a flor se encontrar no interior do terminal de bloqueio para aumentar a resistência do conjunto, existem algumas práticas que se devem cumprir quando se realiza este processo de modo a evitar que se reduza a resistência do terminal, nomeadamente o posicionamento da flor no molde de injeção de Zamak que deve ser o mais centrado possível, uma flor muito próxima do bico de injeção ou demasiado afastada do mesmo pode reduzir significativamente a resistência da peça quando tracionada. Outro aspeto importante a ter em conta é o posicionamento da flor relativamente ao molde. Esta deve possuir a sua extremidade o mais centrada possível relativamente à posição do cabo metálico [24]. Figura 11 - Diferentes geometrias de terminais de bloqueio metálicos Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 33 2.2. Ligas de Zinco e o seu processamento 2.2.1. Conceitos gerais O zinco (Zn) é uma substância bastante comum que surge de forma natural, tanto na água, na terra ou no ar. À temperatura ambiente é um material bastante frágil e quebradiço, começando a ganhar alguma ductilidade quando aquecido a temperaturas superiores a 110ºC. Encontra-se na posição 30 da tabela periódica e cerca de 50% das suas aplicações são direcionadas para a fabricação de metal galvanizado (devido às suas boas propriedades anticorrosivas), sendo também muito importante como material base na preparação de várias ligas metálicas [25]. Estima-se que cerca de 15% do consumo mundial de zinco seja direcionado para o fabrico de ligas à base de zinco que são posteriormente utilizadas em componentes para automóveis, sistemas elétricos, torneiras e bens domésticos, entre outros [26][27]. Cada vez mais se recorre também à produção secundária de zinco, sendo que entre 20-40% da produção global de se trata de zinco reciclado [28]. Uma vez que o zinco se trata de um material muito frágil, são-lhe adicionadas pequenas quantidades de outros elementos ligantes, como alumínio, magnésio e cobre, dando origem às ligas de Zamak, que serão abordadas no subcapítulo seguinte. Para a transformação das ligas de zinco é utilizado o processo de fundição sob pressão. Os maiores desafios prendem-se com a massa específica do zinco (cerca de 7,13 g/cm3) e a sua baixa resistência à fluência, causando assim alguma dificuldade na sua aplicação em peças espessas como em motores para automóveis, especialmente a temperaturas entre os 100-150ºC, devido ao relaxamento das ligas de zinco sob tensão [29]. A capacidade de produzir componentes com paredes de menor espessura diminui o impacto negativo que a massa específica apresenta na massa final das peças. De forma a ser possível competir com metais de menor massa específica, recorre-se à utilização de paredes ultrafinas com o auxílio de novas técnicas de processamento e adição de novos elementos como o alumínio (Al) em quantidades entre 4-5%, permitindo assim produzir paredes com cerca de 0,75mm de espessura. Com o aumento da procura, foram sendo progressivamente criadas ligas à base de zinco com cada vez maior percentagem de alumínio, respetivamente 8% e 27%, permitindo criar peças com paredes internas com espessuras inferiores a 0,3mm e melhores propriedades mecânicas. Algumas características das ligas à base de zinco são: boa resistência à corrosão, baixo ponto de fusão, boa capacidade de ser fundido sob pressão e apresenta boa estabilidade dimensional quando Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 34 fundido. As ligas de Zamak podem ser encontradas em diversas áreas e produtos como: componentes interiores para automóveis, antenas, dobradiças, porta-chaves, peças decorativas e até em moedas, como se ilustra na Figura 12. 2.2.2. Ligas Zamak As ligas de Zamak são uma família de ligas metálicas contendo zinco como o seu principal elemento, mas também outros elementos ligantes em menores proporções, como: alumínio (3,7-4,3%), cobre (0,1-3,3%) e magnésio (0,025-0,06%). Como se pode observar na Tabela 2, podem ser encontrados ainda outros elementos na sua constituição, no entanto estão presentes em quantidades muito reduzidas e consideram-se insignificantes, uma vez que alguns dos elementos das ligas Zamak são adicionados com o objetivo de anular o efeito de algumas impurezas. Uma vez que o zinco no seu estado natural é um material com pouca qualidade tanto a nível estético, como de propriedades mecânicas, como baixa rigidez, baixa ductilidade e uma estrutura interna bastante quebradiça, são adicionados na sua constituição os diferentes elementos referidos acima, em quantidades muito inferiores. Estes elementos vêm acrescentar algumas propriedades que o zinco não possui, tornando-o um material mais propício a ser utilizado em condições mais exigentes e criando uma liga com uma microestrutura mais refinada e com uma rigidez bastante superior [31]. Os teores dos referidos elementos de liga afetam diretamente as propriedades mecânicas das peças obtidas. De acordo com o conteúdo de alumínio presente, as ligas de zinco podem ser divididas em 2 grupos: • As ligas de Zamak, que podem apresentar diversos graus, nomeadamente Zamak 2, 3, 5 e 7 que contêm aproximadamente 4% de alumínio; Figura 12 - Alguns produtos fabricados em Zamak [30] Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 35 • As ligas ZA (Zinco-Alumínio), cuja quantidade de alumínio varia entre 8% e 27%, dependendo da aplicação a que o material se destina. Apresentam uma fluidez muito superior às ligas de Zamak. A liga de Zamak 5 é frequentemente utilizada quando se trabalha com fundição sob elevadas pressões, tanto de câmara quente como de câmara fria, nomeadamente quando aplicada em terminais de bloqueio em cabos metálicos para soluções de acionamento mecânico em automóveis. Relativamente aos elementos ligantes adicionados ao zinco, nomeadamente alumínio, magnésio e cobre, é importante compreender que cada um destes elementos é utilizado com um propósito e em quantidades estipuladas. Por exemplo, o alumínio apresenta uma elevada solubilidade com o zinco, sendo adicionado ao processo de fundição para aumentar a fluidez, reduzir o ponto de fusão da liga e incrementar algumas propriedades mecânicas como o alongamento [26]. O cobre é utilizado pois permite aprimorar características mecânicas como resistência à tração, dureza, resistência ao desgaste e à fluência. Por último, o magnésio é o constituinte em menores quantidades nas ligas à base de zinco, não fornecendo as mesmas propriedades que o alumínio e o cobre, mas atuando como um bloqueio à corrosão interna causada pelas impurezas. Todos estes elementos juntos formam as ligas de Zamak, não sendo possível obter uma liga com as mesmas características se algum destes materiais fosse retirado da equação [32]. As ligas de Zamak apresentam então diferentes propriedades tendo em conta o teor de cada elemento na sua constituição e, consequentemente, diferentes aplicações. As ligas mais utilizadas no processo de fundição (que será abordado no próximo subcapítulo) são as de Zamak 2, 3 e 5 e 7 e diferem pelas seguintes características: • Zamak 2 – Oferece uma maior resistência à fluência. Possui a mesma constituição do Zamak 3, com uma pequena adição de 3% de teor de cobre para aumentar a resistência em 20%. Esta liga apresenta a maior resistência mecânica entre todas as ligas de Zamak, o que influencia também o seu custo de aquisição. • Zamak 3 – Apresenta uma maior ductilidade e resistência ao impacto. Utilizada em soluções de acabamento e de revestimento de superfícies de pequenos componentes. Esta liga funciona como standard para as outras ligas. • Zamak 5 – A sua maior aplicação é no fabrico de componentes para a indústria automóvel devido à sua resistência à fluência, elevada dureza e resistência a esforços Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 36 de tração. Possui um incremento de 1% de cobre que faz aumentar em 10% a resistência geral da liga. • Zamak 7 – Modificação da liga de Zamak 3. Contém um teor de magnésio inferior o que lhe permite aumentar a fluidez e a ductilidade na fundição de peças de espessuras reduzidas. Tabela 2 - Elementos presentes nas ligas de Zamak [31] Liga Al% Cu% Mg% Fe% Pb% Cd% Sn% Si% Zn% Zamak 2 3,7-4,3 2,6-3,3 0,02-0,06 <0,005 <0,005 <0,004 <0,002 - restante Zamak 3 3,7-4,3 <0,1 0,02-0,06 <0,005 <0,005 <0,004 <0,002 <0,035 restante Zamak 5 3,7-4,3 0,7-1,2 0,02-0,06 <0,005 <0,005 <0,004 <0,002 <0,035 restante Zamak 7 3,7-4,3 <0,1 0,005-0,02 <0,005 <0,003 <0,002 <0,001 <0,035 restante 2.3. Tecnologia da Fundição 2.3.1. Conceitos Gerais Embora existam atualmente diversas formas de definir a Tecnologia da Fundição, uma das mais exatas é aquela que a identifica como uma técnica de obtenção de objetos metálicos por vazamento de um metal, ou liga metálica, no estado líquido, para o interior de uma cavidade moldante que seja dimensional e geometricamente estável, para permitir a solidificação do metal líquido no seu interior, mantendo a forma e dimensões pretendidas para o produto final. A fundição está atualmente na base de quase toda a atividade industrial. Peças geometricamente complexas e de qualquer dimensão podem ser produzidas por fundição, em qualquer tipo de liga e qualquer que seja a sua futura aplicação. Setores industriais tão diferentes como a indústria automóvel, aeronáutica e aeroespacial, construção naval, ferroviária, etc., incorporam grandes quantidades de peças fabricadas através desta tecnologia, o que revela bem o desempenho e o vasto domínio de aplicação de metais fundidos, e a importância da fundição no mundo atual [34]. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 37 Existem diversas técnicas de fundição, sendo que a seleção do processo a utilizar deve ter em conta as dimensões da peça requerida, o seu acabamento superficial, detalhes geométricos internos e externos, o número total de peças a produzir e os custos inerentes a todo o ciclo de produção. Como está representado na Figura 13, algumas das técnicas de fundição de ligas metálicas mais utilizadas são [35][36]: • Moldação não permanente em areia. • Moldação cerâmica. • Moldação metálica, que pode ser ramificada em três variantes: - Fundição injetada; - Moldação por gravidade; - Squeeze casting . Uma vez que o caso concreto deste trabalho está relacionado com a fundição injetada de ligas de Zamak, será este o processo a ser abordado e descrito no subcapítulo seguinte. 2.3.2. Fundição Injetada A fundição injetada é um processo que se adapta às necessidades de indústrias como a automóvel. É bastante utilizada pois permite obter peças exigentes do ponto de vista dimensional e com qualidade superficial. Para além disso, permite obter taxas de produção muito superiores quando comparado com Figura 13 - Variedade de processos de fundição Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 38 outros métodos de produção, sendo que grande parte dos componentes principais de um automóvel fabricados em ligas metálicas podem ser produzidos através desta tecnologia [29]. Esta tecnologia é caracterizada por uma fonte de energia hidráulica que origina pressões de injeção entre os 7 e os 350 MPa, dependendo do equipamento utilizado, que faz deslocar a grande velocidade e pressão, um metal no estado líquido, promovendo um rápido enchimento de um molde metálico [37]. Este molde, absorve as tensões exercidas pela injeção, dissipa o calor contido no metal, e facilita a remoção da peça moldada, iniciando depois um novo ciclo [38]. Com diferenças no ciclo de trabalho associado, esta técnica de fundição pode ser dividida em dois processos principais: fundição com câmara quente e fundição com câmara fria. A fundição em câmara quente utiliza o mesmo processo descrito anteriormente - o metal fundido é forçado através da cavidade de um molde pré-moldado recorrendo ao uso de pressão. A característica principal da fundição em câmara quente é que o metal é aquecido dentro da máquina de fundição ao invés de uma máquina ou forno separado. As máquinas de fundição em câmara quente apresentam um forno embutido no qual o metal é aquecido para atingir um estado fundido. É utilizado um pistão hidráulico que força o metal fundido para dentro da cavidade do molde. A fundição em câmara quente é um processo relativamente rápido, com um ciclo típico de apenas 15 a 20 segundos. Embora não seja adequado para metais com alto ponto de fusão, é ideal para ligas de zinco, ligas de estanho e ligas de chumbo, onde os pontos de fusão se situam na ordem dos 450ºC [39]. Figura 14 - Esquematização de processo de fundição em câmara quente Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 39 A fundição em câmara fria, ao contrário do que o nome indica, requer também o uso de metal aquecido que é forçado para dentro de um molde. A diferença entre os dois processos é que a fundição sob pressão em câmara quente aquece o metal dentro da própria máquina de fundição, enquanto a fundição sob pressão em câmara fria envolve o aquecimento do metal num forno separado e, em seguida, a transferência do metal para a máquina de fundição. Na fundição em câmara fria, o metal é aquecido primeiro para atingir um estado fundido. O metal fundido é então transportado para a máquina de fundição, onde é alimentado na câmara da máquina. A máquina utiliza um pistão pressurizado para forçar o metal fundido a preencher o molde. Outras ligas, como as de alumínio, que possuem pontos de fusão por volta dos 600ºC só podem ser processados usando fundição em câmara fria. As altas temperaturas necessárias para atingir um estado fundido para metais como alumínio, magnésio e cobre significam que um forno separado deve ser usado, e é por isso que alguns fabricantes escolhem a fundição em câmara fria em vez de fundição em câmara quente [40]. 2.3.3. Defeitos do processo Um defeito ou não conformidade em fundição pode ser considerado como qualquer descontinuidade em relação à qualidade requisitada para a peça que se pretende obter [41]. A ocorrência de defeitos durante o fabrico de produtos através da técnica de fundição é o grande responsável pela perda de produtividade por parte de uma empresa. Torna-se assim fundamental reduzir ao máximo a sua ocorrência ou, uma vez que não seja possível evitar o seu aparecimento, deve-se atuar em conformidade o mais rápido possível com o objetivo de eliminar os defeitos e voltar a linear toda a produção. Caso não se atue em conformidade sobre os defeitos ocorridos, isto levará a desperdícios de Figura 15 - Esquematização de processo de fundição em câmara fria Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 46 à massa do jito (1,48g) perfaz uma massa de material por cada shot e por 100 peças de 2,20g e 55g, respetivamente. Uma vez que os restantes parâmetros se mantêm, nomeadamente o custo horamáquina e o tempo de ciclo, o custo associado à utilização da máquina na produção de 100 peças será o mesmo, 2,04€. Resta saber qual o gasto monetário em material, uma vez que a massa de material necessária na injeção de 100 peças aumentou 6g, para 55g. O preço a que o POM é adquirido junto do fornecedor é 2,77€/kg, portanto representa um custo de 0,15€, acrescendo 0,01€ na produção de 100 peças. O custo final situa-se então nos 2,19€ (os mesmos 2,04€ de trabalho da máquina mais os 0,15€ em material), um custo cerca de 50% abaixo do custo anterior do processo. Este ficheiro serviu apenas como base, pois o material utilizado nos ensaios será uma poliamida 6.6 reforçada com 50% de fibra de vidro, com uma massa específica de 1,57 g/cm3 (irá ser gasta uma maior quantidade de material para o mesmo volume de injeção), possuindo um custo de aquisição significativamente maior do que o POM. O objetivo será consultar este ficheiro na fase de escolha do material, alterando os parâmetros mencionados (massa específica, custo de aquisição e tempo de ciclo) e perceber se o custo final do processo será inferior aos atuais 4,23€. Por exemplo, uma matéria-prima com um custo de aquisição de 20€/kg e uma massa específica de 1,6 g/cm3 aumenta o custo da produção de 100 peças para 3,20€, cerca de 1€ acima do valor considerado para o POM, no entanto continuaria a tratar-se de um ganho económico bastante relevante quando consideradas elevadas produções, uma vez que a linha produz cerca de 20.000 peças por dia. 3.4. Seleção de materiais Para a seleção da matéria-prima recorreu-se ao software de bases de dados poliméricas Omnexus, que pesquisa matérias-primas dentro de milhares de datasheets , tendo em conta as diferentes especificações inseridas pelo utilizador. Os requisitos foram os seguintes: ser termoplástico e processável através de moldação por injeção, ser recomendado para aplicações na indústria automóvel, apresentar elevada resistência à tração e tensão de cedência. Uma vez que as propriedades mecânicas do Zamak que se pretende substituir excedem em larga escala a única especificação do cliente para este projeto (que o terminal seja capaz de suportar esforços de tração de 800N), procura-se então um material polimérico que consiga responder a este requisito, não sendo expectável que apresente melhores propriedades mecânicas que o Zamak, mas sim que cumpra o requisito de produção. As características mecânicas e físicas do Zamak encontram-se representadas nas Tabelas 7 e 8. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 47 Tabela 7 - Propriedades físicas das ligas de Zamak Propriedades físicas Zamak 2 Zamak 3 Zamak 5 Zamak 7 Temperatura de fusão (ºC) 385 384 383 384 Massa específica (g/𝒄𝒎𝟑) 6,6 6,6 6,6 6,6 Coeficiente de expansão térmica (μm/m.ºC) 27,7 27,4 27,4 27,4 Condutividade térmica 105 113 109 113 Condutividade elétrica (%) 25 27 26 27 Tabela 8 - Propriedades mecânicas das ligas de Zamak Propriedades mecânicas Zamak 2 Zamak 3 Zamak 5 Zamak 7 Resistência à tração (MPa) 359 283 331 283 Tensão de cedência (MPa) 283 221 269 221 Módulo de elasticidade (GPa) 85 96 96 85 Alongamento máximo (%) 7 10 6,5 13 Resistência à compressão (MPa) 641 414 600 414 Resistência ao cizalhamento (MPa) 317 214 265 214 O passo seguinte foi realizar uma tabela de ponderação com diferentes requisitos e especificações relevantes para o projeto em questão e perceber quais teriam uma maior preponderância na escolha da matéria-prima. A lista de requisitos/especificações foi a seguinte: 1. Processável por moldação por injeção; 2. Baixo custo; 3. Resistência à tração elevada (>331 MPa); 4. Módulo de Elasticidade elevado (>96 GPa); 5. Amplitude térmica entre -40ºC e 80ºC, em serviço. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 48 De seguida comparam-se todas as especificações definidas entre si com base em 3 graus de comparação, sendo sempre Linha vs. Coluna: 1 – mais importante, 0,5 – igualmente importante, 0 – menos importante. Importante referir que os valores definidos para a resistência à tração e módulo de elasticidade são os valores associados ao material Zamak, não é expectável encontrar um material polimérico que apresente estes valores, mas sim que se aproximem o máximo possível, pois o requisito máximo do projeto é que as peças sejam capazes de suportar 800 N quando tracionadas. Os resultados obtidos para as ponderações de cada fator estão representados na Tabela 9. Tabela 9 - Tabela de ponderação de requisitos e especificações 1 2 3 4 5 Total Proporção 1 0,5 0 0 0 0,5 0,05 2 0,5 0 0 0 0,5 0,05 3 1 1 0,5 0,5 3 0,3 4 1 1 0,5 0,5 3 0,3 5 1 1 0,5 0,5 3 0,3 É então possível concluir que os três requisitos com maior ponderação são: resistência à tração, módulo de elasticidade e amplitude térmica, com uma ponderação de 30%. Com uma menor ponderação (5%) ficaram então os requisitos de associados a um baixo custo de aquisição e de que o material seja processável por moldação por injeção. Após esta pesquisa foi possível recolher dados de três materiais reforçados com quantidades entre 40-50% de fibra de vidro, sendo eles: PEEK [poli(éter-éter-cetona)], PP (polipropileno) e PA 6.6 (poliamida 6.6). O próximo passo foi comparar os diferentes materiais selecionados com base nestas ponderações e definir qual será a matéria-prima selecionada. A seleção de materiais pode ser identificada na Tabela 10, onde os materiais foram avaliados de 1 a 5, conforme a capacidade destes materiais responderem aos requisitos definidos, onde 1 é a pior classificação e 5 a melhor. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 49 Tabela 10 - Seleção de materiais 1(5%) 2(5%) 3(30%) 4(30%) 5(30%) Total (100%) PA 6.6 5 4 3,5 3,5 5 4,05 PP 5 5 3 3 5 3,8 PEEK 1 1 4 4 5 4 Realizada a seleção de materiais, a informação obtida foi que os materiais PA 6.6 e PEEK apresentavam pontuações muito semelhantes, a opção recaiu sobre a PA 6.6 devido ao custo elevado do PEEK que anularia grande parte do ganho económico que este projeto traria com a eliminação do Zamak e também devido às dificuldades associadas à moldação por injeção de PEEK, o que pode trazer custos indesejáveis em manutenção das ferramentas produtivas, como máquinas e moldes. O material selecionado foi uma poliamida 6.6 reforçada com 50% de fibra de vidro da fabricante alemã Lanxess, grade Durethan AKV50H 2.0. Este material foi selecionado devido ao seu elevado módulo de Young (16 GPa) e à sua tensão de cedência (230 MPa), onde se pretende que os terminais injetados com esta matéria-prima sejam capazes de suportar tensões superiores. No Anexo 2 podem ser encontradas as restantes características deste material. Na Tabela 11 é possível observar algumas das propriedades mecânicas e térmicas deste material. Tabela 11 - Algumas propriedades do material DURETHAN AKV50H Resistência à tração (MPa) 230 Módulo de elasticidade (GPa) 16 Módulo de flexão (GPa) 14,7 Temperatura de fusão, Tm (ºC) 261 Absorção de água, a 23ºC (%) 4,5 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 50 4. Materiais e Métodos Experimentais 4.1. Materiais Durante a realização deste trabalho, foram utilizadas 2 poliamidas aromáticas. Numa primeira fase de testes foi utilizado o material Durethan AKV50H 2.0 (ver ficha técnica em Anexo 2 e propriedades referidas no capítulo anterior) e, numa fase mais adiantada do projeto e devido à dificuldade desta poliamida em apresentar resultados capazes de suportar uma possível substituição do Zamak, optou-se por um segundo material, com o nome ROTEC HPPA. A ficha técnica deste material encontra-se no Anexo 3. As matérias-primas em questão são poliamidas 6.6 reforçadas com 50% de fibra de vidro. São classificadas como materiais de elevada performance. O ROTEC HPPA oferece algumas vantagens, como: maior resistência e menor taxa de absorção de água. Estas características permitem definir este material como adequado a aplicações em diferentes áreas como a automóvel, aeronáutica ou em acessórios de equipamentos de desporto. 4.2. Processamento por moldação por injeção A produção de peças em material termoplástico foi realizada através de moldação por injeção. Para o efeito, foi utilizada uma máquina injetora da marca Arburg (Figura 17), modelo ALLROUNDER 270 M 350-90 . Esta máquina possui uma força de fecho de 35 toneladas e uma distância entre colunas de 270 X 270mm. Na Tabela 12 são apresentadas outras características importantes desta máquina: Tabela 12 - Características do equipamento de injeção Força de abertura (ton) 9 Diâmetro do parafuso (mm) 25 Pressão máxima de injeção (bar) 1860 Curso máximo do parafuso (mm) 100 Volume de injeção (cm3) 49 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 51 4.3. Cabo metálico e produção de flor Nas linhas de produção da FICOSA são utilizadas diferentes referências de cabos metálicos. Recorreu-se então a 2 referências (68C e 68CK) para serem produzidas flores na sua extremidade. Ambos os cabos são constituídos por 19 filamentos singulares, distribuídos helicoidalmente, possuindo um diâmetro total de 1,25mm. A referência de cabo 68CK possui ainda um revestimento externo em PE (polietileno) com o intuito de reduzir as vibrações e ruídos no interior do veículo, isto faz com que o seu diâmetro final seja de 1,8mm. Este cabo será denominado por “cabo revestido”. A referência 68C (cabo inox) é fabricada em aço inoxidável e não passa pelo processo de coextrusão para revestimento uma vez que é entregue pelo fornecedor com um banho a óleo, o que diminui a adesão entre os 2 materiais. Relativamente à produção da flor na extremidade do cabo, este processo apresenta uma tolerância associada à dificuldade em garantir flores iguais num lote de cabos. O processo de medição da flor é realizado pelo operador da máquina, com o auxílio de um paquímetro, fazendo a medição em três posições diferentes, se uma dessas três medições estiver dentro da tolerância de 0,2mm sobre o valor pretendido a flor é aprovada. Na Figura 18 estão representados alguns dos controlos de qualidade efetuados pela empresa relativamente à geometria da flor e ao seu posicionamento dentro do molde, de modo a garantir uma correta moldação. Figura 17 - Máquina de injeção ARBURG ALLROUNDER 270M 350-90 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 52 A dificuldade em obter flores iguais prende-se com o facto de as flores serem fabricadas através da aplicação de pressão na extremidade do cabo, uma vez que este é constituído por 19 filamentos metálicos singulares, torna-se muito difícil de garantir que estes se comportem sempre da mesma forma aquando da realização da pressão na extremidade do cabo. Na Figura 19 verifica-se este efeito na diferença visual entre duas flores produzidas no mesmo lote de 100 cabos, com flores de 5mm de diâmetro. Além do defeito verificado com 1 filamento solto, observa-se que as duas flores apresentam uma “geometria” distinta, aglomerando os filamentos de forma diferente entre ambas. Figura 19 - Defeito na produção de flores Figura 18 - Manual de Qualidade da Ficosa: a) Flor OK; b) Posicionamento da flor no molde Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 53 4.4. Produção dos terminais em material plástico As condições operatórias utilizadas para a produção dos terminais revestidos em PA66, pelo processo de injeção, devem ser adaptadas ao material em questão, devendo ser sempre analisada a ficha técnica dos materiais e seguir a recomendação do fabricante. Assim, na Tabela 13 são referidas as condições de processamento para a PA66 Durethan AKV50H e na Tabela 14 as condições para a PA66 ROTEC HPPA. Tabela 13 - Parâmetros de injeção (Durethan AKV50H) Temperatura do cilindro (ºC) 270 | 280 | 285 | 310 | 320 Temperatura do molde (ºC) Ambiente | 60 Caudal de injeção (cm3/s) 60 Pressão de injeção (MPa) 130 2ª Pressão (MPa) 90 Tempo de 2ª Pressão (s) 1,5 Tabela 14 - Parâmetros de injeção (ROTEC HPPA) Temperatura do cilindro (ºC) 270 | 280 | 290 | 310 | 300 Temperatura do molde (ºC) 80 Caudal de injeção (cm3/s) 60 Pressão de injeção (MPa) 100 2ª Pressão (MPa) 90 Tempo de 2ª Pressão (s) 1,5 Os moldes encontravam-se à temperatura ambiente, uma vez que é a condição utilizada nos projetos da empresa, com o objetivo de obter um ganho económico com a redução dos tempos de ciclo. Num dos ensaios testou-se a injeção com molde aquecido, a 60ºC, como será descrito adiante. O ensaio Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 54 com o material ROTEC HPPA foi feito com uma temperatura de molde de 80ºC como condição imposta pelo fabricante da matéria-prima. 4.5. Moldes utilizados 4.5.1. Molde A O molde utilizado nos ensaios possui um sistema de canais frios e oito cavidades, tratando-se de um molde protótipo. Este molde realiza sobreinjeção de uma “capa” de plástico sobre um terminal previamente injetado em Zamak. Retirando o Zamak da equação, foi necessário aumentar à dosagem da máquina de forma que fosse possível preencher toda a cavidade com material. Pretendeu-se, então, estudar as seguintes variáveis neste ensaio: posicionamento da flor no molde, diâmetro da flor e criação de uma gola de plástico no cabo metálico para aumentar a adesão do conjunto, com o aumento da área de contacto entre materiais. a) Posicionamento da Flor no Molde Testaram-se dois parâmetros: uma condição em que a flor se encontra totalmente centrada no molde (Figura 21) e outra em que foi posicionada ligeiramente mais próxima da zona do ataque de injeção. Com esta variação procurou-se perceber se com o afastamento de alguns milímetros da flor em Figura 20 - a) Canais de alimentação; b) Molde utilizado nos ensaios Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 55 direção ao centro da cavidade seria obtida uma maior resistência à tração, uma vez que o volume de material existente na zona inferior da peça onde ocorre a rotura do conjunto cabo-terminal seria maior. Foram realizados quatro shots em cada uma das condições, finalizando um total de 32 peças injetadas em cada experiência. Neste ensaio utilizaram-se cabos com o diâmetro de flor de 2,5mm, por ser o tamanho padrão das flores utilizadas na FICOSA. b) Diâmetro da Flor Por norma, no fabrico de terminais de Zamak, a flor no seu interior apresenta um diâmetro de 2,5mm, com uma tolerância de 0,2mm. Como neste caso de estudo, a área que envolve a flor passará a apresentar dimensões superiores, devido à “absorção” do Zamak, será possível testar diferentes dimensões relativas ao diâmetro da flor, pois esta é responsável pela elevada resistência associada aos terminais de bloqueio de cabo metálico. Uma vez terminada a experiência anterior, foi lançada uma ordem de produção de cerca de 300 cabos, onde se requisitou que fossem produzidas flores numa das extremidades com três diâmetros distintos: 2,5mm, 3mm e 3,5mm, fazendo questão de aproveitar o máximo de volume possível do terminal. Foi acrescentada uma condição sem flor, onde se realizou a sobreinjeção diretamente na Figura 21 - Posicionamento das flores A) Cabo metálico B) Posicionamento da flor na cavidade C) Canais de alimentação A B C Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 62 Repetiu-se o ensaio de igual forma para ambos os cabos. Todas as flores foram requisitadas com 5mm de diâmetro visto ter sido a condição com melhores resultados para este terminal, neste molde (com gola). No momento da receção dos cabos, foi possível verificar um dos fatores de ruído deste projeto, que são as dimensões e geometria das flores. Uma vez que a flor é afinada por tentativa-erro, modificando apenas a posição inicial da placa deformadora até esta produzir flores com o diâmetro aproximado ao desejado, é possível, visualmente, verificar pequenas diferenças geométricas entre as flores, tendo algumas um maior aglomerado de cabos numa zona preferencial e algumas não possuindo uma forma circular. 4.7. Avaliação com nova Matéria-Prima A matéria-prima em questão trata-se de uma poliamida 6.6 reforçada com 50% de fibra de vidro de alto desempenho. Apresenta características bastante superiores às poliamidas reforçadas com fibra de vidro comuns. Esta matéria-prima, chamada ROTEC HPPA caracteriza-se por ser indicada em aplicações de substituições metálicas, destacando-se algumas propriedades como uma maior resistência mecânica sob tensão e menor taxa de absorção de água, permitindo assim a sua utilização em diferentes áreas, desde a automóvel à aeronáutica. Figura 28 - Referências de cabo utilizadas no ensaio prático: a) 68C; b) 68CK a) b) Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 63 Na figura seguinte encontra-se esquematizado o ganho em caraterísticas físicas e mecânicas da utilização deste material, em comparação com outras poliamidas, tendo como principais características o módulo de elasticidade de 22 GPa e a resistência à tração de 280 MPa. Foi preparado um lote de 80 cabos da referência 68C (cabo sem revestimento) para sobreinjeção dos terminais e posteriormente foram sujeitos aos ensaios de rebentamento para avaliação da matériaprima. Neste ensaio as condições de processamento foram ajustadas relativamente às recomendadas pelo fabricante do matéria-prima e também às características do equipamento de injeção. Relativamente à temperatura do molde, a ROMIRA tem como recomendação colocar o molde a uma temperatura entre 140-150ºC e um tempo de arrefecimento de 30-35s de modo a garantir que ocorre uma cristalização adequada e que as peças possuem uma boa estabilidade dimensional. Uma vez que os termorreguladores existentes na FICOSA não possuem circuitos de aquecimento a óleo, mas sim a água, não foi possível elevar a temperatura do molde até à desejada. Sendo assim, aplicou-se uma temperatura de 80ºC e um tempo de arrefecimento de 12s, adequado à temperatura das paredes do molde. Como preparação do material, foi colocado na estufa (Anexo 5) durante 7h a uma temperatura de 90ºC, como indicado pelo fabricante. Figura 29 - Características do material ROTEC HPPA comparativamente com outras poliamidas Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 64 4.8. Ensaios de Caracterização 4.8.1. Caracterização Mecânica – Ensaios de Tração Para comparar a influência dos diferentes parâmetros que foram sendo alterados ao longo deste estudo, realizaram-se ensaios de tração aos cabos com terminais. A máquina utilizada é da marca ADVANTECH e encontra-se na FICOSA, podendo ser observada na Figura 30. Trata-se de um equipamento especializado no rebentamento de cabos onde se pode recolher a força necessária ao rebentamento (em Newton). Sendo este parâmetro o ponto sobre o qual o cliente estabeleceu o requisito mínimo para funcionamento destes terminais, foi sobre esse mesmo valor (800 N) que se definiu o requisito interno para que as diferentes condições fossem (ou não) aprovadas. No total, foram tracionadas 32 peças de cada condição, ao longo de todos os ensaios, com exceção dos ensaios realizados na análise de incidência por cavidade, onde se rebentaram 10 peças por cada cavidade do molde, ou seja, 80 peças. No ensaio com a nova matéria-prima foram compilados os resultados também para 80 cabos porque não estava em estudo nenhuma comparação entre condições, mas sim uma comprovação do potencial do material, aumentando assim para um número de amostras que forneça mais informação acerca do comportamento do material. A velocidade do ensaio foi de 6 mm/s, tendo sido realizados a temperatura ambiente. Figura 30 - Máquina de tração Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 65 Antes de se iniciar o ensaio, é necessário fixar ambas as extremidades do cabo em dois dispositivos metálicos, como se observa na Figura 31. Estes sistemas estão projetados para fixarem terminais de bloqueio, portanto, na extremidade livre do cabo, procedeu-se de igual forma à realização de flores e à injeção de terminais de Zamak, de forma a garantir que o terminal a rebentar seria o terminal injetado com plástico. Após o cabo estar corretamente colocado é necessário premir dois botões de acionamento (dois de forma a evitar o acionamento involuntário da máquina) e um dos braços irá iniciar um movimento axial, exercendo tensão no terminal até este partir, enquanto o outro braço da máquina permanece imóvel. Uma vez que o software da máquina utilizada não permite a exportação dos dados que permitam reproduzir os gráficos tensão-deformação, o parâmetro utilizado como comparação das diferentes condições foi força necessária para a rotura das peças (em Newton), que representa o ponto máximo de resistência que as peças conseguem suportar sob forças de tração. 4.8.2. Caracterização Estrutural No laboratório de microscopia do DEP – Universidade do Minho, realizaram-se ensaios de microscopia ótica a algumas peças, com o intuito de verificar qual a influência do diâmetro da flor no preenchimento do volume da peça com o material injetado, assim como o posicionamento da flor após a injeção e existência de possíveis defeitos. Para este efeito foram selecionadas duas amostras de cada uma das três condições de flor. Selecionaram-se peças antes e após ser realizado o ensaio de tração, Figura 31 - Modo de funcionamento da máquina de tração Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 66 com o intuito de avaliar a estrutura da peça, orientação das fibras de vidro e possíveis defeitos, como vazios. Procedeu-se ao embebimento das peças em resina epóxi. Para isso, as peças foram mergulhadas numa mistura de 25ml de resina epóxi e 3ml de endurecedor. As amostras foram colocadas em moldes juntamente com a mistura de resina + endurecedor como se pode visualizar na Figura 32. Esperou-se 12 horas para a resina curar até se poderem seccionar as amostras. Em cada um dos moldes encontravam-se, respetivamente: duas peças com flor de 3mm, duas com flor de 4mm e duas com flor de 5mm. O quarto molde possuía duas amostras com 3mm de flor após o ensaio de tração. Após cura, recorreu-se a uma serra de fio de diamante, da marca WELL, modelo 3242 “Precision Diamond Wire Saw” (Anexos 6 e 7) no grau de velocidade 7 para cortar as amostras nas posições de observação. Esta serra realiza um corte relativamente demorado à amostra, onde se obtém a face que se pretende observar. Simultaneamente poliu-se a amostra tracionada (sem cabo metálico no seu interior) na polideira PRESI Minitech 233 com velocidade de rotação de 200 rpm (rotações por minuto). Para o polimento utilizaram-se lixas de granulometrias sucessivamente decrescentes, sendo que o seu grau de polimento aumenta com a diminuição da granulometria. As lixas utlizadas foram as seguintes: P120, P320, P500, P1000, P2500 e P4000. Na Figura 33 observa-se a polideira utilizada para polir a amostra. Figura 32 - Material utilizado na preparação de amostras: a) Resina epóxi e endurecedor; b) Moldes para enchimento com resina a) b) Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 67 De seguida procedeu-se à observação das diferentes amostras por técnicas de microscopia ótica de reflexão, no microscópio OLYMPUS BH 2 (Anexo 8). Este tipo de microscopia é recomendado quando se pretende caracterizar a microestrutura de materiais poliméricos duros reforçados com alto teor de cargas minerais/fibras ou que não possam ser seccionados para observação em microscopia ótica de transmissão. Este tipo de microscopia permite que seja observada a dispersão e orientação das fibras de vidro no interior da peça. Caso as fibras se encontrem com uma dispersão/orientação inadequada podem estar a causar o modo de falha elevado dos terminais, o que pode indicar que o material em questão talvez não seja adequado para este tipo de produto. Além disso, pretende-se também inferir acerca do preenchimento da zona interna da flor com material, caso o material não preencha devidamente esta zona da peça, acontece que esta acaba por não apresentar a resistência desejada. Para este efeito foi utilizada a lupa estereoscópica OLYMPUS SZ-PT (Anexo 9) que permite observar com mais exatidão a zona de contacto entre os dois materiais, bem como a possível existência de vazios no interior da peça. Num outro momento, foi repetido todo o processo de preparação de amostras descrito anteriormente, mas desta vez para as amostras provenientes do último ensaio realizado com a matériaprima ROTEC HPPA, foram preparados 3 moldes com 2 amostras cada (apenas foram utilizadas flores com 5mm de diâmetro neste ensaio) com flor no seu interior e também 2 amostras pós-ensaio de rebentamento onde se pretendeu estudar a zona de corte deixada após arrancado o cabo metálico, procurando perceber de que forma a nova matéria-prima demonstrou ser uma escolha eficaz na execução deste trabalho. Figura 33 - Polideira Presi Minitech 233 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 68 4.8.3. Ensaio de Fadiga Estes ensaios foram efetuados no laboratório da FICOSA e são geralmente realizados no início de cada projeto, de modo a validar junto do cliente a resistência do produto. Consiste na introdução do produto completo (cabo de comando) numa estrutura metálica que irá simular o esforço a que o terminal estará sujeito durante o tempo de vida do automóvel. Os sub-conjuntos previamente injetados foram colocados numa linha de montagem para serem acoplados os diferentes componentes que constituem um cabo de comando para que este possa ser fixado na estrutura utilizada para o efeito. Como modelo standard deste ensaio, está estipulado que os terminais devem ser capazes de suportar 100.000 ciclos de acionamento com um peso de 50N sob diferentes condições de temperatura, nomeadamente: • 80.000 ciclos à temperatura ambiente; • 10.000 ciclos a -40ºC; • 10.000 ciclos a 80ºC. Pretende-se então simular as condições de temperatura a que um automóvel estará sujeito durante o seu funcionamento, conforme as estações do ano e as diferentes áreas geográficas onde podem vir a ser utilizados. Para este estudo, e uma vez que a estrutura suporta o acionamento mecânico de cinco cabos ao mesmo tempo, foi este o número de amostras que se utilizou. A máquina produz este acionamento a uma taxa de seis ciclos por minuto, tendo sido programada para trabalhar durante o tempo equivalente a dois turnos por dia (16h), sendo que o tempo total deste ensaio foi de cerca de duas semanas. A estrutura metálica foi colocada dentro de uma câmara climática capaz de exercer todas as condições de temperatura pretendidas. Ao realizar este tipo de ensaios é importante que o layout do cabo completo seja o mais aproximado possível ao real durante a sua utilização. Neste sentido, foi construída uma estrutura de forma a aplicar uma “deformação” ao cabo, fazendo com que este exerça o seu trabalho sob uma certa inclinação. Na figura seguinte observa-se a estrutura metálica utilizada para este ensaio. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 69 Figura 34 - Estrutura utilizada na realização do ensaio de fadiga Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 70 5. Apresentação, análise e discussão de resultados 5.1. Caracterização Mecânica Numa primeira fase estudou-se a influência da geometria da flor, do seu posicionamento e da extensão do terminal (gola) pelo cabo metálico na resistência mecânica das peças. A resistência máxima suportada pelas peças encontra-se representada na Tabela 15, em Newton, e faz referência a uma média obtida numa totalidade de 32 amostras por ensaio, assim como o seu desvio-padrão. Tabela 15 - Resultados mecânicos da 1ªFase Planeamento de ensaios Força de rotura média (N) Desvio-padrão Posicionamento (diâmetro 2,5 mm) Normal 459,2 138,4 Próxima do ataque 424,4 125 Diâmetro da flor (mm) 2,5 372,6 213,8 3 552,0 216,6 3,5 532,9 261,5 Sem flor 58,10 32,4 Cabo com gola de plástico Flor 2,5mm 393,0 134,2 Flor 3mm 558,8 210,7 Flor 3,5mm 723,9 135,2 Flor 4,4mm 829,9 99,4 Analisando os resultados percebe-se de imediato que a variação do posicionamento da flor não surtiu qualquer efeito. A flor posicionada ligeiramente próxima do ataque apresentou valores de resistência mecânica superiores, no entanto, tendo em conta o desvio-padrão de ambas as condições, é possível observar que estes se encontram dentro do mesmo intervalo. Assim sendo, optou-se por manter a flor centrada no molde como já é boa prática quando se realiza moldação desta tipologia de produtos na FICOSA. Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 71 No ensaio relativo ao diâmetro da flor foi possível tirar diferentes informações. Salta de imediato à vista o valor muito reduzido de resistência mecânica associado aos terminais injetados sem flor no cabo, possuindo estes terminais uma resistência à tração cerca de 90% inferior aos restantes. A área de contacto entre material e cabo criada pela flor é benéfica para a resistência do cabo. Percebeu-se também que as flores com diâmetro de 3mm e 3,5mm apresentaram resultados muito semelhantes entre si, mas relativamente superiores à flor padrão de 2,5mm. Com a criação de uma gola em material plástico, efetuada através da decapagem do revestimento do cabo e o preenchimento dessa zona com o mesmo material do terminal, foi possível aumentar a resistência suportada pelas peças com flores de maiores dimensões, não apresentando a mesma eficácia nas flores de menores dimensões, nomeadamente as de 2,5mm e de 3mm, cujos resultados não sofreram grande variação comparativamente ao modelo sem gola. Por fim, a flor de 4,4mm apresenta uma força máxima superior ao requisito de 800N. No entanto, mesmo este valor sendo ligeiramente superior ao requisito, apresentando um desvio-padrão de cerca de 100N não permite concluir que estes resultados são os desejados. Nas figuras 35 e 36 apresentam-se as distribuições normais dos resultados de ambas as condições (com e sem gola). É possível observar uma diferença clara na resistência suportada pelas peças, assim como nos respetivos desvios-padrão, tendo em conta o diâmetro das respetivas flores. As distribuições normais encontram-se representadas de seguida e respeitam uma relação de ±3𝜎 (desviopadrão). Figura 35 - Distribuição normal dos ensaios da 1ªFase 0 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,001 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 0,002 0200 400 600 800 1000 1200 1400 Função probabilidade de massa Força de rotura (N) Flor 2,5mm Flor 3mm Flor 3,5mm Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 78 Tabela 18 – Força necessária à rotura do terminal em função da respetiva cavidade (cabo 68C) Shot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Cav1 871 745,8 844,4 851,7 935,3 874,5 924,1 811 819,5 825,2 Cav2 889,8 718,4 948,2 955,7 823,2 868,6 822,2 921,8 850,7 779,7 Cav3 625,9 525,2 703,5 756 52,7 908,5 467,5 694,4 742,4 621,3 Cav4 837,6 547,9 747,2 810,1 937,1 745,8 865 519,1 768,3 847,9 Cav5 788,6 554,7 706,8 848,3 886,9 775,4 687,7 527,5 807,8 873,7 Cav6 901,3 897 927,2 973,7 974,2 931,2 882,1 894,3 843,5 917,6 Cav7 853,7 911,9 1004,4 897,2 1000,3 952,9 951,2 997,2 786,6 996,8 Cav8 934,6 903,3 906,3 835,9 925,5 837,9 682,1 769,2 975,6 853 Tabela 19 - Força necessária à rotura do terminal em função da respetiva cavidade (cabo 68CK) Shot 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Cav1 804,4 903,2 866,8 967,5 905,6 920,1 927,9 926,1 964,5 823 Cav2 928,4 861,8 892,9 834 900,9 917,3 803,4 874,7 878,6 902,5 Cav3 795,1 898,6 852,3 989,2 966,7 841,1 922,6 911,4 881,6 927,3 Cav4 926,5 931,3 983,6 865,8 851,2 919,7 880,7 967 905,8 849,6 Cav5 826,2 1026,3 890,8 894 949,1 852,3 759,1 928,1 1043,4 999,2 Cav6 901,7 876,4 941 1035,5 889,6 984,8 945,5 885,5 978,4 849,6 Cav7 929,9 860,6 875,3 916 918,8 1007 853,1 878,9 1052,3 986,3 Cav8 882,3 973,9 795,7 814,7 912,2 862,3 853,2 851,1 976,4 843,9 Analisando a Tabela 18, referente aos terminais sobreinjetados no cabo 68C, verifica-se imediatamente uma incidência muito elevada de peças com resistência mecânica abaixo dos 800N (26 peças num total de 80), especialmente nas cavidades 3, 4 e 5. Este fator poderia indicar que o molde não está balanceado. No entanto, num total de 80 cabos da referência 68CK (Tabela 19), apenas 3 se Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 79 encontram na condição NOK, sendo todos eles em cavidades distintas, inclusive a cavidade 4 que no primeiro ensaio apresentou 5 terminais NOK, no segundo produziu 10 peças todas elas na condição desejada. Para explicar esta diferença de comportamento em ambos os cabos de aço inoxidável, é necessário recuar até ao seu processo de fabrico. Como referido anteriormente, as duas referências possuem a mesma matriz de aço inoxidável de 19 filamentos enrolados entre si, no entanto provêm de fornecedores diferentes. A referência 68C é produzida pela empresa STRONGROPE enquanto a referência 68CK é pela KOS WIRE. A referência 68C, apresenta, como descrito anteriormente, uma tonalidade mais escura. Isto deve-se a um tratamento a óleo que o cabo sofre na sua produção. Este óleo impede o seu revestimento na FICOSA devido a atuar como um lubrificante na sua superfície, inclusive após o seu manuseio sem luvas é visível a sujidade deixada pelos cabos. Uma vez que o cabo apresenta esta condição, crê-se ser devido a este fator que os terminais sobreinjetados em plástico tendem a quebrar com maior facilidade. O lubrificante reduzirá a adesão entre plástico e metal a uma relação meramente mecânica, aumentando a facilidade do cabo em “escorregar” pelo terminal quando forçado na máquina de tração. O cabo 68CK demonstra ser o mais indicado para sobreinjeção de plástico diretamente na superfície metálica. Sendo assim, conclui-se que apesar de ambos os cabos serem fabricados em aço, com o mesmo número de filamentos, o produto de um fornecedor consegue ser melhor a garantir adesão a material plástico do que o outro, devido ao seu processo de fabrico e à inexistência de óleos na sua superfície. Após inúmeros ensaios, começou a ser percetível o aumento de força para valores acima dos especificados, mas ainda assim com uma variabilidade muito elevada. Por conseguinte, decidiu-se proceder à alteração da matéria-prima em questão, por uma que possuísse um módulo de elasticidade mais elevado (permitindo que sejam aplicadas tensões mais altas às peças sem que estas quebrem) e que permitisse obter uma maior adesão entre o conjunto material-cabo. Através de consulta à empresa MADIPLASTE, fornecedora de matérias-primas da FICOSA, obtevese a informação da existência de um novo material com um elevado módulo de elasticidade e recomendado em aplicações de substituições metálicas. Este material foi adquirido de forma gratuita, juntamente da fabricante alemã ROMIRA, tendo sido proposto realizar alguns ensaios à matéria-prima para validar a sua aplicação na substituição de peças em Zamak. O último ensaio de injeção consistiu numa alteração de matéria-prima polimérica. Com a alteração de material, foi finalmente possível cumprir com o requisito do produto. Num total de 80 cabos em estudo, foi possível obter uma média de resistência suportada de cerca de 1300N e um desvio- Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 80 padrão de 144N, como se verifica na Tabela 20. Simultaneamente, a condição com a performance mais baixa de todo o ensaio não foi inferior a 1000N, confortavelmente acima de 800N. Tabela 20 - Resultados mecânicos (ROTEC HPPA) Ref. Cabo Diâmetro da flor (mm) Força de rotura (N) Desvio padrão 68CK 5mm 1307,4 144,0 Analisando a Figura 41, de distribuição normal, percebe-se de imediato que foi possível garantir que, como uma distribuição de Gauss indica numa relação de média ± 3𝜎, 99,7% das amostras se encontram acima de 800N. Assim sendo, cumpriu-se com o requisito definido para este projeto, sendo que a alteração de matéria-prima permitiu aumentar a resistência mecânica dos cabos e, aliada ao cabo 68CK e uma flor com 5mm de diâmetro, ultrapassar a barreira definida para este caso de estudo. Como modelo standard da indústria automóvel, é uma boa prática sujeitar os cabos de controlo completos a ensaios de fadiga antes do arranque de cada projeto, no qual estes devem estar aptos para suportar um total de 100.000 ciclos de acionamento com um peso de 50N, sob diferentes condições de temperatura, portanto será este o modelo a adotar num ensaio futuro, como validação do projeto. 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0400 800 1200 1600 2000 Massa específica de probabilidade Força de rotura (N) Figura 41 - Distribuição normal dos ensaios realizados com material ROTEC HPPA Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 81 5.2. Caracterização Estrutural A análise que se segue corresponde à observação da estrutura contida nas peças que utilizaram o material Durethan AKV50H. Realizada a análise das imagens representadas de seguida, é possível verificar a existência de alguns defeitos presentes nos terminais, que podem ajudar a explicar as variações nos resultados dos ensaios realizados até ao momento, tais como porosidades e deslocamentos do cabo metálico no interior do terminal. Durante a fase de microtomia com fio de diamante, as amostras foram posicionadas no braço da máquina de forma que o fio pudesse seccionar os terminais ao longo do seu plano médio, permitindo assim obter uma imagem intermédia da flor e do seu posicionamento em relação ao material plástico. Na Figura 42, para uma melhor compreensão, observa-se a orientação do corte que foi aplicado nas peças. As imagens obtidas por observação na lupa estereoscópica podem ser observadas de seguida, para as três dimensões de flor aplicadas: 3mm, 4mm e 5mm, respetivamente (Figuras 43, 44 e 45). Salienta-se que as imagens são meramente exemplificativas, já que foi selecionado apenas 1 exemplar de cada caso em estudo. Figura 42 - Amostra embebida em resina epóxi no plano de corte que será observado Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 82 A primeira imagem é referente à amostra injetada sobre uma flor metálica de 3mm de diâmetro e salta imediatamente à vista um preenchimento de material muito pobre na zona inferior do terminal, onde se pode observar uma falha de injeção em volta do cabo metálico (na zona superior da Figura 43). Este acontecimento terá consequências diretas no desempenho do terminal sob funcionamento, uma vez que uma falha de injeção desta dimensão causará uma quebra precoce do terminal. Além disso, outro defeito que se observa está relacionado com o descentramento da flor na imagem, uma vez que a zona central da flor deveria coincidir com o centro do terminal. Este descentramento poderá ocorrer aquando da entrada do material sob pressão na cavidade do molde, fazendo com que o cabo seja “empurrado”, pois o posicionamento do ataque de injeção direciona o material contra o topo da flor, causando um recuo do cabo. Figura 43 - Flor de 3mm em material Durethan Figura 44 - Flor de 4mm em material Durethan Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 83 A análise do plano médio da amostra de 4mm, representada na Figura 44, permite visualizar uma ocorrência diferente no interior da amostra. Neste caso o cabo metálico sofreu uma inclinação após a pressão exercida pelo fluxo de material para dentro da cavidade e, após o arrefecimento da peça, manteve-se nessa posição. De modo a evitar que ocorra de novo, sugere-se projetar uns posicionadores internos para limitar o movimento da flor dentro da cavidade e assim tentar garantir que esta se mantém de igual forma após a sobreinjeção. Outro motivo deste empeno poderá ser a velocidade de injeção que, quanto mais alta estiver, maior será a pressão que a extremidade do cabo irá sofrer. Alterando este parâmetro poderiam ocorrer outros defeitos, como por exemplo moldação incompleta ou o aparecimento de linhas de fluxo na superfície do terminal. A última amostra desta análise faz referência ao terminal sobreinjetado em flor de 5mm que é a condição que tem apresentado as melhores propriedades mecânicas. Na Figura 45 verifica-se a existência de alguns vazios de dimensões relativamente elevadas para o tamanho do terminal em questão, junto ao topo da flor e alguns espalhados ao longo do terminal. Na moldação de peças plásticas o aparecimento de poros/vazios ocorre devido ao aprisionamento de gases dentro da cavidade durante a fase de arrefecimento. Os moldes de injeção possuem sistemas de escape de gases responsáveis por expelir grande parte dos gases através de um sistema projetado para o efeito, no entanto, caso seja definido um tempo de arrefecimento muito baixo ou o molde esteja a uma temperatura muito reduzida, vai acontecer que o material vai ser forçado a arrefecer rapidamente e vai acabar por aprisionar gases no interior da peça que não tiveram tempo de ser expelidos. Relativamente à matéria-prima, se esta não for corretamente estufada e acondicionada, pode desenvolver o mesmo efeito na peça. Figura 45 - Flor de 5mm em material Durethan Vazios Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 84 Na amostra em questão, devido à quantidade e dimensões dos vazios presentes, seria expectável que, num ensaio de tração, rebentasse com relativa facilidade e contribuísse assim para a variabilidade de resultados que foi obtida com a matéria-prima PA 6.6 DURETHAN. De seguida estarão representadas as imagens referentes aos terminais tracionados, já sem cabo metálico no seu interior. Esta análise foi realizada no microscópico ótico de reflexão, observando 3 zonas distintas de ambas as peças, nomeadamente a zona inferior do terminal, e ambas as zonas laterais ao posicionamento da flor, tanto à esquerda como à direita. As imagens encontram-se agrupadas duas a duas, de modo a ser possível comparar as duas amostras, que suportaram, respetivamente, 500N e 900N num ensaio de tração. Figura 46 - Ampliação da zona central da amostra (20x): a)500N; b)900N Figura 47 - Ampliação da zona lateral esquerda da amostra (20x): a)500N; b)900N Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 85 A Figura 46 diz respeito a uma ampliação na zona central das amostras onde é possível observar que a peça que suportou apenas 500N de esforço apresenta uma quantidade maior de vazios na sua estrutura, assim como de dimensões também superiores. Este defeito verifica-se na generalidade em todas as zonas representadas, com exceção da Figura 48, que fazem referência à área mais à direita da peça, onde ambas as amostras possuem uma quantidade similar de vazios. Esta análise microscópica ajuda a corroborar o facto de as amostras terem resistido a diferentes valores de esforço mecânico, uma vez que apresentam porosidades diferentes. Relativamente à dispersão e orientação das fibras, sabe-se que estes são resultado de uma fase de plasticização eficiente dentro do parafuso, responsável por uniformizar o fundido e envolver as fibras de vidro ao longo de todo o canal, mas também do fluxo de material dentro do molde, sendo que a frente de fundido tem um movimento elongacional que privilegia a orientação das fibras e das cadeias ao longo do fluxo. Nas zonas mais periféricas da peça, onde o material contacta com as paredes frias com o molde e as fibras “congelam” nessa posição, este efeito faz com que a orientação das fibras seja naturalmente superior nas zonas externas da peça do que no seu interior, onde a frente de fundido continua a propagarse. Em peças desta tipologia, onde a espessura da peça é significativamente superior ao ataque, o enchimento dá-se mais lentamente, acontecendo que nas zonas mais internas da peça, as fibras vão-se orientando mais aleatoriamente, devido ao choque entre cadeias que dispõem as fibras de forma diferente no espaço. Este fenómeno é visível na generalidade das imagens, onde se vê nitidamente que a zona inferior da peça, mais próxima da parede do molde, existe uma maior orientação das fibras comparativamente com as restantes imagens, respetivamente de zonas mais centrais da peça. Figura 48 - Ampliação da zona lateral direita da amostra (20x): a)500N; b)900N Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 86 As imagens que se seguem, referem-se a peças produzidas com o material ROTEC HPPA. Na Figura 49 apresentam-se imagens do conjunto matriz/flor observado em 3 terminais distintos. Após o corte das amostras na serra de fio de diamante, estas ainda sofreram uma fase de polimento pela qual as amostras anteriores não foram sujeitas. Por este motivo, são mais visíveis alguns microvazios na zona interna da peça. Todas as amostras possuem uma flor no seu interior com 5mm de diâmetro e, como se pode visualizar, não apresentam todas a mesma geometria, existindo pequenas diferenças entre elas, principalmente na sua zona superior, que se apresenta mais ou menos achatada. Isto permite indicar, mais uma vez, a dificuldade em garantir flores com a mesma geometria, apesar de possuírem as mesmas dimensões. Nestas amostras, não há vestígios de vazios com dimensões que coloquem em questão a estabilidade mecânica da peça, existindo apenas presença de vazios de pequenas dimensões em zonas Figura 49 - Amostras de terminais fabricados em ROTEC HPPA com flor de 5mm Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 87 afastadas do local de entrada do cabo, não sendo, por isso, crítico. Esta melhoria na libertação de gases deve-se a um maior tempo de arrefecimento aquando da injeção, assim como o facto de a matéria-prima utilizada ser característica por ter uma absorção de água quase nula, cerca de 1,4% (a 23ºC), ao contrário das poliamidas típicas que possuem valores na ordem dos 4%. A nível de enchimento, não existem falhas de injeção visíveis, tanto no interior da flor, como nos espaços internos entre os filamentos do cabo. A Figura 50 faz referência a duas peças, observadas na lupa estereoscópica, após ensaio de tração. Como se pode observar, há a presença de alguns filamentos metálicos no interior da peça, mesmo após o ensaio de rebentamento. Este acontecimento suporta a escolha por esta matéria-prima, pois até este momento, os cabos metálicos eram puxados pela base do terminal, originando um corte limpo, sem vestígios de filamentos. A presença de pequenos filamentos metálicos no interior das peças pode indicar que houve um aumento de adesão entre o metal e o plástico com a utilização desta matériaprima. Sendo assim, o material ROTEC HPPA parece ser o mais adequado para substituição de Zamak em componentes de pequenas dimensões. No momento do seccionamento das amostras, eram visíveis vestígios de metal também na segunda amostra, no entanto acabaram por desaparecer durante a fase de polimento após a passagem com as lixas de maior granulometria, não sendo então possível visualizá-los na segunda imagem da Figura 50. No final, continua a ser possível observar os espaços internos deixados pelos filamentos de cabo e algumas poeiras de resina epóxi que foram sendo libertadas e se depositaram nos espaços vazios da peça. Figura 50 - Análise à zona de corte de amostras em ROTEC HPPA após o ensaio de tração Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 94 [31] Pinto, H., A., Silva, F., J., G., Martinho, R., P., Campilho, R., D., S., G., Pinto, A., G., Improvement and validation of Zamak die casting moulds, Procedia Manufacturing 38:15471557 (2019). [32] Zinc Alloys: Properties, Production, Processing and Applications (11 de abril de 2022). Retirado de https://matmatch.com/learn/material/zinc-alloy [33] ASTM-B86-13 Standard Specification for Zinc and Zinc-Aluminium (ZA) Alloy Foundry and Die Castings, ASTM International: West Conshohocken, PA, USA, 2013. [34] Zinc Casting Metals (11 de março de 2022). 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Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 96 8. Anexos Anexo 1 – Folha de cálculo do custo do processo POM + Zamak Massa específica material (g/cm3) 1,41 Volume total (cm3) 0,1292 Massa total peça (g) 0,182172 Peso jito (g) 1,48 Massa total shot (g) 2,208688 Massa 100 pcs (g) 55,2172 Custo hora-máquina Baby (€/h) 24,23 Tempo de ciclo 4 pcs (s) 12,1 Tempo de ciclo 100 pcs (h) 0,084027778 Custo máquina 100 pcs (€) 2,035993056 Preço matéria-prima (€/kg) 2,77 Custo matéria-prima 100 pcs (€) 0,152951644 Custo total 100 pcs (€) 2,1889447 Custo 100 pcs POM (€) 2,18 Custo 100 pcs Zamak (€) 2,05 Custo total 100 pcs atual (€) 4,23 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 97 Anexo 2 – Ficha técnica do material Durethan AKV50H 2.0 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 98 Anexo 3 – Ficha técnica do material ROTEC HPPA Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 99 Anexo 4 – Mangueiras para aquecimento do molde Anexo 5 – Estufa Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 100 Anexo 6 – Serra de fita de diamante do DEP Anexo 7 – Orientação de corte da amostra Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 101 Anexo 8 – Microscópio ótico OLYMPUS BH 2 Anexo 9 – Lupa estereoscópica OLYMPUS SZ-PT Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 102 Anexo 10 – Valores obtidos no ensaio da 1ªFase Posicionamento da flor Ensaio Intermédio Avançado 1 341,8 409,8 2 617,5 350,7 3 603,3 591,5 4 424,4 382,9 5 382,2 393,6 6 348,5 334,4 7 629,3 373,9 8 379 361,7 9 554,5 491,4 10 463 441,3 11 339 318,4 12 323,5 360,2 13 400,6 322,6 14 577,1 361,8 15 641,8 338,7 16 362,1 422 17 493 502,9 18 543,5 379,1 19 573,7 408,9 20 366 415,9 21 353,8 314,4 22 409 503,7 23 407,8 364,1 24 422,6 401,2 25 625,7 379,7 26 457,3 611,7 27 659,2 761,9 28 658,9 684,8 29 654,4 738,8 30 61,2 311,1 31 303,8 282,6 32 315,2 264,1 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 103 Tamanho da flor (mm) Ensaio 2,5 3 3,5 1 771,6 756,6 599,6 2 36,5 429,2 175,3 3 104,6 612,4 546,4 4 408 458,2 144,3 5 307,9 102,5 825,9 6 566,7 362,5 835,7 7 638,7 661,6 800 8 271,2 738,3 772 9 264,2 683,8 720,3 10 671,5 802,9 395,2 11 167,2 700,6 752 12 199,9 699,6 356,3 13 0,2 229,5 204,6 14 18,7 134,9 712,1 15 479,4 157,5 723,9 16 417 478,1 709,1 17 504,7 152,2 476 18 617 348,1 195,5 19 85,3 734 786,6 20 49,1 800 884,5 21 459,3 491,7 286,2 22 470,9 726,3 836,9 23 717,9 778,3 287,2 24 416,7 695,2 811,1 25 345,4 777,9 363,4 26 252,3 410,9 443 27 473 676,5 852,1 28 689 701,3 265,4 29 418,9 648,1 137,5 30 368,2 367,2 770,5 31 447,6 657,6 141 32 283 690,9 242 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 110 Anexo 13 – Valores obtidos com matéria-prima ROTEC HPPA Cabo 68C Ensaio Resistência à tração (N) 1 1246,8 2 1185,7 3 1129,6 4 1316,2 5 1064,6 6 803,2 7 1300,8 8 1367 9 1312,5 10 1205 11 1253,8 12 693,9 13 1219,5 14 775,7 15 1067,8 16 1183,4 17 1385,6 18 954,5 19 791,9 20 1310,8 21 1157,6 22 1281,6 23 854,2 24 1176,2 25 1105 26 1080,5 27 905,7 28 1496,2 29 1332,1 30 1167,8 31 716,2 32 595,8 33 1195,7 34 836,8 35 1335,3 36 1118,3 37 1222,3 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 111 38 1381,7 39 1210,3 40 1177 41 1176,9 42 815,9 43 1121,5 44 1164,5 45 1113,4 46 1111,4 47 1055,9 48 482,7 49 1112,3 50 1280,8 51 1128,4 52 1418,4 53 482,2 54 1251,9 55 1060,5 56 786 57 1372,6 58 965,4 59 1176,8 60 1203 61 1159,9 62 1132,4 63 1288,2 64 1281,5 65 1370,9 66 1183 67 1183,1 68 1224,4 69 1113 70 1110 71 1085 72 899,4 73 1351 74 1160,3 75 1318,8 76 749,9 77 1266,9 78 1137,7 79 961,7 80 1073,4 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 112 Cabo 68CK Ensaio Resistência à tração (N) 1 1217,1 2 1342,7 3 1229,8 4 1079,1 5 1292,9 6 1103,8 7 1172,4 8 1174,7 9 1206,3 10 1212,1 11 1207,2 12 1226,1 13 1441,9 14 1365,5 15 1155,6 16 1021,2 17 1323,1 18 1342,5 19 1274,8 20 1020,3 21 1012,8 22 1219,9 23 1476,1 24 1235,3 25 1231 26 1178,5 27 1328,1 28 1230,2 29 1355,3 30 1367,7 31 1101,9 32 1217,7 33 1264,7 34 1438,6 35 1292,6 36 1183,7 37 1064,6 38 1309,3 39 1376,8 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 113 40 1448,8 41 1415,1 42 1592,4 43 1556,4 44 1430,8 45 1234,2 46 1486,8 47 1440,3 48 1331,4 49 1444,5 50 1570 51 1522,6 52 1442,4 53 1253,7 54 1399,6 55 1465,4 56 1369,3 57 1463,6 58 1194,6 59 1288,9 60 1396,8 61 1451,5 62 1199,7 63 1525 64 1501,9 65 1366,6 66 1447,8 67 1126 68 1508,2 69 1112,7 70 1207 71 1249,3 72 1283,3 73 1380,9 74 1291,8 75 1484,9 76 1205,6 77 1521,1 78 1007,1 79 1242,5 80 1439,2 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 114 Anexo 14 - Condições de processamento com Durethan AKV50H Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 115 Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 116 Anexo 15 – Condições de processamento com ROTEC HPPA Substituição de terminais sobreinjetados em Zamak por um material polimérico 117