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FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SOROCABA
Curso de Tecnologia em Polímeros
Davi Pereira da Silva
SIMULAÇÃO DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DE MOLDE PARA
INJEÇÃO DE MATERIAL POLIMÉRICO
SOROCABA
2017
Davi Pereira da Silva
SIMULAÇÃO DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DE MOLDE PARA
INJEÇÃO DE MATERIAL POLIMÉRICO
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como exigência parcial para
a obtenção do Diploma de Graduação em
Tecnólogo em Polímeros, da Faculdade
de Tecnologia de Sorocaba.
Orientador: Prof. Msc. Francisco de Assis Toti
Sorocaba
2017
FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SOROCABA
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como exigência parcial para
a obtenção do Diploma de Graduação em
Tecnólogo em Polímeros, da Faculdade
de Tecnologia de Sorocaba.
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Renato Mendes Germano
Faculdade de Tecnologia de Sorocaba
Prof. Carlos Eduardo Correa
Faculdade de Tecnologia de Sorocaba
Prof. Francisco de Assis Toti
Faculdade de Tecnologia de Sorocaba
SOROCABA
2017
Dedico este trabalho a todos que de alguma forma me ajudaram na realização e conclusão
desta graduação.
AGRADECIMENTOS.
Primeiramente a minha família pelo apoio nos momentos de dificuldade neste
período.
Ao Sr. Alexandre Madureira pelo incentivo e pelo conhecimento me transmitido
durante os anos de trabalho.
Aos docentes da Faculdade de Tecnologia de Sorocaba, pelo apoio e atenção
dada nos momentos necessários.
A empresa Emicol Eletro Eletrônica S/A pela oportunidade de desenvolver os
estudos relacionados a simulação e injeção de plásticos, através da disponibilização
de conhecimento técnico e de equipamentos, que são base deste trabalho de
conclusão de curso.
Ao meu orientador da Fatec – Sorocaba, Prof° Francisco de Assis Toti pela
orientação e direcionamento para o melhor desenvolvimento deste trabalho.
“Você pode encarar um erro como uma besteira a ser
esquecida, ou como um resultado que aponta uma
nova direção. ”
Steve Jobs.
RESUMO
O objetivo principal deste trabalho é avaliar os resultados obtidos das simulações dos
sistemas de refrigeração atual e do proposto para um molde de injeção de
determinado produto de material polimérico Poliamida. O modelo 3D e o molde de
injeção foram construídos no software Creo Parametric 2.0 ® , em seguida os arquivos
foram exportados para o software Moldflow da AutoDesk ®, onde foram realizadas as
simulações. Com os dados da simulação do sistema de refrigeração atual, foram
propostas alterações e realizadas novas simulações. Resultados obtidos do sistema
de refrigeração proposto apresentaram uma redução considerável no tempo de
extração do produto do molde, indicando a importância da engenharia auxiliada por
computador – CAE, no desenvolvimento do processo do projeto do molde desse
estudo.
Palavras - chave: Simulação, injeção, refrigeração e sinterização.
ABSTRACT
The main objective of this work is to evaluate the results obtained from the simulations
of the current and proposed refrigeration systems for an injection molding of a polymer
polyamide product. The 3D model and the injection mold were built in the software
Creo Parametric 2.0 ®, then the files were exported to the Moldflow software of
AutoDesk ®, where the simulations were carried out. With the simulation data of the
current cooling system, changes were proposed and new simulations were carried out.
Results obtained from the proposed refrigeration system presented a considerable
reduction in the time of extraction of the product from the mold, indicating the
importance of computer - aided engineering (CAE) in the development of the mold
design process of this study.
Key words: Simulation, injection, cooling and sintering.
LISTA DE FIGURAS.
Figura 1 - Esquematização de uma máquina injetora. Fonte: Manual simulador
de injeção Branqs Automação. ....................................................................... ....3
Figura 2 - Molde de injeção. Fonte: Abiplast. ..................................................... 5
Figura 3 - Fatores que influenciam na qualidade de produtos moldados. Fonte:
site www.moldesinjeçãoplastico.com.br. ............................................................ 7
Figura 4 - Canais de Refrigeração. Fonte Abiplast. ............................................ 8
Figura 5 - Tipos de canais refrigeração em molde de injeção. Sacchelli 2007. 10
Figura 6 – Malha gerada no modelo 3D. Fonte: Toti (2012). ............................ 11
Figura 7 - Fluxograma de projeto do molde. Fonte: Madureira. ....................... 12
Figura 8 - Modelo 3D intitulado “Corpo EVA 21”. Fonte: Do Autor. .................. 13
Figura 9 - Geração da malha do modelo EVA 21. Fonte: Do Autor. ................. 13
Figura 10 - Montagem 3D da parte inferior do molde. Fonte: Do Autor. ........... 15
Figura 11 - Montagem 3D da parte superior do molde. Fonte do Autor. .......... 16
Figura 12 – Simulação finalizada da injeção. Fonte: Do Autor. ........................ 16
Figura 13 -Machos sinterizados aplicados. Fonte: do Autor. ............................ 17
Figura 14 – Simulação da temperatura do molde com refrigeração atual. Fonte:
Do Autor. .......................................................................................................... 18
Figura 15 - Simulação da temperatura do molde com refrigeração proposta.
Fonte: Do Autor. ............................................................................................... 18
Figura 16 - Tempo de extração para o sistema de refrigeração original aprox. 11,3
segundos. Fonte: Do Autor. .............................................................................. 19
Figura 17 - Tempo de extração para o sistema de refrigeração proposto aprox.
11,3 segundos. Fonte: Do Autor. ...................................................................... 19
Figura 18 – Resultados de (%) de congelamento para extração do produto. Fonte:
Do Autor. .......................................................................................................... 20
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores do conteúdo total de calor de materiais poliméricos. Fonte:
Emicol.................................................................................................................. 9
Tabela 2 - Característica do material polimérico PA. Fonte: Emicol..................14
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS.
CAD Projeto Auxiliado por Computador
CAE Engenharia de Simulação Auxiliada por Computador
CAM Manufatura Auxiliada por Computador
MEF Método de Elementos Finitos
NC Controle Numérico
PP Planejamento do Processo
PA Poliamida
PAFV Poliamida com Fibra de Vidro
TM Temperatura de Fusão (melting)
Un. Unidade de Medida
DOE Design of Experiments
Sumário
1 - Introdução .............................................................................................................. 1
2 – Processo de Injeção de Termoplásticos ................................................................ 2
2.1 – Máquina Injetora de Polímeros Termoplásticos .............................................. 2
2.2 – Molde de Injeção de Termoplásticos ............................................................... 4
3 – Sistemas de Refrigeração de Moldes .................................................................... 5
3.1 – Dimensionamento dos Canais do Sistema de Refrigeração ........................... 7
3.2 – Tipos de Canais para Refrigeração ............................................................... 10
4 – Engenharia Auxiliada por Computador - CAE ..................................................... 11
5 – Metodologia Experimental ................................................................................... 12
6 – Resultados e Discussões .................................................................................... 18
7 – Conclusões .......................................................................................................... 21
7 – Referências Bibliográficas ................................................................................... 22
1
1 – INTRODUÇÃO
A Indústria de transformação de produtos plásticos vem buscando nos últimos
anos aumentar a qualidade de seus produtos a um custo cada vez menor, visto que,
atua diretamente e/ou indiretamente em vários setores produtivos. Para a ABIPLAST
(2012), a indústria de transformação de produtos plásticos é muito diversificada e pode
ser considerada uma solução em termos técnicos para outros setores, atuando tanto
como insumo necessário para a produção de outros bens, como também na forma de
produto final, destinado diretamente ao consumidor.
Atualmente o desenvolvimento de novos projetos exige uma transferência online
de informações integradas, acessíveis e atualizadas para todos os setores da planta
industrial. Para isso, é crescente o investimento das empresas nos sistemas
CAD/CAE/CAM que auxiliam no desenvolvimento do projeto e fabricação de
determinado produto no menor tempo/custo possível. A complexidade do fluxo de
informações varia de acordo com o tipo de produto e da planta industrial em que será
fabricado. Para PAULA V., L. et al (2010), os fluxos de informação permitem também
o estabelecimento das etapas de obtenção, tratamento, armazenamento, distribuição,
disseminação e uso da informação no contexto organizacional.
De acordo com SREERAMULU, D et al (2015), automatização das tarefas do
planejamento do processo é de suma importância para a geração de planos de
processo consistentes, armazenando uma variedade de informações e aplicações
computacionais para a fabricação, tendo como exemplos dentre outros, a engenharia
de simulação auxiliada por computador (CAE), controle numérico (NC), etc. Nesse
contexto, o sistema CAD 3D proporciona o desenvolvimento de projetos de produtos,
baseados em sólidos paramétricos com modelagem por features (características
geométricas), definindo uma geometria tridimensional, a qual apresenta capacidades
associativas em diferentes aplicações. O modelo gerado contém informações, que
podem ser exportadas e importadas no mesmo formato para o sistema CAE,
aproveitando o máximo das funcionalidades de cada um.
Para Toti (2012), este sistema permite simular numericamente o modelo,
proporcionando que o produto seja avaliado antes de existir, reduzindo, por exemplo,
custos com protótipos físicos, auxiliando assim, na redução do tempo entre a
concepção e a produção de um produto. Apresenta-se como alternativa econômica e
2
com crescente utilização na indústria, capaz de, a partir de um modelo, simular um
fenômeno com precisão. Estes recursos, possibilitam reduzir o tempo destinado às
alterações no projeto, facilitando o desenvolvimento de novos produtos e aumentando
a competitividade das empresas pela redução dos custos desta etapa do
desenvolvimento.
No setor industrial que utiliza o sistema de injeção para produção de produtos, a
simulação do processo de moldagem de termoplásticos por injeção é aplicada no
estudo de redução do tempo perdido com a “tentativa e erro”, durante o
desenvolvimento do produto. É possível prever os problemas que poderão ocorrer na
peça injetada antes do try-out ou mesmo da fabricação do molde. A equipe envolvida
no projeto do ferramental pode avaliar os resultados de diferentes variáveis, tais como:
a variação dimensional, o número e a posição dos pontos de injeção, tipo de entrada
de material, material utilizado, parâmetros de processo, deflexões máximas, aspecto
visual, quantidade e posição de linhas de emenda frias entre outros.
2 - PROCESSO DE INJEÇÃO DE TERMOPLASTICOS
A injeção é um dos mais importantes processos utilizando material polimérico,
devido a suas inúmeras vantagens obtidas, tais como: precisão, repetitividade,
flexibilidade e alta produção na fabricação de produtos. A injeção utilizando polímeros
termoplásticos é um processo de transformação que consiste em inserir em alta
pressão o material aquecido acima da temperatura de fusão (TM) no canhão da
injetora, para o interior de um ferramental próprio (molde) com o formato do produto
que se pretende moldar (cavidade). Após o resfriamento, o material endurece, o molde
é aberto e o produto é extraído da cavidade.
2.1 - MÁQUINA INJETORA DE POLÍMEROS TERMOPLÁSTICOS
A injetora de polímeros termoplásticos é formada por um conjunto de componentes
capazes de aquecer, homogeneizar, injetar e extrair o polímero no formato desejado.
A figura 1 mostra a esquematização de uma máquina injetora padrão.
3
Figura 1 - Esquematização de uma máquina injetora. Fonte: Manual simulador de injeção Branqs Automação.
A finalidade de cada componente da máquina injetora é apresentada abaixo:
• Funil de alimentação do material – Componente por onde a matéria prima plástica
entra na injetora.
• Conjunto de plastificação - Conjunto responsável pela injeção, recalque e
dosagem do material plástico.
• Rosca de plastificação - Transporta e também é responsável por aquecer o
material plástico através do atrito.
• Resistências - Responsável pelo aquecimento e derretimento do material.
• Molde da peça a ser produzida – ferramenta com a forma esperada por onde o
material plástico é injetado afim de ser moldado.
• Placa Fixa para fixação do molde - A placa fixa é base da máquina onde é fixada
a parte do molde que recebe o bico de injeção.
• Placa Móvel para fixação do molde – Base da máquina que recebe a parte do
molde móvel que abriga o sistema de extração.
• Extrator de peças injetadas – Mecanismo responsável por extrair as peças que
foram injetadas.
4
• Painel de controle – Componente responsável pela interface homem máquina
onde controla todos os parâmetros envolvidos no processo de injeção.
Resumidamente e conveniente comentar que o processo de injeção é cíclico onde
o material polimérico é alimentado pelo funil, a rosca de plastificação realiza a
dosagem e após ocorrer o derretimento do material polimérico, este é empurrado sob
pressão para dentro do molde preenchendo a forma da cavidade. Imediatamente
inicia-se o processo de refrigeração do molde para solidificação do material
polimérico, paralelamente a dosagem que após a sua finalização o molde é aberto e
a peça é extraída, finalizando assim um ciclo completo de processo de injeção.
2.2 - MOLDE DE INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS
O molde de injeção é definido como uma unidade completa com condições de
produzir peças moldadas, podendo ter uma ou mais cavidades, que contém as
dimensões e forma final de um produto desejado. O molde é produzido com sistemas,
tais como: alimentação, refrigeração, extração, robôs e outros dispositivos para auxílio
na operação. Os moldes variam dos mais simples aos mais elaborados que podem
conter até vários componentes dependendo da complexidade do produto e da
capacidade de produção desejada.
As informações do peso, tamanho do produto e demanda mensal, são
essenciais para definir a quantidade necessária de cavidades do molde, bem como o
tipo de máquina injetora. Aliado a isso, a capacidade de injeção, a força de
fechamento, capacidade de plastificação e as propriedades mecânicas e térmicas do
material polimérico a ser injetado devem ser considerados no desenvolvimento do
projeto do molde. A figura 2 apresenta a esquematização de um molde de injeção
apresentado seus principais componentes.
5
Figura 2 - Molde de injeção. Fonte: Abiplast.
3 - SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DE MOLDES
Além de dar a forma ao produto, o molde também tem como finalidade a
retirada de calor do material polimérico fundido até a sua solidificação para em seguida
ser extraída do molde. Para isso, os moldes possuem alguns canais que formam o
circuito de refrigeração ou sistema de refrigeração que circulam os agentes
refrigerantes. Existem algumas opções de agentes refrigerantes dos sistemas de
refrigeração que devem ser escolhidos de acordo com o material a ser injetado,
conforme mostrado abaixo:
6
Água em temperatura ambiente – sendo o sistema mais utilizado devido
à disponibilidade, baixo custo e de fácil tratamento;
Água resfriada, metanol + CO2, gás CO2 e nitrogênio – utilizados
quando à necessidades de baixas temperaturas por volta de 3 °C;
Água pressurizada – quando há a necessidade de trabalhar com
temperaturas elevadas de até 160°C
Óleo e resistências elétricas – quando há necessidade de permanecer
com uma temperatura acima de 80 °C;
Ar similar ao da água, aplicado quando necessário um resfriamento lento
ou quando não se consegue utilizar a água como meio refrigerante.
A transferência de calor, durante o processo de moldagem por injeção, possui
grande influência na qualidade final das peças que são produzidas, bem como sobre
o tempo do ciclo de moldagem. A localização do sistema de refrigeração é um
elemento importante na confecção do molde, sendo que o posicionamento dos canais
de refrigeração influencia diretamente no resultado da injeção, pois podem levar a
alterações na temperatura do molde. Essas variações afetam a viscosidade do
material injetado e assim as características do fluxo final do material. O controle do
resfriamento da peça injetada é de extrema importância, pois criará condições
adequadas ao fluxo do material no interior do molde, garantindo o resfriamento ideal,
eliminando assim, defeitos aparentes na peça, reduzindo custos e aumentando a
produtividade. Por isso, na fabricação de moldes para injeção de materiais
termoplásticos, bem como, na redução de ciclos do processo ou mesmo para
promover melhorias na peça, é necessário atuar no sistema de refrigeração, que
precisa ser eficiente o suficiente para manter o molde relativamente frio, em
comparação com o material a ser injetado, e garantir que a peça já esteja solidificada
no momento da extração. Recomenda-se que a diferença de temperatura entre as
superfícies da cavidade do molde deve encontrar-se entre 2 e 5 °C, HARADA (2004).
Para o desenvolvimento de um ferramental (molde de injeção) é esperado que
o mesmo garanta um alto nível de produção com baixa manutenção, e para tanto, há
necessidade de serem observados alguns fatores técnicos envolvidos durante o
processo de desenvolvimento do projeto deste ferramental, para que as possibilidades
de falhas possam ser minimizadas, HARADA (2004).
7
Os fatores técnicos envolvidos são:
No produto moldado: os materiais, a contração, a geometria da peça,
sua aplicação entre outros;
No ferramental: soluções de projeto, como a linha de fechamento do
molde, ponto de injeção, o sistema de extração, o sistema de
refrigeração, entre outros;
No processo produtivo: número de ciclos desejados, tempo de ciclos,
temperaturas de injeção, tempo de extração entre outros;
Um projeto bem dimensionado do produto a ser moldado (peça), o
desenvolvimento e projeto do molde a ser construído (molde) e a determinação do
processo mais adequado (produção), como pode ser acompanhado na figura 3, são
fatores decisivos para a qualidade, tempo de ciclo e custos associados ao
componente injetado em polímeros, Steiko (2004)
Figura 3 - Fatores que influenciam na qualidade de produtos moldados. Fonte: site www.moldesinjeçãoplastico.com.br.
3.1 - DIMENSIONAMENTO DOS CANAIS DO SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO
Para o dimensionamento dos canais de refrigeração existem modelos
matemáticos fornecidos na literatura, onde os autores sugerem, por exemplo, o
diâmetro e distância mínima entre eles, a figura 4 apresenta uma esquematização
clássica de canais de refrigeração.
8
Figura 4 - Canais de Refrigeração. Fonte Abiplast.
A - 2.5D
B - 3D Máximo
D - Diâmetro do canal
Quanto ao resfriamento com água do molde para a retirada de calor é
determinado pela equação 1.
𝐐𝐜 = 𝐆𝐦 [ 𝐂𝐦 (𝐭𝟏 − 𝐭𝟐) + 𝐋] (1)
Onde:
Qc – Quantidade de calor a ser retirada [Kcal/h]
Gm – Quantidade de material injetado por hora [Kg/h]
Cm – Calor específico do material plástico [Kcal/Kg°C]
t1 – Temperatura de injeção do material [°C]
t2 – Temperatura da ferramenta [°C]
L – Calor latente de fusão do material [Kcal/Kg]
Alternativamente, se o calor total por quilograma do material plástico for
conhecido, teremos:
𝐐𝐜 = 𝐆𝐦 . 𝐪 (2)
Onde:
q – Quantidade total específica de calor [Kcal/Kg]
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A quantidade de H2O para o resfriamento é dado por:
Qa = 𝐐𝐜
𝐊.(𝐭𝟒 − 𝐭𝟑)
(3)
Onde:
Qa = Quantidade de água [Kg/h]
t3 = Temperatura de entrada [°C]
t4 = Temperatura de saída [°C]
K = Coeficiente de eficiência.
Valores de K:
K = 0,64 – Circulação feita na cavidade ou no núcleo do macho
K = 0,50 – Circulação na placa porta matriz
K = 0,10 – Circulação em tubos de cobre
A tabela 1 abaixo apresenta a faixa de temperatura de molde para alguns materiais
poliméricos.
Tabela 1 - Valores do conteúdo total de calor de materiais poliméricos. Fonte: Emicol.
Materiais Abreviaturas
Materiais " L"
Kcal/Kg Temperatura de Molde °C
CA ACETATO DE CELULOSE 124 10 a 45
CAB BUTIRATO ACETATO DE
CELUOSE 111 10 a 45
PA NYLON 300 - 500 30 a 120
PVC PVC 90 15 a 60
PMMA METIL METACRILATO 123 40 a 100
PS POLIESTIRENO 120 - 150 18 a 70
ABS ACRILONITRILA BUTADIENO
ESTIRENO 140 - 170 18 a 65
SAN ACRILONITRILA ESTIRENO 120 - 150 18 a 65
PEBD POLIETILENO - BAIXA
DENSIDADE 250 - 300 15 a 60
PEAD POLIETILENO - ALTA
DENSIDADE 300 - 350 15 a 100
PP POLIPROPILENO 250 - 350 20 a 90
POM ACETAL 180 Máx. 95
10
3.2 - TIPOS DE CANAIS DE REFRIGERAÇÃO
A temperatura do molde precisa estar o mais uniforme possível, por isso, o
sistema de refrigeração deve ser projetado adequadamente para a promover a
regularidade dimensional da peça. Para isso existem algumas opções de canais de
refrigeração em moldes de injeção, as quais mais utilizadas são: em linha, circular,
serpentina ou helicoidal, lâmina ou baffle, cascata ou bubbler, pino térmico ou
adaptado ao contorno da peça. Cada tipo é utilizado de acordo com as necessidades
específicas de projeto. Quanto ao material utilizado na fabricação dos canais de
refrigeração, existem várias opções, como exemplo a utilização de tubos de cobre que
podem compensar as dificuldades encontradas em moldes com baixa condutividade,
existe a possibilidade também da utilização de insertos de ligas com alta
condutibilidade térmicas como o cobre berílio, A figura 5 mostra algumas opções de
refrigeração aplicadas em moldes.
Figura 5 - Tipos de canais refrigeração em molde de injeção. Sacchelli 2007.
No projeto do molde a definição da localização da entrada do(s) canal(is) de
refrigeração, circuitos muito longos, dentre outros, podem influenciar no rendimento
do sistema de refrigeração.
11
4 - ENGENHARIA AUXILIADA POR COMPUTADOR - CAE
Atualmente é prática crescente iniciar o desenvolvimento do projeto de moldes
através da modelagem geométrica, utilizando o sistema CAD 3D, baseados em
sólidos paramétricos com modelagem por features (características geométricas), a
qual apresenta capacidades associativas em diferentes aplicações. O modelo gerado
contém informações que podem ser exportadas e importadas no mesmo formato para
o sistema CAE (Computer Aided Engineering) e/ou para o sistema CAM (Computer
Aided Manufacturing).
O sistema CAE também é conhecido como Engenharia de Simulação, que permite
simular numericamente o modelo, proporcionando que o molde seja avaliado antes
de existir, reduzindo custos com protótipos físicos, e no tempo entre a concepção e a
produção de um molde. No mercado são disponíveis vários softwares CAE, tais como:
CREO, SOLIDWORKS PLASTICS, MAGMASOFT, CATIA, CFD, ANSYS, NASTRAN,
MOLDEX 3D, C-MOLD, INVENTOR e MOLDFLOW. Esses softwares utilizam a como
base para simulação o método de elementos finitos – MEF.
Em termos matemáticos, MEF, também conhecido como FEA, é uma técnica
numérica para solucionar problemas de campo descrito por conjunto de equações
diferenciais parciais. O princípio básico do tratamento de sistemas discretos através
do MEF é dividido em três etapas: Pré-processamento, Solução (Solver) e Pós-
Processamento. É um método aproximado de cálculo de sistemas contínuos de um
domínio que é subdividido em um número finito de partes (elementos), conectados
entre si pelos pontos discretos (nós), onde ocorre a geração da malha. A figura 6
mostra o modelo 3D discretizado e gerada a malha (conjunto de elementos finitos
interligados por nós).
Figura 6 – Malha gerada no modelo 3D. Fonte: Toti (2012).
12
5 – METODOLOGIA EXPERIMENTAL
No desenvolvimento dessa pesquisa utilizou-se o fluxograma padrão de
desenvolvimento de projeto de molde para injeção, conforme mostrado na figura 7.
Figura 7 - Fluxograma de projeto do molde. Fonte: Madureira.
Em seguida, foi realizada a modelagem em 3D do produto “Corpo EVA 21” no
software Creo Parametric 2.0 ®. , conforme mostrado na figura 8.
13
Figura 8 - Modelo 3D intitulado “Corpo EVA 21”. Fonte: Do Autor.
O arquivo do modelo 3D do Corpo EVA 21 foi exportado no formato .STL para
o software CAE Moldflow da AutoDesk ®, onde foi executada a discretização do
domínio e a geração da malha, conforme ilustra a figura 9.
Figura 9 - Geração da malha do modelo EVA 21. Fonte: Do Autor.
Na etapa seguinte foram definidos o material e os parâmetros para a injeção
da simulação que são descritos abaixo:
a) Matéria Prima: PA 66 com 30 à 33 % de fibra de vidro apresentando as seguintes
características conforme mostra a tabela 2.
14
Tabela 2 - Característica do material polimérico PA. Fonte: Emicol.
Característica Un. PA
Temperatura de processo °C 280 a 305
Temperatura do molde °C 40 a 95
Viscosidade g/10min --
Temperatura de transição vítrea (Tg)
°C 243
Temperatura de extração °C 225
Densidade do material sólido g/cm³ 1,1490
Densidade do material fluído g/cm³ 0,9791
Contração paralela ao fluxo de injeção
% 0,9803 a
2,084
Contração perpendicular ao fluxo
de injeção
% 1,204 a 2,444
b) Parâmetros para a injeção:
- Fluido refrigerante = Água
- Temperatura de refrigeração
Parte Móvel = 70°C
Parte Fixa = 70°C
- Temperatura do cilindro:
Bico 1 = 290
Cilindro 2 = 285
Cilindro 3 = 280
Cilindro 4 = 260
- Temperatura da câmara Quente
Zona 1 = 300
Zona 2 = 300
Zona 3 = 290
Zona 4 = 290
15
c) Parâmetros de processo:
- Pressão de injeção 150 bar.
- Pressão de recalque 120 bar.
- Tempo de injeção = 0.7 segundos;
- Tempo de Recalque = 4 segundos.
A primeira simulação foi executada, considerando as especificações das
tolerâncias do modelo 3D, onde foram avaliadas as causas de deformações, melhor
local para a entrada de material, necessidades de refrigeração, material de construção
de postiços especiais e deflexão, determinando assim a viabilidade da injeção do
modelo 3D. Posteriormente ocorreu o desenvolvimento do projeto do molde em que
paralelamente foi realizada a simulação completa. Nessa fase, também foi analisado
as especificações do desenho de produto, gerando um DOE das cotas mais
importantes, definindo o tempo de estabilização térmica, indicando os parâmetros
iniciais da injeção, conforme a simulação, Francisco, B. M. (2016). As figuras 10 e 11
mostram os modelos 3D do molde construído no software Creo Parametric 2.0 ®.
Figura 10 - Montagem 3D da parte inferior do molde. Fonte: Do Autor.
16
Figura 11 - Montagem 3D da parte superior do molde. Fonte do Autor.
A figura 12 ilustra a simulação apresentando o resultado em gradiente (cores)
do tempo do fluxo do material injetado em vários pontos da peça.
Figura 12 – Simulação finalizada da injeção. Fonte: Do Autor.
17
Em seguida, foi avaliada a temperatura do circuito de refrigeração do molde,
levando em consideração a distribuição dos canais, as suas dimensões (não
fornecidas em razão de direitos de propriedade industrial) e o fluido refrigerante usado,
bem como a sua vazão e temperatura de entrada. Por fim, foram realizadas novas
simulações com alterações no sistema de refrigeração utilizando machos sinterizados
para melhoria do sistema de refrigeração. A figura 13 mostra os dois machos
sinterizados aplicados na melhoria deste sistema de refrigeração do molde.
Figura 13 -Machos sinterizados aplicados. Fonte: do Autor.
18
6 – RESULTADOS E DISCUSSÕES
As figuras 14 e 15 mostram os resultados em gradiente da simulação da
temperatura do molde com sistema de refrigeração atual e da proposta com machos
sinterizados.
Figura 14 – Simulação da temperatura do molde com refrigeração atual. Fonte: Do Autor.
Figura 15 - Simulação da temperatura do molde com refrigeração proposta. Fonte: Do Autor.
Nota-se que com as alterações propostas no sistema de resfriamento atual, foi
corrigido a deficiência de refrigeração na região do macho central, resultando numa
redução acentuada de área com alta temperatura, conforme mostra a figura 15 em
comparação com a figura 14. Isso se deve também, principalmente pela inserção do
19
macho sinterizado, pois a temperatura do molde deve ser mantida suficientemente
baixa para que o material quente forneça seu calor latente de fusão para as superfícies
do molde, reduzindo assim o ciclo de injeção. Aliado a isso, o controle da temperatura
do molde é determinante para a qualidade do acabamento do produto injetado,
tensões internas, contração e estabilidade dimensional.
As figuras 16 e 17 apresentam resultados obtidos das simulações atual e
proposta com tempos aproximados para extração do produto.
Figura 16 - Tempo de extração para o sistema de refrigeração original aprox. 11,3 segundos. Fonte: Do Autor.
Figura 17 - Tempo de extração para o sistema de refrigeração proposto aprox. 11,3 segundos. Fonte: Do Autor.
20
Nota-se que para o sistema de refrigeração proposto, a área total que falta a
atingir o congelamento de referência é bem menor em comparação a área do sistema
de refrigeração atual. De acordo com os dados técnicos de produção industrial da
empresa, a porcentagem de congelamento de referência é de 95 (%) para a extração
do produto.
A figura 18 apresenta os resultados obtidos do tempo versus (%) de
congelamento de extração do produto para os sistemas de refrigeração atual e
proposto.
Figura 18 – Resultados de (%) de congelamento para extração do produto. Fonte: Do Autor.
Nota-se que no sistema de refrigeração proposto a (%) de congelamento atingiu
a referência em 8 segundos e o sistema de refrigeração atual aproximou-se da
referência em torno de 14 segundos. Com o sistema de refrigeração proposto o tempo
foi reduzido em torno de 43% para a extração do produto, o qual, incide diretamente
na redução de tempo do ciclo do processo de injeção aproximadamente em 15%.
94,8
95,4
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2 4 6 8 10 12 14 16
Co
nge
lam
en
to (
%)
tempo (seg)
Referência
Atual
Proposto
21
7 – CONCLUSÕES
Dos resultados obtidos da simulação para os sistemas de refrigeração do molde
para o produto proposto, concluímos que:
- O sistema de refrigeração atual apresentava certa deficiência em torno do
macho central do molde;
- A utilização do macho sinterizado auxiliou na melhoria do sistema de
refrigeração proposto;
- O tempo de extração do produto com o sistema de refrigeração proposto
apresentou redução em torno de 43% em comparação ao sistema atual, no que tange
a porcentagem de congelamento (%) do produto;
- O software Moldflow fornece também informações dos parâmetros a serem
utilizados no processo de injeção, bem como, após a simulação, indica os defeitos
que podem ocorrer, auxiliando assim, no reprojeto do molde e/ou do produto.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
- ABIPLAST. Perfil 2012 Indústria brasileira de transformação de material plástico Brazilian plastic processed industry, 2012. - HARADA, JULIO ; Moldes para injeção de termoplásticos. 1ª edição. São Paulo : Artliber Editora, 2004, 308 p. - MADUREIRA DE PAULA, A. Definição Dimensional de Cavidades Utilizando Software de Simulação de Injeção. Trabalho de Graduação, Curso de Polímeros, Fatec Sorocaba, 2011. - PAULA VITAL, L., FLORIANI, V. M., VARVAKIS, G.. Gerenciamento do Fluxo de Informação como Suporte ao Processo de Tomada de Decisão. DOI: 10.5433/1981-8920, v15n1p85. 2010. - SACCHELLI, C. M. Sistematização do processo de desenvolvimento integrado de moldes de injeção de termoplásticos. 2007. 305 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis. 2007. - SREERAMULU, D., KUMAR, S., SUMAN, P., RAGHUVEER, D.. Development of a Computer Aided Process Planning System by Product Modeling using ST-Developer, International Journal of Conceptions on Mechanical and Civil Engineering Vol. 3, Issue; ISSN: 2357 – 2760, April’ 2015. - STEIKO, W. Avaliação do projeto térmico do molde garante qualidade e redução de custos. Plástico Industrial, v. 1, 64-71, Novembro, 2004. - TOTI, F. A. ; VIEIRA NETTO, A ; FRANCO, S. M. . Análise da Concentração de tensão na Alteração de Seção de Eixo Escalonado Utilizando Sistema CAE. In: VII CONEM 2012, 2012, São Luís - Maranhão. Anais do Congresso Nacional de Engenharia Mecânica - CONEM 2012, 2012.