Simulação para melhoria do processo de moldação por injeção em moldes de multicavidades

84 SIMULAÇÃO PARA MELHORIA DO PROCESSO DE MOLDAÇÃO POR INJEÇÃO EM MOLDES DE MULTICAVIDADES

Sigmasoft

A melhoria dos processos e da qualidade é um desafio dentro das produções em curso. Realizar otimizações durante a produção envolve alguns desafios. Adaptar os parâmetros do processo testando-os durante a produção consome muito tempo, dinheiro e recursos. O teste - virtual - de parâmetros, por meio de simulações, reduz custos e economiza recursos. Para isso, os parâmetros do processo de injeção são definidos, variados e combinados entre si, para que um grande número de variações seja testado para encontrar a janela de processamento mais adequada para melhorar a qualidade do produto moldado.

Uma otimização específica de qualidade ocupou o moldador na execução de uma parte de uma tampa moldada por injeção, produzida num molde de 64 cavidades. A tampa, que tem aproximadamente Ø13mm e 15mm de altura, possui uma pequena ranhura de centragem para fixação. O problema: durante a montagem da tampa, ocorriam cada vez mais fissuras ao longo da linha de soldadura no lado oposto ao ponto de injeção. O ponto de injeção posicionado assimetricamente é notório, embora seja um componente simétrico.

/ / Formação da linha de soldadura por colisão das frentes de fluxo do material; esquerda: Início da formação; direita: pontos fracos no componente devido à linha de soldadura. (Imagens: Sigma Engineering)

O produtor desenvolveu a otimização dos parâmetros durante a produção e obteve uma melhoria significativa na qualidade da tampa, por meio do qual o processo encontrado está fora da janela de processo permitida. Por simulação, os fatores do processo e as suas influências devem ser identificadas e examinadas, no que diz respeito a permanecer dentro da janela de processo validada e combinada de parâmetros que leva a propriedades semelhantes às do processo otimizado não validado.

No início, uma análise preliminar do artigo foi simulada com parâmetros-padrão previamente definidos na produção e os parâmetros otimizados do moldador, a fim de criar uma base de comparação e treinar os valores-alvo necessários. O primeiro estudo de enchimento mostrou como a linha de soldadura é formada pelo encontro das frentes de fluxo na área superior e é traçada através do componente completo. Uma comparação das temperaturas da superfície do invólucro mostrou uma diferença de temperatura no componente. O aumento da temperatura na tampa com os parâmetros otimizados resulta num melhor revestimento do componente. Devido à baixa viscosidade e um longo efeito de pressão de retenção, a superfície do componente forma-se melhor. Os parâmetros otimizados garantem que a peça se solidifique em alta pressão, resultando numa maior densidade e resistência mecânica. É também importante considerar o comportamento de contração, porque menos contração significa que o diâmetro dificilmente encolhe na totalidade e, portanto, menos tensões e deformações ocorrem no componente durante a montagem.

Após a análise preliminar virtual, vários objetivos e vários posicionamentos dos sensores foram definidos. Como áreas de avaliação, as áreas especiais, tais como a formação da linha de soldadura, a superfície lateral em toda a largura, a contração do diâmetro e o final do caminho do fluxo são de interesse.

O primeiro DoE (Design of Experiments) calculado foi realizado de acordo com o método de Taguchi para testar as principais variáveis de influência. Com esta abordagem, 25 experiências foram levadas a cabo para comparar num domínio de 3125 modelos. Estas variáveis encontradas servem como valores de limite. Com o conhecimento adquirido, foi elaborado posteriormente um DoE fatorial completo. A avaliação do DoE Taguchi mostrou que a maior influência vem da fase compactação e da temperatura de fusão do plástico, enquanto a temperatura do molde e o tempo de arrefecimento são de importância secundária. O tempo de compactação é irrelevante após a solidificação do ponto de ataque ter sido excedida. O DoE fatorial completo com 980 modelos foi calculado para encontrar e examinar os principais fatores de influência para obter o resultado possível e melhor.

Este cálculo teve lugar dentro dos limites do anterior método de Taguchi realizado. O resultado do DoE é gerado num diagrama de coordenadas paralelas, o que simplifica a análise do resultado. Com os controlos deslizantes é possível ajustar os diferentes requisitos do processo. De seguida foram definidos, por um lado, os parâmetros do processo e, por outro, os parâmetros do plástico. Assim, primeiro, os parâmetros na faixa validada e, em seguida, os pontos de processo otimizados foram considerados. O diagrama de coordenadas paralelas com os pontos de processo otimizados mostra que uma temperatura mais alta no final do caminho do fluxo e uma temperatura de superfície mais alta melhoram a qualidade. No entanto, como esses parâmetros estão fora da janela de processo permitida, a última etapa foi descobrir que otimização é adequada e permitida. O diagrama contém modelos que estão dentro da janela de processo validada e mostram uma melhor qualidade.

Os resultados mostram claramente que, para uma otimização significativa do produto, é necessário sair da janela de processo permissível com alguns pontos de processo. Por exemplo, é necessário aumentar a pressão de compactação para, pelo menos, 800 bar e

/ / Coordenadas paralelas dos modelos com os controlos deslizantes, ajustados para uma optimização vantajosa da tampa. (Imagem: Sigma Engineering)

aumentar a temperatura de fusão do plástico em 20 Kelvin, quer pela temperatura de fusão da matéria-prima, que não deve exceder os 220 graus Celsius, quer pela temperatura do molde para 50 graus Celsius.

A comparação entre a otimização do processo em chão de fábrica com a simulação virtual (DoE), durante a produção em andamento, demonstra que se pode reduzir custos económicos, nomeadamente, em matéria-prima, energia elétrica e capital humano especializado, para além do tempo de ocupação da máquina de injeção e o esforço/ preocupação de dar uma resposta ao cliente positiva. Com a simulação através de software especializado e dedicado tem a possibilidade de definir a parametrização do seu processo ao detalhe que permite descobrir atempadamente a janela ótima de trabalho/processo, entre o molde e máquina de injeção, com o objetivo de obter a melhor peça de plástico dentro do intervalo de qualidade pretendido pelo cliente, de forma repetitiva.