Modelação e simulação numérica de ferramenta moldante instrumentada com sensores de fibra ótica

Abstract

Este trabalho tem como objetivo principal analisar a cavidade moldante, identificando, através de ferramentas baseadas em simulação numérica do processo de obtenção de peças poliméricas, os pontos dentro da mesma que beneficiarão da inclusão de instrumentação dedicada, no sentido de potenciar a qualidade das peças. As simulações numéricas foram utilizadas apenas como ferramenta comparativa em relação aos dados adquiridos pelos sensores de fibra ótica, tanto para a temperatura como para a pressão dentro da cavidade moldante. No decorrer deste trabalho, foram feitos três ensaios. O primeiro ensaio não correu como era esperado, tendo sido apenas registados valores para a temperatura. A fibra ótica responsável pela aquisição de dados referentes é pressão foi danificada aquando da sua montagem no molde. Devido a estes problemas decidiu-se realizar outro ensaio com um postiço de geometria diferente. Esta geometria facilitava, não só a colocação das fibras óticas no postiço, como também a sua colocação na cavidade moldante. Após a caracterização do postiço na câmara térmica, verificou-se que com o aumento da temperatura, a fibra ótica responsável pela aquisição de dados referentes à pressão perdeu a pré-tensão que lhe foi induzida. Sendo assim, os valores obtidos para o cálculo da pressão dentro da cavidade moldante foram descartados. Relativamente ao terceiro ensaio, foi fabricado um novo postiço com um rasgo para o alojamento da fibra ótica responsável pela aquisição dos dados referentes à pressão maior, podendo assim colocar-se mais cola para a sua fixação. Após a sua fixação, foi realizada a caracterização do postiço na câmara térmica. Durante o terceiro ensaio foram realizados nove testes, não havendo quaisquer falhas no que toca à obtenção de dados referentes aos dois sensores de fibra ótica. Seguidamente, passou-se para a realização das simulações numéricas a fim de comparar os resultados obtidos pelos sensores e pelas mesmas. Verificou-se que existe um erro máximo de 8% entre os valores obtidos pelos sensores de fibra ótica e pelas simulações numéricas no que toca à temperatura. Esta diferença deve-se ao facto do software de simulação numérica não contabilizar as perdas de calor que as mangueiras responsáveis pelo transporte da água para o molde têm para o meio ambiente, influenciando assim o resultado final. Relativamente à pressão, não foi possível comparar os valores obtidos pelos sensores em relação às simulações numéricas, pois o software não tem como parâmetro de entrada a pressão de injeção.

This work aims to analyze the mold cavity, identifying, through tools based on numerical simulation of the process to obtain polymeric pieces, the points within the same benefiting the dedicated instrumentation inclusion, to enhance the quality of parts. Numeric simulations were used as a comparing method to acquired data from the optic fiber sensors, both the temperature and pressure inside the mold cavity. During this thesis work, there were three tests. The first test didn’t go as well as it was expected, having just been recorded temperature data. The responsible optical fiber for pressure data acquisition was damaged when the mold was to be mount. Because of this problem, it was decided that it would be needed to do another test with an assist plug geometrically different. This geometry favored not only the placing of fibers in the plug, but also its placing on mold cavity. After the characterization of the mold plug in a thermic chamber, it was verified that, with the increase of the temperature, the responsible optical fiber to acquire pressure data lost its induced pre-tension. That way, the acquired data for pressure calculation inside the mold cavity were not used. About the third test, it was fabricated a new plug with a machined channel where it is supposed to put the data acquisition optical fibers, with more fixing glue. Afterward, it was done the plug characterization in a thermic chamber. During this third test were made nine tests, noting that this time it hadn’t been missed any data acquired relating to the two optical fiber sensors. After the factory trials, it passed to the implementation of numeric simulation methods in order to compare the results with the factory tests. It was found that there is a maximum error of 8 % from the values obtained by the fiber optic sensors and by numerical simulations about the temperature. This difference is due to the fact that numeric simulation software doesn’t count the heat transfer from the water transportation hoses to the surroundings, influencing the final simulation results. About pressure, it wasn’t possible to compare the real acquired data with numeric simulations because software doesn’t have injection pressure as an input parameter.