Parametrização global de canais conformais para melhoria de qualidade durante o processo de moldação por injeção

Abstract

A moldação por injeção continua ainda a ser o processo preferencial para obtenção de peças poliméricas de elevada precisão dimensional a uma elevada cadência de produção. A elevada procura por peças desta tipologia obriga a um processo de melhoria contínua, tanto no que à produção diz respeito como ao fabrico de moldes e seus sistemas funcionais. Deste modo, quando se atenta na otimização do sistema de controlo de temperatura é possível verificar melhorias na qualidade da peça, minimização do tempo de ciclo, e consequente aumento de produtividade. O dimensionamento e otimização deste sistema torna-se deveras complexo e desafiante devido às inúmeras variáveis que condicionam a performance térmica da ferramenta moldante. A análise paramétrica é, portanto, fundamental para entender a influência relativa de parâmetros como: localização do canal, geometria, condições de escoamento, na taxa de extração de calor, permitindo, deste modo, estabelecer diretrizes de auxílio ao projeto térmico de moldes de injeção. Com a presente dissertação torna-se possível verificar, através de estudos numéricos, que o ponto fulcral prende-se com garantir que existe uma dissipação de calor relativamente equilibrada na ferramenta moldante, algo que pode ser conseguido com o recurso a geometrias conformais. Mais ainda, verifica-se que quando associados às geometrias conformais, perfis de secção retangular, resultam em melhor estabilidade dimensional na peça, quando comparados com perfis de secção circular nas mesmas condições de projeto. Este trabalho, para além de apresentar uma alternativa às regras de projeto consideradas, apresenta uma parametrização específica, gerando, assim, um modelo primitivo que estabelece premissas fundamentais para o desenvolvimento de ferramentas automáticas de auxílio ao dimensionamento de sistemas de controlo de temperatura, por forma a que o projeto de canais conformais se torne mais versátil, rápido e uma alternativa viável, em termos de projeto, para a indústria de moldes de injeção de polímeros.

Injection molding is currently the preferred process for obtaining polymeric parts with high dimensional precision at a high production rate. The high demand for parts of this typology requires a process of continuous improvement, both in terms of production and the manufacturing of molds and their functional systems. In this way, when looking at the optimization of the temperature control system, it is possible to observe improvements in the quality of the part, minimization of the cycle time, and consequent increase in productivity. The dimensioning and optimization of this system becomes very complex and challenging due to the numerous variables that condition the thermal performance of the molding tool. Parametric analysis is, therefore, fundamental to understand the relative influence of parameters such as: channel location, geometry, flow conditions, on the heat extraction rate, thus allowing to establish guidelines to aid the thermal design of injection molds. With the present dissertation it becomes possible to verify, through numerical studies, that the key point is to ensure that there is a relatively balanced heat dissipation in the molding tool, something that can be achieved using conformal geometries. Furthermore, it is verified that when associated with conformal geometries, rectangular section profiles, result in better dimensional stability in the part, when compared to circular section profiles under the same design conditions. This work, in addition to presenting an alternative to the considered design rules, presents a specific parameterization, thus generating a primitive model that establishes fundamental premises for the development of automatic tools to aid in the dimensioning of temperature control systems, in order to make the design of a conformal channel more versatile, faster and a viable design alternative for the polymer injection mold industry.