Desenvolvimento e aplicação do método científico de moldação por injeção

Universidade do Minho Escola de Engenharia Carla Cristina Fernandes da Silva Desenvolvimento e Aplicação do Método Científico de Moldação por Injeção Desenvolvimento e Aplicação do Método Científico de Moldação por Injeção UMinho | 2021 Carla Cristina Fernandes da Silva Julho 2021 julho 2021 Carla Cristina Fernandes da Silva Desenvolvimento e Aplicação do Método Científico de Moldação por Injeção Dissertação de Mestrado Ciclo de Estudos Integrados Conducentes ao Grau de Mestre em Engenharia de Polímeros Trabalho efetuado sob a orientação do(s) Engenheiro Carlos Filipe Machado Bacelar Cardoso Professor Doutor Júlio César Machado Viana Universidade do Minho Escola de Engenharia iv 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. Atribuição CC BY https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ v AGRADECIMENTOS No âmbito da Dissertação de Mestrado, quero agradecer a todas as pessoas e entidades envolvidas por todo o apoio e ajuda que proporcionaram ao longo de todo o processo. Primeiramente quero agradecer aos meus pais e irmã por todo o apoio, paciência e ajuda ao longo destes 5 anos. De seguida, quero agradecer ao meu namorado e amigos pela melhor companhia, nos melhores e piores momentos deste período e por todas as experiências vividas em conjunto. Sem dúvidas que foram fundamentais para tornar estes últimos anos de formação algo memorável e inesquecível. Também quero agradecer aos orientadores Júlio Viana e Filipe Cardoso pelo ajuda e suporte para o desenvolvimento deste projeto. Quero também deixar um agradecimento a todas as pessoas da empresa CS Plastic que foram incansáveis, em especial à Marta Silva, Leandro Brito, Goreti Silva, Eduardo Almeida, Cristiana Pinto e Luís Teixeira. Um especial agradecimento à Alexandra Pereira, pela ajuda incansável que me proporcionou que foi fundamental para o meu projeto. E por último, quero agradecer ao Engenheiro Paulo Pereira por toda a ajuda no domínio do programa Moldex. vi 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. vii RESUMO Desenvolvimento e Aplicação do Método Científico de Moldação por Injeção O projeto desenvolvido foca-se na área de moldação por injeção de plásticos e foi desenvolvido na empresa CS Plastic, em Santo Tirso, no âmbito da conclusão do Mestrado Integrado em Engenharia de Polímeros realizado na Universidade do Minho. A presente dissertação, baseia-se no estudo de otimização do processo de moldação por injeção através da aplicação dos conhecimentos científicos da área de injeção. A aplicação dos métodos científicos, tem o propósito de obter processos robustos e consistentes. A primeira etapa deste projeto baseou-se no estudo e pesquisa preliminares sobre a temática do Moldação por Injeção Científica, e a seleção da peça que serviu de caso de estudo. Neste caso, o produto escolhido era recente na empresa e pode-se acompanhar todo o desenvolvimento do processo. Posteriormente, organizou-se a estrutura da dissertação, iniciou-se uma nova pesquisa sobre todas as ferramentas que se iriam aplicar e dos assuntos mais importantes da moldação por injeção, nomeadamente diagrama de Ishikawa, DOE, entre outros. Efetuaram-se, seguidamente, testes práticos para averiguar as características do processo e depois de todos os ensaios serem realizados, procedeu-se à análise de resultados acerca das variáveis que mais influenciavam o processo. Paralelamente a todo este processo, foram-se realizando simulações de enchimento onde também se procedeu à análise de todos os resultados para, por fim, se efetuarem comparações entre os resultados dos testes práticos com os das simulações no software Moldex 3D. No final, retiraram-se conclusões sobre as diferenças entre os diferentes resultados e acerca da influência das variáveis em estudo nas respostas do processo, e na importância da qualidade final do produto em estudo. Os resultados das simulações e dos testes experimentais mostram discrepâncias entre eles, porém ambos seguem a teoria da ciência de moldação por injeção, para obter um processo robusto e reprodutível, onde os principais fatores se basearam nos valores de 2ª pressão, velocidade de injeção e temperatura do fundido. Palavras chave: Consistente, Moldação por Injeção Cientifica, simulações, testes práticos viii ABSTRACT Development and Application of Scientific Injection Moulding This project was developed and focused on the field of injection moulding and was a collaboration with CS Plastic, based in Santo Tirso, Portugal, as the conclusion for master degree in polymer engineering from the University of Minho. This dissertation, it´s based in the study and optimization of the injection moulding process through the application of Scientific moulding, whose application has the objective of obtaining robust and consistent processes. The first part of the project was aimed at the study and preliminary research of the theme of Scientific moulding and the selection of the part used as the case in study. In this case, the pat selected was new in the company and it was possible to follow it throughout the whole process. Next, the structure of the dissertation was constructed and a new researched was started about the tools necessary for the implementation of Scientific moulding and its importance. After these, practical tests were made to evaluate the process characteristics and after those tests were concluded, results were discussed about the variables that most impact the method. At the same time, filling simulations were made in order to compare both results, practical and simulations. The software used was Moldex 3D. Lastly, conclusions were obtained about the different results, the influence of the variables in the injection moulding process and the importance in the quality of the final product. The results from the simulations and practical experiments show discrepancies, however both follow the scientific injection moulding theory in order to obtain a robust nad reproducible process, where the main factors based basically on the values of the pack pressure, injection speed, and melt temperature. Keywords: Consistency, Scientific Injection Moulding, simulations, practice tests ix Índice Agradecimentos ......................................................................................................................... v Declaração de integridade ........................................................................................................ vi Resumo ..................................................................................................................................... vii Abstract ................................................................................................................................... viii Lista de abreviaturas e Siglas ................................................................................................... xiii Índice de Figuras ....................................................................................................................... xiv Lista de símbolos ..................................................................................................................... xvii Índice de Tabelas ........................................................................................................................ 1 1. Introdução ........................................................................................................................... 2 1.1 Enquadramento ........................................................................................................... 2 1.2 Objetivos ...................................................................................................................... 3 1.3 Organização da dissertação ......................................................................................... 3 1.4 Apresentação de Empresa ........................................................................................... 4 2. Conceitos teóricos ............................................................................................................... 5 2.1 Processo de injeção ...................................................................................................... 5 2.1.1 Ciclo de moldação por injeção .............................................................................. 6 2.1.2 Fases do ciclo de Injeção ....................................................................................... 7 2.1.3 Consistência do processo de moldação por injeção ............................................. 8 2.2 Processo científico de moldação por injeção ............................................................ 11 2.2.1 Os 5 pilares do Processo de Moldação por Injeção ............................................ 12 2.2.2 Condições do Processo ....................................................................................... 14 2.2.3 Etapas do SIM...................................................................................................... 17 3. Metodologias .................................................................................................................... 19 3.1 Diagrama de Ishikawa ................................................................................................ 19 xvi Figura 56Empenos das simulações 2,3,5 e 8 .......................................................................... 67 Figura 57-Empenos das simulações dos ensaios 9, 12 14 e 15 ................................................ 67 Figura 58-Simulações dos ensaios 2 e 12 ................................................................................. 68 Figura 59-Empenos das simulações do ensaio 10 .................................................................... 69 Figura 60-Empeno da simulação do ensaio 4 .......................................................................... 69 Figura 61-Simulações 6 e 16 ..................................................................................................... 70 Figura 62-Simulações 1,7 ,11 e 13 ............................................................................................ 70 Figura 63-Efeito da temperatura do molde na variação de empenos ..................................... 72 Figura 64Efeito da 2ª Pressão no aparecimento de empenos ............................................... 73 Figura 65-Efeito da Interação entre Temperatura do fundido e 2ª pressão no aparecimento de empenos ................................................................................................................................... 74 Figura 66Variação do peso das peças simuladas em Moldex ................................................ 75 Figura 67-Efeito da velocidade de injeção na variação do peso (simulações) ......................... 77 Figura 68Gráfico da variação do tempo de ciclo nas simulações .......................................... 78 Figura 69-Efeito da velocidade de injeção na variação do tempo de ciclo (simulações) ........ 79 Figura 70Gráfico da variação e chupados nas simulações ..................................................... 80 Figura 71Chupados nas simulações da peça 4 (à esquerda) e da peça (à direita) ................ 81 Figura 72-Efeito da 2ª Pressão na variação de chupados (simulações) ................................... 82 Figura 73Empeno da peça do ensaio 11 ................................................................................ 83 Figura 74Gráfico da variação de empeno nas simulações ..................................................... 84 Figura 75-Efeito da temperatura de extração na aparição de empenos (testes experimentais) .................................................................................................................................................. 86 Figura 76Variação do peso nos testes experimentais ........................................................... 87 Figura 77-Variação do tempo de ciclo nos testes experimentais ............................................ 89 Figura 78-Chupados das peças dos ensaios 10 e 16 ................................................................ 92 Figura 79Queimados das peças dos ensaios 7 e 15 ............................................................... 93 xvii LISTA DE SÍMBOLOS ↑ Aumenta/ Aumento ↓ Diminui/ Diminuição 1 ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1Principais Variáveis do Processo .............................................................................. 14 Tabela 2-Exemplo de matriz L4; Adaptada de [22] .................................................................. 24 Tabela 3Condições de processamento do ABS ELIX .............................................................. 27 Tabela 4Características da máquina de injeção ..................................................................... 41 Tabela 5 - Variáveis e respetivos níveis .................................................................................... 55 Tabela 6 - Plano de Experiências .............................................................................................. 56 Tabela 7Valores de dosagem e ponto de comutação das zonas moldadas .......................... 60 Tabela 8Condições Utilizadas nos testes experimentais e nas simulações ........................... 64 Tabela 9Tabela ANOVA da variação de empenos (simulações) ............................................ 71 Tabela 10-Tabela ANOVA da variação do peso (simulações) .................................................. 76 Tabela 11-Tabela ANOVA de aparecimento de chupados (simulações) .................................. 81 Tabela 12Tabela ANOVA de variação de empenos (testes experimentais) .......................... 85 Tabela 13-Tabela ANOVA de variação do peso (testes experimentais) ................................... 88 Tabela 14ANOVA de variação do Tempo de Ciclo ................................................................. 90 Tabela 15-Análise do aparecimento de chupados em cada peça ............................................ 91 Tabela 16Medição da profundidade dos chupados mais acentuados .................................. 93 Tabela 17Tabela de Confirmação da Variação dos Empenos nas Simulações ...................... 95 Tabela 18Tabela e Confirmação da Variação do Peso nas Simulações ................................. 96 Tabela 19Tabela de Confirmação Da variação de tempo de Ciclo nas Simulações ............... 96 Tabela 20Tabela de Confirmação da variação de Chupados nas simulações ........................ 97 Tabela 21Tabela de Confirmação da variação de Empeno nos testes Experimentais .......... 97 Tabela 22-Tabela de Confirmação de chupados nos testes experimentais ............................ 98 Tabela 23Tabela de Comparação entre resultados das Simulações e testes Experimentais 99 Tabela 24Tabela de processo ideal ...................................................................................... 100 2 1. INTRODUÇÃO Neste capítulo inicial é apresentado, de forma genérica, o projeto que se pretende desenvolver. Inicialmente é explicada a relevância do projeto desenvolvido na dissertação, posteriormente determinam-se os objetivos da mesma, assim como a metodologia utilizada para os atingir. Por fim, encerra-se este primeiro capítulo com a exibição da estrutura da dissertação e com uma breve apresentação da empresa onde foi desenvolvido todo o projeto. 1.1 Enquadramento O mercado encontra-se em constante evolução e para a poder acompanhar, é necessário que as empresas pesquisem e implementem novas soluções que permitam o seu crescimento progressivo e, da mesma forma, impeçam a sua estagnação. Face à exigência existente a nível global, é necessário elaborar planos de trabalho que estimulem a produtividade e melhoria contínua de processos produtivos, atendendo às exigências dos clientes. A moldação por injeção de plásticos contém um conceito simples. Traduz-se basicamente em “FundirInjetarArrefecer”, e quando se descobre como controlar a máquina responsável pelo processo, acaba-se por subestimar a complexidade do mesmo, e por essa razão, muitas empresas não atingem a consistência essencial para o sucesso do projeto e acabam por encerrar devido à ausência da eficiência exigida pelo mercado. Uma vez que, atualmente, o processo de moldação por injeção é um dos métodos produtivos mais utilizado para a produção de peças plásticas, este deve ser analisado detalhadamente e compreendido na sua plenitude. Nesse sentido acaba por surgir o projeto desenvolvido nesta dissertação de mestrado, que visa de que forma as variáveis influenciam a eficiência, qualidade, consistência e reprodutibilidade do processo de moldação por injeção. Depois de entender toda a dinâmica do processo, é possível tomar decisões certeiras acerca da definição inicial de todos os parâmetros envolvidos no processo de injeção, a fim de estabelecer um processo robusto e eficiente na sua produtividade. 3 1.2 Objetivos Como descrito anteriormente, o objetivo do projeto descrito na presente dissertação pretende entender de forma plena o processo de moldação por injeção e assim atingir os melhores resultados possíveis. Para isso é necessário estudar o papel das variáveis operatórias no processo, assim como, a contribuição da combinação das diferentes variáveis no mesmo. Os objetivos de todo o projeto passam por: • Pesquisar e compreender sobre o conceito de Scientific Injection Moulding; • Aplicar a metodologia DOE para determinar as condições de processamento que mais influenciam a qualidade e consistência do processo; • Efetuar simulações de enchimento e testes experimentais para comprovar quais os efeitos das variações das condições de processamento; • Comparar os resultados das simulações e dos testes experimentais; • Concluir acerca das variáveis de maior relevância na consistência e qualidade do processo; 1.3 Organização da dissertação A presente dissertação contém 6 capítulos. Na Figura 1 é representada a estrutura de todo o relatório. 1Introdução 2Estado de arte 3Metodologias 4Materiais e Métodos 5Resultados 6Conclusões Figura 1Estrutura da dissertação 4 Na introdução é enunciado o tema, elabora-se uma breve apresentação da empresa onde se desenvolve o projeto, e apresenta-se a estrutura de todo o relatório. O estado de arte, diz respeito à introdução e explicação pormenorizado tema Scientific Injection Moulding, bem como de todas as vertentes que estão envolvidas neste projeto. Nas metodologias é explicada toda a teoria por detrás dos métodos utilizados ao longo de toda a dissertação. Em materiais e método são descritos todos os métodos e os instrumentos e acessórios necessários para todas as medições, pesagens e ações efetuadas durante todo o projeto. Posteriormente são aplicados os métodos e conhecimentos descritos nas metodologias, para obter as variáveis que se pretendem alterar nas experiências. O capítulo dos resultados e análises dos resultados, testam-se todas as hipóteses e combinações (tanto no software como experimentalmente) obtendo-se resultados que são posteriormente analisados e comparados Por fim, no capítulo das conclusões é efetuado um balanço sobre todo o projeto, onde se retiram conclusões sobre as experiências realizadas e o tema do projeto. 1.4 Apresentação de Empresa A CS Plastic é uma empresa sediada em Santo Tirso, fundada em setembro de 2010, com cerca de 30 colaboradores, especializada na área da injeção de plásticos de elevada precisão. Esta entidade trabalha para diversas vertentes, nomeadamente a médica, industrial, alimentar, eletrónica, desportiva, entre outras. Para além da injeção de peças a CS Plastic efetua vários serviços como o desenvolvimento de produtos, prototipagem, produção de moldes e de peças e gestão de projetos. A empresa destaca-se pela qualidade, competência, experiência e facilidade de comunicação em diversos idiomas, conquistando assim a confiança de empresas não só nacionais, assim como internacionais. O seu desenvolvimento e a produção de componentes termoplásticos dispõe de um Sistema de Gestão da qualidade reconhecido e conforme com a norma UNE-EN ISO 9001:2008 [1]. 5 2. CONCEITOS TEÓRICOS 2.1 Processo de injeção Atualmente, a moldação por injeção trata-se do principal processo de transformação de materiais poliméricos, tendo um papel de elevada importância em diversas áreas como médica, construção civil, embalagem, automóvel, entre outros [2] . Moldação por injeção pode definir-se como o processo no qual um material plástico no estado sólido e em forma de granulado, é colocado no interior de uma tremonha e segue para a máquina de injeção, onde posteriormente é aquecido até plasticizar, para seguidamente ser injetado (sob pressão) para o interior da cavidade moldante, onde irá preencher a mesma, adquirindo a forma do produto que se pretende obter. Seguidamente o material arrefece recuperando a rigidez e depois ocorre a ejeção da moldação [3]. Figura 2Empresa CS Plastic, sediada em Santo Tirso 6 2.1.1 Ciclo de moldação por injeção O processo de moldação por injeção engloba um conjunto de etapas e operações que ocorrem na máquina de injeção. Estas operações são cíclicas e ocorrem sempre ao fim de cada moldação. Na indústria dos plásticos, o objetivo passa por produzir peças que cumpram as especificações e condições impostas, no mínimo intervalo de tempo possível, tentando ao máximo rentabilizar o processo. Na Figura 3, é possível observar-se as diversas fases do ciclo de injeção. Cada etapa tem um importante papel na qualidade do processo e cada uma delas depende da anterior, por essa razão é importante assegurar que o processo está estabilizado para não prejudicar a qualidade do mesmo e consequentemente do produto final [3]. Figura 3Esquema representativo do ciclo de injeção; Adaptado de [2] 7 2.1.2 Fases do ciclo de Injeção O ciclo de injeção é dividido em 6 etapas principais. 1. Fecho e trancamento O ciclo inicia-se pelo fecho e trancamento do molde, este é realizado pelo sistema hidráulico que movimenta a placa móvel na direção da placa fixa. Esta etapa deve ser o mais breve possível. A velocidade de fecho corresponde ao avanço da placa móvel da injetora no momento que ocorre o fecho do molde. Esta deve ser ajustada de maneira que o encosto das duas partes do molde seja suave e assim evitar a danificação das superfícies. O tempo de duração desta operação é dependente do desempenho da máquina e das características do molde. 2. Injeção Nesta etapa ocorre o avanço da unidade de injeção e o cilindro encosta o bico ao molde, o parafuso é empurrado para a frente, forçando a entrada do fluindo para o interior da cavidade do molde. A velocidade de injeção deve conseguir alcançar um equilíbrio entre rapidez de preenchimento de cavidade e a correta replicação dos contornos do molde. 3. Pressurização/compressão Após a fase de injeção, existe a necessidade de continuar a compactar o fundido. Geralmente, a quantidade de matéria-prima doseada para o interior da cavidade é ligeiramente superior do que o volume final do produto e o excesso de material leva a um aumento da pressão interna da cavidade. A 2ª pressão consiste na manutenção da pressão para minimizar a ação da contração da matéria-prima que pode ocorrer devido ao arrefecimento. A fase de compressão também é bastante importante para impedir o refluxo do fundido. Esta etapa cessa assim que o jito e /ou a própria peça estejam solidificados. 4. Arrefecimento Imediatamente após a matéria-prima ser injetada para o interior da cavidade, a fase de arrefecimento inicia-se. O êmbolo é retraído por efeito da pressão criada pelo fundido devido à plasticização do material. Enquanto isto a moldação continua a arrefecer no interior do molde. No momento em que a plasticização está concluída, isto é, o volume pretendido está doseado, o fuso para. Esta etapa termina no 8 momento que a peça atinge uma temperatura que permite a sua extração sem existir distorção. 5. Abertura e ejeção Assim que o tempo de arrefecimento acaba ocorre a abertura do molde e extração da peça. A velocidade e o curso de abertura devem ser selecionados consoante as dimensões gerais do molde e da peça. 6. Tempo morto Corresponde ao período que decorre desde que a peça está pronta a ser extraída do molde e o a iniciação de um novo ciclo. A duração desta última etapa depende se a extração e feita em regime automático ou manual. No primeiro regime o tempo é praticamente instantâneo, mas em regime manual o tempo pode ser mais longo. Tempos mortos elevados naturalmente afetam negativamente a reprodutibilidade do processo. Todas as etapas acima referidas desempenham um papel fulcral na qualidade do processo. É fundamental que todas as etapas ocorram corretamente, de forma a minimizar falhas que possam prejudicar a qualidade e a reprodutibilidade do processo [3], [4], [5]. 2.1.3 Consistência do processo de moldação por injeção Quando se está perante o desenvolvimento de um processo de injeção, procura-se sempre atingir a consistência e a robustez do processo. Um processo robusto não necessita de alterações, logo existe a redução de desperdício de material e de dinheiro, logo existe uma rentabilização do processo. Um processo de moldação consistente origina produtos de qualidade consistente e previsível. Esta qualidade permite atingir a eficiência produtiva, que é na verdade o objetivo que se espera alcançar quando se desenvolve um processo de moldação. Perante a eficiência, não é necessário efetuar alterações no processo, uma vez que este não se encontra sensível a variações de causas comuns [6]. Na moldação por injeção existem 3 tipos de consistência. 15 suficientemente elevada para garantir a perfeita plasticização de todo o material, mas ao mesmo tempo impedir que exista degradação do mesmo. • Temperatura do molde A temperatura do molde influencia fortemente o processo de injeção, uma vez que, condiciona o tempo de arrefecimento. Como o tempo de arrefecimento ocupa grande parte do ciclo de moldação, este é bastante importante. Temperaturas muito elevadas aumentam o tempo de ciclo, uma vez que é necessário mais tempo de arrefecimento, porém, temperaturas muito baixas podem levar ao arrefecimento prematuro do material na fase de enchimento, o que provoca peças com elevadas tensões residuais ou até moldações incompletas. • Velocidade de injeção A velocidade de avanço do fuso durante a fase de enchimento da impressão é a velocidade de injeção. Trata-se do caudal com que o material é injetado. Esta variável é determinante no processo, uma vez que, velocidades elevadas são necessárias para garantir a baixa viscosidade do fundido, minimizar as perdas de calor durante a fase de enchimento e permitir a elevada dissipação viscosa no escoamento. Porém, se a velocidade for excessivamente alta, pode prejudicar a peça devido à maior probabilidade de ocorrerem defeitos. • 2ª Pressão Podendo ser denominada como 2ª pressão, pressão de manutenção, pressurização ou pós pressão, esta corresponde à pressão exercida na moldação após o enchimento. É exercida após o enchimento, de forma a compensar a contração volumétrica que o material sofre durante a fase de arrefecimento. A passagem da fase de enchimento da cavidade (fase dinâmica) para a fase de pressurização é chamada de comutação. Existem 3 formas de esta transição ser efetuada. • Por tempo: Nesta forma, a comutação é efetuada após um tempo estabelecido, mesmo que o fuso ainda não tenha percorrido o curso que se pretende. 16 • Por curso: A comutação ocorre quando o fuso alcança a posição estabelecida pelo operador. • Por pressão: A comutação é feita a partir de um valor estabelecido pelo operador que deve corresponder ao momento em que a impressão esta completa. Para esta prática é requerido a instalação de sensores de pressão na zona moldante. • Tempo de 2ª Pressão Corresponde ao período que a 2ª pressão é aplicada, ou seja, tempo que o fuso exerce pressão à moldação. • Contra Pressão Na fase de plasticização, durante a fase de recuo do fuso o material é forçado a deslocar-se para a frente do mesmo, exercendo uma força que se opõe ao fuso, denominada contra-pressão. Valores de contra-pressão maiores permitem uma plasticização mais longa e intensa, mas também um maior esforço mecânico sobe o material, o que garante um fundido mais homogéneo e com maiores temperaturas. • Dosagem Corresponde ao curso de material plasticizado (volume de moldação e almofada), Figura 8. Figura 8Representação de dosagem; adaptado de [2] 17 • Curso de descompressão Recuo linear do fuso de modo a evitar a purga pelo bico de injeção. O curso de descompressão permite e sucção do fundido e o alívio de pressão no mesmo. • Almofada A almofada corresponde à quantidade de material a jusante do fuso de injeção após a fase de pressurização. • Tempo de arrefecimento A partir do momento que o fundido entra em contacto com as paredes do molde, inicia-se o arrefecimento do polímero. Porém o tempo de arrefecimento trata-se do período após a pressurização até que a moldação atinja uma temperatura adequada à extração da peça sem distorção. • Força de fecho Força exercida pela unidade de fecho da máquina de injeção, para manter o molde fechado, que deve ser sempre ligeiramente superior à força exigida pela moldação. 2.2.3 Etapas do SIM SIM conhecido como moldação desacoplada, uma vez que os estágios chave do processo de injeção (preenchimento e pressurização) são analisados de forma independente. A vertente do Scientific Injection Moulding envolve também estudo de reologia assim como o estudo da variação de pressão, a variação de temperaturas entre muitos outros aspetos. Esta é uma técnica completa, abrangente e exclusiva para cada aplicação complexa, mas pode ser dividida em 6 etapas essenciais. 1º Passo: Análise do Projeto e Recomendação de Aplicação do SIM Na fase inicial de análise da peça e da sua complexidade, é recomendado a aplicação do SIM se apropriado. Aplicar os princípios do Scientific Injection Moulding requer conhecimento especializado na área dos polímeros e da moldação por injeção. 18 2º Passo: Design e Ferramentas O sucesso da aplicação do SIM, depende dos dados recolhidos. Para poder obter resultados precisos ao longo do processo, tanto a peça como as ferramentas (máquina, molde, entre outros) devem ser projetadas de forma a acomodar sensores de modelação científica. Por exemplo, a máquina de injeção tem de ser capaz de demonstrar os dados relativos ao processo, dosagem, valores de pressões, tempos, etc. 3ª Passo: Ferramenta de Construção Após concluir o projeto de peça e do molde e depois de se aprovarem as especificações iniciais, constrói-se o primeiro modelo do molde. Este é testado de forma rigorosa para poder evidenciar erros funcionais preliminares, de forma a aplicar os ajustes necessários. 4º Passo: Estabelecimento da Janela de Produção Testar a ferramenta trata-se da parte fulcral da moldação científica. Um conjunto de testes e hipóteses, conhecido como Design of Experiencies (DOE) permitem determinar quais são os principais parâmetros (velocidade de injeção, temperatura de fusão, temperatura do molde, tempo de arrefecimento, etc.) que influenciam o processo de injeção. Estes mesmos parâmetros, quando aplicados da forma consistente produzem resultados com a qualidade requerida. 5º Passo: Produção e monotorização Depois de a janela do processo estar estabelecida, podem ser efetuados ajustes dimensionais finais e pode iniciar-se a produção em escala. A janela de processos é monitorização de perto e permanece constante durante toda a produção. 6º Passo: Manutenção A manutenção adequada do molde e dos seus acessórios prolonga a vida útil dos mesmos, diminui a necessidade de ajustes e acaba por evitar tempo de inatividade, diminuindo também a ocorrência de peças com defeitos [15]. 19 3. METODOLOGIAS 3.1 Diagrama de Ishikawa O diagrama de Ishikawa trata-se de uma ferramenta da qualidade, que tem por objetivos encontrar, organizar, classificar, documentar e exibir sob a forma de gráfico as causas de um determinado problema, agrupados por categorias para facilitar o brainstorming de ideias e análise da ocorrência. Visto que as causas são hierarquizadas, torna-se possível identificar de forma concreta e rigorosa as causas do problema [16]. O diagrama de Ishikawa segue o princípio de que para cada problema existe um número limitado de causas primárias/principais, secundárias, terciárias e assim sucessivamente[7]. No processo de injeção, as causas que levam ao problema são agrupadas em 6 categorias: método, molde, máquina, mão de obra, matéria-prima e processo. • Método Processos, procedimentos e métodos utilizados durante a experiência pode influenciar a ocorrência de um problema. Nesta etapa, verifica-se como a forma de trabalhar afeta o surgimento de problemas no produto final. • Molde Aqui é necessário ter em conta todos os problemas relacionados ao design, maquinação e performance do molde. • Máquina Nesta categoria considera-se as causas originadas de falha na maquinaria usada durante o processo, como por exemplo funcionamento incorreto, falhas mecânicas, entre outros. • Processo As variáveis utilizadas no processo, são bastante importantes para a qualidade do mesmo. Posto isto, é necessário percebe a nível de processo quais os erros que irão contribuir diretamente para o surgimento de problemas/defeitos na peça final. 20 • Mão de obra As atitudes, dificuldades e desempenho das pessoas também afetam diretamente a aparição de complicações no processo de injeção. A pressa, imprudência, falta de qualificação e competência fazem a diferença entre um processo bem-sucedido e um sem qualidade. • Matéria-Prima A qualidade, as misturas, as quantidades de matéria-prima também são fatores determinantes na qualidade do processo. A gestão da matéria-prima tem de ser algo bem ordenado e isento de erros (por exemplo: mistura de materiais incompatíveis) porque a qualidade da peça também é definida por isso. Na Figura 9, está representada estrutura de um diagrama de Ishikawa, onde se apresenta o diagrama base do processo de injeção. Figura 9-Representação do Diagrama de Ishikawa 21 3.2 Plano de Experiências O planeamento de experiências (DOE), trata-se de uma técnica eficiente, utilizada para planear experiências, isto é, a partir deste método é possível definir que dados, quantidades e condições devem ser recolhidos dados durante uma experiência. Permite então, investigar múltiplos fatores de processo, usando um número mínimo de experiências. É uma técnica bastante importante para a indústria uma vez que a sua aplicação permite resultados confiáveis, mas também economizar tempo e dinheiro, o que é bastante benéfico para o processo [16],[17]. A aplicação desta técnica é bastante importante no desenvolvimento de novos produtos, onde uma qualidade superior dos resultados dos testes permite a obtenção de um projeto com melhor desempenho relativamente às suas características funcionais e à sua robustez. Para a aplicação da técnica do DOE, é essencial definir um objetivo e selecionar as características que têm influência no processo, assim como, definir os níveis e os fatores em questão. Após os níveis e fatores estarem definidos, é necessário iniciar a fase estatística. Esta consiste em combinar as variáveis do processo em matrizes ortogonais de forma a planear as experiências. Seguidamente, são efetuadas as experiências e após estas serem finalizadas os resultados podem finalmente ser analisados. Consoante os resultados, podem ser aplicadas retificações para melhorar o processo[18],[19] . Na Figura 10, está representada a metodologia de DOE 22 A aplicação desta metodologia prevê um planeamento cuidadoso, uma programação de experiências ponderado, e uma análise de resultados qualificada. Dr. Genechi Taguchi padronizou métodos para as etapas de aplicação do DOE, desta forma, o DOE (usando a abordagem Taguchi) tonou-se uma ferramenta muito usada na engenharia [18]. 3.2.1 Método de Taguchi O método de Taguchi é o método de DOE mais utilizado pois, é simples e ajuda na obtenção de produtos de qualidade a um preço menor. Com este método, apenas uma fração do número total de combinações das variáveis de entrada é realizado, o que permite minimizar custos e facilitar o acesso às informações necessárias. Posto isto, são realizadas matrizes ortogonais e tabelas triangulares para definir os testes que devem e podem ser efetuados. Este método pertence à categoria dos métodos classificados como “fora-de-linha”, por serem de utilização exterior à linha de produção, contrariamente aos métodos “em-linha” que, efetuam o controlo durante a fase produtiva. O método de Taguchi pode, desta forma, intervir desde a fase de conceção do produto [20]. Definição do objetivo Seleção dos fatores e respetivos níveis Planeamento das experiências Efetuar as experiências Análise de resultados Melhoria do processo Figura 10Metodologia DOE 23 O diagrama torna-se obrigatório para o desenvolvimento de projetos. Trata-se de uma forma de definir, de forma sucinta, o objetivo da aplicação do método. • Fatores de controlo (inputs): Tratam-se das variáveis que influenciam significativamente certas características do processo o produto, ou seja, são variáveis intrínsecas ao processo. São variáveis independentes e são facilmente controláveis. • Resposta (outputs): Características de qualidade do produto que podem ser medíveis e em que a sua variação possui um efeito crítico na qualidade final do produto. Exemplos: peso, custo, espessura, entre outros. • Fatores de Ruídos/ perturbação: Fatores que não podem ser controlados, ou o seu controlo implica gastos muitos dispendiosos, e estão “além” do processo. Estes podem ser classificados como internos ou externos. • Fatores de ruído internos: São alterações que ocorrem quando um produto se deteriora durante o armazenamento. Exemplos de fatores de ruído interno são os materiais ou o operador. Fatores de ruído externos: Dizem respeito aos fatores ambientais como temperaturas, humidade, ou outras condições de uso que possam prejudicar as funções do produto. Figura 11-representativa dos fatores do Método de Taguchi ; Adaptado de [20} 24 O primeiro passo do método de Taguchi é a determinação do problema e/ou qual o objetivo do estudo em desenvolvimento. O passo seguinte consiste na determinação de qual a reposta que pode ser otimizada. Depois de definida a resposta é necessário determinar qual a característica de qualidade que melhor se adequa à resposta e ao estudo. O passo seguinte passa pela identificação de fatores de ruído que tenham um possível impacto negativo no rendimento do sistema ou na própria qualidade. Seguidamente, procede-se à escolha da matriz de experiências e à definição do procedimento de análise de dados. A matriz selecionada tem de satisfazer o número de graus suficiente para os parâmetros e respetivos níveis. Um exemplo pode ser aTabela 2. Existem 3 parâmetros, com 2 níveis cada, logo é necessária uma matriz L4(23), onde 𝐿𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖ê𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠(𝑁í𝑣𝑒𝑖𝑠𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠). Uma matriz L4 tem as características representadas na Tabela 2 • 3 fatores: (A, B, C) • 4 experiências: (1, 2, 3, 4) • 2 Níveis: (1, 2) Neste caso em específico, na eventualidade de não se aplicar este método, seriam necessários 8 ensaios para obter os mesmos resultados, logo, Taguchi ajudou a reduzir o número de experiências para metade das que seriam de esperar. Após definida a matriz, passa-se à fase de realização de ensaios e o registo dos respetivos resultados. Pode ser realizado apenas um ensaio para cada combinação paramétrica ou, consoante o número de parâmetros de ruído, podem ser efetuadas várias repetições. Tabela 2-Exemplo de matriz L4; Adaptada de [22] 31 É necessário estabelecer corretamente as variáveis do processo para que os engates, castelos, entre outros não apareçam marcados na parte frontal da peça (como é observável na Figura 18), pois se isto ocorrer, esta é automaticamente descartada. 4.2 Molde O molde trata-se de é uma ferramenta, capaz de permitir a enformação do material injetado na zona moldante. Genericamente, o molde é constituído por duas partes, divididas pela linha de partição, que se ajustam, estabelecendo a impressão com a geometria da peça que se pretende adquirir. As duas metades são compostas pela parte fixa com a cavidade e a parte móvel com a bucha. O molde da peça em estudo trata-se de um molde de 3 placas de canais mistos em aço temperado. Na Figura 19, está representada a estrutura do molde em Solidworks, com todas as placas e acessórios utilizados no mesmo. O molde possui dimensões de dimensões de 492X692 mm e uma altura total de 573 mm. Figura 18-Peça com marcas de engates e castelos muito acentuadas 32 Em que: 1-Anel de Centragem 2Placa Base Superior 3Placa auxiliar 4Placa da Cavidade 5Placa da Bucha 6Placa Porta Extratores 7Placa extratora 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 10 10 10 10 8Placa Base inferior 9Canal Quente 10Calço 11Coluna Guia 12Extrator 13Canal de Arrefecimento 14Bucha de Injeção 15-Linha de Partição 1 1 1 1 2 - R e p r e s e n ta ç ã o d a e st r u t u ra d o M ol d e e m S ol id 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 9 9 10 10 10 10 11 11 11 11 12 12 12 12 13 13 13 13 14 14 14 1Efeit o da Inter ação entre Temp eratu ra do fundi do e 2ª press ão no apar ecim ento de empe nos - Vari açã o do pes o das peç as sim ula das em Mol dex 15 15 15 15 Figura 19-Representação da estrutura do Molde em Solidworks 33 4.2.1 Lado Injeção A injeção da peça é efetuada pela técnica de injeção contra extratores. Os extratores ( lâminas extratoras) auxiliares no processo de injeção, estão colocados do lado da extração. A zona da injeção é espelhada (representada na Figura 20), de maneira a proporcionar o acabamento brilhante e impecável exigido pelo cliente. Esta parte do molde contem também uma zona de escape de gases, representado na Figura 21, de forma a eliminar prisões de ar ou gases retidos na frente do fluxo do material durante o enchimento da peça que podem provocar defeitos adversos. Posto isto, na maior parte dos casos, o ar e os gases provenientes do material saem pela zona de partição do molde. Porém, em alguns casos, este método pode não ser muito plausível, quando é fundamental uma grande precisão no ajustamento das duas partes do molde, como é o caso deste projeto. Assim, na zona de injeção, são observáveis estruturas retangulares com profundidade de 2 mm, representado na Figura 22, cuja função é ajudar no ajuste das duas partes do molde com o intuito de evitar a danificação do mesmo. Figura 20Lado da injeção do molde 34 Figura 22Estruturas retângulas que auxiliam no ajuste do molde Figura 21-Zona de escape de gases 35 4.2.2 Lado extração O lado da extração, representado na Figura 23, caracteriza-se por efetuar a extração com balancés (Figura 25). Estes foram colocados pois existem zonas negativas que causam prisão da peça no molde. Devido ao facto de a peça ser complexa geometricamente, e à necessidade de desmoldar a mesma sem qualquer marca, utilizam-se lâminas extratoras, representadas na Figura 24, (que contêm esta forma para que no momento do avanço, o produto moldado não entre em contacto com a lateral da cavidade e consequentemente provoque riscos e quebras na peça) e balancés, Figura 25, que auxiliam na extração da peça e evitam prisões da mesma. Figura 23-Representação do lado de extração em Solidworks (à esquerda) e imagem do lado de extração do molde real (à direita) 36 4.2.3 Canal de Arrefecimento Como já mencionado anteriormente, a peça será visível ao consumidor, desta forma, o empeno da mesma tem de ser o mínimo possível. Posto isto, os canais de água são distribuídos de forma uniforme para assim, otimizar o arrefecimento da peça, e evitar ao máximo a ocorrência de defeitos. Numa placa da zona de injeção (Figura 26 à esquerda), os canais de arrefecimento apresentam dois circuitos em Z (tipo de circuito recomendado para moldes de cavidade única e que apresenta uma grande área) e simétricos (recomendado pelo facto de as entradas e saídas do fluído se situarem no mesmo lado do molde e neste caso em especifíco, as entradas ocorrem ao "centro" da placa e as sáidas nos "extremos " e as conexões são efetuadas por mangueiras como mostra a Figura 27Sistema de entrada e saída de água do lado de injeção conectado por mangueiras, daí a necessidade de recorrer a tampões para criar desvios de percurso necessários, garantindo a vedação) [25]. Figura 24-Lâminas Extratoras Figura 25-Balancé 37 Figura 27Sistema de entrada e saída de água do lado de injeção conectado por mangueiras Figura 26-Sistemas de arrefecimento do lado de injeção do molde Canais Simétricos 38 Para além disso, este sistema de canais em Z e simétricos, é recomendado para moldes cujas placas da cavidade possuem muitos postiços, extratores,parafusos e outros condutores, que acabam por não deixar muito espaço para a construção de canais para circulação de água. Na outra placa da zona de injeção (representada na Figura 28 à direita), o sistema de arrefecimento já é um pouco mais complexo, pois apresenta circuitos em Z, em U e algumas partes com circuito alternativo. O circuito em U é indicado na refrigeração de cavidade com perfil de produto longo e baixo e o circuito alternativo, possibilita que os canais possam estar próximos da superficíe interna da cavidade, alcançando uma melhor efetividade do sistema no arrefecimento da peça [25]. No lado da extração, existe apenas um sistema de arrefecimento. NaFigura 28, é possível observar vários circuitos em U e também alternativos. 4.2.4 Injeção da peça Visto que o molde possui canais mistos, existe a formação de um jito, Figura 29, que permite o enchimento nos dois pontos de ataque. Figura 28Sistema de arrefecimento do lado de extração 39 A injeção da peça é efetuada nos dois pontos de ataque em pernos perpendiculares à peça representados na Figura 30, que são removidos antes de embalagem do produto. Esta técnica de injeção (injeção contra extratores) permite que a peça fique isenta de marcas de injeção e que o enchimento da cavidade seja mais eficiente. 102,70mm - Representações dos pontos de ataque da peça102,70mm - Representações dos pontos de ataque da peça - Ponto de ataque do produtoRepresentações dos pontos de ataque da peça102,70mm - Representações dos pontos de ataque da peça102,70mm 35,67mm Figura 29-Jito com 2 pontos de ataque Figura 30-Representações dos pontos de ataque da peça 40 Os pontos de ataque inicialmente teriam ambos 1mm de diâmetro, porém, com o avanço do projeto, optou-se por aumentar ligeiramente um deles para facilitar o enchimento, ficando com cerca de 1,5mm. O ataque está posicionado de forma a encher a peça no lado contrário ao dos extratores, formando os pernos assinalados na Figura 30. 4.3 Máquina de Injeção A máquina onde ocorre a injeção da peça trata-se de uma Haijinj HF3600, cujas especificações e características são apresentadas na Tabela 4. As fotografias da máquina utilizada encontram-se no Anexo 3. Figura 31Ponto de Ataque 47 • Definir um atraso significativo na dosagem para impedir a entrada de mais material durante esta fase; • Retirar sempre pelo menos 3 moldações iguais e introduzir numa Tabela auxiliar e usar os valores médios para os cálculos principais; 4. Estudo da janela de processo A determinação da janela de processo é o estudo mais importante para o desenvolvimento de um processo robusto. Quanto mais ampla a janela de processo for, maior a probabilidade de obter um processo robusto. Na fase de compactação, existe a entrada de mais material plástico para o interior da cavidade, de forma a compensar possíveis perdas na peça devido a efeitos de contração. Nesta etapa, existem várias variáveis que devem ser controladas como a 2ª pressão, tempo de compactação, contra-pressão. A janela de processo é também conhecida como diagrama da área de moldação. Esta é a área na qual as peças aceitáveis são moldadas. Este estudo permite evidenciar a capacidade do molde de produzir peças esteticamente aceitáveis e elevada consistência [6],[26]. 48 Procedimento para Estudo da Janela de Processo Figura 39Procedimento para obter a Janela de Processo Figura 38Gráfico Exemplo do Processo de Injeção 49 Notas importantes • Ter cuidado no aumento da pressão para não danificar o molde; • Pressões excessivas podem levar à sobre compactação do material na cavidade; 5. Determinação do Tempo de Solidificação do Ataque A entrada do plástico fundido no molde dá-se pelo ataque. Esta fase de enchimento é dinâmica pois a temperatura do fundido, a pressão e velocidade do mesmo alteram-se com o tempo. Depois da entrada dá-se o preenchimento da cavidade. Quando esta se encontra quase cheia a fase de empacotamento e a de espera iniciam. À medida que a velocidade de fluxo do fundido diminui, a temperatura também desce e isto causa um aumento da viscosidade do fundido. Quando a viscosidade no ataque diminui para um valor que não permita ao fundido fluir mais, o ataque é considerado congelado. O tempo necessário para se atingir este estado denomina-se tempo de solidificação do ataque. Este estudo ajuda na melhoria da consistência de injeção para injeção [6],[26]. Procedimento para Estudo do Tempo de Solidificação do Ataque Figura 40Procedimento para Obtenção do Gráfico de Solidificação do Ataque 50 Notas importantes • Não realizar um estudo de solidificação do ataque num molde de canais quentes. 6. Estudo do tempo de arrefecimento O material começa a arrefecer no momento que atinge as paredes do molde. Após o empacotamento e o tempo de 2ª pressão, o tempo de arrefecimento inicia. Até ao final do arrefecimento, o molde permanece fechado. Quando o tempo de arrefecimento cessa e a peça atinge a temperatura correta para a extração, o molde abre e a peça é extraída. Se ocorrer a extração da peça antes do tempo de arrefecimento terminar, a peça está quente de mais e pode causar deformação da mesma. Por outro lado, caso o tempo de arrefecimento seja excessivo, ocorre perda de tempo, pois é tempo que se está a utilizar desnecessariamente. O tempo de arrefecimento é crucial para manter as dimensões das peças consistentes e assim melhorar o ciclo de eficiência do processo. O procedimento para determinar o tempo de arrefecimento ideal, consiste em injetar peças a diferentes tempos de arrefecimento e observar se existem defeitos visuais [6],[26]. Figura 41-Gráfico Exemplo da Solidificação de Ataque 51 Procedimento para Estudo do Tempo de Arrefecimento Figura 42Procedimento para obtenção do gráfico de variação do tempo de Arrefecimento Figura 43Gráfico Exemplo de determinação de Tempo de Arrefecimento 52 4.5 Definição de variáveis e Planeamento de Experiências para o Projeto 4.5.1 Diagramas de Ishikawa Antes de se selecionarem as variáveis em estudo, devem-se determinar quais as características da peça que são mais importantes. Após essa análise determinam-se quais as principais variáveis que influenciam as características definidas. Para cada uma das características foi construído um diagrama de Ishikawa, para perceber quais as ações e variáveis ao longo do processo que poderiam pôr em causa a qualidade ou funcionamento do produto final. Em todos os diagramas se analisaram parâmetros relacionados com matéria-prima, máquina, processo, mão-de-obra, molde e método. • Brilho Visto que esta peça estará numa parte visível ao consumidor, é necessário que que esta tenha um acabamento isento de chupados (ou quaisquer outros defeitos visíveis), não apresentando variação de cores e que mantenha o acabamento com alto brilho, pois este torna-a mais harmoniosa e, por conseguinte, mais apelativa esteticamente. Figura 44Diagrama de Ishikawa do brilho 53 • Chupados Como dito anteriormente, a peça estará disposta numa zona bastante visível, logo para além da superficie apresenta alto brilho, esta tem de estar isenta de defeitos como chupados. Estes, perturbam a estética do produto, condicionando a venda do mesmo. Desta forma, todos os fatores que contribuam para o surgimento de chupados têm de se evitados, tanto no processo de injeção, como nas outras etapas. • Fragilidade Como mencionado,o produto em estudo contem engates, e uma vez que a peça é posteriormente encaixada noutra peça, estes têm de ser seguros e não conter fragilidade, pois caso empenem ou contraiam, o encaixe pode não ser possível. Desta forma, todos os fatores que contribuam para o surgimento de fragilidade na peça, têm de se evitados,tanto no processo de injeção, como nas restantes etapas. Figura 45Diagrama de Ishikawa de Fragilidade 54 Analisando todos os diagramas, constanta-se que algumas das variáveis em comum tratamse da temperatura do fundido, da velocidade de injeção, do tempo de arrefecimento e 2ª pressão. Tendo em conta também as caracteristicas que são analisadas nos testes de melhoria de processo descritos anteriormente, as variáves a estudar são as seguintes: 1. Temperatura do molde; 2. Temperatura do fundido; 3. Temperatura de extração; 4. Velocidade de injeção; 5. 2ª Pressão; 4.5.2 Planeamento de experiências do Projeto Após a seleção das variáveis a estudar estar finalizada é necessário planear as experiências. Para isso, utiliza-se o método de Taguchi descrito anteriormente. Na Tabela 5 verificam-se os valores correspondentes aos 2 níveis, assim como as respetivas unidades de cada uma das 5 variáveis em estudo. Todos os valores respetivos às temperaturas foram selecionados a partir do intervalo de valores fornecido na ficha técnica do material. Figura 46Diagrama de Ishikawa de Fragilidade 55 Os restantes valores foram escolhidos consoante as características da máquina de injeção e valores utilizados em ensaios prévios da peça. Tabela 5 - Variáveis e respetivos níveis Variáveis Nível 1 Nível 2 Unidades Temperatura do molde 40 70 ºC Temperatura do fundido 220 240 ºC Temperatura de extração 65 85 ºC Velocidade de Injeção 20 99 % Velocidade de Injeção 25 90 Bar Na Tabela 6 é possível verificar o plano de experiências, que neste caso se trata de uma tabela 𝐿16. O nível 1 corresponde ao menor valor de cada variável e o nível 2 e ao maior. 56 Tabela 6 - Plano de Experiências Experiência Temperatura do molde Temperatura do fundido Temperatura de extração Velocidade de Injeção 2ª Pressão 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 2 2 3 1 1 2 1 2 4 1 1 2 2 1 5 1 2 1 1 2 6 1 2 1 2 1 7 1 2 2 1 1 8 1 2 2 2 2 9 2 1 1 1 2 10 2 1 1 2 1 11 2 1 2 1 1 12 2 1 2 2 2 13 2 2 1 1 1 14 2 2 1 2 2 15 2 2 2 1 2 16 2 2 2 2 1 No plano de experiências (Tabela 6) é possível verificar que são efetuadas 16 experiências que envolvem o experimento de todos os níveis de todas as variáveis. Neste caso, as 16 experiências são realizadas tanto em forma de simulações no programa Moldex 3D, como na forma de experiências práticas para, posteriormente, se comparar os respetivos resultados. 63 Este tempo de arrefecimento total, é o que define a qualidade da peça moldada. Caso o tempo de 2ª pressão seja reduzido em 0,5 segundos, este tempo deve ser compensado no tempo de arrefecimento e vice-versa. 5.1.5 Determinação do Tempo de Arrefecimento Segundo o gráfico da Figura 53, observa-se que ambas as dimensões (comprimento e largura) sofrem alterações com a variação do tempo de arrefecimento. A variação das dimensões no comprimento é praticamente linear, ou seja, com o aumento do tempo de arrefecimento, as dimensões também aumentam. Porém, no caso das dimensões da largura, as variações das mesmas não ocorrem de forma tão linear com o aumento do tempo de arrefecimento. Deduz-se que, neste caso, as dimensões de comprimento sejam mais sensíveis à variação do tempo de arrefecimento, do que as dimensões da largura. Por outro lado, descartando o "desvio" que ocorre na dimensão da largura nos 16 segundos de arrefecimento, de uma forma geral, a relação de largura com tempo de arrefecimento pode considerar-se linear, pois os valores da largura aumentam com o aumento do tempo de arrefecimento, mas não tão linearmente como o comprimento. 250 255 260 265 270 275 280 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Peso d a peça (g) Tempo de 2ª Pressão (s) Figura 52-Gráfico de solidificação do ataque Solidificação do Ataque olidificação do Ataque - Gráfico de determinação do tempo de arrefecimento - Gráfico de determinação do tempo de arrefecimentoSolidifica ção do Ataque - Gráfico de determinação do tempo de arrefecimentoSolidifica ção do Ataque Risco de sobre compactação olidificação do Ataque - Gráfico de determinação do tempo de arrefecimento - Gráfico de determinação do tempo de arrefecimentoSolidificaçã o do Ataque - Gráfico de determinação do tempo de arrefecimentoSolidificaçã o do Ataque 64 Condições finais Na Tabela 8, estão representados os valores das condições utilizados nos testes experimentais e simulações. Tabela 8Condições Utilizadas nos testes experimentais e nas simulações Condição Valor Pressão de Injeção 110 bar Velocidade de Injeção 70 % 2ª Pressão 77 bar Tempo de 2ª Pressão 3 segundos Dosagem 85 mm Tempo de Arrefecimento 20 segundos 5.2 Análise de Resultados Simulações Neste capítulo são analisados todos os resultados referentes às simulações efetuadas no programa Moldex 3D. Nas simulações manteve-se uma pressão de injeção equivalente a 110 Bar e um tempo de arrefecimento de 20 segundos. 222 222,2 222,4 222,6 222,8 223 223,2 223,4 223,6 223,8 224 470 470,2 470,4 470,6 470,8 471 471,2 471,4 471,6 471,8 472 10 12 14 16 18 20 Largura (mm) Comprimento (mm) Tempo de arrefecimento (s) comprimento largura Linear (largura) Figura 53Gráfico de determinação de tempo de arrefecimento 65 É importante salientar que se analisou a percentagem de contribuição de enchimento de cada um dos pontos de ataque, representada na Figura 54. O ponto de ataque superior é responsável pelo enchimento de aproximadamente 65% da peça, daí este ser o ponto de maior diâmetro (cerca de 1,5mm), enquanto o inferior apenas enche cerca de 35%. Esta diferença de percentagem de enchimento pode sofrer a contrapartida de a zona preenchida pelo engate de maior diâmetro sofrer compactação excessiva e/ou, a zona do engate menor não ter material suficiente para um correto enchimento (dando origem a defeitos como chupados). Para além disto, a zona de encontro do fluxo ocorre no centro da peça (Figura 54 à direita) e esta é a área mais frágil da peça. 5.2.1 Empeno Analisando o gráfico da Figura 55, conclui-se que • As simulações dos ensaios 2,3,5, 8, 9, 12 ,14 e 15 apresentam todos empenos acima de 2mm e alguns até acima dos 3,5 mm na zona central da peça. Em todos estes casos a 2ª pressão é de 90 bar. Figura 54-Percentagem de contribuição de cada um dos pontos de ataque (à esquerda) e linha de soldadura (à direita) 66 • Analisando a Figura 57 e a Figura 56, que são correspondentes aos ensaios 2 ,3,5, 8, 9, 12,14 e 15, verifica-se que os empenos ocorrem mais perto da zona do ataque superior (zona a verde) e mais um pouco na extremidade da peça. • Na Figura 56 (simulações correspondentes aos ensaios 2, 3,5 e 8) observa-se que os empenos mais acentuados (zona a verde) ocorrem mais perto da zona do ataque superior e mais um pouco nas extremidades da peça. Estas 4 peças foram simuladas com temperatura do molde de 40ºC. Na Figura 57, com as simulações dos ensaios 9,12,14 e 15, os maiores empenos são localizados nas novamente, perto da zona do ataque superior (zona a verde) e mais um pouco na extremidade da peça. Porém comparativamente às simulações da Figura 56, os empenos destes ensaios são na sua maioria menores que os empenos observados nos 2,3,5 e 8. A temperatura do molde utilizada nestas simulações foi de 70ºC. 1,861 2,184 3,601 2,234 3,601 1,374 1,47 3,636 2,229 2,221 1,363 2,216 1,452 2,88 3,293 0,931 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 12345678910 11 12 13 14 15 16 Empenos (mm) Ensaios Figura 55-Gráfico de valores de empenos das Simulações 67 Figura 56Empenos das simulações 2,3,5 e 8 Figura 57-Empenos das simulações dos ensaios 9, 12 14 e 15 68 • As peças das simulações 2 e 12 (Figura 58), apresentam a área de empenos mínimos maior comparativamente às restantes. Ambas foram simuladas com 2ª Pressão de 90 bar, temperatura de fundido de 220ºC e velocidade de injeção de 99%. • As simulações 4 e 10 (representadas na Figura 59 e Figura 60) apresentam menor empeno na zona próxima ao ataque de maior contribuição para o enchimento, porém ao longo da peça apresentam empenos na casa dos 2mm. Em ambas as experiências, as simulações foram realizadas com a 2ª Pressão a 25 bar e a velocidade de injeção a 99 %. Figura 58-Simulações dos ensaios 2 e 12 69 As simulações correspondentes aos ensaios das peças 6 e 16 (Figura 61) apresentam empenos inferiores a 2 mm no centro da peça, e empenos na casa dos 2 mm nas extremidades e periferias da mesma. Em ambos os casos, a 2ª pressão utilizada foi de 25 bar, a velocidade de injeção foi de 99 %, e temperatura de fundido é de 240 ºC. Figura 59-Empenos das simulações do ensaio 10 Figura 60-Empeno da simulação do ensaio 4 70 Nas simulações correspondentes aos ensaios 1, 7, 11 e 13 (Figura 62) para além de a 2ª pressão ser de 25 bar, o valor de velocidade de injeção é de 20 %, e estes são os que apresentam valores de empeno de cerca de 2mm ou menos em praticamente toda a peça ANOVA Na Tabela 9 valores de p inferiores a 0,050 indicam que o respetivo fator é significativo para a variação da resposta em questão. Neste caso, os fatores determinantes são a temperatura Figura 61-Simulações 6 e 16 Figura 62-Simulações 1,7 ,11 e 13 71 do molde, a 2ª pressão e da interação entre temperatura do fundido com a 2ª pressão, possuem valores de p inferiores a 0,05. Efeito da Temperatura do Molde O gráfico do efeito da Figura 63, mostra que com o aumento da temperatura do molde, a intensidade de empenos tem tendência a diminuir. . Tabela 9Tabela ANOVA da variação de empenos (simulações) 72 Efeito da 2ª Pressão Na Figura 64, observa-se o efeito da 2ª pressão no aparecimento de empenos. Neste caso, o aumento da 2ª pressão causa o aumento do empeno (representado pela linha a preto), uma vez que, quanto maior o valor de 2ª pressão, maior a compactação do material, o que pode levar à sobre compactação do mesmo originando internas, e por consequência, maior o empeno. Figura 63-Efeito da temperatura do molde na variação de empenos 79 Percentagem de Contribuição Posto isto, é notório que a velocidade de injeção contribui em 100 % para a variação do tempo de ciclo das simulações em Moldex. 5.2.4 Análise e controlo de chupados Após a análise de chupados da Figura 70 percebe-se que: • As peças que apresentam zonas de chupados mais profundos (de cerca de 0,036mm), correspondem às simulações realizadas com 2ª Pressão de 25 bar (1,4,6,7,10,11,13 e 16). Os chupados eram mais notórios nas zonas dos castelos, engates e no contorno de toda a peça, como é notório na Figura 71 (à esquerda). • Uma menor 2ª Pressão significa que entra menos material para o interior da cavidade para compensar eventuais contrações volumétricas. Neste caso, as simulações efetuadas com 2ª Pressão de 90 Bar (2,3,5,7,9,11,13 e 15), apresentavam possíveis chupados na ordem dos 0,011mm, ou seja, muito menores comparativamente às simulações efetuadas com 25 Bar de 2ª Pressão. Figura 69-Efeito da velocidade de injeção na variação do tempo de ciclo (simulações) 80 Neste caso os castelos não são visíveis e os chupados aparecem apenas nas zonas dos engates e em alguns contornos da peça. Na Figura 71, observa-se as peças 3 (à direita) e 4 (à esquerda) que foram simuladas com uma 2ª pressão de 90 e 25 bar respetivamente. É evidente que a peça 3 apresenta menos quantidades de chupados e menos profundos. Na peça 4, os castelos (na parte inferior da peça) são estão muito mais evidentes. Sendo assim, a pressão de 25 bar não é suficiente para compensar as contrações volumétricas da peça, e esta não fica suficientemente preenchida dando lugar a chupados 0,035 0,016 0,016 0,036 0,016 0,035 0,035 0,011 0,011 0,036 0,035 0,016 0,035 0,016 0,016 0,035 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Profundidade de chupadis (mm) Ensaios Figura 70Gráfico da variação e chupados nas simulações 81 ANOVA De entre todos os fatores, apenas a 2ª Pressão apresenta o valor de p inferior a 0,05, logo apenas a 2ª Pressão apresenta influência na aparição de chupados. Figura 71Chupados nas simulações da peça 4 (à esquerda) e da peça (à direita) Tabela 11-Tabela ANOVA de aparecimento de chupados (simulações) 82 Efeito da 2ª Pressão Tal como se observa na Figura 72, o aumento da segunda pressão provoca uma diminuição da profundidade de chupados. Com uma 2ª pressão mais alta, a quantidade de material que entra para a cavidade também aumenta, assim eleva-se a capacidade de compensar a contração volúmica que possa ocorrer, logo, a profundidade de chupados irá diminuir com o aumento da 2ª Pressão. Pecentagem de contribuição A percentagem de contribuição da 2ª Pressão a variação de aparecimento de chupados é de quase 100%, ou seja, este fator é o único responsável pelo aparecimento de chupados nas peças. 5.3 Análise de Resultados dos Testes Experimentais Nesta secção, apresentam-se os resultados dos testes experimentais realizados na empresa, com recurso a uma máquina de injeção. Figura 72-Efeito da 2ª Pressão na variação de chupados (simulações) 83 5.3.1 Empeno Através deste gráfico da Figura 74 tiram-se várias conclusões: • As peças dos ensaios 2,5,9,10, 13 e 14 contêm todas o empeno menor que 3 mm. Estes ensaios foram realizados com a temperatura de extração menor (65ºC). • Algumas peças cuja temperatura de extração é de 85º C (ensaios 3, 8,11,12 e 15) apresentam um empeno superior a 4mm. Na Figura 73 observa-se a peça resultante do ensaio nº11 com um empeno de 5,33 mm. É possível ainda concluir que, alguns dos ensaios que contêm temperatura de extração de 65ºC combinado com a menor velocidade de injeção (20 %) (ensaios 5, 9 e 13) apresentam um empeno inferior a 2mm. Figura 73Empeno da peça do ensaio 11 84 ANOVA Através dos valores de p demonstrados na Tabela 12 entende-se que nos ensaios experimentais, o único fator responsável pela variação é a temperatura de extração, pois o seu valor de p é 0,0135. Figura 74Gráfico da variação de empeno nas simulações 3,132 2,207 4,402 3,865 1,768 2,714 3,715 4,529 2,047 2,221 5,327 4,679 1,679 2,168 4,635 3,442 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Empeno (mm) Ensaios 85 Efeito da Temperatura de Extração O gráfico representado na Figura 75, mostra que nos ensaios experimentias, o aumento da temperatura de extração, causa um aumento da profundidade dos empenos nas peças. O facto de a temperatura de extração aumentar, faz com que ocorra um maior alívio de tensões durante a fase de arrefecimento, o que provoca empenos. Existe ainda a circunstância de a peça em estudo conter uma geometria complexa, o que faz com que aumente ainda mais probabilidade de empenos ocorrerem. Tabela 12Tabela ANOVA de variação de empenos (testes experimentais) 86 Percentagem de Contribuição A temperatura de extração apresenta 80% de contribuição na variação de empenos dos testes experimentais. 5.3.2 Variação do Peso das Peças As conclusões retiradas através da análise deste gráfico da Figura 76 são as seguintes: • Nos ensaios nº 4,6,10 e 16, a velocidade de injeção utilizada foi de 99 % e a 2ª pressão de 25 bar. Nestes casos, o peso das peças é inferior a 260 gramas, uma vez que, o material vai entrando na cavidade mais rapidamente, entra logo em contacto com as paredes mais frias do molde solidificando quase instantaneamente, impedindo a progressão de mais fluxo de material para o interior da cavidade. O facto de a 2ª Pressão ser de 25 bar, a quantidade de material a fim de compensar possíveis Figura 75-Efeito da temperatura de extração na aparição de empenos (testes experimentais) 87 contrações é reduzida e as peças acabam por conter menor massa comparativamente às peças injetadas com 2ª pressão de 90 bar. • Já as peças dos ensaios 3,5,7,9 e 13 apresentam valores superiores a 270 gramas. Todas estas experiências foram processadas com uma velocidade de injeção de 20 %, mas os ensaios 3, 5 e 9 para além de possuírem a velocidade de injeção menor, contêm o valor de 2ª pressão superior do intervalo (90 bar) e são as peças mais densas. Como a velocidade com que o material é forçado para o interior da cavidade é menor, este não arrefece tão rapidamente e permite a entrada de mais material para compensar a contração volumétrica da peça durante o arrefecimento da mesma, o que faz com que a peça fique mais densa. ANOVA Na Tabela 13, é evidente que neste caso não existe nenhum fator que seja, na sua totalidade, responsável pela variação de peso. Os menores valores de p, são da velocidade de injeção e 269,52 266,76 287,74 256,44 284,86 256,69 272,26 267,91 284,06 255,99 268,16 265,88 275,13 270,23269,22 254,47 240 250 260 270 280 290 300 12345678910 11 12 13 14 15 16 Peso (g) Ensaios Figura 76Variação do peso nos testes experimentais 88 de 2ª Pressão, contudo, estão longe de valores que os considerem responsáveis pela oscilação de peso das peças. 5.3.3 Variação do Tempo de Ciclo Os resultados que se retiram da análise do gráfico da Figura 77 são que: • Os ensaios 1,3,7,11,12 e 15 contêm tempos de ciclos superiores a 45 segundos e todos têm em comum o facto de o ensaio ser realizado com velocidade de injeção a 20 %. • De entre os ensaios realizados com 20% de velocidade de injeção (1,3,5,7,9,11,13 e 15), a maioria dos ensaios realizados com uma temperatura de extração de 85ºC apresentam mais 10 segundos de tempo de ciclo relativamente aos ensaios realizados com 65ºC. Tabela 13-Tabela ANOVA de variação do peso (testes experimentais) 95 Tabela 17Tabela de Confirmação da Variação dos Empenos nas Simulações • Peso A Tabela 18 confirma as conclusões retiradas acerca da influência da velocidade de injeção na variação do peso das peças. De entre todas as 16 peças simuladas, a peça com menor peso foi simulada com a velocidade de injeção máxima, enquanto a peça mais densa foi simulada com a menor velocidade. Efeito Ensaio com característica Mínima Valor do fator Ensaio com Característica Máximo Valor do fator Empeno ↓ com ↑ da Temperatura do Molde 16 Empeno = 0,931mm Temperatura do Molde= 70ºC 8 Empeno =3,636mm Temperatura do Molde= 40ºC Empeno ↑ com ↑ 2ª Pressão 16 Empeno = 0,931mm 2ª Pressão =25 bar 8 Empeno =3,636mm 2ª Pressão =90 bar 2ª Pressão = 90 bar empeno ↑ com ↑ da Temperatura do Fundido 2 Empeno = 2,184 Temperatura do Fundido =220ºC 8 Empeno = 3,636mm Temperatura do Fundido =240ºC 2ª Pressão =25 bar empeno ↓ com ↑ da Temperatura do Fundido 16 Empeno = 0,931mm Temperatura do Fundido =240ºC 4 Empeno =2,234 mm Temperatura do Fundido =220ºC 96 Tabela 18Tabela e Confirmação da Variação do Peso nas Simulações Efeito Ensaio com característica Mínima Valor do fator Ensaio com Característica Máximo Valor do fator Peso ↓ com ↑ da Velocidade de Injeção 14 Peso =249,892 gramas Velocidade de Injeção= 99% 3 Peso= 256,89 gramas Velocidade de Injeção= 20% • Tempo de Ciclo Neste caso, os processos com menor tempo de ciclo foram simulados com a velocidade máxima do intervalo, e os ensaios com tempos de ciclos mais longos foram injetados com menor velocidade, o que também confirma o efeito descrito anteriormente na análise dos gráficos. Tabela 19Tabela de Confirmação Da variação de tempo de Ciclo nas Simulações • Chupados Por fim, a Tabela 20, também a confirma o efeito da 2ª Pressão na variação dos chupados, uma vez que os ensaios com chupados menores contêm maior 2ª Pressão (90 bar), e como esperado, os ensaios com chupados mais profundos foram simulados com 2ª pressão de 25 bar. Efeito Ensaio com característica Mínima Valor do fator Ensaio com Característica Máximo Valor do fator Tempo de ciclo ↓ com ↑ da Velocidade de Injeção 2,4,6,8,10,12,14 e16 Tempo de ciclo =39,112 segundos Velocidade de Injeção= 99% 1,3,5,7,9,11,13 e 15 Tempo de Ciclo = 42,201 segundos Velocidade de Injeção= 20% 97 Tabela 20Tabela de Confirmação da variação de Chupados nas simulações Processo ideal Segundo as simulações, o "processo ideal" engloba 70ºC de temperatura do molde, 240ºC de temperatura de fundido, 90 bar de 2ª Pressão e velocidade de injeção de 20%. Nesta situação as variações dos intervalos de temperatura de extração e de temperatura do molde não evidenciam grande importância nos aspetos avaliados nas simulações. Porém com este processo, na prática as peças ficariam mais densas (cerca de 270 a 285 gramas) e o tempo de ciclo rondaria os 45 segundos. 5.4.2 Testes Experimentais • Empeno O efeito concluído anteriormente, da temperatura de extração na variação de empenos, também é confirmado na Tabela 21, uma vez que a peça com menor valor de empeno foi moldada com 65ºC de temperatura de extração e a peça com maior empeno foi injetada com 85ºC. Tabela 21Tabela de Confirmação da variação de Empeno nos testes Experimentais Efeito Ensaio com característica Mínima Valor do fator Ensaio com Característica Máximo Valor do fator Profundidade dos Chupados ↓ com ↑ da 2ª Pressão 8 e 9 Chupados =0,011mm 2ª Pressão= 90 bar 4 e 10 Chupados= 0,035mm 2ª Pressão= 25 bar Efeito Ensaio com característica Mínima Valor do fator Ensaio com Característica Máximo Valor do fator Empeno ↑ com ↑ da Temperatura de Extração 5 Empeno = 1,768mm Temperatura de extração = 65ºC 11 Empeno =5,327 Temperatura de extração = 85ºC 98 Chupados A Tabela 22, também confirma o efeito anteriormente descrito, pois a peça isenta de chupados foi moldada com a maior velocidade de injeção e as peças com chupados mais profundos foram injetadas com a menor velocidade. Tabela 22-Tabela de Confirmação de chupados nos testes experimentais Processo ideal No caso dos testes experimentais, apenas se pode concluir que o "processo ideal" deve incluir uma temperatura de extração de 65ºC, e o menor valor de velocidade de injeção, uma vez que não se retiraram mais conclusões significativas. Porém, devido ao facto de terem surgido queimados nas peças 7 e 15 (Figura 79Queimados das peças dos ensaios 7 e 15), percebe-se que a temperatura do fundido não deve alcançar os 240ºC, pois a esta temperatura o material pode degradar. 5.5 Comparações de resultados Como já era expectável os resultados das simulações e dos testes experimentais foram um pouco díspares, e ambos são observáveis na Tabela 23. Relativamente aos empenos, as simulações demonstraram que a temperatura do molde, a 2ª pressão e a interação desta com a temperatura de fundido apresentam forte influência no aparecimento deste defeito, enquanto nos ensaios efetuados experimentalmente apenas a temperatura de extração mostrou ter influência na variação dos empenos. Além do mais, os empenos apresentados nas peças das simulações são menores que os das peças dos testes experimentais. Efeito Ensaio com característica Mínima Valor do fator Ensaio com Característica Máximo Valor do fator Chupados ↓com ↑ da Velocidade de Injeção 3 (sem chupados) Velocidade de Injeção = 90bar 10 e 16 Chupado=0,327mm Velocidade de Injeção= 25 bar 99 Em relação ao peso e tempo de ciclo, enquanto nos testes experimentais não se conseguiu chegar a uma conclusão concreta, no caso das simulações o fator determinante na oscilação de massa volúmica e do tempo de ciclo é a velocidade de injeção. Para além disso, nas simulações as peças apresentam (de uma forma geral) menor massa volúmica relativamente às peças obtidas por testes experimentais. Por fim, relativamente aos chupados, nas simulações a 2ª pressão é o fator determinante na variação destes, mas nos testes experimentais, os fatores com influência são a velocidade de injeção e a 2ª Pressão. Tabela 23Tabela de Comparação entre resultados das Simulações e testes Experimentais Características Fator(es) determinante(s) nas Simulações Fator(es) determinante(s) nos Testes Experimentais Empenos • Temperatura do Molde • 2ª Pressão • Interação 2ª Pressão com Temperatura de fundido • Temperatura de Extração Peso • Velocidade de Injeção Nenhum fator apresenta influência Tempo de Ciclo • Velocidade de Injeção Nenhum fator apresenta influência Chupados • 2ª Pressão • Velocidade de Injeção • 2ª Pressão Contudo, os "processos ideais" das simulações e dos testes experimentais podem ser de certa forma combinados. Em ambas as situações, ficou evidente que a velocidade de injeção mais indicada seria a de 20 %. Nas simulações concluiu-se que a temperatura do molde mais apropriada é de 70ºC, a temperatura de fundido de 240ºC e a 2ª pressão de 90 bar. Dos testes experimentais retira-se que a temperatura de extração ideal é de 65ºC. Assim, com este conjunto de valores pode construir-se a "base" de um processo robusto. Tendo em consideração que nos testes experimentais as peças apresentaram alguns queimados, seria necessário adaptar a temperatura de fundido para um valor superior a 220ºC, mas inferior a 240ºC.Para além disso, segundo o estudo reológico a velocidade ideal estaria na casa dos 70 100 %, então opta-se por este valor para que o tempo de ciclo também possa ser reduzido. Por fim também na janela de processo se obteve um valor ideal para a 2ª Pressão, então optouse por colocar o valor de 75 a 77 bar, pois este mostra ser suficiente para que não apareçam chupados e para não levar a máquina ao limite. Combinando os resultados das simulações e dos testes experimentais, construiu-se a Tabela 24. Tabela 24Tabela de processo ideal Processo ideal Temperatura do molde 70ºC Temperatura do fundido 230 a 238ºC Temperatura de extração 65ºC Velocidade de injeção 70 % 2ª Pressão 77 bar 6. CONCLUSÕES A elaboração desta dissertação permitiu consolidar e aplicar os conhecimentos adquiridos ao longo dos 5 anos de estudo, assim, como retratar a experiência e aprendizagem obtida no estágio curricular na empresa. Com base na investigação, espera-se ter cumprido todos os objetivos propostos e obter resultados relevantes e coerentes. A peça em estudo mostrou ser um desafio desde o início, uma vez que existem muitos aspetos a ter em conta, como o acabamento superficial perfeito sem chupados, queimados ou outros defeitos visuais; a necessidade de os empenos serem mínimos e dos engates não partirem, surgirem com rebarba, entre outros fatores. Visto que existem outros produtos dependentes deste, é estritamente necessário que o processo esteja estabilizado e seja reprodutível. Porém o molde também é uma fração importante, daí ter existido a necessidade de se efetuarem várias alterações ao mesmo de forma a evitar danos visíveis no produto final, e atingir a robustez desejada. Uma máquina de injeção adequada para as dimensões do molde e com as especificações adequadas ao processo também é um aspeto fundamental para o alcance de um processo robusto. 101 As simulações em Moldex foram fundamentais para ser possível retirar conclusões acerca da influência dos fatores na variação das características analisadas, pois auxiliaram na obtenção de conclusões que não foram possíveis aferir a partir dos testes experimentais. As discrepâncias entre os resultados experimentais e dos obtidos pelas simulações, podem estar relacionadas com a circunstância de o modelo da máquina de injeção utilizada nas simulações não ser exatamente igual à da realidade (uma vez que não existia o modelo no programa Moldex), com o facto de terem existido erros na execução dos ensaios (embora estes tenham sido alvo de repetições), e com desvios de processo que se encontrem fora do alcance humano. Contudo, de uma forma geral, os fatores determinantes tanto das simulações como das experiências, seguiram a teoria do Scientific Injection Moulding, onde ciência é a base para a obtenção de um processo robusto e reprodutível. Atualmente, o mercado ambiciona produtos facilmente reproduzíveis em massa, de forma rápida e com qualidade e a aplicação do SIM permite alcançar isso mesmo. 102 7. BIBLIOGRAFIA [1] CS Plastic, “CS Plastic,” 2019. https://www.csplastic.pt/ (accessed Oct. 28, 2020). [2] A. M. B. Amaldo Matos, António S. Pouzada, Eduardo S. Ferreira, Rui Soares, Honório Campante, António J. Pontes, “Manual do Projetista,” p. 78. [3] P. Carlos and Y. Suzuki, “Departamento de Engenharia de Transportes,” Dados. [4] Hamilton Nunes da Costa, “MOLDAGEM, CICLO E ETAPAS DE MOLDAGEM.” http://moldesinjecaoplasticos.com.br/moldagem-ciclo-e-etapas-de-moldagem/ (accessed Jan. 27, 2021). [5] J. Vlachopoulos and D. Strutt, “Polymer processing,” Mater. Sci. Technol., vol. 19, no. 9, pp. 1161–1169, 2003, doi: 10.1179/026708303225004738. [6] S. Kulkarni, Robust process development and scientific Moulding: Theory and practice. 2010. [7] F. M. N. Teixeira, “Moldação científica – Estudo da otimização de processos de injeção,” 2017. [8] Biomerics, “What is Scientific Injection Moulding?” https://biomerics.com/scientificinjection-Moulding/ (accessed Sep. 16, 2020). [9] and Y. C. L. G.A. BRITTON, Y.-M.DENG, “Adopting ‘Scientific Moulding’ Methodology in a SimulationBased Approach to Optimize Injection Fill Time,” J. Inject. MOULDING TECHONOLOGY, vol. 6, no. 4. [10] P. T. Programs, “WHAT IS SCIENTIFIC MOULDING?” https://www.paulsontraining.com/what-is-scientific-Moulding/ (accessed Feb. 17, 2021). [11] EVCO Plastics, “SCIENTIFIC INJECTION MOULDING.” https://www.evcoplastics.com/services/design-for-manufacturability/scientificinjection-Moulding (accessed Feb. 16, 2021). [12] P. Technology, “Improving Moulding Process Capability: The Role of the Five Essential Pillars, Part 2,” 2018. https://www.ptonline.com/articles/improving-Mouldingprocess-capability-the-role-of-the-five-essential-pillars-part-2 (accessed Feb. 23, 2021). [13] F. TECH, “THE FIVE PILLARS AND THE THREE CONSISTENCIES.” 103 http://fimmtech.com/knowledgebase/the-5-pillars-and-3-consistencies/ (accessed Feb. 24, 2021). [14] A. S. P. da Costa, “Otimização de um projeto de molde de elevada precisão e elevado ‘ output ’ ( caso real ),” 2019. [15] K. Glassen, “Scientific Moulding: 6 Essential Steps for Success [INFOGRAPHIC].” https://www.kaysun.com/blog/scientific-Moulding-steps. [16] M. C. Cramez, “DOE.” Departamento de Engengharia de Polímeros, p. 21. [17] C. Martins, “Mestrado em Engenharia Polímeros Comportamento e Qualidade Materiais Plásticos Comportamento e Qualidade Materiais Plásticos PROGRAMA Comportamento e Qualidade Materiais Plásticos Ferramentas da qualidade Comportamento e Qualidade Materiais Plásticos Exem,” pp. 1–33. [18] C. Chen, M. Chuang, Y. Hsiao, Y. Yang, and C. Tsai, “Expert Systems with Applications Simulation and experimental study in determining injection Moulding process parameters for thin-shell plastic parts via design of experiments analysis,” Expert Syst. Appl., vol. 36, no. 7, pp. 10752–10759, 2009, doi: 10.1016/j.eswa.2009.02.017. [19] Quality-One, “DOE.” https://quality-one.com/doe/. [20] P. M. M. e Castro, “MÉTODO DE TAGUCHI: CONTROLO DE QUALIDADE COM RECURSO NÃO CONVENCIONAL AO DESENHO ESTATÍSTICO DE EXPERIÊNCIAS (DOE),” Inst. Port. Adm. e Mark. (IPAM)- Lisboa, p. 16. [21] “Teaching the Taguchi method to industrial engineers, Work Study _ 10.” [22] C. S. S. Pinto, “Core back moulding, adhesion optimization in the joining area,” 2020. [23] Simulflow, “Moldex 3D MOLDIG INOVATION.” https://www.simulflow.pt/produtos/moldex-3d/. [24] “Design Expert.” Minneapolis, 2021, [Online]. Available: https://www.statease.com/software/design-expert/. [25] S. L. Silva, F. A. Forcellini, and R. K. Scalice, “SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO PARA MOLDES DE INJEÇÃO DE TERMOPLÁSTICOS,” REVISTA FERRAMENTAL. http://moldesinjecaoplasticos.com.br/sistemas-de-refrigeracao-para-moldes-deinjecao-de-termoplasticos/. [26] F. TECH, “THE 6-STEP STUDY.” http://fimmtech.com/knowledgebase/scientificMoulding-the-6-step-study/(accessed Feb. 16, 2021). 104 8. ANEXO IFICHA TÉCNICA