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Todos os pormenores contam

29 Novembro 2022

O fornecimento de dados com medições de processos reais em polímeros para um resultado mais eficaz em simulações.


No processo de simulação, os dados laboratoriais clássicos fornecidos pelos fabricantes de plásticos (o famoso ficheiro “Datasheet”) atingem frequentemente os seus limites porque não consideram qualquer informação sobre o processamento real na injeção e/ou na geometria do produto final. A Sigmasoft desenvolveu uma solução chamada “Virtual Thermoplastics”. Através desta possibilidade os clientes podem expandir e otimizar a sua base de dados de termoplásticos para as suas simulações.


No mundo da simulação os dados corretos dos polímeros são um pré-requisito para resultados realistas. No caso do mercado dos termoplásticos, estes têm sido normalmente determinados pelos fabricantes no laboratório, em alguns casos há muito tempo e muitas vezes estes dados não estão atualizados. Além dos valores mecânicos, o comportamento do fluxo e solidificação em função da pressão e da temperatura é também descrito aqui, como é óbvio, em métodos padronizados.


O desempenho da simulação de processos modernos tem aumentado enormemente nas últimas duas décadas. Os engenheiros de hoje não só esperam uma implementação precisa do processo de enchimento e solidificação, procuram também saber exatamente como será o componente após desmoldação e o arrefecimento. É aqui que ocorrem os problemas mais caros da indústria, devido ao comportamento inesperado da contração e empeno no produto injetado que, naturalmente, devem e podem ser evitados. Os dados laboratoriais clássicos atingem aqui os seus limites porque não fornecem informações sobre o processamento real.


Para uma simulação exata de injeção por moldação plástica com Virtual Molding, existem tópicos importantes a serem levados em conta: todo o sistema de controlo de temperatura (circuitos de refrigeração, resistências, etc.), cada chapa do molde, cada parafuso e cada componente são de grande importância. Todos juntos são tidos em conta no modelo 3D com as suas respetivas características de material.


O grande desafio de uma simulação precisa é o comportamento dinâmico dos plásticos no seu processo de injeção, que variam muito dependendo dos parâmetros escolhidos. Se uma regra de referência de material existente for utilizada para dois componentes diferentes, pode acontecer que diferentes resultados de simulação sejam calculados - um melhor, o outro pior. E com isto pode atuar de forma preventiva na solução.


As razões para isto podem ser a complexidade e/ou o tamanho do produto final, bem como os parâmetros de processo de injeção definidos (como por exemplo: parâmetros de temperatura do molde, temperatura de fusão do material, etc.) ou uma simulação com dados clássicos independentes do processo do material. Na apresentação do projeto que se segue, a Tecnifreza mostra porque é que os dados do polímero dependentes do processo são mais adequados.



CONTRAÇÃO E EMPENO NA PRÁTICA

A contração e o empeno podem ser influenciadas por muitos fatores, tais como a temperatura localizada junto às zonas moldantes do molde, o comportamento de arrefecimento ou até a pressão de solidificação. A disposição molecular e a orientação das fibras, a velocidade de injeção, a alteração de espessuras na geometria da peça, as linhas de soldadura, entre muitas outras influências, também devem ser consideradas para se obterem resultados precisos. A Tecnifreza com a abordagem Virtual Molding já torna possível incluir todo o desenho do molde nas suas simulações.


A Figura 1 mostra uma peça para conectores moldada de dois lados distintos, calculada na primeira simulação utilizando o conjunto de dados do fabricante (o componente está deformado). Em transparente é mostrada a forma original versus o comportamento do componente (resultado apresentado com uma escala ampliado 10 vezes).


Figura 1: O componente simulado com o conjunto de dados do fabricante mostra uma deformação significativa na simulação. (Mostrado ampliado à escala). Imagens: Engenharia Sigma & Tecnifreza


Este comportamento foi analisado nas diferentes simulações antes da execução final do molde real. Verificou-se que a localização da linha de soldadura no centro do volume da peça não oferecia a melhor condição dimensional e deformação. Por isso, optou-se por manipular os pontos de ataque com o objetivo de mover esta linha de união do polímero para uma zona de maior resistência mecânica onde conduzia localmente a uma mudança na orientação da fibra na geometria. O objetivo da otimização simulada era manter o artigo dentro das tolerâncias dimensionais sem implicar a famosa estratégia de "safe steel" em toda área do artigo.



A OTIMIZAÇÃO PASSO-A-PASSO

Para a primeira otimização simulada, foram comparadas três soluções diferentes. Estas incluíam um afunilamento nos gitos, ajustamento no diâmetro nos 2 pontos. A comparação dos efeitos é mostrada na Figura 2.


Figura 2: Comparação da afinação/manipulação do gito, e do aumento/diminuição do ponto de ataque na peça (esquerda) e dos efeitos resultante na peça (direita)


Em contraste com as outras duas variantes, a afinação produz o efeito desejado. Na figura à esquerda, o resultado típico de análise das fibras em Y é mostrado. Em consequência das alterações, a linha de soldadura que ali se formou entre os dois pontos de ataque foi deslocada intencionalmente para uma zona dimensionalmente mais estável com as considerações relevantes: geometria, polímero, molde e processo de injeção. O resultado à direita analisa as fibras em Z e confirma o comportamento da peça. As outras duas variantes não mostram nenhuma deslocação significativa da linha de soldadura.


Com base nestes resultados, o passo seguinte foi passar à prática (Figura 3), e foram realizados testes com o molde. Os resultados práticos foram ao encontro do simulado, contudo não foram suficientes para estarem dentro das tolerâncias exigidas. Na Figura 4, abaixo, após uma tomografia computorizada, ainda se pode ver um desvio. As áreas vermelha e azul significam que a peça ainda está longe das dimensões especificadas.


Figura 3: Constatação da localização exata entre o resultado simulado e o resultado da peça no ensaio


MAIS PERTO DO RESULTADO FINAL

A fim de compreender este comportamento em detalhe e calculá-lo ainda mais pormenorizadamente na simulação, o conjunto de dados materiais foi complementado com medições reais do processo com a ajuda do método dos Termoplásticos Virtuais.


Utilizando estes dados dependentes do processo, o comportamento do material torna-se visível em detalhe. Após as medições terem sido convertidas num conjunto de dados de material adequado para simulação, o componente foi novamente simulado e foi feito um scan CT num novo loop. O resultado pode ser visto na Figura 4. A peça está dentro das tolerâncias e não há praticamente nenhum ponto em que se deforme. O “Virtual Thermoplastics” oferece a possibilidade de melhorar a simulação para o mercado dos termoplásticos, dependendo do processo. Isto oferece o valor acrescentado para obter resultados de simulação mais precisos e fiáveis.


Figura 4: Comparação através do Software GOM de acordo com ISO-294-4 (superior) e o ajuste do Virtual-Thermoplástico (inferior)



Texto: Sigma Engineering, WEMOLD Group, Tecnifreza