5 2 Estudo de caso Balde de água
5.2.3 Verificação do projeto gerado pelo procedimento proposto
N o v a m e n te os re su lta d o s o b tid o s para o d im e n s io n a m e n to m e c â n ic o se g u in d o o
p ro c e d im e n to pro p o sta , necessitam de u m a v e rific a ç ã o para v a lid a r sua resposta ao p ro b le m a
fís ic o . Para essa ta re fa f o i re a liz a d o um a a n á lise de ele m e n to s fin ito s u tiliz a n d o u m p ro g ra m a
137
F ig u ra 5 . 1 6 - E sb o ç o c o m as dim ensões fin a is da p la c a p o rta fê m e a d o m o ld e do bald e ,
sugeridas p e lo p ro c e d im e n to de c á lc u lo p ro p o sto
O p ro c e d im e n to de v e rific a ç ã o , f o i in ic ia d o co m o m o d e la m e n to s ó lid o d o b a ld e n o ta m a n h o
n a tu ra l, já que a c o n tra ç ã o fo i in c lu íd a n o m o m e n to de g e ra r a cavidade . A p ó s , f o i re a liz a d o o
m o d e la m e n to do in s e rto e p la c a p o rta fêm ea, seguind o as d im ensões estabelecidas n o
d im e n s io n a m e n to m e c â n ic o , gerado a p a r tir do p ro c e d im e n to p ro p o sto . A s s im , através do
m o d e lo da peça e da p la ca , a fê m e a f o i gerada a u to m a tic a m e n te p e lo p ro g ra m a SolidWorks.
A p ó s essas etapas, o m o d e la m e n to do m o ld e f o i fin a liz a d o c o m a re a liz a ç ã o da m o n ta g e m do
in s e rto d e n tro da p la c a p o rta fêm ea.
N o v a m e n te esse m o ld e possui s im e tria da p la c a p o rta fêm ea, p o rta n to o m o d e lo fo i d iv id id o
em q u a tro partes ig u a is , p o r in te rm é d io da re a liz a ç ã o de d o is cortes, se g u in d o as lin h a s de
c e n tro . T a l p ro c e d im e n to d im in u i o te m p o de a n á lise um a v e z que re d u z a q u a n tid a d e de
D a m esm a fo rm a que o estudo de caso d o p o te de sorvete, as fo rç a s estão dispostas c o m o na
a p lic a ç ã o real. N a s s u p e rfíc ie s m o ld a n te s da fê m e a f o i im p le m e n ta d a a atuação pressão de
in je ç ã o de 100 M P a . Já na s u p e rfíc ie de fe c h a m e n to da p la c a p o rta fê m e a , e x is te a atuação da
fo rç a de fe c h a m e n to d o m o ld e , que é a pressão de in je ç ã o m u ltip lic a d a p e la área p ro je ta d a da
peça, segundo equação 2.1. Essa fo rç a deve ser a cre scid a de u m c o e fic ie n te de segurança de
10% , c o m o in tu ito de g a ra n tir a m a n u te n çã o d o fe c h a m e n to d u ra n te a a p lic a ç ã o da pressão de
in je ç ã o . P o rta n to , n o m o m e n to da m á x im a pressão de in je ç ã o o v a lo r da fo rç a de fe ch a m e n to
a g in d o sobre a s u p e rfíc ie s u p e rio r da p la c a p o rta fê m e a é 10% [1 3 ] da fo rç a de fe c h a m e n to
c a lc u la d a , o u seja, 2 9 8 2 T o n . A s re striçõ e s fo ra m aplica d a s em três faces d o m o d e lo . N a
s u p e rfíc ie in fe r io r da base da p la c a p o rta fê m e a , re s trin g in d o to d o s os d e slo ca m e n to s e nas
paredes la te ra is, onde f o i im p o s ta a c o n d iç ã o de s im e tria , ju s ta m e n te n a s u p e rfíc ie onde f o i
re a liz a d o o c o rte (p a ra fic a r V\ do n a tu ra l). T a l p ro c e d im e n to não p e rm ite o d e slo c a m e n to na d ire ç ã o d o corte. A F ig u ra 5.1 7 ilu s tra as co n d içõ e s de c o n to rn o e a m a lh a de e le m e n to s fin ito s
a p lic a d a ao m o d e lo .
Figura 5.17 - Malha e condições de contorno do molde do balde
139
N a F ig u ra 5.18, está ilu s tra d a a d e fo rm a ç ã o do m o ld e sobre a p lic a ç ã o das co n d içõ e s
co n to rn o s. Pode-se v e r ific a r que o m a io r d e slo ca m e n to o c o rre nas paredes la te ra is. O re q u is ito
de p ro je to é u m d e s lo ca m e n to de 0,2 m m e, c o m o pode ser o bservado na re fe rid a fig u ra da
a n á lise , o m a io r d e slo ca m e n to é de a p ro x im a d a m e n te 0 ,1 7 m m , ta n to para a parede in te rn a
q u a n to para a e xte rn a , o que gera u m a d ife re n ç a de 2 5 % d o p ro p o s to in ic ia lm e n te . N o v a m e n te ,
as equações a n a lític a s g e ra m o v a lo r das espessuras m ín im a s m a io re s que as necessárias para
s u p o rta r os e sforços a que a p la c a p o rta fê m e a está subm etida. Isso acrescenta re s is tê n c ia ao
m o ld e , to rn a n d o -o ro b u s to o s u fic ie n te para sobre a ação da carga de tra b a lh o d o m o ld e , não
d e fo rm a r m a is que o d e te rm in a d o c o m o re q u is ito de p ro je to , gerando , assim , co m p o n e n te s c o m
c o n fo rm id a d e d im e n s io n a l.
F ig u ra 5.18 - D e fo rm a ç ã o do m o ld e para o estudo de caso d o b a ld e de água
1 _4 a -A :: Stabc Disptecemert U n is: mm URES
|
1.695e-001 1554e-001 M l 38-001 1.2728-001 1.130e-001 •9.890e-002 8.477e-002 7Q64e-002 5.651 e-002 4238e-002 2.826e-002 1.4136-002 1.000©-030A F ig u ra 5 .19, m o s tra a a n á lise de tensões de V o n M is e s , re s u lta n te do e s fo rç o a que o
m o ld e está su b m e tid o . C o m o j á m e n c io n a d o , a m a té ria -p rim a usada é o aço A IS I 4 1 4 0
n o rm a liz a d o e, co m tensão de escoam ento de 655 M P a de ru p tu ra de 1020 M P a . C o n tu d o , a
análise de e le m e n to s fin ito s re v e la que o m a io r v a lo r de tensão de V o n M is e s é de 2 0 9 M P a ,
1_4 a -A :: State NocW Stress U n is : NAn*2 Von Vises É.OSOe+OOÔ .919e>00e .747e+008 1.5766+006 1.405e+008 1233e+008 1 062e+008 B.908e+007 7.1956+007 S.482e+007 3.769e+007 2.0566+007 3.429e+006
141
6 Conclusões
A presente dissertação de mestrado tratou de abordar estudos sobre o projeto mecânico de moldes de injeção, propondo um procedimento de dimensionamento mecânico orientativo, para placa porta fêmea.
Com base em informações obtidas da literatura especializada, foram detalhadamente estudados diferentes métodos de cálculo (referidos no capítulo 3), com o intuito de avaliar a validade de cada um e determinar, qual deles representa, mais fielmente, o mòdelo físico. Durante esse estudo, foram analisadas as hipóteses simplificadoras que cada autor utiliza para transformar o complexo problema de dimensionamento mecânico do molde, em situações simples, usando formulas conhecidas da resistência de materiais. Para os métodos de dimensionamento das espessuras das paredes da placa porta fêmea, foi realizada uma análise comparativa do projeto gerado, tendo como parâmetro de verificação a deflexão máxima das paredes da placa porta fêmea e o limite de escoamento do aço utilizado na manufatura da referida placa. O problema proposto foi o projeto de um molde para uma caixa, no qual foi realizado o dimensionamento da placa porta fêmea, utilizando os diversos métodos, apresentados no capítulo 3. Após foi realizada uma analise de elementos finitos, sendo que, o resultado da deformação obtido pela análise, foi comparado com a deformação máxima, requisitada pelo projeto e o limite de escoamento do aço utilizado na manufatura da placa. Dessa comparação se conclui que o método proposto por Menges [10]:
- tem a deformação mais próxima da requisitada pelo projeto;
- as tensões geradas se encontram abaixo do limite de escoamento do aço especificado.
Portanto esse método foi empregado pelo procedimento proposta para o dimensionamento das espessuras das paredes laterais e da base da placa porta fêmea.
Já o método de Cruz [23] foi utilizado para o dimensionamento dos insertos. É um dos poucos métodos propostos na literatura.
Durante o estudo do projeto mecânico de moldes, foi verificada a inexistência de um método para a realização do dimensionamento para paredes entre cavidades de moldes com múltiplas cavidades. Para o dimensionamento mecânico desse princípio de solução foram propostas três abordagens:
- quando houver diferença de pressão entre as superfícies da parede da fêmea do molde, pode ser assumida a hipótese de que a referida parede pode ser simplificada como uma viga biengastada submetida à pressão uniforme. Sendo a pressão aplicada sobre a viga, a resultante da pressão de injeção nas superfícies extremas da referida parede.
se a pressão nas superfícies extremas da parede forem de mesma intensidade, pode ser assumida a hipótese de simplificação de que essa é representada por uma viga submetida à compressão. Porém, a espessura dessa parede é obtida por uma regra oriunda da prática de projeto tradicionalmente usada pelas ferramentarias, considerando-a igual à espessura da parede do inserto moldante.
- se o molde utilizar gavetas em cunha, o dimensionamento deve assegurar a distância mínima para prover a abertura das gavetas e conseqüentemente a extração da peça. Tradicionalmente essa distância mínima para a abertura da gaveta é suficiente para garantir uma parede entre cavidades que atende ao requisito de projeto de deslocamento máximo permitido.
Durante o estudo dos moldes, classificação, projeto, forças atuantes e métodos de dimensionamento mecânico, foi possível constatar que muitas soluções empregadas para a realização do projeto, em especial do dimensionamento mecânico dos diversos moldes, podem ser agrupadas de acordo com o princípio de solução utilizado no projeto. Tal observação gerou a possibilidade da organização dessas informações, procedentes da literatura e estudos complementares, permitindo a criação de um procedimento sistemático para a análise e desenvolvimento do dimensionamento mecânico. Verificou-se que a utilização de um fluxograma facilitaria a representação desse procedimento sistemático.
A utilização do procedimento proposto possibilita a realização do dimensionamento estrutural da placa porta fêmea sem a necessidade de efetuar o modelamento tridimensional, seja da peça ou da placa porta fêmea em questão. A entrada de dados nas equações é cuidadosamente planejada de forma a requerer somente as informações necessárias para a obtenção do referido projeto. Esses dois fatores aliados proporcionam uma rápida realização do projeto mecânico do molde. Ainda, mesmo que o projeto de um molde complexo ou o próprio contratante exija uma análise de elementos finitos, o uso desse procedimento não é inviabilizado, já que, necessariamente, qualquer análise de elementos finitos requer um pré-dimensionamento, o qual
143
pode ser obtido através do referido procedimento. Contudo, ainda que a simulação numérica proporcione resultados mais aproximados da aplicação real, essa necessita de um período de tempo que, muitas vezes, não está disponível na realização do projeto e execução do molde de injeção.
Ainda com relação aos estudos de casos realizados no capítulo 5, observa-se que para a placa porta fêmea do molde do pote de sorvete a deformação atingida, segundo a simulação numérica, tem o valor de 0,136 mm, sendo que o valor de projeto é 0,2 mm. Essa menor deformação na simulação, indica que a placa porta fêmea tem maior segurança, sendo mais robusta. A diferença percentual entre esses valores, de aproximadamente 30%, é perfeitamente aceitável. Já para a placa porta fêmea do molde do balde de água, a simulação numérica da placa porta fêmea indica como deformação da parede lateral e interna o valor de, aproximadamente, 0,17 mm. Comparando a deformação simulada com a de projeto, (0,2 mm), há a constatação de que existe uma diferença de aproximadamente 25% entre ambas. Essa diferença indica que a placa porta fêmea é mais robusta que o necessário, acrescendo a segurança do molde e não causando desconformidade dimensional à péça injetada, devido a resistência mecânica da referida placa. Também é possível constatar que a dimensão da base da placa porta fêmea não é critica, já que é apoiada pela placa estacionária da máquina injetora.
Também é possível observar que a tensão de Von Mises máxima dos dois estudos de caso, está relativamente abaixo do limite de escoamento do aço tradicionalmente empregado na manufatura de placas porta fêmea. No estudo de caso do pote de sorvete a tensão de Von Mises máxima é de aproximadamente 565 MPa, sendo que o limite de escoamento do aço empregado (AISI4140) é de 655 MPa. Já para o estudo de caso do balde, tem-se que a tensão de Von Mises máxima é de aproximadamente 209 MPa, bem abaixo do limite de escoamento do aço empregado (AISI 4140), que é de 655 MPa. Portanto, para usar o aço diferente dos tradicionalmente empregados na manufatura da placa porta fêmea [10 e 13], deve-se realizar uma analise de elementos finitos. A partir dessa, é possível selecionar um aço menos nobre, de menor custo e que o limite de escoamento seja superior ao resultado indicado na análise.
Portanto, o procedimento proposto por esta dissertação, mostra-se aplicável aos moldes de injeção, sendo que o resultado deve ser entendido como orientativo e com boa margem de segurança, garantindo, assim a robustez do molde.
Durante o processo de estudo que resultou nesta dissertação, foi detectado que o procedimento proposto pode ser aplicada a qualquer tipo de molde que utilize o processo de
moldagem por injeção. Portanto a matéria-prima da peça pode ser termoplástico, alumínio, termofíxo ou pó metálico.
6.1 Recomendações
- Ampliação do procedimento, englobando mais tipos de soluções de moldes de injeção e os chamados casos especiais com o intuito de cobrir todas as possibilidades de projeto de um molde de injeção.
- Estudo sobre a prática de projeto mecânico de moldes de injeção com o uso de programas comerciais de FEM, sendo avaliado o tempo de projeto e a conseqüência do uso dessa técnica na qualidade do molde bem como do componente injetado.
- Confecção de um programa computacional baseado no procedimento proposta numa linguagem que permita acesso pela internet (www) - esse tipo de programa facilita as atualizações, bem como, a divulgação do trabalho, já que pode ser utilizado por qualquer usuário que tenha acesso à internet em qualquer parte do mundo.
- Estudo mais aprofundado de metodologias de projeto de moldes de injeção, podendo, com isso, criar-se uma sistemática para desenvolvimento de projetos de molde de injeção que englobe os projetos de todos os sistemas de forma organizada e inter-relacionada.
- Estudo e criação de um banco de dados de possíveis soluções de moldes de injeção, partindo das soluções para cada sistema até a do molde final. O banco de dados serviria de guia para orientar o projetista de moldes de injeção, no desenvolvimento do projeto, sempre podendo inovar nas soluções e até mesmo adaptar a solução indicada para melhor atender as necessidades de projeto.
Bibliografia
[1] Avery J. In je c tio n M o ld in g A lte rn a tiv e s - A guide fo r D esigner and P ro d u c t E ngin ners. Hanser/Gardner 1998.
[2] O g l i a r i A. Sistematização da Concepção de P rodutos A u x ilia d a p o r C o m pu ta dor com Aplicações no Domínio de Componentes de Plástico Injetados. Tese de Doutorado UFSC, 1999.
[3] A l t AN T. L i l l y B. W. A dvanced Tecniques fo r D ie and M o ld M a n u fa c tu rin g .
Annals of the CIBB Vol 42/2/1993, pp707.
[4] V o l p a t o N. Recursos C A D /C A M V oltados ao M odelam ento e à Usinagem de Cavidades para M oldes, com Estudo de Casos de A plicação. Dissertação de Mestrado UFSC, 1993.
[5] K odce T. Inte gra ção do P ro je to e da F abricação de M oldes para Injeçã o de Plásticos com A u x ílio de Tecnologias C A D /C A E /C A M . Dissertação de Mestrado UFSC,
1995,
[6] B l a n c h a r d B. S. F a a b r y c k y M. J. System E n g in e e rin g and A n a lisis. Second Edition, 1990, Prentice-Hall Inc.
[7] G o d e c D. C a t i c í. P e r c o v ik D. D iagram as de decisão: um a u x ílio ao p ro je to de moldes. Plástico Industrial, Março de 2000, pp 54.
[8] P õ t s c h G . W a l t e r M . In je c tio n M o ld in g - A n In tro d u c tio n . Hanser/Gardner 1995. [9] H a r a d a J. M oldagem p o r Injeçã o. Meldialdéa, 1991.
[10] M e n g e s G. M o h r e n P. How to M a k e In je c tio n M olds. H anser 1993 2. Ed M unich.
[11] G a s t r o w H. In je c tio n M o ld s - 108 Proven Designs. Hanser 1993.
[12] O r g a n d o J. M o ld Design Goes Solid. www. plasticstechnology. com 09/1999. [13] R e e s H. M o ld E n g in e e rin g . Hanser/Gardner, 1995, Donauwõrth.
[14] B l a s s A. Processamento de Polím eros. Ed.da UFSC 2. Ed. Florianópolis.
[15] GoldsberryC. T he Im p o rta n c e o f Good Designers, www.immnet.com 11/1999. [16] M y l l a A. Y. F. In flu ê n c ia do R esfriam en to na Q u alidad e de Peças T erm oplásticas M olda das p o r In jeçã o, Com estudos de Caso em Sistemas C A E ,
UFSC 1998.
[17] PONTES A. J. T i to m a n lio G. P o u z a d a A. S. T he in flu e n ce o f Processing C o n d itio n s in E je c tio n Forces o f In je c tio n M o u ld e d Parts.
G ardner, 1999.
[21] M a l l o y R. A. P lastic P a rt Design fo r In je c tio n M o ld in g - A n In tro d u tio n .
Hanser, 1994.
[22] P is s a r e n k o G. S. L a k o v l e v A. P. M a tv e e e v V. V. P ro n tu á rio de Resistência de M a te ria is . M oscov M ir, 1975.
[23] C ru z . S. M oldes de In je çã o - Term oplásticos, T e rm ofixos, Z am ak, Sopro, A lu m ín io . Hemus, São Paulo.
[24] T im o s h e n k o Resistência dos M a te ria is V o l. I. Ao Livro Técnico S.A., R J 1971.
[25] G l a n v i l l A.B. D e n to n E.N. P rin cíp io s Básicos e P rojetos - M oldes de Injeção.
Edgard Blücher Ltda
[26] GASTROW H. In jection M o ld s: 102 Proven Designs. Hanser 1993.
[27] P r o v e n z a F. M oldes para Plástico. P ro v e n z a .
[28] B a r r o s o L. C. Barroso M. M. Campus F. F. Carvalho M. L. B. Maia M. L. C á lculo N u m é rico (Com Aplicações). HARBRA 1987.
[29] R o a r k R. J. Y o u n g , W.C. F o rm u la s fo r Stress and S tra in - F ifth E d itio n .
McGraw-Hill Book Company 1982.
[30] S h ig le y J. E. M e ch a n ica l E n g in e e rin g Design. McGraw-Hill Book Company 1986. [31] J u v i n a l l R. C. M a r s h e k , K. M. F undam entals o f M a ch in e Com ponent Design.