Simulação computacional do sistema de canais de resfriamento para injeção de plástico em molde de alumínio

Abstract

A moldagem por injeção é um dos métodos de transformação mais empregados na produção de peças plásticas. Muitos aspectos do processo são significativamente afetados pela questão do resfriamento do molde. A partir de um projeto, dentro da indústria, de alteração dos canais de resfriamento de um molde para melhoria do acabamento superficial das peças injetadas, fez-se um trabalho que valeu-se da simulação numérica da moldagem por injeção para avaliar o projeto de canais de resfriamento em um molde de liga de alumínio 7075-T6, que produz quatro peças plásticas idênticas. Foi conduzida uma pesquisa abrangente sobre a interferência da temperatura no processo de injeção, sobre o estado da técnica para o projeto de canais de resfriamento em moldes e sobre a modelagem matemática que fundamenta a simulação. Como método de análise, quatro diferentes geometrias foram simuladas no código comercial SolidWorks Plastics sob as mesmas condições de operação, das quais, uma era o estado original e três eram propostas de otimização. Buscou-se construir configurações que mantivessem a temperatura do molde constante ao longo do ciclo de injeção e alcançassem uma distribuição uniforme de temperatura nas peças, com um baixo tempo de resfriamento. Houve uma distribuição homogênea de temperatura no molde e nas peças plásticas, semelhante para as quatro configurações simuladas. Também, notou-se que a temperatura média do molde no ciclo ficava próxima da temperatura de entrada da água nos canais de resfriamento. Observou-se que há aumento no fluxo de calor para os canais quando a água percorre um caminho menor com maior vazão. O tempo de resfriamento ficou próximo de 21,7 segundos para todas as configurações, permitindo concluir que elas possuem a mesma capacidade de remoção do calor do polímero fundido por meio do molde e dos canais de resfriamento. Ainda, compararam-se imagens da posição das linhas de emenda para validação do código. Outrossim, este trabalho possibilitou utilizar e ratificar a simulação numérica como ferramenta de auxílio ao projeto de moldes para injeção de plástico.

Molding injection is one of the processing methods most employed in plastic parts production. Many aspects of the process are significantly affected by the issue of mold cooling. From a project, within the industry, of alteration of the cooling channels of a mold for superficial finish improvement of injected parts, it was made a work that applied injection molding numerical simulation to evaluate the cooling channels design in a 7075-T6 aluminum alloy, which produce four identical plastic parts. An extensive research about interference of the temperature in the injection process, state of art for the cooling channels design in molds and mathematical modelling that bases the simulation, was conducted. As analysis method, four different geometries were simulated in the commercial code SolidWorks Plastics under the same operating conditions, of which, one was the original state and three were optimization propositions. It sought to build configurations that maintained the mold temperature constant along the injection cycle and reached a uniform temperature distribution in the parts, with a low cooling time. There was a homogeneous temperature distribution in the mold and in the plastic parts, similar for the four simulated configurations. Also, it was noted that the average cycle mold temperature remains near to the cooling channels inlet water temperature. It was observed that there is an increase on the heat flux to the channels when the water flows thru a shorter path with a higher flow rate. The cooling time was near to 21.7 seconds for all configurations, allowing to conclude that they have the same heat removal capacity of the melt polymer through the mold and cooling channels. Moreover, images of the weld line position were compared for the code validation. Furthermore, this work made it possible to use and ratify the numerical simulation as a assistance tool in the project of plastic injection molds.