O tempo de enchimento da máquina de moldagem por injeção é um dos factores mais importantes na moldagem por injeção. Está relacionado não só com a qualidade do produto vendido, mas também diretamente com o número de vendas realizadas e com o custo do produto. A este respeito, a pressão de retenção fornecida é uma parte muito importante da máquina de moldagem por injeção na avaliação do tempo necessário para encher o molde, pelo que pode ser utilizada para otimizar e melhorar a qualidade dos materiais no molde de injeção para reduzir os custos associados. Este artigo centrar-se-á na eficiência do local de trabalho de engenharia e no cálculo do tempo necessário para encher o cilindro da máquina de moldagem por injeção; efeito de alguns factores no tempo de enchimento e práticas de cálculo.

Visão geral do processo de moldagem por injeção

Moldagem por injeção é um processo em que se utiliza pressão para injetar plástico derretido num molde e depois deixá-lo arrefecer para que solidifique na forma pretendida. O processo inclui as seguintes etapas:

1. Plastificação: Os termoplásticos são fundidos num cilindro que forma pellets a altas temperaturas.

2. Injeção: O plástico fundido é então empurrado para dentro da cavidade do molde.

3. Embalagem: Em segundo lugar, a pressão é mantida após a injeção para contrariar a tendência do material injetado para encolher.

4. Arrefecimento: A pressão é mantida enquanto o plástico arrefece e solidifica no molde.

5. Abertura do molde e remoção da peça: A peça é depois retirada quando o molde abre.

Uma parte do processo de moldagem é o tempo de enchimento ou o tempo de injeção - o tempo que o plástico derretido demora a passar do parafuso, através do cilindro, para a cavidade do molde e fica concluído.

Importância do tempo de preenchimento

Um tempo de enchimento preciso é crucial para a moldagem por injeção, reflectindo-se principalmente nos seguintes aspectos:

1. Qualidade do produto: O tempo utilizado no processo de ablução tem uma influência significativa na qualidade do produto em termos de acabamento superficial, tolerâncias globais e, em particular, na complexidade da cavidade do produto. Neste caso, o produto será imperfeito - terá defeitos de superfície se o tempo de enchimento for demasiado longo, dimensões instáveis se for demasiado curto e bolhas vermelhas ou brancas no interior se for demasiado longo ou curto.

2. Eficiência da produção: A quantidade de tempo necessária no processo de produção contribui para uma consideração importante desde a produção inicial até à colocação do produto no mercado. Pode intensificar o pico de trabalho e aumentar a eficiência se for escolhido o momento adequado para encher o equipamento.

3. Controlo dos custos: A utilização da opção de aumento do tempo de enchimento para a otimização pode reduzir a quantidade de materiais e energia utilizados, bem como o custo de produção.

Factores que afectam o tempo de enchimento

O tempo de enchimento do processo de moldagem por injeção é influenciado por vários factores, incluindo principalmente os seguintes aspectos:

1. Propriedades do material: Os plásticos podem ter diferentes propriedades de fluidez, ou seja, alguns podem fundir a uma temperatura mais baixa, outros a uma temperatura mais elevada; alguns podem ser mais viscosos do que outros, e alguns podem ter uma fluidez mais fraca do que outros, o que consequentemente fará com que o tempo de enchimento varie de um material para outro. Por exemplo, viscosidades elevadas de um material prolongam o tempo de enchimento de um molde.

2. Parâmetros da máquina de moldagem por injeção: O tempo de enchimento depende fortemente dos parâmetros do sistema de moldagem por injeção, por exemplo, a velocidade do parafuso, a pressão de injeção ou o diâmetro do parafuso. O aumento da velocidade e da pressão de injeção pode contribuir para minimizar o tempo de enchimento.

3. Conceção do molde: O diâmetro do canal, a distância do cantilever e o número de portas, bem como a forma da cavidade do molde, também afectam o tempo de enchimento. Um exemplo de desenho especial do molde é que, por vezes, também pode comprometer o tempo de enchimento.

4. Condições do processo: O tempo de enchimento depende das condições de processamento, tais como a temperatura do molde, a temperatura de fusão e o tempo de arrefecimento. A escolha dos parâmetros de processo corretos ajudará a reduzir o tempo necessário para encher o tubo.

Métodos de cálculo do tempo de enchimento

1. Método da fórmula empírica

Na vida real, utilizamos frequentemente fórmulas para calcular o tempo de preenchimento. Estas fórmulas são normalmente criadas através da análise de uma grande quantidade de dados e de alguns cálculos. Eis uma fórmula comum:

t_f=𝑉/𝑄

onde:

• t_fé o tempo de enchimento;
• 𝑉 é o volume da cavidade do molde;
• 𝑄 é o caudal de injeção.

O caudal de injeção 𝑄 pode ser calculado pela seguinte fórmula:

𝑄=𝐴⋅𝑣

onde:

• 𝐴 é a área da secção transversal do diâmetro do parafuso;
• 𝑣 é a velocidade do parafuso.

2. Método do modelo reológico

O método do modelo reológico baseia-se nas propriedades reológicas do material plástico. Calcula o comportamento do fluxo do material no molde para determinar o tempo de enchimento. Os modelos reológicos comuns incluem o modelo de fluido newtoniano e o modelo de fluido não newtoniano.

Modelo de fluido newtoniano

Para fluidos newtonianos, o comportamento do fluxo satisfaz a seguinte fórmula:

𝜏=𝜂⋅𝛾˙

onde:

• τ é a tensão de cisalhamento;
• η é a viscosidade dinâmica;
• γ˙ é a taxa de cisalhamento.

No modelo de fluido newtoniano, o tempo de enchimento pode ser calculado pela seguinte fórmula:

𝑡_𝑓=𝑉/(𝐴⋅𝑣)

Modelo de Fluido Não-Newtoniano

Para fluidos não-newtonianos, o comportamento do escoamento é mais complexo, sendo frequentemente descrito pelo modelo de fluido de lei de potência. O comportamento do escoamento do modelo de fluido de lei de potência é descrito pela seguinte equação:

𝜏=𝑘⋅𝛾˙^𝑛

onde:

• 𝑘 é o índice de consistência do fluxo;
• 𝑛 é o índice de comportamento do fluxo.

No modelo de fluido não-newtoniano, o cálculo do tempo de enchimento tem de considerar as caraterísticas de fluxo não-lineares do material, o que é normalmente feito por simulação numérica.

3. Método de Simulação Numérica

A melhor maneira de saber quanto tempo demora a encher um molde é usar a matemática. Para o efeito, pode utilizar programas informáticos especiais como o Moldflow, o Moldex3D e outros. Estes programas usam a matemática para descobrir como o plástico flui para o molde.

Eis como o fazer:

1. Modelação: Alguns têm a capacidade de utilizar um modelo 3D do molde com todas as peças, como as cavidades, as portas e as corrediças.

2. Definição dos parâmetros do material: É necessário introduzir valores que indiquem ao programa como o plástico é movido e a que temperatura está.

3. Definição dos parâmetros do processo: É necessário introduzir dados que indicam ao programa como operar a máquina, por exemplo, com que força empurrar o plástico, a que temperatura cozinhar o molde.

4. Simulação de execução: Isto significa que é um pré-requisito para executar o programa de computador para visualizar o que acontece quando o plástico é introduzido no molde.

5. Análise dos resultados: Tem de avaliar as respostas que o programa lhe dá quanto ao tempo necessário para encher o molde e quanto à temperatura.

A simulação numérica é melhor do que o método analítico porque é exacta para formas complexas e materiais com propriedades complicadas, mas necessita de software especial e de maior capacidade de computação.

4. Método de verificação experimental

Ao calcular o tempo de enchimento com o método de verificação experimental, gostaria de mencionar que se trata de um método de estimativa do tempo de enchimento. Para o processo prático de fabrico de sabores, o tempo de enchimento é aumentado num pequeno passo para um número adequado de vezes até se atingir o nível ótimo.

As etapas do método de verificação experimental são as seguintes:As etapas do método de verificação experimental são as seguintes:

1. Definição preliminar dos parâmetros: Em primeiro lugar, avaliar os parâmetros de conceção, por exemplo, a pressão de injeção ou a velocidade de injeção, com base em modelos teóricos ou simulações computacionais.

2. Produção de ensaios: Realizar um ensaio e registar o tempo de enchimento do molde e a qualidade das peças, com vista a estudar o grau de precisão dos resultados obtidos a partir do modelo integral para a previsão do enchimento do molde e da qualidade das peças.

3. Ajustar e otimizar: Avaliar os resultados dos ensaios, formular um modelo para alterar com precisão os parâmetros do processo ou a otimização do tempo de enchimento.

4. Determinar os parâmetros: Depois de efectuados vários testes e ajustes, estabelecer o tempo de enchimento ideal.

O ponto forte do método de verificação experimental é o facto de ser simples e replicável, mas, no entanto, é dispendioso e demora muito tempo a realizar a experiência.

Análise de casos de aplicação prática

Para compreender melhor os métodos de cálculo do tempo de enchimento, vamos analisar um caso prático.

Antecedentes do caso

Uma empresa precisa de fabricar um lote de produtos de plástico para caixas. O material é polipropileno (PP). O projeto do molde é o seguinte:

• Volume da cavidade: 200 cm³
• Diâmetro do portão: 2 mm
• Número de portões: 1

Moldagem por injeção Os parâmetros da máquina são os seguintes:

• Diâmetro do parafuso: 30 mm
• Velocidade de injeção: 100 mm/s

Etapas de cálculo

1. Método da fórmula empírica:

Em primeiro lugar, calcular o caudal de injeção:

A=π⋅(D/2)²=π⋅(30/2)²=706,86 mm²

𝑄=𝐴⋅𝑣=706,86 mm²⋅100 mm/s=70686 mm³/𝑠=70,686 cm³𝑠

Em seguida, calcular o tempo de enchimento:

𝑡_𝑓=𝑉/𝑄=200 cm³/70,686 cm³/𝑠≈2.83s

2. Método do modelo reológico:

Assumindo que o polipropileno se comporta como um fluido newtoniano a esta temperatura, o seu comportamento de fluxo pode ser simplificado como:

𝑡_𝑓=𝑉/(𝐴⋅𝑣)=200 cm³/(706,86 mm²⋅100 mm/s)=200 cm³/70,686 cm³/𝑠≈2.83s

3. Método de Simulação Numérica:

Utilizando o software Moldflow para simular os parâmetros do molde e do material, definir as condições do processo e executar a simulação. O tempo de enchimento foi de cerca de 2,85 segundos.

4. Método de verificação experimental:

A realização de ensaios de produção registou um tempo de enchimento de aproximadamente 2,8 segundos. Após vários ajustes, o tempo de enchimento final determinado foi de 2,8 segundos.

Estratégias para otimizar o tempo de enchimento

Embora seja importante calcular o tempo de enchimento com precisão, também é importante otimizar o tempo de enchimento. Eis algumas estratégias para otimizar o tempo de enchimento:

Otimização dos parâmetros da máquina de moldagem por injeção

1. Velocidade de injeção: A velocidade de injeção que escolheu é boa porque minimizou o tempo de enchimento e também porque não está a fazer com que o material se misture ao passar pela máquina a uma velocidade elevada.

2. Pressão de injeção: Quando é baixa, indica que vai demorar mais tempo a encher o molde com o líquido, mas quando é alta, significa que pode encher o líquido um pouco mais depressa, mas se for demasiado alta, pode acabar por rachar o molde ou fazer fendas.

3. Desenho do parafuso: Alterações como fazer com que o parafuso tenha maior compressão também podem ajudar a derreter mais o material e a misturá-lo melhor para que o molde seja preenchido.

Melhorar a conceção do molde

1. Conceção do portão: Disseram que se acrescentarmos mais comportas ou as deslocarmos, podemos fazer com que o plástico flua melhor e encha mais depressa.

2. Desenho do corredor: Se tornar as corrediças mais estreitas, mais curtas e alterar a sua forma, o plástico fluirá melhor.

3. Conceção do respiradouro: Se colocar mais buracos no molde para que o ar possa sair melhor do molde, não terá bolhas e o plástico encherá melhor.

Ajuste dos parâmetros do processo

1. Temperatura do molde: Se aumentar a temperatura do molde, a rapidez com que o material arrefece diminui e o tempo de embalamento é mais longo.

2. Temperatura de fusão: Se aumentar a temperatura de fusão, a viscosidade do material diminui e este flui melhor quando enche o molde.

3. Tempo de injeção: Tem de se certificar de que o tempo de injeção não é demasiado longo ou demasiado curto, caso contrário, obterá peças defeituosas.

Utilização de tecnologia avançada

1. Simulação numérica: A investigação sobre a tecnologia de simulação numérica pode ajudar-nos a descobrir o problema de enchimento numa fase inicial e a ajustar os parâmetros do processo e a conceção do molde.

2. Controlo inteligente: Podemos utilizar o controlo inteligente para otimizar a máquina de moldagem por injeção, tal como utilizar um sistema de controlo de pressão para controlar a pressão no sistema de injeção e afinar o processo de injeção para melhorar a estabilidade e a precisão do processo de enchimento.

3. Novos materiais: O desenvolvimento de novos materiais de elevado fluxo pode efetivamente reduzir o tempo de enchimento e aumentar a eficiência da produção.

Análise de casos de aplicação prática (continuação)

Para compreender melhor as estratégias de otimização do tempo de preenchimento, continuemos a analisar o caso prático anterior.

Otimização dos parâmetros da máquina de moldagem por injeção

Após a realização de algumas experiências, descobrimos que ao aumentar a velocidade de injeção para 150 mm/s, podíamos reduzir significativamente o tempo de enchimento sem sacrificar a qualidade do produto. Aqui estão os novos tempos de enchimento que calculámos:

𝑄=706,86 mm²⋅150 mm/s=106029 mm³/𝑠=106,029 cm³/𝑠

𝑡_𝑓=200 cm³/106,029 cm³/𝑠≈1.89s

Melhorar a conceção do molde

A simulação numérica mostrou que adicionar outra porta seria uma boa maneira de melhorar o fluxo de material e reduzir o tempo de enchimento. Modificámos o molde para adicionar mais uma porta e executámos novamente a simulação de enchimento. O resultado foi um tempo de enchimento de cerca de 1,75 segundos.

Ajuste dos parâmetros do processo

Também realizámos uma experiência com uma temperatura de molde de 80°C e uma temperatura de fusão de 220°C. O tempo total de enchimento foi de cerca de 1,70 segundos.

Utilização de tecnologia avançada

Utilizámos o sistema de controlo em tempo real para otimizar o processo de injeção, ajustando determinados factores para reduzir o tempo de injeção. O tempo total de enchimento optimizado foi de 1,68 segundos.

Conclusão

Este artigo apresenta uma discussão detalhada sobre os diferentes métodos que podem ser utilizados para calcular o processo de enchimento da máquina de moldagem por injeção, nomeadamente: fórmula empírica, equação do modelo reológico, simulação numérica e validação experimental, e explica-os através de um exemplo. Estes incluem: Otimização mais ampla dos parâmetros da máquina de moldagem por injeção; Melhor conceção dos moldes; Ajustamento dos parâmetros do processo e utilização da tecnologia; Todas estas medidas podem contribuir para a melhoria da eficiência do enchimento, na medida em que é suscetível de garantir a qualidade do produto.

Estas considerações são muito importantes do ponto de vista do cálculo e da otimização da taxa de enchimento ideal para a moldagem por injeção. Não só aumentam a taxa de produção e poupam custos, como também melhoram significativamente a qualidade dos produtos. Este artigo apresenta uma análise técnica e métodos relativos ao cálculo do tempo de enchimento no processo de processo de moldagem por injeçãoque podem ser utilizadas como referências para auxiliar o cálculo e a otimização do tempo de enchimento no processo de moldagem por injeção.

A moldagem por injeção continua a ganhar ímpeto com a inovação, e não há sinais previsíveis de abrandamento. No futuro, o processo de cálculo e otimização do tempo de enchimento será deslocado para uma maior aplicação de tecnologias inteligentes e digitais. Por exemplo, as máquinas automatizadas com inteligência artificial e grandes volumes de dados podem analisar grandes volumes de produção para ajustar as definições do processo de moldagem por injeção que produzem uma melhor eficiência de enchimento e qualidade dos produtos. Além disso, a evolução de novos materiais irá reforçar ainda mais as conquistas da tecnologia moderna para encurtar o tempo de enchimento e reduzir o custo de produção no processo de moldagem por injeção.

Em conclusão, o cálculo e a otimização do tempo de enchimento é também uma questão difícil, sendo necessário ter em conta muitas questões durante o processo de enchimento e verificar e melhorar cada processo de enchimento. Com mais melhorias e aperfeiçoamentos do técnicas de moldagem por injeção podemos obter processos mais fiáveis, eficientes e estáveis para estas aplicações e, assim, oferecer impactos mais positivos nas nossas indústrias.