Experimente Overflow Wells para Remediar a Fraqueza da Linha de Solda
A linha de solda é um ponto fraco amplamente conhecido em plásticos moldados, mas o que muitos não percebem é que as fibras de reforço, adicionadas para fortalecer as peças, podem agravar essa fraqueza. Para investigar se a adição de um overflow well poderia mitigar essa desvantagem, Amanda Nicholson, engenheira de sucesso do cliente da Moldex3D América do Norte, realizou um estudo de simulação.
Recém-contratada na fornecedora de software de simulação de moldagem por injeção de plásticos, a Moldex3D, Nicholson decidiu conduzir a pesquisa após uma conversa com um cliente que enfrentava problemas relacionados às linhas de solda. “Percebi que os problemas de linhas de solda são muito comuns em peças moldadas por injeção”, comentou Nicholson em uma entrevista.
A Dinâmica das Linhas de Solda e o Impacto das Fibras
O objetivo do estudo de Nicholson estava em simular como a adição de um overflow well afetaria o módulo das peças moldadas a partir de um termoplástico preenchido com fibra de vidro e semi-cristalino. Durante a pesquisa, a engenheira percebeu que a inclusão de fibras de vidro em uma resina pode intensificar a perda das propriedades mecânicas na linha de solda. Isso acontece pois as fibras, quando introduzidas, “substituem” as cadeias de polímero no derretido, dificultando a entrelaçamento destas cadeias, que normalmente aumenta a resistência na área da solda.
Além disso, a orientação não uniforme das fibras na linha de solda pode contribuir ainda mais para a perda de resistência e rigidez. A pesquisa buscou analisar como a configuração do fluxo afetaria essa dinâmica e, essencialmente, qual seria o impacto de um overflow well neste cenário.
Simulação e Metodologia do Estudo
Na sua simulação, Nicholson usou um nylon 66 com 35% de fibra de vidro e três modelos de barras de tração de 1/8 de polegada de espessura. O primeiro modelo tinha um único ponto de entrada de material, o segundo apresentava dois pontos e o último incorporava um overflow well na lateral, fazendo a função de compor 66,67% da espessura da parede. “Neste caso, o overflow well era consideravelmente grande em relação à peça pequena”, comentou a engenheira.
A configuração do overflow well não só foi crucial para as medições, mas também para otimizar o fluxo pelas linhas de solda. A adição do overflow tab representou cerca de 9% da peça total, excluindo o sistema de canais e portões de entrada do material. É importante ressaltar que esses elementos de design precisam ser adaptados para cada peça específica e suas dimensões.
Resultados das Simulações: O Papel do ‘Underflow’
Durante a simulação, analisou-se onde ocorreria o fim do preenchimento (EOF) para cada modelo. No primeiro modelo, o EOF aconteceu na extremidade oposta ao portão único; no segundo modelo, ocorreu na linha de solda no centro, enquanto no terceiro modelo isso foi percebido dentro do overflow well. A presença do fluxo através do overflow well após a formação da linha de solda é crucial, pois permite que as fibras de vidro sejam reorientadas, aumentando assim o módulo de elasticidade ao longo da peça.
Se o overflow well preenchesse antes da formação da linha de solda, esse ‘underflow’ não aconteceria. A pesquisa de Nicholson verificou que, embora o overflow well pudesse alterar a localização da linha de solda, ele não afetou a resistência da peça em si na situação analisada.
Verificação dos Resultados com a Função Particle Tracer
Nicholson conseguiu validar o conceito de ‘underflow’ utilizando a função Particle Tracer da Moldex3D, que mapeia o movimento de partículas imaginárias durante o preenchimento da peça. Enquanto o segundo modelo com dois portões mostrou um fluxo de partículas quase irrelevante, o terceiro modelo demonstrou um fluxo significativo de partículas através do centro em direção ao overflow well, resultando na reorientação das fibras de vidro e aumento da entrelaçamento das cadeias poliméricas.
A modelagem da orientação das fibras da Moldex3D também confirmou um efeito positivo do overflow well, demonstrando como a orientação das fibras varia conforme o design da barra de tração muda. A visualização mostrou que, nas barras com overflow well, as fibras mantiveram uma forte orientação ao longo da direção do fluxo, reduzindo a fraqueza associada à linha de solda.
Análise do Módulo de Elasticidade
Usando o Moldex3D, Nicholson avaliou o valor do módulo de elasticidade (rigidez na direção do fluxo) para os três modelos de barras de tração. Os resultados mostraram que, ao comparar a parte de controle (com um único portão e sem linha de solda), o modelo de dois portões teve uma redução de cerca de 35% na rigidez na linha de solda. Por outro lado, a adição do overflow well recuperou parte dessa rigidez, diminuindo a redução para apenas 16% em relação ao modelo de controle.
Esses resultados demonstram que, mesmo com a inevitabilidade de linhas de solda em partes moldadas por injeção, a inclusão de um overflow well pode ser uma estratégia eficaz para melhorar a performance das peças em termos de resistência mecânica.
Alternativas e Recomendações
Nicholson enfatiza que embora o ideal seja projetar peças sem linhas de solda, isso nem sempre é viável. Quando a implementação de um overflow well é a melhor opção, existem várias maneiras de integrá-lo ao design das peças. O cenário ideal seria projetá-lo como parte de uma funcionalidade que não requer remoção ou colocá-lo em uma área estética ou funcional que não impacte a peça acabada.
No entanto, caso um overflow well não seja uma opção viável e as estratégias comuns para reorientar fibras na linha de solda, como aumento da temperatura do molde e do derretido, não funcionem, existem outras alternativas. Técnicas como alteração da localização dos portões, instalação de líderes de fluxo, restrições de fluxo e portões sequenciais são exemplos de estratégias que podem ser empregadas para influenciar a localização da linha de solda e a orientação das fibras.
Futuras Perspectivas
Para a indústria de moldagem por injeção, a evolução das tecnologias de simulação de fluidos, como a utilizada pela Moldex3D, oferece um grande potencial para resolver desafios antigos, como as linhas de solda. Com as inovações contínuas, podemos esperar melhorias significativas nas propriedades mecânicas das peças moldadas por injeção, ajudando a indústria a alcançar ainda mais eficiência e qualidade.
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Última atualização em 14 de abril de 2025
