Avaliação das deformações em moldes de injeção de alumínio - Ribeiro, Thomas Stedile (My University, 2024)
Simulation of the high pressure die casting process is already part of the design flow in die shops. Structural analysis of the die casting die, however, is less common. Knowledge of the loads applied on the mold and their effects on the deformation of the components is important for the safety of the operation, the quality of the part produced and possible material savings. However, in order to remain competitive with other shops, the structural analysis method must be accurate, fast and easy to use. With this requirement in mind, in order to increase understanding of the deformations suffered by a die casting die during the cycle, three study methods were selected to be evaluated. The Finite Element Method, the External Approximations by Finite Element Method and the Analytical Method. These three methods were used to calculate the deformations suffered by the structural components of a small die. Two sets of experiments were carried out. In Stage 1, dies were simulated under purely mechanical, purely thermal and combined loading, in order to understand the contribution of each type of loading to the deformation of the components. By comparing the results using the three load cases, it was found that thermal loads had the greatest effect on the fixed side of the mold, while mechanical loads were the main source of deformation on the moving side. In Stage 2, modifications to the bottom thicknesses of the structural components were applied to the original model in order to understand the effect of these dimensions on the die's deformations. As a result, it was found that the components on the moving side are more sensitive to changes in the bottom thickness of their components than those on the fixed side, showing increases in deformation of up to 118% in the moving side, while the fixed side had no more than 31%. Finally, comparing the three methods in the two stages? experiments, it was concluded that the analytical method lacks precision, has consistently lower deformations than the other methods, and is not very sensitive to the dimensional changes of Stage 2. The External Approximations by Finite Element Method shows potential for implementation in tool shops, with accurate results in comparison with those obtained by FEM, ease of use and solving speed. [resumo fornecido pelo autor]
A simulação do processo de injeção de alumínio já faz parte do fluxo de projeto de matrizarias. Análises estruturais do molde de injeção de alumínio, porém, são menos comuns. O conhecimento dos carregamentos sofridos pelo molde e seus efeitos na deformação dos componentes é importante para a segurança da operação, para a qualidade da peça produzida e para possíveis economias de material. Porém, para manter competitividade com outras matrizarias, o método de análise estrutural deve ser preciso, rápido e de fácil uso. Tendo em mente este requisito, com o objetivo de aumentar o entendimento sobre as deformações sofridas por um molde de injeção de alumínio durante o ciclo, foram selecionados três métodos de estudo a serem avaliados. O Método dos Elementos Finitos, o Método da Aproximação Externa por Elementos Finitos e o Método Analítico. Estes três métodos foram utilizados para calcular as deformações sofridas pelos componentes estruturais de um molde pequeno. Foram elaborados dois conjuntos de experimentos. Na Etapa 1, foram simulados moldes sob carregamentos puramente mecânicos, puramente térmicos e combinados, para entender qual a contribuição de cada tipo de carregamento na deformação dos componentes. Comparando os resultados obtidos com os três casos de carregamento, obteve-se que no lado fixo do molde, os carregamentos térmicos tiveram maior efeito, enquanto no lado móvel as solicitações mecânicas são a principal fonte das deformações. Na Etapa 2, modificações nas espessuras de fundo dos componentes estruturais foram aplicadas ao modelo original, de modo a entender o efeito dessas dimensões nas deformações do molde. Como resultado, se encontrou que os componentes do lado móvel são mais sensíveis a mudanças de espessura de fundo de seus componentes do que os do lado fixo, demonstrando aumentos nos deslocamentos medidos de até 118% em componentes do lado móvel, mas de apenas 31% no lado fixo. Por fim, comparando os três métodos nos experimentos das duas etapas, se concluiu que o método analítico carece precisão, apresenta deformações consistentemente menores do que os outros métodos, além de ser pouco sensível às mudanças dimensionais da Etapa 2. O Método da Aproximação Externa por Elementos Finitos mostra ter potencial de implementação em ferramentarias, com resultados precisos em comparação com os resultados obtidos pelo MEF, fácil uso e rapidez na resolução. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Alumínio - Moldes; Moldagem (Fundição); Análise estrutural (Engenharia); Deformações (Mecânica); Mechanical engineering; Aluminum - Pattern design; Molding (Founding); Structural analysis (Engineering); Deformations (Mechanics); Engenharia mecânica