Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T00:22:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 247321.pdf: 7669389 bytes, checksum: 0b390150a66eaed1d1223f720a08308a (MD5) / Diante de um mercado global cada vez mais competitivo, as empresas têm focalizado parte de seus esforços no desenvolvimento rápido e eficaz de novos produtos para atender as demandas e manter-se competitivas. No setor de componentes injetados, em geral, uma empresa é responsável pela criação do produto/componente; outra, pelo molde de injeção; e outra, pela fabricação dos componentes. Mesmo nos casos em que esses processos são realizados na mesma empresa, observam-se, normalmente, diferentes departamentos responsáveis pelas atividades. O molde de injeção, no processo de desenvolvimento de componentes injetados, é um sistema complexo e de custo elevado, e de grande importância para a obtenção de componentes de qualidade. Contudo, é realizado por diferentes pessoas de forma fragmentada, potencializando vários problemas, tais como retrabalho, aumento dos custos e tempos de desenvolvimento. Nesse contexto, este trabalho aborda, de forma abrangente, a sistematização do processo de desenvolvimento integrado de moldes de injeção de termoplásticos, considerando conceitos de metodologia de projeto, gerenciamento de projetos e de engenharia simultânea. Essa sistematização visa suportar as atividades da equipe que estará envolvida no desenvolvimento do molde de injeção, por meio de um modelo de referência que estruture os processos, suas entradas, atividades, saídas, métodos, ferramentas de suporte e que especifique os relacionamentos entre tais elementos. Para avaliar a natureza dessa problemática, estabelecer as questões da pesquisa e planejar a proposição do modelo de referência, além do estudo da literatura pertinente ao tema, foram caracterizadas as práticas nas empresas fabricantes de moldes, identificando suas potencialidades e dificuldades em relação ao processo de desenvolvimento. O modelo de referência proposto é constituído pelas seguintes fases: i) contratação do desenvolvimento do molde; ii) planejamento do processo de desenvolvimento do molde; iii) projeto do molde; iv) fabricação do molde; e v) certificação do molde. A avaliação do modelo foi realizada por especialistas nas áreas de conhecimento deste trabalho e por profissionais da indústria de moldes, apresentando resultados que mostram as contribuições do modelo proposto para o avanço na área de desenvolvimento de moldes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T09:17:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 239016.pdf: 11874996 bytes, checksum: d5ccdb2d7e63261af2b917f94d394823 (MD5) / A necessidade de protótipos com as mesmas propriedades do produto final, fez com que as técnicas de prototipagem rápida evoluíssem para métodos de fabricação rápida de ferramentas. Nesse contexto, tem se difundido o emprego de moldes de resina na moldagem de termoplásticos por injeção, em virtude do baixo custo, breve tempo de fabricação e razoável precisão dimensional. Entretanto, em comparação aos metais, as resinas apresentam baixas resistência mecânica, estabilidade térmica e condutividade térmica, resultando em menor durabilidade da ferramenta e em moldados com propriedades diferentes dos obtidos em moldes de produção convencional. A revisão do estado da arte da moldagem por injeção em moldes de fabricação rápida em resina revelou que a literatura se aprofunda pouco na investigação das influências dos parâmetros de injeção na estrutura e nas propriedades da peça e fornecem apenas recomendações genéricas, mais focadas na preservação física da ferramenta. Assim, o objetivo geral do trabalho é ampliar o conhecimento do processo de injeção em moldes de fabricação rápida em resina, concentrando-se sobre as influências das variáveis de controle do processo nas propriedades da peça moldada. Comparativamente ao processamento em moldes de aço, investigou-se a influência da temperatura do molde, temperatura de injeção, pressão de recalque e velocidade de injeção nas propriedades de peças de polipropileno isotático injetadas em moldes fabricados por vazamento de resina epoxídica. Peças com paredes espessas e finas foram moldadas segundo um planejamento fatorial fracionado, para que as combinações de parâmetros de injeção cobrissem uma ampla janela de processamento. As técnicas de caracterização incluíram microscopia ótica com luz polarizada, difração de raios-x, coluna de gradiente de densidade, análise termomecânica dinâmica e ensaio de tração, além da análise dimensional para investigação da contração. Os resultados mostram que a estrutura das peças injetadas em epóxi é significativamente afetada pela variação dos parâmetros operacionais. A menor espessura da pele nas peças injetadas em epóxi facilita o preenchimento das cavidades de paredes finas. O módulo, a tensão máxima e a contração das peças injetadas em epóxi são semelhantes às dos moldados em aço, mas o alongamento na ruptura é muito menor quando as regulagens de temperatura do material e do molde não são adequadamente corrigidas. Portanto, embora os parâmetros de injeção afetem as propriedades das peças segundo as mesmas tendências gerais do processamento em aço, a moldagem em epóxi requer uma regulagem apropriada e específica para que as propriedades do protótipo moldado sejam adequadas às especificações comerciais. Rapid tooling methods for injection moulding process emerged from rapid prototyping techniques to supply the growing demand for faster product development not only in conception and detailing phases but also in manufacturing of prototypes and pre-series of parts with properties as similar as possible to end parts. In this context, it has spread out the use of resin casting moulds for thermoplastic injection moulding, due to its low cost, briefing manufacture time and reasonable dimensional accuracy. However, in comparison to metals, the resins present low values of mechanical strength, thermal stability and thermal conductivity, resulting in lower durability of the tool and in different properties of mouldings. The state of the art review of the injection molding in resin rapid tools showed little information on the process-structureproperties relations. It has found only generic recommendations, more focused on the physical preservation of the tool than on morphological and microstructural alteration. Little information has also found on thin-walled parts processing in resin rapid tools, despite the remarkable growing commercial interesting on this kind of product. Therefore, the general objective of this work is to extend the knowledge of the injection moulding in resin rapid tools, studying the influences of the processing variables on part structure and properties. Comparatively to the processing in steel molds, it was investigated the influences of mold temperature, melt temperature, holding pressure and filling rate on the properties of isotactic polypropylene parts injected in epoxy cast moulds. Thick and thin walled parts were moulded according to a fractional factorial design, so that the combinations of injection parameters covered a wide range of process settings. The characterization techniques included polarized light microscopy, wideangle x-rays diffraction, density gradient column, dynamic thermomechanical analysis and tensile test. Further, cavity and part dimensions were measured to assess shrinkage. The results showed that the structure of the parts injected in epoxy tools is significantly affected by operational parameters variation. The thinner skin layer observed in the thin-walled parts injected in the epoxy mould facilitates cavity filling. Elastic modulus, yield strength and shrinkage of the parts injected in epoxy are very similar to the observed for parts moulded in steel. However, the strain at break is very low when mould and melt temperatures are not adequately adjusted for processing in the epoxy tool. Therefore, even so the injection parameters affect the properties of the parts according to same general trends of the processing in steel, the moulding in epoxy tooling requires an appropriate and specific set of parameters in order to provide prototypes with suitable properties for commercial requirements.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-24T01:59:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258984.pdf: 23108827 bytes, checksum: e5d6f88241de23cebeb532cfecead334 (MD5) / Tem sido cada vez mais crescente a procura por ferramentas de projeto que possibilitem avaliar o desempenho de um produto em material termoplástico de forma confiável nas etapas iniciais do processo de desenvolvimento. No caso dos produtos em material termoplástico moldados por injeção, certas características somente podem ser avaliadas no material e no processo de fabricação definitivos. Os processos de fabricação rápida se tornaram uma importante ferramenta de projeto. Atualmente, existem processos específicos para cada uma das demandas de uma equipe de projeto. Quando séries pequenas ou peças-protótipo são necessárias, o processo de vazamento de resinas tem se difundido, sobretudo por ser um processo de baixo custo e ter um curto tempo para obtenção do molde. Entretanto, como normalmente os materiais empregados têm baixas resistência mecânica, estabilidade térmica e condutividade térmica, durante o processo de moldagem os moldes trabalham muito mais próximos do limite de resistência que os moldes de produção convencional. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um compósito de resina epóxi e fibras curtas de aço (SSF) para a fabricação rápida de moldes de injeção por vazamento em vácuo. A pesquisa incluiu a caracterização dos materiais empregados no compósito. Os compósitos estudados tiveram as frações volumétricas de 10, 15 e 20% de SSF. Suas propriedades foram comparadas com os materiais comerciais RenCast 436 e Neukadur VG SP 5. Os compósitos desenvolvidos foram testados durante o processo de cura em ensaios de reometria. No processamento avaliou-se questões relacionadas à prevenção da sedimentação das SSF e melhoria no processo de mistura. Corpos de prova foram fabricados para investigar o desempenho dos compósitos. Foram realizados ensaios para determinar as propriedades à tração, a energia de impacto, as propriedades de flexão, o comportamento dinâmico-mecânico, a variação dimensional, o coeficiente de atrito estático e a condutividade térmica. O compósito com 15% SSF apresentou o melhor desempenho. Insertos foram fabricados com este compósito e com o Neukadur VG SP 5, e usados em um molde híbrido instrumentado para avaliar o desgaste na moldagem por injeção de uma blenda termoplástica de PC/ABS. Os resultados mostraram que o compósito com 15% SSF é viável e uma alternativa interessante para a fabricação de insertos para moldes de injeção usando o processo de vazamento de resinas. It is a growing concern the search for design tools that make it possible to assess, in a reliable way, the performance of a thermoplastic part in the early stages of the development process. In the case of injection moulded thermoplastic products certain characteristics can only be evaluated in the final product and during the manufacturing process. Rapid tooling processes have been used as an important tool in plastics product development. At present, there are specific processes for each of the demands of a project design team. When small batches or prototype parts are required the resin casting route has been widespread, because it is an inexpensive process and the time to obtain the moulding tool is relatively short. As the materials used in this process have low mechanical resistance, thermal stability and thermal conductivity, during the moulding process the mould works closer to the material limits than in conventional tooling. The objective of this work was the development of a composite material based on an epoxy resin and short steel fibres (SSF) for the rapid manufacturing of injection moulding blocks or inserts by vacuum casting. The research included the characterization of the materials to be used in the composite. The composites being studied had SSF volume fractions of 10, 15 and 20%. Their properties were compared to the commercial composites RenCast 436 e Neukadur VG SP 5. The developed composites were tested during the curing process by rheometry. The processing addressed the issues of avoiding the SSF sedimentation and improving the mixing. Test specimens were prepared to investigate the performance of the composites. Tensile properties, impact energy, flexural properties, dynamic-mechanical behaviour, dimensional variation, static friction coefficient and thermal conductivity tests were carried out. The best performance was obtained with the composite with 15% SSF. Moulding inserts were manufactured with this composite and the Neukadur VG SP 5, and used in a research instrumented hybrid mould for assessing the wear when injection moulding a PC/ABS thermoplastic blend. The results showed that the epoxy-15% SSF is a viable and interesting alternative for the manufacturing moulding inserts for injection moulds using the resin casting process.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T03:39:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252107.pdf: 2244874 bytes, checksum: 87cabf42e86108ddca5404ea3d7e613f (MD5) / A procura intensa por produtos plásticos injetados com design moderno, menores custos e maior exigência na qualidade, tornou necessário o desenvolvimento de moldes de injeção mais eficientes, com dimensões precisas, no mais curto espaço de tempo possível e capaz de produzir peças sem defeitos. Entretanto, existe um forte descontentamento das empresas pertencentes à cadeia brasileira de fabricação de peças plásticas, com a indústria nacional de desenvolvimento de moldes para a transformação de plásticos principalmente quando o assunto é prazo de entrega e quantidade de ajustes necessários até o bom funcionamento do molde. Neste contexto, a atividade de projeto do molde tem uma grande importância, pois influencia nas características e na qualidade do molde fabricado e como conseqüência, nos produtos moldados. Propor uma sistematização para a gestão do conhecimento no processo de projeto de moldes de injeção de componentes termoplásticos, a fim de contribuir para a melhoria do processo de projeto de moldes, é o principal objetivo deste trabalho. Para tanto, inicialmente é apresentada uma revisão bibliográfica pertinente ao tema. Também é apresentado um levantamento do panorama da situação da gestão do conhecimento no processo de desenvolvimento do projeto de moldes de injeção, considerando a realidade das empresas instaladas na região de Joinville, SC. A partir da revisão bibliográfica e do levantamento realizado, os conhecimentos envolvidos no processo de projeto de moldes de injeção foram caracterizados e foi desenvolvida a proposta de modelo para a gestão do conhecimento no projeto de moldes. Uma avaliação junto aos profissionais de algumas empresas foi realizada. Deste modo, pretende-se contribuir no sentido de tornar o processo de projeto de moldes, mais produtivo e reduzir o seu tempo de desenvolvimento, como também construir a memória coletiva da empresa.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T18:52:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199032.pdf: 1373868 bytes, checksum: 0d7bbc47a3f366781837096b25a4dddf (MD5) / Os componentes de plástico moldados por injeção têm sido adotados freqüentemente para a produção em massa de produtos de uso por apresentarem vantagens econômicas e técnicas comparadas a outros processos de fabricação. Em contraposição a estas vantagens, está o normalmente longo tempo de desenvolvimento destes produtos que é um fator complicador para a redução do tempo de lançamento em mercados competitivos. Em função disto, diversas pesquisas têm sugerido a adoção de modelos de gerenciamento e de metodologias de projeto mais específicas para apoiar a tomada de decisões e acelerar a comunicação por parte da equipe de projeto. Nestas pesquisas, os protótipos físicos são considerados ferramentas de projeto fundamentais para que os objetivos propostos sejam alcançados, em especial os produzidos por técnicas de prototipagem rápida. Contudo, observa-se que as metodologias são normalmente desprovidas de um maior detalhamento, o que dificulta o desenvolvimento sistematizado do processo de avaliação de soluções de projeto auxiliadas por protótipos físicos. Neste trabalho é apresentada uma proposta de sistemática para o processo de avaliação de soluções de projeto contemplando cinco etapas consideradas necessárias: identificação dos testes e determinação parâmetros de avaliação, planejamento do teste, confecção do protótipo do componente, execução do teste e preparação e análise dos resultados. A constituição da proposta foi baseada em um modelo de referência para o desenvolvimento integrado de componentes de plástico injetados e fundamentada em dois estudos de caso que contemplaram o desenvolvimento de produtos com auxílio de diferentes tipos de protótipos físicos na fase de projeto preliminar. Espera-se desta forma, que a sistematização proposta possa colaborar para que o processo de avaliação seja realizado de forma eficiente e criterioso, possibilitando a elaboração de produtos de melhor qualidade em menor espaço de tempo.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T10:58:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 199452.pdf: 13334412 bytes, checksum: 3c8455e524542771fdedfd33d4f7e4e7 (MD5) / Um dos grandes problemas da aplicação do Ferramental Rápido, ao processo de moldagem por injeção de termoplásticos, é o baixo número de peças boas obtidas, principalmente quando são usados insertos a base de resinas epóxi. Isto se deve ao fato do epóxi, matéria prima do processo de estereolitografia, ser um isolante térmico e possuir baixas propriedades mecânicas, se comparado a insertos em aço ou alumínio. Procurando aumentar a eficiência da refrigeração dos insertos em epóxi, e, por conseguinte, a eficiência do processo, o presente trabalho utiliza canais de refrigeração incorporados, com espessuras de parede (distância entre os canais e a cavidade) entre 1,05 e 3,0 mm. Em função da reduzida espessura, o suporte estrutural necessário, para que os canais resistam às pressões exercidas pelo fundido, durante as fases de preenchimento da cavidade e recalque, é efetuado com o confinamento do fluido refrigerante dentro dos canais, através do fechamento de válvulas. Isto permite a autopressurização do fluido, em resposta aos esforços oriundos do processo. Iniciada a fase de resfriamento, as válvulas são abertas e o fluido de refrigeração volta a cumprir sua função primária. Utilizando o polipropileno isotático como matéria prima, foram efetuados 3 estudos de caso para comprovar e aprimorar o princípio apresentado. Corpos de prova padronizados, moldados em insertos em aço e de epóxi (com e sem canais de refrigeração), foram ensaiados quanto à variação de sua dureza Shore D e à presença da forma cristalina beta em suas estruturas, através de ensaios de difração de raio-X. Os resultados gerais apresentaram, em comparação aos corpos de prova de referência, uma redução no tempo de ciclo de injeção e da temperatura máxima alcançada pelo inserto durante a injeção, além de diminuir a presença da forma beta no moldado, indicando uma melhora na refrigeração do inserto. Com base nos resultados obtidos nos estudos de caso, se propôs uma formulação matemática para representar o fenômeno em estudo, onde foi possível verificar a influência da compressibilidade do fluido refrigerante e das dilatações térmicas na eficiência do processo proposto.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matermáticas. Programa de Pós-Graduação em Química / Made available in DSpace on 2012-10-21T20:48:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 211337.pdf: 3803188 bytes, checksum: fdfc18812ee709aa25e1af365ff772ce (MD5) / Atualmente, a moldagem de pós por injeção tem se tornado um processo de transformação altamente atrativo, por aliar as propriedades inerentes aos materiais metálicos e cerâmicos à versatilidade da moldagem por injeção. Neste processo, o material na forma de pó é misturado ao veículo orgânico (ligante), o qual possibilita a moldagem por injeção da mistura. Neste trabalho, avaliou-se a utilização de componentes poliméricos e surfactante na fabricação de peças de alumina por moldagem de pós por injeção, sendo as propriedades micro e macroscópicas caracterizadas. A temperatura do solvente produziu diferentes velocidades de remoção, devido a mudanças no parâmetro de solubilidade e difusividade dos componentes solúveis. Um modelo matemático foi proposto para o processo de remoção por solvente, apresentando boa correlação com os valores obtidos experimentalmente. O processo subseqüente de remoção térmica foi facilitado pela porosidade formada na solubilização, resultando em peças livres de defeitos. As decomposições do PP e do PVB produziram hidrocarbonetos alifáticos, compostos com insaturações, e aldeídos. A sinterização mostrou que as peças de alumina não possuíam defeitos grosseiros, sugerindo que o amplo conhecimento das etapas do processo pode tornar a moldagem de pós por injeção mais interessante economicamente.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T02:32:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 213444.pdf: 2276283 bytes, checksum: 3846c1fa91ae37acce7dfc2fad207b0e (MD5) / Este trabalho consistiu em avaliar comparativamente os principais parâmetros envolvidos no processo de moldagem por injeção, utilizando os termoplásticos PP, ABS e PA 6,6, em insertos fabricados pelo processo convencional em aço ABNT 1045 e pelo processo de ferramental rápido por estereolitografia. As cavidades selecionadas tiveram todas a mesma forma geométrica, qual seja, a de corpos de prova normalizados para ensaios de tração segundo a norma ASTM D-638m. Para a comparação, os parâmetros: temperatura de injeção do termoplástico, temperatura inicial da cavidade, volume e vazão de injeção, tempo de injeção, contrapressão e rotação da rosca, foram considerados como referência e tiveram o mesmo valor nos dois tipos de ferramental. Como conseqüência, os parâmetros de resposta variaram em função do tipo de termoplástico e do ferramental utilizado, sendo as vezes superior e as vezes inferior. As exceções foram os parâmetros: tempo de molde aberto, tempo de ciclo e temperatura final da cavidade, que para os três termoplásticos utilizados sempre foram superiores aos da moldagem convencional. Um sistema CAE comercial para a simulação do processo de moldagem por injeção também foi utilizado para comparar os resultados experimentais com os simulados, nos insertos de aço e de estereolitografia. Com relação à pressão máxima de injeção utilizando o ABS, a simulação apresentou valores 15% superiores aos experimentais, nos dois tipos de ferramental e, valores 7% superiores na moldagem convencional com o PA 6,6. A temperatura experimental máxima da cavidade foi 5% superior à temperatura média simulada e 20% inferior à máxima simulada com o ABS no inserto de estereolitografia. O método da injeção progressiva (Anexo 2), as recomendações para a moldagem convencional (Anexo 7) e as recomendações para a moldagem em insertos de estereolitografia (Anexo 3) se demonstraram úteis na fase de determinação dos parâmetros de processo. Além disso, as recomendações para a simulação do processo de injeção em insertos de estereolitografia (Anexo 4), também foram úteis na construção e execução das análises no sistema CAE e para o projeto de insertos, podendo ser utilizadas como base para futuros trabalhos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T15:48:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / O projeto de um componente de plástico constitui-se em uma tarefa bastante complexa, que em algumas situações requer bastante experiência do projetista, adquirida com anos de trabalho. O que torna complexo o projeto de um componente de plástico, é a susceptibilidade a mudanças de propriedades que os materiais poliméricos apresentam quando submetidos a um determinado ambiente de trabalho. Em vista disto, é necessário que o projetista tenha um bom conhecimento a respeito das propriedades dos materiais poliméricos e do ambiente ao qual o componente estará submetido, já que o material a ser utilizado para fabricá-lo será selecionado em função destas características. Levando em consideração as dificuldades que o projeto de um componente plástico apresenta, principalmente no que se refere à seleção de um material adequado para a aplicação, realização e avaliação dos resultados da análise estrutural e reológica do mesmo, o presente trabalho, inicialmente, adota uma sistemática de projeto, dentre aquelas específicas ao domínio dos componentes de plástico injetados, e apresenta uma proposta de sistemática, na forma de um detalhamento, realizado através de estudos de caso, para estas três fases da metodologia adotada, indicando métodos de avaliação e ferramentas (CAD/CAE) a serem utilizadas que, juntamente com a proposta de sistemática, constitui-se no grande resultado deste trabalho.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-18T06:39:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T20:42:26Z : No. of bitstreams: 1 182058.pdf: 30487350 bytes, checksum: ac4174f190ed19025c76aa11ec7f46e7 (MD5) / Análise da influência da introdução do fósforo sobre a sinterização da liga Fe-7Ni produzida através do processo de moldagem de pós por injeção. Faz um estudo sobre o processo de moldagem de pós por injeção e evolução da sinterabilidade para ligas Fe-7Ni-P. Estuda as propriedades mecânicas e microestruturais para as ligas sinterizadas, e o efeito da adição do fósforo na liga Fe-7Ni sobre estas propriedades. Desenvolve um estudo comparativo com relação à etapa de remoção térmica de ligante com relação ao nível de carbono residual, utilizando-se técnicas de remoção sob fluxo de hidrogênio e sob fluxo de ar. Estuda os efeitos da estabilização de fase e sinterização com fase líquida e o efeito do carbono residual sobre as propriedades dos componentes sinterizados.