Estudo de propriedades mecânicas e caracterização da região de linha de solda de um biopolímero injetado em molde metálico e molde de fabricação rápida (VRE)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013.Um dos defeitos decorrentes do processo de injeção é a formação de linhas de solda, podendo representar uma redução na resistência mecânica, capaz de causar a rejeição ou descarte da peça. A região de formação de linhas de solda pode ser prevista com a utilização de softwares de auxílio ao projeto, manufatura e engenharia (CAD/CAE/CAM) e na prática, através da confecção de moldes protótipos (insertos) confeccionados pelo vazamento de resina epóxi (VRE). Este trabalho apresenta um estudo de comparação do processo de moldagem por injeção de um biopolímero (PLA), através de um delineamento fatorial completo, analisando a qualidade de linhas de solda em corpos de prova com 3 comprimentos de fluxo diferentes, injetados em inserto de aço AISI P20 e inserto de resina epóxi com carga de alumínio. Os insertos foram projetados de maneira a possuírem duas cavidades, uma com e outra sem formação de linha de solda nas regiões críticas do espécime. A moldagem foi realizada em duas temperaturas de injeção. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de resistência a tração e DSC. Foram avaliadas também a camada congelada e o aspecto da fratura. Para o processo de moldagem por injeção, foi realizada primeiramente a simulação em um software CAE. Por meio do DOE, os resultados dos ensaios de tração mostraram que os corpos de prova com linhas de solda apresentaram menor resistência mecânica que os corpos de prova sem linha de solda, e aspecto de fratura frágil. Estes romperam na região de linha de solda, como previsto. Em relação ao material do inserto, os corpos de prova foram menos suscetíveis a presença de linha de solda no inserto VRE. Corroborando com os resultados do ensaio de tração e com o aspecto da fratura dos corpos de prova, as amostras injetadas no inserto VRE apresentaram, na caracterização, menor espessura da camada congelada e menor ângulo de encontro das frentes de fluxo, à mesma temperatura de injeção. A pior condição para a moldagem por injeção desta peça com o defeito linha de solda em insertos VRE foi a temperatura de 190 °C, onde o fator linha de solda (FLS) foi de 0,95. Este fator ainda é aproximadamente 10% superior em relação a pior condição encontrada no inserto metálico.<br>Abstract : The formation of weld lines is one of the defects resulting from the injection molding and may represent a reduction in mechanical strength, capable of causing rejection or dispose of the part. The region of formation of weld lines can be predicted with the use of software to assist in the design, manufacturing and engineering (CAD/CAE/CAM) and in practice, by making prototype molds (inserts) made by casting epoxy resin (VRE). This paper presents a comparison study of the injection molding process of a biopolymer (PLA), through a full factorial design, analyzing the quality of weld lines in specimens with 3 different lengths of flow injected into the steel insert AISI P20 and VRE insert with aluminum load. The inserts are designed to have two cavities, one with and one without weld line formation in the critical regions of the specimen. The molding was performed at two levels of injection temperatures. The specimens were tested by tensile strength and DSC. The frozen layer and the appearance of the fracture were evaluated. The injection molding process was first performed in a CAE simulation software. Through the DOE, the results of tensile strength showed that the samples with weld lines results in lower mechanical strength than the specimens without weld line, and it showed a brittle fracture appearance. These broke in the region of the weld line, as expected. In relation to the insert material, the specimens were less susceptible to the presence of weld line in the VRE insert. Corroborating the results of the tensile test and the appearance of the fracture of the specimens, the samples injected into the VRE insert presented smaller thickness of the frozen layer and lower meeting angle at the flow fronts at the same injection temperature. The worst condition for the injection molding of this part with weld line in VRE insert was in the condition with the injection temperature at 190 ° C, where the weld line factor (FLS) was 0.95. This factor is still about 10 % higher than the worst condition found in metal insert