Definição de métricas para previsão de defeitos estéticos na moldação por injeção através de simulação numérica

Abstract

A indústria automóvel é constantemente desafiada ao nível das capacidades técnicas e produtivas, a fim de alcançar um maior nível de eficiência de recursos, qualidade de produto e redução de custos associados. A estes fatores, encontram-se ainda aplicados os desafios de sustentabilidade, diretamente relacionados com a eficiência produtiva, isto é, a diminuição de refugo e consumo energético, desenvolvimento eficaz do produto e da ferramenta produtiva, automatização e robotização. De forma a atuar sobre os fatores mencionados, e com o objetivo de atingir uma maior capacidade de previsão, sem custos associados, desenvolveram-se softwares de modelação numérica, com capacidades de simulação do processo de injeção. Estes, atualmente com elevados potenciais de cálculo, apresentam capacidade de antecipação de defeitos. Porém, de modo que os dados sejam eficazes na previsão de defeitos, é necessário estabelecer métricas que definam indicadores de qualidade. Tendo em vista a conceção de uma ponte de informação entre o processo de injeção real e o de modelação numérica, selecionou-se uma peça, de produção em série, que permitiu, geometricamente, estudar os defeitos estéticos em causa, sendo eles, os chupados e linhas de soldadura. Com base nos métodos estatísticos presentes no software, elaborou-se um DOE, para cada defeito, tendo em conta as condições de processo que influenciam os defeitos em causa. Assim, com auxílio do DOE, obteve-se um conjunto de experiências com condições de processamento que incidem, positivamente e negativamente, sobre os defeitos a estudar. A partir destes dados, foram realizadas simulações, acompanhadas pela injeção de peças com as referidas condições, de modo a ser possível executar uma análise de dados numéricos, bem como uma análise qualitativa ou quantitativa das moldações. A partir do equipamento de medição ótico 3D de alta resolução (Alicona Infinite Focus SL) efetuaram-se medições sobre as várias linhas de soldadura, obtendo-se dados relativos à profundidade e largura do entalhe em V. De modo a complementar o estudo, as peças foram pintadas com o objetivo de compreender o impacto da geometria do entalhe em V no processo de revestimento, a fim de definir o ângulo mínimo de linhas de soldadura que garantisse a qualidade estética do produto. Relativamente aos chupados, efetuou-se uma análise qualitativa com base na classificação dada por colaboradores, após a pintura das peças. Tendo apenas como comparação os dados do Moldex3D® e a avaliação qualitativa, determinou-se um valor numérico limite, que proporcionasse a qualidade da moldação. Deste estudo, concluiu-se que linhas de soldadura com ângulos superiores a 120º tendem a apresentar entalhes de menor dimensão permitindo assim obter o máximo de qualidade estética possível. Relativamente aos chupados, estes tornam-se invisíveis ao olho humano, quando numericamente apresentam uma profundidade inferior a 0,010mm.

The automotive industry is constantly faced with technical and production challenges in order to achieve higher levels of resource efficiency, product quality, and cost reduction. These challenges are further compounded by sustainability concerns, which are directly related to production efficiency, such as reducing waste and energy consumption, effective product development and production tool development, automation and robotics. To address these factors and to achieve better predictive capabilities without additional costs, numerical modeling software with injection process simulation capabilities were developed. Currently, these software solutions have high computational potential and can anticipate production defects. However, for the data to be effective in defect prediction, it is necessary to establish metrics that define quality indicators. To establish an information bridge between the real injection process and numerical modeling, a mass-produced part was selected for geometrically studying specific aesthetic defects, as sink marks and weld lines. Based on the statistical methods available in the software, a Design of Experiments (DOE) was developed for each defect, considering the process conditions that influence the respective defects. Thus, with the aid of DOE, a set of experiments with various processing conditions affecting the defects was obtained. Based on this data, simulations were conducted, accompanied by the injection of parts under the specified conditions, enabling both numerical data analysis and a qualitative or quantitative analysis of the moldings. Measurements were taken on the various weld lines from different conditions using a high resolution 3D optical measurement device (Alicona Infinite Focus SL), obtaining data on the depth and width of the V-notch. To complement the study, the parts were painted to understand the impact of the V-notch geometry on the coating process, in order to define the minimum angle of weld lines that would ensure the aesthetic quality of the product. Regarding sink marks, a qualitative analysis was performed based on the classification provided by collaborators at the inspection station after the painting of the components. Only using the Moldex3D® data and qualitative evaluation as a basis for comparison, a numerical limit value was determined to ensure the quality of the molding. From this study, it was concluded that weld lines with angles greater than 120° tend to exhibit smaller notches, thus allowing for the highest possible aesthetic quality. As for sink marks, they become invisible to the human eye when they have a numerical depth below 0.010mm.