Publicação
Estudo da Transferência de Calor em Moldes de Moldação por Injeção
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica | |
| dc.contributor.advisor | Martinho, Pedro Miguel Gonçalves | |
| dc.contributor.advisor | Martinho, Nuno Alexandre Gonçalves | |
| dc.contributor.author | Parreiras, Diogo Domingues | |
| dc.date.accessioned | 2026-01-21T15:13:19Z | |
| dc.date.available | 2026-01-21T15:13:19Z | |
| dc.date.issued | 2025-11-26 | |
| dc.description.abstract | A moldação por injeção de termoplásticos é um processo industrial dominante, no qual o desempenho térmico do molde condiciona diretamente o tempo de ciclo e a qualidade dimensional das peças. A fabricação das zonas moldantes é uma das fases mais importantes e demoradas para a conceção de peças plásticas, por isso a prototipagem rápida surge como uma importante ferramenta para redução de tempos e custos de desenvolvimento/fabrico. Tradicionalmente, a arquitetura dos canais de refrigeração está sujeita a algumas restrições no seu desenho, por isso o recurso ao fabrico aditivo permite ultrapassar parte destes obstáculos, dado que é possível uma maior liberdade geométrica na conceção do sistema de refrigeração. O objetivo principal deste trabalho consistiu em estudar a transferência de calor em moldes de injeção, avaliando diferentes materiais moldantes e configurações de canais de refrigeração, e em estabelecer uma metodologia integrada de análise experimental e numérica. Tendo em vista este objetivo, desenvolveram-se as etapas a seguir descritas. Conceberam-se e fabricaram-se blocos moldantes em resina epóxi com cargas condutivas e em ABS (Acrilonitrila-Butadieno-Estireno) produzido por fabrico aditivo, incorporando layouts de canais convencionais e conformáveis. Selecionaram-se propriedades térmicas — condutividade (k), massa volúmica (ρ) e capacidade calorífica (cp) — a partir de fichas técnicas e literatura, definindo-se geometrias representativas da prática industrial. Realizaram-se ensaios de moldação em condições controladas, nomeadamente temperatura do fuso, temperatura do molde, transição de velocidade para pressão, compactação, caudal e temperatura do fluido de arrefecimento. Instrumentaram-se pontos no molde e registaram-se as temperaturas de entrada e saída nos circuitos, construindo séries temporais por ciclo para estimar a remoção de calor. Executaram-se simulações numéricas (Moldex3D) para prever enchimento, arrefecimento e empeno, obtendo mapas de temperatura, gradientes superficiais e tempo até ao critério de extração, comparando canais convencionais e conformáveis. Modelaram-se, via CFD (ANSYS CFX), os circuitos de refrigeração, varrendo caudais e temperaturas de entrada, coeficientes convectivos locais e fluxo de calor por circuito. Compararam-se os resultados experimentais com as previsões das simulações, validaram-se tendências térmicas e calibraram-se parâmetros — como a resistência térmica de contacto — de forma a reduzir desvios nas temperaturas de saída e nos gradientes superficiais. Quantificaram-se métricas de desempenho, incluindo variações de temperatura, tempo de arrefecimento, calor transferido por ciclo e empeno. Concluiu-se que os canais conformáveis reduziram significativamente os gradientes de temperatura superficial, permitindo tempos de arrefecimento mais curtos e menor empeno previsto. A metodologia integrada proposta demonstrou ser eficaz para apoiar a otimização de moldes, recomendando-se a sua extensão através de planeamento de experiências (DOE – Design of Experiments) de parâmetros de refrigeração e da medição direta de propriedades térmicas e resistências de contacto. | por |
| dc.description.abstract | njection moulding of thermoplastics is a dominant industrial process in which the mould’s thermal performance directly determines cycle time and the dimensional quality of parts. The manufacture of moulding zones is one of the most important and time-consuming stages in the design of plastic parts, which is why rapid prototyping is an important tool for reducing development/manufacturing times and costs. Traditionally, the architecture of cooling channels is subject to certain design restrictions, so the use of additive manufacturing allows some of these obstacles to be overcome, enabling greater geometric freedom in the design of the cooling system. To achieve this objective, the following steps were carried out. Mould blocks were designed and manufactured in epoxy resin with conductive fillers and in ABS (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) produced by additive manufacturing, incorporating both conventional and conformal cooling layouts. Thermal properties — conductivity (k), density (ρ) and heat capacity (cp) — were selected from datasheets and literature, and geometries representative of industrial practice were defined. Moulding trials were performed under controlled conditions, namely melt temperature, mould temperature, velocity-to-pressure switchover, packing, coolant flow rate and inlet temperature. Specific points in the mould were instrumented, and inlet and outlet temperatures in the circuits were recorded, building cycle-resolved time series to estimate heat removal. Numerical simulations (Moldex3D) were carried out to predict filling, cooling and warpage, yielding temperature maps, surface gradients and ejection-time predictions, and comparing conventional and conformal channels. The cooling circuits were modelled using CFD (ANSYS CFX), sweeping flow rates and inlet temperatures, and calculating dimensionless parameters (Reynolds and Nusselt), local convective coefficients, pressure drops and per-circuit heat flux. Experimental results were compared with simulation predictions, thermal trends were validated, and parameters - such as thermal contact resistance - were calibrated to reduce deviations in outlet temperatures and surface gradients. Performance metrics were quantified, including temperature variations, cooling time, heat transferred per cycle and pressure differences. It was concluded that conformal channels significantly reduced surface temperature gradients, enabling shorter cooling times and lower predicted warpage. The proposed integrated methodology proved effective in supporting mould optimisation, and its extension is recommended through Design of Experiments (DOE) on cooling parameters and direct measurement of thermal properties and contact resistances. | por |
| dc.identifier.tid | 204155401 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.8/15444 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | Molde híbrido | |
| dc.subject | Moldação por injeção | |
| dc.subject | Transferência de calor | |
| dc.subject | Canais de refrigeração conformáveis | |
| dc.subject | Simulação numérica (Moldex3D | |
| dc.subject | CFD) | |
| dc.subject | Desempenho térmico do molde | |
| dc.title | Estudo da Transferência de Calor em Moldes de Moldação por Injeção | |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Engenharia Mecânica - Produção Industrial |
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