Publicação
Optimizing the initial phase of polyurethane footwear soles injection
| Resumo: | A moldação por injeção reativa envolve a mistura de dois componentes que reagem entre si (poliol e o isocianato) e a sua subsequente injeção para o interior de um molde, onde ocorre a polimerização e cura, durante o processo de polimerização o poliuretano expande. Na injeção de solas de calçado, a placa superior do molde é substituida por um inserto que replica o formato da parte superior do calçado a produzir. À medida que o poliuretano expande, este vai se unir aos materiais que cobrem o molde, culminando no produto final. Garantir uma distribuição uniforme do material durante a fase de injeção é de extrema importância para evitar solas de calçado defeituosas. O principal objectivo deste trabalho é implementar uma estratégia que minimize o tempo necessário para atingir uma distribuição uniforme do material injetado. Para isso, foram estudados dois solvers da biblioteca computacional OpenFOAM® e selecionado o mais adequado para este projeto, juntamente com o nível de refinamento da malha que permite obter resultados mais precisos. Posteriormente, foi estudada a influência dos vários parâmetros do processo, como o caudal mássico, o diâmetro e altura do canal de injeção. O objetivo do estudo foi estabelecer uma relação entre os parâmetros e a distância percorrida pelo fluido, a fim de identificar os parâmetros mais adequados para este processo. Do estudo dos parâmetros foi derivada uma equação que relaciona a distância percorrida pelo fluido e o caudal mássico, para os parâmetros mais adequados. Após este estudo, e usando a relação estabelecida, foi possivel analisar diferentes alternativas para o processo de injeção. Estudaram-se duas possibilidades: uma que envolvia dois pontos de injeção por ciclo e outra com três pontos de injeção. Nestes testes, foram analisadas várias estratégias de injeção do material de forma a obter uma distribuição mais uniforme na cavidade o mais rapidamente possível. Neste estudo, foi também analisada a influência da quantidade de massa injetada para cada ponto de injeção. Os resultados obtidos permitiram determinar qual a combinação de pontos de injeção e quantidade de massa injetada para cada secção que mais se adequam para o caso. O uso de simulação computacional provou ser uma ferramenta útil para a optimização do processo estudado, permitindo um estudo sem desperdicio de material e sem custos associados a licenças de software, sendo que apens foram usadas ferramentas open-source. Além disso, as simulações demonstraram a capacidade de modelar o processo de injeção, permitindo uma análise dos parâmetros do processo e de várias estratégias de optmização. |
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| Autores principais: | Coelho, Pedro Duarte Vilaça |
| Assunto: | Calçado Injeção reativa Produção de solas Simulação computacional Computational simulation Footwear Reactive injection Sole production Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias |
| Ano: | 2024 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A moldação por injeção reativa envolve a mistura de dois componentes que reagem entre si (poliol e o isocianato) e a sua subsequente injeção para o interior de um molde, onde ocorre a polimerização e cura, durante o processo de polimerização o poliuretano expande. Na injeção de solas de calçado, a placa superior do molde é substituida por um inserto que replica o formato da parte superior do calçado a produzir. À medida que o poliuretano expande, este vai se unir aos materiais que cobrem o molde, culminando no produto final. Garantir uma distribuição uniforme do material durante a fase de injeção é de extrema importância para evitar solas de calçado defeituosas. O principal objectivo deste trabalho é implementar uma estratégia que minimize o tempo necessário para atingir uma distribuição uniforme do material injetado. Para isso, foram estudados dois solvers da biblioteca computacional OpenFOAM® e selecionado o mais adequado para este projeto, juntamente com o nível de refinamento da malha que permite obter resultados mais precisos. Posteriormente, foi estudada a influência dos vários parâmetros do processo, como o caudal mássico, o diâmetro e altura do canal de injeção. O objetivo do estudo foi estabelecer uma relação entre os parâmetros e a distância percorrida pelo fluido, a fim de identificar os parâmetros mais adequados para este processo. Do estudo dos parâmetros foi derivada uma equação que relaciona a distância percorrida pelo fluido e o caudal mássico, para os parâmetros mais adequados. Após este estudo, e usando a relação estabelecida, foi possivel analisar diferentes alternativas para o processo de injeção. Estudaram-se duas possibilidades: uma que envolvia dois pontos de injeção por ciclo e outra com três pontos de injeção. Nestes testes, foram analisadas várias estratégias de injeção do material de forma a obter uma distribuição mais uniforme na cavidade o mais rapidamente possível. Neste estudo, foi também analisada a influência da quantidade de massa injetada para cada ponto de injeção. Os resultados obtidos permitiram determinar qual a combinação de pontos de injeção e quantidade de massa injetada para cada secção que mais se adequam para o caso. O uso de simulação computacional provou ser uma ferramenta útil para a optimização do processo estudado, permitindo um estudo sem desperdicio de material e sem custos associados a licenças de software, sendo que apens foram usadas ferramentas open-source. Além disso, as simulações demonstraram a capacidade de modelar o processo de injeção, permitindo uma análise dos parâmetros do processo e de várias estratégias de optmização. |
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