Aplicação do método Projeto Robusto ao processo de moldagem por injeção para reduzir a vibração causada por hélices plásticas em ventiladores

Abstract

Apesar da ampla utilização de polímeros para a fabricação de peças e componentes, observa-se que as variabilidades dimensionais das peças moldadas neste tipo de material são de difícil controle, o que pode comprometer o desempenho final do produto. Por este motivo, diferentes técnicas são empregadas para minimizar os efeitos negativos destas variabilidades, dentre elas, destaca-se o Projeto Robusto, conhecido também como Método de Taguchi. Neste trabalho, o método Projeto Robusto foi utilizado para investigar as causas e reduzir a vibração de hélices plásticas utilizadas em ventiladores domésticos. Com base nos índices de rejeição de hélices no processo produtivo, observou-se que 94,0 % das causas de rejeição por vibração estavam associadas ao desbalanceamento de massa das hélices. Desta forma, o Projeto Robusto foi empregado para identificar os fatores do processo de moldagem por injeção que impactam no desbalanceamento de massa, visando reduzir o índice de rejeição, bem como, reduzir a variabilidade do processo produtivo. Foi feito um plano experimental ortogonal do tipo L12 com 6 fatores de controles e 3 fatores de ruído, variando os fatores de controle em: tempo de injeção entre 3,0 s e 7,0 s, tempo de recalque entre 2,0 s e 3,0 s, tempo de resfriamento entre 18,0 s e 21,0 s, pressão de recalque entre 93,0 bar e 97,0 bar, temperatura do canhão entre 250,0 °C e 280,0 °C, e temperatura do cilindro entre 245,0 °C e 270,0 °C. Além disso, foram considerados como fatores de ruído o turno, o operador e a máquina. As 12 combinações de fatores de controle foram testadas com as 4 diferentes combinações dos fatores de ruído, totalizando 48 tratamentos, onde o desbalanceamento de massa das hélices foi medido e expresso pelo valor médio (mg). Fazendo a análise da relação sinal/ruído do tipo menor é melhor, análise ANOVA e análise de regressão, verificou-se que a combinação de parâmetros que reduziu a média de desbalanceamento de massa e, consequentemente, da vibração, bem como sua variabilidade, foi tempo de injeção igual a 7,0 s, tempo de recalque de 3,0 s, tempo de resfriamento igual a 21,0 s, pressão de recalque igual a 97,0 bar, temperatura do canhão de 280,0 °C e temperatura do cilindro de 270,0 °C. Como esta condição não estava no plano experimental, ela foi testada em produção para validação das análises, confirmando a efetividade do método. Como resultados obtidos pode-se perceber uma redução de aproximadamente 55,0 % do índice de rejeição por vibração das hélices no modelo estudado.

Abstract: Despite the wide use of polymers as a raw material in manufacturing processes, it is observed that the natural dimensional variability of this type of material is difficult to control. In a large number of applications, this characteristic can compromise the final performance of the product. For this reason, different techniques are employed to minimize the negative effects of the dimensional variability, among them, the Robust Design, also known as Taguchi Method, stands out. In this work, the Robust Design method will be used to reduce the variability of an injection molding process of plastic propeller fan. Based on a preliminary investigation of the rejection rates, it was observed that 94.0% of the rejection were associated with propeller unbalance. Thus, the Robust Design method was employed to identify the factors of the injection molding process responsible for this problem and to determine their effects on the process. A L12 orthogonal array will be used with 6 control factors and 3 noise factors, varying the control factors in: injection time ranging between 3.0 s and 7.0 s, holding time ranging between 2.0 s and 3, 0 s, cooling time ranging between 18.0 s and 21.0 s, hold pressure ranging between 93.0 bar and 97.0 bar, melt temperature ranging between 250.0 °C and 280.0 °C, and cylinder temperature ranging between 245.0°C and 270.0°C. In addition, the shift, the operator and the machine were as noise factors. The 12 combinations of control factors were tested with the four different combinations of noise factors, totaling 48 treatments, where the unbalance of the propellers was measured and expressed by the mean value (mg). By analyzing the S/N ratio of the smaller is better type, ANOVA analysis and regression analysis, it was verified that the combination of parameters that reduced the average of unbalance and, consequently, of the vibration, was the injection time 7.0 s, holding time 3.0 s, cooling time 21.0 s, holding pressure 97.0 bar, melt temperature 280.0 °C and cylinder temperature 270.0°C. As this condition wasn?t in the experimental plan, it was tested in production to validate the analyses, confirming the effectiveness of the method. As results obtained, it is possible to perceive a reduction of approximately 55.0% in the problem of vibration of the propellers in the studied model.