O processo de fundição sob pressão é um método de fundição de metal amplamente utilizado em toda a indústria para criar peças de alta precisão a partir de ligas de fundição sob pressão. Este artigo explorará esse processo em detalhes, explicando como ele funciona, seus diferentes tipos e as vantagens que ele oferece sobre os processos concorrentes.
O que é Fundição sob Pressão?
Fundição sob pressão é um processo de fundição de metal que usa matrizes de metal para criar peças de metal. O metal fundido é derramado ou injetado nas matrizes de metal e deixado solidificar. Uma vez solidificadas, as peças são removidas do molde e colocadas em uso após operações mínimas de acabamento.
O processo de fundição sob pressão é usado principalmente para fundir metais não ferrosos, como alumínio, magnésio, zinco e suas ligas, mas também pode ser usado para outros metais com pontos de fusão comparáveis. Fundição sob pressão é essencialmente o mesmo que moldagem por injeção, já que a principal diferença está nos materiais usados – metal fundido vs plástico fundido.
Além disso, fundição sob pressão requer temperaturas e pressões mais altas devido às propriedades dos metais, e os moldes são tipicamente feitos de aço de alta resistência para suportar essas condições, enquanto a moldagem por injeção pode usar moldes feitos de uma variedade de materiais devido às temperaturas e pressões mais baixas envolvidas no processamento de plásticos.
Aplicações da Fundição sob Pressão
A fundição sob pressão é amplamente utilizada em vários setores para produzir peças como:
- Componentes automotivos (blocos de motor, caixas de transmissão e aros de roda)
- Eletrônicos de consumo (carcaça para laptops, smartphones e câmeras)
- Eletrodomésticos (puxadores, suportes e dissipadores de calor)
- Componentes aeroespaciais (peças e acessórios para aeronaves)
- Equipamentos industriais (bombas, corpos de válvulas e invólucros)
O Processo de Fundição sob Pressão
O processo de fundição sob pressão pode ter mecânicas diferentes dependendo do metal, aplicação e processo empregado. Por exemplo, o metal fundido pode ser derramado por gravidade ou injetado na matriz sob alta pressão. Vamos explorar um processo típico de fundição sob pressão, que envolve seis etapas principais:
1. Criação de Moldes
O molde na fundição sob pressão é uma matriz de metal com uma cavidade interna do mesmo formato do produto. Hoje em dia, softwares CAD/CAM e CFD (Computational Fluid Dynamics) são usados para projetar moldes. Esses programas podem simular com precisão os menores detalhes sobre um molde, como atrito interno, distribuição de temperatura, taxas de fluxo, taxa de dissipação de calor e eficiência de lubrificação.
Após simulações bem-sucedidas, os engenheiros compartilham os desenhos e especificações, como tolerância e tonelagem, com fabricantes de ferramentas especializados. Esses fabricantes de ferramentas especializados criam o molde por meio de usinagem CNC e executam testes para garantir que o produto final atenda às especificações. Além da cavidade, uma matriz industrial também contém canais para fluxo de metal, um sistema de resfriamento e pinos ejetores.
2. Preparação do Molde
A etapa de preparação do molde envolve a configuração do molde da maneira mais favorável à produção de peças fundidas de alta qualidade. O molde é composto por duas metades: a metade fixa da matriz, que é conectada ao sistema de injeção, e a metade removível da matriz, que se separa para remover a peça fundida.
Os engenheiros limpam e aquecem o molde antes de despejar metal derretido nele. Eles também borrifam as superfícies internas do molde com lubrificante ou material refratário. O lubrificante desempenha várias funções, incluindo reduzir o atrito interno, auxiliar na manutenção da temperatura da matriz, evitar a solidificação prematura do metal fundido na matriz e facilitar a remoção da peça fundida da matriz depois que o metal solidifica.
3. Injeção de Metal
Nesta fase, o metal fundido preenche a matriz uniformemente. Isso pode ser feito de duas maneiras: fundição por gravidade, onde a força da gravidade é utilizada para preencher todas as cavidades internas do molde, ou fundição em matriz de alta pressão, onde o metal fundido é injetado no molde sob alta pressão. Este último método oferece várias vantagens, como enchimento mais rápido e melhor do molde, capacidade de criar estruturas intrincadas com paredes finas, alta estabilidade dimensional, acabamento de superfície mais suave e a minimização de operações de acabamento posteriores.
4. Resfriamento
Uma vez que o metal fundido preencheu completamente o molde, o estágio de resfriamento começa. É importante garantir uma taxa de resfriamento uniforme e controlada para obter a microestrutura desejada no produto final. O metal fundido deve ter tempo suficiente para esfriar para evitar a formação de defeitos superficiais ou internos na peça.
5. Remoção de Fundição
Uma vez que o molde é definido, as metades do molde são desprendes para facilitar a remoção do molde. Isso pode ser feito manualmente ou automatizado usando pinos ejetores.
6. Operações de Acabamento
Operações de acabamento são necessárias para remover o sprue, os canais e outros componentes do sistema de gating da fundição. Esses componentes são então refundidos no forno para reutilização. A peça fundida também pode precisar de operações de acabamento, como retificação de superfície e usinagem, antes de estar pronta para entrega ao cliente.
Tipos de Fundição sob Pressão
Entre os muitos processos especializados em fundição sob pressão, dois valem a pena ser elaborados: os processos de fundição sob pressão em câmara quente e fundição sob pressão em câmara fria.
Fundição sob Pressão em Câmara Quente
A câmara quente no processo de fundição sob pressão em câmara quente refere-se a um forno interno dentro da máquina de fundição. O forno é conectado à cavidade da matriz por meio de um sistema de alimentação conhecido como "pescoço de ganso". Como o metal é derretido dentro da própria máquina de fundição, esse processo oferece tempos de ciclo mais rápidos de cerca de 20 minutos, tornando-o um concorrente digno para produção em massa.
A câmara quente, no entanto, não pode atingir temperaturas muito altas. Portanto, o processo é mais adequado para metais de baixo ponto de fusão, como ligas de chumbo, ligas de zinco e ligas de magnésio. À medida que o metal derrete, ele é forçado para dentro da matriz através do pescoço de ganso por um êmbolo.
Fundição sob Pressão em Câmara Fria
O processo de fundição sob pressão em câmara fria é semelhante ao processo de câmara quente, exceto que o metal não é derretido na máquina de fundição. O metal é derretido em um forno externo de alta temperatura e transferido para a máquina de fundição sob pressão de câmara fria por meio de uma concha. Na máquina de câmara fria, um pistão hidráulico força o metal para dentro da matriz de metal para fundição.
Este processo é adequado para metais com pontos de fusão mais altos, como cobre, magnésio, alumínio e suas ligas. Metais com pontos de fusão mais altos oferecem maior resistência, durabilidade e dureza em comparação a metais de baixo ponto de fusão. Portanto, a fundição em câmara fria é uma escolha melhor para aplicações exigentes.
Vantagens da Fundição sob Pressão
O processo de fundição sob pressão possui inúmeras vantagens únicas que o tornam uma escolha preferida na indústria de fundição:
Formas Complexas são Fáceis
A indústria de fundição sob pressão pode criar formas altamente complexas por meio desse processo. É um dos poucos processos que pode produzir consistentemente peças de alta qualidade em uma taxa rápida, mantendo tolerâncias estreitas.
Mestre em Produção em Massa
Os tempos de ciclo rápidos, alto potencial para automação, alta eficiência de material e uso de metais de baixo ponto de fusão o tornam altamente eficaz para fabricação de alto volume. A indústria usa o processo na maioria das aplicações de produção em série.
Feito para o Século 21
O processo de fundição sob pressão pode incorporar perfeitamente todas as últimas tecnologias. É altamente compatível com automação e outras tecnologias de suporte, como impressão e simulação 3D, software CAM e CAD.
Operação de Baixo Custo de Primeira Linha
O custo por peça diminui significativamente conforme o volume aumenta. Embora o investimento inicial na criação de moldes e integração de automação possa ser maior do que outros processos, como fundição em areia, ele mais do que compensa por ter uma das menores despesas operacionais entre todos os vários tipos de processos de fundição.
Acabamento Suave e Amanteigado
A fundição sob pressão é popular por fornecer um dos melhores acabamentos de superfície entre os processos de fundição. Em muitos casos, as operações de acabamento podem nem ser necessárias, e o produto pode ser colocado em uso após o corte do excesso de material dos componentes do sistema de gating.
Limitações da Fundição sob Pressão
Apesar de suas inúmeras vantagens, a fundição sob pressão também possui algumas limitações:
Alto Investimento Inicial
O processo de fundição sob pressão envolve um investimento inicial significativamente maior em comparação a outros processos. Esse aspecto da fundição sob pressão pode deter fabricantes interessados que têm apenas um pequeno número de peças para produzir. A vantagem econômica da fundição sob pressão está na produção em massa.
A Turbulência Pode Ser um Problema
A injeção de alta pressão de metal fundido provavelmente gera turbulência, o que pode resultar em defeitos como porosidade. Para resolver isso, a maioria das fundições agora usa simulação de fluxo durante o projeto do molde.
Limitações de Tamanho e Peso
A fundição sob pressão é mais adequada para aplicações de pequeno a médio porte. Há limitações práticas quanto ao peso das peças fundidas sob pressão, pois fundições maiores naturalmente exigirão matrizes maiores e equipamentos relacionados. À medida que o tamanho da fundição aumenta, o custo do processo também aumenta a uma taxa maior, tornando o processo inviável além do ponto de inflexão.
Apesar dessas limitações, o processo de fundição sob pressão continua sendo uma escolha preferida na indústria de fundição, especialmente para a produção em massa de peças de alta precisão e complexidade. Com os avanços contínuos em tecnologia e automação, espera-se que a fundição sob pressão continue desempenhando um papel fundamental na fabricação industrial.
