ENCONTRE
Fornecedor Fundição
Anuncie

Fundição sob pressão

A fundição de ligas de alumínio em crescendo a cada ano no Brasil, onde este crescimento acentuado se dá principalmente devido ao aumento da utilização de metais leves na fabricação de carros e caminhões pela indústria automotiva, bem como a indústria de motocicletas. No grupo destes metais, pode-se destacar o alumínio e suas inúmeras ligas que estão substituindo pouco a pouco outros materiais como aço e ferros fundidos, reduzindo o peso dos automóveis e aumentando sua autonomia. Para garantir os requisitos de qualidade das montadoras, cada vez mais vem se desenvolvendo ligas especiais com melhores propriedades mecânicas e processos modernos de fundição, sendo que o processo sob pressão é destaque em volume de peças produzidas e lidera o ranking como meio mais utilizado para fabricação de peças em alumínio, como componentes de motor: blocos, carters, tampas, suportes de periféricos, componentes de transmissão, como carcaças de cambio e demais componentes automotivos.

 

Aluinfo | Fundição sob Pressão Aluinfo | Fundição sob pressão Aluinfo | Fundição sob pressão Aluinfo | Fundição sob pressão

Exemplos de produtos produzidos pelo processo de fundição sob pressão

Além das ligas de alumínio, também podem ser utilizadas neste processo ligas de zinco, bronze, latão, zamak e magnésio.

Os dois principais processos de fundição sob pressão são: câmara fria e câmara quente.

Desenho esquemático dos processos de fundição sob pressão
Imagens adaptadas: www.themetalcasting.com

>> Clique aqui e veja fornecedores de MÁQUINAS INJETORAS <<
>> Clique aqui e veja fornecedores de PISTÕES DE INJEÇÃO <<

A principal diferença entre os dois conceitos está na posição do cilindro de injeção que no processo em câmara quente fica na vertical e está conectado ao forno, permitindo a injeção direta do metal no interior do molde, já no processo de câmara fria o cilindro de injeção fica na posição horizontal e o metal é dosado na bucha de injeção para ser injetado. As demais características são bastante similares e são descritas a seguir.

Além das ligas de alumínio, também podem ser utilizadas neste processo ligas de zinco, bronze, latão, zamak e magnésio.

O processo de fundição sob pressão consiste no preenchimento rápido de matrizes metálicas com altas velocidades de injeção, proporcionadas pelo deslocamento mecânico de um pistão que direciona o metal líquido para o interior do molde através de um sistema de canais previamente dimensionado.

O preenchimento rápido permite a produção de peças que apresentam geometria complexa e espessuras de paredes a partir de 1,0mm. Para garantir os curtos tempos de enchimento, são aplicadas elevadas velocidades ao fluxo de metal, geralmente entre 20 e 60 m/s nos canais de ataque, sendo que duas conseqüências importantes decorrem desta característica:

a) O jato de metal líquido promove desgaste erosivo do molde localizado nos pontos de incidência direta de fluxo, facilitando o ataque do metal líquido à matriz metálica, gerando defeitos do tipo agarramento (soldagem). Este aspecto praticamente obriga a utilização de elevados teores de ferro nas ligas de alumínio, apesar do seu efeito fragilizante.

b) A elevada velocidade de injeção impõe o preenchimento da cavidade em regime extremamente turbulento. Como as ligas de alumínio são extremamente sensíveis à oxidação, a turbulência do preenchimento promove a formação de óxidos na forma de filmes, bem como aprisionamento de bolhas de ar,

A utilização de moldes metálicos permite a fabricação de peças com excelente acabamento superficial e elevada precisão dimensional. Este tipo de molde impõe uma elevada velocidade de extração de calor, favorecendo a rápida solidificação das peças injetadas.

O processo de fundição sob pressão é um bastante complexo e dividide-se em diversas etapas que compõe o ciclo de fabricação das peças. As operações principais estão descritas abaixo bem como um breve detalhamento de cada uma delas:

 

Fechamento do molde e cursores

O Fechamento do molde é realizado pela máquina injetora que possui um cilindro exclusivo para movimentar a placa móvel, já o fechamento dos cusores (gavetas) pode ser realizado por acionamento mecânico do próprio molde ou através de cilindros hidráulicos que são comandados pela máquina.  

Dosagem do metal na câmara de injeção

Após o travamento da injetora, a camara de injeção é preenchida pelo metal líquido, sendo que as formas mais comuns de se dosar o metal são: dosagem manual com conchas feita pelo operador, ou automatizada, sendo executada por alimentadores automaticos articulados ou lineares, equipados com conchas que carregam o metal de um forno de espera ou mesmo fornos dosadores que dosam o metal diretamente através de calhas até o orifcício da camara de injeção. Preenchida a camara de injeção por metal líquido pode-se realizar a injeção.

Injeção

A injeção é a parte mais importante do ciclo, pois através dela acontece o objetivo principal do processo. O movimento de injeção é dividido em três fases teóricas, apesar de as máquinas injetoras terem recusros para fragmentar o processo em diversas fases.

PRIMEIRA FASE

Após o fechamento do molde e dosagem do metal líquido na camara de injeção, o pistão se desloca em baixa velocidade conduzindo o material até a seção de ataque, que é o ponto teórico ideal para iniciar-se o preenchimento das cavidades. Esse deslocamento na primeira fase acontece em baixas velocidades para evitar turbulência e consequente aprisionamento de ar na camara de injeção durante o movimento.

SEGUNDA FASE

A segunda fase de injeção consiste no preenchimento rápido das peças, sendo que na transição da primeira para a segunda fase ocorre um aumento significativo de velocidade do cilindro de injeção. 
Devido a grande extração de calor proporcionada pelo molde metálico e as espessuras de parede finas e geometrias complexas que normalmente se aplicam aos produtos fundidos sob pressão, se faz necessário este preenchimento rápido para garantir a perfeita alimentação das peças. O tempo de enchimento é uma característica muito importante e depende diretamente da espessura de parede do fundido, tendo relação também com outras variáveis, como; fluidez da liga, temperatura do molde, entre outros.

Espessura da parede da peça (mm)

Tempo de enchimento (milesegundos)

1,5

10 – 30

1,8

20 – 40

2,0

20 – 60

2,3

30 – 70

2,5

40 – 90

2,8

50 – 100

3,0

50 – 120

5,0

60 – 160

6,4

80 – 200

Tabela de tempo de enchimento em função da espessura de parede

Para se atingir velocidades elevadas de injeção, as injetoras são equipadas com acumuladores de pressão, carregados quase sempre com nitrogênio. No momento exato do início da segunda fase válvulas hidráulicas de resposta rápida são acionadas permitindo a descompressão dos acumuladores, proporcionando a velocidade de injeção necessária para atender os rápidos tempos de enchimento.

TERCEIRA FASE

Na terceira fase de injeção acontece a compactação do metal que foi preenchido no molde, esse momento de transição da segunda para a terceira fase é conhecido como comutação. 
As ligas durante a solidificação sofrem uma contração volumétrica que acontece devido o aumento de densidade. Essa contração volumétrica varia de acordo com a composição química mas pode variar de 3 a 7%. A cotração volumétrica certamente acarreta em porosidades de solidificação, mais conhecidos como rechupes, afetando principalmente o desempenho de componentes com requisitos de estanqueidade. A terceira fase de injeção é a responsável pela alimentação dos vazios causados durante a solidifcação do metal. 
Para atender esta necessidade as injetoras são equipadas com dispositivos hidráulicos multiplicadores de pressão, permitindo utilizar níveis de pressão de compactação mais elevados do que os proporcionados pela bomba hidráulica dos equipamentos.

Para análise mais detalhada do processo, a pressão de compactação deve ser convertida em força de injeção, que nada mais é do que o produto da pressão do multiplicador pela área do embolo do cilindro de injeção.

Cálculo da força de injeção

A força de injeção então é utilizada para cálculo da pressão específica no metal, sendo esta a mais importante para a análise do processo pois está diretamente relacionada ao diametro do pistão de injeção e aos requisitos do produto a ser injetado:

Cálculo da Pressão Específica


>> Clique aqui e veja fornecedores de PISTÕES DE INJEÇÃO <<

As porosidades de solidificação podem ser eliminadas com a compactação porém dependem diretamente de outros fatores como geometria da peça fundida e condição de refrigeração do molde. Já as porosidades de gás geradas normalmente por aprisionamento de ar não são eliminadas através da compactação e sim reduzidas, portanto é fundamental avaliar os requisitos do produto para definição da pressão especíifica, pois a vida útil dos moldes pode ser afetada caso este parâmetro seja mal definido.  

Solidificação

A solidificação do metal no processo de fundição sob pressão é rápida, pois a elevada extração de calor dos moldes metálicos e a pressão exercida pelo pistão de injeção acelera o processo de resfriamento. O projeto dos circuitos de refrigeração e a condição de utilização são fundamentais para retardar ao máximo a solidificação dos canais de alimentação e acelerar a solidificação das regiões de maior massa no produto, promovendo uma solidificação direcionada, minimizando assim o surgimento de rechupes.
Outro fator importante é que normalmente a solidificação é um dos maiores tempos individuais do processo, elevando o tempo total do ciclo de fundição e reduzindo a produtividade. As máquinas injetoras mesmo em operações manuais garantem a repetibildade do tempo de solidificação através de controladores que estão incluídos no esquema elétrico do comando do equipamento

Abertura do molde e cursores

A abertura do molde é realizada pelo cilindro exclusivo da unidade de fechamento e é iniciado pela máquina logo após o término da solidificação. Em caso de moldes com cursores (gavetas), os mesmos abrem durante a abertura da máquina quando se utiliza  acionamento mecânico ou após a abertura total da placa móvel em caso de cilindros hidráulicos.

>> Clique aqui e veja fornecedores de MOLDES DE INJEÇÃO <<

Extração do tiro completo

A extração do tiro completo pode ser manual feita pelo operador ou automatizada, normalmente em máquinas de grande porte onde o peso dos fundidos é maior a extração manual é inviável devido as condições ergonomicas inadequadas para o operador. Em processos automatizados pode-se utilizar robôs extratores, manipuladores ou mesmo esteiras para remoção das peças do molde. As injetoras possuem um conjunto hidráulico exclusivo para extração das peças, este, deve ser conectado ao molde para permitir o acionamento da placa extratora do ferramental.

Lubrificação do molde

A lubrificação do molde é uma etapa fundamental para a garantia da qualidade de peças injetadas, devido a uma grande afinidade química entre ferro e alumínio, a cada ciclo é aplicado um desmoldante que evita aderência do alumínio líquido, ao ferro, presente em grande quantidade nos aços para trabalho a quente que são utilizados nos ferramentais e tem contato direto com o metal. A lubrificação quando praticada da maneira mais correta serve apenas para a formação da película desmoldadora e não para retirada de calor dos moldes. Esta etapa também é responsável por grande parte do tempo ciclo de injeção podendo levar a perdas de produtividade dependendo do sistema de aplicação, que pode ser realizado com pistolas manuais, ou automatizada através de robôs ou sistemas lineares. Aplicações automatizadas podem ser de 20 a 30% mais produtivas em relação à aplicação manual. Após a aplicação do desmoldante é fundamental a secagem dos excessos retirando a umidade do molde para evitar problemas de manchas e porosidade nas peças fundidas. Após a lubrificação e secagem do molde o ciclo recomeça para gerar mais uma peça fundida.


>> Clique aqui e veja fornecedores de DESMOLDANTES PARA INJEÇÃO <<

Os desmoldantes, também conhecidos com lubrificantes, são materiais fundamentais no processo de fundição sob pressão de ligas de alumínio, pois auxiliam na extração das peças da matriz evitando a adesão de metal no molde. O principal objetivo da aplicação do desmoldante é a formação de um filme isolante entre o aço das cavidades e o alumínio líquido.

 


Desenho esquemático de representação do filme de desmodlante

Os principais agentes desmoldantes presentes na composição são:

  • Óleos
  • Ceras
  • Silicones
  • Outros

Estes materiais são denominados sólidos e normalmente estão diluídos em água, inicialmente a relações de 15 a 40%. Já em processo utilizam-se diluições de 1:30 até 1:200, dependendo da característica de cada desmoldante e também da complexidade das peças. Os sólidos são os responsáveis pela formação do filme protetor, e são conduzidos até a superfície do ferramental pela água em forma de spray.
A grande dificuldade na aplicação do desmoldante é o rompimento da barreira térmica na superfície de contato, pois em altas temperaturas ocorre a evaporação das gotículas de água que conduzem os sólidos ao molde antes mesmo de tocarem a cavidade, sendo este fenômeno conhecido como efeito Leidenfrost.

Efeito Leidenfrost

O efeito Leidenfrost acontece quando a superfície do molde está em temperaturas acima de 250°C, portanto nestas faixas o filme de desmoldante não se forma ou sua espessura é muito fina, o que favorece a adesão de metal no molde. Para evitar esta limitação do processo é fundamental controlar a temperatura do ferramental com a utilização de refrigeração interna para evitar excessos de aplicação de desmoldante que implica em tempos de ciclo elevados e desperdícios de produto.

Sistemas de aplicação

Existem basicamente dois sistemas de aplicação de desmoldante, o manual que é feito pelo operador da injetora com pistolas específicas para esta operação, ou o sistema automatizado, onde são utilizados equipamentos específicos ou robôs com ferramentas de pulverização.

Exemplo de aplicação automática de desmoldante
fonte: www.buhlergroup.com

As vantagens da aplicação automática são amplamente maiores, onde podemos destacar as descritas abaixo:

  • Repetibilidade no processo de aplicação
  • Maior produtividade
  • Maior tecnologia de formação de spray
  • Maior controle do tempo de ciclo

>> Clique aqui e veja fornecedores de DESMOLDANTES PARA INJEÇÃO <<
>> Clique aqui e veja fornecedores de ROBÔS PULVERIZADORES <<