VACURAL - Uma tecnologia confiável para peças fundidas por injeção para serem submetidas à solda e tratamento térmico

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1 Ulrich Keller, Kathrin Doster VACURAL - Uma tecnologia confiável para peças fundidas por injeção para serem submetidas à solda e tratamento térmico Os fabricantes de automóveis e seus fornecedores estão sendo solicitados a apresentar soluções inovadoras que visam atender às futuras exigências de proteção ambiental com respeito às emissões de CO 2. Nos últimos anos, uma ampla variedade de possibilidades para a economia de combustíveis têm sido investigadas e desenvolvidas. Uma maneira de conseguir um nível ainda mais baixo de consumo de combustível é através da redução adicional de peso, por meio da qual se aumenta a tensão dos componentes, sem provocar nenhuma perda na estabilidade do veículo. Muitas peças injetadas não podem mais ser fundidas usando o método convencional e, como resultado, as peças fundidas por injeção para serem submetidas à solda e tratamento térmico, com a mais alta resistência em relação à rigidez e alongamento, estão ganhando cada vez mais importância. Componentes de alta resistência e de segurança dinâmica, particularmente peças de grandes áreas e paredes estreitas para a indústria automobilística, estão sendo produzidas com a necessária confiabilidade, usando o processo VACURAL da Oskar Frech GmbH + Co. KG, Esse processo patenteado tem sido comprovado durante diversos anos na produção de peças injetadas com o mais baixo volume de inclusão de gases e óxidos. Exemplos incluem: - peças estruturais e de suspensão altamente maleáveis - peças de carrocerias soldáveis e de parede estreita - peças de superfícies pintáveis - peças de motor submetidas a alto esforço Com o ajuste das propriedades mecânicas desejadas por meio de tratamento térmico, todas essas peças fundidas por injeção podem ser soldadas sem restrições com outras peças pré-manufaturadas em estruturas de carrocerias, como perfis e plataformas. A aplicação de arrebites ou colagem com outros componentes também são possíveis sem nenhuma dificuldade. Figura 1+2: Suporte integrado pronto para instalação e suporte de motor como componente bruto Uma das principais vantagens do processo VACURAL é que ele pode fundir quase todas as ligas de aluminio, de forma que não são exigidas fases especiais para cobrir o completo espectro de propriedades possíveis do componente. As peças fundidas com o uso da tecnologia VACURAL possuem uma proporção extremamente baixa de inclusão de gases, o que possibilita ajustar e mudar as propriedades da peça após a fundição, através do tratamento térmico apropriado. Isso é possível porque o processo pode conseguir fundições com vácuo de até 20 mbar. No caso de peças fundidas convencionalmente, o ar ou gases incorporados na estrutura podem se expandir durante o aquecimento e se tornar visíveis sob a forma de poros. Dependendo do tipo de tratamento térmico, diferentes propriedades de uma liga podem ser ajustadas, como um nível estático mais alto e maior estabilidade dinâmica e maleabilidade. Essas propriedades são vantajosas em estruturas de carrocerias delgadas e de baixa torsão, por exemplo. O uso desses componentes também tem efeitos positivos sobre o comportamento dos veículos em situações de impacto, ajudando, portanto, a torná-los mais seguros no trânsito.

2 Figura 2: Comparação de ligas com e sem tratamento térmico Princípio Funcional No confiável processo VACURAL, a mistura (melt) é retirada, isenta de óxidos, de um forno-reservatório aquecido eletricamente, passando por um poderoso sistema de vácuo que se estende pelo molde, pela boquilha do molde e pelo tubo de sucção. O vácuo também suga os vapores dos lubrificantes do molde. A válvula do vácuo é programada para fechar antes do molde ser preenchido completamente, assegurando, desta forma, que a fundição aconteça sob vácuo. O processo é todo auto-monitorado, porque se o vácuo for insuficiente, uma quantidade menor de mistura será dosada e a fundição não será realizada. Figura 4: Representação esquemática de um sistema VACURAL

3 Figura 5: Comparação da duração da ventilação da fundição injetada convencional e pelo processo VACURAL O processo VACURAL mantém a fundição sob vácuo por um tempo consideravelmente mais longo que as fundições convencionais assistidas à vácuo. Com os sistemas de alto vácuo, por exemplo, o vácuo não pode ser ativado ou fazer efeito sobre a fundição e preencher a câmara até que a abertura de preenchimento do molde esteja vedada. O processo VACURAL, por outro lado, entra em efeito muito antes, e, por conseguinte, consegue períodos de vácuo entre seis e nove segundos, assegurando a pulverização e completa extração dos gases uma vantagem significativa sobre as fundições convencionais ou até as de alto vácuo. Experiências práticas mostraram que as características mecânicas conseguidas na fundição injetada com VACURAL com ligas padrão também podem ser alcançadas com a fundição injetada à vácuo convencional, porém com graves variações e apenas se forem usadas ligas especiais. O processo VACURAL é significativamente mais reproduzível. Uma mistura de alta qualidade com baixo índice de densidade é um pré-requisito para este processo. Além disso, é necessário assegurar que a mistura esteja quase totalmente isenta de óxidos. Figura 6: Forno do VACURAL com sistema de tratamento de mistura

4 Engenharia Durante o processo de dosagem, a área atrás do embolo da bomba (plunger) também precisa ser evacuada na direção do lado do bastão do embolo. Para impedir o escoamento de ar pela abertura acima do embolo / molde para dentro da câmara, o sistema de fundição foi projetado de tal forma que o embolo permanece vedado na posição re-set. Ao mesmo tempo, entretanto, a vedação entre o molde e o bastão do embolo precisa ser projetada para que o flash que normalmente ocorre durante a retração do embolo não danifique o sistema de vedação. Para tanto, a vedação foi projetada com um alojamento incorporado que pode receber este flash. O alojamento, chamado de "flash box", precisa ser esvaziado regularmente. Figura 7: Flash box Unidade de Vácuo Cada máquina possui sua própria unidade de vácuo, que é composta de bombas e um tanque. Dependendo do tamanho da máquina e dos componentes, utiliza-se um tanque de vácuo de 1000, 2000 ou 3000 litros, em combinação com duas ou três bombas de vácuo. Figura 8: Unidade de vácuo Projeto do Molde Tal como na fundição injetada à vácuo convencional, um molde muito bem projetado é a base para uma produção confiável. Essa afirmativa permanece válida não apenas para o sistema de fundição, a disposição das válvulas de vácuo e a conexão dos dutos de vácuo, mas também para o projeto de vedação (seções do molde e ejetor), e para a configuração dos controles de temperatura. Todo o molde foi projetado para se adaptar ao processo VACURAL. Inicialmente, só eram possíveis os moldes sem inclinação (slide-free), mas desde algum tempo, moldes com inclinações estão sendo usados sem dificuldades. A especialização em consultoria da Oskar Frech GmbH + Co. KG, combinada com a nossa experiência em projetos de fundição e na tecnologia do processo VACURAL significa que podemos oferecer profundos conhecimentos aos nossos clientes nessa área de atuação. Figura 9: Projeto de Molde

5 Áreas de aplicação: Diversos exemplos de aplicação demonstram a eficiência e qualidade do processo VACURAL. Especialmente notável é a imagem do braço de ligação torcido, que exibe altos valores de maleabilidade após o tratamento térmico que permitiu que ele fosse torcido desta maneira. Figura 10: Braço de ligação - torcido Figura 11: Bandeja transversal Figura 12: Moldura de porta Figura 13: Barra de ligação em C O alto grau de evacuação do molde também facilita a execução de fundição de peças de grandes áreas com longos fluxos, uma vez que não acontece a formação de colchões de ar antes e depois do preenchimento do molde pela mistura. Exemplos incluem peças de carroceria soldadas com proteção de impacto que servem como pontos de nós entre perfis, e grandes peças de carroceria que podem ser manufaturadas em signficativamente menos etapas de trabalho do que seria possível com a utilicação de modelagem de metal, tais como molduras de portas, portas internas e tampas de porta-mala. O processo VACURAL ainda não é essencial para componentes fundidos por injeção submetidos a alto esforço, mas é claro que brevemente ele se tornará essencial. A partir do ponto de vista de economia de combustíveis e do meio ambiente, o foco futuro será sobre: - Peças de suspensão para automóveis e motocicletas - Componentes estruturais com espessura de até 1.5 mm - Suportes de virabrequim e peças de motores para alta capacidade

6 Uma outra etapa de desenvolvimento que claramente se sobressai nas discussões do momento diz respeito à crescente popularidade das ligas normalizadas que não exigem soluções térmicas e extinguem a têmpera de peças para ajuste das propriedades mecânicas desejadas (normalmente alta resistência em conexão com alto alongamento). O principal motivador para isso é o problema de distorção que ocorre em peças grandes e planas, como consequência do tratamento térmico descrito acima, que cria uma etapa de processo adicional indesejável, exigindo um complexo alinhamento das peças. Simultaneamente, existe uma tendência crescente no setor de carrocerias na direção da utilização de peças fundidas estruturais altamente integradas com dimensões ainda maiores - sejam sob a forma de paredes estreitas, grandes peças ou como componentes mais compactos projetados com bruscas variações de largura das paredes, para a conexão de módulo estrutural e suspensão. Mesmo sem tratamento térmico, o processo VACURAL de baixa incidência de poros oferece vantagens importantes porque ele pode ser condicionado ao alcance consistente da capacidade de solda e fundição isenta de poros características essenciais para peças de carroceria e suspensão com paredes estreitas. O processo VACURAL também está sendo desenvolvido para aplicações em fundições por injeção de ligas de magnésio, criando ainda maiores oportunidades para economias de peso. Dentre as novas possibilidades que estão se abrindo na indústria automobilística se incluem a manufatura em magnésio de aros de roda de ligas leves, tampas de porta malas e elementos de cobertura. Para maiores informações e esclarecimentos favor entrar em contato pelo telefone (11) ou por frechdobrasil@frechbrasil.com.br A Oskar Frech GmbH + Co. KG agradece a ALCOA Automotive GmbH, Soest/Germany e a RITTER Aluminium GmbH, Wendlingen/Germany pelo seu apoio na preparação deste artigo. Fonte de imagens: ALCOA Automotive; RITTER Aluminium