Fundição sob Pressão Die Casting Os fundidos fabricados por Fundição sob pressão encontram-se entre os itens de maior volume de produção na indústria de metais. RSCP LABATS/DEMEC/UFPR
LIGAS METÁLICAS NÃO FERROSAS Usadas em geral para: Resistência à corrosão Resistência ao desgaste Cond. eléctrica Peso reduzido (algumas) Resistência a altas temperaturas (outras) Boas resistência e rigidez específicas
LIGAS NÃO FERROSAS NÃO FERROSOS Ligas leves Ligas para altas temperaturas. Ligas baixo ponto de fusão Ligas Refractárias Ligas Al Ligas Mg Ligas Ti Ligas Be Ni Pb, Sn, Zn Mo, Ta, W, Nb Ligas Cu Latões Cu-Ni Bronzes
As peças fundidas em moldes metálicos/matrizes são componentes importantes em centenas de produtos destinados a indústrias, tais como equipamentos automotivos, equipamentos elétricos e materiais bélicos, hardware em geral, ferramentas elétricas, computadores, e outros equipamentos industriais, instrumentos, brinquedos, e outros tantos que poderiam ser mencionados.
A fundição sob pressão tem limitações que restringem sua aplicação na fundição de muitos componentes automotivos. Uma dessas limitações é o baixo rendimento da fundição: tipicamente, consome-se cerca de seis a sete quilos de metal para se produzir um fundido de 3,5 quilos. O metal não utilizado não pode ser simplesmente reciclado porque o processo de refusão cria óxidos e compostos intermetálicos, além do grande gasto de energia consumido no reaproveitamento.
As ligas de alumínio em câmara fria, grandes avanços na década de 30 e com a guerra, no setor de aeronáutica. O grande apogeu aconteceu nas décadas de 50 e 60 nos EUA e Japão, com grande competitividade na década de 70. Na década de 80 ocorre muito investimento em pesquisas, é a saída da época do ensaio e erro.
Também permite a fundição de blocos de magnésio para motores que são 33% mais leves do que os blocos de alumínio e com apenas um terço do peso de um bloco de ferro fundido. Ganhos tão significativos já estão chamando a atenção de vários fabricantes de automóveis, que estão analisando a tecnologia.
Vantagens Alta produção Alta precisão dimensional Redução do sobre metal para usinagem Rugosidade de 0,5 a 3 m Espessura de 1 a 2mm Insertos metálicos Vida útil elevada dos ferramentais Grão muito refinado Automação Meio ambiente melhor
Desvantagens Custo elevado das injetoras Custo elevados dos moldes Bolhas de gases Poucas ligas Não adequado para soldagem Tamanho de peças restritos Lotes mínimos em torno de 5000 peças Peso da peças entre 0,25 a 25kg Baixo rendimento
Fases da Injeção
1ª Fase Baixa velocidade de injeção. Serve para permitir a saída do ar e levar o metal até o pé do canal. Deve evitar o enchimento da cavidade prematuramente, ondas, gases e turbulência. Serve para deixar parte da bucha de injeção cheia de metal, sem ar, se algum ar ficar retido no metal, ele irá fazer parte da peça depois. É uma fase com velocidade lenta, a velocidade do pistão nesta fase varia de 2 a 5 m/s.
2ª Fase Enchimento do molde. Velocidade do pistão varia de 30 a 60 m/s. O enchimento não deve aprisionar bolhas de gases ou ar. A alta pressão de injeção não vai expulsar os gases, só vai comprimi-los dentro da peça.
Se bolhas de ar ficarem presas no metal que está na câmara de injeção, elas irão fazer parte do metal durante a fase de enchimento Um aquecimento da peça a 450 o C por uma hora pode revelar a presença de ar aprisionado na peça.
3ª Fase É quando ocorre a pressurização da câmara de enchimento (molde) A terceira fase determina a força de injeção da máquina e a pressão específica de injeção. É responsável pela compactação final do metal injetado imediatamente após a segunda fase de injeção, compensando a contração de metal, diminuindo a ocorrência de porosidades. É utilizada em peças com paredes grossas e que sejam alimentadas por canais generosos a fim de permitir a transmissão de pressão.
Outros motivos que impulsionam o uso de ligas leves (Al, Mg e Zn). Redução da Poluição devido aos componentes automotivos serem mais leves. Reciclagem. Boa relação Custo Benefício.
Principais vantagens da fundição sob pressão: Alta produtividade boa superfície; pode ser polido Grande precisão e repetibilidade dimensional. As peças fundidas são do tipo fundido em bruto na dimensão da peça acabada (Near Net Shape), o que exige muito pouco ou quase nenhuma operação de usinagem/acabamento. Negócio altamente rentável em altas quantidades
Die Casting Possibilidade de fabricação de fundidos muito grandes e muito pequenos, blocos de motores e transmissões para uso automotivo, pinhões e engrenagens, peças de tamanho reduzido tais como peças para a indústria do sapato (fivelas, pinos, etc).
Die Casting Todos os produtos na indústria são totalmente recicláveis, na verdade, a maior parte das ligas são fabricadas a partir de produtos reciclados (Alumínio, Zinco, Magnésio, Cobre, etc).
Die Casting Desvantagens Dificuldade em se obter peças sem porosidades (gases) o que impossibilita a soldagem ou mesmo a aplicação de Tratamento Térmico para aumento de resistência mecânica de componentes. Obtenção de peças com propriedades mecânicas inferiores devido a porosidade.
Alto custo de investimento (Máquinas de injeção, periféricos e Moldes) Dificuldade de aplicação de revestimentos decorativos nas peças fundidas (Cromagem, niquelagem, etc. devido a porosidades)
Exemplos Bomba de óleo de motor a gasolina
Peças Automobilísticas Alumínio Magnêsio
Componentes dos moldes/matrizes Os moldes são apresentados em diversas formas. Um molde poderá consistir de cavidade única, significando que somente produz um fundido por ciclo. Poderá possuir diversas cavidades, o que significa que produz diversos fundidos de um mesma peça por ciclo. Poderá ser molde com diversas cavidades para diversos tipos de peça, também conhecido como matriz família, etc.
As matrizes convencionais consistem de duas metades. As metades são fixa/estacionária, também conhecida como metade tampa, quente, ou metade A e a metade móvel, também conhecida como metade ejetora, ou B ou ainda, metade fria.
Propriedades do Material utilizado do inserto da Cavidade Resistência ao trincamento por fadiga térmica Resistência a abrasão pelo Al Manter dureza em alta Temperatura Alta temperabilidade Alta soldabilidade Boa usinabilidade Etc.
Formas de Fabricação do Inserto Projeto por CAD - modelagem do inserto em 3D Usinagem CNC - CAM (fresa, mandrila, eletroerosão) Solda Etc.
Die Casting Processos de Fundição sob Pressão Fundição Convencional (Câmara Fria/Quente) Fundição com Vácuo Fundição com alto Vácuo
Die Casting Fundição Convencional A Fundição dita Convencional é aquela que não possui outros recursos além da Máquina de Injeção, tanto Câmara Fria ou Câmara Quente, molde e periféricos tradicionais.
Die Casting Vantagens: Alta Produtividade Alta Precisão dimensional Boa Superfície Altamente rentáveis em altas quantidades
Die Casting Desvantagens: Difícil estrutura sem porosidades Altos custos de investimento Propriedades mecânicas baixas (aplicação restrita) Revestimentos decorativos difíceis Impossibilidade de soldagem e Tratamento Térmico.
Nomenclatura da penca para Câmara Fria Bolacha (Biscuit - Máq. Câmara Fria) Canais de Enchimento Bolsas de saída de Gás/Óxidos Peça Fundida
Processo Câmara Fria Convencional
Nomenclatura da penca para Câmara Quente Pescoço de Ganso (Goose Neck - Máq. Câmara Quente) Canais de Enchimento Bolsas de saída de Gás/Óxidos Peça Fundida
Die Casting Fundição com Vácuo e Alto Vácuo Neste tipo de Fundição além da Máquina de Fundição, periféricos e Molde é utilizado uma câmara de Vácuo.
Die Casting A Porosidade limita o Processo de Fundição sob Pressão convencional Vantagens da Fundição com Vácuo Fundidos com baixa quantidade de porosidade (gases) Obtenção de Melhores Propriedades mecânicas
Die Casting Peças Fundidas podem ser soldadas e Tratatadas Térmicamente. Pequena variação das propriedades mecânicas Podem ser utilizadas de maneira mais econômica ligas mais nobres e mais caras Redução de refugo de peças por porosidade Possibilidade de utilizar peças em solicitações mecânicas mais exigentes.
Die Casting Desvantagens da Fundição com Vácuo Sistemas de Vácuo são caros Máquinas e moldes já em operação muitas vezes não permitem ser adaptados.