O que é fundição sob pressão

A fundição sob pressão é uma manufatura Processo para a produção de peças metálicas com dimensões exatas, nitidamente definidas, com superfície lisa ou texturizada. Ele é realizado forçando o metal fundido sob alta pressão em matrizes metálicas reutilizáveis. O processo é frequentemente descrito como a distância mais curta entre a matéria-prima e o produto acabado. O termo "fundição sob pressão" também é usado para descrever a peça acabada.
O termo "fundição por gravidade" refere-se a fundições feitas em moldes metálicos sob uma cabeça de gravidade. Ele é conhecido como fundição em molde permanente nos Estados Unidos e no Canadá. O que chamamos de "fundição sob pressão" aqui é conhecido como "Fundição sob pressão de alta pressão" na Europa.

Como são produzidas as peças fundidas sob pressão

Fundição sob pressão de alta pressão

Primeiro, um molde de aço capaz de produzir dezenas de milhares de peças fundidas em rápida sucessão deve ser feito em pelo menos duas seções para permitir a remoção das peças fundidas. Essas seções são montadas com segurança em uma máquina e são dispostas de modo que uma seja estacionária (metade da matriz fixa) e a outra seja móvel (metade da matriz injetora). Para iniciar o ciclo de fundição, as duas metades da matriz são fixadas firmemente juntas pela máquina de fundição sob pressão. O metal derretido é injetado na cavidade da matriz, onde se solidifica rapidamente. As metades da matriz são separadas e a peça fundida é ejetada. As matrizes de fundição sob pressão podem ser simples ou complexas, com lâminas móveis, núcleos ou outras seções, dependendo da complexidade da fundição.
O ciclo completo do processo de fundição sob pressão é, de longe, o mais rápido conhecido para a produção de peças precisas de metais não ferrosos. Isso está em nítido contraste com fundição em areia que exige um novo molde de areia para cada fundição. Embora o processo de molde permanente use moldes de ferro ou aço em vez de areia, ele é consideravelmente mais lento e não é tão preciso quanto o processo de fundição de areia. fundição sob pressão.

Tipos de máquinas para fundição sob pressão

Independentemente do tipo de máquina usada, é essencial que as metades da matriz, os núcleos e/ou outras seções móveis sejam travados com segurança no lugar durante o ciclo de fundição. Geralmente, a força de fixação da máquina é regida (a) pela área de superfície projetada da fundição (medida na linha de separação da matriz) e (b) pela pressão usada para injetar metal na matriz. A maioria das máquinas usa mecanismos do tipo alavanca articulada acionados por cilindros hidráulicos (às vezes com pressão de ar) para obter o travamento. Outras usam pressão hidráulica de ação direta. Os sistemas de intertravamento de segurança são usados para evitar que a matriz se abra durante os ciclos de fundição.
As máquinas de fundição sob pressão, grandes ou pequenas, têm como característica fundamental apenas o método usado para injetar metal fundido na matriz. Elas são classificadas e descritas como máquinas de fundição sob pressão com câmara quente ou fria.

Máquinas de fundição sob pressão de câmara quente

As máquinas de câmara quente (Fig. 1) são usadas principalmente para zinco e ligas de baixo ponto de fusão que não atacam nem corroem prontamente potes, cilindros e êmbolos de metal. A tecnologia avançada e o desenvolvimento de novos materiais com temperaturas mais altas ampliaram o uso desse equipamento para Fundição sob pressão de liga de magnésio.
Figura 1: Máquina de câmara quente. O diagrama ilustra o mecanismo do êmbolo que é submerso em metal fundido. As máquinas modernas são operadas hidraulicamente e equipadas com controles automáticos de ciclo e dispositivos de segurança.
Na máquina de câmara quente, o mecanismo de injeção é imerso em metal fundido em um forno acoplado à máquina. Quando o êmbolo é levantado, uma porta se abre, permitindo que o metal fundido encha o cilindro. À medida que o êmbolo se move para baixo, vedando a porta, ele força o metal fundido através do pescoço de ganso e do bico para dentro da matriz. Depois que o metal se solidifica, o êmbolo é retirado, a matriz se abre e a peça fundida resultante é ejetada.
As máquinas de câmara quente são rápidas na operação. Os tempos de ciclo variam de menos de um segundo para componentes pequenos que pesam menos de uma onça a trinta segundos para uma fundição de vários quilos. As matrizes são preenchidas rapidamente (normalmente entre cinco e quarenta milissegundos) e o metal é injetado a altas pressões (1.500 a mais de 4.500 psi). No entanto, a tecnologia moderna permite um controle rigoroso desses valores, produzindo, assim, peças fundidas com detalhes finos, tolerâncias estreitas e alta resistência.

Máquinas de fundição sob pressão com câmara fria

As máquinas com câmara fria (Fig. 2) diferem das máquinas com câmara quente principalmente em um aspecto: o êmbolo e o cilindro de injeção não ficam submersos no metal fundido. O metal fundido é derramado em uma "câmara fria" por meio de uma porta ou ranhura de derramamento por uma concha manual ou automática. Um êmbolo operado hidraulicamente, avançando para a frente, veda a porta, forçando o metal para dentro da matriz travada a altas pressões. As pressões de injeção variam de 3.000 a mais de 10.000 psi para ligas de alumínio e magnésio, e de 6.000 a mais de 15.000 psi para ligas à base de cobre.

Figura 2: Máquina de câmara fria. O diagrama ilustra a matriz, a câmara fria e o êmbolo horizontal (na posição de carga).
A fundição sob pressão fornece formas complexas com tolerâncias mais estreitas do que muitos outros processos de produção em massa. Em uma máquina de câmara fria, mais metal fundido é despejado na câmara do que o necessário para preencher a cavidade da matriz. Isso ajuda a manter a pressão suficiente para preencher a cavidade de forma sólida com a liga de fundição. O excesso de metal é ejetado junto com a fundição e faz parte da injeção completa.
A operação de uma máquina de "câmara fria" é um pouco mais lenta do que a de uma máquina de "câmara quente" devido à operação de concha. Uma máquina de câmara fria é usada para alto ponto de fusão ligas de fundição sob pressão porque os conjuntos de êmbolo e cilindro estão menos sujeitos a ataques, pois não estão submersos em metal fundido.

Fundição sob pressão e sua construção

As matrizes de fundição sob pressão (Fig. 3) são feitas de ligas de aço para ferramentas em pelo menos duas seções chamadas de metade fixa da matriz e metade ejetora da matriz. A metade fixa da matriz é montada no lado voltado para o sistema de injeção de metal fundido. A metade da matriz ejetora, à qual a fundição adere e da qual é ejetada quando a matriz é aberta, é montada na placa móvel da máquina.

A metade fixa da matriz é projetada para conter o orifício do jito pelo qual o metal fundido entra na matriz. A metade do ejetor geralmente contém os canais (passagens) e as portas (entradas) que direcionam o metal fundido para a cavidade (ou cavidades) da matriz. A metade ejetora também é conectada a uma caixa ejetora que abriga o mecanismo para ejetar a peça fundida da matriz. A ejeção ocorre quando os pinos conectados à placa ejetora se movem para frente para forçar a fundição a sair da cavidade. Isso geralmente ocorre como parte do curso de abertura da máquina. A colocação dos pinos ejetores deve ser feita com cuidado para que a força aplicada sobre a peça fundida durante a ejeção não cause deformação. Os pinos de retorno fixados na placa ejetora retornam essa placa à sua posição de fundição quando a matriz se fecha.
Núcleos fixos e móveis são frequentemente usados em matrizes. Se for fixo, o eixo do núcleo deve ser paralelo à direção de molde de fundição sob pressão abertura. Se forem móveis, geralmente são fixadas nas corrediças do núcleo. Se o lado de um projeto de fundição de molde exigir uma depressão, o molde pode ser feito com uma ou mais corrediças para obter o resultado desejado sem afetar a ejeção da fundição da cavidade do molde. Todas as corrediças e núcleos móveis devem ser cuidadosamente ajustados e ter a capacidade de serem travados com segurança na posição durante o ciclo de fundição. Caso contrário, o metal fundido pode ser forçado a entrar em suas corrediças, causando a interrupção das operações. Embora as corrediças e os núcleos aumentem a complexidade e o custo da construção da matriz, eles possibilitam a produção de peças fundidas em uma ampla variedade de configurações e, geralmente, de forma mais econômica do que qualquer outro processo de usinagem.

Tipos de moldes de fundição sob pressão

As matrizes são classificadas como: cavidade única, cavidades múltiplas, combinação e matrizes unitárias (Figuras 4-A a 4-D).

Uma matriz de cavidade única não requer explicação. Os moldes de cavidade múltipla têm várias cavidades que são todas idênticas. Se uma matriz tiver cavidades de formatos diferentes, ela é chamada de matriz de combinação ou de família. Uma combinação de matriz é usada para produzir várias peças para uma montagem. No caso de peças simples, as matrizes unitárias podem ser usadas para economizar em ferramentas e produção. Várias peças para uma montagem, ou para clientes diferentes, podem ser fundidas ao mesmo tempo com matrizes unitárias. Uma ou mais matrizes unitárias são montadas em um suporte comum e conectadas por canais a uma abertura comum ou orifício de jito. Isso permite o preenchimento simultâneo de todas as cavidades.

Vantagens da fundição sob pressão

Os componentes de fundição sob pressão, os acabamentos decorativos e/ou os produtos acabados oferecem muitos recursos, vantagens e benefícios para aqueles que especificam esse processo de fabricação.

1. As peças fundidas sob pressão são produzidas em altas taxas de produção. É necessária pouca ou nenhuma usinagem.
2. As peças fundidas sob pressão podem ser produzidas com paredes mais finas do que as obtidas por outros métodos de fundição... e muito mais resistentes do que as peças moldadas por injeção de plástico com as mesmas dimensões.
3. A fundição sob pressão fornece peças que são duráveis, dimensionalmente estáveis e têm a sensação e a aparência de qualidade.
4. Matrizes de fundição sob pressão pode produzir milhares de peças fundidas idênticas dentro das tolerâncias especificadas antes que seja necessário um ferramental adicional.
5. Fundição sob pressão de zinco podem ser facilmente revestidos ou acabados com um mínimo de preparação da superfície.
6. As peças fundidas podem ser produzidas com superfícies que simulam uma ampla variedade de texturas.
7. As superfícies fundidas sob pressão, quando fundidas, são mais lisas do que a maioria das outras formas de fundição.
8. Os furos em peças fundidas podem ser perfurados e fabricados com tamanhos de broca de rosca.
9. As roscas externas das peças podem ser prontamente fundidas.
10. As peças fundidas fornecem elementos de fixação integrais, como saliências e pinos, que podem resultar em economias de montagem.
11. Insertos de outros metais e alguns não-metais podem ser fundidos no lugar.
12. A resistência à corrosão das ligas de fundição sob pressão varia de boa a alta.
13. As peças fundidas sob pressão são monolíticas. Elas combinam muitas funções em uma única peça de formato complexo. Como as peças fundidas sob pressão não consistem em partes separadas, soldadas ou presas umas às outras, a resistência é a do material, não a das roscas ou soldas, etc.
14. Processo de fundição sob pressão pode produzir fundição sob pressão de alumínio, fundição sob pressão de magnésio, fundição sob pressão de zinco, fundição sob pressão de latão A produção de chumbo, fundição de chumbo e assim por diante, e tudo isso pode ser facilmente produzido em massa.

A fundição sob pressão é um processo eficiente e econômico que, quando usado em seu potencial máximo, substitui conjuntos de uma variedade de peças produzidas por vários processos de fabricação com economias significativas de custo e mão de obra.

Comparações com outros produtos

Peças de moldagem por injeção de plásticos

Em comparação com Peças de moldagem por injeção de plásticoAs peças fundidas sob pressão são mais fortes, mais rígidas, de dimensão mais estável, mais resistentes ao calor e são muito superiores aos plásticos em termos de propriedades/custo. Elas ajudam a evitar emissões de radiofrequência e eletromagnéticas. Para cromagem, as peças fundidas são muito superiores ao plástico. As peças fundidas sob pressão têm um alto grau de permanência sob carga em comparação com os plásticos, são totalmente resistentes a raios ultravioleta, intempéries e rachaduras por tensão na presença de vários reagentes. Os ciclos de fabricação de peças fundidas são muito mais rápidos do que os de moldes de injeção de plástico. Os plásticos, no entanto, podem ser mais baratos em uma base de volume unitário, têm propriedades inerentes à cor que tendem a eliminar o acabamento, são sensíveis à temperatura e são bons isolantes elétricos.

Fundição em areia

Em comparação com as fundições em areia, fundição sob pressão requerem muito menos usinagem; podem ser feitas com paredes mais finas; podem ter todos ou quase todos os orifícios com núcleo sob medida; podem ser mantidas dentro de limites dimensionais muito mais estreitos; são produzidas mais rapidamente em matrizes que fazem milhares de peças fundidas sem substituição; não requerem novos núcleos para cada fundição; são facilmente fornecidas com insertos fundidos no lugar; têm superfícies mais lisas e envolvem muito menos custo de mão de obra por fundição. As fundições em areia, por outro lado, podem ser feitas de metais ferrosos e de muitas ligas não ferrosas não adequadas para fundição sob pressão. Formas que não podem ser produzidas por fundição sob pressão estão disponíveis em fundições em areia; o tamanho máximo pode ser maior; o custo de ferramentas geralmente é menor e pequenas quantidades podem ser produzidas de forma mais econômica. fundição de alumínio em areia

Moldes permanentes de fundição

Em comparação com moldes permanentes de fundiçãoAs peças fundidas sob pressão podem ser fabricadas com limites dimensionais mais próximos e com seções mais finas; os furos podem ser perfurados; são produzidas em taxas mais altas com menos trabalho manual; têm superfícies mais lisas e geralmente custam menos por peça fundida sob pressão. A fundição em molde permanente envolve custos de ferramental um pouco menores; pode ser feita com núcleos de areia, produzindo formas não disponíveis na fundição sob pressão.

Forjados

Em comparação com as peças forjadas, fundição sob pressão podem ter formas mais complexas e formatos que não podem ser forjados; podem ter seções mais finas; podem ser mantidos em dimensões mais próximas e podem ter cortes que não são possíveis em forjados. No entanto, as peças forjadas são mais densas e resistentes do que as peças fundidas; têm propriedades de ligas forjadas; podem ser produzidas em metais ferrosos e outros metais e em tamanhos não adequados para peças fundidas.

Estamparia

Em comparação com a estampagem, uma peça fundida pode, muitas vezes, substituir várias peças. As peças fundidas frequentemente exigem menos operações de montagem; podem ser mantidas dentro de limites dimensionais mais estreitos; podem ter quase qualquer variação desejada na espessura da seção; envolvem menos desperdício em sucata; podem ser produzidas em formas mais complexas e podem ser feitas em formas que não podem ser produzidas em formas estampadas. A estampagem, por outro lado, tem propriedades de metais forjados; pode ser feita em aço e em ligas não adequadas para fundição sob pressão; em suas formas mais simples, é produzida mais rapidamente; e pode pesar menos do que as fundições sob pressão.

Produtos para máquinas de rosca

Em comparação com os produtos de máquinas de parafuso, fundição sob pressão são geralmente produzidos mais rapidamente; envolvem muito menos desperdício em sucata; podem ser fabricados em formatos difíceis ou impossíveis de produzir a partir de barras ou tubulações e podem exigir menos operações. Por outro lado, os produtos de máquinas de parafuso podem ser fabricados com aço e ligas que não podem ser fundidos sob pressão; eles têm as propriedades dos metais forjados e exigem menos despesas com ferramentas.