Materiais de fundição e quando usá-los

A fundição sob pressão é um processo de fabricação de metal altamente preciso e eficiente para bens industriais, comerciais e de consumo. Com ferramental de longa duração, a fundição sob pressão é indicada para a fabricação de peças metálicas complexas, oferecendo grande valor quando se trata de produção em massa.

Vários metais podem fazer materiais de fundição sob pressão adequados. Estes são principalmente metais não ferrosos (metais que não contêm uma quantidade significativa de ferro), embora ocasionalmente também possam ser usados ​​metais ferrosos. Os principais materiais de fundição são alumínio , magnésio , e zinco ligas, todas com vantagens particulares e aplicações adequadas.

Este artigo analisa os melhores materiais de fundição sob pressão, listando seus respectivos benefícios e aplicações comuns no mundo da manufatura.

O que é fundição sob pressão?

A fundição sob pressão é uma forma de fundição de metal, uma família de processos em que o metal fundido é derramado ou forçado para dentro de uma cavidade do molde. Existem muitas formas de fundição de metais, incluindo fundição em areia (baixo custo), fundição de investimento (baixo volume) e fundição sob pressão (alto volume). Os processos de fundição diferem em termos de tipos de padrões, tipos de moldes, materiais compatíveis e métodos de entrega de materiais (por exemplo, vazamento por gravidade versus injeção de alta pressão).

Dentro da família de fundição de metal, a fundição sob pressão é particularmente adequada para a produção de alto volume de peças complexas. Isso ocorre porque ele usa um molde permanente na forma de duas ferramentas de aço para ferramentas . Essas matrizes são caras de fabricar - geralmente por meio de usinagem - mas duram muito tempo e fornecem valor a longo prazo.

A fundição sob pressão é empregada em muitas indústrias na produção de produtos industriais, comerciais e de consumo. Comparado a outras técnicas de fundição de metais, é mais adequado para peças pequenas ou médias que exigem um bom acabamento superficial.

O processo de fundição

A fundição sob pressão tem algumas variantes (discutidas na seção a seguir), mas o processo geralmente segue uma rotina definida.

Antes de começar a fundição, um fabricante deve obter duas matrizes de metal:a metade da matriz de cobertura e a metade da matriz ejetora. Juntos, esses dois moldes formam o ferramental para fundição, e o espaço entre as duas metades do molde funciona como a cavidade do molde. As matrizes são normalmente usinadas em aço ferramenta endurecido, que é altamente durável.

A primeira etapa adequada do processo de fundição envolve a preparação das matrizes para fundição. Isso envolve aplicar lubrificante (geralmente à base de água) às paredes da cavidade, garantindo que as peças fundidas não grudem no interior das matrizes. Lubrificante também ajuda no controle de temperatura.

A próxima etapa é a entrega do material. Na maioria das configurações de fundição, a máquina de fundição injeta metal fundido na cavidade do molde sob alta pressão — embora o grau exato de pressão dependa do tipo de material e se é uma máquina de fundição sob pressão de câmara quente ou câmara fria. A pressão garante que o material seja forçado até mesmo nas menores fendas, e essa pressão é mantida à medida que o metal fundido esfria e solidifica para mitigar o encolhimento.

Após o metal ter resfriado e solidificado dentro da cavidade do molde, a peça fundida é ejetada abrindo as matrizes e empurrando suavemente as peças fundidas para fora das matrizes com pinos ejetores. Outro tiro pode ser preparado imediatamente após a ejeção, permitindo a rápida fabricação em massa de peças idênticas.

O estágio final do processo de fundição é o sacudir estágio, que envolve o corte (manualmente ou por meio de maquinário especial) do excesso de pedaços de metal anexados à fundição, incluindo rebarbas da linha de separação e quaisquer portas, canais e sprues (partes do projeto da matriz que permitem que o metal fundido entre no molde cavidade).

A fundição sob pressão produz um excelente acabamento superficial que não requer o mesmo nível de pós-processamento que, por exemplo, peças usinadas ou impressas em 3D.

Fundição de câmara quente vs fundição de câmara fria

A fundição sob pressão se divide em dois subtipos principais:fundição sob pressão em câmara quente e fundição sob pressão em câmara fria. Esses subtipos diferem em termos de onde o metal é fundido e como é injetado. Fundamentalmente, apenas alguns materiais são adequados para fundição sob pressão em câmara quente . (Observe que a fundição sob pressão em câmara fria ainda requer metal totalmente fundido; ela não processa metal em sua forma sólida.)

A principal característica de uma fundição de câmara quente é a capacidade de aquecer o metal dentro da máquina de fundição. Às vezes chamadas de máquinas pescoço de ganso , esses sistemas contêm uma área de combustão interna e um pote para o metal fundido. Um pistão (hidráulico ou pneumático) força o metal fundido da câmara para a matriz, após o que a câmara pode ser reabastecida imediatamente em preparação para o próximo disparo.

A fundição sob pressão em câmara fria requer o aquecimento externo dos materiais de fundição sob pressão, e o metal fundido deve então ser transferido para a máquina de fundição sob pressão com um tubo de transferência ou concha . Um aríete força o metal fundido da câmara para a matriz (a uma pressão mais alta do que a usada para fundição de câmara quente). Esse processo é mais lento, pois o metal precisa ser transferido da fonte externa para cada disparo.

Embora a fundição em câmara quente seja mais rápida, é mais limitada em sua compatibilidade de material. Normalmente só funciona para metais com baixo ponto de fusão, como zinco, magnésio e ligas de chumbo. Não pode processar ligas de alumínio, pois estas podem pegar ferro da câmara.

Considerações sobre materiais de fundição

Os fabricantes devem considerar certos fatores e variáveis ​​ao escolher materiais de fundição sob pressão. Esses incluem:

• Se o material é adequado para fundição em câmara quente
• Custos de materiais
• Custos de materiais indiretos (por exemplo, qualquer pós-processamento extra necessário)
• Propriedades estruturais do material
• Força
• Peso
• Acabamento da superfície
• Usinabilidade

Todos esses fatores devem ser considerados ao escolher um material de fundição para peças ou protótipos.

Ligas de alumínio fundido

O alumínio é um dos principais metais de fundição sob pressão, e as ligas de alumínio são usadas na fundição sob pressão em câmara fria. Essas ligas normalmente contêm silício, cobre e magnésio.

As ligas de fundição de alumínio são leves e oferecem boa estabilidade dimensional, o que as torna uma boa escolha para peças complexas e de características finas. Outras vantagens incluem boa resistência à corrosão, resistência à temperatura e condutividade térmica e elétrica.

As ligas de alumínio de fundição sob pressão comuns incluem:

• 380 :Uma liga de alumínio de uso geral que equilibra a fundição com boas propriedades mecânicas. Ele é usado em uma ampla variedade de produtos, incluindo suportes de motor, móveis, gabinetes eletrônicos, estruturas, alças, caixas de câmbio e ferramentas elétricas.
• 390 :Uma liga com excelente resistência ao desgaste e resistência à vibração. Foi desenvolvido especificamente para a fundição de blocos de motores automotivos e também é adequado para corpos de válvulas, impulsores e carcaças de bombas.
• 413 :Uma liga de alumínio com excelentes propriedades de fundição. Possui boa estanqueidade à pressão e, portanto, é usado para produtos como cilindros hidráulicos, bem como peças arquitetônicas e equipamentos da indústria alimentícia e láctea.
• 443 :a mais dúctil das ligas de alumínio fundido, esta liga é adequada para bens de consumo, especialmente aqueles que requerem deformação plástica após a fundição.
• 518 :Uma liga de alumínio dúctil com boa resistência à corrosão. Ele é usado em uma variedade de produtos, incluindo acessórios de ferragens para aeronaves, ferragens ornamentais e componentes de escadas rolantes.

Ligas de magnésio fundido

O magnésio é outro material de fundição muito popular. É ainda mais leve que o alumínio, com a vantagem adicional de ser altamente usinável - tornando-o adequado para peças fundidas que exigem detalhes usinados adicionais ou acabamento de superfície usinada.

Uma grande vantagem das ligas de fundição de magnésio é sua adequação para fundição de câmara quente, tornando-as mais fáceis de usar do que metais fundidos como alumínio. Outros elementos em ligas de magnésio incluem alumínio, zinco, manganês e silício.

As ligas de fundição de magnésio comuns incluem:

• AZ91D :Uma liga de uso geral com boa fundição, resistência à corrosão e relação resistência-peso. As aplicações incluem componentes mecânicos e de trem de força.
• AM60 :Uma liga com boa fundição, resistência, amortecimento de vibração e ductilidade. É usado em componentes automotivos, como quadros e painéis de assentos.
• Ligas de terras raras AS41B e AE42 :Ligas com resistência superior à temperatura, bem como boa resistência à fluência, resistência à corrosão e ductilidade. Ambas as ligas são encontradas nas peças do motor.

Ligas de fundição de zinco

Outra categoria importante de metais fundidos são as ligas de zinco. Calcinável em uma máquina de fundição sob pressão de câmara quente, o zinco é o material de fundição sob pressão mais amigável ao fabricante e oferece outros benefícios como resistência ao impacto, ductilidade e adequação para revestimento. Devido à sua fundição, também resulta em desgaste mínimo da matriz.

O zinco é mais pesado que o alumínio e o magnésio e geralmente é ligado com alumínio, cobre e magnésio.

As ligas de fundição de zinco comuns incluem:

• Zamak 3 :Uma liga de zinco de uso geral que é fácil de fundir e oferece excelente estabilidade dimensional. Na América do Norte, mais de dois terços das fundições de zinco usam Zamak 3. Exemplos de uso incluem ventiladores de teto e componentes de encanamento.
• Zamak 2 :Uma liga ligeiramente mais forte e mais cara com teor de cobre adicionado. É frequentemente usado para produzir ferramentas para moldagem por injeção de plástico.
• Zamak 5 :Uma liga de zinco com composição próxima ao Zamak 3, mas com maior resistência à tração e menor ductilidade. Popular para produtos como peças automotivas e pesos de balanceamento de rodas.

Outras ligas de fundição sob pressão

Outros materiais de fundição incluem cobre, silício tombac, chumbo e ligas de estanho, além de ligas de zinco-alumínio.

As ligas de cobre apresentam alta resistência, dureza e resistência à corrosão, além de excelente estabilidade dimensional. Enquanto isso, as ligas de chumbo e estanho são muito densas e podem ser resistentes à corrosão. As ligas de zinco-alumínio são reconhecidas pelo prefixo ZA; aqueles com menor teor de alumínio podem ser fundidos em câmara quente, mas aqueles com 11% ou mais normalmente não podem.