Defeitos em Injeção sob Pressão Explicados: Tipos, Causas e Técnicas Comprovadas de Prevenção

O processo de injeção sob pressão envolve aplicar alta pressão a metal fundido, um processo similar à injeção de plástico. No entanto, a injeção sob pressão é complexa, e muitos fatores podem comprometer a qualidade dos produtos fundidos. Defeitos de injeção sob pressão são agora grandes preocupações devido a controle frouxo de matéria-prima, planejamento inadequado de processo e produção, e outros.

Consequentemente, a incapacidade de resolver esses defeitos de fundição adequadamente afetará a qualidade dos produtos finais. No entanto, uma coisa essencial a notar é que você pode não ser capaz de evitar todo defeito durante o processo de injeção sob pressão. Nesses casos, designers podem ter que modificar o design do molde.

Portanto, discutiremos os vários tipos de defeitos de fundição neste artigo, detalhando suas causas, soluções e como preveni-los. Vamos direto ao ponto!

Defeitos de Injeção sob Pressão: Tipos, Causas e Soluções

Aqui, abordaremos os vários defeitos de injeção sob pressão e remédios. Estes defeitos frequentemente ocorrem devido a enchimentos incorretos ou fase de solidificação inadequada, e existem duas categorias principais:

Defeitos Internos de Injeção sob Pressão

Estes tipos de defeitos de fundição são difíceis de encontrar, e enfraquecem a resistência estrutural dos componentes. Os dois principais defeitos internos de fundição são:

1. Porosidade a Gás

Envolve a formação de bolhas na peça fundida após o resfriamento. Você verá porosidades a gás como estruturas redondas ou ovais no corpo das peças de injeção sob pressão, e também têm superfícies lisas, brancas brilhantes ou amareladas.

A maioria dos metais sólidos não consegue reter grande quantidade de gás dissolvido, mas metais líquidos conseguem. Como resultado, o gás no metal sólido forma vazios ou bolhas dentro da peça fundida conforme ela esfria. Isso frequentemente ocorre durante a fase de solidificação, e você pode notar alguns furos dentro da fundição. Dependendo da gravidade da porosidade a gás, pode levar a outros tipos de defeitos e aumento das taxas de sucata.

Causas:

• Hidrogênio liberado de ligas metálicas fundidas – Temperaturas de fusão mais altas frequentemente levam a maior solubilidade de hidrogênio em ligas metálicas fundidas. O resfriamento e solidificação envolvidos na injeção sob pressão reduzem a solubilidade do hidrogênio e o liberam do metal fundido. Como resultado, ocorrem porosidades a gás.
• Gases envolvidos no processo de enchimento da liga metálica – O processo de injeção sob pressão envolve encher liga metálica fundida em matrizes em alta velocidade e pressão. Portanto, turbulências podem ocorrer se a liga líquida não puder fluir de forma estável e ordenada, levando a porosidades a gás.
• Gases de agentes desmoldantes – Agentes desmoldantes geralmente se decompõem e liberam gases ao serem aquecidos pela liga metálica fundida. Consequentemente, volatilização de gás pode ocorrer devido ao uso excessivo de agentes desmoldantes.

Soluções:

• Controle o processo de fusão fundindo a matéria-prima em vácuo sob fluxo ou em torno de gás de baixa solubilidade para impedir que o ar atinja o metal fundido.
• Garanta que use um lingote de liga metálica limpo e seco.
• Use parâmetros de injeção sob pressão discerníveis, incluindo velocidade de injeção.
• Um canal de alimentação (sprue) e canal (runner) de comprimento suficiente ajudarão a liga fundida a fluir de forma estável e descarregar gases facilmente.
• Selecione agentes desmoldantes de alta qualidade e use quantidade razoável.

2. Porosidade de Contração (Shrinkage Porosity)

A porosidade de contração é formada durante o processo de resfriamento e solidificação da fundição, e ligas metálicas encolhem ao esfriar. Portanto, há alta possibilidade deste defeito ocorrer sem precauções adequadas. No entanto, torna-se um defeito quando a contração irregular distorce a forma ou cria furos na fundição.

A porosidade de contração pode ocorrer como contração aberta, empenamento e contração fechada, afetando a tensão do metal. Você veria este defeito como arestas angulares, e também podem vir com trincas ou fraturas dendríticas.

Causas:

• Design irracional do sistema de resfriamento.
• Abertura do molde muito cedo.
• Uso de temperatura de vazamento extremamente alta.

Soluções:

• Melhore a estrutura geral da fundição.
• Redesenhe o sistema de alimentação (gate) para ter alimentadores (risers) que permitam fluxo contínuo de metal fundido.
• Insira arrefecedores internos, coils de resfriamento ou nervuras para aumentar a dissipação de calor.
• Ajuste a temperatura de fundição para reduzir déficits de volume total.

3. Inclusões

São furos de formato irregular dentro da fundição ou em sua superfície. Com inclusões, existem partículas indesejadas de areia, material, escória ou produto de desoxidação na fundição metálica. Inclusões podem afetar as funções mecânicas da fundição metálica, e podem ser identificadas usando raio-X ou UT.

Causas:

• Impurezas do metal devido a purificação inadequada ou poluição por lixo.
• Baixa pureza da carga do forno.
• Interação do metal com a atmosfera circundante ou com a superfície do molde.
• Inclusão de grafite em excesso em agentes desmoldantes.

Soluções:

• Garanta que a carga do forno seja pura.
• Purificação adequada do metal líquido com remoção completa de escórias.
• Limpe adequadamente a cavidade do molde e cadinhos.
• Se agentes desmoldantes contêm grafite, garanta mistura e agitação uniformes.

Defeitos Superficiais de Injeção sob Pressão

Estes tipos de defeitos de fundição são frequentemente visíveis, e destroem a superfície do componente e sua qualidade estética. Incluem:

1. Trincas (Cracks)

Trincas ocorrem quando o material quebra devido a tensão interna e externa do material. Aparecem como padrões irregulares ou lineares nas superfícies de injeção sob pressão. A primeira trinca ocorre durante o processo de resfriamento e solidificação.

Ocorre porque materiais de geometria de cavidade não podem encolher em seu estado natural. Como resultado, tensão residual gera trincas ou deformações no molde. A segunda forma de trinca ocorre devido a força externa no componente. As forças vêm da fase de corte ou molde durante a ejeção da peça.

Trincas são resultado de elementos de liga inadequados contidos na liga de moldagem. Assim, você quer usar os elementos de liga corretos durante a fusão. Também, otimizar a estrutura do componente e garantir espessura de parede uniforme prevenirá este defeito. Uma ejeção equilibrada de peça de injeção sob pressão também é uma boa solução para este defeito de fundição.

2. Linha de Frio (Cold Shut)

Aqui, existem linhas lineares irregulares na superfície da fundição. As linhas são estreitas e pequenas, com bordas lisas que podem se estender com forças externas. Defeitos de linha de fria em injeção sob pressão ocorrem quando há fusão imprópria de duas frentes de metal líquido na cavidade do molde. Consequentemente, há um ponto fraco deixado no componente.

Baixa temperatura do metal fundido, baixa velocidade de injeção, design irracional do sistema de alimentação e baixa fluidez da liga são algumas das causas de linha de frio. Inspeções visuais ajudarão você a descobrir este defeito. Uma boa maneira de evitar linha de frio é aumentar as temperaturas do molde e do metal fundido. Você também pode alterar o tamanho e posição do portão (gate) enquanto aumenta a velocidade do êmbolo.

3. Trincas em Rede (Network Cracks)

Trincas em rede aparecem como depressões e protuberâncias semelhantes a cabelos ou rede na superfície da peça fundida sob pressão. A protuberância do molde se estende com aumento nos ciclos de injeção sob pressão. Pode ocorrer devido a cavidade de molde rugosa, alta temperatura de enchimento, material de fundição impróprio e tratamentos térmicos inadequados.

Seu material de molde de injeção sob pressão e processo de tratamento térmico devem ser adequados para evitar este defeito. Além disso, você deve garantir aquecimento uniforme e suficiente do molde para remover tensão interna. O equilíbrio térmico da cavidade do molde deve ser assegurado com métodos de resfriamento adequados. Você quer um bom nível de rugosidade para o processo de injeção sob pressão. Portanto, deve polir a cavidade do molde e sistema de alimentação regularmente.

4. Arranhões e Soldagem (Drags and Soldering)

Arranhões (Drags) são defeitos que ocorrem paralelos à direção de abertura do molde. Aparecem como arranhões em forma de listras na superfície dos componentes de fundição. Soldagem (Soldering) resulta de aderência anormal da cavidade do molde e liga metálica. Aparece como material em excesso ou faltando em algumas áreas do componente.

Estes defeitos em injeção sob pressão são causados por liga fundida superaquecida, dano na superfície da cavidade do molde, ou ângulos de desmoldagem insuficientes. Um mecanismo de injeção irracional e má qualidade de agente desmoldante também podem causar estes defeitos.

Assim, seria melhor usar agentes desmoldantes de alta qualidade e otimizar seu mecanismo de ejeção. Se houver danos na superfície da cavidade do molde, garanta reparos adequados. Você também pode ajustar a direção do portão para manter os núcleos do molde em boas condições.

5. Rebarbas (Flashes)

Este defeito de injeção sob pressão dá formas de folhas metálicas finas e irregulares na peça fundida. Algumas de suas causas incluem alta velocidade de injeção, alta temperatura de enchimento, lixo sujo na superfície de separação, e força de fechamento insuficiente do molde. Portanto, você deve usar os parâmetros de processamento corretos e garantir manutenção regular do molde para prevenir este defeito.

6. Bolhas (Blisters)

A injeção sob pressão envolve comprimir o ar na máquina e ejetar a peça do molde com uma válvula de vácuo, transbordo ou ventilação. O ar deixado dentro dissolverá no metal fundido com distribuição uniforme. Turbulências fazem o ar concentrar, causando uma cavidade de alta pressão – bolhas.

Este defeito em injeção sob pressão fica escondido se a temperatura do componente for baixa, reduzindo assim a resistência do componente. Em caso onde a temperatura é alta, você nota bolhas na superfície. Portanto, seus parâmetros de injeção sob pressão devem ser adequados. Você também deve otimizar seu sistema de alimentação para garantir desempenho de ventilação adequado.

7. Deformação

Ocorre quando a forma da peça final não corresponde ao desenho. Deformação ocorre devido a remoção imprópria do portão, design de fundição ruim, abertura prematura do molde, mecanismos de ejeção inadequados, e arrastes durante ejeção da fundição.

Portanto, você deve garantir que escolha um mecanismo de remoção de portão adequado. Além disso, ajuste o tempo de abertura do molde para garantir rigidez. Otimizar designs de fundição estruturais e remover fatores de desmoldagem desfavoráveis também ajudam a prevenir este defeito.

8. Marcas de Fluxo (Flow Marks)

São listras e linhas não direcionais na superfície da peça de injeção sob pressão que diferem em cor da base da fundição. O metal líquido entrando na cavidade frequentemente forma uma camada fina e incompleta que pode ser preenchida com metal fundido. Este enchimento deixa rastros no componente.

Outras causas de marcas de fluxo incluem baixa temperatura do molde, baixa pressão de enchimento, excesso de lubrificante ou agente desmoldante, e pequena área de seção transversal. Portanto, você deve aumentar a temperatura do molde, ajustar velocidade de injeção, área de seção transversal e outros parâmetros de fundição.

9. Enchimento Curto (Short Filling)

Neste defeito em injeção sob pressão, alguns materiais podem estar faltando na área de superfície da fundição. Ocorre devido a baixa fluidez da liga metálica, baixa temperatura de enchimento, baixa pressão de injeção, más condições de enchimento, e uso excessivo de lubrificantes.

Uma boa maneira de evitar enchimento curto é escolhendo a liga metálica certa. Também ajudaria se aumentasse a temperatura do molde e de enchimento, bem como velocidade e pressão de injeção. Melhorar o design do sistema de alimentação e desvio do fluxo de metal líquido também ajudará a prevenir enchimento curto.

10. Laminação (Laminations)

Laminações vêm da sobreposição de duas camadas separadas durante o processo de enchimento. Estes defeitos em injeção sob pressão são difíceis de detectar. Aparecem após operações de pré-acabamento como jateamento de areia e tamboreamento.

O impacto entre fundição e inserts durante estas fases causa o levantamento das camadas de zinco. Como resultado, sujeira e fluidos podem ficar escondidos no meio destas camadas. As substâncias escondidas podem aparecer na superfície durante processos de acabamento superficial como galvanização e pintura, piorando o resultado.

11. Afundamentos (Sinks)

São depressões na superfície da fundição junto com áreas de parede grossa. Afundamentos são causados pela baixa pressão de injeção, espessura de parede de fundição irregular, superaquecimento parcial do molde, e tempos curtos de manutenção de pressão.

Você pode garantir espessura de parede uniforme otimizando designs de fundição. Além disso, pode prevenir afundamentos melhorando o desempenho de ventilação da cavidade do molde e aumentando a pressão de injeção. Aumentar o tempo de manutenção de pressão também é um método eficaz.

Dicas para Evitar Defeitos de Injeção sob Pressão

Defeitos de injeção sob pressão ocorrem por várias razões. Um bom guia de design de molde será eficaz. No entanto, as seguintes dicas de 'primeiro princípio' ajudarão você a evitar estes defeitos:

Um Sistema de Classificação Eficaz

Um sistema de classificação eficaz diria se você está reduzindo defeitos ou a situação está piorando. O sistema de classificação ajudará você a saber se precisa de correções. Isso é importante porque você quer enfrentar o defeito antes que atinja o nível crítico.

Porosidade a gás, contrações e inclusões são defeitos maiores em injeção sob pressão que requerem julgamento para conhecer sua severidade. Como você não pode melhorar algo sem medi-lo, você precisa de um sistema de classificação eficaz para evitar estes defeitos.

Espessura de Parede Correta

Espessura de parede desempenha grande papel em defeitos de fundição, com diferentes paredes produzindo diferentes resultados. Uma parede fina fará a liga metálica congelar, aumentando deformação. A espessura mínima de parede para magnésio e alumínio é 1,5 – 2,5mm, e 1,0mm para zinco.

Tempo de Enchimento Correto

Tempo de enchimento começa quando a liga atinge o portão pela primeira vez e termina quando a cavidade é preenchida. Aqui está um guia para tempo máximo de enchimento para a maioria das fundições:

Liga	Parede fina <2mm	Parede média >2mm
Alumínio ~2kg	0,09 segundos	0,1 segundos
Zinco ~1,4kg	0,03 segundos	0,05 segundos
Magnésio ~1kg	0,02 segundos	0,03 segundos

Você pode prever o tempo de enchimento correto usando o cálculo PQ2. O cálculo prevê mudanças nas velocidades do portão e tempo de enchimento alterando qualquer um destes:

• Área do portão
• Tamanho do êmbolo
• Pressão hidráulica da máquina
• Configuração de velocidade do êmbolo

Padrão de Fluxo de Metal Correto

O fator chave no design do portão é o fluxo de metal, que é função de padrões de design. Estes passos simples ajudarão você a usar o padrão de fluxo de metal correto:

• Use o cálculo PQ2 para determinar o tamanho do portão e êmbolo, garanta que use o tempo de enchimento correto, velocidade do portão e pressão da cavidade
• Então divida a fundição em zonas
• Divida os portões para que cada zona seja preenchida ao mesmo tempo
• Flua através da fundição
• Evite misturar defeitos de fundição

Temperatura do Molde Correta

Você tem que usar a temperatura correta para evitar defeitos de fundição. Temperaturas baixas resfriam o metal líquido e podem afetar a superfície aumentando a porção solidificada. Uma alta porcentagem de metal sólido causa o fluxo a ser rígido e não misturar bem. Como resultado, pode haver fluxo a frio (cold-flow), levando a defeitos.

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Entender defeitos de injeção sob pressão e suas causas é vital para garantir qualidade da peça. No entanto, há muito mais a saber, então é melhor fazer parceria com um especialista em injeção sob pressão. A RapidDirect oferece os melhores serviços personalizados de injeção sob pressão com materiais de ponta, técnicos profissionais e processos de última geração.

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Perguntas Frequentes

Como Você Pode Reduzir Defeitos de Fundição?

Você pode evitar defeitos de fundição usando um sistema de classificação eficaz. Usar a espessura de parede correta, temperatura do molde e padrão de fluxo de metal também são soluções eficazes.

Para que a Injeção sob Pressão é Boa?

O processo de injeção sob pressão é popular para fazer componentes na indústria automotiva. Designers e fabricantes também usam este processo para fazer ferragens decorativas e outros componentes menores.

Como Remover Porosidade em Fundições?

Um bom design de molde ajudará você a se livrar da porosidade a gás. Você também pode eliminar este defeito adicionando nitrogênio ao metal de alumínio antes de vazá-lo. Um comprimento suficiente de canal de alimentação (sprue) e canal (runner) garantirá fluxo estável da liga para descarregar gases facilmente.