Injeção sob Pressão Explicada: Processos, Materiais, Aplicações e Custos

O processo de injeção sob pressão envolve injetar metal fundido com pontos de fusão baixos, como zinco e alumínio, no molde de injeção sob pressão e permitir que esfrie. Dependendo do ponto de fusão, ocorre sob dois mecanismos diferentes (câmara quente e câmara fria), e é adequado para fazer peças de chapa metálica simples e complexas.

O processo tem uma abordagem única e é responsável pela fabricação de muitas peças metálicas usadas na fabricação de produtos de consumo e industriais. No entanto, antes de usar o processo ou terceirizar para empresas que prestam tais serviços, você deve obter conhecimento requintado sobre ele. Portanto, este artigo apresentará a injeção sob pressão, sua história, mecanismos e as vantagens e desvantagens do processo de injeção sob pressão.

O que é Injeção sob Pressão (Die Casting)?

Injeção sob pressão é um processo que envolve derreter metais de baixo ponto de fusão e injetá-los em um molde já feito conhecido como molde de injeção sob pressão. Um molde ou ferramentas vêm de aço fabricado para um único projeto usando processos de fabricação como usinagem CNC. Consequentemente, peças de chapa metálica fabricadas por injeção sob pressão têm alta precisão, exatidão e repetibilidade.

História da Injeção sob Pressão na Manufatura

A injeção sob pressão remonta a 1800 e era uma técnica importante na indústria de impressão. Em 1849, Sturges fez a máquina de injeção sob pressão operada manualmente usada na impressão, tornando-a mais precisa, criativa e persistente ao fazer diferentes formas complexas. Mais tarde, em 1855, Otto Mergenthaler fez a máquina linotipo conhecida por sua melhor eficiência e é uma parte importante da indústria editorial.

A demanda por máquinas de injeção sob pressão cresceu no século 19 devido às suas vantagens. Consequentemente, a injeção sob pressão tornou-se popular em muitas indústrias. Durante este período, houve avanço tecnológico. Por exemplo, o alumínio substituiu estanho e chumbo devido à sua maior qualidade. Além disso, o processo original de injeção sob pressão de baixa pressão mudou para métodos de fundição de alta pressão.

Segundo a Grand View Research, a Indústria de Injeção sob Pressão atualmente representa 49,7% das participações globais em 2016 devido às baixas taxas de produção e consistência.

Tipos de Processos de Injeção sob Pressão

Os dois processos de injeção sob pressão usados industrialmente são câmara quente e câmara fria. Cada um tem suas peculiaridades e é aplicável em diferentes cenários. Abaixo estão o que os dois tipos de processos envolvem.

Injeção sob Pressão de Câmara Quente (Hot Chamber)

O processo de injeção sob pressão de câmara quente é o método perfeito para trabalhar com materiais de baixo ponto de fusão, como zinco, estanho, chumbo e ligas de magnésio. Não é adequado para ligas com ponto de fusão mais alto, pois danificaria a bomba, já que a bomba entraria em contato direto com o metal. Envolve derreter o metal e injetá-lo no molde usando pressão de um sistema hidráulico.

Injeção sob Pressão de Câmara Fria (Cold Chamber)

A injeção sob pressão de câmara fria é o método perfeito para trabalhar com materiais de alto ponto de fusão, como alumínio. Este processo é ideal para tal metal, pois a alta temperatura necessária para derreter o material pode danificar o sistema de bombeamento.

O processo envolve colocar o material derretido em uma câmara fria antes da injeção no molde. O sistema hidráulico usado no processo de câmara fria é similar ao do processo de câmara quente. No entanto, pode requerer uma pressão maior variando de 2000 a 20000 psi.

Passos do Processo de Injeção sob Pressão

Seja câmara quente ou fria, o processo padrão envolve injetar metal fundido em um molde de matriz sob alta pressão. Abaixo estão os passos intricados do processo de injeção sob pressão:

· Fechamento (Clamping)

O primeiro passo na injeção sob pressão é o fechamento. No entanto, antes disso, limpe o molde para remover quaisquer impurezas e lubrifique o molde para melhor injeção e remoção do produto solidificado. Após limpeza e lubrificação, feche e trave o molde com alta pressão.

· Injeção (Injection)

Derreta o metal que você quer injetar e coloque na câmara de injeção (shot chamber). O procedimento depende do processo que você está usando. Por exemplo, a câmara de injeção é fria na injeção sob pressão de câmara fria, enquanto é quente para a de câmara quente. Após isso, injete o metal no molde sob alta pressão gerada por um sistema hidráulico.

· Resfriamento (Cooling)

Enquanto travado, permita que o metal esfrie para solidificação. O material solidificado terá forma similar ao design do molde.

· Ejeção (Ejection)

Após destravar o molde da matriz, um mecanismo de ejeção empurrará a fundição sólida para fora do molde. Garanta solidificação adequada antes de ejetar o produto final.

· Aparação (Trimming)

Este é o passo final, e envolve a remoção do metal em excesso no canal de alimentação (sprue) e canal (runner) encontrados no produto acabado. Aparação é alcançável usando molde de aparação, serra ou outros procedimentos. As partes de metal removidas são recicláveis e reutilizáveis no processo.

Ligas para Injeção sob Pressão

A maioria das ligas usadas em injeção sob pressão são não ferrosas com fortes propriedades mecânicas. A parte não ferrosa é responsável pelo baixo ponto de fusão em concordância com as fortes propriedades mecânicas. O tipo de propriedades necessárias depende do material sendo trabalhado. Consequentemente, não há limitação ao escolher um material. No entanto, abaixo estão as várias ligas populares:

Ligas de Alumínio

Ligas de alumínio têm propriedades únicas, tornando-as aplicáveis na fabricação de uma ampla gama de produtos. Por um lado, a liga de alumínio 380.0 é o material mais comum em injeção sob pressão devido às suas propriedades únicas. Outras ligas incluem Ligas de Alumínio 360, 390 e 413. Você pode usar ligas de alumínio devido ao seguinte:

• Altas temperaturas de operação
• Excepcional resistência à corrosão
• Leve
• Muito boa resistência e dureza
• Boa rigidez e relação resistência-peso
• Excelentes propriedades de blindagem EMI e RFI
• Excelente condutividade térmica
• Alta condutividade elétrica
• Boas características de acabamento
• Total reciclabilidade
• Suporta as mais altas temperaturas de operação de todas as ligas de fundição
• Resistência à corrosão
• Mantém alta estabilidade dimensional com paredes finas

Ligas de Zinco

Ligas de zinco têm incrível resistência, tenacidade, firmeza, desempenho e custo-efetividade. Como resultado, são uma parte importante do processo de injeção sob pressão, com propriedades rivalizando e excedendo outras ligas como alumínio, magnésio e bronze.

Existem muitas ligas de zinco que você pode usar. No entanto, os materiais comuns de zinco para injeção sob pressão são Zamak #2, #3, #5, #7, ZA8 e ZA27, conhecidos pelas seguintes propriedades:

• Fundibilidade melhorada
• Tempo de ciclo encurtado
• Vida útil do molde estendida
• Qualidades mecânicas ideais

Ligas de Magnésio

Magnésio é outro material usado para injeção sob pressão. Tem muitas ligas, mas a mais comum é a AZ91D, conhecida por sua tenacidade, durabilidade, leveza e boa fundibilidade. É 75% mais leve que aço e 33% mais leve que alumínio sem perda de resistência. A maioria dos entusiastas prefere magnésio pois é melhor para fundição complexa com tolerâncias apertadas e tem melhor resistência à corrosão.

Outras Ligas

Outras ligas adequadas para fazer peças de injeção sob pressão incluem Bronze, Latão, chumbo e estanho.

• Estanho é o primeiro material usado em injeção sob pressão devido à sua alta fluidez. Tem baixo ponto de fusão, e deixa pouco ou nenhum desgaste nos moldes.
• Bronze (bronze branco) é o material de fundição correto usado na indústria de joias. Tem cor similar a ouro branco e ligas de aço inoxidável, mas é adequado para injeção sob pressão devido ao seu baixo ponto de fusão.

Opções de Acabamento de Superfície para Peças de Injeção sob Pressão

A peça fundida deve ter um bom acabamento de superfície que promoverá durabilidade, proteção ou efeito estético. Existem diferentes opções de acabamento que você pode usar para peças de injeção sob pressão. No entanto, as escolhas baseiam-se no tamanho das peças fundidas e na liga que você está usando.

Pintura

Pintura é a técnica de acabamento de superfície mais comum, ideal para muitos materiais. Pode ser para proteção adicional ou propósito estético.

O processo envolve aplicação de lacas, tintas ou esmaltes com consideração especial para o metal usado. Antes da adição, limpe a superfície do metal para remover impurezas como óleo (isso também ajuda na adesão), adicione uma tinta de base (primer) e a tinta principal.

Pintura em Pó (Powder Coating)

Pintura em pó é outro acabamento decorativo comum que você pode usar para sua peça de injeção sob pressão. Envolve aplicação de partículas carregadas na superfície da peça de injeção sob pressão. Este processo é ideal pois esconde pequenas falhas na superfície fundida, tem melhor controle de espessura e é uniforme. Consequentemente, o produto torna-se durável, duro, alta anti-corrosão e anti-risco ao completar o processo. Pintura em pó é ambientalmente amigável pois não produz material tóxico perigoso.

Antiquing (Envelhecimento)

Esta técnica de acabamento de superfície dá à peça fundida uma aparência antiga, e é aplicável principalmente a fundição de zinco. A fundição é eletrodepositada com cobre ou outras ligas e depois coberta com componente colorido como sulfeto de cobre. A fundição é aliviada (ou seja, removendo algumas camadas coloridas para dar a camada subjacente de cobre) e então tratada para prevenir oxidação.

Revestimento Cerâmico (Ceramic Coating)

Revestimento cerâmico é um processo decorativo e envolve adicionar cerâmica em sua forma de solução ao exterior de uma peça. O processo produz uma camada fina similar a anodização. Consequentemente, procedimentos de preparação de superfície são importantes antes de suas aplicações.

Galvanoplastia/Revestimento (Plating)

Revestimento pode ser processos eletroless ou eletrodeposição e é um método adequado e barato para acabamento de fundição. Como a opção de revestimento cerâmico, a camada de acabamento é fina. Portanto, você precisa de um procedimento de preparação de superfície antes de usá-lo.

Revestimento eletroless usa químicos em vez de eletricidade para revestir uma peça fundida. A peça fundida é colocada em um químico com propriedades redutoras. Quando catalisado por outros minerais, o químico torna-se depositado na peça fundida. Eletrodeposição é similar. No entanto, em vez de ser catalisado por minerais, a catálise ocorre passando uma corrente através do eletrólito. Ambos os métodos são ideais para propósitos estéticos. Embora alguns entusiastas de chapa metálica o usem para melhorar condutividade de algumas peças.

Aplicações de Peças de Injeção sob Pressão

O processo de injeção sob pressão é aplicável na criação de diferentes peças e componentes que são verdadeiramente únicos e altamente funcionais. Abaixo estão algumas aplicações do processo:

Fabricação de produtos de consumo e industriais

O processo é adequado para fazer produtos de consumo como torneiras de pia, pistões de compressor, bielas, dissipadores de calor, etc.

Fabricação de produtos automotivos

O processo é usado na fabricação de engrenagens, cilindros, pequenos motores, gladhands, caixas de transferência e mais peças específicas aplicáveis em veículos.

Fabricação de peças aeroespaciais

Injeção sob pressão é uma solução custo-efetiva para produzir componentes metálicos leves mas superiores que atendem aos altos padrões de qualidade da indústria aeroespacial.

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Vantagens do Processo de Injeção sob Pressão

Injeção sob pressão é um método importante de fabricação metálica devido à sua produção de baixo custo e facilidade de operação. No entanto, existem outros benefícios de usar o processo: Aqui estão as vantagens do processo de injeção sob pressão.

• Você pode criar peças complexas
• Fabricação de múltiplas peças sem necessidade de montagem
• Redução de custos de mão de obra
• Espessuras de parede variáveis
• Tolerâncias mais apertadas
• Tempos de ciclo de produção rápidos
• Escolha de material reciclável

Desvantagens do Processo de Injeção sob Pressão

• Não adequado para metais com altos pontos de fusão
• Não adequado para grandes peças de chapa metálica
• Alto custo do molde.
• Long lead time (longo prazo de entrega).

Fatores que Afetam Custos de Injeção sob Pressão

Geralmente, a injeção sob pressão tem produção de baixo custo. No entanto, o custo depende de vários fatores. Abaixo estão alguns fatores que você pode considerar ao ajustar o melhor para seu projeto de fundição sob pressão em termos de custo.

Seleção de Material

O tipo de materiais que você escolhe desempenha grande papel no custo da injeção sob pressão. Alguns materiais são caros em valor. Além disso, o preço de materiais de injeção sob pressão está geralmente aumentando, embora pareça errático.

Custo de Produção

Custo de produção depende de três fatores importantes: custo de ferramentaria e custo de injeção sob pressão. Dependendo dos processos de produção que você usa, a abordagem tecnológica, o processo de fabricação do molde e manutenção, o custo de ferramentaria pode ser alto.

Custo do Molde

O custo do molde depende do processo de fabricação usado. Por exemplo, ao usar usinagem CNC, as capacidades e vantagens do processo contribuirão para um alto custo do molde.

Custo de Operações Secundárias

Operações secundárias como aparação também desempenharão papel no custo de injeção sob pressão. Portanto, a extensão, eficiência e eficácia do custo de operação secundária serão importantes em seu custo.

Custo de Acabamento

O custo de acabamento também depende do método de acabamento que você está usando. Por exemplo, métodos como eletrodeposição terão custo de acabamento mais alto comparado à pintura.

RapidDirect: Serviços de Injeção sob Pressão

Injeção sob pressão é um processo importante de fabricação de chapa metálica conhecido por sua produção de baixo custo e eficiência. O processo é simples, mas pode requerer pouco conhecimento e experiência, tornando a terceirização para o serviço certo, como o nosso, uma abordagem melhor.

Na RapidDirect, você tem acesso a uma equipe de engenheiros bem experientes em serviços de injeção sob pressão. A experiência de nossa equipe nos coloca em posição melhor para aconselhá-lo sobre o processo de injeção sob pressão certo para seu projeto.

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Perguntas Frequentes

Por que é chamado de die casting (injeção sob pressão)?

O processo é chamado de die casting devido ao uso de matrizes (dies). As matrizes são o molde de aço feito majoritariamente por usinagem CNC no qual você injeta o metal líquido. Tem duas metades: a metade fixa, que é estacionária e presa à máquina de fundição e a metade ejetora que é móvel.

Qual a diferença entre fundição em areia e injeção sob pressão?

Fundição em areia e injeção sob pressão são ambos processos importantes de fabricação metálica. A diferença entre ambos os processos é o material usado na formação dos moldes. Por um lado, o processo de injeção sob pressão requer um molde metálico. Por outro, a fundição em areia usa um molde feito de areia. Além disso, a injeção sob pressão é apenas adequada para metais não ferrosos de baixo ponto de fusão, enquanto a fundição em areia tem uma gama mais ampla de suporte.

Qual a diferença entre injeção de plástico (injection molding) e fundição (casting)?

Injeção sob pressão e injeção de plástico têm o mesmo mecanismo, ou seja, injetar material fundido em um molde e permitir que esfrie. No entanto, injeção de plástico usa materiais como ABS, polipropileno, TPU, polietileno, enquanto injeção sob pressão usa metais de baixo ponto de fusão.