A fundição injectada é um método de fabrico de peças semelhante ao moldagem por injeção, exceto que o material primário é ligas de metais não ferrosos como o alumínio, o magnésio ou o zinco. O material fundido é injetado sob alta pressão na cavidade de um molde reutilizável chamado matriz. Quando o metal fundido solidifica, toma a forma do molde.
A fundição injetada é valiosa para produzir peças precisas com superfícies lisas, minimizando assim a quantidade de pós-processamento necessário. Esta técnica ajuda os fabricantes a produzir grandes quantidades de peças idênticas e complexas ou peças metálicas de pequena a média dimensão ao preço mais baixo possível por peça.
Como funciona a fundição injectada
Em teoria, existem apenas três ou quatro passos para a fundição injectada. No entanto, na prática, cada passo compreende numerosos outros processos que envolvem muitas horas de trabalho de engenheiros qualificados. As etapas são criação de moldes, A fundição (que pode ainda ser dividida em injeção e solidificação de metal), a ejeção de peças e a pós-maquinação.
- Criação de moldes: O molde, um molde permanente com uma cavidade concebida de acordo com a forma da peça desejada, é fabricado em aço.
- Casting: O metal fundido é introduzido manual ou mecanicamente na cavidade da matriz a alta pressão. O metal é deixado arrefecer e endurecer dentro da matriz.
- Ejeção de peças: A matriz é aberta e a peça de metal endurecido é ejectada.
- Pós-acabamento: Esta operação é necessária principalmente após a fundição de peças em forma de rede. Será necessária uma maquinagem de precisão para cortar os furos.
É importante referir que existem dois tipos principais de fundição injectada, nomeadamente a fundição em câmara quente e a fundição em câmara fria. A forma como funcionam é ligeiramente diferente, em particular a forma como o metal fundido é entregue ao molde.
Fundição injectada em câmara quente
Trata-se de um sistema autónomo em que a máquina contém equipamento de aquecimento para levar o metal a um estado fundido. O mecanismo de injeção sorve automaticamente o metal fundido do forno para a cavidade da matriz. É ideal para metais com pontos de fusão baixos, como o estanho, o magnésio e as ligas de chumbo. A câmara quente é caracterizada por tempos de ciclo rápidos, o que a torna uma óptima escolha para produções de grande volume.
Fundição injectada em câmara fria
Estas máquinas têm normalmente um forno separado onde é feito o aquecimento, e o metal fundido é transportado manualmente do forno para o sistema de injeção, onde um pistão hidráulico o injecta à força na cavidade da matriz. O forno separado tem uma temperatura mais elevada, o que permite a fusão de metais com pontos de fusão mais elevados, por exemplo, alumínio, cobre e latão. O seu tempo de ciclo é mais lento em comparação com o mecanismo de câmara quente.
Razões para escolher a fundição injectada
Se o seu projeto envolve a produção de grandes volumes de peças metálicas complexas e precisas, a fundição injetada seria a melhor opção. É particularmente adequada para fabricantes que trabalham com um orçamento apertado. A técnica torna possível a criação de peças com funcionalidade integrada.
| Expectativa de produção | O que oferece a fundição injectada |
|---|---|
| Projeto de grande volume | Uma câmara quente é particularmente eficiente na produção em massa de peças idênticas. |
| Precisão com geometrias complexas | Forma formas complexas com tolerância apertada e paredes finas, o que é difícil de conseguir com outros métodos |
| Peças duradouras | As peças fundidas sob pressão mantêm a sua rigidez, forma e dimensão ao longo do tempo |
| Ótimo acabamento de superfície | A alta pressão das peças fundidas sob pressão deixa um acabamento de superfície liso que requer um pós-processamento mínimo. |
| Peças leves | A fundição injetada é perfeita para trabalhar com metais leves e de alta resistência, como o alumínio, o zinco e o magnésio. |
| Caraterísticas integradas | Os elementos de fixação, como pernos e saliências, roscas fundidas e orifícios para roscar, podem ser integrados na peça fundida para simplificar a montagem e reduzir os custos. |
| Rentável | A longo prazo, a técnica compensa o seu custo inicial de ferramentas através de elevadas taxas de produção. |
Aplicações da fundição injectada
As peças fundidas sob pressão podem ser encontradas numa vasta gama de indústrias, incluindo as peças estruturais dos aviões, os blocos de motor complexos e precisos dos automóveis, os dissipadores de calor da eletrónica de consumo, e a lista continua. A sua vasta gama de aplicações deve-se à versatilidade do processo, ao pormenor, à repetibilidade e à longa lista de opções de materiais.
| Indústria | Aplicação |
|---|---|
| Automóvel | A fundição sob pressão de alumínio é utilizada para blocos de motor, pistões, engrenagens e caixas de transmissão. O zinco fundido sob pressão é utilizado para componentes de direção assistida, travões e combustível A fundição sob pressão de magnésio é excelente para estruturas e painéis de bancos |
| Aeroespacial | Os componentes críticos de aeronaves e naves espaciais beneficiam da elevada relação resistência/peso e da leveza do alumínio fundido sob pressão. |
| Eletrónica | Utilizado para fabricar invólucros ou caixas para muitos dispositivos electrónicos. O magnésio fundido sob pressão é muito utilizado para o fabrico de caixas de paredes finas blindagem de componentes RFI/EMI. |
| Construção | Os caixilhos das janelas, as ferragens das portas e as fachadas dos edifícios podem ser fabricados com fundição injectada de alumínio. |
| Energia | Peças de filtragem, válvulas, pás de turbinas eólicas e outros componentes energéticos podem ser fundidos sob pressão. |
| Electrodomésticos | As peças das máquinas de lavar roupa e dos frigoríficos são fabricadas em fundição injectada de alumínio. |
| Médico | Os componentes de dispositivos de monitorização, sistemas de ultra-sons e instrumentos cirúrgicos são fabricados com esta técnica. |
| Lazer | Os brinquedos, como os modelos de automóveis à escala, são por vezes fabricados a partir de ligas de zinco fundidas sob pressão. |
| Máquinas | Os corpos de válvulas, bombas e várias peças de máquinas são fabricados com esta técnica. |
| Telecomunicações | As peças de computador, incluindo os dissipadores de calor, são fabricadas por fundição injectada |
Os 5 principais materiais para fundição injectada
As ligas de alumínio, zinco, magnésio, cobre e chumbo são os materiais mais utilizados na fundição injectada. Trazem propriedades únicas para o projeto ou conferem propriedades benéficas ao produto, incluindo leveza, maquinabilidade, resistência à corrosão e força. A escolha exacta do material dependerá das necessidades específicas do projeto.
1. Ligas de alumínio para fundição injectada
Este é o metal predominante utilizado com esta técnica de moldagem. São leves e a principal escolha para peças complexas e polidas porque oferecem uma grande estabilidade dimensional. Outras propriedades que conferem ao produto incluem a resistência à temperatura e à corrosão, bem como a condutividade eléctrica e térmica. Abaixo estão as diferentes variantes de alumínio e as suas propriedades.
| Liga de alumínio | Propriedades |
|---|---|
| A380 | Liga de alumínio de uso geral com excelente fluidez e boas propriedades mecânicas (durabilidade e resistência) |
| A390 | Elevada resistência, estabilidade dimensional a altas temperaturas, resistência ao desgaste e baixa expansão térmica. Utilizado para a fundição sob pressão de blocos de motores de automóveis |
| A413 | Excelente estanquidade à pressão, boa resistência ao desgaste, elevada resistência e excelente na fundição de formas complexas para ambientes exigentes. |
| A443 | Liga de alumínio com silício 5%. Possui excelente resistência à corrosão, elevada ductilidade e boa maquinabilidade. A sua baixa resistência torna-o útil em componentes ornamentais em que a resistência à corrosão e a ductilidade são mais importantes do que a resistência. |
| A518 | Liga de alumínio-magnésio com excelente ductilidade e acabamento. A sua resistência à corrosão é superior à do A380, mas a sua capacidade de enchimento de moldes e de fundição é inferior |
2. Ligas de zinco para fundição injectada
As ligas de zinco têm uma grande capacidade de fundição, particularmente numa câmara quente. Oferecem inúmeras vantagens aos produtos, incluindo ductilidade, resistência ao impacto e adequação para revestimento com outros materiais. É normalmente ligado com cobre, alumínio ou magnésio para obter propriedades únicas. As ligas de zinco comercialmente disponíveis utilizadas na fundição sob pressão estão listadas na tabela abaixo.
| Liga de zinco | Propriedades |
|---|---|
| Zamak 2 | Uma liga de zinco-alumínio com um teor de cobre de 3%, conhecida pela sua elevada resistência e dureza. Oferece um bom amortecimento das vibrações, facilidade de pós-processamento e resistência ao desgaste. |
| Zamak 3 | Contém alumínio 4% e vestígios de cobre e magnésio. Tem uma capacidade de fundição superior e estabilidade dimensional a longo prazo. |
| Zamak 5 | Liga de zinco-alumínio com adição de cobre que oferece uma dureza e resistência melhoradas em comparação com o Zamak 3, sacrificando a ductilidade |
| Zamak 7 | Uma modificação do Zamak 3 com menor teor de magnésio, levando a uma melhor ductilidade e fluidez de fundição. É adicionada uma pequena quantidade de níquel para reduzir a corrosão intergranular e controlar as impurezas. É ideal para a fundição de componentes de paredes finas |
3. Liga de magnésio para fundição injectada
A liga de magnésio é mais leve do que o alumínio e tem a vantagem adicional de ser altamente maquinável. Isto torna-a a melhor escolha de metal para produtos que requerem detalhes adicionais. Estas ligas funcionam melhor com uma câmara quente. É frequentemente ligado com silício, manganês, zinco e alumínio. As ligas de magnésio comuns utilizadas na fundição injectada são destacadas abaixo.
| Liga de magnésio | Propriedades |
|---|---|
| AZ91D | Contém cerca de 1% de zinco e 9% de alumínio e oferece boa resistência à corrosão, elevada resistência e excelente capacidade de fundição |
| AM20 | Oferece elevada resistência ao impacto e ductilidade. Contém manganês e alumínio, o que o torna leve para componentes mecânicos e estruturais. |
| AM50A | Tem excelente ductilidade, capacidade de fundição, boa resistência e propriedades superiores de absorção de energia. Utilizado principalmente em automóveis para volantes, estruturas de assentos e suportes. |
| AM60B | Oferece excelente tenacidade e ductilidade e é utilizado principalmente em volantes de automóveis e estruturas de assentos. Tem uma resistência à tração moderadamente baixa em comparação com outras. |
| AS41B e AE42 | As terras raras permitem uma maior resistência à temperatura, bem como uma boa resistência à corrosão e à fluência, e ductilidade |
4. Liga de cobre para fundição injectada
As ligas de cobre são principalmente utilizadas para peças em que a resistência é o principal objetivo, devido à sua elevada força, resistência à corrosão, dureza e estabilidade dimensional. Estas propriedades tornam-nas adequadas para componentes marítimos, peças de automóvel, rolamentos e torneiras.
| Liga de cobre | Propriedades |
|---|---|
| C87600 (bronze silício) | Uma liga de cobre 88% e silício. Tem uma condutividade eléctrica muito baixa e uma condutividade térmica bastante baixa. |
| C93200 (bronze estanhado com alto teor de chumbo) | Composto por cobre, chumbo, estanho e zinco. Possui uma excelente resistência ao desgaste, é resistente à corrosão pela água do mar e salmoura e tem uma óptima maquinabilidade. Equilibra tenacidade e resistência, o que o torna ótimo para engrenagens, casquilhos e rolamentos |
5. Ligas de chumbo para fundição injectada
As ligas à base de chumbo para fundição sob pressão são principalmente chumbo-antimónio (Pb-Sb) ou estanho-antimónio-chumbo (Sn-Sb-Pb). As suas propriedades mais desejáveis são a elevada fluidez e os baixos pontos de fusão, o que as torna adequadas para a fundição de peças com pormenores intrincados. Apesar da sua excelente maleabilidade, a sua utilização na fundição injetada é normalmente limitada a engrenagens, pesos (devido à sua elevada densidade) e peças especializadas (como rodas de impressão para contadores postais) devido à sua elevada densidade, suavidade e propriedades mecânicas potencialmente inferiores em comparação com outros metais de fundição injetada.
Fundição injectada vs. outros métodos e quando escolher qual
A fundição em areia, a fundição de investimento, a fundição em molde permanente e a fundição centrífuga são as outras alternativas possíveis à fundição sob pressão. A presença destas alternativas pode tornar mais difícil para o fabricante decidir qual o melhor método para o seu projeto. No entanto, escolha a fundição sob pressão se o seu projeto tiver de cumprir os seguintes critérios:
- Requer uma produção de grande volume de centenas ou milhares de peças idênticas
- Envolve a produção de formas complexas, como a forma de quase-rede, com paredes finas
- Requer alta precisão com excelente exatidão dimensional e consistência
- Necessita que a peça tenha um acabamento de superfície liso
- Implica a utilização de diferentes ligas metálicas
A tabela abaixo mostra como a fundição sob pressão se compara a outros métodos de fundição e irá guiá-lo na escolha do método correto para o seu projeto.
| Tipo de fundição | Fundição injectada | Fundição em areia | Fundição por cera perdida | Fundição em molde permanente | Fundição centrífuga |
|---|---|---|---|---|---|
| Volume de produção | Elevado | Baixa | Baixa | Médio a elevado | Elevado |
| Tamanho da peça | Pequeno a médio | Grande | Grande | Grande | Muito grande |
| Desenhos complexos | √ | √ | √ | × | × |
| Alta precisão | √ | × | √ | √ | √ |
| Acabamento liso da superfície | √ | × | √ | √ | √ |
| Baixo orçamento | √ | √ | × | √ | √ |
Evite estes erros dispendiosos na fundição injectada
Numerosos erros de conceção da fundição injectada podem ser dispendiosos para o fabricante. Estes erros podem levar a produtos defeituosos ou a produtos que necessitarão de um pós-processamento mais elevado para serem corrigidos. Um dos erros mais comuns é um defeito de fosso. Trata-se de uma pequena cavidade ou vazio que pode resultar de falhas de conceção, incluindo ar preso, ventilação inadequada ou espessura de parede irregular.
O ar preso é frequentemente um sinal de portas mal dimensionadas ou colocadas, o que pode levar à turbulência. Além disso, quando os designs das peças são demasiado complexos, podem dificultar o fluxo e o arrefecimento adequados do metal. Para resolver este problema, é necessário compreender a capacidade de escoamento de cada material e utilizar apenas metais com excelente capacidade de escoamento em projectos altamente complexos. Segue-se uma lista de verificação dos erros de conceção que deve evitar:
- Alterações bruscas na espessura da parede, que provocam um arrefecimento desigual, cavidades de retração e outros defeitos
- Ângulos de inclinação insuficientes, que provocam a aderência das peças ao molde
- Criação de peças com geometrias de design demasiado complexas
- Uma ventilação deficiente facilita a retenção de ar, conduzindo a um enchimento incompleto.
- Não ter em conta a contração do metal durante a solidificação pode levar a dimensões imprecisas.
Existem também erros dispendiosos relacionados com o processo que podem prejudicar a sua produção, incluindo um arrefecimento inadequado, um mau controlo da temperatura, uma velocidade de fluxo de metal não optimizada e a utilização de agentes desmoldantes insuficientes ou de baixa qualidade. A realização de simulações de enchimento e solidificação durante o processo de conceção pode ajudá-lo a identificar estes potenciais problemas.
Factores a considerar na escolha dos fornecedores
Ao colaborar com um fornecedor numa fase inicial do projeto, pode tirar partido da sua experiência para ultrapassar algumas das armadilhas comuns da fundição injetada. Aqui está um guião de negociação com o fornecedor que o ajudará a escolher o parceiro certo.
| Factores a considerar | Perguntas a fazer |
|---|---|
| Conceção para fabrico (DFM) | O fornecedor pode ajudar a otimizar a sua conceção para obter uma boa relação custo-eficácia sem prejudicar a qualidade? |
| CAD/CAM | O fornecedor pode criar novos modelos utilizando CAD/CAM? |
| Prototipagem | O fornecedor está disposto a fornecer protótipos para ensaio? |
| Especialização em materiais | Podem orientá-lo sobre o melhor material para satisfazer a tolerância, a resistência e o acabamento superficial pretendidos para a sua peça? |
A revolução do megacasting nos veículos eléctricos
A transição dos veículos a gasolina para os veículos eléctricos teve um impacto significativo na indústria de fundição injetada. Em vez das tradicionais peças pequenas soldadas, os fabricantes de veículos eléctricos estão a exigir componentes de grandes dimensões, fundidos numa única peça, utilizando a fundição injetada a alta pressão.
A revolução da megacasting A inovação tecnológica trouxe benefícios adicionais, incluindo a simplificação da montagem, a poupança de custos, a redução do peso total das peças, a melhoria da integridade estrutural e tempos de produção mais rápidos. A Tesla é uma das pioneiras desta inovação com as suas fábricas "Gigacasting".
A adoção da megacasting está a tornar os veículos eléctricos mais eficientes e acessíveis, reduzindo o número de peças e a complexidade. Por exemplo, a redução de peso conseguida através da megacasting conduz diretamente a uma melhor eficiência energética, o que permite aos VEs percorrerem uma maior distância com um único carregamento. Por conseguinte, a megafundição contribui indiretamente para a redução de ansiedade de alcanceque sempre foi um grande obstáculo à adoção dos VE.
Como escolher um fornecedor
São vários os factores que entram em jogo quando chega a altura de escolher um fornecedor de fundição injectada, a começar pela localização. Devido às incertezas geopolíticas, é necessário trabalhar com um fornecedor que, por um lado, o ajude a navegar nas perturbações da cadeia de abastecimento e, por outro, equilibre o custo com o desempenho. Os factores importantes a considerar ao escolher um fornecedor incluem:
- Defina os seus objectivos: Antes de procurar um fornecedor, é necessário definir as suas necessidades, incluindo o material, o tamanho, a precisão e o volume das peças.
- Escolher um local: Assim que tiver um objetivo claro, determine uma localização preferencial do fornecedor que seja vantajosa tanto em termos de custos de mão de obra como de logística.
- Avaliar as capacidades técnicas: Para reduzir ainda mais a sua lista de possíveis fornecedores, avalie a sua oferta, incluindo DFM, maquinagem, laboratórios de testes, ferramentas internas e automatização de equipamentos.
- Verificar a sua experiência: Ter equipamento sofisticado é bom, mas saber como utilizá-lo para obter resultados é o mais importante. Verifique a certificação do fornecedor e veja o que os clientes actuais ou passados dizem sobre ele.
- Capacidade de produção: Assegure-se de que o fornecedor tem capacidade para aumentar o volume de produção previsto para satisfazer a procura.
- Avaliar a eficácia da comunicação: Trabalhar com um fornecedor que comunique proactivamente sobre o progresso do projeto ajudá-lo-á a evitar mal-entendidos e a resolver rapidamente os problemas que surjam.
Para além de cumprir os critérios acima referidos, escolha sempre um fornecedor como a First Mold que tenha a capacidade de gerir eficazmente todo o processo, desde a seleção da liga até às ferramentas, acabamento e montagem.
FAQ
É o processo de forçar uma liga metálica fundida sob alta pressão em matrizes de aço para formar formas após a solidificação.
Os metais não ferrosos, incluindo o alumínio, o zinco, o magnésio, o chumbo, o estanho e o cobre, podem ser formados utilizando esta técnica.
Os dois tipos principais são a câmara quente e a câmara fria, que definem a forma como a liga metálica fundida é fornecida à matriz.
A fundição injectada oferece várias vantagens aos fabricantes, incluindo um elevado volume de produção ao preço mais baixo possível por peça, sustentabilidade através da utilização de materiais recicláveis e melhor funcionalidade das peças.
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