Fundição em matriz de granalha: processo, vantagens e aplicações

Shot die casting, também conhecido como fundição sob pressão, é um processo de usinagem de metais altamente eficiente e preciso que envolve a injeção de metal fundido sob alta pressão em um molde ou matriz reutilizável. A primeira patente relacionada à fundição sob pressão foi concedida em 1849 para uma pequena máquina operada manualmente usada na produção mecanizada de tipos de impressão. Essa tecnologia evoluiu significativamente desde seu início em meados do século XIX e, hoje, é amplamente usada em várias indústrias, incluindo automotiva, aeroespacial, eletrônica e bens de consumo.

Este artigo se aprofunda nos meandros da fundição sob pressão, incluindo seus princípios, maquinário, materiais, etapas do processo e vantagens.

Fundamentos da fundição sob pressão

Shot die casting é um processo de fundição de metal que utiliza uma injeção pressurizada de metal fundido em uma matriz ou molde precisamente projetado. A matriz é feita de metal, geralmente aço ou liga endurecida, e apresenta uma cavidade que espelha o formato desejado do produto final. Uma vez que o metal fundido é injetado na matriz, ele se solidifica sob pressão, resultando em uma fundição de alta qualidade com precisão dimensional precisa e acabamento de superfície suave.

Vantagens da fundição em matriz de granalha

A fundição sob pressão oferece diversas vantagens em relação a outros métodos de fundição:

• As máquinas de fundição sob pressão podem produzir dezenas a milhares de peças por hora, o que as torna ideais para produção de alto volume.
• O processo produz peças fundidas com tolerâncias rigorosas e excelente precisão dimensional, muitas vezes exigindo usinagem mínima ou nenhuma usinagem adicional.
• A injeção pressurizada resulta em um acabamento de superfície suave e uniforme, eliminando a necessidade de tratamento de superfície extenso.
• O material residual gerado durante o processo é frequentemente reciclado, minimizando o desperdício e reduzindo os custos de produção.
• A fundição sob pressão pode produzir formas complexas com detalhes intrincados, incluindo paredes finas e geometrias intrincadas.

Desafios na fundição sob pressão

Apesar de suas vantagens, a fundição sob pressão tem alguns desafios. O custo inicial de criação do moldes de fundição sob pressão pode ser alto, tornando-o menos econômico para execuções de produção de baixo volume. Além disso, o processo pode não ser adequado para certos materiais com altos pontos de fusão, como alguns aços ou ligas de titânio.

Porosidade, ou a presença de pequenas bolsas de ar na peça acabada, é outro problema potencial. Isso pode ocorrer se o metal não fluir para dentro do molde uniformemente, levando a fraquezas na peça.

Máquinas usadas em fundição sob pressão

As máquinas de fundição sob pressão são tipicamente acionadas hidraulicamente e operam em uma posição horizontal. Existem dois tipos principais de máquinas de fundição sob pressão:

Máquinas de câmara quente

Máquinas de fundição sob pressão de câmara quente têm um cadinho (caldeirão de fusão) localizado dentro da própria máquina, normalmente acima do cilindro de injeção. O cadinho é mantido aquecido para manter o metal em um estado fundido. O metal fundido é então forçado através de um pescoço de ganso para dentro do cilindro de injeção por um pistão ou êmbolo, que é acionado hidraulicamente.

Diferenciais:

• Processo contínuo de fusão e injeção, o que aumenta a produtividade.
• Adequado para metais de baixo ponto de fusão, como zinco, estanho e ligas à base de chumbo.
• Tempos de ciclo mais rápidos em comparação com máquinas de câmara fria.

Usados: Comumente usado para produzir peças pequenas e médias com detalhes complexos, como joias, conectores elétricos, pequenas peças automotivas e brinquedos.

Máquinas de Câmara Fria

Máquinas de fundição sob pressão de câmara fria têm um cadinho ou forno separado localizado fora da máquina. O metal é derretido no cadinho e então transferido, tipicamente por uma concha ou braço mecânico, para o cilindro de injeção. O cilindro de injeção é então acionado hidraulicamente para forçar o metal fundido para dentro da cavidade do molde.

Diferenciais:

• Capaz de lidar com metais com ponto de fusão mais alto, como alumínio, magnésio e ligas de cobre.
• Maiores capacidades de fundição em comparação com máquinas de câmara quente.
• Melhor controle sobre a temperatura e a qualidade do metal fundido.

Usados: Usado para produzir peças maiores e mais complexas, incluindo componentes automotivos, blocos de motor, caixas de transmissão e carcaças para eletrônicos e eletrodomésticos.

Aplicações da fundição em matriz de granalha

A fundição sob pressão é empregada em vários setores, incluindo:

• Blocos de motor
• Casos de transmissão
• Componentes estruturais
• Caixas de engrenagens
• Suportes
• Caixas eletrônicas
• corpos de bomba
• Dissipadores de calor
• Peças do compressor de ar
• Quadros de bicicleta
• Hardware decorativo
• Caixas de eletrodomésticos
• Componentes de dispositivos médicos
• Peças de acabamento automotivo
• Suportes aeroespaciais

O processo de fundição em matriz de granalha

O processo de fundição sob pressão compreende quatro etapas principais: preparação do molde, injeção, solidificação, ejeção e acabamento.

1. Preparação do Molde: Antes do processo de fundição começar, o molde é pulverizado com um lubrificante para controlar a temperatura da matriz e facilitar a remoção da fundição. O molde é então fechado, garantindo uma vedação firme entre as metades do molde.
2. Injeção: O metal fundido é injetado na matriz sob alta pressão, geralmente variando de 10 a 175 MPa (1,500 a 25,000 psi). Essa injeção de alta pressão garante o rápido preenchimento da cavidade da matriz, evitando descontinuidades mesmo em seções finas. No entanto, isso também leva ao problema potencial de aprisionamento de ar, que é minimizado pela inclusão de aberturas ao longo das linhas de separação.
3. Solidificação: Uma vez que a matriz é preenchida, a pressão é mantida até que a fundição se solidifique. Um refrigerante fluindo através das seções da matriz facilita o processo de solidificação. Após a solidificação, a fixação da matriz é relaxada, e a fundição é ejetada para resfriamento e acabamento adicionais.
4. Ejeção e Finalização: Os pinos ejetores empurram a fundição para fora do molde. Posteriormente, a sucata, incluindo gates, canais, sprues e flash, é separada da fundição. Isso geralmente é feito usando uma matriz de corte especial em uma prensa elétrica ou hidráulica. A sucata reciclada é refundida para uso futuro.

Materiais usados ​​na fundição sob pressão

Embora vários metais possam ser usados, os materiais mais comuns incluem:

Alumínio

O alumínio é amplamente favorecido devido à sua natureza leve e excelente resistência à corrosão. Suas aplicações são mais proeminentes na indústria automotiva, onde é usado para blocos de motor, caixas de transmissão e vários componentes estruturais que exigem resistência e peso reduzido. Sua capacidade de suportar ambientes severos também torna o alumínio ideal para peças expostas ao calor ou à umidade.

zinco

Ligas de zinco, conhecidas por sua resistência superior e excelente acabamento de superfície, são comumente usadas em fundição sob pressão para produzir componentes que exigem durabilidade e aparência de alta qualidade. A capacidade do zinco de fundir detalhes intrincados com alta precisão o torna a melhor escolha para bens de consumo, invólucros eletrônicos e peças automotivas, como suportes e componentes de engrenagens.

Magnésio

O magnésio, valorizado por ser um dos metais estruturais mais leves, está sendo cada vez mais usado em fundição sob pressão, particularmente para aplicações aeroespaciais e automotivas. As fundições sob pressão de magnésio fornecem resistência ao mesmo tempo em que reduzem significativamente o peso das peças, o que é crucial em indústrias que priorizam a eficiência de combustível e o desempenho. Sua capacidade de absorver choques e resistir ao desgaste torna o magnésio uma opção atraente para componentes de alto desempenho.

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