Um guia definitivo para Fundição injectada
O processo de fundição injetada produz peças metálicas com geometrias precisas e paredes finas, o que o torna adequado para a produção de grandes volumes. Esta técnica versátil produz peças de qualidade adequadas a vários sectores, como o fabrico de mobiliário, bens de consumo, brinquedos, militar, etc.
No entanto, algumas pessoas podem achar o custo da fundição injetada caro ou o método demasiado complexo para compreender. Se está a pensar como funciona a fundição injetada, que materiais podem ser utilizados neste processo ou que benefícios traz, o nosso guia definitivo sobre fundição injetada é para si!
Ajudá-lo-emos a compreender por que razão esta técnica é suficientemente válida para investir nela os seus recursos.
Uma breve história da fundição injectada
A fundição injectada tem uma história que remonta a meados do século XIX. As primeiras máquinas de fundição injectada foram inventadas em 1838, abrindo caminho para os avanços na indústria.
A fundição sob pressão com câmara quente foi introduzida em 1849, permitindo uma produção mais rápida de peças mais pequenas, enquanto a fundição sob pressão com câmara fria, patenteada em 1885, permitiu a produção de peças maiores e de ligas com pontos de fusão mais elevados.
A fundição sob pressão de alumínio começou em 1914, oferecendo propriedades de leveza e resistência à corrosão. A fundição sob pressão de zinco ganhou popularidade em 1927, e a fundição sob pressão de magnésio surgiu na década de 1930.
Após a Segunda Guerra Mundial, a fundição sob pressão registou melhorias contínuas nos materiais, na tecnologia e na automatização. O final do século XX trouxe o design e a simulação assistidos por computador, aumentando a precisão.
No século XXI, a fundição sob pressão tornou-se uma indústria global com aplicações nos sectores automóvel e eletrónico, dando ênfase à sustentabilidade e à eficiência. Espera-se que os avanços em curso moldem o futuro da fundição injectada.
Como funciona a fundição injectada?
A fundição injetada é um processo de fundição de metal que envolve forçar o metal fundido numa cavidade de molde sob alta pressão. A cavidade do molde é criada utilizando duas matrizes de aço endurecido, que são maquinadas com a forma pretendida para o produto acabado.
A fundição sob pressão é normalmente utilizada para produzir peças de formas complexas com elevada precisão e superfícies lisas. Eis um resumo de como funciona o processo de fundição sob pressão:
1. Conceção do molde
A conceção do molde molda a geometria do componente final. O molde deve captar todos os pormenores, dimensões e requisitos de acabamento da superfície da peça.
Os projectistas têm em conta factores como a seleção de materiais e as condições específicas da máquina. A atenção aos pormenores é crucial devido às elevadas pressões durante a injeção e o arrefecimento do metal, que podem afetar os acabamentos da superfície e a deformação da peça se não forem concebidos corretamente.
2. Preparação do metal
A preparação do metal para fundição envolve a gestão cuidadosa da temperatura e da composição para evitar defeitos no produto final. Manter a temperatura correta durante a injeção no molde é crucial, e a composição do metal, incluindo o tipo de liga e o grau de pureza, deve cumprir as normas de segurança e qualidade.
As medidas de controlo de qualidade asseguram o cumprimento das diretrizes da indústria e os factores ambientais têm impacto nos tempos de arrefecimento, realçando a necessidade de ter em consideração as fases de pré-aquecimento e pós-arrefecimento dos processos metalúrgicos.
3. Fixação
Isto assegura que o metal fundido possa ser injetado num molde. As máquinas de fundição injectada são classificadas em toneladas de aperto, o que representa a força que podem aplicar para segurar e comprimir o molde de forma segura.
Mecanismos de aperto especiais, como as articulações de alternância, amplificam esta força e proporcionam um curso correspondente à tonelagem nominal da máquina. Esta combinação de articulação mecânica e potência hidráulica assegura uma compressão uniforme em várias direcções e uma injeção precisa de metal fundido no molde com tolerâncias apertadas.
4. Injeção
O metal fundido, normalmente alumínio, zinco ou magnésio, é aquecido a uma temperatura específica num forno.
A máquina de fundição fecha o molde, injectando metal fundido na cavidade a alta pressão. Esta pressão é mantida até que a peça fundida solidifique.
5. Arrefecimento
Uma vez injetado o metal fundido, este começa a arrefecer e a solidificar, tomando a forma do molde. O tempo de arrefecimento é fundamental para obter as propriedades desejadas e evitar defeitos.
6. Ejeção
Após o metal ter solidificado, a máquina de fundição sob pressão abre o molde e a peça recém-formada é ejectada da cavidade do molde. Os pinos ou mecanismos ejectores ajudam a remover a peça fundida dos moldes.
7. Recorte
A peça ejectada pode ter material em excesso, denominado flash, que é normalmente removido num processo de corte. Podem ser aplicados processos de acabamento adicionais, tais como maquinagem ou tratamentos de superfície, para atingir as especificações do produto final.
Tipos de fundição injectada
A fundição injectada é um processo utilizado para produzir formas complexas com elevada tolerância e tamanhos muito variados e pode ser aplicada a vários materiais, dependendo da utilização.
Os tipos mais comuns incluem a fundição em molde com câmara quente, a fundição em molde com câmara fria, a fundição em molde a vácuo, o processo de fundição por compressão, a conformação de metal semi-sólido e a fundição por gravidade ou a baixa pressão.
Fundição injectada em câmara quente
O mecanismo de injeção é imerso num banho de metal fundido numa fundição injectada com câmara quente. O metal fundido é automaticamente puxado para dentro da câmara e depois forçado a entrar na cavidade da matriz sob pressão.
Este processo é adequado para metais com pontos de fusão baixos, como o zinco, o estanho e o chumbo.
Fundição injectada em câmara fria
A fundição injectada em câmara fria é utilizada para metais com pontos de fusão mais elevados, como o alumínio, o magnésio e o cobre.
Neste processo, o metal fundido é introduzido numa câmara de injeção no exterior da máquina de fundição injectada. Um pistão força então o metal para dentro da cavidade da matriz sob alta pressão. A fundição sob pressão com câmara fria é adequada para uma gama mais alargada de ligas do que a fundição sob pressão com câmara quente.
Fundição sob vácuo
A fundição sob vácuo é uma variação do processo tradicional de fundição sob pressão em que é aplicado vácuo durante o ciclo de fundição sob pressão.
O objetivo é reduzir a porosidade e melhorar a qualidade do produto final através da remoção de gases do metal fundido. Este processo é frequentemente utilizado na produção de peças de alta qualidade com requisitos rigorosos.
Processo de fundição por compressão
A fundição por compressão combina aspectos dos processos de fundição e de forjamento.
O metal fundido é vertido na cavidade da matriz e, em seguida, uma prensa hidráulica aplica pressão adicional ao metal durante a solidificação. Isto resulta numa estrutura mais densa e de grão mais fino, melhorando as propriedades mecânicas do produto final.
Conformação de metais semi-sólidos
A conformação de metal semi-sólido envolve a utilização de metal parcialmente solidificado (pasta semi-sólida) em vez de metal totalmente líquido. O metal semi-sólido é injetado na cavidade da matriz sob pressão. Este processo produz peças com elevada resistência e excelente precisão dimensional.
Fundição injectada por gravidade ou a baixa pressão
A fundição por gravidade ou a baixa pressão envolve a utilização de um molde permanente e a força da gravidade para encher o molde com metal fundido. O metal fundido é vertido para um forno de suporte e, em seguida, é utilizado um sistema de baixa pressão para forçar o metal a entrar no molde. Este processo é adequado para a produção de peças grandes e complexas com uma pressão relativamente baixa.
Fundição injectada sob pressão
A fundição injectada sob pressão é um termo geral que engloba os processos de fundição injectada em câmara quente e fria.
Em ambos os casos, a alta pressão força o metal fundido para dentro de uma cavidade da matriz. Isto resulta em ciclos de produção rápidos e na capacidade de produzir peças complexas e precisas com elevada repetibilidade.
Que materiais podem ser utilizados na fundição injectada?
A fundição injetada envolve a utilização de uma gama de ligas de alta qualidade, como alumínio, zinco, cobre, magnésio, chumbo, bronze e latão, para produzir peças e componentes metálicos detalhados com geometrias complexas e paredes finas.
Saiba mais sobre o vasto espetro de materiais utilizados na fundição injetada e descubra como podem ser utilizados da melhor forma para a aplicação pretendida.
Ligas de alumínio
O alumínio é amplamente utilizado na fundição sob pressão devido à sua leveza, boa relação resistência/peso, resistência à corrosão e elevada condutividade térmica. As ligas de alumínio comuns para fundição sob pressão incluem A380, A383 e A360.
Ligas de zinco
O zinco é outra escolha popular para a fundição sob pressão, oferecendo boa estabilidade dimensional, elevada resistência ao impacto e excelente resistência à corrosão. As ligas de zinco mais comuns utilizadas na fundição sob pressão incluem o Zamak 3, o Zamak 5 e o Zamak 7.
Ligas de cobre
As ligas à base de cobre, como o latão e o bronze, também podem ser utilizadas para a fundição injectada. Estas ligas oferecem uma boa condutividade eléctrica, resistência à corrosão e um aspeto agradável. No entanto, podem ter pontos de fusão mais elevados do que as ligas de alumínio e zinco.
Ligas de magnésio
O magnésio é conhecido pela sua baixa densidade, o que faz dele o metal estrutural mais leve. As ligas de magnésio são utilizadas na fundição injetada para aplicações em que a redução de peso é fundamental. As ligas de magnésio mais comuns incluem AZ91D e AM60B.
Ligas de chumbo
As ligas de chumbo são menos comuns na fundição injectada devido a preocupações ambientais e de saúde associadas ao chumbo. No entanto, as ligas de chumbo podem ainda ser utilizadas para aplicações específicas em que as suas propriedades, como a suavidade e a maleabilidade, são vantajosas.
Ligas de bronze e latão
O bronze e o latão são ligas à base de cobre que podem ser utilizadas na fundição injectada. São valorizadas pelas suas qualidades estéticas, resistência à corrosão e propriedades mecânicas específicas. No entanto, podem não ser tão comuns como as ligas de alumínio ou zinco nas aplicações tradicionais de fundição injetada.
Vantagens da fundição injectada
Para muitas indústrias e aplicações, a fundição sob pressão é uma escolha fiável e eficiente que produz uma integridade estrutural impressionante e oferece uma série de benefícios quando corretamente executada.
Estas vantagens vão desde acabamentos de superfície de qualidade e geometrias de peças complexas até à produção de alta tolerância com estabilidade dimensional melhorada.
Formas complexas: A fundição injetada permite a produção de formas intrincadas e complexas com elevada precisão. O molde utilizado no processo pode ser concebido para criar peças detalhadas e sofisticadas, tornando-o adequado para aplicações que exijam geometrias complexas.
Versatilidade: A fundição injectada pode produzir uma vasta gama de componentes, desde peças pequenas e complexas a peças maiores e mais robustas. Esta versatilidade torna-a aplicável em várias indústrias, incluindo a automóvel, a aeroespacial, a eletrónica e outras.
Poupança de custos: A fundição sob pressão é conhecida pela sua relação custo-eficácia, especialmente quando se produzem grandes quantidades de peças. As capacidades de produção a alta velocidade da fundição sob pressão resultam em tempos de ciclo mais curtos e custos de mão de obra mais baixos em comparação com outros processos de fabrico, contribuindo para uma poupança global de custos.
Eficiência: O processo de fundição sob pressão é altamente eficiente, com um desperdício mínimo de material. O metal fundido é injetado na cavidade da matriz, assegurando que o material é utilizado eficazmente e reduzindo a necessidade de operações adicionais de maquinagem ou acabamento. Esta eficiência traduz-se num processo de fabrico simplificado e eficaz em termos de recursos.
Repetibilidade: A fundição injetada oferece excelente repetibilidade e consistência na produção de peças. Uma vez criada a matriz, esta pode ser utilizada repetidamente para fabricar componentes idênticos, garantindo uma qualidade e especificações uniformes em grandes séries de produção.
Superfícies lisas: A fundição injetada resulta em peças com superfícies lisas e detalhes finos. A alta pressão no processo ajuda a obter um acabamento preciso e suave no produto final, reduzindo a necessidade de etapas adicionais de polimento ou acabamento.
Resistência à tração: As peças fundidas sob pressão apresentam uma elevada resistência à tração, o que as torna duráveis e capazes de suportar cargas e tensões substanciais. Esta caraterística é particularmente benéfica em aplicações em que a integridade estrutural e a resistência são críticas, como nos componentes automóveis e aeroespaciais.
Desvantagens da fundição injectada
Porosidade: A fundição injetada é propensa a problemas de porosidade no produto acabado, afetando a aparência e a durabilidade se não for monitorada de perto durante as atividades de produção e pós-produção.
Defeitos de textura: A natureza dos materiais não ferrosos e o processo de fundição sob pressão podem resultar em defeitos de textura no produto final, afectando a sua qualidade geral.
Incapacidade de ser tratado termicamente ou submetido a determinadas tensões: As peças fundidas sob pressão podem não ter a flexibilidade necessária para o tratamento térmico ou para aplicações específicas de tensão, o que limita a sua gama de utilizações.
Ferramentas complexas e esforços de precisão: A obtenção de resistência com componentes duráveis como o aço ou o titânio requer ferramentas complexas e esforços de precisão para o fabrico de moldes, restringindo as potenciais aplicações da fundição injectada.
Tensões residuais: As taxas de arrefecimento rápidas durante a fundição podem provocar tensões residuais nas peças fundidas sob pressão, podendo causar fissuras em artigos fundidos sob pressão de grandes dimensões. Poderá ser necessária maquinação adicional para uma utilização segura num sistema.
Restrições materiais: Devido às temperaturas de funcionamento das máquinas com câmara não pressurizada, a fundição injectada está geralmente limitada a materiais com pontos de fusão inferiores a 700°C, como o alumínio.
Gama limitada de itens possíveis: Os factores combinados acima mencionados restringem a variedade de artigos que podem ser produzidos eficientemente através de processos de fundição sob pressão.
Esforços de otimização em curso: Os projectistas devem manter-se bem informados sobre a otimização dos recursos para ultrapassar as limitações da fundição injetada, garantindo produtos finais eficientes ao longo do tempo.
Que sectores necessitarão de fundição injectada?
A fundição injetada é normalmente utilizada em várias indústrias para além do fabrico convencional de peças para automóveis. Muitas aplicações requerem componentes fundidos sob pressão e maquinados para equipamento médico, ferramentas eléctricas, produtos de mobiliário e projectos de defesa militar.
Continue a ler para saber mais sobre as aplicações para cada sector:
Automóvel: A fundição sob pressão é amplamente utilizada para produzir componentes como blocos de motor, caixas de transmissão e várias peças para automóveis devido à sua relação custo-eficácia e elevadas taxas de produção.
Elétrico: Os componentes eléctricos, como conectores, caixas e dissipadores de calor, podem ser produzidos de forma eficiente através da fundição sob pressão, devido à capacidade do processo para criar formas complexas com boa condutividade.
Aeroespacial: A fundição injectada é utilizada na aeroespacial para fabricar componentes leves com elevada integridade estrutural, tais como peças de motores de aeronaves e componentes estruturais.
Médico: A fundição sob pressão é utilizada para equipamento e dispositivos médicos, incluindo componentes para máquinas de diagnóstico, caixas para dispositivos médicos electrónicos e outras peças de precisão.
Transporte: Para além do sector automóvel, a fundição injectada encontra aplicações no sector dos transportes em geral, incluindo a produção de componentes para motociclos, bicicletas e outros veículos.
Aparelho: A fundição injetada é normalmente utilizada na indústria de eletrodomésticos para fabricar peças para frigoríficos, aparelhos de ar condicionado e outros eletrodomésticos.
Mobiliário: Embora não seja tão predominante como noutras indústrias, a fundição injetada pode ser utilizada para produzir determinados componentes de mobiliário, como ferragens metálicas ou elementos decorativos.
Também pode ser utilizado para produzir artigos como dobradiças, puxadores e pegas para acessórios domésticos duradouros.
Militar: Os militares utilizam a fundição injectada para produzir vários componentes, incluindo peças de armas, dispositivos de comunicação e outros equipamentos especializados.
Consumidor: A fundição injectada é utilizada para uma série de bens de consumo, incluindo a produção de componentes para câmaras, equipamento áudio e outros dispositivos electrónicos.
Brinquedos: A fundição injetada é utilizada para fabricar peças metálicas para certos tipos de brinquedos, proporcionando um método económico para produzir componentes detalhados e duradouros.
Perguntas frequentes
No método de fundição sob pressão, a qualidade do produto depende de que factores?
Na fundição sob pressão, a qualidade do produto depende de factores como a seleção de materiais, o controlo das matérias-primas, o planeamento do processo, o planeamento da produção e as caraterísticas da máquina de fundição sob pressão.
A seleção do material influencia a resistência e a durabilidade do produto, sendo que as ligas de baixo ponto de fusão contribuem para um aquecimento uniforme e para a prevenção de defeitos.
O controlo das matérias-primas envolve a refinação para remover impurezas, garantindo peças acabadas de alta qualidade. O planeamento do processo fornece instruções detalhadas para a produção em massa, reduzindo a variabilidade e o tempo de inatividade.
O planeamento da produção considera o número necessário de peças, os tempos de preparação e os ciclos para satisfazer os requisitos de produção sem comprometer a qualidade. A fundição sob pressão é um método eficiente para o fabrico rentável de objectos metálicos com formas complexas.
A fundição injectada é cara?
Sim, a fundição sob pressão pode ser dispendiosa devido a despesas iniciais significativas com equipamento, matrizes e componentes relacionados. Por exemplo, as máquinas de fundição injetada com câmara fria custam normalmente entre $50.000 e $500.000 ou mais, dependendo do tamanho e das caraterísticas.
Os investimentos adicionais incluem os custos de ferramentas para cada projeto de molde único utilizado nas séries de produção. Embora estes custos iniciais possam constituir um obstáculo em comparação com outros processos de fabrico, a fundição injetada pode tornar-se rentável ao longo do tempo, se considerarmos o potencial de produção em massa e os custos de ferramentas inferiores aos dos métodos alternativos.
Em última análise, a fundição injetada é um investimento que vale a pena para produzir grandes quantidades de peças ou formas complexas que não podem ser facilmente obtidas através de alternativas mais simples.
Porque é que se chama fundição injectada?
A fundição injetada significa essencialmente fundir metal num molde ou matriz. O processo produz peças complexas e de alta precisão com um acabamento de superfície liso. O termo "molde" enfatiza o papel do molde na formação do produto final durante o processo de fundição.
Os produtos de fundição injectada têm uma longa vida útil?
Sim, a fundição injectada cria normalmente produtos de longa duração. O tempo de vida depende de factores como o metal utilizado, o processo de produção e a manutenção.
As ligas de alumínio duram cerca de 100.000 ciclos com uma manutenção adequada, enquanto as ligas de zinco podem exceder um milhão de ciclos em condições óptimas.
Os moldes sob pressão têm um desempenho superior ao de outros componentes, como peças maquinadas, devido à deslocação mínima de material durante a produção e à conceção precisa do molde, garantindo uma precisão duradoura. Estas qualidades conduzem a poupanças de custos significativas em comparação com métodos alternativos, como o forjamento ou processos de fabrico com múltiplos componentes ou operações de soldadura.
Qual é a diferença entre fundição injetada e forjamento?
A fundição injetada e o forjamento são métodos metalúrgicos que criam com precisão formas complexas, mas diferem nas suas abordagens e resultados.
A fundição injecta metal líquido num molde sob pressão, produzindo formas intrincadas e precisas com vantagens como a elevada repetibilidade, superfícies lisas e poupança de custos nas ligas de alumínio. No entanto, tem limitações na espessura da parede e custos mais elevados para as ligas de zinco.
O forjamento aquece as matérias-primas e aplica força de compressão para as moldar, resultando em peças forjadas com uma integridade estrutural melhorada. Este processo, que utiliza prensas ou martelos, proporciona um melhor desempenho e durabilidade a longo prazo do que a simples fundição sob pressão.
Que termos de fundição injectada conhece?
A fundição injetada é um processo de fabrico eficaz que molda cuidadosamente os metais com moldes de injeção de alta pressão. As peças fundidas podem ser compostas por vários materiais, incluindo ligas de zinco, cobre, alumínio, magnésio e chumbo.
Para garantir uma qualidade consistente em todas as séries de produção - cada peça fundida sob pressão tem de cumprir determinados requisitos - são normalmente utilizados vários termos nas indústrias de fundição sob pressão para definir estes critérios específicos.
Os conceitos mais comuns de fundição sob pressão incluem ferramentas para fundição sob pressão (que designam a forma como os moldes são dispostos), tolerâncias de fundição sob pressão ou comparações de precisão dimensional (medição de uma peça produzida em relação às suas dimensões exactas), ângulos de tiragem (o ângulo em que as paredes se inclinam para fora dentro de uma cavidade do molde para uma ejeção mais rápida) e técnicas de corte/desbaste (para suavizar arestas vivas após a libertação da peça).
Observações finais
A fundição injectada é um processo de fabrico com inúmeras vantagens - permite a formação de formas complexas, pode produzir peças em grandes volumes com prazos de entrega curtos e tem propriedades mecânicas superiores.
Tem também algumas desvantagens, nomeadamente o elevado custo de capital da produção de equipamento de fundição injetada ou de matrizes/componentes relacionados; no entanto, uma conceção adequada para a possibilidade de fabrico pode compensar este facto.
A fundição sob pressão pode beneficiar muitas indústrias, como a produção de mobiliário, aplicações militares, bens de consumo e brinquedos, onde a redução de custos e a velocidade de fabrico são factores importantes.
Em última análise, a fundição injetada é benéfica porque um produto de material forte será produzido sem quaisquer custos de mão de obra excessivos devido à implementação eficiente dos processos relevantes envolvidos.
