Fundição sob pressão de alumínio de alta pressão: um guia detalhado

Conceito de fundição sob pressão de alta pressão

A fundição sob pressão de alta pressão (HPDC) é um processo de fundição de metal usado para produção em massa de peças metálicas complexas, de alta integridade e com formato quase final. O processo envolve a injeção de metal fundido em um molde pré-projetado em alta pressão, normalmente entre 1.000 e 25.000 PSI (libras por polegada quadrada). A alta pressão é mantida até que o metal fundido solidifique e seja removido do molde.

Este processo é realizado usando uma máquina de fundição sob pressão de câmara quente ou de câmara fria. A máquina de câmara quente é usada para materiais de baixo ponto de fusão, como zinco, enquanto a máquina de câmara fria é usada para materiais de alto ponto de fusão, como alumínio e magnésio. O HPDC é amplamente utilizado em indústrias como automotiva, aeroespacial e médica devido à sua capacidade de produzir peças de alta qualidade com tolerâncias restritas e formatos complexos.

Importância do conceito de fundição sob pressão de alta pressão em vários setores

A fundição sob pressão de alta pressão (HPDC) é um conceito importante em vários setores devido aos seus inúmeros benefícios. Aqui estão algumas indústrias que se beneficiam do conceito HPDC:

Eletrônicos de consumo: Os produtos eletrônicos de consumo, como smartphones, laptops e tablets, exigem peças pequenas e leves que possam ser facilmente fabricadas usando o processo HPDC. Este processo permite a produção de designs complexos e componentes precisos com alta exatidão.

Equipamentos Médicost: A indústria médica também se beneficia do conceito HPDC, que permite a produção de componentes leves e precisos para uso em dispositivos e equipamentos médicos. O processo fornece componentes de alta qualidade com excelentes acabamentos superficiais, tornando-o ideal para os rigorosos requisitos da indústria.

Indústria de Defesa: O HPDC é vantajoso na indústria de defesa, pois permite a produção de componentes complexos e de alta resistência com excelente precisão dimensional, que são cruciais para veículos militares, aeronaves e sistemas de armas. Isso permite inovação e desenvolvimento contínuos para atender aos requisitos tecnológicos avançados de equipamentos militares. Materiais compatíveis com fundição sob pressão de alta pressão

A breve visão geral dos materiais compatíveis a seguir o ajudará a determinar se o HPDC é o processo de fabricação apropriado ou se um método alternativo deve ser usado.

Alumínio: Este é um material amplamente utilizado na fundição sob pressão de alta pressão devido às suas propriedades inerentes, como leveza, estabilidade dimensional, condutividade elétrica, resistência à corrosão e resistência térmica.

O material tem bom fluxo quando fundido em alta pressão, mas requer um sistema de câmara fria para produzir peças fundidas de alta qualidade. As ligas de alumínio comuns usadas no processo incluem 380, 390, 412, 443 e 518. Este material é comumente usado em indústrias como automotiva e aeroespacial.

Magnésio: Este é outro material leve comumente usado no processo hpdc. Possui alta usinabilidade e é adequado para fundição sob pressão em câmara quente devido ao seu menor ponto de fusão. As ligas de magnésio comuns usadas no processo incluem AZ91D, AM60, AS41B e AE42.

Zinco: Este é o material mais fácil de fabricar dos três materiais comuns de HPDC. É adequado para sistemas de câmaras quentes e frias. As ligas comuns de fundição de zinco de alta pressão incluem Zamak, 2, 3 e 5. Os materiais fundidos de zinco são fortes, duráveis e usináveis.

O que é fundição sob pressão de alumínio

A fundição sob pressão de alumínio (HPDC) é um processo de fundição de metal que envolve a injeção de alumínio fundido em alta pressão em um molde pré-projetado para criar peças metálicas de alta qualidade. O alumínio é pressurizado em níveis que variam de 1.000 a 25.000 PSI para preencher a cavidade do molde e replicar o formato da peça desejada. É realizado em máquina de fundição sob pressão de câmara quente ou fria, dependendo do ponto de fusão da liga de alumínio.

Quando devo escolher o processo HPDC?

Existem dois tipos de equipamentos usados para fundição sob pressão de alta pressão: equipamentos de fundição sob pressão de câmara fria e equipamentos de fundição sob pressão de câmara quente. Para fundição de alumínio em alta pressão é necessária a utilização de máquinas de câmara fria.

A fundição sob pressão de alta pressão (HPDC) é uma técnica de fabricação rápida e econômica, adequada para fundição de metais não ferrosos. É ideal para altas demandas de produção e pode produzir peças de paredes finas com melhor qualidade de acabamento superficial. Porém, existe o risco de porosidade no interior da peça fundida, o que pode comprometer a integridade estrutural e torná-la inadequada para tratamento térmico.

Componentes de uma máquina de fundição sob pressão de alta pressão

Caso um fabricante pretenda adquirir uma máquina HPDC, aqui estão alguns componentes da máquina e suas respectivas funções.

Molde fundido 

É o principal componente da máquina, geralmente feito de aço. Possui um design que representa o produto pretendido e é responsável por moldar o metal fundido na forma desejada. O molde fundido sob pressão possui duas metades, uma móvel e outra fixa, que são fixadas sob força quando o operador injeta metal fundido.

Pinos Ejetores 

São componentes que auxiliam na ejeção do fundido após a solidificação. Eles estão localizados principalmente na metade móvel da matriz e auxiliam na remoção das peças fundidas do molde.

Pistão

Produz a pressão que injeta o metal fundido da câmara de sopro no molde. Dependendo do tipo de máquina, ela pode ser automatizada.

Componentes de aquecimento

Estes consistem no elemento de aquecimento, termopar e câmara de sopro (localização do metal fundido). Eles funcionam para aquecer o metal enquanto armazenam e mantêm a temperatura do metal fundido. Os componentes de aquecimento estão ausentes no sistema de câmara fria.

Tubo ascendente: Serve como passagem para o metal fundido no molde fundido.

Etapas do processo de fundição sob pressão de alta pressão

As informações a seguir fornecem uma compreensão abrangente de como funcionam os processos de fundição sob pressão:

O primeiro passo é a preparação do molde: Trata-se de limpar o molde e lubrificar suas paredes internas para facilitar a ejeção e a regulação da temperatura.

A segunda etapa é a injeção: Pode ser feito tanto pelo sistema de injeção em câmara quente quanto em câmara fria, dependendo do tipo de material utilizado. O sistema de câmara quente é adequado para metais de baixo ponto de fusão, como zinco e magnésio, enquanto a câmara fria é usada para metais de alto ponto de fusão, como alumínio e latão.

A terceira etapa é a remoção da peça: Envolve o uso de um pino ejetor para liberar a cavidade do molde e empurrar para fora os moldes solidificados.

A etapa final é aparar: Envolve a remoção de materiais extras encontrados na peça fundida e no molde usando vários métodos, como uma matriz de acabamento ou serra.

Vantagens e limitações das peças fundidas sob pressão

Vantagens

Taxas de produção mais altas

A etapa de injeção no HPDC é uma etapa vital e é concluída rapidamente, resultando em altas taxas de produção. Isso torna o processo benéfico para prototipagem rápida, especialmente para fabricação de grandes volumes, e mais rápido em comparação com outros métodos de fundição, como LPDC.

Fundições sob pressão de alta qualidade

As peças fundidas produzidas usando HPDC possuem alta precisão dimensional, excelente uniformidade e bom acabamento superficial. Eles também retêm as propriedades mecânicas do material original e geralmente requerem usinagem mínima.

Produtos de parede fina

O HPDC pode atingir uma espessura de parede fina inferior a 0,40 mm, e o processo permite a adição de pastilhas ou peças co-fundidas. Este recurso reduz o número de componentes necessários durante a montagem.

Conquistas de design complexo

HPDC é adequado para criar produtos com formatos de matrizes complexos devido à flexibilidade no design do molde. Essa flexibilidade facilita a montagem das peças produzidas.

Matrizes Duráveis

Os moldes fundidos utilizados no HPDC são altamente duráveis, permitindo seu uso em múltiplos ciclos de produção. Essa durabilidade reduz o custo unitário da fundição sob pressão.

Limitações

Presença de ar 

Este é um problema comum em HPDC, resultando em bolsas de ar no produto final. Isso torna o HPDC inadequado para produtos que exigem estanqueidade ao ar, pois o aprisionamento de ar pode causar porosidade e bolhas na superfície quando tratados termicamente. Nesses casos, a fundição sob pressão de baixa pressão pode ser uma alternativa melhor.

Os custos iniciais de inicialização 

Os custos iniciais de uma máquina HPDC pessoal podem ser significativos, e é por isso que muitos indivíduos e empresas optam por terceirizar suas necessidades de fundição sob pressão para um provedor de serviços.

Minimizando defeitos de matriz em HPDC

Abaixo estão alguns dos tipos de defeitos mais comuns e como minimizá-los:

Porosidade

Este é um problema comum encontrado durante o processo HPDC. Embora seja um desafio eliminar totalmente a porosidade, você pode minimizá-la incorporando tecnologia de vácuo ao equipamento.

Clarão

Flash é outra ocorrência comum na fundição de alumínio de alta pressão, que é o excesso de material que vaza ao longo das linhas de separação. Isso geralmente é causado quando a pressão de injeção ultrapassa a força de fixação. Uma maneira de evitar defeitos de flash é usar equipamento de fundição sob pressão com tonelagem suficiente.

Rasgo quente

Isso pode resultar de um resfriamento não uniforme e causar rasgos nos pontos quentes das peças. O resfriamento não uniforme geralmente surge devido à variação da espessura da parede em uma peça fundida, mas pode ser resolvido melhorando o projeto.

Seções não preenchidas

Seções não preenchidas na cavidade da matriz podem ocorrer devido a vários fatores. Esse problema pode ser evitado monitorando o volume do disparo, a velocidade e a temperatura de vazamento.

Aplicação do processo de fundição sob pressão de alta pressão

Indústria Médica: Na indústria médica, o HPDC é comumente usado para fabricar equipamentos de imagem de alta produção, bombas de infusão e outras peças médicas. A alta produtividade do processo, a compatibilidade com vários materiais e a capacidade de produzir designs complexos tornam-no uma escolha popular nesta indústria.

Indústria automobilística: A indústria automotiva depende do HPDC para fabricar componentes veiculares cruciais, como blocos de motor, suportes de motor, carcaças de caixa de câmbio e outras peças estruturais. A compatibilidade do método com materiais como alumínio e magnésio, sua capacidade de atingir alta precisão e sua capacidade de produzir projetos complexos fazem dele uma escolha preferida neste setor.

Indústria aeroespacial: O setor aeroespacial também emprega HPDC para fabricar peças de motores utilizando materiais como zinco, magnésio e alumínio. Esses metais possuem propriedades únicas que os tornam adequados para fundição sob pressão, e a capacidade do método de produzir designs complexos o torna uma opção ideal para a indústria aeroespacial.

Comparação entre HPDC e LPDC

    A. Fundição sob pressão de alumínio de alta pressão

A fundição sob pressão de alumínio (HPDC) é um processo de fabricação amplamente utilizado em todo o mundo, com aproximadamente 70% de fabricantes de fundição sob pressão utilizando esse processo. As etapas envolvidas no processo de fundição de alumínio são as seguintes:

Primeiramente, as ligas de alumínio são fundidas em um forno separado. Em seguida, o alumínio fundido é transferido para a manga de injeção do equipamento de fundição sob pressão, manualmente ou por um braço robótico. Então, o metal fundido é empurrado para dentro do molde por um pistão sob alta pressão. A peça fundida é deixada esfriar e solidificar dentro das matrizes por um período específico antes que as metades da matriz sejam separadas e a peça fundida acabada seja recuperada.

    B. Fundição sob pressão de baixa pressão

As máquinas de fundição de alumínio de baixa pressão têm uma estrutura diferente em comparação com os equipamentos de fundição de alumínio de alta pressão, e o processo de fundição sob pressão de baixa pressão é descrito abaixo:

Primeiro, a liga de alumínio é derretida em um forno vedado. As metades da matriz são posicionadas no topo do forno e conectadas por meio de um tubo ascendente. Então, baixa pressão de ar é aplicada de dentro do forno, fazendo com que o alumínio fundido suba através do tubo e preencha a cavidade da matriz. A pressão do ar é mantida até que a peça fundida solidifique. Finalmente, as matrizes são abertas e a peça fundida é recuperada.

    C. Quando escolher o processo HPDC ou LPDC

A escolha entre fundição sob pressão de alta pressão (HPDC) e fundição sob pressão de baixa pressão (LPDC) depende de vários fatores, como a complexidade do projeto da peça, o volume de produção desejado, as propriedades do material exigidas e as considerações de custo.

O HPDC é preferido para peças complexas com paredes finas e detalhes intrincados, pois permite flexibilidade no projeto de moldes intrincados. Também é ideal para produção de alto volume, pois é um processo rápido com altas taxas de produção. HPDC produz peças com alta precisão dimensional, bom acabamento superficial e excelente uniformidade. No entanto, o HPDC pode não ser adequado para peças que não possam apresentar bolsas de ar ou defeitos.

Já o LPDC é adequado para produzir peças com paredes mais espessas e de menor complexidade. É ideal para peças com altas propriedades mecânicas e que necessitam de tratamento térmico, como componentes de motores. O LPDC também pode produzir peças com menos defeitos e menos porosidade. No entanto, o LPDC pode não ser tão rápido quanto o HPDC e pode não ser adequado para execuções de produção de alto volume.

Perguntas frequentes (FAQ)

Por que usar usinagem CNC para moldes de fundição sob pressão?

A usinagem CNC é um processo de fabricação amplamente preferido para moldes de fundição sob pressão devido à sua precisão, exatidão e capacidade de atingir altas tolerâncias. Como os moldes de fundição sob pressão exigem altos níveis de detalhe, a usinagem CNC é o processo preferido para sua fabricação.

Fundição sob pressão: é para plásticos?

É importante observar que a fundição sob pressão não é usada para plásticos. A moldagem por injeção é o processo preferido para polímeros plásticos, enquanto a fundição sob pressão é usada para metais.

Como você diferencia entre fundição de alta pressão e fundição por gravidade?

A principal diferença entre a fundição de alta pressão e a fundição por gravidade está no método usado para preencher o molde com metal fundido. A fundição de alta pressão envolve a injeção do metal sob alta pressão, enquanto a fundição por gravidade depende da força da gravidade para preencher o molde com metal fundido.