Você já pensou em como os componentes complexos de um carro, como blocos de motor ou trens de força, são produzidos?? O que pode ser dito sobre essas peças pesadas é que elas são semelhantes às ferramentas cirúrgicas leves usadas na indústria médica.. A fundição sob pressão é ideal para produzir peças fortes e frágeis ao mesmo tempo.
O que torna o HPDC um processo preferido com inúmeras utilizações? Este artigo discute os recursos do processo HPDC em termos de aspectos técnicos do processo e usos. Conhecer esses fatores permitirá que você decida se esta técnica de fabricação atenderá às suas necessidades ou não..
Fundição sob pressão de alta pressão: Uma visão geral
Na técnica de fundição sob pressão, as peças são formadas pela injeção de metal em brasa em um molde. O processo envolve uma alta pressão normalmente hidráulica para forçar o metal em uma forma de matriz. Uma prensa forte deve manter a matriz selada durante a injeção. Quando o metal endureceu, o dado libera a fundição. Após a ejeção, a matriz trava para o próximo ciclo, conseqüentemente. O ferramental é composto por dois blocos de aço que juntos formam a cavidade da matriz.
Processo de fundição sob pressão de alta pressão passo a passo
Aqui estão as etapas frequentes normalmente envolvidas na fundição sob pressão:
Etapa 01: Preparação do dado
Em primeiro lugar, é recomendado que a superfície das peças cooperantes da matriz de aço seja limpa e verificada quanto a potenciais contaminantes. Deve ser firmemente fixado para a formação de uma cavidade precisa com muitos padrões exigentes, tendo um nível de tolerância de cerca de ±0,005 polegadas.
Etapa 02: Aquecendo a matriz
A matriz deve ser aquecida entre 300°F e 500°F ou 150°C a 260°C. Esta faixa de temperatura garante o fluxo eficiente de metais e minimiza o choque térmico durante a injeção.
Etapa 03: Produção de Metal Fundido
As ligas metálicas normalmente utilizadas são alumínio ou zinco. Normalmente, estes derretem em torno de 1200°F a 1300°F (650°C a 700 °C). Para alcançar a viscosidade correta e a característica de fluxo, é necessário manter esta temperatura.
Etapa 04: Injeção de Metal Fundido
Despeje o metal fundido na cavidade da matriz em alta pressão, isso geralmente varia de 1,500 para 30,000 psi ou 10 para 200 MPa. Esta alta pressão garante que o molde seja preenchido até a borda para reduzir as chances de ar preso e, assim, produzir componentes com formato próximo ao final.
Etapa 05: Pressão de retenção
A pressão é então mantida por vários segundos (3 para 10 segundos) de modo a compensar a contração que o metal sofre quando esfria. Esta fase de retenção proporciona uma melhoria considerável nas propriedades mecânicas da peça final devido à diminuição da porosidade.
Etapa 06: Resfriamento e Solidificação
Deixe o metal fundido cristalizar dentro da matriz. Os tempos de coalescência podem ser mais longos e geralmente levam de 10 para 30 segundos dependendo da espessura da peça e do material.
Etapa 07: Ejeção da Fundição
Depois que a mistura estiver definida, a matriz é então aberta e a peça fundida é recuperada usando pinos ejetores que aplicam uma tração de cerca de 10 toneladas. Desta forma fica mais fácil retirar o material sem afetar a peça, e assim mantendo suas dimensões.
Etapa 08: Corte e Acabamento
Remova material indesejado da peça fundida incorporando ferramentas de corte mecânicas ou cortadores de molde apropriados. As operações finais em uma peça podem ser feitas através de usinagem, tratamento de superfície, ou polimento, que pode ser definido pela média de rugosidade superficial ou Ra.
Etapa 09: Garantia da Qualidade
Realize testes rigorosos e abrangentes no contorno da peça fundida acabada quanto a porosidade ou erro dimensional. Testes ultrassônicos ou de raios X são usados para verificar a qualidade de todas as peças antes de vendê-las no mercado.
Vantagens da fundição sob pressão de alta pressão
Fundição sob pressão de alta pressão (HPDC) é altamente apreciado por seus benefícios em comparação com abordagens convencionais. Aqui estão os benefícios comuns deste processo:
Maior velocidade de produção
Comparado à gravidade ou fundição de baixa pressão, HPDC aumenta a eficiência da produção por uma grande margem. A injeção em alta velocidade leva pouco tempo para preencher a matriz e, no processo, leva a tempos de ciclo baixos. Portanto, é ideal para indústrias que precisam de muitas peças, e HPDC é o método preferido para produção em quantidade.
Alta qualidade de peças
Os produtos fabricados através de HPDC são caracterizados pela alta precisão e qualidade dos componentes. Alta precisão dimensional e acabamentos superficiais aprimorados significam menos necessidade de pós-processamento, reduzindo assim tempo e despesas. Também facilita o revestimento e o revestimento porque fornece uma superfície lisa para aplicar os acabamentos. No entanto, HPDC oferece uniformidade das características mecânicas dos componentes produzidos, proporcionando assim confiabilidade no uso.
Capacidade para produtos de paredes finas
Do ponto de vista do design, HPDC oferece a vantagem de estruturas de paredes finas. Espessuras de parede inferiores a 0,4 mm podem ser obtidas dependendo dos requisitos do projeto. Essa capacidade resulta em uma grande economia de peso que é essencial em indústrias como automotiva e aeroespacial. Além disso, o método pode incluir insertos que podem ser fundidos em primeiro lugar, reduzindo assim o número de peças a serem montadas.
Projeto Adaptativo da Complexidade do Edifício
Os formatos das matrizes do HPDC permitem o desenvolvimento de projetos complexos devido à natureza do processo. Com esta técnica, os fabricantes podem criar geometrias complexas que podem ser difíceis de usar com outras tecnologias. Esta flexibilidade é adequada para diferentes montagens e melhora ainda mais a funcionalidade do produto acabado.
Longevidade das Ferramentas
HPDC (fundição sob pressão de alta pressão) permite a produção eficiente de peças usando matrizes projetadas para suportar múltiplas execuções de produção. Essa durabilidade reduz o custo por unidade, permitindo assim que os fabricantes distribuam os custos iniciais de ferramentas por muitas peças. Projetos de matrizes de alta qualidade tornam possível alcançar uma produção de alta qualidade mesmo após vários números de execuções de produção.
Desvantagens da fundição sob pressão de alta pressão
No entanto, existem algumas desvantagens no uso de fundição sob pressão de alta pressão (HPDC) que pode torná-lo inadequado sob algumas condições.
Alto custo inicial e custo operacional
Os custos irrecuperáveis e iniciais são elevados para a implementação do HPDC. A confecção de matrizes é cara, mais do que outras técnicas. Em geral, esses custos são justificados apenas para a produção em massa de bens.
Poucas vantagens para peças fundidas mais espessas
Embora o HPDC proporcione ciclos de produção muito curtos, a vantagem diminui à medida que a espessura da peça fundida aumenta. Maior espessura da parede prolonga o tempo necessário para solidificação anulando os benefícios da injeção rápida.
Risco de porosidade em peças fundidas
A porosidade em peças fundidas ocorre devido à presença de bolsas de ar. Vários fatores contribuem para esse problema, Incluindo; escolha de liga, encolhimento por resfriamento, e a taxa na qual o molde se enche de metal fundido. Fundições porosas são ruins para estruturas e seu desempenho, pois possuem propriedades mecânicas fracas.
Problemas com tratamento térmico e soldagem
Como qualquer outro processo de casting, microfissuras em peças fundidas porosas podem ser causadas por soldagem ou tratamento térmico. Durante esses processos, o ar preso nos poros se expande causando falha dos vários componentes. Se o material requer tratamento térmico, então você pode precisar de métodos especiais para evitar a porosidade.
Aplicável apenas a metais de alta fluidez
As aplicações do HPDC são restritas a metais que apresentam alta fluidez. Os materiais mais apropriados para utilização na produção de revestimentos de base metálica incluem o alumínio, zinco, e magnésio. Esta limitação limita a aplicabilidade do HPDC para outros tipos de metal.
Fundição sob pressão de alta pressão: Sistemas de Câmara Quente e Fria
A fundição sob pressão emprega dois sistemas distintos para injetar metal fundido em moldes:
- Sistema de Câmara Quente
- Sistema de Câmara Fria
Estabelecendo isso para esses sistemas, vamos discutir mais profundamente para um bom entendimento;
Sistema de Câmara Quente
O sistema é bem aplicável para metais como zinco, magnésio, liderar, etc.. O mecanismo de injeção ainda permanece submerso no metal líquido. Em operação, um pistão força o metal fundido através do bico para dentro da matriz.
Sistema de Câmara Fria
Para metais com alto ponto de fusão, o sistema de câmara fria geralmente é explorado. Alguns dos exemplos de metal incluem alumínio e cobre. Cada sistema é capaz de produzir peças de magnésio, mas peças pequenas frequentemente usam câmaras quentes, enquanto peças grandes requerem câmaras frias devido a fatores de tamanho.
Os sistemas de câmara fria funcionam a uma pressão mais elevada em comparação com os sistemas de câmara quente. O processo de vazamento é mais rápido e é por isso que as taxas de produção são normalmente maiores em câmaras quentes.
Sistemas de Injeção em Câmara Fria
O sistema de câmara fria emprega dois tipos de métodos de injeção:
- Injeção Horizontal
- Injeção Vertical
O metal fundido é canalizado diretamente para um canal de alimentação que abastece a câmara fria. Este vazamento pode ser feito automática ou manualmente.
O pistão é acionado hidraulicamente e desce através de um canal de aço. Esta ação impede a entrada de luz e força o metal fundido a entrar no molde com pressão e alta velocidade.
Subseqüentemente, o pistão retorna à sua posição inicial, e o molde é liberado para o produto solidificado. O elenco é então ejetado, e o conjunto de moldagem retorna à posição de recebimento de outro lote.
Quais são os metais mais comuns usados na fundição sob pressão de alta pressão?
Os tipos mais comuns de metais empregados para fundição sob pressão incluem:
Fundição sob pressão de alumínio
A fundição sob pressão de alumínio envolve forçar o alumínio fundido em um molde a alta pressão de até (1,500 para 25,000 psi). O processo resulta em geometrias de seção transversal estreitas e complexas com uma superfície polida. Produtos comuns incluem componentes de veículos motorizados, sopradores de canal lateral, caixa de equipamentos eletrônicos, e fabricação de itens.
Fundição sob pressão de zinco
A fundição sob pressão de zinco é uma técnica de alta pressão. Envolve forçar o zinco fundido em moldes para produzir peças precisas. Produz formas complexas com características de superfície superiores. O processo é aplicado com mais frequência em peças automotivas e conectores elétricos. No processo, faixas de pressão entre 1000 para 30000 psi).
Fundição sob pressão de magnésio
A fundição sob pressão de magnésio é um processo de formação de material leve no qual alta pressão é usada para forçar o magnésio fundido nos moldes.. Este método também gera componentes resistentes e rígidos que são adequados para aplicações automotivas e aeroespaciais. A fundição sob pressão de magnésio funciona a pressões moderadas de cerca de 1500 para 20000 psi e isso resulta em altos níveis de precisão em termos de dimensão e acabamento superficial. Adicionalmente, a natureza leve do magnésio tem implicações positivas para a eficiência de combustível dos veículos.
Aplicações de fundição sob pressão de alta pressão
A alta qualidade alcançada com HPDC o torna mais preferido em vários setores. As principais aplicações incluem:
Setor Automotivo
Na fabricação automotiva, HPDC é usado para fabricar peças estruturais significativas feitas de metais leves, como alumínio e magnésio. Exemplos de peças comuns são blocos de motor, caixas de transmissão, e cárteres de óleo. Estes componentes necessitam de estruturas leves e duráveis para melhorar o desempenho e a eficiência do veículo em termos de consumo de combustível..
Campo Médico
HPDC pode ser considerada uma técnica ideal na produção de instrumentos cirúrgicos leves. Dispositivos médicos, incluindo equipamentos de imagem e bombas de infusão, são produzidos através deste processo. Como as aplicações médicas exigem componentes confiáveis de alta qualidade devido à precisão e ao desempenho necessários.
Indústria aeroespacial
O setor de fabricação aeroespacial recorre ao HPDC como uma técnica adequada a geometrias complexas. Exemplos são alumínio, zinco, e magnésio que são utilizados na produção de peças para motores de automóveis e outras estruturas utilizadas em aeronaves. As propriedades mecânicas dos componentes criados através do HPDC alinham-se com os requisitos de segurança e desempenho exigidos para componentes aeroespaciais.
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Perguntas frequentes gerais
1º trimestre. Qual é o tempo de ciclo normal da fundição sob pressão?
Os tempos de ciclo para fundição sob pressão estão entre 15 e 60 segundos dependendo do design e tamanho da peça. Devido a esta rápida reviravolta, o sistema é adequado para fabricação de alto volume.
2º trimestre. Qual é a espessura de parede comum ao usar este processo?
Usando fundição sob pressão, é possível atingir a espessura da parede tão baixa quanto 0.5 milímetros, mantendo a alta resistência do componente.
3º trimestre. Como a fundição sob pressão de alta pressão afeta as propriedades mecânicas?
As propriedades mecânicas das peças fundidas sob pressão de alta pressão são superiores às das peças fundidas em areia; a resistência ao escoamento varia de 200 para 300 MPa e resistência à tração variam de 250 para 400 MPa dependendo do tipo de liga utilizada.
4º trimestre. Que porcentagem de resíduos é normalmente produzida na fundição sob pressão?
O processo de produção também é muito eficiente, com desperdício inferior a 5%, principalmente devido a recortes e excesso de material, que pode ser devolvido ao ciclo de produção.
Q5. Como a temperatura do molde afeta o processo de fundição?
É importante manter as temperaturas do molde na faixa de 180 para 300 C para melhores resultados. Os tempos de resfriamento são mais longos em temperaturas mais baixas, e o acabamento superficial é melhor em taxas de resfriamento mais altas. No entanto, o calor excessivo pode ser problemático para a precisão dimensional.
Q6. Faixa de pressão de fundição sob pressão de alta pressão
A fundição sob pressão normalmente opera em pressões que variam de 1,500 para 30,000 psi. Esta alta pressão permite que o metal fundido preencha o molde de forma rápida e uniforme.
