Ferramentas de fundição sob pressão: A pedra angular da manufatura de precisão

Como o mundo moderno da manufatura é cercado por ferramentas de fundição sob pressão, não é de se admirar que as ferramentas de fundição sob pressão tenham se tornado uma etapa essencial na fabricação de componentes metálicos precisos e confiáveis. Sejam peças automotivas ou eletrônicos de consumo, o objetivo é que os produtos tenham os mais altos padrões de qualidade em termos de durabilidade, função e aparência. Este guia abrangente de todas as partes do ferramental de fundição sob pressão, desde os tipos até as vantagens e desvantagens e as aplicações, será extremamente útil se você estiver totalmente envolvido com a fabricação.
Embora o custo de produção de peças a partir de ferramentas de fundição sob pressão seja mais alto inicialmente, por outro lado, ele proporciona menos desperdício de material, tempo de ciclo de produção mais rápido e a capacidade de criar projetos complexos com muito pouco ou nenhum pós-processamento. Não só os avanços nos sistemas de resfriamento e peças de substituição mais eficientes, como insertos de substituição, revestimentos de superfície e similares, aumentaram a eficiência e a durabilidade, como também ajudaram as grades menos desgastadas e a melhor purga do sistema elétrico.

O que é ferramental de fundição sob pressão?

Ferramental de fundição sob pressão significa as ferramentas e os processos para o ferramental de fundição sob pressão. Essas matrizes (moldes) também moldam o metal fundido em componentes complexos e precisos sob alta pressão. A engenharia de ferramentas avançadas de fundição sob pressão requer materiais e práticas de projeto meticulosas, bem como habilidades avançadas de engenharia para facilitar a produção de peças consistentemente produzidas e livres de defeitos.
Primeiro, o metal (geralmente alumínio, zinco ou magnésio) é derretido e passado sob alta pressão para a matriz. A qualidade do produto final depende da precisão do ferramental, e é por isso que o ferramental de fundição sob pressão é essencial para a fabricação industrial.

Componentes de ferramentas de fundição sob pressão

O processo de fundição sob pressão é um processo de fabricação de precisão que depende muito do conjunto de ferramentas necessárias para produzir peças metálicas de alta qualidade. A combinação dessas ferramentas é tal que elas são precisas, duráveis e eficientes. As ferramentas mais comuns usadas na fundição sob pressão estão listadas abaixo.

1. Matrizes (moldes)

A ferramenta mais importante do processo é a matriz, também chamada de molde. Ele consiste em duas metades:

- A matriz de cobertura permanece estacionária e alinhada ao sistema de injeção.

- Se for um molde ejetor, ele se move para liberar a fundição solidificada. O aço temperado é usado na fabricação de matrizes para suportar pressões extremas e altas temperaturas. Eles definem as dimensões que serão construídas, a complexidade do produto final e a precisão. 

2. Insertos de cavidade

O formato interno da matriz é formado por inserções de cavidade para criar as formas mais complexas. Por esse motivo, esses insertos são substituíveis, facilitando a troca da matriz para diferentes componentes sem a necessidade de fabricar uma nova ferramenta.

3. Pinos do núcleo

Para fabricar furos internos, ranhuras ou recessos complexos, um recurso interno é criado com um pino de núcleo. Para obter o produto acabado ou o produto com a melhor qualidade possível, eles são necessários.

4. Pinos ejetores

A fundição concluída é removida da cavidade da matriz sem danificá-la por meio de pinos ejetores. Esses pinos são usados para o sistema de ejeção, proporcionando uma remoção suave e fácil da peça.

5. Canais de resfriamento

A matriz inclui canais de resfriamento para permitir a regulagem da respectiva temperatura durante a fundição. Como o resfriamento uniforme evita defeitos como empenamento, rachaduras ou encolhimento, ele também proporciona uma qualidade constante.

6. Respiros e poços de transbordamento

O ar preso é liberado das aberturas quando o metal fundido é injetado na matriz e os poços de transbordamento são usados para coletar o excesso de material. O produto final é livre de vazios ou bolsões de ar, e ambas as ferramentas contribuem para isso.

7. Matrizes de corte

As matrizes de corte são ferramentas especializadas para remover o excesso de material, ou seja, a rebarba das peças fundidas. Bordas limpas e dimensões precisas para o produto final são garantidas porque elas prometem isso.

8. Sistemas de lubrificação

A matriz é lubrificada com alguns lubrificantes aquosos para minimizar o desgaste, reduzir o atrito e também facilitar a remoção da peça. A lubrificação em sua forma adequada melhora a vida útil da matriz, evita o desligamento da matriz e garante operações de fundição sem problemas.

9. Mangas de tiro 

Os guias do sistema de injeção são mangas de injeção que guiam o metal fundido até a cavidade da matriz. A maneira como são projetadas para lidar com calor e pressão extremos significa que elas trabalham para suavizar o fluxo de metal.

10. Pulverizadores

Os agentes desmoldantes são revestidos na matriz usando pulverizadores para evitar que o metal fundido grude na matriz e facilitar a remoção da peça.

Em outras palavras, essas ferramentas trabalham juntas para fornecer peças consistentes, de alta qualidade e sem defeitos - indispensáveis para setores como o automotivo, aeroespacial, eletrônico etc.

Tipos de ferramentas de fundição sob pressão

No caso de ferramentas de fundição sob pressão, não existe um tamanho único para todos. Dependendo dos requisitos de produção, vários tipos de ferramentas são projetados.

Ferramental de cavidade única: Esse tipo de ferramenta produz uma peça por ciclo. É adequado para um sistema de produção ou prototipagem de baixo volume.

Ferramentas multicavidades: O ferramental de múltiplas cavidades permite a produção simultânea de várias peças idênticas, melhorando a eficiência da produção. Para fabricação de alto volume, é muito comumente usado.

Ferramentas da família: Todo o método de ferramental é inovador, pois produz muitas peças diferentes em um único ciclo. Ele é particularmente adequado para a montagem de componentes que devem ser fabricados juntos.

Ferramental de matriz unitária: As matrizes unitárias modulares podem substituir tipos de pastilhas ou partes das matrizes sem redesenhar a matriz inteira. Isso reduz os custos e o tempo de inatividade.

Matrizes de corte: Eles são usados para eliminar o excesso de material (flash) da peça acabada, garantindo que a peça acabada atenda às especificações exatas.

Benefícios do ferramental fundido sob pressão

Atualmente, as ferramentas de fundição sob pressão são indispensáveis devido às suas muitas vantagens:

Precisão e exatidão: A alta precisão dimensional é obtida, é claro, com a fundição sob pressão, a produção de peças com tolerâncias relativamente rígidas e projetos complexos.

Durabilidade: Essas ferramentas são feitas de aço duro e são capazes de suportar os rigores da fundição de alta pressão e do uso intenso.

Eficiência: O processo oferece uma maneira rápida e econômica de produzir peças idênticas sem muito refugo e, portanto, é econômico para a produção em larga escala.

Flexibilidade de design: Com as ferramentas de fundição sob pressão, há formas complexas, paredes finas e detalhes intrincados que não são possíveis com outros métodos de fabricação.

Economia de material: O ferramental é incomparável, permitindo o mínimo de desperdício e sucata, o que contribui para um processo de fabricação mais sustentável.

Acabamento da superfície: Geralmente, as peças fundidas sob pressão têm superfícies relativamente lisas que precisam de pouco ou nenhum pós-processamento e economizam tempo e tempo.

Desafios em ferramental de fundição sob pressão

Os desafios do ferramental de fundição sob pressão são muitos, embora o ferramental de fundição sob pressão tenha suas vantagens:

1. Custos iniciais elevados

A fabricação e o projeto de matrizes podem ser caros (embora isso possa depender da escala), e é necessário um grande investimento de capital para matrizes de fabricantes de pequena escala.

2. Requisitos de manutenção

A manutenção do ferramental e a preservação da qualidade do produto são necessárias regularmente. A falta de manutenção causará defeitos e atrasos na produção.

3. Limitações do projeto

O design de emergência é importante, até mesmo crítico, em alguns casos. Projetos extremamente complexos também podem exigir técnicas avançadas ou processos de várias etapas, o que aumenta a complexidade dos custos de produção.

4. Fadiga térmica

A repetição de altas temperaturas pode desgastar a matriz, e a matriz desgastada desenvolverá rachaduras ou se deformará com o tempo.

Fatores a serem considerados no projeto de ferramentas de fundição sob pressão

O que se segue é específico para fornecer planejamento detalhado e consideração dos fatores envolvidos na criação de ferramentas de fundição sob pressão eficientes e confiáveis.

1. Seleção de materiais

O projeto do ferramental é baseado na escolha do metal. Os metais comumente usados são alumínio, zinco e magnésio, com propriedades de leveza, força e resistência à corrosão.

2. Gerenciamento térmico

Por outro lado, sistemas de resfriamento adequados são necessários para evitar o superaquecimento, que pode levar a defeitos na fundição.

3. Longevidade da ferramenta

A escolha de materiais de melhor qualidade na criação da matriz prolongará sua vida útil e reduzirá a frequência de substituição.

4. Eficiência de custos

Os custos iniciais de ferramental são altos, mas são, no entanto, muito baixos em uma base por unidade para produções de grande volume.

5. Complexidade do produto

Quanto mais complexo for o projeto da peça, mais intrincado será o ferramental. Um segundo impacto pode ser sobre o tempo de execução e o custo.

Aplicações de ferramentas de fundição sob pressão

No entanto, o ferramental de fundição sob pressão é uma prática fundamental para a produção de peças metálicas complexas e de alta qualidade em muitos setores. Ele é indispensável para uma ampla variedade de aplicações devido à sua capacidade de produzir peças duráveis, leves e precisas. Alguns dos principais setores que fazem uso extensivo de ferramentas de fundição sob pressão são os seguintes:

1. Automotivo

No setor automotivo, o ferramental de fundição sob pressão é muito importante. São usados componentes fundidos sob pressão, como blocos de motor, caixas de transmissão, suportes, componentes de direção etc., que precisam ser fundidos de acordo com padrões muito rígidos de precisão, resistência e força. Obviamente, o processo também é útil para a produção de peças leves, importantes para aumentar a eficiência do combustível nos veículos modernos.

2. Eletrônicos de consumo

Na fabricação de produtos eletrônicos, a fundição sob pressão é amplamente usada para produzir as estruturas dos smartphones, as carcaças dos laptops, os conectores e os dissipadores de calor. A capacidade do processo de criar designs complexos, já que as peças também são leves e resistentes, também beneficia essas peças.

3. Aeroespacial

Existem aplicações para ferramentas de fundição sob pressão no setor aeroespacial, onde componentes, como carcaças, suportes e peças estruturais, são usados para fabricar componentes leves, mas robustos. Para esse setor moderno, esses componentes devem atender a requisitos rigorosos de desempenho e segurança, e é nesse ponto que a fundição sob pressão oferece o que é necessário.

4. Equipamentos industriais

Fornecimento de bombas, engrenagens, válvulas e carcaças fundidas sob pressão para peças de máquinas industriais. A fundição sob pressão garante que esses componentes atendam a rigorosos padrões operacionais.

5. Dispositivos médicos

Na área médica, as peças fundidas sob pressão são muito importantes para a fabricação de peças confiáveis e precisas para dispositivos como aparelhos de imagem, ferramentas de diagnóstico e ferramentas cirúrgicas. É de extrema importância que esses dispositivos possam ser fabricados com tolerâncias estreitas, pois elas são muito importantes para a segurança e a eficácia da própria peça.

6. Energia renovável

À medida que a energia renovável se expande, as ferramentas de fundição sob pressão se tornam um método de criação de componentes para turbinas eólicas, suportes de painéis solares ou veículos elétricos para obter durabilidade e eficiência.

As ferramentas de fundição sob pressão dão suporte à inovação e à produção em vários setores diferentes, conforme demonstrado nestas aplicações.

Inovações em ferramentas de fundição sob pressão

Os avanços tecnológicos estão transformando as ferramentas de fundição sob pressão: o processo está se tornando mais possível, eficiente e preciso. Isso vem transformando o setor ao reduzir o desperdício, melhorar a qualidade e prolongar a vida útil das ferramentas. ALGUNS DOS AVANÇOS NOTÁVEIS ESTÃO DESCRITOS ABAIXO:

Manufatura aditiva: As ferramentas de fundição sob pressão têm muito a fazer devido à manufatura aditiva, ou impressão 3D. Os diretórios estão sendo usados para construir protótipos de ferramentas que os fabricantes usam para testar e refinar projetos rapidamente e a baixo custo. Isso acelera o ciclo de desenvolvimento e reduz o risco de erros que ocorrem em grandes produções. A impressão 3D também possibilita a fabricação de geometrias complexas que não podem ser feitas usando técnicas de fabricação tradicionais.

Revestimentos avançados: Fundido sob pressão As ferramentas de fundição estão sendo revestidas, por exemplo, com Deposição Física de Vapor (PVD) e nitretação, devido à necessidade de melhorar a resistência ao desgaste, a estabilidade térmica e a dureza da superfície dos produtos fundidos sob pressão. A adição desses revestimentos ajuda a proteger as matrizes das condições adversas da fundição de alta pressão, aumentando, assim, a vida útil de cada matriz e reduzindo os custos de manutenção. Os revestimentos também melhoram a qualidade do produto final, reduzindo o atrito e evitando que o metal fundido grude na matriz.

Software de simulação: Os engenheiros estão usando ferramentas avançadas de simulação para projetar matrizes de forma otimizada antes do início da produção. O resultado são essas ferramentas que simulam o fluxo do metal fundido, as taxas de resfriamento e possíveis defeitos para que os fabricantes possam encontrar e corrigir defeitos antes que eles ocorram durante a fase de projeto. Isso é o que acontece: A tentativa e o erro são reduzidos, os prazos de entrega são encurtados e o sucesso na produção é, de fato, maior.

Sistemas automatizados: O processo de fundição sob pressão está passando por uma mudança provocada pela automação e pelo aumento da eficiência e da consistência. À medida que o metal fundido é injetado, as peças são manuseadas e os componentes acabados são inspecionados, sistemas robóticos estão sendo usados. Os sistemas automatizados eliminam o erro humano, proporcionam maior velocidade de produção e produzem todos os lotes com qualidade uniforme.

Monitoramento inteligente e integração de IoT: A integração da tecnologia de Internet das Coisas (IoT) proporcionará o monitoramento em tempo real das ferramentas de fundição sob pressão. Sensores de temperatura, pressão e desgaste incorporados às ferramentas alimentam os dados para a manutenção preditiva e aumentam a eficiência geral da manutenção.

Eles estão ajudando o setor de fundição sob pressão a se tornar cada vez mais preciso, sustentável e flexível, um setor que continua a ser um dos que não podem ser ignorados por muito tempo.

Tendências futuras em ferramentas de fundição sob pressão

As ferramentas de fundição sob pressão estão mudando para atender às demandas de novos produtos mais leves, mais fortes e mais sustentáveis, à medida que os setores se tornam mais competitivos. Algumas tendências futuras incluem:

1. Foco na sustentabilidade

A adoção de práticas ecologicamente corretas é incentivada por meio de esforços para reduzir o desperdício e o consumo de energia na fundição sob pressão.

2. Materiais leves

O magnésio, assim como outras ligas leves, está sendo cada vez mais usado nos setores automotivo e aeroespacial.

3. Tecnologia de gêmeos digitais

O monitoramento em tempo real e a manutenção preditiva podem ser obtidos por meio de gêmeos digitais de sistemas de ferramentas, além de aumentar a eficiência dos sistemas de ferramentas e reduzir o tempo de inatividade.

Conclusão

No ambiente de fabricação moderno, ferramentas de fundição sob pressão é uma peça essencial usada para a produção de peças metálicas de alta qualidade com precisão e consistência. No entanto, trata-se de uma cadeia muito complexa que utiliza moldes, insertos de cavidade, pinos de núcleo e sistemas de ejeção, todos combinados para produzir peças com tolerâncias muito restritas e geometrias complexas. É amplamente utilizado nos setores automotivo, aeroespacial e eletrônico porque permite a produção de componentes duráveis e leves. Ferramentas de fundição sob pressão de alta qualidade e maduras, feitas com o material de aço endurecido mencionado anteriormente, significam que você pode obter um bom desempenho de longa duração sob temperaturas e pressões extremas. Ferramentas de insertos substituíveis, sistemas de resfriamento avançados, revestimentos de PVD, bem como inovações que proporcionam o que foi mencionado acima, melhoraram a eficiência do ferramental, minimizando o desperdício e aumentando sua durabilidade. Embora exija um grande investimento inicial em ferramental, ele permite ciclos de produção mais rápidos, menos defeitos e menor custo de fabricação em alto volume.
Embora as ferramentas de fundição sob pressão não sejam para os fracos de coração, elas ainda são parte integrante da fabricação de precisão, com manutenção e altos custos associados a elas. Graças à crescente presença da tecnologia, os protótipos impressos em 3D e os sistemas gêmeos digitais certamente tornarão o processo ainda mais eficiente e flexível. Em resumo, as ferramentas de fundição sob pressão são essenciais para a construção de componentes duráveis e elaborados para manter os setores em sintonia com os requisitos atuais de fabricação com precisão e velocidade.

Perguntas frequentes: Sobre ferramentas de fundição sob pressão

1. O que é ferramental fundido?

O processo de fundição sob pressão inclui ferramentas especializadas chamadas matrizes, o molde (matrizes) e vários insertos de cavidade, pinos de núcleo e sistemas de ejeção para moldar o metal fundido nos componentes desejados; o ferramental de fundição sob pressão é chamado de ferramentas especializadas. Elas são uma parte crucial da produção de resultados consistentes e de alta qualidade na fabricação.

2. Quais aços são usados em ferramentas de fundição sob pressão?

 Como as ferramentas de fundição sob pressão são submetidas a pressões tão altas e temperaturas extremas, geralmente são feitas de aço endurecido, como o aço para ferramentas H13, 8407, H13, DIN 1.2344 etc. Em geral, PVD e nitretação são adicionados aos revestimentos de superfície para aumentar a durabilidade e a resistência ao desgaste.

3. Qual é o custo do ferramental de fundição sob pressão?

O custo do ferramental depende de vários aspectos do projeto, do tamanho da matriz e do material usado. O custo por peça é muito menor, mas o investimento inicial é alto no primeiro momento da fabricação (por exemplo, de milhares a dezenas de milhares de dólares).

4. Qual é o tempo de vida útil do ferramental fundido?

A vida útil do ferramental fundido é ditada por fatores como o material fundido, os procedimentos de manutenção e o processo de fundição. Os ferramentais de alta qualidade feitos de aço temperado resistirão a centenas de milhares de ciclos se forem cuidados e mantidos adequadamente.