Fundição sob pressão em câmara fria: Guia completo

O processo de fundição sob pressão com câmara fria é iniciado primeiro com a colocação de metal fundido em uma câmara de injeção separada e, em seguida, forçando-o a sair em um molde de aço. Esse processo lida com ligas de alto ponto de fusão, como alumínio, cobre e magnésio. É um processo de produção de alta pressão e tolerância rígida encontrado na produção de peças automotivas, eletrônicas e industriais. 

O que é fundição sob pressão em câmara fria e quando usá-la?

Fundição sob pressão em câmara fria é uma moldagem de alta pressão de metais, que arruinaria ou corroeria um sistema de câmara quente. Na prática, os operadores derretem o metal em um forno diferente. Em seguida, despejam o metal derretido em uma manga de injeção não aquecida. O metal é forçado para dentro do molde fechado por um êmbolo hidráulico com extrema pressão. A seção endurece muito rapidamente, e o molde é aberto para jorrar a peça fundida. Esse processo pode ser usado quando a liga é de alta temperatura de fusão ou quando a liga corroeria os componentes de injeção, como ligas de alumínio e cobre. O processo sacrifica a velocidade do ciclo em favor da escala e da flexibilidade da liga. 

Processo de fundição sob pressão em câmara fria, passo a passo

A fundição sob pressão em câmara fria é uma das técnicas mais confiáveis para a fabricação de peças metálicas de alta qualidade. Todo processo deve ser monitorado em termos de temperatura, pressão e tempo. Pequenas variações podem afetar o acabamento da superfície, a resistência e a precisão dimensional do produto final.

Derretendo o metal

Ele começa com a fusão do metal em um forno separado. As ligas mais usadas são as de alumínio, magnésio e cobre. No caso do alumínio, o forno costuma ser de 650degC e 750degC. É necessário manter a fusão limpa.

As impurezas são eliminadas pelo operador com a ajuda de agentes fluxantes e ferramentas de escumação. Se algum óxido ou gás for deixado, ele poderá introduzir defeitos como porosidade ou inclusões no futuro.

Em fornos de alta tecnologia, um sistema de dosagem é a conexão direta entre o forno e uma máquina de fundição sob pressão da China Cold. Isso garante que a temperatura e a composição do metal fundido sejam uniformes em cada injeção.

Metal fundido para a câmara de injeção

Em seguida, o metal fundido é despejado na câmara de injeção ou na luva de injeção. Isso pode ser feito manual ou automaticamente.

A concha manual é fácil, menos rápida e tem mais chances de prender o ar. Os sistemas de concha automática, por sua vez, fornecem quantidades precisas de metal com baixa turbulência.

A oxidação e a inclusão de gás podem ser evitadas com o controle da velocidade e da temperatura da concha. Outros pré-aquecem um pouco a manga de injeção para que ela não caia repentinamente de temperatura, permitindo a fluidez da injeção.

3. Injeção na cavidade do molde

Um êmbolo hidráulico é usado para injetar o metal fundido sob alta pressão na cavidade da matriz, uma vez que ele esteja na manga de injeção. Essa é a fase fundamental da fundição sob pressão em câmara fria.

A pressão de injeção varia entre 3.000 psi e mais de 20.000 psi, dependendo do tamanho da peça e da liga. O ciclo de injeção normalmente contém dois estágios:

1. Estágio de enchimento rápido: O êmbolo é forçado muito rapidamente para encher a matriz até que o metal comece a endurecer.
2. Estágio de intensificação ou empacotamento: O metal é pressionado ainda mais para torná-lo firme e remover o encolhimento.

A pontualidade dessas fases é fundamental. Nas recentes máquinas de fundição sob pressão com câmara fria da China, os sistemas servo-hidráulicos regulam automaticamente a pressão e a velocidade de cada disparo e garantem a homogeneidade.

Solidificação e resfriamento

• Quando o metal fundido é despejado na matriz, o resfriamento e a solidificação começam imediatamente.
• A matriz tem canais de resfriamento internos nos quais circula água ou óleo para resfriar a matriz de forma eficaz.
• Para garantir uma qualidade uniforme, é necessário manter uma temperatura ideal da matriz entre 150 °C e 250 °C.
• Quando a matriz está superaquecida, os tempos de ciclo se tornam mais longos e pode ocorrer flash. Quando está muito frio, o metal pode se solidificar antes de preencher a cavidade e causar desligamentos a frio ou erros de execução.
• Os sistemas de alta tecnologia podem ser capazes de simulação térmica e sensores de temperatura, observando as áreas quentes e projetando layouts de resfriamento para obter uma distribuição uniforme do calor.

Matriz de abertura e ejeção de peças

Depois que o metal se solidifica, a matriz é aberta pela máquina e, em seguida, pinos ejetores ou braços robóticos retiram a peça fundida.

Ele deve ser ejetado somente quando estiver totalmente solidificado; caso contrário, ficará distorcido. Em formas complexas, há mais de um pino ejetor, o que garante a liberação limpa da cavidade da matriz.

Os robôs pegam as peças nas linhas automatizadas e as colocam em transportadores para serem cortadas e resfriadas. Isso aumenta a redução de danos no manuseio e acelera a produção.

Corte e acabamento

• Depois que a peça fundida é ejetada, ela ainda inclui material excedente de canais, portões e flash.
• Eles são cortados por meio de prensas de corte, serras ou máquinas CNC.
• Em outros, o corte é feito automaticamente por sistemas robóticos de corte para garantir uma produção uniforme.
• Após o corte, as peças fundidas podem ser submetidas a processos secundários, como usinagem, perfuração, rosqueamento, polimento, anodização ou revestimento.
• Essas medidas aumentam a precisão das dimensões e do acabamento da peça e a chamam de montagem ou inspeção final.

Inspeção e controle de qualidade

A última é a inspeção e o controle de qualidade. Cada fundição é inspecionada para garantir que tenha as tolerâncias e os padrões de qualidade necessários.

Os tipos mais comuns de inspeção são:

• Paquímetros/máquina de medição por coordenadas (CMM).
• Verificação gráfica de fissuras, manchas ou falhas superficiais.
• Os testes que não envolvem destruição, como os testes de raios X ou ultrassônicos, são usados para determinar a porosidade interna.
• Teste de componentes de carcaças de motores ou válvulas, como vazamentos ou pressão.

O maquinário da moderna fundição sob pressão com câmara fria da China geralmente é equipado com sensores e software que monitoram todos os parâmetros - temperatura do fundido, pressão de injeção e temperatura da matriz, o que permite o monitoramento da qualidade em tempo real.

Otimização de processo e controle

A qualidade dos resultados deve depender da qualidade controlada em cada etapa.

• Os operadores observam aspectos como a limpeza da massa fundida, o método de concha, a velocidade do disparo, a curva de pressão e a temperatura da matriz.
• Pequenas sobras podem acrescentar ou causar erros dimensionais.
• A automação ajuda a minimizar o erro humano. A repetibilidade é aprimorada e a porosidade é reduzida com o uso de controles servo, manuseio robótico e sistemas de vácuo.
• A manutenção de rotina - limpeza das linhas hidráulicas, inspeção das vedações e calibração dos sensores - é a garantia da regularidade do trabalho da máquina.

Fatores ambientais e de segurança

• O manuseio de metais fundidos é perigoso.
• Os operadores devem usar luvas resistentes ao calor, protetores faciais e roupas de proteção.
• Deve haver paradas de emergência, proteções contra calor e alarmes automáticos de temperatura ou pressão nas máquinas.
• Os sistemas modernos também são eficientes em termos de energia e minimizam o desperdício em termos de meio ambiente.
• Os sistemas servo-hidráulicos consomem menos energia. Os circuitos de resfriamento são refrigerados a água.
• Algumas máquinas chinesas de fundição sob pressão com câmara fria têm sistemas de circuito fechado, nos quais o calor é reutilizado, o que minimiza a pegada de carbono.

Materiais e ligas normalmente usados.

O uso de uma câmara fria é preferível em ligas que não podem ser utilizadas em máquinas de câmara quente. Os materiais mais comuns usados incluem ligas de alumínio, magnésio, cobre e algumas combinações de zinco e alumínio, nas quais a corrosão do mecanismo de injeção deve ser evitada a todo custo. Nas peças estruturais automotivas, prevalecem as ligas de alumínio. O magnésio é aplicável em situações em que a leveza é um problema. Ambas as ligas têm seu próprio ponto de fusão, fluidez e comportamento de contração, que precisam ser tratados no projeto do molde e nos parâmetros do processo. 

Maquinário e recursos - como a escolha da máquina de fundição sob pressão com câmara fria da China.

Máquinas de fundição sob pressão: As máquinas de fundição sob pressão com câmara fria são compostas por uma estrutura robusta, uma unidade de injeção de alta pressão, um sistema hidráulico e os componentes eletrônicos de controle. As máquinas modernas oferecem servo-hidráulica para economizar energia e melhorar o controle, controles computadorizados para tornar os perfis de injeção programáveis e sistemas auxiliares integrados, como controladores de temperatura da matriz e sistemas automáticos de concha. Também é possível encontrar fornecedores de máquinas de fundição sob pressão com câmara fria na China que oferecem uma grande variedade de modelos e diferentes faixas de preço, caso você esteja procurando máquinas. Há modelos compactos de fabricantes chineses que se adaptam a pequenas lojas e máquinas de grande tonelagem que são apropriadas para produção de alto volume. Os construtores chineses tendem a empacotar equipamentos de fusão e manuseio para fornecer uma linha pronta para uso. Compare as máquinas em termos de força de fixação máxima de verificação (toneladas), volume no disparo, controle de velocidade em uma injeção, tamanho da matriz e automação. 

Fundamentos do projeto de ferramentas e matrizes

O aço endurecido da ferramenta normalmente é a matriz (molde). O projeto da matriz deve permitir um fluxo controlado de metais e do ar gasoso que escapa, além da geometria dos canais e canais de resfriamento para resfriar o projeto rapidamente. Os principais problemas de projeto são a prevenção de fechamentos a frio, a redução da porosidade e a contenção da contração. Danishes, sliders e núcleos são típicos da formação de geometrias complicadas. A boa manutenção da matriz, como o polimento e o jateamento entre execuções sucessivas, aumenta a vida útil da ferramenta e mantém o acabamento da superfície.

Tabela de controle de qualidade

Usos da fundição sob pressão em câmara fria

A fundição sob pressão em câmara fria é uma tecnologia crucial no setor contemporâneo que precisa de componentes metálicos de alta precisão, resistentes e intrincados. Devido à sua capacidade de processar metais com altos pontos de fusão, como alumínio, cobre e magnésio, ela tem sido usada como um processo de produção desejável em peças vitais de setores como automotivo, aeroespacial, eletrônico e de maquinário pesado.

Setor automotivo

Um dos setores automotivos é um grande consumidor de componentes fundidos em câmara fria. O processo é usado na fabricação de peças de um bloco de motor, carcaças de transmissão, tampas de embreagem, caixas de câmbio e peças de rodas. Esses componentes precisam sobreviver a altas cargas mecânicas, altas temperaturas e vibração constante. A fundição sob pressão em câmara fria é feita para garantir altos padrões de dimensões e desempenho. Nesse sentido, as ligas de alumínio e magnésio são especificamente populares no setor devido à sua capacidade de oferecer resistência mesmo com o baixo peso do veículo, aumentando assim a eficiência do combustível e o manuseio.

Indústria aeroespacial

Na produção aeroespacial, todas as peças devem proporcionar um equilíbrio perfeito entre peso, resistência e precisão. A fundição sob pressão em câmara fria permite a fabricação de suportes estruturais, suportes de fuselagem, carcaças e peças relacionadas ao motor com grande precisão dimensional. A baixa finura da superfície e a integridade interna que essa técnica de fundição oferece a tornam muito apropriada para aplicações aeroespaciais, já que as peças aeroespaciais precisam ter altos padrões de segurança e confiabilidade.

Indústria de eletrônicos

A fundição sob pressão em câmara fria é útil para o setor de eletrônicos na produção de componentes complexos com alta precisão. Os componentes de dispositivos eletrônicos, como dissipadores de calor, gabinetes, conectores e carcaças de dispositivos eletrônicos, normalmente são feitos de ligas de alumínio. Esses componentes devem ter boa condutividade térmica, ser leves e resistentes à corrosão. Os componentes de alumínio fundido são úteis para resfriar o calor de forma eficaz, melhorando assim o desempenho e a longevidade dos dispositivos eletrônicos atuais, inclusive computadores, luzes de LED e dispositivos de comunicação.

Máquinas e equipamentos industriais

Bombas, válvulas, compressores, carcaças de motores e peças hidráulicas de máquinas industriais também são produzidas com o uso de fundição sob pressão em câmara fria. Esses componentes têm de trabalhar sob condições extremas e precisam de alta resistência e precisão dimensional. O processo garante a uniformidade da espessura da parede, boas superfícies de vedação e boas características mecânicas. A razão pela qual os fabricantes escolhem essa abordagem para o maquinário industrial é que ela pode ser produzida em grandes volumes sem perder a precisão.

Aplicativos para consumidores e energia Aplicativos para consumidores e energia

Além das indústrias pesadas, o processo é aplicado a bens de consumo, como ferramentas elétricas, utensílios de cozinha e elementos de energia, como suportes para painéis solares e conexões para turbinas eólicas. As máquinas de fundição sob pressão com câmara fria da China são versáteis, e é por isso que elas podem fabricar peças leves e duráveis em grandes quantidades para melhorar o desempenho e a aparência do design no consumo e no uso de energia.

Benefícios da fundição sob pressão em câmara fria

O processo de fundição sob pressão em câmara fria tem vários benefícios que o qualificam como uma técnica favorável de fundição de componentes metálicos de alta qualidade e precisão. Essas vantagens o tornam muito popular em vários setores.

Alta resistência e precisão

Isso é feito para facilitar aos fabricantes a fabricação de elementos potentes, espessos e dimensionalmente precisos. A alta pressão é usada para que o metal fundido preencha totalmente a cavidade do molde sem lacunas e/ou vazios. O que se obtém é uma peça sólida com boa integridade estrutural e espessura uniforme. A combinação correta dessas propriedades torna a fundição sob pressão em câmara fria ideal para peças que precisam enfrentar cargas mecânicas ou estresse ambiental, como carcaças automotivas e componentes estruturais.

Aplicável a ligas de alto ponto de fusão

O processo de câmara fria, ao contrário do processo de câmara quente, pode lidar com metais de alto ponto de fusão, como alumínio, magnésio e cobre. Não é possível usar essas ligas em máquinas de câmara quente porque elas se corroem ou são danificadas pelo calor. A possibilidade de trabalhar com essas ligas cria uma chance de desenvolver peças que custam menos, mas são mais fortes e têm alta resistência à corrosão - qualidades necessárias nos setores aeroespacial e automotivo.

Excelente acabamento de superfície

A fundição sob pressão com câmara fria é o processo que proporciona um acabamento de superfície suave e detalhado, deixando o mínimo ou nenhum polimento ou usinagem secundária da peça. As peças fundidas finais são limpas e atraentes com o design correto da matriz e o resfriamento adequado. A qualidade da superfície também melhora o desempenho da adesão da tinta, do revestimento e da vedação, o que economiza tempo e custos na etapa de pós-processamento.

Repetitividade e eficiência

Depois que a matriz foi otimizada e projetada, é possível reproduzi-la milhares de vezes com pouca diferença na qualidade. Isso o torna ideal quando se trata da produção em massa das mesmas peças. Com as máquinas de fundição sob pressão com câmara da Chinacold, os fabricantes podem automatizar os processos de concha, pulverização e ejeção para aumentar a velocidade de produção e reduzir os custos de mão de obra sem comprometer a precisão.

A precisão dimensional e a complexidade

A fundição sob pressão com câmara fria permite a produção de geometrias complexas e componentes de paredes finas que, de outra forma, seriam difíceis ou impossíveis de produzir usando outros processos. Utiliza-se injeção de alta pressão do metal, o que captura detalhes complexos da matriz e proporciona tolerâncias dimensionais rigorosas. Essa precisão minimiza a necessidade de usinagem e garante um encaixe perfeito das peças quando elas são instaladas em produtos maiores.

Longa vida útil da ferramenta

Como a matriz é feita de aço endurecido e esfria muito bem a cada ciclo de queima, ela pode sobreviver a milhares de queimas antes de precisar ser substituída. Essa longevidade reduz as despesas com ferramentas a longo prazo, principalmente quando a produção é grande.

Desvantagens e limitações

Embora a fundição sob pressão em câmara fria tenha inúmeros benefícios, ela tem suas próprias deficiências, que os fabricantes devem levar em consideração antes de implementá-la em um projeto. O conhecimento dessas limitações ajudará na seleção do processo de fundição adequado e no aumento da eficiência da produção.

Tempos de ciclo mais lentos

O tempo de ciclo é mais longo, pois o metal fundido é colocado (manualmente ou de forma semiautomática) na câmara de injeção, em um forno externo, e não pelo processo de câmara quente. As outras etapas de manuseio e controle de temperatura, que são realizadas em cada ciclo, diminuem um pouco a velocidade da produção. No entanto, as atuais máquinas de fundição sob pressão com câmara fria da China, que têm sistemas de concha incorporados, reduziram essa desvantagem a um nível mínimo.

Aumento dos custos de configuração e de ferramentas

Os custos iniciais dos equipamentos e ferramentas de fundição sob pressão com câmara fria são bastante caros. É necessária uma engenharia de precisão nas matrizes, nos sistemas de injeção e em outras peças auxiliares, o que aumenta os custos iniciais. Porém, quando o volume é alto, o custo por peça se reduz significativamente com o tempo e, portanto, a longo prazo, o processo se torna econômico.

Faixa de liga metálica limitada

As máquinas de câmara fria são geralmente aplicadas com ligas de alto ponto de fusão, incluindo alumínio, magnésio e cobre. Elas não podem ser usadas com metais de baixo ponto de fusão, como zinco, chumbo ou estanho, que normalmente são feitos pelo método de câmara quente. Isso significa que a escolha de materiais é um pouco limitada em comparação com outras tecnologias de fundição.

Necessidade de operadores qualificados

Devido ao controle de pressão, ao controle de temperatura e à precisão de tempo, o processo de fundição sob pressão em câmara fria exige trabalhadores qualificados e altamente capacitados. Porosidade, erros de execução ou fechamentos a frio são alguns dos defeitos que podem surgir no caso de conchas inconsistentes ou pressão de injeção inadequada. Para manter a qualidade consistente dos produtos, deve-se usar treinamento e supervisão.

Manutenção e consumo de energia

Um sistema de câmara fria requer fornos externos e sistemas hidráulicos de alta pressão, que consomem muita energia. Também requer manutenção regular para evitar qualquer vazamento hidráulico e desgaste da matriz, bem como desequilíbrio de temperatura. Deixar de considerar esses aspectos pode afetar a produtividade e a consistência do produto.

Comparação de câmaras frias e quentes

As máquinas de câmara quente retêm a fusão na máquina e são rápidas. Elas se adaptam bem a ligas de baixo ponto de fusão, como zinco e chumbo. O forno é separado por câmara fria máquinas. Elas são mais lentas e podem trabalhar com alumínio e ligas em altas temperaturas sem corroer a máquina. Selecione componentes quentes e de zinco. Escolha a seleção de ligas frias e peças maiores e mais pesadas. 

Aspectos econômicos e tamanho

Alguns dos principais custos incluem ferramental (matrizes), matéria-prima, depreciação da máquina, mão de obra, acabamento e controle de qualidade. O maior custo inicial geralmente é o de ferramentas. O custo por peça diminui rapidamente com o volume e, portanto, são necessárias economias de escala. Na compra de máquinas, as máquinas baratas economizam em capital, mas podem custar mais em sucata, precisam de mais manutenção ou não são muito automatizáveis para economizar nos custos de mão de obra permanente. Considere o custo total de propriedade e não o preço de compra.

Componentes de uma máquina de fundição sob pressão com câmara fria

Uma máquina convencional de fundição sob pressão com câmara fria da China consiste em:

• Estrutura/unidade de fixação: É aqui que a alta pressão é aplicada à matriz.
• Sistema de injeção: Força o metal fundido para dentro da cavidade da matriz em alta velocidade.
• Sistema hidráulico: Aciona o movimento do êmbolo e da matriz.
• Sistema de resfriamento: Controla a temperatura das matrizes.

Os pontos de compra a serem considerados em uma rápida olhada nos fornecedores de máquinas de fundição sob pressão com câmara fria da China.

• Solicite especificações completas: força de fixação, volume de injeção, curso e sistema de controle.
• Informe-se sobre o uso da automação: estações de concha/dosagem, manuseio de peças e corte.
• Verifique referências e amostras de peças: Solicite fotografias, radiografias e folhas de processo.

Leve em conta os serviços pós-venda e as peças sobressalentes. No caso de máquinas chinesas, considere o tempo de espera das peças e do serviço. Vários bons fabricantes chineses oferecem bons preços e soluções prontas para uso, mas os contratos de serviço são importantes. 

Tendências futuras da fundição sob pressão com câmara fria

O processo de fundição sob pressão em câmara fria continuará a desenvolver automação inteligente, controle de IA e sistemas servo eficientes em termos de energia. As empresas chinesas estão adotando cada vez mais a integração com o Industry 4.0, o que lhes permite acompanhar a produção em tempo real, prever a manutenção e controlar a qualidade usando a nuvem. Há também uma tendência de materiais leves, como ligas de magnésio, em que as empresas automotivas estão buscando a eficiência de combustível.

Os novos sistemas híbridos estão combinando técnicas de fundição a vácuo e de câmara fria para reduzir a porosidade e melhorar a integridade da superfície. Os sensores sofisticados e a velocidade de controle de injeção proporcionam aos fabricantes maior uniformidade e menos desperdício.

Linhas de fundição sob pressão ainda mais sustentáveis com sistemas de resfriamento de circuito fechado, dosagem automatizada de ligas e produção virtual com gêmeos digitais serão vistas nos próximos anos.

Considerações finais

A fundição sob pressão em câmara fria continua sendo um pilar da produção de metal atual. Ela é precisa, durável e eficiente na fabricação de peças metálicas complexas. Ao procurar na China, você deve selecionar uma máquina de fundição sob pressão com câmara fria que seja acessível em termos de tonelagem e precisão de controle e que também ofereça cobertura de serviço de longo prazo.

A lista de verificação do comprador pode ajudá-lo a obter uma solução econômica sem sacrificar a qualidade, fazendo uma análise comparativa dos modelos de máquinas. Investir em uma configuração de câmara fria confiável proporcionará resultados previsíveis e lucratividade a longo prazo, seja na produção de peças automotivas, carcaças estruturais ou peças eletrônicas.