Tecnologia de fundição injectada: um processo de fabrico fundamental para transformar visões em realidade

No fabrico moderno, o processo de fundição injetada é considerado um meio importante para o fabrico de peças metálicas de precisão. É capaz de produzir peças metálicas com formas complexas através da injeção de metal fundido em moldes de precisão sob alta pressão, sendo amplamente utilizado nos sectores automóvel, eletrónico e outros, apoiando o desenvolvimento tecnológico de várias indústrias líderes. O presente documento apresenta uma análise aprofundada dos principais processos, da seleção de materiais e das aplicações do processo de fundição injetada e da forma como este processo está a alcançar a inovação e a excelência no fabrico.

O que é a fundição injectada?

A fundição injectada é um método eficiente e preciso de fundição de metais que utiliza moldes reutilizáveis para produzir peças metálicas com formas complexas. Ao contrário dos processos de fundição tradicionais, a fundição injecta metal fundido no molde sob alta pressão e é particularmente adequada para a produção de grandes volumes, proporcionando uma elevada precisão, repetibilidade e um excelente acabamento superficial.

O processo de fundição injetada foi inicialmente utilizado na indústria gráfica, mas o seu potencial de utilização generalizada depressa se expandiu a várias áreas, incluindo as indústrias automóvel, aeroespacial e eletrónica. Atualmente, a fundição injetada utiliza principalmente metais leves, como o alumínio, o zinco e o magnésio, para satisfazer as necessidades de fabrico de uma vasta gama de produtos, desde pequenos componentes complexos a importantes peças para automóveis. A principal vantagem da fundição injetada é a sua capacidade de criar peças com tolerâncias extremamente apertadas e uma necessidade reduzida de maquinagem posterior, o que a torna uma tecnologia indispensável no fabrico moderno.

Processo de fundição sob pressão

O processo de produção da fundição injectada pode ser dividido em várias etapas fundamentais:

1. Preparação do molde
   Os moldes são a base do processo de fundição sob pressão, e os tipos comuns de moldes incluem moldes de cavidade única, moldes de cavidade múltipla e moldes combinados. A conceção do molde tem de ter em conta a complexidade da peça e a escala de produção, e o molde tem de ser limpo e pré-aquecido antes de ser utilizado para evitar fissuras e defeitos térmicos.
2. processo de injeção
   Durante o processo de injeção, o metal fundido é derretido e injetado no molde em diferentes sistemas. No caso do sistema de câmara quente, a fusão ocorre no interior da máquina de fundição, enquanto o sistema de câmara fria verte o metal fundido para a câmara fria, onde é injetado no molde por pressão.
3. Arrefecimento e solidificação
   O metal fundido é arrefecido e solidificado num molde para formar a peça final. O processo de arrefecimento requer uma pressão controlada para evitar defeitos na peça devido à contração.
4. ejetar (de um avião)
   Quando o metal estiver completamente solidificado, o molde é aberto e o ejetor da máquina empurra a peça para fora.
5. Recorte e pós-processamento
   Para garantir a qualidade da peça, é necessário remover o excesso de material e as rebarbas. Se necessário, a precisão da peça pode ser melhorada através de métodos de pós-processamento, como a retificação.

Tipos de fundição injectada

Em função do processo de fusão e injeção, o processo de fundição sob pressão pode ser dividido em dois tipos principais: fundição sob pressão com câmara quente e fundição sob pressão com câmara fria:

• fundição injectada a quente (metalurgia)
  Adequado para metais de baixo ponto de fusão, como o zinco e algunsalumínio. O processo utiliza um êmbolo pneumático para injetar metal no molde através de um reservatório de metal fundido ligado a uma máquina de fundição injetada. É eficiente, rápido e adequado para a produção de grandes volumes de pequenas peças, normalmente utilizadas na produção de produtos electrónicos de consumo.
• fundição injectada em câmara fria (metalurgia)
  Utilizada para metais de elevado ponto de fusão, como as ligas de alumínio e de cobre. Na fundição injectada em câmara fria, o metal fundido é primeiro vertido para uma câmara fria e depois injetado no molde através de um êmbolo. Este processo é adequado para peças que requerem elevada força e resistência ao calor e é amplamente utilizado em aplicações automóveis e aeroespaciais.

Variantes e inovações da fundição injectada

À medida que a tecnologia continua a evoluir, o processo de fundição sob pressão tem registado uma variedade de variantes e inovações para satisfazer diferentes necessidades industriais. Por exemplo:

• fundição injectada por gravidadeO metal fundido é injetado no molde por gravidade, o que o torna adequado para a produção de grandes quantidades de peças fundidas de precisão.
• fundição sob pressãoEnchimento de metal a baixa ou alta pressão, adequado para a produção de peças com requisitos de alta precisão, tais como peças para a indústria automóvel e aeroespacial.
• fundição sob vácuoMelhorar a qualidade da superfície e a precisão dimensional através da criação de um ambiente de vácuo que reduz a retenção de ar e é adequado para produtos topo de gama.
• fundição por extrusãoÉ um produto que pode melhorar as propriedades mecânicas e a precisão das peças e é normalmente utilizado em peças para automóveis.
• Fundição injectada semi-sólidaProdução de peças com geometrias complexas com maior precisão e resistência através de temperaturas de fundição específicas.

Comparação das vantagens e desvantagens da fundição injectada

As vantagens da fundição injectada de metal, um processo de fabrico amplamente utilizado na produção industrial, tornaram-na importante na produção em massa. No entanto, também tem algumas limitações que podem afetar a sua utilização em determinados cenários de aplicação. As principais vantagens e desvantagens da fundição sob pressão e as suas causas são analisadas de seguida:

Vantagens da fundição injectada

1. Excelente precisão dimensional
   A fundição sob pressão de metal é capaz de produzir peças com elevada precisão dimensional e é particularmente adequada para aplicações em que são necessárias tolerâncias apertadas. A precisão depende da conceção do molde e do processo de fabrico, podendo ser alcançada uma maior precisão dimensional especialmente quando os moldes são fabricados utilizando máquinas CNC de alta precisão, como as máquinas CNC de 5 eixos. Além disso, a utilização de variantes de processo como a fundição sob pressão a baixa pressão (LPDC) e a fundição sob pressão por gravidade ajuda a encher os moldes com precisão, aumentando assim a precisão da peça.
2. Geometria complexa
   A fundição injetada é capaz de produzir peças com geometrias complexas, incluindo peças fundidas, paredes finas e outros desenhos. Esta caraterística permitiu que a fundição sob pressão produzisse peças com estruturas complexas e uma vasta gama de funções em áreas como a aeroespacial, a automóvel e a eletrónica de consumo. Desta forma, os designers podem integrar mais funcionalidades numa única peça, reduzindo a necessidade de montagem posterior.
3. Produção de grande volume para uma entrega rápida
   A fundição injectada é um processo de produção de grande volume, adequado ao fabrico de grandes quantidades de peças. Na fundição a alta pressão, a produção é mais rápida devido às elevadas pressões utilizadas, o que reduz o custo de produção por unidade de peça. Especialmente no caso dos moldes combinados, podem ser fabricadas várias peças em simultâneo, aumentando a produtividade e a relação custo-eficácia por peça.
4. Acabamento liso da superfície
   Devido à alta pressão injectada no metal durante o processo de fundição sob pressão, as peças metálicas fundidas têm normalmente um acabamento de superfície liso, especialmente nafundição a baixa pressãoefundição gravitacionale outros processos. Este tratamento de superfície de alta qualidade não só melhora o aspeto da peça, como também reduz a quantidade de esforço necessário para o tratamento de superfície subsequente.
5. Longa duração do molde
   molde de fundição injectadaSão normalmente fabricados em aço de alta qualidade com excelente resistência a altas temperaturas e pressões. Estes aços resistentes permitem que os moldes resistam a uma utilização prolongada e tenham uma longa vida útil, reduzindo a frequência de substituição dos moldes e os custos de manutenção para uma produção a longo prazo.

Desvantagens da fundição injectada

1. Apenas para metais não ferrosos
   O processo de fundição injectada é aplicado principalmente a metais não ferrosos, como o alumínio, o zinco e o magnésio. Estes metais têm pontos de fusão moderados e são facilmente injectados em moldes sob alta pressão. No entanto, para os metais ferrosos com pontos de fusão mais elevados, como o aço e o ferro, a fundição injectada não é adequada. Metais como o aço e o ferro requerem equipamento especial e processos mais complexos para serem fundidos, o que torna a aplicação da fundição sob pressão algo limitada.
2. Custo elevado do molde
   Os moldes de fundição sob pressão são mais dispendiosos de fabricar, especialmente quando se utiliza amaquinagem por controlo numéricoQuando se trata de fabricar moldes, o processo é complexo e dispendioso. Sobretudo no fabrico de peças complexas, a utilização de moldes de aço de alta qualidade aumentará ainda mais os custos. Embora o processo de fundição sob pressão seja adequado para a produção de grandes volumes, o custo das ferramentas pode ser um fator limitativo para pequenos lotes ou peças complexas.
3. Sensibilidade aos defeitos
   As peças de fundição sob pressão no processo de produção podem apresentar porosidade, retração, porosidade e outros defeitos, especialmente na fundição a alta pressão, estes defeitos são mais comuns. Por exemplo, a retenção de ar durante o processo de fundição pode levar à criação de poros na superfície da peça, e estes poros podem formar bolhas de ar durante o tratamento térmico, afectando a qualidade da peça. Podem ser necessários passos adicionais de acabamento da superfície para resolver estes defeitos, aumentando assim os custos de produção.
4. Não é adequado para a produção em pequena escala
   Embora a fundição sob pressão seja adequada para a produção em grande escala, o seu investimento inicial é elevado, especialmente os custos fixos do fabrico do molde e da instalação do equipamento. Consequentemente, o processo de fundição sob pressão não é normalmente adequado para a produção em pequena escala ou para a produção de peças únicas. Para a produção em pequena escala, outros processos (como a moldagem por injeção ou a maquinagem CNC) podem ser mais adequados e podem reduzir os custos e os prazos de produção.

Materiais metálicos da Hershey's em fundição injectada

Os materiais metálicos utilizados no processo de fundição injectada são geralmente ligas não ferrosas, como o alumínio, o magnésio e o zinco. Estas ligas têm diferentes caraterísticas de desempenho e são adequadas para diferentes requisitos de aplicação. O quadro seguinte apresenta uma comparação pormenorizada das ligas de fundição sob pressão mais comuns, enumerando as suas principais composições, pontos de fusão, propriedades e aplicações típicas.

ligas	Subtipos comuns	base	Ponto de fusão (°C)	Caraterísticas principais	aplicação típica
alumínio	a380, a360, a390, a413, adc12	Alumínio (Al), Cobre (Cu), Silício (Si), Magnésio (Mg)	577 - 660	Leve, resistente à corrosão, de alta resistência, boa trabalhabilidade e económica.	Automóvel (componentes de motores, rodas, chassis), aeroespacial (componentes estruturais, caixas), eletrónica (caixas, carroçarias)
liga de magnésio	az91d, am60b, as41b	Magnésio (Mg), Alumínio (Al), Zinco (Zn)	632 - 650	Extremamente leve, boa capacidade de fundição para aplicações sensíveis ao peso, excelente capacidade de fundição.	Aeroespacial (estrutura da carroçaria, peças interiores), automóvel (componentes leves), eletrónica (dispositivos portáteis, caixas de telemóveis)
liga de zinco	Liga de zinco #2, #3, #5, #7, ZA8, ZA27	Zinco (Zn), Alumínio (Al), Cobre (Cu), Magnésio (Mg)	381 - 419	Excelente capacidade de fundição, baixo ponto de fusão, adequado para projectos complexos e rentável.	Eletrónica (conectores, caixas), ferragens (fechaduras, botões), brinquedos e peças para automóveis (peças decorativas, engrenagens)
liga de cobre	Latão (p. ex., C85700), bronze (p. ex., C93200)	Cobre (Cu), Zinco (Zn) (Latão); Cobre (Cu), Estanho (Sn) (Bronze)	900 - 1083	Alta resistência, excelente condutividade e resistência à corrosão, durável.	Tubos (tubos de água resistentes à corrosão, tubos de gás), conectores eléctricos (terminais, contactos eléctricos), componentes marítimos (componentes resistentes à corrosão), rolamentos
liga de estanho	-	Estanho (Sn) (90%), cobre (Cu) (2,5%), chumbo (Pb) (7,5%), antimónio (Sb)	170 - 230	Baixo ponto de fusão, boa fluidez, resistência à corrosão, fácil fundição.	Artigos de decoração (jóias, artesanato), estatuetas, lembranças
liga de chumbo	-	Chumbo (Pb), Estanho (Sn)	183 - 327	Baixo ponto de fusão, macio, boa resistência à corrosão, adequado para proteção contra radiações.	Proteção contra radiações (equipamento médico, instalações nucleares), baterias (gradualmente substituídas)
liga à base de estanho	-	Estanho (Sn), Cobre (Cu), Antimónio (Sb)	232	Baixo ponto de fusão, boas propriedades de fundição, boa resistência à corrosão.	Componentes electrónicos (materiais de soldadura, peças electrónicas), joalharia, aplicações especiais (peças pequenas, joalharia fina)

Comparação da fundição injectada com outros processos de fabrico

A fundição injetada é muitas vezes confundida com outros processos de fabrico (por exemplo, moldagem por injeção, forjamento, estampagem, etc.), especialmente para aqueles que são novos no fabrico. Apesar das suas semelhanças, cada processo tem as suas próprias vantagens e áreas de aplicação. Segue-se uma comparação da fundição injetada com processos comuns, como a moldagem por injeção e o forjamento, para ajudar a compreender as diferenças e os cenários de aplicação:

Diferença entre fundição sob pressão e moldagem por injeção

A fundição sob pressão e a moldagem por injeção são dois processos de moldagem populares, ambos utilizam o princípio da injeção e são adequados para o fabrico de peças com detalhes complexos e um excelente acabamento superficial. No entanto, os seus materiais e processos aplicáveis são diferentes. De seguida, apresentamos as principais diferenças entre os dois processos:

discrepância	fundição injectada	moldagem por injeção
fluxos de trabalho	Injeção de metal fundido sob pressão em moldes de aço pré-concebidos	Injeção de plástico fundido sob pressão em moldes pré-concebidos de aço ou alumínio
confecções	Ligas de metais não ferrosos (por exemplo, alumínio, zinco, magnésio)	Termoplásticos ou termoendurecíveis
Materiais de moldes	aço (química)	Aço ou alumínio
arrefecimento	Tempo de arrefecimento mais longo	Arrefecimento mais curto
velocidade de produção	relativamente lento	relativamente cedo
custo de processamento	Custos de moldes mais elevados (utilizando moldes de aço)	Custos de ferramentas mais baixos (utilizando ferramentas de alumínio)
custo dos componentes	Mais elevado (devido ao maior tempo de produção)	Inferior (tempo de produção mais rápido)

Diferença entre fundição injectada e forjamento

A principal diferença entre o forjamento e a fundição sob pressão é a forma como são moldados. O forjamento envolve a formação do metal no estado sólido através da aplicação de forças de compressão, enquanto a fundição sob pressão envolve a injeção de metal fundido num molde pré-concebido. Os dois processos também diferem em termos de materiais aplicáveis, velocidade de produção e desempenho das peças:

discrepância	forja (metal)	fundição injectada
fluxos de trabalho	Conformação de metal aquecido por aplicação de força de compressão	Injeção de metal fundido num molde sob pressão
confecções	Para metais ferrosos e não ferrosos, como o aço e o alumínio	Para metais não ferrosos como o alumínio, o zinco e o magnésio
Materiais de moldagem	Não há necessidade de moldes, mas a utilização de moldes permite otimizar a forma	Os moldes devem ser utilizados
velocidade de produção	mais lento	relativamente cedo
controlo da tolerância	Tolerância média	Controlo de tolerância de alta precisão
Propriedades da peça final	Melhoria das propriedades mecânicas	As propriedades mecânicas dependem do material de fundição

Diferença entre fundição injectada e estampagem

A estampagem é um processo de conformação de chapas metálicas por meio de uma prensa e é adequada para a produção em massa de peças de paredes finas. Em comparação com a fundição sob pressão, a estampagem tem materiais e processos de moldagem diferentes, especialmente em termos da complexidade das peças aplicáveis e da produtividade:

discrepância	fundição injectada	soco
fluxos de trabalho	Injeção de metal fundido num molde para moldagem	Formação de peças a partir de chapas metálicas por estampagem utilizando um molde.
confecções	Principalmente ligas de metais não ferrosos (por exemplo, alumínio, zinco)	Adequado para todos os tipos de chapas metálicas (por exemplo, aço, alumínio)
Materiais de moldes	aço (química)	aço (química)
Forma da peça	Para peças com formas complexas	Para peças de paredes finas e formas simples
velocidade de produção	mais lento	relativamente cedo
exato	altamente preciso	Menor precisão

A diferença entre fundição injectada e impressão 3D

A impressão 3D é um processo baseado no fabrico aditivo que cria peças através do empilhamento de materiais camada a camada. A impressão 3D oferece maior flexibilidade e capacidades de prototipagem mais rápidas do que a fundição injetada, mas difere na velocidade de produção e no desempenho das peças:

discrepância	fundição injectada	Impressão 3D
fluxos de trabalho	Injeção de metal fundido num molde para moldagem	Impressão camada a camada de materiais com base em modelos digitais
confecções	Ligas de metais não ferrosos (por exemplo, alumínio, zinco)	Termoplásticos, pós metálicos, etc.
Materiais de moldes	aço (química)	Não são necessários moldes
velocidade de produção	mais lento	relativamente cedo
exato	altamente preciso	Precisão moderada
aparelho	Produção em massa de peças complexas	Prototipagem rápida, produção de baixo volume

Materiais de fundição injetada comuns e seleção

O alumínio, o zinco, o magnésio e outras ligas são materiais comuns de fundição injectada, cada um com propriedades únicas, adequadas a diferentes cenários de aplicação. Apresentamos de seguida as caraterísticas de várias ligas comuns:

• alumínio: Leve, resistente à corrosão, fácil de processar e amplamente utilizado nos sectores automóvel, aeroespacial e eletrónico.
• liga de magnésioPeso: Muito leve para aplicações de peso crítico, como a indústria aeroespacial e a eletrónica de consumo.
• liga de zinco: Baixo ponto de fusão, excelente capacidade de fundição, normalmente utilizado em produtos electrónicos, hardware e peças de brinquedos.
• liga de cobreCilindros de aço: Alta resistência e boa condutividade eléctrica para conectores eléctricos e componentes marítimos.

Otimização da conceção e do fabrico

A conceção da fundição injetada não depende apenas da seleção do material, mas também precisa considerar fatores como a geometria da peça, o ângulo de extração, o raio de filete, etc., a fim de melhorar o desempenho da peça, a capacidade de fabricação e a relação custo-benefício. Por exemplo, um ângulo de extração adequado pode prevenir eficazmente a aderência das peças ao molde e reduzir o risco de danos; um raio de filete razoável pode ajudar a distribuir uniformemente as tensões e evitar concentrações de tensões.

chegar a um veredito

A fundição sob pressão tornou-se uma tecnologia indispensável no fabrico moderno, graças à sua elevada precisão e às suas capacidades de produção de grandes volumes. Quer se trate de peças para automóveis, caixas electrónicas ou componentes aeroespaciais, a tecnologia de fundição sob pressão proporciona uma base sólida para a inovação e a excelência do design. À medida que os materiais e os processos continuam a avançar, a fundição injetada continuará a trazer soluções mais eficientes e de maior qualidade para uma variedade de indústrias no futuro.

Problemas comuns da fundição injectada e estratégias para os resolver

Porque é que as peças fundidas sob pressão são propensas à porosidade?
As bolsas são normalmente causadas pelo facto de o metal não ventilar completamente durante o processo de injeção ou por uma conceção deficiente do molde (por exemplo, um sistema de ventilação deficiente). As estratégias incluem a otimização da conceção da ventilação do molde, o ajuste da velocidade e da pressão de injeção e a utilização de um sistema de ventilação mais eficiente.

Porque é que é provável que apareçam defeitos na superfície das peças fundidas sob pressão?
Os defeitos de superfície, tais como bolhas, vincos e riscos, são maioritariamente causados por superfícies de molde irregulares ou por um fluxo de metal irregular. Para evitar estes problemas, o acabamento da superfície do molde deve ser verificado regularmente para garantir que a temperatura de injeção e o caudal são estáveis.

Qual é o problema dos furos de retração nas peças fundidas sob pressão?
O buraco de contração deve-se ao facto de a contração do metal de arrefecimento da fundição não conseguir repor o enchimento, aparecendo frequentemente na forma grande ou complexa da fundição sob pressão. A contração pode ser evitada eficazmente optimizando o desenho do molde, melhorando a eficiência do sistema de vazamento e ajustando a taxa de arrefecimento.

As peças fundidas sob pressão são propensas a fissuras?
A fissuração ocorre normalmente quando o metal flui de forma irregular ou arrefece demasiado depressa, e pode ser causada por uma pressão de injeção excessiva ou por uma conceção deficiente do molde. A fissuração pode ser reduzida através do controlo da velocidade de injeção, da temperatura e da pressão, e da utilização de materiais de elevada resistência.

E quanto à instabilidade dimensional das peças fundidas sob pressão?
A instabilidade dimensional pode dever-se ao desgaste do molde, a uma pressão de injeção instável ou a um controlo inadequado da temperatura. A revisão e manutenção regulares do molde para manter condições de injeção estáveis, bem como o ajuste fino do sistema de controlo da temperatura, podem resolver eficazmente o problema da instabilidade dimensional.

Como é que o desgaste do molde afecta a qualidade da fundição sob pressão?
O desgaste dos moldes pode levar à perda de precisão do produto e até afetar a aparência e o desempenho das peças fundidas. Para combater o desgaste dos moldes, estes devem ser inspeccionados e substituídos regularmente, devem ser utilizados materiais resistentes ao desgaste e a conceção e o processo dos moldes devem ser optimizados.

Porque é que as peças fundidas sob pressão são propensas a deformação?
A deformação deve-se normalmente a um arrefecimento desigual ou a uma má conceção do molde, especialmente quando a peça fundida é grande ou complexa. O risco de distorção pode ser reduzido ajustando o sistema de arrefecimento e optimizando a conceção do molde.

Como é que a segregação pelo frio pode ser reduzida?
A segregação a frio é um defeito de delaminação que se forma devido ao facto de o metal não se fundir totalmente quando é injetado no molde. Para evitar a segregação a frio, a velocidade e a temperatura de injeção têm de ser optimizadas para garantir um fluxo suave do metal, e o sistema de vazamento e os canais têm de ser concebidos de forma adequada.

É necessário o pós-processamento de peças fundidas sob pressão?
Os requisitos de pós-processamento para peças fundidas dependem dos requisitos do projeto e dos critérios de qualidade da superfície da peça. Algumas peças requerem maquinação adicional, tal como retificação, perfuração ou rebarbação, para cumprir tolerâncias e acabamentos de superfície apertados.