Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran
Dr. Eng. Metalúrgica
Aula 13 : Processos de Fundição Sob Pressão
01: Introdução
Princípio, classificação e potencialidades do processo.
02. Fundição sob pressão em cãmara quente
03. Fundição sob pressão em cãmara fria
04. Parâmetros de Processo
05. Processo de fundição sob pressão à vácuo
06. Processos a Baixa Pressão
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Processos Fundição Sob Pressão
Fundição sob Pressão
Princípio do
Processo
Classificação dos
Processos
Processo que utiliza um molde
metálico estacionário (MATRIZ) no
qual o metal líquido é introduzido
usando altas pressões.
Classificados em
função do tipo de
equipamento
utilizado
Câmara Quente
Câmara Fria
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Processos Fundição Sob Pressão
Placa Fixa
Matriz
Placa Móvel
Peça
Ejetores
Câmara de
Injeção
Ataque
Pistão
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Processos Fundição Sob Pressão
Potencialidades do Processo
O processo permite obter:
• Peças com seções muito finas (<
<
0,2mm).
• Reprodução de detalhes finos.
Peças Complexas
• Elevada precisão dimensional
Peças “NET SHAPE”
• Excelente acabamento superficial
• Altas Produtividades.
• Adequado para automação.
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Processos Fundição Sob Pressão
Fundição Sob Pressão em Câmara Quente
Características Gerais
Bocal
Pescoço
de
ganso
• O sistema de injeção encontra-se
mergulhado no metal líquido e o
arranjo permite o enchimento do
molde em curto tempo com baixa
perda de temperatura do metal.
• Utilizado para ligas com
baixos pontos de fusão:
Mg – Zn – Sn - Pb
Cilindro
hidráulico
Pistão
Forno
Semi-molde
ejetor
Semi-molde
fixo
• Peças de até 23Kg
• Ligas de Al em dispositivos sem êmbolo à base de ar comprimido.
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Processos Fundição Sob Pressão
Acumulador
Pistão
Placas
Sistema de Fechamento
Bico
Pescoço de Ganso
Matriz
Esquema mostrando os componentes principais de uma
Máquina de Fundição Sob Pressão em Câmara Quente
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Processos Fundição Sob Pressão
Esquema mostrando o sistema de canais em um Máquina de
Fundição Sob Pressão em Câmara Quente
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Processos Fundição Sob Pressão
Fundição Sob Pressão em Câmara Quente
Sistemas de Injeção do Tipo Câmara Quente
• à base de êmbolo.
• por imersão à base de ar comprimido.
• à base de ar comprimido com válvula submergida.
• para ligas de Mg.
Parâmetros de Processamento:
• Pressão de Injeção = 50 a 130 Kg/cm2.
• A quantidade de metal varia de acordo com o tamanho
do colo de cisne (pescoço de ganso).
• Produtividade = 50 a 500 tiros/hora.
• Máquina Especiais de Alta Produção = 2000 a 5000 tiros/h.
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Processos Fundição Sob Pressão
Materiais Utilizados no Equipamento:
• COLO DE CISNE
Ferro Fundido Cinzento ou
Nodular - Aço
• A escolha do material depende do tipo de metal, da
pressão de operação e do custo.
• CAMISA e BICO
Aço H13 – Aço Ligado
Nitretado ou Aço Inox
• Peças sujeitas ao calor, atrito e pressão mecânica.
• Uma camisa pode durar até 2000h de trabalho.
Ferro Fundido Cinzento
• PISTÃO
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Seqüência
Fechamento
do Molde
Operacional:
Separação
do Bico de
Injeção
Fixação da
Tubulação
de Injeção
Abertura
do Molde
Injeção
Extração
dos Machos
Retrocesso
do Êmbolo
Extração
das Peças
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Processos Fundição Sob Pressão
Fundição Sob Pressão em Câmara Fria
Características Gerais
• O sistema de injeção
não fica mergulhado
no metal líquido.
• Cada vez mais
utilizado em função das
exigências crescentes
quanto a qualidade das
peças injetadas.
• Utilizado para ligas com
maiores pontos de fusão:
Cu – Al - Mg – Zn
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Processos Fundição Sob Pressão
Placas
Acumulador
Sistema de Fechamento
Pistão
Câmara
de Injeção
Matriz
Esquema mostrando os componentes principais de uma
Máquina de Fundição Sob Pressão em Câmara Fria
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Processos Fundição Sob Pressão
Esquema mostrando o sistema de canais em um Máquina de
Fundição Sob Pressão em Câmara Fria
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Processos Fundição Sob Pressão
0verflow – Bolsão de Ar
Vents – Saídas de Ar
Canais de Enchimento
Cavidade (peça)
Esquema mostrando os elementos da cavidade de uma matriz para
Fundição Sob Pressão em Câmara Fria (sistema de canais de
enchimento, bolsões e saídas da ar, cavidade da peça
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Processos Fundição Sob Pressão
Sistema de Alimentação da Máquina com Metal Líquido:
• Manual com uma colher.
• Por forno basculante e canal de alimentação.
• Mediante um cadinho hermeticamente fechado e no qual atua uma
pressão pneumática sobre o banho.
• Por meio de uma bomba eletromagnética.
• Por um braço mecânico (ou robô) com um dosador.
Sistema de Injeção:
• Produtividade: 2 a 5 injeções/minuto.
• Acionamento do pistão por pressão de óleo ou água.
• Pressão de injeção na faixa de 560 a 3000 kg//cm2.
• Velocidade de injeção na faixa de 0,1 a 7,0 m/s.
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Processos Fundição Sob Pressão
Classificação das Máquinas de Acordo com os Princípios
Construtivos
Máquina de Câmara Fria
Horizontal
Deslocamento do Embolo
de pressão para cima.
Máquina de Câmara Fria
Vertical
Deslocamento do Embolo
de pressão para baixo.
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Processos Fundição Sob Pressão
Seqüência de Trabalho em um Máquina de Câmara Fria:
• Fechamento do Molde.
• Introdução do metal na câmara de pressão.
• Injeção do metal.
• Abertura do molde.
• Extração dos machos
• Expulsão ou extração da peça fundida.
• Retrocesso do êmbolo de pressão.
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Processos Fundição Sob Pressão
Ciclo do Processo de Fundição sob Pressão em
Máquina de Câmara Fria Horizontal
Preenchimento
da câmara com
concha manual
Pistão
Cavidade do
molde
Câmara de
injeção
Injeção do
alumínio para a
cavidade do molde.
Extração do
produto
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Ciclo do Processo de Fundição sob Pressão em
Máquina de Câmara Fria Vertical
Pistão de
injeção
Ejeção do material
residual
( massalote ).
Injeção
Tiro do produto
Alumínio líquido
Pinos
extratores
Varões
extratores
Preenchimento
da cavidade do
molde
Extração do
produto
Contra
pistão
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Processos Fundição Sob Pressão
Parâmetros de Processamento:
• Temperatura da Matriz ≅ 2500C
Ligas de Alumínio
• Vida Útil da Matriz de 100.000 a
150.000 ciclos.
Produção: Exemplos
• Conjuntos de até 5,0 Kg
• Conjuntos de até 1,2 Kg
• 30 a 60 ciclos/h em Máquina
Automática
• 40 a 120 ciclos/h em
Máquina Semi-automática.
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Processos Fundição Sob Pressão
Parâmetros de Injeção:
Estágios da Injeção
A injeção pode ser separada em três estágios distintos:
Primeiro estágio : o pistão avança com velocidade lenta
Segundo estágio: na qual metal preenche a cavidade do molde.
Terceiro estágio: é a fase de compactação do metal na cavidade,
chamada de Recalque.
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Processos Fundição Sob Pressão
Parâmetros de Injeção:
Velocidade de Injeção
a) Velocidade de Primeira Fase de Injeção
É a velocidade de aproximação do pistão. É controlada por uma
válvula controladora de fluxo. Nesta fase de Injeção, o pistão avança
lentamente não permitindo que o metal líquido sofra qualquer turbulência
evitando que bolhas de gases e ar venham a ser aprisionadas e injetadas para
dentro da cavidade do molde
b) Velocidade de Segunda Fase de Injeção
É a velocidade com que o metal líquido preenche a cavidade do
molde. É função da espessura e complexidade do produto a ser injetado.
Peças com paredes finas
Peças muito complexas
Maiores velocidades de injeção para
compensar a rápida troca de calor entre a
superfície do molde e o metal líquido
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Processos Fundição Sob Pressão
Parâmetros de Injeção: Estágios
• Primeiro estágio : o pistão avança com velocidade lenta para
expulsão do ar e gases da câmara de injeção.
2a Fase
1a Fase
A primeira fase termina quando todo Volume Hidráulico da
câmara está ocupada pelo metal líquido e pode ser calculado para
facilitar na definição dos paramentos de Injeção.
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Processos Fundição Sob Pressão
Segundo estágio: no qual metal preenche a cavidade do molde.
É o curso restante do pistão. Preenche a cavidade do molde com maior
velocidade imediatamente após o término da primeira fase de Injeção.
O curso de Injeção é calculado sempre a partir da posição inicial do
pistão que deve facear o orifício de alimentação da câmara .
É importante que o pistão tenha sempre o mesmo comprimento pois
sua variação provocará variações no comportamento do alumínio durante o
preenchimento da cavidade.
INJEÇÃO DE AR
A segunda fase iniciará
junto com o
Pistão menor
antes que todo o
alumínio para
que o
alumínio ocupe o volume
dentro da cavidade
padronizado
hidráulico da câmara
do molde.
Pistão maior
que o
padronizado
Penetração antecipada o
alumínio para dentro da
cavidade antes do inicio da
segunda fase
Peças com
JUNTAS FRIAS.
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Segundo estágio: Influência do comprimento do pistão sobre
o regime de injeção e os prováveis defeitos.
Normal
2a fase
1a fase
Avançado
Recuado
Pistão maior que o
padronizado
Juntas Frias
Pistão menor que
o padronizado
Porosidades
Uma vez definida a câmara de injeção para um molde, em uma
determinada máquina, o diâmetro do pistão e comprimento da haste
automaticamente são definidos e a partir destas definições é que são
determinadas os parâmetros das máquinas.
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Processos Fundição Sob Pressão
Terceiro estágio: Recalque.
É o responsável pela compactação final do material injetado
imediatamente após a segunda fase de Injeção, compensando a contração de
solidificação do alumínio, diminuindo a ocorrência de porosidades
É utilizada em peças de paredes grossas e que sejam alimentadas por
canais generosos para permitir a transmissão de pressão sem que solidifique antes
o alumínio dentro da cavidade
• Força de Injeção da Máquina.
Determina:
• Pressão Específica Final de Injeção
• Responsável pela sanidade(estanqueidade) da peça, uma vez que
durante a solidificação o metal contrai, necessitando assim de uma
massa adicional que será transferida por pressão ainda no estado
semi-sólido (pastoso).
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Processos Fundição Sob Pressão
Parâmetros de Injeção:
É obtida através da pressão hidráulica da rede ou
multiplicada da Injetora, dividida pela área do
êmbolo de injeção.
Força de Injeção
Resultante da Força de Injeção da
Máquina dividido pela Área do Pistão de
injeção. Ou seja, é a força aplicada a cada
cm2 de metal injetado.
Pressão Específica
de Injeção
A pressão específica (Pe) pode
ser
regulada
na
máquina,
dependendo do tipo de peça, este
valor pode ser estipulado pelo
projetista.
Peças standard 200 – 400 kgf/cm2
Peças técnicas 400 – 600 kgf/cm2
Peças estanques 600 – 1000 kgf/cm2
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Processos Fundição Sob Pressão
Parâmetros de Injeção:
Força de Fechamento
Os diversos tipos de máquinas injetoras que são produzidas,
geralmente são identificadas pela capacidade da Força de
Fechamento.
Exemplo:
- Máquina de 630 T = a capacidade desta manter as placas fechadas
e travadas até 630.000 kgf de Injeção, que é determinada pela
Pressão Específica ( Pe ) multiplicada pela área projetada do molde.
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Processos Fundição Sob Pressão
Processo de Fundição sob
Pressão a Vácuo
Primeiro Estágio
• O vácuo é aplicado no
banho fundido que está no
forno.
• O metal fundido é aspirado
para a câmara de injeção da
máquina, com o objetivo de
obter um grau de enchimento
de 30 a 40 %
Aspiração do metal fundido do forno para
a câmara de injeção.
Disciplina: Fundição
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Processos Fundição Sob Pressão
Processo de Fundição sob
Pressão a Vácuo
Segundo Estágio
• O pistão avança e efetua
a vedação do tubo de
aspiração do metal no
forno.
•. Desta forma o metal fundido
é pressionado contra o canal de
ataque da matriz, o que ocorre
sob baixas velocidades que
variam de 0.2 a 0.5 m/s.
Transporte do metal fundido do
forno para o canal de ataque.
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Processos Fundição Sob Pressão
Processo de Fundição sob Pressão a Vácuo
Terceiro Estágio
• Corresponde a
segunda fase do
processo de fundição
sob pressão
convencional
• As válvulas de vácuo
fecham e o metal fundido
é injetado a alta
velocidade na cavidade
da matriz
• Velocidades típicas do metal fundido
entre 2 e 5m/s para tempos de
enchimento de 30 a 70 ms.
Disciplina: Fundição
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Preenchimento da Matriz
Processos Fundição Sob Pressão
Processo de Fundição sob Pressão a Vácuo
Quarto Estágio
• Após o preenchimento
completo da matriz efetuase a pós-compressão em
que o metal fundido é
submetido a alta pressão
até a sua solidificação
completa.
Compressão Final
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Processos Fundição Sob Pressão
Processo de Fundição sob Pressão a Vácuo
Controle da Injeção
• Para se obter peças fundidas com qualidade homogênea, todas as
máquinas são equipadas com um sistema próprio de controle de
injeção desenvolvido na empresa para a visualização dos
parâmetros do processo.
• Através deste processo é possível obter o registro e a análise de
um conjunto de até 40 parâmetros para o tipo de processo de
fundição individual;
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Processos Fundição Sob Pressão
Processos de Fundição a Baixa Pressão
Baixa Pressão
Aspiração à Vácuo
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