Ulrich Keller, Kathrin Doster
VACURAL® - Uma tecnologia confiável para peças fundidas por
injeção para serem submetidas à solda e tratamento térmico
Os fabricantes de automóveis e seus fornecedores estão sendo solicitados a apresentar soluções
inovadoras que visam atender às futuras exigências de proteção ambiental com respeito às emissões de
CO 2 . Nos últimos anos, uma ampla variedade de possibilidades para a economia de combustíveis têm
sido investigadas e desenvolvidas. Uma maneira de conseguir um nível ainda mais baixo de consumo de
combustível é através da redução adicional de peso, por meio da qual se aumenta a tensão dos
componentes, sem provocar nenhuma perda na estabilidade do veículo. Muitas peças injetadas não
podem mais ser fundidas usando o método convencional e, como resultado, as peças fundidas por
injeção para serem submetidas à solda e tratamento térmico, com a mais alta resistência em relação à
rigidez e alongamento, estão ganhando cada vez mais importância. Componentes de alta resistência e de
segurança dinâmica, particularmente peças de grandes áreas e paredes estreitas para a indústria
automobilística, estão sendo produzidas com a necessária confiabilidade, usando o processo
VACURAL® da Oskar Frech GmbH + Co. KG,
Esse processo patenteado tem sido comprovado durante diversos anos na produção de peças injetadas
com o mais baixo volume de inclusão de gases e óxidos. Exemplos incluem:
- peças estruturais e de suspensão altamente maleáveis
- peças de carrocerias soldáveis e de parede estreita
- peças de superfícies pintáveis
- peças de motor submetidas a alto esforço
Com o ajuste das propriedades mecânicas desejadas por meio de tratamento térmico, todas essas
peças fundidas por injeção podem ser soldadas sem restrições com outras peças pré-manufaturadas em
estruturas de carrocerias, como perfis e plataformas. A aplicação de arrebites ou colagem com outros
componentes também são possíveis sem nenhuma dificuldade.
Figura 1+2: Suporte integrado
pronto para instalação e suporte
de motor como componente
bruto
Uma das principais vantagens
do processo VACURAL® é
que ele pode fundir quase
todas as ligas de aluminio, de
forma que não são exigidas
fases especiais para cobrir o
completo espectro de propriedades possíveis do componente. As peças fundidas com o uso da
tecnologia VACURAL® possuem uma proporção extremamente baixa de inclusão de gases, o que
possibilita ajustar e mudar as propriedades da peça após a fundição, através do tratamento térmico
apropriado. Isso é possível porque o processo pode conseguir fundições com vácuo de até 20 mbar. No
caso de peças fundidas convencionalmente, o ar ou gases incorporados na estrutura podem se expandir
durante o aquecimento e se tornar visíveis sob a forma de poros.
Dependendo do tipo de tratamento térmico, diferentes propriedades de uma liga podem ser ajustadas,
como um nível estático mais alto e maior estabilidade dinâmica e maleabilidade. Essas propriedades são
vantajosas em estruturas de carrocerias delgadas e de baixa torsão, por exemplo. O uso desses
componentes também tem efeitos positivos sobre o comportamento dos veículos em situações de
impacto, ajudando, portanto, a torná-los mais seguros no trânsito.
Figura 2: Comparação de ligas com e sem tratamento térmico
Princípio Funcional
No confiável processo VACURAL®, a mistura (melt) é retirada, isenta de óxidos, de um forno-reservatório
aquecido eletricamente, passando por um poderoso sistema de vácuo que se estende pelo molde, pela
boquilha do molde e pelo tubo de sucção. O vácuo também suga os vapores dos lubrificantes do molde.
A válvula do vácuo é programada para fechar antes do molde ser preenchido completamente,
assegurando, desta forma, que a fundição aconteça sob vácuo. O processo é todo auto-monitorado,
porque se o vácuo for insuficiente, uma quantidade menor de mistura será dosada e a fundição não será
realizada.
Figura 4: Representação esquemática de um sistema VACURAL®
Figura 5: Comparação da duração da ventilação da fundição injetada convencional e pelo processo
VACURAL®
O processo VACURAL® mantém a fundição sob vácuo por um tempo consideravelmente mais longo que
as fundições convencionais assistidas à vácuo. Com os sistemas de alto vácuo, por exemplo, o vácuo
não pode ser ativado ou fazer efeito sobre a fundição e preencher a câmara até que a abertura de
preenchimento do molde esteja vedada.
O processo VACURAL®, por outro lado, entra em efeito muito antes, e, por conseguinte, consegue
períodos de vácuo entre seis e nove segundos, assegurando a pulverização e completa extração dos
gases – uma vantagem significativa sobre as fundições convencionais ou até as de alto vácuo.
Experiências práticas mostraram que as características mecânicas conseguidas na fundição injetada com
VACURAL® com ligas padrão também podem ser alcançadas com a fundição injetada à vácuo
convencional, porém com graves variações e apenas se forem usadas ligas especiais. O processo
VACURAL® é significativamente mais reproduzível.
Uma mistura de alta qualidade com baixo índice de densidade é
um pré-requisito para este processo. Além disso, é necessário
assegurar que a mistura esteja quase totalmente isenta de
óxidos.
Figura 6: Forno do VACURAL com sistema de tratamento de mistura
Engenharia
Durante o processo de dosagem, a área atrás do embolo da
bomba (plunger) também precisa ser evacuada – na direção do
lado do bastão do embolo.
Para impedir o escoamento de ar pela abertura acima do
embolo / molde para dentro da câmara, o sistema de fundição
foi projetado de tal forma que o embolo permanece vedado na
posição re-set.
Ao mesmo tempo, entretanto, a vedação entre o molde e o
bastão do embolo precisa ser projetada para que o flash que
normalmente ocorre durante a retração do embolo não
danifique o sistema de vedação. Para tanto, a vedação foi
projetada com um alojamento incorporado que pode receber
este flash. O alojamento, chamado de "flash box", precisa ser
esvaziado regularmente.
Figura 7: Flash box
Unidade de Vácuo
Cada máquina possui sua própria unidade de
vácuo, que é composta de bombas e um tanque.
Dependendo do tamanho da máquina e dos
componentes, utiliza-se um tanque de vácuo de
1000, 2000 ou 3000 litros, em combinação com
duas ou três bombas de vácuo.
Figura 8: Unidade de vácuo
Projeto do Molde
Tal como na fundição injetada à vácuo convencional, um molde muito bem projetado é a base para uma
produção confiável. Essa afirmativa permanece válida não apenas para o sistema de fundição, a
disposição das válvulas de vácuo e a conexão dos dutos de vácuo, mas também para o projeto de
vedação (seções do molde e ejetor), e para a configuração dos controles de temperatura. Todo o molde
foi projetado para se adaptar ao processo VACURAL®.
Inicialmente, só eram possíveis os moldes sem inclinação (slide-free), mas desde algum tempo, moldes
com inclinações estão sendo usados sem dificuldades.
A especialização em consultoria da Oskar Frech GmbH + Co. KG, combinada com a nossa experiência
em projetos de fundição e na tecnologia do processo VACURAL® significa que podemos oferecer
profundos conhecimentos aos nossos clientes nessa área de atuação.
Figura 9: Projeto de Molde
Áreas de aplicação:
Diversos exemplos de aplicação demonstram a eficiência e qualidade do processo VACURAL®.
Especialmente notável é a imagem do braço de ligação torcido, que exibe altos valores de
maleabilidade após o tratamento térmico que permitiu que ele fosse torcido desta maneira.
Figura 10: Braço de ligação torcido
Figura 11: Bandeja transversal
Figura 12: Moldura de porta
Figura 13: Barra de ligação em C
O alto grau de evacuação do molde também facilita a execução de fundição de peças de grandes áreas
com longos fluxos, uma vez que não acontece a formação de colchões de ar antes e depois do
preenchimento do molde pela mistura. Exemplos incluem peças de carroceria soldadas com proteção de
impacto que servem como pontos de nós entre perfis, e grandes peças de carroceria que podem ser
manufaturadas em signficativamente menos etapas de trabalho do que seria possível com a utilicação de
modelagem de metal, tais como molduras de portas, portas internas e tampas de porta-mala.
O processo VACURAL® ainda não é essencial para componentes fundidos por injeção submetidos a alto
esforço, mas é claro que brevemente ele se tornará essencial.
A partir do ponto de vista de economia de combustíveis e do meio ambiente, o foco futuro será sobre:
-
Peças de suspensão para automóveis e motocicletas
Componentes estruturais com espessura de até 1.5 mm
Suportes de virabrequim e peças de motores para alta capacidade
Uma outra etapa de desenvolvimento que claramente se sobressai nas discussões do momento diz
respeito à crescente popularidade das ligas normalizadas que não exigem soluções térmicas e extinguem
a têmpera de peças para ajuste das propriedades mecânicas desejadas (normalmente alta resistência em
conexão com alto alongamento). O principal motivador para isso é o problema de distorção que ocorre
em peças grandes e planas, como consequência do tratamento térmico descrito acima, que cria uma
etapa de processo adicional indesejável, exigindo um complexo alinhamento das peças.
Simultaneamente, existe uma tendência crescente no setor de carrocerias na direção da utilização de
peças fundidas estruturais altamente integradas com dimensões ainda maiores - sejam sob a forma de
paredes estreitas, grandes peças ou como componentes mais compactos projetados com bruscas
variações de largura das paredes, para a conexão de módulo estrutural e suspensão.
Mesmo sem tratamento térmico, o processo VACURAL® de baixa incidência de poros oferece vantagens
importantes porque ele pode ser condicionado ao alcance consistente da capacidade de solda e
fundição isenta de poros – características essenciais para peças de carroceria e suspensão com paredes
estreitas.
O processo VACURAL® também está sendo desenvolvido para aplicações em fundições por injeção de
ligas de magnésio, criando ainda maiores oportunidades para economias de peso. Dentre as novas
possibilidades que estão se abrindo na indústria automobilística se incluem a manufatura em magnésio
de aros de roda de ligas leves, tampas de porta malas e elementos de cobertura.
Para maiores informações e esclarecimentos favor entrar em contato pelo telefone (11) 4704-2471 ou
por e-mail: [email protected]
A Oskar Frech GmbH + Co. KG agradece a ALCOA Automotive GmbH, Soest/Germany e a
RITTER Aluminium GmbH, Wendlingen/Germany pelo seu apoio na preparação deste artigo.
Fonte de imagens:
ALCOA Automotive; RITTER Aluminium