aula 11- processos de fundição sob pressão

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1. Introdução• Principio do Processo• Classificação dos Processos• Potencialidades do Processo

2. Fundição Sob Pressão em Câmara Quente

• Características Gerais.• Sistemas de Injeção.• Materiais Utilizados.• Seqüência Operacional.

3. Fundição Sob Pressão em Câmara Fria

• Características Gerais.• Sistemas de Injeção.• Classificação das Máquinas.• Ciclo do Processo.• Parâmetros de Injeção.• Aspectos Construtivos: Pistão e Câmara de Injeção.• Moldes (Matrizes): Aspectos Construtivos e Operacionais, materiais utilizados.

Aula 11: Processos de Fundição Sob Pressão

Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica

Fundição sob Pressão

Princípio do Processo

Processo que utiliza um molde metálico estacionário (MATRIZ) no qual o metal líquido é introduzido usando altas pressões.

Classificação dos Processos

Classificados em função do tipo de

equipamento utilizado

Câmara Quente

Câmara Fria

Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 11: Processos de Fundição Sob Pressão

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Potencialidades do Processo - O processo permite obter:

• Peças com seções muito finas (< 0,2mm).

• Reprodução de detalhes finos.

• Elevada precisão dimensional

• Excelente acabamento superficial

Peças Complexas

Peças “NET SHAPE”

• Altas Produtividades.

• Adequado para automação.


Fundição Sob Pressão em Câmara Quente

Pistão

BocalPescoço

de ganso Cilindro

hidráulico

Forno

Semi-molde ejetor

Semi-molde fixo

• 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

• Peças de até 23Kg

• Ligas de Al em dispositivos sem êmbolo à base de ar comprimido.

Características Gerais


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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.

Fundição Sob Pressão em Câmara Quente


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.

• PISTÃO Ferro Fundido Cinzento


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Dispositivo de Injeção a Base de Ar Comprimido:

• O enchimento da câmara de pressão é obtido pela descida da câmara até que o metal possa penetrar no interior da mesma através de um furo ou tubo, que fica fechado durante a injeção. Depois é fixada a tubulação de injeção contra a boca de entrada do molde e ficando fechada a boca de entrada do metal injeta-se este, por meio de pressão de ar comprimido, no molde.

• O sistema não possui êmbolo.

• Pressão de injeção máxima = 50Kg/cm2.

• Pode ser utilizado para ligas de Al.

• Empregado para peças maiores.


Seqüência Operacional:

Fechamento do Molde

Fixação da Tubulação de Injeção

Injeção

Retrocesso do Êmbolo

Separação do Bico de

Injeção

Abertura do Molde

Extração dos

Machos

Extração das Peças


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Fundição Sob Pressão em Câmara Fria

• 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

Características Gerais


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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Classificação das Máquinas de Acordo com os Princípios Construtivos

Máquina de Câmara Fria Horizontal

Máquina de Câmara Fria Vertical

Deslocamento do Embolo de pressão para cima.

Deslocamento do Embolo de pressão para baixo.


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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Preenchimento da câmara com concha manual

Cavidade do molde

Pistão

Câmara de injeção

Injeção do alumínio para a cavidade do molde.

Extração do produto

Ciclo do Processo de Fundição sob Pressão em Máquina de Câmara Fria Horizontal


Ciclo do Processo de Fundição sob Pressão em Máquina de Câmara Fria Vertical

Pistão de injeção

Alumínio líquido

Pinosextratores

Injeção

Contra pistão

Preenchimento da cavidade do molde

Ejeção do material residual ( massalote ).

Tiro do produto

Extração do produto

Varões extratores


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Parâmetros de Processamento:

Ligas de Alumínio

• Temperatura da Matriz ≅ 2500C

• Vida Útil da Matriz de 100.000 a 150.000 ciclos.

Produção: Exemplos

• Conjuntos de até 5,0 Kg • 30 a 60 ciclos/h em Máquina Automática

• Conjuntos de até 1,2 Kg • 40 a 120 ciclos/h em Máquina Semi-automática.


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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Parâmetros de Injeção: Estágios

• Primeiro estágio : o pistão avança com velocidade lenta para expulsão do ar e gases da câmara de injeção.

1a Fase2a 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.


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.

Pistão menor que o

padronizado

A segunda fase iniciaráantes que todo o alumínio ocupe o volume hidráulico da câmara

INJEÇÃO DE ARjunto com o alumínio para dentro da cavidade 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

Avançado

Recuado

2a fase 1a fase

Pistão maior que o padronizadoJuntas Frias

Pistão menor que o padronizadoPorosidades

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.


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

Terceiro estágio: Recalque.

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

Determina: • Força de Injeção da Máquina.

• 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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Força de Injeção É obtida através da pressão hidráulica da rede ou multiplicada da Injetora, dividida pela área do êmbolo de injeção.

Pressão Específica de Injeção

Resultante da Força de Injeção da Máquina dividido pela Área do Pistãode injeção. Ou seja, é a força aplicada a cada cm2 de metal injetado.

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



Força de Fechamento

Os diversos tipos de máquinas injetoras que são produzidas, geralmente são identificadas pela capacidade da Força de Fechamento.

- Máquina de 630 T = a capacidade desta manter as placas fechadas e travadas até 630.000 kgf de Injeção, que édeterminada pela Pressão Específica ( Pe ) multiplicada pela área projetada do molde.

Exemplo:


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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 turbulênciaevitando 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


Aspectos Construtivos: Pistão e Câmara de Injeção

O tamanho da Câmarae do Pistão determina o volume de metal para o tiro

Cada Ferramental tem câmara e pistão próprios.

Materiais

Câmara: Aço H13 Aço Ligado Nitretado

Pistão: Liga de Cobre c/ Berílio (5%)Aço Ligado Nitretado

Sistema de Refrigeração: A temperatura do pistão deve oscilar entre 50-700C . Refrigeração com água.

Lubrificação: Cuidar com a quantidade e tipo de lubrificante, para evitar contaminação do metal e redução da vida útil do pistão e da câmara.


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Moldes para Fundição Sob Pressão

Características Iniciais

Elevado custo de Fabricação.

Maior vida útil possível.

Necessidade de estabilidade e precisão dimensional.

⇒ MATRIZES

Materiais Aços Cromo-Molibdênio

• Alta resistência à choque térmico

• Boa taxa de extração de calor

• Alta resistência ao desgaste e à abrasão

Aços para Trabalho a Quente


Materiais

Combinação de aços P20 com o H13

Normalmente temperados e nitretados em áreas de contato com o metal líquido e regiões de atrito.

A seleção depende do material e do número de peças a serem produzidas.

Materiais mais utilizados

H13 0,35C – 0,30Mn – 1,0Si – 5,0Cr - 1,0V – 1,5Mo

P20 0,35C – 1,7Cr - 0,4Mo


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Aços para Matrizes

Liga das Peças

Zinco

Alumínio e Magnésio

Cobre

PRODUÇÃO

50.000 250.000 1.000.000

Material

P20 P20 H11 / H13

H11 H13

H11 H13

H11 H13

H21/ H20/ H22

Obs.: para suporte dos moldes pode-se usar os aços 1020 ou 1045.


Aços para Machos e Ejetores

Liga das Peças

Zinco

Alumínio e Magnésio

Cobre

MATERIAL

H11/ H13/ H12 (nitretados)

H11/ H13/ H12 (nitretados)

H21/ H20/ H22


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Aspectos Construtivos/Operacionais: Matrizes

• As matrizes podem ser refrigeradas com água em locais de pontos quentes, machos ou seções espessas das peças.

• A temperatura de entrada da água de refrigeração não deve ser inferior a 300C.

• Overflows: são construídos para saídas de ar e óxidos. São ligados às peças por uma seção bem fina (0,5-1,5mm de espessura).

• Sistema de Canais TIPO PRESSURIZADO

Necessidade de altas velocidades de enchimento.

• Extratores: pinos ou buchas (sempre que possível localizados sobre os canais de entrada).

• Agentes Separadores: aplicados a cada ciclo, sob a forma líquida ou pasta, por spray ou pincel.


Aspectos Construtivos/Operacionais: Matrizes

Tolerâncias para peças pequenas: 0,076 a 0,127 mm.

• Variações ocorrem em função:

• tamanho e desenho da peça

• fundibilidade da liga

• Na prática normal as dimensões sofrem alterações devido o desgaste do molde e do mecanismo de fechamento


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