Processo de fundição por gravidade
Introdução à Fundição por Gravidade
A fundição por gravidade (GDC) é um processo clássico de conformação de metais. Seu princípio fundamental consiste em utilizar a gravidade para injetar metal fundido em um molde metálico pré-fabricado (geralmente feito de ferro fundido, aço ou liga de cobre). Depois que o metal fundido esfria e se solidifica dentro do molde, este é aberto e a peça fundida é removida.
Esse processo é amplamente utilizado nos setores automotivo, de maquinário, aeroespacial e de eletrodomésticos, sendo particularmente adequado para a produção em massa de peças metálicas de médio a grande porte, com formas complexas e elevados requisitos de precisão dimensional.
Processo de fundição por gravidade
A fundição por gravidade (GD/fundição em molde) baseia-se no princípio de utilizar a gravidade para conduzir o metal fundido para dentro de um molde metálico, que então esfria e se solidifica, permitindo a obtenção de peças fundidas de alta precisão. Todo o processo exige um controle rigoroso das condições do molde, da qualidade do metal fundido, dos parâmetros de vazamento e das técnicas de pós-processamento, a fim de garantir a consistência e o rendimento da fundição.
A Suijin Machinery fornece fluxos de processo padrão para a produção industrial em grande escala, ao mesmo tempo em que oferece soluções otimizadas para a personalização de pequenos lotes.
Etapa 1: Projeto e fabricação de moldes / Inspeção
Operações principais:
- Projetar moldes (incluindo cavidades, canais de alimentação, canais de alimentação secundários, canais de ventilação e mecanismos ejetores) especificamente para a estrutura da peça fundida, a fim de garantir um fluxo suave do metal fundido, alimentação suficiente e ventilação completa (evitando porosidade e cavidades de retração);
- Utilize aço para matrizes de trabalho a quente (por exemplo, H13) como material do molde, submetido a tratamento térmico (têmpera + revenimento) para melhorar a resistência a altas temperaturas e ao desgaste. Polir a superfície da cavidade até Ra 3,2-6,3 μm (para garantir uma superfície de fundição lisa);
- Inspeção do molde na pré-produção: Remova as impurezas residuais da cavidade, verifique se há desgaste ou deformação na cavidade, verifique a flexibilidade do mecanismo ejetor e confirme se os canais de resfriamento estão desobstruídos (caso haja um sistema de resfriamento).
Controle de Qualidade:
As tolerâncias dimensionais do molde devem ser 1 a 2 graus mais amplas do que os requisitos da peça fundida. A largura do canal de ventilação é de 0,2 a 0,5 mm, e a profundidade, de 0,1 a 0,3 mm, para evitar o transbordamento do metal fundido e, ao mesmo tempo, garantir uma ventilação eficaz.
Etapa 2: Preparação da matéria-prima e fundição de metais
Operações principais:
- Selecione materiais de liga adequados (por exemplo, liga de alumínio A356, liga de zinco ZAMAK 5, liga de cobre latão H62). As matérias-primas devem estar em conformidade com as normas do setor (por exemplo, ASTM, GB/T), e é necessário remover óleo da superfície, camada de óxido e outras impurezas.
- Prepare os materiais de acordo com a proporção da fórmula e aqueça-os até o estado fundido em um forno (por exemplo, forno de resistência, forno de indução): liga de alumínio 650-700 ℃, liga de zinco 380-420 ℃, liga de cobre 900-1100 ℃.
- Tratamento de refino de metais: Adicione agentes de refino (por exemplo, hexacloroetano para ligas de alumínio) para remover gases e impurezas. Deixe repousar por 5 a 10 minutos para garantir uma composição uniforme. Analise a composição da liga usando um espectrômetro para garantir que ela esteja em conformidade com as normas.
Controle de Qualidade:
Teor de gás no metal fundido ≤ 0,15 ml/100 g (liga de alumínio), teor de impurezas ≤ 0,5%, para evitar defeitos de porosidade e inclusões nas peças fundidas causados por gases ou impurezas.
Etapa 3: Pré-tratamento do molde
Operações principais:
- Pré-aquecimento do molde: Utilize aquecimento elétrico ou a gás para elevar a temperatura do molde a 150-300 ℃ (peças fundidas de liga de alumínio) e a 100-200 ℃ (peças fundidas de liga de zinco). Isso evita que o molde em baixa temperatura entre em contato com o metal fundido em alta temperatura, o que poderia causar falhas de solidificação ou vazamento incompleto.
- Aplicação do agente desmoldante: Aplique uma camada fina de agente desmoldante resistente a altas temperaturas (como um agente à base de grafite ou de vidro solúvel) de maneira uniforme nas superfícies da cavidade, do canal de alimentação e do mecanismo ejetor. A espessura deve ser de 0,05 a 0,1 mm para garantir o desmoldamento suave da peça fundida e proteger a cavidade do molde.
Controle de Qualidade:
A temperatura do molde deve ser uniforme (diferença de temperatura ≤20 ℃). Não deve haver acúmulo nem omissão na aplicação do agente desmoldante, a fim de evitar que a qualidade da superfície da peça fundida e o efeito de desmoldagem sejam prejudicados.
Etapa 4: Fechamento e posicionamento do molde
Operação principal:
- Feche os moldes superior e inferior ou os moldes multissegmentos utilizando um dispositivo de fechamento de molde (manual, hidráulico ou com transmissão mecânica) para garantir o posicionamento preciso do molde (a folga entre o pino de posicionamento e o orifício de posicionamento deve ser ≤0,03 mm), a fim de evitar desalinhamento e excesso de rebarba na peça fundida.
- Verifique a pressão de fechamento do molde: ajuste a pressão de acordo com o tamanho do molde (geralmente entre 0,5 e 2 MPa) para garantir um fechamento hermético do molde e evitar o transbordamento do metal fundido.
Controle de Qualidade:
Após o fechamento do molde, a cavidade deve apresentar boa vedação, sem folgas evidentes, e o desvio de posicionamento deve ser ≤0,05 mm.
Etapa 5: Fundição de metal
Operações principais:
- Método de vazamento: Vazamento manual (pequenos lotes, peças simples) ou vazamento mecânico automatizado (grandes lotes, peças de alta precisão, como braços robóticos + máquinas de vazamento quantitativo);
- Controle dos parâmetros de vazamento: vazão uniforme do metal (evitando turbulências), velocidade de vazamento de 0,5 a 2 L/s (ajustada de acordo com o tamanho da peça fundida), temperatura de vazamento 30 a 50 ℃ acima do ponto de fusão da liga (garantindo a fluidez);
- Ângulo de vazamento: Despeje suavemente ao longo do canal de vazamento, evitando o impacto direto na parede da cavidade (prevenindo o aprisionamento de ar e o desgaste da cavidade), garantindo que o metal preencha lentamente toda a cavidade.
Controle de Qualidade:
Sem respingos nem interrupções durante o vazamento; o tempo de preenchimento da cavidade deve ser controlado entre 5 e 30 segundos (dependendo da complexidade da peça fundida), evitando um preenchimento excessivamente rápido, que pode causar porosidade, e um preenchimento excessivamente lento, que pode causar falhas de fusão.
Etapa 6: Resfriamento e solidificação
Operações principais:
- Resfriamento natural (peças fundidas simples) ou resfriamento forçado (peças fundidas complexas e de alta precisão): Água de resfriamento ou ar comprimido é introduzida pelos canais de resfriamento integrados ao molde para controlar a taxa de resfriamento.
- Tempo de resfriamento: Ajustado de acordo com a espessura da peça fundida e o tipo de liga (por exemplo, 10 a 20 segundos para peças fundidas de liga de alumínio com espessura de 2 a 5 mm; 30 a 60 segundos para peças fundidas com espessura de 10 a 20 mm), a fim de garantir a solidificação completa e uma estrutura interna densa.
Controle de Qualidade:
É proibida a abertura prematura do molde durante o processo de resfriamento (para evitar deformações e rachaduras na peça fundida). A desmoldagem só é permitida após a solidificação da peça fundida e quando a temperatura tiver caído para menos de 200 ℃ (ligas de alumínio) ou menos de 150 ℃ (ligas de zinco).
Etapa 7: Abertura do molde e remoção da peça fundida
Operações principais:
- Após o tempo de resfriamento definido ser atingido, a peça fundida é ejetada da cavidade do molde por meio de um mecanismo de ejeção (pino ejetor hidráulico, haste ejetora mecânica). A velocidade de ejeção é uniforme (para evitar danos por impacto na peça fundida).
- A peça fundida é removida manualmente ou por um braço robótico, enquanto, simultaneamente, são removidas as rebarbas do sistema de alimentação, dos canais de alimentação e dos pontos de conexão com a peça fundida (limpeza preliminar).
Controle de Qualidade:
Durante o processo de remoção, evitam-se colisões e arranhões na peça fundida. As marcas de ejeção têm profundidade ≤0,1 mm e não afetam a aparência nem o desempenho da peça fundida.
Etapa 8: Remoção do canal de alimentação e do canal de subida, além da rebarba
Operação principal:
- Remova os canais de alimentação, os canais de subida e as rebarbas da peça fundida por meio de corte mecânico (por exemplo, corte com disco abrasivo, corte a plasma), puncionamento ou retificação;
- Lixe as bordas cortadas após o corte para garantir uma superfície lisa e sem rebarbas afiadas (altura da rebarba ≤ 0,1 mm).
Controle de Qualidade:
Evite danificar o corpo da peça fundida durante o processo de remoção; rugosidade do corte ≤ 0,2 mm/m.
Etapa 9: Limpeza e inspeção das peças fundidas
Operações principais:
- Limpeza da superfície: Remova a camada de óxido, os resíduos de agente desmoldante e as impurezas da superfície da peça fundida por meio de jateamento com granalha (granalha de aço com diâmetro de 0,2 a 0,5 mm), jateamento com areia ou limpeza química.
- Inspeção visual: Inspecione visualmente a superfície da peça fundida em busca de defeitos, tais como porosidade, rachaduras, falhas de soldagem, inclusões e cavidades de contração (diâmetro da porosidade superficial ≤ 0,5 mm e não mais do que 2 por centímetro quadrado).
- Inspeção dimensional: Utilize paquímetros, micrômetros e máquinas de medição por coordenadas para inspecionar as dimensões críticas da peça fundida (as tolerâncias devem atender aos requisitos de projeto, tais como ±0,1-0,3 mm).
- Inspeção de qualidade interna (peças fundidas críticas): Utilize a detecção de falhas por raios X, a detecção de falhas por ultrassom ou o ensaio por penetração para verificar a presença de defeitos internos, tais como cavidades de contração e trincas (área da cavidade de contração interna ≤ 0,5%).
Controle de Qualidade:
Taxa de defeitos de aparência ≤ 3%, taxa de conformidade dimensional ≥ 98%; os defeitos internos em peças fundidas críticas devem estar em conformidade com as normas ASTM E446 ou GB/T 6402.
Etapa 10: Processamento posterior (conforme necessário)
Operações principais:
- Usinagem: São realizadas operações de torneamento, fresagem, perfuração e retificação em peças-chave das peças fundidas (como orifícios de montagem e superfícies de encaixe) para melhorar a precisão dimensional e o acabamento superficial (por exemplo, rugosidade da superfície de encaixe Ra 1,6-3,2 μm);
- Tratamento térmico: As peças fundidas de liga de alumínio são submetidas a um tratamento de envelhecimento (150-200 ℃, com tempo de manutenção de 2 a 4 horas) para melhorar a resistência e a dureza; as peças fundidas de liga de cobre são submetidas a um tratamento de recozimento para eliminar tensões internas;
- Tratamento de superfície: Pintura, anodização (liga de alumínio), galvanoplastia (liga de zinco/liga de cobre) e passivação são realizados de acordo com os requisitos da aplicação, a fim de melhorar a resistência à corrosão e a aparência.
Controle de Qualidade:
Após a usinagem, as tolerâncias dimensionais são ≤±0,05 mm (peças-chave); após o tratamento térmico, a dureza atende aos requisitos de projeto (por exemplo, liga de alumínio HB 80-100); a aderência da camada de tratamento de superfície atende às normas (sem descascamento durante o teste de aderência por corte transversal).
Etapa 11: Embalagem e armazenamento do produto acabado
Operações principais:
- Classificar e etiquetar as peças fundidas aprovadas (indicando o modelo, o lote e a data de produção);
- Utilize embalagens à prova de umidade e resistentes a impactos (como plástico-bolha, espuma de poliestireno + caixa de papelão) para evitar danos durante o transporte;
- Realize uma inspeção aleatória final antes do armazenamento (taxa de amostragem ≥ 5%) e registre as peças fundidas no almoxarifado após confirmar que não há problemas de qualidade.
Solução de Fundição Suijin
A fundição por gravidade é um processo de conformação de metais de alta precisão, alta eficiência e alto volume. Suas principais vantagens residem na qualidade estável da fundição, na alta eficiência de produção e na alta utilização do material, tornando-a particularmente adequada para a produção de peças fundidas a partir de ligas com boa fluidez, como as ligas de alumínio e zinco. Embora o investimento inicial em moldes seja relativamente alto, ele pode reduzir significativamente o custo unitário em cenários de produção em massa, tornando-o um processo de fundição predominante em setores como o automotivo, de maquinário e de eletrodomésticos.