Universidade Federal do Paran Setor de TecnologiaDepartamento de Engenharia Mecnica FundioFundio sob pressoCuritiba, junho de 2007.AoINTRODUOO processo de Fundio sob Presso (Die Casting) o processo de manufatura que consiste na transferncia do metal lquido para o interior de um molde metlico sob a ao de um pisto a elevadas presses, obtendo-se, com isso, peas de alta caracterstica mecnica e com tolerncias dimensionais restritas. Atravs deste processo, paredes de espessura de at 1 mm podem ser conseguidas, alm de uma baixa rugosidade superficial, proporcionando peas com excelente aparncia, reduzindo em muito as operaes complementares de acabamento superficial.Por se tratar de um processo que envolve equipamentos e ferramentas complexos e de altos requisitos para o controle do processo, indicado para a produo de peas em grande escala, principalmente para as indstrias automobilstica e de equipamentos eletrnicos.O processo de Fundio sob Presso foi criado em 1849, dada a necessidade de produo de tipos de chumbo para tipografia. Em 1907, patenteou-se a primeira mquina de injeo de cmara quente, que foi largamente utilizada na produo de componentes para mscaras contra gases e de binculos.Utiliza mquinas de injeo de cmara quente, onde o sistema de injeo encontra-se submerso no metal lquido, ou de cmara fria, no qual o metal lquido transferido manual ou automaticamente para a bucha de injeo, sendo ento introduzido no molde por meio de um pisto. Este processo atualmente utilizado na produo de peas em ligas no ferrosas como Magnsio, Alumnio e Zinco, principalmente.O Magnsio, por ser o mais leve dos metais estruturais, permite que se obtenha, dependendo da utilizao e geometria, a reduo de at 30% em peso da mesma pea em alumnio, gerando com isso, no caso de uma autopea, reduo no consumo de combustvel com conseqente diminuio da emisso de poluentes atmosfricos.A 380LigasAZ91(Magnsio) (Alumnio) AG 40A(Zinco) FerroFundidoCinzento LatoBronzeAmarelo FosforosoDensidade(g/cm3) 1,802,716,607,007,908,408,80A baixa solubilidade do ferro nas ligas de magnsio provoca menor ataque na superfcie do molde de fundio, permitindo que a durabilidade dos ferramentais de peasde magnsio seja em mdia 50% superior aos moldes de peas correspondentes em alumnio, visto que nas ligas de alumnio, o ferro extremamente solvel, ocasionando acelerado desgaste por eroso nas matrizes.Uma interessante vantagem do magnsio na produo de peas em alta escala provm do fato de apresentar baixo esforo de corte na usinagem. Com isso, altas velocidades de corte so possveis de serem utilizadas sem empastamento da ferramenta, permitindo um ciclo de usinagem menor, com conseqente ganho de produtividade e diminuio de custos em comparao a outras peas de similar geometria e de ligas diferentes.Fora de corte requerida (Referncia MG = 1.0)1.01.82.33.56.310.0LigaMagnsioAlumnioLatoFerro FundidoAo ComumNquelAlgumas das mais importantes caractersticas do magnsio e suas ligas esto nos seus baixos valores de Entalpia (1105,4 kJ/kg a 650 C), Calor Latente (368 kJ/kg) e Ponto de Fuso (650 C). Esses fatores permitem uma acelerada solidificao da pea no molde, com conseqente reduo no ciclo de fundio da pea.As ligas de magnsio possuem tambm baixa viscosidade, resultando em muito boa fluidez, apresentando ainda uma excelente estabilidade dimensional, o que permite ao projetista do componente ou pea liberdade na utilizao de paredes finas, podendo atingir at 1 mm de espessura, bem como desenvolver geometrias complexas.Por todas essas vantagens, as ligas de magnsio fundidas sob presso esto cada vez mais sendo utilizadas nas mais diversas aplicaes industriais, como: Indstria automobilstica: carcaas para caixas de cmbio, armaduras para volantes, estruturas para painis, suportes diversos, tampas etc. Indstria eletroeletrnica: estrutura para celulares e lap tops. Indstria eletromecnica : carcaas para motosserras e ferramentas manuais.1. Historia do processoOs primeiros equipamentos para o processo de fundio sob presso surgiram no sculo dezenove e em 1849 Sturgiss patenteou a primeira mquina para suprir rapidamente tipos fundidos de chumbo para os jornais.Em 1869, Charles Babbage faz uma mquina para produzir peas para calculadoras mas ficou mesmo reverenciado como o inventor que projetou o primeiro computador de uso geral, utilizando apenas partes mecnicas, a maquina analtica. Ele considerado o primeiro pioneiro da computao..Na dcada seguinte - 1877 comearam a ser produzidas as peas para locomotivas e as ligas de zinco, foram muito utilizadas em injetoras com cmara quente. Hoje so usadas industrialmente, principalmente para fundio sob presso so, geralmente, ligas de zinco com alumnio, magnsio e cobre. De todas as ligas no-ferrosas para a fundio sob presso, as ligas de zinco so as que possuem maior campo de utilizao, devido s suas particularidades nas propriedades fsicas, mecnicas e de fundio, associadas a uma capacidade de poderem ser facilmente revestidas por eletrodeposio (cobreao, niquelao e cromao) ou por pinturas com tintas e vernizes e atualmente as mquinas de injeo de cmara quente, onde o sistema de injeo encontra-se submerso no metal lquido, ou de cmara fria, no qual o metal lquido transferido manual ou automaticamente para a bucha de injeo, sendo ento introduzido no molde por meio de um pisto. Este o processo atual na produo de peas em ligas no ferrosas como Magnsio, Alumnio e Zinco, principalmente.Utilizado comercialmente desde o sculo XIX, foi na Segunda Guerra Mundial que o processo de extruso passou pelo primeiro incremento. Os perfis extrudados de alumnio eram produzidos em grande quantidade para aplicao em componentes aeronuticos. A introduo de ligas de alumnio intermedirias, tratveis termicamente na prpria prensa de extruso e de muito boa extrudabilidade, permitiu uma rpida expanso dessa indstria no ps-guerra.Nas dcadas de 50 e 60 no EUA e Japo, a fundio sob presso teve seu grande apogeu a maior competitividade na dcada de 70, j na dcada de 80 ocorreu muitos investimentos em pesquisas, a sada da poca do ensaio e erro.2. Caractersticas particulares.2.1 Exatido e Intercambiabilidade: uma das principais vantagens do processo de fundio por presso. Pelanatureza desse processo se obtm uma reproduo fiel de detalhes muito finos e uma exatido das dimenses de todos os contornos.Em muitos casos aps a fundio no necessrio usinagem de acabamento o que acaba baixando o custo da produo.2.2 AspectoO aspecto das peas fundidas por presso se caracterizam pela sua limpeza e brilho. Porem podem aparecer falhas superficiais devido a um desenho incorreto.Podem ocorrer na superfcie das peas pequenos desenhos os quais no so relevantes pois so apenas fluxo de metal liquido.2.3 Densidade e porosidadePor este processo no possvel fabricar peas de densidade totalmenteuniforme.A textura nas zonas exteriores devido a um resfriamento forte, so gros mais finos, e no interior das paredes se formam pequenos vazios muito pequenos.Partes grossas favorecem a formao de poros os quais so maiores quanto mais grossa a seo.A porosidade pode ser provocada por trs fatores: desigualdade no resfriamento, impurezas e gases contidos no material.O resfriamento desigual pode provocar um desenho incorreto da pea, deve-se evitar um acoplamento de paredes de sees diferentes e a troca brusca de sees, um grande acumulo de material em uma parte da pea tambm provoca a formao de vazios.As impurezas no material de fuso provocam um fluxo desparelho do material e um resfriamento desigual.E gases podem ocasionar porosidades na pea, pois existe presso aplicada diretamente sobre a superfcie do metal.2.4 Propriedades mecnicasA presena de pequenos poros no interior das paredes no influi consideravelmente nas propriedades mecnicas,pois esse fenmeno tem contraste com o aumento da resistncia e por conseqncia menor tamanho de gro. No caso de se produzir peas que devem suportar presses interiores e recomendvel submete-las a uma prova de presso antes de monta-las, e deve-se destruir gros mais finos na superfcie com usinagem posterior. As peas corretamente projetadas e colocadas podem suportar presses superiores a 20 kg/cm2 sem nenhum perigo de ruptura.Em peas com ligaes de zinco muitas vezes pode ultrapassar a presso segura.No conveniente, porem, utilizar fundio sob presso peas que devam suportar grandes esforos e por conseqncia devam ter seces espessas.A estrutura tpica de uma pea fundida por presso, na qual visvel a superfcie de fratura, consiste uma parte exterior muito densa e com uma tendncia de incremento de tamanho dos gros em direo ao centro.Alm disso a apario de poros em seces mas espessas provoca uma diminuio das propriedades mecnicas.Atravs de exames de raios-x, possvel identificar poros e pequenos vazios, cuja presena provoca uma diminuio da densidade descobertas facilmente por pontos ou manchas escuras.So reveladas imperfeies que representam cerca de 2% das dimenses das peas as quais ocorrem como pequenos micro-poros, invisveis a raios-x, e so justamente os defeitos que podem diminuir a resistncia da pea substancialmente.No convm, porem, pensar que por apresentar paredes mais espessas a pea apresentar uma resistncia mais elevada e peas que apresentem poros sero eliminadas pelo exame de raios-x. Peas corretamente projetadas com espessuras das paredes dentro dos limites admissveis podero suportar esforos maiores que pecas de igual espessura fundidas em areia e coque.Para grande maioria das peas fundidas a presso no a resistncia o fator essencial que determina sua aplicao to vasta na industria. O acabamento superficial e a exatido da pea tm maior importncia.2.5 Espessura das paredesReferente a espessura das paredes este processo pode gerar peas com paredes muito finas.Enquanto peas fundidas em areia, espessuras de 4 a 5 mm so consideradas muitoespessas, pela fundiosob presso soconsideradas mximos.Seces grossas favorecem o aparecimento de vazios devendo evitar espessuras elevadas.A espessura mnima admissvel depende da forma da pea e seu projeto, do caminho que deva percorrer o metal na matriz e por fim o material utilizado no processo.3. Aplicaes.A Industria automotiva tm sido as maiores consumidoras da fundio sob presso, a maior parte das peas so base de zinco, j a industria aeronutica recorre a grande quantidade de fundies com ligas de alumnio e magnsio.Existem ainda vrios setores que utilizam desse processo como:Equipamentos eletrnicos Material blicoBrinquedosEletrodomsticos AgriculturaTransporteMquinas industriaisEquipamentos de escritrio e comerciais JoalheriaEquipamentos esportivosMquinas fotogrficas e filmadoras Equipamentos para construo4. MatrizO molde ou matriz o elemento mais delicado do processo. De seu projeto correto e exata construo depende principalmente do xito do procedimento.A construo de uma matriz implica um grande numero de variantes praticamente impossvel fixar todos os pontos que devem ser levados em conta para sua elaborao.A matriz deve ser capaz de receber e alojar metal liquido uma presso elevada. A construo deve ser cuidadosa em relao a separao da matriz a disposio correta dos canais de refrigerao e os canais de evacuao de ar.Para obter peas com medidas exatas e superfcies lisas necessrio que a matriz seja trabalhada com a maior exatido e limpeza sendo preciso recorrer a ferramentas e maquinas de preciso.4.1 Durao da vida das matrizesA durao de vida das matrizes depende de vrios fatores como: Material utilizado na fundioDa qualidade requerida pela superfcie. Da preciso requerida para as peas.Tamanho, forma e complexidade das peas.Ao empregar ligas de elevado ponto de fuso as paredes das matrizes se submetem a altos esforos trmicos e tambm qumicos. Isto resulta que depois de certo tempo de produo devido a uma fadiga trmica aparecem nas superfcies pequenas fendas quase invisveis na forma de veias delgadas cujo tamanho aumenta com o decorrer da produo, limitando a durao da matriz.As partes onde ocorre a entrada de material liquido devem suportar esforos elevados por conseqncia devem construir as partes intercambiveis para no ter que substituir as matrizes inteiras.Temos dito que a presso requerida para as peas fundidas repercute sobre o tempo de durao das matrizes. Isto se explica pelo motivo de que deve pulir a matriz durante a produo, ocasionando uma alterao nas medidas iniciais, e com o desgaste progressivo as medidas fogem da tolerncia desejada.A importncia da durao da matriz do ponto de vista do custo total do processo, pode notar-se que se refere a fundio de ligas de cobre. relativamente pouco o uso da fundio a presso para as peas de lato e bronze, deve atribuir-se unicamente a problemas que se apresentam pela curta durao de vida das matrizes.5. Fases da InjeoFigura 1. Representao das fases de injeo.A figura 1 representa as fases de injeo do material na matriz .As fases esto nomeadas como: 3a, 2a, 1a..5.1 Primeira fase.A primeira fase inicia com baixa velocidade de injeo variando de dois a cinco metros por segundo velocidade do pisto ,tem como objetivo deixar parte da bucha de injeo cheia de metal, sem ar, se algum ar ficar retido no metal, ele ir fazer parte da pea depois.Como mostra a figura 2 a primeira fase leva material at o p do canal de injeo.figura 2. Primeira fase de injeo. 1Deve-se evitar o preenchimento prematuro da cavidade, pois, podem formar ondas de turbulncia e gases que ocasionam problemas na pea.O curso da primeira fase de injeo pode ser calculado, para isto necessrio conhecer a massa total de metal que vai ser injetado e a partir desta informao pode-se calcular o volume total de metal a ser injetadoEsta fase se encerra quando todo o volume de metal da cmara est ocupado pelo metal lquido e pode ser calculado para facilitar na definio dos parmetros de injeo5.2 Segunda fase.A segunda fase caracteriza-se pelo enchimento do molde, a velocidade do pistovaria entre trinta a sessenta metros por segundo.Durante esta fase importante que no exista o aprisionamento de bolhas de ar ou gases, pois a alta presso de injeo no vai expulsar os gases apenas vai comprimi-los dentro da pea.Figura 3. Segunda fase de injeo.Se bolhas de ar ficarem presas no metal que est na cmara de injeo, elas iro fazer parte do metal durante a fase de enchimento, aquecimento da pea a 450oC por uma hora pode revelar a presena de ar aprisionado na pea. Como mostra a figura 4.Figura 4 . Bolhas de ar.5.3 Terceira fase.A terceira fase (figura 4) determina a fora de injeo da maquina e a presso especifica de injeo, responsvel pela compactao final do metal injetado imediatamente aps a segunda fase de injeo, compensando a contrao de metal, diminuindo a ocorrncia de porosidades. utilizada em peas com paredes grossas e que sejam alimentadas por canais generosos a fim de permitir a transmisso de presso. Geralmente a terceira fase empregada em peas que exigem estanqueidade, ou seja , com dificuldade de fluir.Em ligas eutticas mais difcil o recalque, no existe a zona pastosa comum das ligas hipoeutticas.O recalque mais indicado para peas com seces mais espessas, efeito de massalote.Caso no haja a fase de recalque a espessura do biscoito pode ser menor.6.Bolsas de ar Figura 5 . Terceira fase.Tambm so conhecidas como overflows, so ligadas as peas por um canal fino. Estas bolsas de ar servem para acumular de uma forma rpida o ar que vai ser expulso da cavidade do molde durante o enchimento do mesmo.Recomendaes para as sadas de ar.AlumnioMagnsioEspessura do canal (mm)Espessura da ventilao cmm de largEspessu ventilao ((mm 0,6 a 1,00,06 a 0,1 0,6 a 1,00,06 a 0,16.1 Bolsasde ar e sadas7. VantagensRapidez de produo: O procedimento permite uma produo rpida em serie com uma capacidade praticamente ilimitada, quando utilizada ligas de baixo ponto de fuso.Baixo custo de produo: Por possuir bom acabamento em certos casos este no necessrio, tornando o processo menos caro.Obteno de superfcies lisas e limpas: Alta preciso dimensionalReduo do sobre metal para usinagem Rugosidade de 0,5 a 3mmEspessura de 1 a 2mm Insertos metlicosVida til elevada dos ferramentais Gro muito refinadoAutomao8. Desvantagens Custo elevado das injetoras Custo elevados dos moldesBolhas de gases Poucas ligasNo adequado para soldagem Tamanho de peas restritosLotes mnimos em torno de 5000 peas Peso da peas entre 0,25 a 25kgBaixo rendimento9. BibliografiaALAR The Association of Light Alloy Refiners, British and European Aluminium CastingAlloys, Birmingham, 1996.AFS The American Foundrymens Society, Aluminum Casting Technology 2nd Edition,Des Plaines, Illinois, 1993.Oskar Frech GmbH + Co., D-73614 Schorndorf, Seminar on Die Casting, 2000.ASM American Society for Metals, Metals Handbook 8th edition, vol. 5, ForgingandCasting, Metals Parking, Ohio, 1970.L. K. MACHINERY Cold Chamber Die Casting Machine, Instruction Manual, Model DCC280E AB PLC, Hong Kong.L. K. MACHINERY Cold Chamber Die Casting Machine, Catlogo no E01/006, HongKong.WEG Injeo de Alumnio, Mdulo II, Mquinas de Injeo Sob Presso.CETEF Centro Tecnligico de Fundio Marcelino Corradi, Teoria Fundamental doProcesso de Fundio Sob Presso, Itana MG.CETEF Centro Tecnligico de Fundio Marcelino Corradi, Fundio Sob Presso Tecnologia, 03/2000, Itana MG.http://www.rima.com.brhttp://sbrt.ibict.br/upload/sbrt5553.pdf?PHPSESSID=cad1ca 3f5fa932029e7600f6661784c0http://www.abal.org.br/aluminio/processos_extrusao.asp