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Defeitos de fabricação comuns em fundição sob pressão de alta pressão

Fundição sob pressão de alta pressão

Defeitos de fabricação comuns em fundição sob pressão de alta pressão

Fundição sob pressão de alta pressão (HPDC) é um processo de fabricação que produz peças complexas com boa precisão e acabamento superficial. No entanto, o processo é suscetível a vários defeitos, que podem prejudicar a qualidade, a durabilidade e a funcionalidade do produto final. Isso significa que os defeitos devem ser identificados, analisados e atenuados para atingir a eficiência. Além disso, isso também minimizará o desperdício do produto e manterá sua integridade.

Portanto, este artigo aborda os fundição sob pressão de alta pressão (HPDC) defeitos de fundição sob pressão. Também discutiremos suas causas e soluções para minimizar ou eliminar esses defeitos.

O que é fundição sob pressão?

O alumínio fundido, o magnésio ou a liga de zinco são injetados em um molde de aço (matriz) sob alta pressão. molde de fundição sob pressão ou molde de fundição sob pressão de alta pressãod. Esse processo ajuda na produção em massa de componentes complexos, com excelente precisão dimensional e acabamento de superfície. Entretanto, podem ocorrer defeitos devido às condições de alta pressão e alta velocidade, como resultado de configurações inadequadas da máquina, propriedades do material ou falhas no projeto da matriz.

Principais parâmetros do processo que afetam a formação de defeitos

Aqui estão alguns dos principais parâmetros que causam defeitos durante o processo de fundição sob alta pressão;

Processo de trabalho da fundição sob pressão de alta pressão

Durante os processos de fundição sob pressão, o metal fundido recebe injeção de alta pressão em matrizes de aço para a fabricação de peças metálicas. Esse método cria objetos complexos que têm precisão fina e recursos mecânicos poderosos, além de superfícies bonitas em um processo rápido.

20 tipos de defeitos comuns de fundição sob alta pressão.

A causa principal dos defeitos de fundição sob alta pressão pode ser a falta de parâmetros de processo, a baixa qualidade do material ou um projeto de matriz abaixo do ideal. Abaixo estão 15 defeitos comuns, a causa raiz dos problemas e as possíveis soluções.

1. Porosidade

Pequenos vazios, cavidades ou bolhas dentro da peça fundida, que reduzem a resistência mecânica e a durabilidade, são conhecidos como porosidade. Esses vazios podem diminuir a resistência do componente e sua capacidade de resistir a cargas mecânicas. Portanto, para fins estéticos, se a porosidade estiver próxima à superfície, ela pode causar problemas, e a porosidade interna pode levar à falha sob tensão.

Causas:

Prevenção e soluções

2. Fechamento a frio (fusão incompleta)

Se dois fluxos de metal não conseguirem se fundir adequadamente, um fechamento a frio aparecerá como uma linha ou costura fraca na superfície da peça fundida. A integridade estrutural é enfraquecida e a formação de rachaduras é possível sob estresse mecânico. As juntas frias resultam de casos em que o metal fundido que corre junto não consegue se unir em uma costura.

Causas:

Prevenção e soluções:

3. Defeitos de encolhimento

Os defeitos de contração se formam quando o metal se contrai durante a solidificação, deixando-os dentro do metal. Como esses defeitos reduzem a densidade e a resistência da peça fundida, ela se torna propensa a fraturas e falhas mecânicas. A retração normalmente acompanha a fundição à medida que a solidificação prossegue em regiões mais espessas da fundição.

Causas:

Prevenção e soluções:

4. Bolhas

Elevação da superfície de fundição devido à expansão do ar ou dos gases dissolvidos durante a solidificação. Elas também prejudicam o acabamento da superfície e podem descascar ou descamar se a peça for posteriormente usinada ou revestida. Se não forem levadas em consideração, as bolhas podem fazer com que o componente falhe sob pressão ou estresse.

Causas:

Prevenção e soluções:

5. Erros e preenchimentos curtos

As peças fundidas incompletas ocorrem devido à solidificação do metal fundido antes do preenchimento completo. Isso resulta em componentes inutilizáveis com estruturas fracas. Esse defeito é muito importante porque sua presença reduz a precisão dimensional e a funcionalidade da peça.

Causas:

Prevenção e soluções:

6. Flash

Refere-se ao excesso de metal que se infiltra na cavidade da matriz, a linha fina metálica na linha de separação da peça. Se não for removido, também pode causar problemas durante a montagem final ou a usinagem da peça. Em casos extremos, pode indicar desgaste da matriz, o que pode aumentar o desperdício e o tempo de inatividade da produção.

Causas:

Prevenção e soluções:

7. Colagem e solda de matrizes

A solda de metal fundido na superfície da matriz dificulta a ejeção e também afeta o acabamento da superfície. Isso pode causar danos à fundição e à matriz, aumentando o tempo e os custos de manutenção. A fundição sob pressão de alumínio e magnésio, em particular, tem a tendência de grudar e soldar (devido à reatividade desses metais com matrizes de aço).

Causas:

Prevenção e soluções:

8. Rachaduras (rachaduras quentes e frias)

Fracture occurs on the casting surface or internally as cracks, destroying the integrity of the completed component. Strong thermal stress can cause hot cracks during solidification, and cold cracks may result after cooling, as may be due to residual stress or mishandling. Undesired defects can significantly deteriorate the casting’s durability and may result in mechanical or thermal cycling failure. In load-bearing components, cracks are particularly a problem because structural integrity is important.

Causas:

Prevenção e soluções:

9. Rugas e falhas na superfície

Essas dobras metálicas irregulares e sobrepostas aparecem (rugas ou dobras) na superfície da peça fundida e têm sua origem no fluxo desigual do metal ou na solidificação parcial antes do preenchimento completo. Além disso, esses defeitos prejudicam a aparência estética da peça fundida e são pontos de falha em potencial do ponto de vista mecânico. Outros processos de usinagem, pintura ou revestimento podem ser evitados devido às rugas na superfície que interfeririam no processo. Isso, por sua vez, pode se tornar um processo caro de retrabalho ou rejeição.

Causas:

Prevenção e soluções:

10. Inclusões de óxido

Quando impurezas como óxido de alumínio, óxido de magnésio ou outros contaminantes ficam presos no metal fundido, eles ficam presos no metal fundido como inclusões não metálicas. Essas inclusões enfraquecem a fundição e criam áreas quebradiças. Além disso, isso enfraquece a fundição e causa o risco de fraturas. Casos graves podem causar defeitos no acabamento da superfície, o que torna o produto inadequado para aplicações como peças aeroespaciais e automotivas, que precisam funcionar com a máxima precisão e resistência.

Causas:

Prevenção e soluções:

11. Fundição incompleta (tiro curto)

Se a cavidade do molde não for preenchida, será um tiro curto, resultando em características ausentes, bordas irregulares ou componentes malformados. No entanto, esse defeito torna a fundição inutilizável devido à inadequação das especificações e propriedades mecânicas exigidas. Geralmente, os disparos curtos ocorrem em áreas de seção fina, onde o fluxo de metal é limitado, causando estruturas fracas ou incompletas. As peças de precisão são uma boa fonte para esse problema devido à precisão dimensional necessária para o funcionamento e a montagem adequados.

Causas:

Prevenção e soluções:

12. Defeitos de erosão

Os defeitos de erosão são defeitos induzidos pelo metal fundido de alta velocidade que atinge continuamente determinadas áreas da matriz, onde é provável que ocorram desgastes, superfícies soltas e rachaduras. Isso, por sua vez, leva a inconsistências dimensionais, fazendo com que a fundição amoleça e a vida útil da matriz diminua. Essas erosões podem causar o desenvolvimento de furos ou cavidades na peça fundida, tornando-a ainda mais inútil. Em particular, esse defeito é grave em operações com longos ciclos de produção, quando o desgaste da matriz se torna mais significativo.

Causas:

Prevenção e soluções:

13. Verificação de calor

A verificação de calor é uma situação em que a superfície do molde é perfurada com pequenas rachaduras devido a ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento. Com o passar do tempo, essas microtrincas aumentam e podem afetar a qualidade das peças fundidas, com superfícies ásperas e possibilidades de falhas ainda menores. A verificação de calor encurta a matriz, diminui sua vida útil e aumenta o tempo de inatividade da produção devido à manutenção constante. A causa é mais comum nos processos de fundição sob pressão que envolvem flutuações significativas de temperatura e gerenciamento térmico deficiente.

Causas:

Prevenção e soluções:

14. Deformação (distorção)

Quando as peças fundidas se dobram ou deformam devido a irregularidades no resfriamento, tensões internas ou projeto inadequado de matrizes, elas se deformam e geram peças que são impossíveis de montar porque não atendem à precisão dimensional. O empenamento é particularmente prejudicial para componentes de paredes finas ou de grande porte, nos quais ocorre contração diferencial devido a diferentes taxas de resfriamento. Em setores de alta precisão, como o automotivo e o aeroespacial, muitas peças empenadas acabam sendo rejeitadas, desperdiçando muitos materiais e custando muito caro à produção.

Causas:

Prevenção e soluções:

15. Defeitos de turbulência

No entanto, quando o metal fundido preenche a cavidade do molde, induzimos turbulência e padrões de fluxo irregulares. O ar preso no material dificultará a distribuição do metal. Esses defeitos se formarão como defeitos de superfície, porosidade ou vazios internos encontrados na peça fundida e levarão ao enfraquecimento da integridade estrutural da peça fundida. A oxidação enfraquece e degrada ainda mais em alguns pontos que podem se romper.

Causas:

Prevenção e soluções:

16. Queda

As gotas podem ser causadas por uma variedade de defeitos, incluindo peças incompletas e outros defeitos de gota, definidos como qualquer peça perdida devido à perda de contato da matriz ou do metal solidificado. Em particular, durante aplicações críticas, o defeito de rachadura se condensa no enfraquecimento da integridade da fundição e no baixo desempenho.

Causas:

Prevenção e soluções:

17. Escória

Quando o metal fundido se oxida, formam-se defeitos conhecidos como defeitos de escória, com a consequente contaminação da peça fundida. Essa diminuição da resistência e a deterioração da aparência fazem com que esses defeitos sejam causas potenciais de falhas mecânicas em um período posterior da vida útil.

Causas:

Prevenção e soluções:

18. Hot Tears

A tensão residual existente nas peças fundidas desenvolve rupturas a quente a partir de rachaduras que se formam devido a gradientes de resfriamento desequilibrados. Esses defeitos formam fraquezas estruturais especialmente quando a aplicação envolve cargas.

Causas:

Prevenção e soluções:

19. Furos de pinos

Os furos de pinos referem-se a pequenos túneis de gás embutidos em peças fundidas que diminuem a densidade e degradam as propriedades mecânicas. A formação desses defeitos resulta em vazamentos em instalações à prova de pressão.

Causas:

Prevenção e soluções:

20. Corte e lavagem

The mold surface develops damage along with weakened structures when high-speed molten metal removes part of the mold creating “cut and wash” type defects.

Causas:

Prevenção e soluções:

Defeito Causas Soluções
Porosidade Ventilação deficiente, alta velocidade. Melhore a ventilação, use um aspirador de pó.
Fechamento a frio Baixa temperatura, enchimento lento. Aumente a temperatura e otimize o controle.
Encolhimento Seções espessas, resfriamento não uniforme. Otimize o resfriamento e use risers.
Bolhas Umidade, desgaseificação deficiente. Desgaseificar o metal, controlar a temperatura da matriz.
Erros de execução Baixa temperatura, injeção lenta. Aumentar a pressão, otimizar a temperatura.
Flash Alta pressão, matriz desgastada. Otimize a pressão e mantenha a matriz.
Solda Alta temperatura, revestimento ruim. Use revestimentos de matriz, controle a temperatura.
Rachaduras Resfriamento rápido, liga pobre. Otimize o resfriamento e modifique o projeto.
Rugas/Lapsos Baixa temperatura, enchimento lento. Melhore a lubrificação e aumente a velocidade.
Inclusões de escória Liga contaminada, oxidação. Use metal limpo para melhorar a filtragem.
Tiro curto Baixa pressão, solidificação precoce. Aumente a velocidade e limpe a porta de entrada.
Turbulência Alta velocidade, controle deficiente. Otimize a velocidade e melhore a portabilidade.
Erosão Alta velocidade, material de matriz ruim. Use matrizes endurecidas e reduza a velocidade.
Verificação de calor Estresse térmico, resfriamento deficiente. Use matrizes resistentes ao calor e otimize o resfriamento.
Página de guerra Resfriamento irregular, estresse. Otimize o resfriamento e modifique o projeto.
Queda Má lubrificação, afrouxamento do metal Melhor lubrificação, ajuste de velocidade e otimização do molde
Escória Oxidação, turbulência, impurezas Reduzir a turbulência, usar metal limpo, aprimorar o fluxo
Lágrimas quentes Resfriamento irregular, alto estresse Otimizar o resfriamento, refinar a liga, melhorar o molde
Furos para pinos Aprisionamento de gás, umidade Melhora a desgaseificação, reduz a umidade e melhora a ventilação
Corte e lavagem Alta velocidade, molde fraco Otimizar a passagem, controlar a velocidade, fortalecer o molde

Fatores-chave para evitar defeitos de fundição sob alta pressão

Principais pontos para minimizar os defeitos de fundição sob pressão

Para reduzir os defeitos e obter uma fundição de alta qualidade, os fabricantes devem considerar o seguinte.

1. Otimização dos parâmetros do processo

2. Melhoria na qualidade do metal

3. Aprimoramento do projeto de moldes e matrizes

4. Manutenção de matrizes e equipamentos

5. Tecnologias inteligentes

3. Técnicas avançadas para redução de defeitos

Aqui estão algumas das técnicas avançadas para redução de defeitos em fundição sob alta pressão;

3.1. Fundição sob pressão assistida a vácuo

As técnicas avançadas de fundição sob pressão assistida a vácuo incluem a remoção do ar e dos gases presos na cavidade do molde antes do preenchimento do metal. Esse método diminuirá [significativamente] ou reduzirá a porosidade, aumentará ou melhorará a resistência da fundição e [melhorará] o acabamento. Em um ambiente de baixa pressão dentro do molde, o metal fundido fluirá suavemente com o mínimo de turbulência e defeitos na cavidade. Ele oferece alguns de seus benefícios

3.2. Monitoramento de processos em tempo real

Uso extensivo de sensores avançados e sistemas de controle de qualidade orientados por IA para ajustar dinamicamente os parâmetros do processo a fim de eliminar defeitos na produção. O monitoramento que ocorre em tempo real inclui o monitoramento do processo usando sensores de temperatura, sensores de pressão e sistemas de imagem para detectar variações.

Os dados são analisados pelos algoritmos de IA e são feitos ajustes automáticos, imediatamente, para evitar a ocorrência de defeitos. Veja a seguir os diferentes benefícios desse processo:

3.3. Design e simulação aprimorados de matrizes

O software CAE permite que os fabricantes simulem e otimizem o fluxo de metal antes da produção. A previsão de possíveis locais de defeitos permite que os engenheiros modifiquem os projetos de portas e canais de modo a evitar problemas comuns, entre outras falhas, como erros de execução, fechamento a frio e porosidade. O teste virtual dos parâmetros de fundição sob pressão pode ser realizado com ferramentas modernas de simulação e os custos de tentativa e erro podem ser reduzidos. Os benefícios são os seguintes;

Conclusão

Um requisito fundamental para Fundição sob pressão de alta pressão é um mercado em que esses defeitos de fundição sob alta pressão são compreendidos e controlados, e todas as peças de alta qualidade resultantes são produzidas na prensa com o mínimo possível de matéria-prima consumida. Os fabricantes podem aumentar a produtividade e reduzir os custos ao lidar com a porosidade, os cortes a frio, o encolhimento, as bolhas, os erros de execução e o flash.

Técnicas avançadas, como fundição sob pressão a vácuo, monitoramento em tempo real e design aprimorado de matrizes, podem aumentar ainda mais a confiabilidade e a eficácia do maquinário de fundição sob pressão. Como o setor de fundição sob pressão continua avançando na otimização de materiais e processos. Isso também afeta a maior precisão, a melhor sustentabilidade e a fabricação sem defeitos.

Perguntas frequentes (FAQs)

  1. Quais são os defeitos mais comuns na fundição sob pressão de alta pressão?

Os defeitos mais comumente encontrados na fundição sob pressão de alta pressão são porosidade, fechamento a frio, encolhimento, bolhas, erros de execução, flash e aderência e soldagem da matriz. Esses defeitos podem levar à perda da resistência mecânica, da aparência e da funcionalidade do produto final.

  1. Quais métodos podem ser usados para diminuir a porosidade da fundição sob pressão?

Podemos minimizar a porosidade melhorando a ventilação e o vácuo, equilibrando a velocidade de injeção e a turbulência, mantendo a temperatura do fundido e da matriz dentro dos parâmetros e usando metal fundido desgaseificado.

  1. Qual é a razão pela qual o flash resulta em fundição sob pressão de alta pressão?

As características de quando ocorre o flash são devidas à pressão excessiva de injeção, matrizes desgastadas ou desalinhadas e força de fixação insuficiente. A calibração correta da máquina, juntamente com a manutenção adequada da matriz, pode evitar a formação de flash.

  1. Que efeito a temperatura da matriz tem sobre os defeitos de fundição?

A temperatura defeituosa do molde pode causar vários defeitos de baixas temperaturas para produzir fechamentos a frio. Ela também causa erros de execução e altas temperaturas que produzem solda, bolhas e aumento da porosidade. Uma temperatura de matriz ideal resulta em um fluxo de metal suave e em uma solidificação uniforme.

  1. Como a fundição sob pressão a vácuo pode ser usada para reduzir defeitos?

Assistido a vácuo fundição sob pressão remove o ar e os gases da cavidade do molde, reduzindo significativamente a porosidade e melhorando o fluxo de metal. Ele melhora a qualidade da fundição e a integridade estrutural e aumenta a durabilidade geral do produto.

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