A precisão dimensional nas peças fundidas afeta diretamente a maquinação CNC, o ajuste na montagem e o custo de produção em série. No caso de caixas, tampas, suportes, corpos de bombas, corpos de válvulas e flanges, dimensões instáveis na peça fundida podem resultar em margem de maquinação insuficiente, desvio na posição dos orifícios, espessura de parede irregular ou maquinação incompleta das superfícies de vedação.
A estabilidade dimensional não se consegue apenas através da inspeção final. Muitos problemas surgem durante a análise dos desenhos, a seleção do processo, a conceção do molde, a compensação da contração, o controlo da fundição e a confirmação do primeiro artigo. Para garantir a estabilidade das peças fundidas para a maquinagem e a montagem, é necessário ter em conta, em conjunto, a tolerância da fundição, a margem de maquinagem, o ponto de referência para inspeção e a repetibilidade do lote.
O que é a precisão dimensional na fundição?
A precisão dimensional da peça fundida refere-se ao grau de correspondência entre as dimensões reais da peça fundida e o desenho, o modelo 3D ou os requisitos técnicos. Inclui as dimensões globais, a espessura da parede, a posição dos orifícios, a planicidade, a concentricidade, a margem de maquinagem e a posição do ponto de referência de montagem.
Em projetos reais, as dimensões da peça tal como foi fundida e as dimensões finais após a maquinagem devem ser claramente diferenciadas. A fundição define a forma básica da peça, enquanto as superfícies de vedação, as faces de montagem, os furos para rolamentos, os furos de posicionamento e os furos roscados são normalmente acabados por maquinagem CNC. O objetivo principal é manter uma margem estável nas áreas críticas de maquinagem, em vez de aplicar tolerâncias muito apertadas a todas as características da peça tal como foi fundida.
1. Seleção do processo
Os diferentes processos de fundição geram diferentes níveis de variação dimensional. A fundição em areia é adequada para peças de grandes dimensões, cavidades internas complexas e volumes de produção pequenos a médios, mas as dimensões podem ser afetadas pela resistência do molde de areia, pelo posicionamento do núcleo e pela precisão do fecho do molde. A fundição por gravidade e fundição de baixa pressão utilizar moldes metálicos com melhor repetibilidade das cavidades, tornando-os adequados para caixas de alumínio de tamanho médio e pequeno, tampas e suportes. Durante a análise dos desenhos, a questão não é apenas saber se a peça pode ser fundida, mas também se a peça em bruto consegue manter uma margem estável para a posterior maquinagem.
2. Compensação do encolhimento
O metal fundido encolhe após o arrefecimento e a solidificação, pelo que o projeto do molde necessita de compensação de encolhimento. Se a compensação for insuficiente, a peça fundida pode ficar com dimensões inferiores às previstas e a margem de maquinagem pode ser perdida. Se a compensação for excessiva, o tempo de maquinagem e a dificuldade de correção do molde aumentam. Saliências espessas, intersecções de nervuras, grandes áreas planas e cavidades profundas são mais propensas a apresentar desvios dimensionais locais, pelo que os relatórios de peças de ensaio são frequentemente utilizados para a correção do molde ou o ajuste da cavidade.
3. Precisão do molde
O estado do molde afeta diretamente a repetibilidade dimensional. As dimensões da cavidade, o ajuste da superfície de separação, o posicionamento das inserções, os mecanismos de extração do núcleo e o desgaste do molde podem causar desvios na posição dos orifícios, desajustes, rebarbas ou margens de corte instáveis. Na fundição em areia, a resistência do núcleo, o posicionamento da impressão do núcleo e a precisão de fecho do molde também são importantes, especialmente no caso de corpos de bombas, corpos de válvulas e caixas com cavidades internas complexas.
4. Controlo da temperatura
A temperatura de vazamento, a temperatura do molde e a taxa de arrefecimento afetam o enchimento, a solidificação e a contração. Uma temperatura elevada pode aumentar o risco de porosidade por contração, deformação e fissuração a quente. Temperaturas baixas podem causar enchimento incompleto, falhas de enchimento ou formação incompleta das arestas em áreas de paredes finas. Na produção, o pré-aquecimento do molde, um ritmo de vazamento estável, o tempo de abertura do molde controlado e o ajuste do arrefecimento são medidas comumente utilizadas para reduzir a variação dimensional.
5. Conceção do sistema de alimentação
O desenho da alimentação afeta não só as cavidades de contração e a porosidade, mas também a margem de usinagem. As arestas das flanges, os ressaltos espessos, as intersecções das nervuras e as grandes superfícies de usinagem podem apresentar repetidamente depressões locais, exposição da camada preta ou margem insuficiente, caso o percurso de alimentação não seja suave. Quando os problemas dimensionais continuam a surgir na mesma área, não basta aumentar a frequência das inspeções. Normalmente, é necessário rever o sistema de alimentação e o plano de solidificação.
6. Margem de usinagem
A margem de usinagem faz a ligação entre a peça bruta fundida e as dimensões finais da peça. Se a margem for demasiado pequena, a usinagem pode ficar incompleta, pode permanecer uma camada de material não usinado ou os orifícios podem ficar excêntricos. Se a margem for demasiado grande, o tempo de usinagem CNC aumenta e as peças de parede fina podem deformar-se mais facilmente durante a fixação e o corte. Antes da fabricação do molde, devem ser confirmadas as superfícies de maquinagem, os orifícios de fundição, os orifícios maquinados, os pontos de referência de fundição e os pontos de referência de maquinagem.
7. Inspeção dimensional
A inspeção dimensional não se limita apenas à expedição final. Após a produção experimental com um novo molde, a inspeção abrange normalmente o perfil geral, a margem de tolerância nas superfícies críticas de maquinagem, as posições dos orifícios, a espessura das paredes, o desalinhamento da linha de separação e a deformação de grandes áreas planas. Na produção em lote, as dimensões críticas são verificadas por lote. Se uma dimensão continuar a desviar-se, o resultado deve ser transmitido para a correção do molde, o ajuste do arrefecimento, a otimização da alimentação ou o planeamento do processo de maquinagem.
8. Confirmação técnica
Muitos problemas relacionados com as dimensões resultam de diferentes interpretações do desenho. Os clientes costumam concentrar-se nas dimensões da montagem final, enquanto o fornecedor de peças fundidas também precisa de avaliar as dimensões da peça tal como foi fundida, tolerância de fundição, margem de usinagem, ponto de referência para inspeção e requisitos pós-usinagem. A confirmação das dimensões funcionais críticas, das superfícies de usinagem, dos orifícios de fundição, dos orifícios usinados, dos pontos de referência de montagem e dos métodos de inspeção antes da fabricação do molde ajuda a reduzir o retrabalho posterior.
Conclusão
A precisão dimensional estável das peças fundidas depende da seleção do processo, da compensação da contração, da precisão do molde, do controlo da temperatura, do projeto do sistema de alimentação, da margem de usinagem, da inspeção dimensional e da confirmação técnica. No caso de peças fundidas que requerem maquinagem e montagem, a confirmação, o mais cedo possível, dos requisitos do desenho, dos pontos de referência críticos, da margem de maquinagem e dos métodos de inspeção ajuda a manter as peças fundidas em bruto mais estáveis e reduz os riscos associados à maquinagem e à montagem.
