A fundição por gravidade (GDC) consiste no vertimento de alumínio fundido numa matriz metálica, onde se solidifica por ação da gravidade. A qualidade da peça final depende da facilidade com que o alumínio fundido entra na cavidade, da forma como o ar é expelido, da espessura das secções alimentadas durante a solidificação e da consistência com que a temperatura da matriz, a temperatura de vertimento, a velocidade de vertimento e a qualidade da massa fundida são controladas.
Conceção de peças
A geometria da peça influencia o percurso do fluxo do metal, a sequência de solidificação e a estabilidade dimensional. Durante o arranque do projeto, os fornecedores analisam os desenhos para avaliar características geométricas específicas.
Espessura das paredes e transições
A espessura da parede influencia a forma como o metal preenche a cavidade e a velocidade a que se solidifica. Variações significativas na espessura conduzem a velocidades de solidificação desiguais; as secções mais espessas retêm o calor durante mais tempo e criam pontos quentes, enquanto as secções mais finas arrefecem mais rapidamente e podem causar falhas de vazamento ou fechos a frio. Transições graduais de espessura ajudam a mitigar as concentrações de tensão e a equilibrar a distribuição do calor. Se as transições não puderem ser evitadas, são frequentemente necessários ajustes nos raios locais ou no desenho do sistema de alimentação.
Raios, saliências e margem de usinagem
Os raios internos ajudam a orientar o fluxo do metal e a reduzir a turbulência. Saliências, bases de fixação e faces maquinadas podem criar secções locais mais espessas que funcionam como reservatórios de calor. A margem de maquinagem deve ter em conta as variações da peça fundida, o ângulo de descoadamento, a potencial distorção e os requisitos da maquinagem CNC subsequente. Uma margem excessiva aumenta o tempo de maquinagem e pode revelar porosidade interna, enquanto uma margem insuficiente pode impedir que a superfície seja devidamente limpa durante a maquinagem.
Construção da matriz, temperatura e revestimentos
A matriz metálica não só dá forma à peça fundida, como também controla a forma como o calor é dissipado das diferentes áreas da peça.
Separação, ejeção e remoção
A localização da linha de separação influencia a ejeção, as rebarbas, a ventilação e a disposição dos canais de alimentação. Os mecanismos de ejeção devem ser concebidos de forma a equilibrar as forças exercidas sobre o componente. Os fornecedores têm em conta a disposição da ejeção durante a conceção do molde, para garantir que a peça fundida — enquanto ainda está quente e relativamente frágil — não seja sujeita a forças desiguais que possam causar deformações ou danos na superfície.
Temperatura e arrefecimento da matriz
A temperatura do molde afeta o enchimento, o estado da superfície, a velocidade de solidificação e a estabilidade dimensional. Se o molde estiver demasiado frio, pode provocar uma solidificação prematura e falhas de enchimento; se estiver demasiado quente, pode aumentar os tempos de ciclo e afetar a solidificação local. Através de uma disposição otimizada dos canais de arrefecimento, do arrefecimento local ou do pré-aquecimento da matriz, consegue-se o equilíbrio térmico. Estes parâmetros são ajustados durante as fundições de ensaio para manter campos térmicos consistentes.
Revestimentos e agentes desmoldantes
Os revestimentos proporcionam a funcionalidade de desmoldagem e atuam como uma barreira térmica para regular a transferência de calor. A espessura e a uniformidade do revestimento afetam a transferência de calor e a qualidade da superfície. Um revestimento excessivo altera a transferência de calor local e pode afetar as dimensões da cavidade; um revestimento insuficiente pode causar aderência, rasgões ou um acabamento superficial irregular. A espessura do revestimento e a frequência de pulverização são verificadas regularmente durante a produção.
Posição de vazamento, canal de alimentação e ventilação
Mesmo no caso de uma peça bem concebida, uma posição de vazamento inadequada ou um projeto de canal de alimentação inadequado podem causar um enchimento instável. Os fornecedores devem avaliar a forma como o metal entra na cavidade, por onde o ar escapa e como as secções mais espessas são alimentadas.
Posição de vertimento
A posição de vazamento é selecionada com base na geometria da peça, de modo a permitir que o metal entre na cavidade de forma suave e a evitar turbulências ou o aprisionamento de ar causados pela queda livre. Pode considerar-se o enchimento lateral ou o enchimento assistido pela parte inferior para ajudar a orientar o movimento da película de óxido e a controlar a sequência de enchimento.
Controlo de fluxo e ventilação
O sistema de canais de alimentação controla a velocidade e a direção do alumínio fundido que entra na cavidade. Uma entrada brusca, curvas acentuadas ou canais de alimentação mal dimensionados provocam turbulência, inclusões de óxido ou retenção de ar. Os orifícios de ventilação devem ser colocados perto das áreas de enchimento tardio, das zonas de convergência do metal ou das áreas propensas ao aprisionamento de ar. Os percursos dos canais de alimentação e dos orifícios de ventilação devem ser verificados em conjunto com a direção dos canais de alimentação e os requisitos de solidificação durante as fundições de ensaio.
Alimentadores e tubos ascendentes
O alumínio encolhe durante a solidificação. Os canais de alimentação alimentam secções espessas, saliências, bases de montagem, bordas de flanges e pontos quentes. Os canais de alimentação devem permanecer fundidos durante mais tempo do que a área da peça que alimentam; se o percurso de alimentação solidificar demasiado cedo, poderá permanecer porosidade de contração no interior da peça. A contração pode surgir apenas após a maquinagem, o corte em secções, a inspeção por raios X ou os ensaios de pressão, tornando essencial a verificação do tamanho e da posição dos canais de alimentação durante a fundição experimental.
Condições de vazamento
A temperatura de vazamento, a velocidade de vazamento e a temperatura do molde devem ser consideradas como um processo integrado.
Temperatura de vazamento
A temperatura deve proporcionar fluidez suficiente para preencher a cavidade, sem ser desnecessariamente elevada. Uma temperatura baixa reduz a fluidez e pode causar falhas de vazão ou falhas de solidificação. Uma temperatura elevada pode aumentar a oxidação, a absorção de hidrogénio, a carga térmica do molde, a granulometria grossa ou o risco de encolhimento. O intervalo adequado depende da liga, da espessura da parede, do peso da peça fundida, da temperatura do molde e do tempo de transferência.
Velocidade de vazamento
A velocidade de vazamento deve corresponder à capacidade de ventilação, ao desenho do canal de alimentação e à estrutura da peça fundida. Uma velocidade demasiado elevada pode causar turbulência, salpicos e retenção de ar. Uma velocidade demasiado baixa pode causar perda de temperatura e enchimento incompleto. O vazamento mecânico pode ajudar a melhorar a repetibilidade, embora o vazamento manual seja eficaz quando os operadores mantêm uma altura de vazamento, uma posição da concha e um tempo de vazamento consistentes.
Qualidade e tratamento do alumínio fundido
A qualidade da fusão afeta a integridade interna, a estanqueidade e o desempenho na maquinagem.
Composição do material
A composição da liga deve estar em conformidade com os desenhos ou com as normas de materiais aplicáveis. Uma composição estável contribui para manter a fluidez, o comportamento de solidificação e as propriedades mecânicas dentro dos limites previstos.
Desgaseificação e filtração
A desgaseificação reduz o hidrogénio dissolvido no alumínio fundido. A filtração cerâmica ajuda a reduzir as películas de óxido, as inclusões e as partículas não metálicas finas. Trata-se de etapas do tratamento da massa fundida, não de soluções universais para todos os defeitos; se o vazamento criar turbulência, as películas de óxido podem continuar a ser arrastadas mesmo após a filtração.
Detenção e transferência
A temperatura de manutenção deve permanecer dentro de um intervalo adequado para o processo. Deve evitar-se uma agitação excessiva da massa fundida durante a transferência e o enchimento, de modo a reduzir o risco de oxidação secundária, e as conchas devem estar secas e pré-aquecidas.
Núcleos de areia e estruturas internas
No caso de peças fundidas com cavidades internas, passagens ou geometria complexa, os núcleos de areia requerem uma análise cuidadosa.
Posicionamento e apoio do tronco
Os núcleos devem ser fixados por meio de saliências de fixação ou elementos de apoio, de modo a garantir a estabilidade face à flutuabilidade e ao impacto do alumínio fundido. O movimento dos núcleos afeta a posição interna da cavidade, a espessura da parede e a margem de usinagem.
Ventilação do núcleo e remoção da areia
O aglutinante presente nos núcleos de areia pode libertar gás quando exposto ao alumínio fundido a altas temperaturas. As vias de ventilação dos núcleos devem permitir que o gás escape através das impressões do núcleo. As cavidades internas devem também ser concebidas com vias de escoamento suficientes para garantir a remoção da areia após a fundição, evitando potenciais problemas com areia retida ou danos relacionados com tensões.
Moldagem experimental e estabilidade do lote
A estabilidade de um processo de fundição por gravidade é normalmente confirmada através de fundições de ensaio, em vez de se basear apenas em pressupostos de conceção.
Inspeção de fundição experimental
A inspeção pode incluir medição visual, verificação da usinagem, ensaios de estanqueidade, ensaios de pressão, inspeção por raios X ou análise de secções, dependendo dos requisitos da peça. Os resultados dos ensaios ajudam a identificar problemas de enchimento, retração, deslocamento do núcleo ou problemas relacionados com a margem de usinagem. A porosidade perto das áreas de enchimento final indica frequentemente problemas de ventilação, enquanto a retração em saliências espessas pode indicar problemas de alimentação ou de temperatura da matriz.
Ajustes no processo
Com base nos resultados dos ensaios, os fornecedores ajustam a posição da entrada de injeção, a dimensão do canal de injeção, a localização da válvula de ventilação, a dimensão do canal de alimentação, a temperatura da matriz, a espessura do revestimento, a temperatura de vazamento ou a velocidade de vazamento. O objetivo é definir uma janela de processo que possa ser repetida durante a produção em lote.
Inspeção por lotes e registos de processo
Durante a produção em série, são registados dados essenciais — tais como a temperatura da massa fundida, o número de lote, o estado de desgaseificação, o peso da peça fundida e os resultados da inspeção visual. Os registos do processo ajudam a rastrear problemas posteriores, tais como porosidade de maquinagem, fugas, exposição à contração ou desvio dimensional, até à temperatura de vazamento, condição da fusão, ventilação, alimentação ou temperatura do molde. A estabilidade do lote depende da manutenção da consistência destas condições do processo.
