Fundição por gravidade vs Fundição por pressão: Qual é o melhor?

Introdução à fundição por gravidade

A fundição por gravidade é o processo de injeção de metal fundido num molde sob a força da gravidade, também conhecido simplesmente como fundição.

A definição mais ampla de fundição por gravidade engloba vários métodos, incluindo a fundição em molde de areia, a fundição em molde de metal, a fundição em molde de massa, a fundição em molde de desaparecimento e a fundição em molde de argila.

No entanto, num sentido mais restrito, a fundição por gravidade refere-se especificamente à fundição de moldes metálicos.

A fundição em molde metálico é uma técnica moderna que utiliza liga de aço para criar moldes.

Normalmente, o metal líquido é vertido manualmente na comporta e o produto final é produzido através do enchimento da cavidade do molde, da ventilação, do arrefecimento e da abertura do molde pela força do peso do metal líquido.

O processo envolve as seguintes etapas: fundição, colocação do material no molde, ventilação, arrefecimento, abertura do molde, tratamento térmico e pós-processamento.

As características da fundição por gravidade são as seguintes

• A fundição tem poucos poros, o que permite o tratamento térmico. Isto resulta numa melhoria significativa da resistência, ultrapassando a dos produtos fundidos sob pressão.
• O produto tem baixa densidade. Devido ao facto de ser moldado com peso próprio, a densidade é inferior à do fundição injectadaresultando numa resistência ligeiramente inferior mas num alongamento superior.
• O acabamento superficial do produto não é ótimo. O arrefecimento e a contração podem provocar a formação de crateras semelhantes às produzidas pela granalhagem.
• O processo de enchimento é lento e a eficiência da produção é baixa. Com uma eficiência de apenas 1/4 da fundição a alta pressão, o custo do produto é inferior.
• A matriz tem uma vida útil mais longa e um custo mais baixo em comparação com a fundição sob pressão.
• O processo é simples.
• A fundição por gravidade não é adequada para a produção de peças com paredes finas.

Introdução da fundição a alta pressão

A fundição sob pressão divide-se em duas categorias: fundição a alta pressão e fundição a baixa pressão.

A fundição a alta pressão é uma técnica de fundição em que a liga fundida é rapidamente vertida para a cavidade de um molde de aço dentro de uma câmara de pressão, solidificando sob alta pressão.

(1) O líquido metálico é introduzido na cavidade sob pressão e solidifica-se através da cristalização, normalmente com uma gama de pressão de 15-100 MPa.

(2) O líquido metálico é enchido na cavidade a alta velocidade, com velocidades que variam entre 10-50 m/s e, nalguns casos, excedendo mesmo 80 m/s, que é introduzido através da porta interna. Isto resulta num tempo de enchimento muito curto do líquido metálico, normalmente apenas 0,01-0,2 segundos, dependendo do tamanho da peça fundida.

As características da fundição a alta pressão incluem:

• Enchimento rápido e produção eficiente.
• A moldagem a alta pressão resulta num produto com elevada densidade, resistência e dureza superficial, mas com baixo alongamento.
• Um excelente acabamento de superfície, normalmente até Ra6,3 e, nalguns casos, até Ra1,6.
• A capacidade de produzir peças com espessuras de parede finas, sendo que a fundição injectada de alumínio tem a capacidade de atingir uma espessura de parede de 0,5 mm.
• O enchimento rápido elimina o envolvimento de gás interno, resultando num produto com baixa porosidade.
• A fundição a alta pressão não requer tratamento térmico, uma vez que o gás interno se expandirá durante o tratamento térmico, causando defeitos como abaulamento ou fissuração.
• São necessárias pequenas margens de maquinagem (idealmente inferiores a 0,25 mm), uma vez que um processamento excessivo pode danificar a camada superficial densa e revelar poros internos, reduzindo a resistência do produto.

No entanto, a fundição a alta pressão tem custos de molde elevados e uma vida útil do molde reduzida.

Introdução da fundição a baixa pressão

O processo da tecnologia de fundição a baixa pressão é o seguinte: O ar seco e comprimido é introduzido no cadinho ou tanque selado. Sob a influência da pressão do gás, o metal líquido sobe ao longo do riser e para dentro do jito, entrando suavemente na cavidade do molde. A pressão do gás é mantida no nível do líquido no cadinho até que a peça fundida esteja totalmente solidificada.

Após a solidificação, a pressão do gás na superfície do líquido é libertada, fazendo com que o metal líquido no riser flua de volta para o cadinho.

Por fim, o molde é aberto e a peça fundida é retirada.

A fundição a baixa pressão difere significativamente da fundição a alta pressão em termos de equipamento, processo e desempenho do produto.

A pressão aplicada na fundição a baixa pressão é relativamente baixa, variando tipicamente entre 20 e 60 kPa, e a fonte de pressão é fornecida por gás.

Devido à baixa pressão, o enchimento do produto é mais lento e a eficiência da produção é menor, no entanto, a porosidade do produto é melhorada, permitindo-lhe ser submetido a tratamento térmico.

Em geral, a fundição a baixa pressão é um equilíbrio entre as vantagens da fundição a alta pressão e da fundição por gravidade.

Comparação de vantagens e desvantagens

A força de ligas de alumínio podem variar muito devido a diferenças nas matérias-primas. Os produtos de fundição sob pressão, por outro lado, têm uma elevada densidade e resistência devido ao facto de serem formados sob alta pressão. Por exemplo, os produtos de fundição injectada do A380 têm uma resistência de 360MPa e um alongamento de apenas 3,7%.

Os produtos de fundição por gravidade têm geralmente uma resistência inferior à dos produtos de fundição sob pressão. Por exemplo, o ZL101A tem uma resistência de 310MPa após tratamento térmico, mas com um alongamento de 5-6%. Existem também materiais, como o ZL201a e o ZL204a, com uma resistência superior a 380MPa.

Ao escolher um processo de produção, a espessura da parede do produto é a principal consideração. A fundição a alta pressão é um processo altamente eficiente e deve ser a primeira escolha, desde que o processo de produção e o desempenho do produto cumpram os requisitos. No entanto, se a espessura da parede do produto for superior a 8 mm, a fundição a alta pressão pode não satisfazer os requisitos de resistência desejados devido aos poros internos, caso em que se pode considerar a fundição por gravidade ou a fundição a baixa pressão.