Fundição sob pressão de zinco é necessária na produção contemporânea, especialmente na fabricação de peças complexas e de alta precisão para uso nos setores automotivo, eletrônico e de bens de consumo. Isso é feito por meio da mistura de ligas de zinco fundido e matrizes de alta pressão para produzir peças com melhor precisão dimensional, acabamentos e propriedades mecânicas.
Ainda assim, por mais que tenha seus benefícios, a fundição de zinco não é isenta de defeitos. As principais falhas de fundição podem enfraquecer o mecanismo de integridade, diminuir a estética do objeto e resultar em retrabalho ou sucateamento. Isso faz com que a solução de problemas de defeitos e o controle de qualidade sejam fundamentais para qualquer empresa de manufatura que queira trabalhar com altos padrões e, ao mesmo tempo, maximizar as despesas de produção.
Este guia discutirá os erros mais comuns de fundição de zinco, suas origens e algumas das soluções para a resolução de problemas e prevenção. Também discutiremos as práticas de garantia de qualidade, a seleção de ligas, o projeto para manufaturabilidade (DFM), a otimização de custos e as técnicas de pós-processamento, tudo isso de forma que a produção seja livre de defeitos.
Por que as ligas de zinco são preferidas para fundição sob pressão de alta precisão
As ligas de zinco são amplamente utilizadas na fundição sob pressão por vários motivos:
- Precisão dimensional e paredes finas: O zinco é de baixo ponto de fusão e tem ótimas propriedades de fluxo e, portanto, é possível produzir peças de paredes finas e de alta precisão com dimensões muito reduzidas.
- Eficiência de custo: O custo da fundição sob pressão de zinco é muito barato, pois é econômico em termos de altas taxas de produtividade, baixa quantidade de refugos e necessidades mínimas de acabamento, principalmente quando o volume de produção é grande.
- Acabamento da superfície e qualidade estética: As peças de zinco podem precisar de poucos processos secundários e podem ser banhadas, pintadas ou revestidas com pó facilmente.
- Aplicativos: A fundição sob pressão de zinco é usada com frequência em eletrônicos, automóveis, ferragens, acessórios de encanamento e componentes decorativos como uma fonte confiável de peças sem defeitos.
Classificação dos defeitos de fundição sob pressão de zinco
A maneira mais eficaz de solucionar problemas de defeitos de fundição de zinco é primeiro conhecer a classificação desses defeitos. Os defeitos internos e superficiais (de superfície) são os métodos predominantes de classificação das fundições de zinco, dependendo de sua localização e de seus efeitos sobre o desempenho das peças.
1. Defeitos internos
Os defeitos internos ficam ocultos na fundição e normalmente influenciam a resistência mecânica, a estanqueidade à pressão e a durabilidade de longo prazo. Essas falhas podem não ser observadas em uma inspeção normal, mas causarão falhas nas peças em serviço ou quando forem submetidas à usinagem secundária.
Os defeitos internos mais comuns são:
- Porosidade do gás
- Porosidade de contração
- Inclusões
2. Defeitos superficiais (superficiais)
Falhas superficiais podem ser vistas na parte superior da fundição. Algumas delas são apenas cosméticas, mas as demais podem ser indicativas de outros problemas mais sérios na fábrica ou podem afetar negativamente a operação de revestimento, galvanização ou montagem.
Os defeitos de superfície comuns são:
- Rachaduras e rachaduras na rede
- Fechamento a frio
- Medicamentos e solda
- Flash
- Bolhas
- Deformação
- Marcas de fluxo
- Enchimento curto
- Laminação
Defeitos internos: Solução de problemas e detecção
4.1 Porosidade do gás
Causa
A porosidade do gás é uma condição que surge na injeção de alta pressão de ar, hidrogênio ou outros gases que ficam presos no zinco fundido. Isso normalmente resulta de:
- Ventilação insuficiente da matriz
- A velocidade de injeção que gera a turbulência.
- Contaminação líquida na fusão ou na matriz.
- Práticas ruins de desgaseificação
Efeito
- Fraqueza nos músculos.
- Perda vedada de estanqueidade à pressão nos componentes.
- Jateamento ao revestir ou pintar.
- Colapso precoce sob estresse.
Detecção
- Radiografia de raios X
- Teste ultrassônico
- Teste de vazamento de pressão
- Observação ocular de seções transversais usinadas.
Prevenção
- Projeto aerodinâmico de ventilação e transbordamento.
- Injetar controle para diminuir a turbulência.
- Mantenha a matriz e o ferramental limpos e secos.
- Use desgaseificação e fluxo de fusão adequados.
4.2 Porosidade de contração
Causa
A porosidade é resultado do encolhimento do zinco fundido à medida que ele se solidifica e não é alimentado com material suficiente. Alguns desses motivos são:
- Configuração e fechamento inadequados dos corredores.
- Seções volumosas ou irregulares da parede.
- Controle de solidificação deficiente.
Efeito
- Integridade estrutural enfraquecida.
- Buracos no edifício que enfraquecem as zonas de suporte.
- Avanços na usinagem de operações secundárias.
Detecção
- Inspeção por raios X
- Teste ultrassônico
- Autocontrole mutilador.
Prevenção
- Otimize o layout do portão e do corredor para otimizar a alimentação.
- Elimine as diferenças nas espessuras das paredes.
- Regule as taxas de resfriamento para favorecer a solidificação direcional.
4.3 Inclusões
Causa
- Os contaminantes no zinco fundido causam inclusões e incluem:
- Óxidos e escórias
- Detritos da fornalha
- Ferramentas ou conchas que não são limpas adequadamente.
- Agitação excessiva da massa fundida
Efeito
- Fraqueza nos músculos.
- Manchas de superfície pós-usinagem ou polimento.
- Perigo devidamente ampliado do início do crack.
Detecção
- Análise metalográfica
- Inspeção visual pós-usinagem.
- Tecnologia de raios X em usos críticos.
Prevenção
- Mantenha os fornos de fusão e de retenção limpos.
- Siga métodos adequados de filtragem e escumação.
- Reduzir a turbulência na transferência de metal.
- Proteger a limpeza da massa fundida que é aderida.
Defeitos de superfície (superficiais): Solução de problemas e detecção
5.1 Rachaduras e rachaduras na rede
Causa
As rachaduras resultam da sobrecarga de forças térmicas ou mecânicas, que geralmente são causadas por:
- Falta de temperaturas uniformes na matriz.
- Altas tensões residuais
- Expulsão forçada ou inoportuna.
Efeito
- Redução da resistência à fadiga
- Fraqueza estrutural
- Rejeição da peça devido a defeitos observados.
Detecção
- Inspeção visual
- Teste de penetração de corante
- Exame de microfissuras sob o microscópio.
Prevenção
- Mantenha a temperatura da matriz constante.
- Maximize o tempo de saída e saia em disparada.
- Verifique ocasionalmente a parede e a escolha da liga metálica.
5.2 Fechamento a frio
Causa
Os dois fluxos de zinco fundido não se fundem corretamente para formar um fechamento a frio, o que geralmente é causado por:
- Baixa temperatura do metal
- Velocidade de injeção lenta
- Localização ruim do portão
Efeito
- Linhas de costura visíveis
- Ligação metálica deficiente.
- Diminuição do desempenho mecânico.
Detecção
- Inspeção visual
- Teste de penetração de corante
- Teste crítico de tração.
Prevenção
- Aumentar a temperatura do metal fundido.
- Velocidade e pressão da injeção de extrusão.
- Aprimore o design do portão e o controle de fluxo.
5.3 Arraste e solda
Causa
Esses defeitos surgem quando o zinco derretido gruda na superfície da matriz em decorrência de:
- Temperatura excessiva da matriz
- Lubrificação ou revestimento deficiente da matriz.
- Composição inadequada da liga
Efeito
- Rompimento da superfície
- Imprecisões dimensionais
- Desgaste acelerado da matriz
Detecção
- Inspeção visual
- Medição da rugosidade da superfície.
Prevenção
- Cubra as matrizes com pigmentos adequados.
- Manter adequadamente os procedimentos de lubrificação.
- Regular a temperatura.
5.4 Flash
Causa
Flash: o zinco fundido pode escapar entre a metade da matriz, o que normalmente é causado por
- Desalinhamento da matriz
- Superfícies de separação desgastadas
- Pressão de injeção excessiva.
Efeito
- Aparência ruim da superfície
- Mais cortes, retrabalho.
- Possível não conformidade dimensional.
Detecção
- Inspeção visual
- Medição dimensional
Prevenção
- Manutenção e medição de rotina de matrizes.
- Controle correto da força de fixação.
- Renovação imediata de equipamentos danificados.
5.5 Bolhas
Causa
As bolhas aparecem porque os gases presos na superfície não podem ser liberados durante o pós-processamento, principalmente durante a galvanização ou a pintura.
Efeito
- Falha no revestimento da superfície
- Rejeição de cosméticos
- Menor resistência à corrosão.
Detecção
- Inspeção visual após a conclusão.
- Teste térmico de pré-revestimento.
Prevenção
- Aprimore a desaeração e a ventilação.
- Seque com um pano antes de terminar.
- Verifique a porosidade interna antes de aplicar o revestimento.
5.6 Deformação
Causa
As causas da deformação são o empenamento das peças devido a:
- Seções de parede finas ou irregulares
- Tensões térmicas residuais
- Força de ejeção inadequada
Efeito
- Imprecisões dimensionais
- Problemas de montagem
- Aumento da taxa de sucata
Detecção
- Inspeção dimensional
- Verificações na máquina de medição por coordenadas (CMM).
Prevenção
- Otimizar a geometria da peça
- Equilibrar as forças de ejeção
- Deixe esfriar bastante e depois ejete.
5.7 Marcas de fluxo
Causa
As marcas de fluxo são o resultado de fluxos desproporcionais de metais devido a:
- Velocidade de injeção variável
- Projeto de portão ruim
- Temperatura instável dos metais.
Efeito
- Estrias visíveis na superfície
- Aparência cosmética ruim
Detecção
- Inspeção visual
- Avaliação do acabamento da superfície
Prevenção
- Otimização do tamanho e do local do portão.
- Use configurações de injeção regulares.
- Temperatura da matriz Controle a temperatura da matriz metálica.
5.8 Enchimento curto
Causa
Enchimento curto: O zinco fundido não preenche a cavidade da matriz devido a:
- Pressão de injeção inadequada.
- Baixa temperatura do metal
- Mostrado como ventilação deficiente ou caminhos de fluxo restritivos.
Efeito
- Peças incompletas
- Falha funcional
- Rejeição imediata
Detecção
- Inspeção visual
- Verificação dimensional
Prevenção
- Aumente a pressão de injeção e a temperatura de injeção.
- Melhorar a ventilação e a construção dos corredores.
- Ajuste o fluxo alterando a geometria da peça.
5.9 Laminação
Causa
As laminações ocorrem quando os filmes de óxido se interpõem no caminho do metal por meio de um fluxo turbulento.
Efeito
- Camadas internas fracas
- Fraqueza nos músculos.
- Risco de início de rachaduras
Detecção
- Inspeção por raios X
- Análise metalográfica
Prevenção
- Reduzir a turbulência no momento da injeção.
- Manter o metal fundido limpo.
- Maximize o acesso a um fluxo.
5.10 Marcas de pia
Causa
As marcas de afundamento ocorrem quando as peças mais grossas são resfriadas e solidificadas mais tarde do que as outras peças.
Efeito
- Depressões na superfície
- Inconsistência dimensional
- Baixa qualidade cosmética
Detecção
- Inspeção visual
- Medição dimensional
Prevenção
- Projeto com espessura de parede uniforme.
- Simplifique o layout do canal de resfriamento.
- Use métodos de solidificação controlada.
Design to Manufacture (DFM) para reduzir os defeitos.
O Design for Manufacturability (DFM) tem sido importante para reduzir a ocorrência de defeitos de fundição sob pressão de zinco garantindo que os possíveis riscos sejam evitados na fase de projeto - antes da implementação dos processos de ferramental e produção. Uma revisão de DFM realizada com sucesso garante um fluxo uniforme de metal, solidificação regulada e demonstração sem tensão.
Princípios de DFM
- Certifique-se de que a espessura das paredes seja mantida constante para evitar marcas de afundamento e encolhimento.
- Aplique ângulos de inclinação corretos para garantir uma ejeção suave e menos desgaste da matriz.
- As bordas afiadas e uma mudança abrupta de espessura devem ser evitadas, o que aumenta a concentração de tensão.
- Maximize a colocação de portões, corredores e aberturas para melhorar o preenchimento e minimizar a porosidade.
Impacto:
O DFM adequado leva a uma redução substancial dos defeitos internos e de superfície, maior rendimento da fundição, menor tempo de ciclo e menor custo de produção.
Garantias e padrões de qualidade
A garantia de qualidade é fundamental para atender às exigências dimensionais, mecânicas e cosméticas dos componentes de zinco fundido sob pressão. Isso é possível por meio da aplicação de padrões conhecidos do setor, em que os defeitos podem ser detectados no estágio inicial e podem ser gerenciados em cada estágio da produção.
Padrões da NADCA
- Tolerâncias dimensionais
- Critérios de acabamento da superfície
- Tolerância: defeitos internos e de superfície.
Inspeção do primeiro artigo (FAI)
- Inspeção de superfície na inspeção visual.
- Verificação das dimensões em relação aos desenhos.
- Verificação do processo para garantir a repetibilidade.
Procedimentos regulares e sistemáticos de controle de qualidade serão usados para encontrar desvios antecipadamente, evitar a recorrência dos defeitos ao mesmo tempo e manter a mesma qualidade de produção.
Operações secundárias e pós-processamento.
O pós-processamento e as operações secundárias são operações destinadas a melhorar a funcionalidade e a aparência das peças fundidas em zinco, bem como a ajustar alguns defeitos menores que possam ter sido deixados para trás durante o processo de fundição. Esses processos agregam valor quando gerenciados adequadamente e não afetam a integridade da peça.
- Usinagem: Perfuração, rosqueamento e modelagem precisos com tolerâncias estreitas.
- Acabamento: Chapeamento, pintura e revestimento em pó para serem resistentes à corrosão e manter a aparência.
- Recuperação de defeitos menores: Lixamento leve, polimento ou usinagem localizada para recuperar peças com pequenas falhas cosméticas.
Otimização da estrutura de custos e do processo
- Custos de ferramentas: Produção, reparo e manutenção de matrizes.
- Custos de material: Gerenciamento de sucata. Liga de zinco.
- Custos do processo: Tempo de máquina, otimização de ciclo.
Dicas de redução de custos:
- Minimize o uso de materiais otimizando o design das peças.
- Reduzir o tempo de ciclo sem sacrificar a qualidade.
- Manutenção de rotina para minimizar o desperdício e o tempo de inatividade.
- Considere o investimento em reforma versus o investimento em novas matrizes.
- Solução de problemas de alta ordem e aprimoramento contínuo.
Solução de problemas avançada e melhoria contínua
- Identificação antecipada de áreas de risco no desenho da peça.
- Vincular defeitos correlacionados a problemas específicos de projeto, liga ou processo.
- Use ciclos contínuos de aprimoramento: monitore, ajuste e revalide os processos.
- Monitore os padrões de defeitos para detectar problemas de alto nível.
Dicas para evitar defeitos na fundição sob pressão de zinco
- Temperatura e qualidade de fusão estáveis.
- Verifique constantemente as matrizes que estão desgastadas ou danificadas.
- Ajuste as velocidades de injeção e a pressão de injeção ideais.
- Fornecer aos operadores de trem treinamento sobre como identificar defeitos.
- Implementar rigorosamente os regimes de manutenção preventiva.
Por que escolher a CNM Casting?
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- Fundição sob pressão de zinco especial e Ferramentas precisas.
- Fabricação de defeitos sob controle usando parâmetros otimizados e inspeção.
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- Dimensionamento econômico entre a prototipagem e a produção em massa.
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Conclusão
A fundição sob pressão de zinco é a melhor opção, pois tem precisão e qualidade de superfície incomparáveis e é econômica para a produção de grandes volumes. Mas os defeitos, tanto internos quanto superficiais, podem prejudicar a funcionalidade e a aparência.
Ao obter informações sobre a natureza dos defeitos, suas causas e as medidas tomadas para evitá-los, os fabricantes terão a oportunidade de produzir peças de alta qualidade e sem defeitos. O método de incorporação dos princípios de DFM, a seleção correta das ligas, a otimização e o controle de qualidade de acordo com os padrões do setor também aumentarão a confiabilidade e reduzirão as despesas.
Perguntas frequentes
Qual é o método sistemático de classificação dos defeitos de fundição de zinco?
Interno e superficial, dependendo da visibilidade e do nível de impacto no desempenho.
Qual liga de zinco você usa em tolerâncias apertadas?
As ligas de Zamak são facilmente fundidas; as ligas de ZA são mais resistentes e demoram mais para se desgastar.
Qual é o impacto dos padrões da NADCA nos critérios de aceitação?
Eles fornecem especificações de dimensões, acabamento de superfície e tolerâncias de defeitos para manter a consistência da qualidade.
Existe uma maneira de consertar defeitos cosméticos sem sucatear as peças?
É claro que essas pequenas falhas de superfície podem ser lixadas, polidas ou revestidas.
O que o DFM faz para diminuir as taxas de defeitos?
Reduzir os possíveis defeitos projetando componentes que possam ser facilmente preenchidos, bem homogeneizados e ejetados sem tensão.