Guia para reduzir o encolhimento da fundição em peças metálicas

A ascensão da impressão 3D de metais não substituiu a fundição tradicional de metais.mantendo a sua popularidade para a fabricação rápida de componentes de forma complexaNo entanto, todos os processos de fundição que envolvem o resfriamento de metal fundido ou de plástico, quer sejam de fundição a pressão, de fundição a céu aberto ou de fundição em areia, enfrentam um desafio comum: o encolhimento.

Imaginem projetar um componente central para máquinas de precisão com tolerâncias dimensionais extremamente apertadas.Poderia tornar o componente inteiro não funcional ou em sucata.Este cenário representa não só perdas financeiras significativas, mas também atrasos no projecto que afectam o tempo de colocação no mercado.

Em termos de engenharia, o encolhimento refere-se à redução de volume que ocorre quando o metal passa de estado fundido para sólido dentro de um molde.Este fenômeno universal decorre das propriedades inerentes do material durante a solidificação, fazendo com que um certo grau de encolhimento seja inevitável nos processos de fundição.

Quando o metal fundido entra no molde, a solidificação começa quase imediatamente, causando alterações volumétricas.A utilização de sistemas de modelagem e de moldes torna-se essencial para minimizar os efeitos de encolhimento..

• Redução do líquido:Ocorre quando o metal fundido esfria da temperatura de colagem ao ponto de solidificação.
• Redução de solidificação:A fase crítica em que o metal passa de líquido para sólido, normalmente encolhendo 3-7% em volume.
• Redução de sólidos:Após a solidificação completa, o metal fundido continua a contrair à medida que esfria até a temperatura ambiente, afetando as dimensões finais.

Os defeitos de encolhimento resultam de múltiplos fatores em interação além das propriedades do metal, incluindo elementos de projeto e parâmetros de processo.

Um sistema de vedação devidamente concebido, incluindo elevadores e portas, deve proporcionar um fluxo contínuo de metal fundido para todas as secções de fundição para compensar o encolhimento.Projetos inadequados levam a um fluxo de metal insuficiente, criando encolhimento interno e vazios, particularmente problemáticos na fundição de areia quando os elevadores não alimentam adequadamente a fundição.

Temperaturas excessivas provocam um maior encolhimento do líquido e um arrefecimento desigual, gerando defeitos como porosidade.restringindo o fluxo de metal através de canais estreitos e criando cavidades de encolhimento.

A geometria do molde e as variações de espessura da parede de fundição criam taxas de resfriamento não uniformes, complicando a previsão do encolhimento.Características como costelas ou núcleos destinados a fortalecer componentes podem agravar os problemasA solidificação direcional é fundamental para controlar o encolhimento e alcançar as formas pretendidas.

As ligações de alumínio e de cobre apresentam, em geral, uma redução mais elevada do que as ligas de aço inoxidável ou de níquel, enquanto as ligas de alumínio e de cobre apresentam, em geral, uma redução mais elevada do que as ligas de níquel.As formulações de liga específicas dentro de cada família de metais apresentam características de encolhimento únicas.

Os defeitos de encolhimento se dividem em duas categorias principais, com características e implicações distintas.

• Redução do tubo:Vazões cônicos profundos que se formam nos topos de fundição à medida que o material se aproxima durante a solidificação.
• Encanadores de superfície:Depressões superficiais pouco profundas causadas pela contração do resfriamento, principalmente por motivos cosméticos e não funcionais.

• Redução interna:Cavidades ou vazios dentro da fundição, muitas vezes visíveis em desenhos com espessuras de parede variáveis.
• Microscrinkage:Vazio microscópico distribuído por toda a fundição devido a desenhos complexos ou solidificação desigual.

Além das imprecisões dimensionais, o encolhimento cria fraquezas internas que comprometem a integridade e o desempenho dos componentes.

O encolhimento induzido pelo resfriamento altera as dimensões da fundição, potencialmente exigindo usinagem adicional.A contabilização das taxas de encolhimento específicas do material durante o projeto do molde torna-se essencial para atender às especificações dimensionais.

Defeitos abertos como sumidouros de superfície criam irregularidades que afetam a aparência e a função,especialmente em aplicações de precisão, como a fundição por injeção ou a fundição por impressão sob alta pressão, onde pode ser necessário um acabamento adicional.

• Implementação de elevadores de tamanho adequado para alimentar o encolhimento em secções críticas
• Projeto de sistemas de portais para fluxo de metal suave com turbulência mínima
• Aplicação de técnicas de solidificação direccional para sequências de arrefecimento controladas
• Utilizando chillers (insertos metálicos) para acelerar o resfriamento em secções grossas
• Utilização de materiais isolantes para diminuir o arrefecimento, quando necessário

O encolhimento na fundição de metais apresenta desafios multifacetados que exigem atenção em todas as fases de fabrico, desde o projeto 3D até ao acabamento final.A compreensão dos mecanismos de encolhimento e a aplicação de métodos de compensação apropriados permitem a produção de componentes dimensionalmente precisos, livres de vazios e defeitos de superfícieEmbora existam limites gerais de encolhimento para várias ligas, a geometria dos componentes exige frequentemente soluções personalizadas desenvolvidas com base na experiência técnica e prática.