Semi-sólido fundição sob pressão Combina ideias de fundição e forjamento para moldar metal meio líquido, meio sólido com controle preciso. Essa abordagem é ideal onde resistência, precisão e superfícies limpas são essenciais.
Neste artigo, vamos desmistificar os termos e conceitos técnicos para ajudá-lo a entender melhor como funciona o metal semissólido, quais são os diferentes processos de fundição sob pressão e onde a fundição semissólida oferece benefícios claros.
Noções básicas de fundição sob pressão semissólida: o que é exatamente?
A fundição sob pressão semissólida (SSM, do inglês Semi-Solid Injection) molda peças metálicas a partir de um estado semissólido, e não de uma fusão totalmente líquida. O metal entra no molde como uma camada espessa. lama Feito de partículas sólidas suspensas em metal líquido.
Durante esse processo, o sistema de controle avançado garante que o metal permaneça entre suas temperaturas de solidificação e liquidus, frequentemente com uma fração sólida de cerca de 30% a 65%.
Entendendo o estado "lama"
A chave desse processo é o aquecimento. pasta semi-sólida. Contém grãos sólidos arredondados envoltos em metal líquido, em vez de grãos afiados. dendritos (estruturas cristalinas ramificadas, semelhantes a árvores, que se formam à medida que o metal fundido se solidifica).
A lama mostra tixotropia, que é uma propriedade na qual um material líquido ou semissólido se torna menos viscoso (mais fluido) e flui facilmente sob tensão, e se transforma em uma estrutura semelhante a um gel que mantém a forma assim que a tensão é removida.
Essas duas propriedades correspondem aos seus respectivos parâmetros para o controle da qualidade da pasta:
- Controle de temperatura para precisão fração sólida da pasta (a proporção de metal sólido em uma mistura líquido-sólido)
- A taxa de cisalhamento controla a tixotropia, moldando os grãos e controlando a viscosidade.
Metais e ligas usados na fundição sob pressão em estado semi-sólido
Os fabricantes utilizam principalmente a fundição sob pressão semissólida com ligas não ferrosas. Alumínio, magnésio e certas ligas de cobre são as mais indicadas devido às suas faixas de fusão e comportamento de fluxo.
As opções de materiais mais comuns incluem:
| Material | Principais benefícios |
|---|---|
| Ligas de alumínio | Boa resistência, tratável termicamente, amplamente disponível |
| Ligas de magnésio | Leveza, excelente fluxo, ciclos de trabalho rápidos. |
| Ligas de cobre | Alta resistência, uso limitado devido à faixa de temperatura. |
Essas ligas respondem bem à coexistência sólido-líquido. Elas formam suspensões estáveis e mantêm um comportamento previsível durante a injeção. Ligas com alto ponto de fusão têm uso limitado devido a restrições de ferramentas e temperatura.
Diferentes processos de fundição de metais semissólidos
Cada processo de fabricação de fundição sob pressão semissólida gerencia a geração da pasta, o aquecimento e a injeção de uma maneira diferente para equilibrar resistência, precisão e custo.
Método de tixocasting
Thixocasting depende de um tarugo pré-moldado (uma haste de metal maciço com tratamento especial) com uma estrutura fina e não dendrítica. O tarugo aquece através de aquecimento por indução (Utilizando um campo eletromagnético para aquecer materiais condutores de forma limpa e eficiente.) até atingir um estado semi-sólido.
Em seguida, o processo de tixofundição injeta essa pasta em uma matriz fechada sob alta pressão. A temperatura mais baixa reduz a absorção de gases e a contração, e as peças acabadas apresentam tolerâncias rigorosas e superfícies lisas.
O método oferece um controle preciso, mas aumenta os custos devido à preparação e ao manuseio dos tarugos.
Principais características
- Qualidade controlada do tarugo
- Janela de temperatura precisa
- Alta repetibilidade para peças complexas
Método de reocastagem
A moldagem por reocasting forma a pasta. diretamente do metal fundido em vez de uma haste. O processo resfria a massa fundida enquanto se utiliza agitação mecânica ou outros métodos de mistura. Essa ação quebra os grãos solidificados em partículas arredondadas.
O processo também alimenta a pasta na cavidade de uma matriz, geralmente com padrões fundição sob pressão de alta pressão equipamento. Elimina a necessidade de tarugos pré-moldados e reduz as etapas de material.
A reofundição é uma boa opção para peças produzidas em grande volume. Ela oferece flexibilidade na escolha da liga e menor custo de material.
Vantagens comuns
- Geração direta de lama
- Redução do custo da matéria-prima
- Ideal para produção em larga escala.
Tixomoldagem para ligas de magnésio
A thixomoldagem adapta o processamento semissólido para materiais como ligas de magnésio. Ela alimenta cavacos sólidos de magnésio em um cilindro aquecido sob atmosfera protetora de gás.
Assim como nos outros processos, os cavacos derretem formando uma pasta, que é então injetada em um molde fechado por meio de um parafuso, de forma semelhante à moldagem de plástico. O processo ocorre em temperaturas mais baixas do que a fundição sob pressão convencional, o que melhora a segurança e o controle.
Os fabricantes optam pela tixomoldagem para peças de paredes finas e leves que permitem um controle dimensional preciso e superfícies limpas. O método é amplamente utilizado em eletrônicos e em carcaças automotivas.
Características típicas
- Matéria-prima à base de chips
- Operação fechada e limpa
- Ideal para ligas de magnésio
Métodos emergentes: SIMA e muito mais
SIMA significa "Ativação de Fusão Induzida por Deformação". Primeiro, a liga é deformada por laminação ou forjamento. Em seguida, o aquecimento controlado cria uma estrutura fina semi-sólida durante a fusão parcial.
Essa abordagem é adequada para peças pequenas ou complexas que necessitam de grãos uniformes. O SIMA é frequentemente combinado com a tixofundição ou outras etapas de conformação semissólida.
Outros métodos emergentes focam em um melhor controle da pasta de conformação e em ciclos de produção mais rápidos. Eles visam expandir a conformação semissólida para novas ligas e tamanhos de peças, mantendo os custos estáveis.
Principais vantagens da fundição sob pressão semissólida
Desempenho mecânico aprimorado
A fundição sob pressão semissólida melhora a chave propriedades mecânicas Ao reduzir a porosidade e a contração, o processo limita o gás aprisionado e os vazios, de modo que as peças produzidas geralmente atingem uma densidade maior do que as peças fundidas sob pressão tradicionais.
Além disso, um microestrutura fina e uniforme Forma-se durante a solidificação. Essa estrutura proporciona maior resistência e desempenho mais estável sob carga. Muitas peças de alumínio e magnésio apresentam melhor resistência à fadiga como resultado.
O processo também oferece suporte ductilidade aprimorada. As peças podem suportar tratamento térmico e soldagem com menor risco de fissuras. Isso é importante para peças estruturais sujeitas a tensões ou impactos repetidos.
Alta precisão dimensional e acabamento superficial.
A fundição semissólida sob pressão proporciona um controle preciso sobre a forma e o tamanho. O fluxo espesso de metal preenche o molde de forma suave e evita turbulências, o que contribui para alcançar tolerâncias rigorosas em toda a peça.
O processo produz um acabamento limpo e uniforme. acabamento de superfície. Muitas peças saem do molde com superfícies lisas que necessitam de pouco ou nenhum polimento, revestimento ou usinagem estética.
Além disso, a estabilidade dimensional permanece consistente de peça para peça. Os fabricantes dependem dessa repetibilidade para montagens que exigem alinhamento preciso. Menos variação também reduz o tempo de inspeção e o desperdício.
Geometrias complexas e tolerâncias rigorosas
A pasta semissólida flui de forma controlada, o que auxilia no processo. geometrias complexas. Paredes finas, nervuras e canais internos são formados com menos defeitos do que na fundição líquida. Isso amplia as opções de design sem aumentar o risco.
As peças geralmente se qualificam como forma quase final (uma peça fundida que está muito próxima de suas dimensões finais) componentes, o que limita cortes ou modelagens extras e reduz a dependência de usinagem.
Os designers também se beneficiam de estabilidade. tolerâncias apertadas. O processo mantém a forma durante o resfriamento, mesmo em transições de espessura para afinamento. Essa estabilidade é útil quando as peças precisam se encaixar com vedações, rolamentos ou componentes eletrônicos.
Redução dos custos de produção e do consumo de energia
A fundição semissólida sob pressão ocorre em temperaturas mais baixas do que os processos de fundição sob pressão tradicionais, que envolvem o material totalmente fundido. reduz o consumo de energia por ciclo e reduz o estresse térmico nas ferramentas. Maior vida útil do molde ajuda a controlar custo de produção ao longo do tempo.
A redução da porosidade e da contração resulta em menos peças rejeitadas. As taxas de refugo geralmente diminuem, o que melhora a eficiência da produção e reduz os prazos de entrega. Maior rendimento Isso também significa mais peças acabadas com a mesma quantidade de metal. Essa economia se acumula em grandes lotes de produção.
Aplicações da fundição sob pressão em estado semissólido
Componentes automotivos e de transporte
As montadoras utilizam fundição sob pressão semissólida para fabricar componentes automotivos que suportam cargas elevadas e enfrentam tensão constante. As peças comuns incluem juntas de direção, suportes do motor, braços de suspensão e suportes estruturais..
Alguns fabricantes também aplicam o processo a blocos de motor e caixas de transmissão. A temperatura de fundição mais baixa reduz a contração e a distorção. Esse controle ajuda a atender aos limites dimensionais rigorosos e reduz o tempo de usinagem.
Os veículos elétricos também dependem desse processo. Ele permite a utilização de peças leves de alumínio e magnésio que melhoram a autonomia sem comprometer a resistência.
Aplicações aeroespaciais e de defesa
Os programas aeroespaciais utilizam fundição sob pressão semissólida para componentes aeroespaciais que devem atender a rigorosos limites de segurança e peso. As peças aeroespaciais típicas incluem: carcaças, suportes e componentes do trem de pouso Feito de ligas de alumínio ou magnésio.
Os fornecedores da área de defesa utilizam esse processo para peças que exigem qualidade repetível em larga escala. Ele permite uma produção consistente, atendendo aos padrões de materiais.
Eletrônicos de consumo e carcaças para 5G
Os fabricantes de eletrônicos usam fundição semissólida para produzir estruturas finas e rígidas com superfícies limpas. Exemplos incluem: Carcaças de computadores, gabinetes de tablets e gabinetes de antenas 5G. Essas peças precisam de tolerâncias rigorosas para proteger componentes sensíveis.
O processo permite a inclusão de características internas complexas, como nervuras e caminhos de dissipação de calor. Essa liberdade de projeto possibilita o controle térmico e a rigidez estrutural em dispositivos compactos.
A baixa porosidade também melhora o desempenho da blindagem. Isso é importante para sistemas 5G, onde a estabilidade do sinal depende da geometria precisa do metal.
Usos emergentes e industriais
Os fabricantes de equipamentos industriais aplicam a fundição sob pressão semissólida para bombas, ferramentas elétricas e peças robóticas. Esses componentes geralmente precisam de resistência, durabilidade e dimensões consistentes em grandes lotes.
O processo também suporta ligas à base de cobre para componentes térmicos e elétricos. Os fabricantes o utilizam para dissipadores de calor, carcaças de motores e conectores onde o fluxo de metal sólido melhora o desempenho.
Novas aplicações continuam a surgir em sistemas de energia, automação e mobilidade. À medida que as opções de ferramentas e ligas se expandem, mais indústrias adotam o processo para a produção de peças metálicas de alta qualidade e em grande volume.
Conclusão
A fundição semissólida sob pressão é uma ponte entre a fundição líquida e o forjamento sólido, oferecendo resistência, precisão e eficiência. Métodos como a tixofundição e a reofundição permitem uma produção personalizada. Com benefícios como porosidade reduzida e menor consumo de energia, é ideal para peças metálicas leves e precisas, impulsionando uma adoção mais ampla em indústrias exigentes.
Perguntas frequentes (FAQ)
A fundição semi-sólida é mais cara do que a fundição tradicional?
Embora a configuração inicial e as ferramentas possam ser mais caras, a fundição semissólida geralmente resulta em um custo total por peça menor na produção em larga escala. A economia provém da redução do consumo de energia (temperaturas mais baixas), menor desperdício de material (formato próximo ao final), menores taxas de refugo e redução da usinagem secundária. Para peças complexas e de alto desempenho, o melhor rendimento e a qualidade frequentemente justificam o investimento.
Como se compara a resistência mecânica com a de peças fundidas sob pressão padrão?
As peças fabricadas por SSM são significativamente mais resistentes e confiáveis. A porosidade reduzida e a microestrutura fina e uniforme resultam em maior resistência à tração, melhor resistência à fadiga e maior ductilidade. Isso permite que sejam utilizadas em aplicações estruturais onde as peças fundidas sob pressão tradicionais poderiam falhar.
A fundição semi-sólida pode substituir o forjamento?
Embora não substitua completamente a forjagem, a usinagem por fusão seletiva a laser (SSM) pode produzir peças com propriedades mecânicas (densidade, resistência) próximas ou iguais às das peças forjadas, especialmente para formatos complexos que são difíceis ou caros de forjar. É frequentemente vista como um processo complementar ou concorrente à forjagem, particularmente quando se exige excelente acabamento superficial e tolerâncias rigorosas diretamente do molde.
Quais são as principais limitações da fundição sob pressão em estado semi-sólido?
As principais limitações são a variedade de materiais e a complexidade inicial. O processo é mais eficaz com ligas específicas de alumínio, magnésio e algumas ligas de cobre. Ligas com alto ponto de fusão, como o aço, não são adequadas. O processo também exige controle preciso de temperatura e da pasta abrasiva, necessitando de equipamentos e conhecimentos especializados, o que pode ser um obstáculo para operações de menor porte, prototipagem ou produções de baixo volume.