Fundição por Injeção e Fundição por Gravidade: Compreendendo as Principais Diferenças

A fundição por injeção e a fundição por gravidade são dois dos principais processos de fundição de metais utilizados extensivamente na manufatura. Ambos envolvem despejar metal fundido em moldes reutilizáveis para produzir componentes com alta precisão dimensional e repetibilidade. A diferença é que a fundição por gravidade depende da gravidade, e o metal fundido entra no molde sob a ação da gravidade. A fundição por injeção depende da pressão, forçando o metal fundido para dentro de um molde sob alta pressão.

Projeto do Molde

- Na fundição por injeção, o molde é chamado de matriz. As matrizes são feitas de aços ferramenta como o H13 que podem suportar altas pressões. As metades da matriz são usinadas com tolerâncias apertadas e contêm a cavidade e os núcleos. Os componentes da matriz são usinados com precisão a tolerâncias em torno de 0,001-0,002 polegadas para obter peças fundidas precisas.

- O molde é relativamente simples na fundição por gravidade em comparação com uma matriz de fundição por injeção. Os moldes de gravidade são feitos de ferro fundido, aço, alumínio ou bronze. Não há núcleos complexos, pois o molde depende principalmente da força da gravidade para o preenchimento. Os moldes de gravidade têm tolerâncias de usinagem típicas em torno de 0,01-0,02 polegadas, uma vez que não envolvem altas pressões.

Método de Preenchimento 

- Na fundição por injeção, o metal fundido é injetado na matriz sob altas pressões que variam de 10.000 a mais de 50.000 psi. A injeção de alta velocidade garante o preenchimento completo da cavidade da matriz.

- Na fundição por gravidade, o metal flui para o molde apenas sob a força gravitacional, sem qualquer pressão aplicada. Isso impõe limites no tamanho e na complexidade da forma da peça fundida que podem ser alcançados.

Taxa de Produção e Automação

- A fundição por injeção é altamente automatizada, utilizando máquinas que injetam metal, matrizes excelentes e ejetam as peças fundidas continuamente. Os tempos de ciclo são muito curtos. A produção de peças pode exceder 200/h.

- A fundição por gravidade é feita manualmente, despejando metal líquido nos moldes. Os ciclos são mais lentos devido ao manuseio manual. A produção típica é de 30-50 peças/h, muito menor do que a fundição por injeção. Automatizar a fundição por gravidade pode aumentar a taxa.

Ligas Utilizadas

- Ligas para fundição por injeção, como zinco, alumínio e magnésio, têm alta fluidez para preencher matrizes complexas sob pressão. Ligas de alta resistência também podem ser fundidas por injeção. Ligas com altos pontos de fusão não são adequadas para fundição por injeção, como ferro, titânio, tungstênio, etc.

- A fundição por gravidade geralmente usa ligas de ponto de fusão mais baixo com boas características de fluxo, como ligas de estanho, chumbo e zinco. Alumínio e latão também podem ser fundidos por gravidade. 

Tamanho e Peso das Peças 

- Os tamanhos típicos das peças fundidas por injeção variam de uma onça a 75 lbs. Formas pequenas, finas e intrincadas podem ser fundidas por injeção devido à alta pressão do metal. Por exemplo, a fundição por injeção de liga de alumínio permite uma parede fina de 0,5mm. A fundição por injeção de liga de zinco permite uma parede fina de 0,4mm.

- A fundição por gravidade é limitada a tamanhos relativamente maiores, acima de 3 lbs. Fatores como a pressão da coluna metalostática limitam o tamanho máximo. É capaz de produzir peças com espessuras de parede variando de 2 a 6 mm.

Acabamento Superficial

- As superfícies fundidas por injeção têm um acabamento caracteristicamente liso e brilhante. O resfriamento rápido na matriz de metal proporciona tamanhos de grão finos. 

- As superfícies fundidas por gravidade são ligeiramente mais ásperas do que as fundidas por injeção, mas ainda razoavelmente lisas devido ao preenchimento laminar. Resfriadores (chills) podem melhorar ainda mais o acabamento superficial.

Precisão Dimensional 

- A fundição por injeção oferece excelente precisão e consistência dimensional. Tolerâncias de até ±0,005 pol. são possíveis. Reduz a necessidade de usinagem secundária.

- A tolerância na fundição por gravidade é em torno de ±0,02 pol. As peças podem exigir alguma usinagem para obter precisão mais fina. Mas a precisão ainda é adequada para a maioria das aplicações.

Considerações de Custo

- A fundição por injeção tem custos de ferramental muito altos devido às matrizes complexas de múltiplas cavidades. Mas o custo por peça é baixo devido à automação.

- A fundição por gravidade tem custos de ferramental mais baixos. Pode ser necessária usinagem secundária. As taxas de produção são mais baixas do que na fundição por injeção, então o custo por peça é maior do que na fundição por injeção.

Regras de Projeto 

- A fundição por injeção requer regras de projeto especializadas para otimizar o fluxo do fluido e minimizar gases aprisionados. Ângulos de saída, raios de concordância e sistemas de alimentação são cruciais.

- A fundição por gravidade tem menos restrições de projeto, pois o metal não é injetado à força. No entanto, espessuras de parede uniformes e ângulos de saída ainda auxiliam no preenchimento do molde e minimizam defeitos.

Defeitos

- Defeitos na fundição por injeção - interrupções a frio (cold shuts), distorção, gases aprisionados, trincas a quente (hot tears), jateamento (jetting) e trincas por calor (heat checking).

- Defeitos na fundição por gravidade - porosidade, cavidades de retração, interrupções a frio (cold shuts), erosão do molde. Trincas de solidificação são menos prevalentes do que na fundição por injeção.

Aplicações

- As aplicações da fundição por injeção envolvem produção em alto volume de peças complexas e de tolerância apertada - por exemplo, componentes automotivos.

- A fundição por gravidade se adequa à produção de médio a baixo volume de formas relativamente mais simples e peças maiores - por exemplo, bases de máquinas-ferramenta e corpos de válvulas.

Em resumo, a fundição por injeção e a fundição por gravidade têm métodos de produção, capacidades, aspectos econômicos e aplicações significativamente diferentes. A fundição por injeção é mais adequada para componentes complexos e de alto volume, enquanto a fundição por gravidade é ideal para lotes menores de formas menos complexas.