Um desenho que se baseia nas regras de uma peça usinada geralmente passa pela fase de cotação, mas falha na matriz. Uma parede sem inclinação de desmoldagem dificulta a ejeção, um ressalto espesso sai poroso e um canto interno afiado provoca uma rachadura no aço da matriz. As diretrizes de projeto de fundição sob pressão abaixo identificam esses problemas ainda na fase de edição no CAD, e não como um reparo por soldagem em ferramentas endurecidas.

Este guia de projeto aborda paredes, inclinação, filetes, nervuras, saliências, linha de divisão e porosidade, utilizando ilustrações da Associação Norte-Americana de Fundição sob Pressão (NADCA).

O que torna uma peça fácil de ser moldada por fundição sob pressão?

Uma peça fundida sob pressão é fácil de produzir quando o metal fundido preenche todas as seções antes de solidificar, a peça pode encolher e ser ejetada sem atrito, e o molde não apresenta partes finas ou pontiagudas de aço que possam rachar prematuramente. Na prática, isso significa paredes finas e uniformes, inclinação de desmoldagem em todas as superfícies paralelas à abertura do molde, filetes generosos e uma linha de separação simples.

Visão geral das regras de projeto de peças fundidas por injeção

Considere essas regras de projeto como pontos de partida; a própria NADCA se refere a essas dimensões como valores de referência.

Espessura da parede na fundição sob pressão: fina, uniforme, com transições graduais

A espessura das paredes na fundição sob pressão não possui um limite máximo ou mínimo rígido; a faixa típica definida pela NADCA depende da liga, do tamanho da peça e do comprimento de fluxo. O projeto deve priorizar a consistência: paredes uniformes, com transições suaves, em vez de escalonadas. Se a espessura for muito fina para o comprimento de fluxo, o metal solidifica prematuramente, deixando falhas de solidificação.

O erro comum no projeto de peças fundidas é aumentar a espessura de uma parede para torná-la mais resistente. O centro de uma seção maciça é a última parte do metal a solidificar e é onde a porosidade se acumula; por isso, uma parede espessa costuma apresentar desempenho inferior ao de uma parede mais fina com nervuras. A diretriz da NADCA sobre nervuras afirma exatamente isso: as nervuras costumam conferir mais resistência do que o material maciço, pois este retém a porosidade.

Recomendamos a seguinte ordem: quando uma peça fundida por injeção precisar de resistência, adicione nervuras ou um reforço metálico antes de adicionar a parede, e mantenha a parede restante dentro de cerca de 10% da seção típica.

Qual é o ângulo de desmoldagem adequado para a fundição sob pressão?

As orientações de projeto da NADCA sobre o ângulo de desmoldagem explicam por que esse ângulo varia de acordo com cada característica na fundição sob pressão. O metal se contrai em direção ao aço que forma as paredes internas e os orifícios; portanto, essas áreas exigem o maior ângulo de desmoldagem. Ele se contrai afastando-se das paredes externas, de modo que essas áreas exigem o menor ângulo.

As normas da NADCA para 2021 recomendam de 1 a 2 graus e enumeram os fatores que influenciam esse valor:

• Profundidade. Elementos mais profundos exigem um ângulo de inclinação menor do que os rasos.
• Liga. O alumínio precisa de mais do que o zinco; o alumínio, o magnésio e o cobre são semelhantes.
• Alongamento. O alumínio estrutural com maior alongamento no estado de fundição pode exigir menos.
• Interior versus exterior. As paredes internas apresentam o dobro da corrente de ar em comparação com as paredes externas.

As letras e os logotipos fundidos são analisados individualmente.

O que significa o ângulo de inclinação no aço

Um ângulo em um desenho se transforma em um deslocamento na peça. Utilizando os ângulos de exemplo da NADCA, deslocamento = profundidade × tan(ângulo):

É na última linha que um projeto de fundição sob pressão dá errado. Em uma parede com 5 in de profundidade, 1 grau desloca a face quase 0,09 in, e como as faces internas requerem o dobro do ângulo de desmoldagem das faces externas, uma parede desenhada com 0,10 in de espessura sofre variação de espessura ao longo de sua profundidade. Aplique o ângulo de desmoldagem no modelo antes de verificar as paredes, folgas e margem de usinagem.

Filetes e cantos dimensionados a partir da parede

Um filete é a junção curva entre duas superfícies que, de outra forma, se encontrariam em um ângulo agudo. A norma G-6-2 da NADCA define suas dimensões a partir da parede, em vez de indicar um valor único:

• Junção em T: raio de transição da peça T até 1,25T, sendo que T é a parede mais fina na junção.
• Canto em forma de L de uma parede uniforme: raio interno igual a T e raio externo igual ao raio interno mais T, mantendo a espessura da parede constante ao longo da curva.
• Mínimo: A NADCA sugere considerar 0,06 pol. (1,5 mm) como raio mínimo nas transições.

Maior nem sempre é melhor. Um raio de filete muito grande deixa uma massa excessiva na junção, o que a NADCA sinaliza como “não propício para um metal de boa qualidade”. Cavidades profundas exigem filetes maiores do que cavidades rasas, e os filetes perpendiculares à linha de divisão assumem o ângulo de inclinação da superfície à qual se unem.

Um canto deve permanecer bem definido. São necessários cantos externos retos na linha de separação e nos pontos de interseção dos blocos da matriz. Em todos os outros locais, devem ser utilizados cantos arredondados para prolongar a vida útil da matriz e reduzir o risco de bordas lascadas.

Nervuras e saliências

As nervuras conferem rigidez sem aumentar a espessura da parede e proporcionam um caminho de fluxo para o metal fundido. As orientações da NADCA sobre o projeto de nervuras trazem duas recomendações. É preciso aplicar filetes e inclinação a todas as nervuras. Além disso, use nervuras apenas onde for necessário, pois nervuras desnecessárias aumentam o custo da matriz. A mesma página sugere o uso de um número ímpar de nervuras.

O que costuma dar errado é o espaçamento entre as nervuras. Quando as nervuras estão muito próximas umas das outras, ficam finas lâminas de aço entre elas na matriz. Essas lâminas se desgastam e racham, o que faz com que a matriz precise de manutenção.

Os sites de fundidoras de peças moldadas por injeção indicam proporções de espessura das nervuras que variam de metade da espessura da parede até a espessura total da parede. Essas informações são contraditórias e nenhuma delas remete a uma fonte primária; por isso, não indicamos nenhuma proporção. Combine a espessura das nervuras com sua fundidora com base na liga, no comprimento de fluxo e na posição da entrada de material.

Os ressaltos seguem as mesmas regras da fundição sob pressão. Faça um furo no centro do ressalto para manter sua parede uniforme e conecte-o às paredes próximas por meio de nervuras e filetes, para que o metal possa alimentá-lo. Para peças fundidas maiores, a NADCA acrescenta duas recomendações: utilize nervuras quando a altura do ressalto exceder seu diâmetro e deixe pelo menos 0,25 entre ressaltos adjacentes para limitar a porosidade.

Onde deve ficar a linha de divisão?

A linha de separação é o ponto onde a metade da tampa e a metade do ejetor da matriz se encontram. As orientações da NADCA sobre a linha de separação recomendam que ela seja definida desde o início, com a colaboração entre o projetista e o fundidor:

• As abas, os excessos e as aberturas de ventilação são fixados ali, e a matriz de corte os remove.
• O excesso de material se forma na linha de divisão e aumenta qualquer dimensão medida ao longo dela.
• As dimensões críticas contidas em uma das metades do molde variam menos do que as dimensões que ultrapassam essa linha.
• As superfícies decorativas geralmente ficam no lado da capa.
• A maior parte da geometria da metade do ejetor impede que a peça fundida grude na metade da tampa.

Uma linha de divisão escalonada tem um custo maior de fabricação e acabamento. Os recuos custam ainda mais, pois exigem corrediças ou núcleos laterais. Nossa posição: simplifique primeiro a linha de divisão e, em seguida, decida se um recuo justifica o uso de uma corrediça ou uma etapa de usinagem.

Pinos ejetores e marcas de referência

Os pinos ejetores empurram a peça fundida para fora da metade ejetora e deixam marcas circulares. Para peças fundidas maiores, a NADCA exige um diâmetro de pino de pelo menos 0,38 pol. (10 mm) em áreas não funcionais, saliências de 0,06 pol. em relevo a 0,03 pol. em recuo e rebarbas de pino de até 0,04 pol. nas superfícies da peça fundida. Marque as faces de vedação, cosméticas e de referência onde os pinos não devem encostar, e deixe nervuras e saliências para que os pinos possam empurrar.

É possível reutilizar as regras de projeto de peças plásticas para a fundição sob pressão?

Apenas em parte. As regras de projeto de peças plásticas se concentram em marcas de afundamento, empenamento e tempo de resfriamento. As regras de fundição sob pressão se concentram no fluxo do metal, na contração contra o aço do molde, na porosidade e na vida útil do molde. Os detalhes diferem:

• O ângulo de desmoldagem na fundição sob pressão é assimétrico: é duas vezes maior nas paredes internas do que nas externas.
• As ranhuras são dimensionadas com base na parede mais fina na junção, e ranhuras superdimensionadas causam porosidade.
• É obrigatório que haja um canto acentuado na linha de separação.
• O metal mais espesso costuma ser mais frágil, e não mais resistente.

Precisa converter uma peça moldada? Compare nossos guia de ângulo de inclinação para peças plásticas  e regras de espessura de parede para peças moldadas. Para noções básicas, consulte nossa visão geral sobre processo de fundição sob pressão, materiais e características.

Projeto para evitar porosidade e usinagem excessiva

Nenhuma fundição sob alta pressão está totalmente isenta de porosidade por gás ou porosidade por retração. O projeto da peça fundida determina onde ela se manifesta. As peças fundidas apresentam uma camada superficial densa e de grão fino; portanto, cada corte adicional aproxima-se do núcleo, que é mais poroso. As diretrizes da NADCA para peças fundidas de grandes dimensões limitam a margem de usinagem a 0,06 pol. (1,5 mm) e recomendam núcleos escalonados para reduzir seções espessas.

Para furos com núcleo em peças fundidas de maiores dimensões, a NADCA sugere um diâmetro mínimo de 0,25 pol., com relações comprimento/diâmetro de até 4:1 para diâmetros inferiores a 0,50 pol. e de até 10:1 para diâmetros superiores a esse valor. Os furos e as aberturas exigem um ângulo de inclinação maior do que qualquer outro elemento.

Especifique os limites de porosidade apenas nas faces que necessitem deles, como ranhuras de vedação e furos à prova de pressão. Uma exigência generalizada aumenta o custo sem melhorar o desempenho. Se a peça for submetida a galvanização ou pintura, verifique antecipadamente as necessidades de acabamento com nosso guia para opções de acabamento superficial na fundição sob pressão.

Inserindo linhas de esboço e raios no desenho

Não é prática comum especificar o rascunho em cada característica. A NADCA recomenda uma nota geral com as exceções destacadas. Seu exemplo: uma peça fundida de alumínio com a maioria das características com pelo menos 1,0 pol. de profundidade pode conter uma nota indicando 2° no mínimo no interior e 1° no mínimo no exterior. Trate os raios da mesma forma, com uma única nota geral sobre os filetes; isso mantém o desenho legível.

Pergunte qual edição das Normas de Especificação de Produtos da NADCA o seu fornecedor de rodízios está utilizando como base para o orçamento. A edição de 2015 calculava o rascunho a partir de uma fórmula com constantes de liga; a edição de 2021 apresenta uma faixa de 1 a 2 graus. As tolerâncias de precisão custam mais do que as padrão; portanto, utilize-as apenas quando for necessário.

Para peças fundidas maiores, as diretrizes de projeto da NADCA incluem mais verificações: manter a variação da espessura da parede dentro de 2 vezes a espessura da parede mais fina, usar 0,14 pol. (3,5 mm) como raio geral da parede e do filete, e considerar 0,060 pol. (1,5 mm) como o raio mínimo do filete e 0,020 pol. (0,5 mm) como o raio mínimo do canto.

Perguntas frequentes

Qual é a espessura mínima da parede para fundição sob pressão?

A NADCA indica espessuras médias típicas de 0,040 a 0,200 pol. (1,0 a 5,1 mm), dependendo da liga, do tamanho da peça e da aplicação. Peças fundidas menores podem atingir 0,020 pol. (0,5 mm), mediante consulta ao fundidor. Considere esses valores como referência e confirme com a fundição o limite para sua liga e o comprimento de fluxo.

Qual é a profundidade de desbaste necessária para uma peça fundida sob pressão?

As normas da NADCA de 2021 recomendam de 1 a 2 graus, com o dobro da inclinação nas paredes internas em relação às externas. O alumínio requer mais inclinação do que o zinco; características mais profundas exigem um ângulo menor; e os orifícios são os que exigem maior inclinação. A nota de exemplo da NADCA para peças de alumínio com recuos de pelo menos 1 polegada de profundidade é de 2 graus no interior e 1 grau no exterior.

Como é possível reduzir a porosidade por meio do projeto da peça?

Mantenha as paredes finas e uniformes, retire o excesso de material das seções mais espessas com economizadores de metal e utilize nervuras em vez de paredes espessas para garantir a resistência. Evite filetes excessivamente grandes que criem junções pesadas, mantenha os ressaltos afastados uns dos outros e minimize a margem de usinagem para que os cortes ocorram na camada superficial densa, em vez de no núcleo poroso.

Uma peça fundida por injeção pode ter cantos afiados?

Sim, mas apenas em locais específicos. As diretrizes da NADCA exigem cantos externos em ângulo reto na linha de divisão e nos pontos de junção dos blocos do molde. Nos demais locais, os cantos e as junções devem apresentar filetes ou raios para distribuir a tensão na peça fundida e no molde, melhorar o fluxo do metal e prolongar a vida útil do molde.

Onde devem ser posicionados os pinos ejetores em uma peça fundida por injeção?

Os pinos devem pressionar elementos resistentes, como nervuras, saliências e flanges grossas, espaçados de forma a garantir uma ejeção uniforme. Evite posicioná-los em superfícies de vedação, estéticas e de referência, pois cada pino deixa uma marca e pode causar rebarbas. Marque essas zonas de exclusão no desenho antes do início do projeto da matriz.

Aplicação dessas diretrizes de projeto para fundição sob pressão antes da fabricação das matrizes

Mudanças dispendiosas nas matrizes geralmente têm origem em decisões que ninguém registrou por escrito. Antes do projeto da matriz, defina e envie:

• Um modelo 3D com inclinação já aplicada e um desenho com anotações sobre a inclinação geral e os filetes
• A linha de divisão preferencial, as faces estéticas e as dimensões críticas, de preferência dentro de uma das metades do molde
• Faces nas quais os pinos não devem ser fixados e faces que serão usinadas
• Zonas com requisitos de porosidade ou estanqueidade à pressão
• Liga (por exemplo, alumínio A380 ou uma liga de zinco), volume anual e acabamento; nosso Comparação entre fundição sob pressão de alumínio e zinco  ajuda na escolha da liga

Em seguida, peça ao fabricante de peças fundidas que analise o projeto da matriz de fundição em relação à norma que ele segue. Uma alteração nessa fase custa uma hora de engenharia. Depois que a matriz estiver endurecida, a mesma alteração exigirá soldagem, nova usinagem e um novo teste de funcionamento.

A Elite Mold Tech oferece fundição sob pressão com revisão do projeto antes da fabricação das matrizes, além de usinagem, acabamento e montagem. Confira a gama completa de serviços de fabricação em Página inicial da Elite Mold Tech.