DFM Prático em Fundição Sob Pressão: Estratégias para Custo e Qualidade

RESUMO

O projeto para manufaturabilidade (DFM) em fundição sob pressão é uma prática essencial de engenharia para otimizar o design de peças visando uma produção eficiente e economicamente viável. O objetivo principal é minimizar a complexidade de fabricação, o que por sua vez reduz custos e melhora a qualidade do produto final. Isso envolve seguir princípios fundamentais, como aplicar ângulos de saída para facilitar a ejeção da peça do molde, manter espessuras de parede uniformes para evitar defeitos como porosidade e utilizar estrategicamente recursos como arredondamentos e nervuras para aumentar a resistência, ao mesmo tempo que se minimiza o uso de material.

Princípios Básicos do DFM em Fundição Sob Pressão: Ângulo de Saída, Espessura de Parede e Raios

A base do projeto eficaz de fundição sob pressão para fabricabilidade repousa em alguns princípios essenciais que impactam diretamente a qualidade, o custo e a velocidade de produção. Dominar esses conceitos é o primeiro passo para criar uma peça que não apenas seja funcional, mas também econômica de produzir. Ignorá-los pode levar a uma sucessão de problemas, desde dificuldade de desmoldagem e desperdício de material até falhas estruturais críticas. Esses princípios fundamentais — inclinação (draft), espessura de parede e o uso de chanfros e raios — abordam a física do fluxo e da solidificação do metal fundido dentro do molde.

A ângulo de Desmoldagem é uma leve inclinação aplicada a todas as superfícies paralelas à direção em que o molde se abre. Essa pequena inclinação, normalmente entre 1 e 3 graus, é crucial para permitir que a peça fundida seja ejetada limpa e sem danos do molde. À medida que o metal fundido esfria e encolhe, ele pode aderir fortemente às características internas do molde. Sem uma inclinação, as forças de ejeção necessárias poderiam deformar ou quebrar a peça. Conforme detalhado em Guia de design da Gabrian , as paredes externas requerem menos inclinação, pois a peça retrai para longe delas, enquanto paredes internas e furos precisam de uma inclinação maior porque o metal se contrai ao redor deles.

Manter uma espessura de Parede Uniforme é possivelmente uma das regras mais importantes de DFM. Quando as seções das paredes variam significativamente, o metal fundido esfria em taxas diferentes. Seções mais espessas demoram mais para solidificar, o que pode gerar tensões internas, porosidade (bolhas de gás) e marcas de retração na superfície. Por outro lado, paredes muito finas podem fazer com que o metal solidifique prematuramente, impedindo que o molde seja completamente preenchido — um defeito conhecido como enchimento incompleto. A maioria dos projetos visa uma espessura de parede entre 1,5 mm e 4 mm. Se variações de espessura forem inevitáveis, a transição deve ser gradual e suave para garantir um fluxo e resfriamento consistentes do metal.

Finalmente, a eliminação de cantos vivos é essencial. Isso é alcançado incorporando concordâncias e raios —juntas curvadas entre superfícies. Chanfros são aplicados em cantos internos, enquanto raios são usados em cantos externos. Cantos internos acentuados criam pontos de concentração de tensão que podem se tornar falhas sob carga. Eles também interrompem o fluxo suave do metal fundido, causando turbulência que pode levar à porosidade. A adição de chanfros e raios generosos, mesmo tão pequenos quanto 0,5 mm, melhora o fluxo do metal, reforça a peça e facilita um produto final mais robusto e confiável.

Principais Práticas Recomendadas de Projeto

• Ângulos de desmoldagem: Aplique uma inclinação de pelo menos 1-2 graus em todas as superfícies verticais para garantir a fácil ejeção da peça. Aumente o ângulo para paredes internas e recursos profundos.
• Espessura da parede: Busque a uniformidade em toda a peça. Se a espessura precisar mudar, use transições graduais para prevenir defeitos e garantir um resfriamento uniforme.
• Chanfros & Raios: Substitua todos os cantos vivos por bordas arredondadas. Use chanfros em cantos internos e raios em cantos externos para reduzir a tensão e melhorar o fluxo do metal.

Reforçando Peças e Reduzindo Peso: Ribs, Bosses e Pockets

Um objetivo central do DFM é produzir peças que atendam aos requisitos de resistência sem material desnecessário, o que aumenta custos e tempos de ciclo. Três características principais ajudam os projetistas a alcançar esse equilíbrio: ribs, bosses e pockets. Quando projetados corretamente, esses elementos aumentam a integridade estrutural e a funcionalidade, ao mesmo tempo que otimizam a peça para o processo de fundição sob pressão. Eles permitem designs resistentes e leves, que são eficientes de fabricar.

Pneus são recursos finos, semelhantes a paredes, utilizados para adicionar suporte e rigidez a uma peça sem aumentar sua espessura geral de parede. Isso é crucial para prevenir empenamentos e melhorar a relação resistência-peso. Ao incorporar nervuras, um projetista pode manter uma seção de parede fina e uniforme em toda a peça, reforçando ao mesmo tempo áreas críticas. Para obter resultados ideais, as nervuras devem ser projetadas com uma fração da espessura da parede principal, tipicamente cerca de 60%, para evitar marcas de retração na superfície oposta. Além disso, as nervuras podem atuar como canais para ajudar o metal fundido a fluir para áreas distantes ou complexas do molde.

Colunas são saliências cilíndricas que servem como pontos de montagem, espaçadores ou locais para fixadores. Em vez de furar furos em uma seção espessa da peça após a fundição, os bosses podem ser integrados diretamente ao projeto, economizando tempo significativo e operações secundárias. Para aderir ao princípio da espessura uniforme da parede, os bosses devem ser vazados, ou seja, possuir um furo no centro. Isso evita que se tornem massas espessas de material que esfriariam lentamente e causariam defeitos. Eles também devem ser conectados às paredes principais com raios generosos e nervuras para garantir resistência e fluxo suave do metal.

Para reduzir ainda mais o uso de material e o peso da peça, os projetistas podem adicionar estrategicamente bolsos ou seções ocas. Esse processo, muitas vezes chamado de "escavação", remove material de áreas que não são estruturalmente críticas. Ao criar esses vazios, é possível manter uma espessura de parede constante em todo o componente, mesmo em geometrias complexas. Isso não apenas reduz os custos de material, mas também encurta o tempo de resfriamento no molde, resultando em ciclos de produção mais rápidos. É necessária uma análise cuidadosa para garantir que os recortes não comprometam a resistência ou a funcionalidade geral da peça.

Otimização para Moldagem e Desmoldagem: Linhas de Partição, Recortes e Pinos

Uma peça fundida com sucesso é o resultado da sinergia entre a geometria da peça e a mecânica do molde. Decisões de projeto tomadas sem considerar a ferramenta podem resultar em moldes caros e complexos, além de altas taxas de defeitos. Os principais aspectos a serem considerados incluem o posicionamento da linha de partição, o gerenciamento de reentrâncias e a localização dos pinos ejetores. Um projeto cuidadoso nessas áreas simplifica a ferramenta, reduz custos e garante que a peça possa ser removida com confiabilidade do molde após a fundição.

A linha de Parting é a costura onde as duas metades do dado se encontram. A sua localização é uma das primeiras e mais críticas decisões no design de ferramentas, pois afeta quase todas as outras características. Uma linha de separação simples e plana é sempre preferida, pois torna a ferramenta mais fácil e menos dispendiosa de ser usinada. Uma linha de separação complexa e não plana pode aumentar significativamente os custos de ferramentas e pode levar a problemas com flashuma fina teia de metal em excesso que se infiltra na costura e deve ser removida em uma operação secundária. Os projetistas devem procurar orientar a peça de modo a permitir a linha de separação mais reta possível.

Recortes são características que impedem que uma peça seja directamente ejetada de um molde simples de duas partes. Estes incluem superfícies ou características em repouso que causariam a fixação da peça na matriz. Embora às vezes necessários para a funcionalidade, os subcortes devem ser evitados sempre que possível porque exigem núcleos laterais ou deslizadores componentes móveis dentro da matriz que formam a característica subcutânea e, em seguida, se retraem antes da ejeção. Estes mecanismos adicionam custos significativos, complexidade e pontos de falha potenciais à ferramenta. Se um corte abaixo é inevitável, é crucial trabalhar com um parceiro de fabricação para encontrar a solução de ferramenta mais eficiente. As empresas com capacidades internas de projeto de matrizes podem oferecer uma valiosa experiência na otimização de ferramentas complexas para fabricação.

Finalmente, pinos de Expulsão são hastes de aço que empurram a peça solidificada para fora da cavidade da matriz. Estes pinos são essenciais para remover a peça, mas inevitavelmente deixam pequenas marcas circulares na superfície da peça. O papel do designer é identificar superfícies não críticas ou não cosméticas onde estas marcas serão aceitáveis. Colocar marcas de alfinetes do eijector em superfícies planas e robustas é ideal, pois isso garante uma distribuição uniforme da força durante a ejeção e minimiza o risco de deformação da peça. Comunicar esses locais aceitáveis ao fabricante de ferramentas no início do processo evita problemas cosméticos no produto final.

Lista de verificação de projeto para fácil ejeção

• Simplifique a linha de separação para que seja o mais plana e reta possível.
• Elimine os subcortes sempre que possível para evitar a necessidade de costosos núcleos laterais e deslizadores.
• Incorporar ângulos de rasto generosos em todas as superfícies paralelas ao movimento do dado.
• Identificar as superfícies não cosméticas em que são permitidas marcas de pinos do ejector.
• Certifique-se de que os pinos ejetores estejam localizados em superfícies planas e estáveis para evitar deformações durante a ejeção.

Perguntas Frequentes Sobre DFM em Fundição sob Pressão

1. O que está incluído no projeto para fabricação DFM?

O Projeto para Fabricação (DFM) em fundição sob pressão envolve um conjunto de princípios destinados a simplificar e otimizar o design de uma peça para facilitar a produção. Os principais aspectos incluem a aplicação de ângulos de saída para ejeção, garantia de espessura uniforme das paredes para prevenir defeitos, uso de chanfros e raios para evitar cantos vivos e o projeto de elementos como nervuras e reforços para aumentar a resistência reduzindo o material. Também abrange considerações sobre ferramental, como a simplificação da linha de partição e a eliminação de recortes.

2. Como você aborda o projeto para manufaturabilidade?

A abordagem começa cedo na fase de projeto, considerando todo o processo de fabricação. Envolve a colaboração com engenheiros de produção para identificar possíveis desafios na fabricação. As etapas principais incluem a simplificação do projeto, a redução do número de peças, a padronização de componentes sempre que possível e a adesão a regras específicas do processo, como as relativas à fundição sob pressão (ângulo de saída, espessura de parede, etc.). O objetivo é resolver proativamente problemas de fabricação no papel, onde as alterações são baratas, em vez de no chão de fábrica, onde são caras.

3. A sua família. O que caracteriza o design para a fabricação?

O projeto para fabricação é caracterizado pelo seu foco em eficiência, redução de custos e melhoria da qualidade por meio de escolhas inteligentes de projeto. Um design otimizado para fabricação é tipicamente mais simples, utiliza menos material, exige menos operações secundárias e apresenta uma taxa de defeitos mais baixa. Ele reflete uma compreensão profunda das capacidades e limitações do processo de fabricação escolhido, resultando em um produto que não apenas é funcional, mas também econômico e confiável para produção em larga escala.