Qualidade com o Primeiro Tiro!

No desenvolvimento de novos componentes fundidos, o objetivo é sempre evitar de fazer mudanças no layout e ferramentas de fundição, e realizar um processo estável desde o início da produção. Os componentes estruturais, que são soldados no processo de montagem, precisam atender a altas exigências. Além do rechupe, o ar preso é geralmente o maior problema para as seções fundidas que são soldadas, pois o gás preso se expandirá com o reaquecimento.

Foi solicitado ao NingBo HuiWang Casting Mould que projetasse um molde para uma travessa complexa em fundição sob pressão. Para garantir a qualidade da peça e encurtar a fase de amostragem, foi utilizada a engenharia autônoma no MAGMASOFT® e o “MAGMA APPROACH” foi aplicada em conseqüência. A travessa em liga ADC12 tem uma espessura de parede característica de 4,3 mm, pesa 4,45 kg, com dimensões totais de 416 x 182 x 22 mm. Além de minimizar o nível de rechupe, era necessário garantir um padrão de enchimento suave com um mínimo de aprisionamento de ar. Com base nestes dois requisitos, foram desenvolvidos quatro layouts de canal (Figura 1).

Figura 1: Quatro projetos de attaques (A a D) e resultados de preenchimento correspondentes a 75% de preenchimento (as regiões preenchidas por último são marcadas por caixas vermelhas)

Figura 1: Quatro projetos de attaques (A a D) e resultados de preenchimento correspondentes a 75% de preenchimento (as regiões preenchidas por último são marcadas por caixas vermelhas)

Um layout é baseado em cinco ataques menores (A). Os outros três layouts dependem de um ataque grande para alimentar os pontos mais severos e dois ataques menores adicionais (B, C, e D).

Todos os quatro layouts foram testados em um Projeto de Experimentos (DoE) virtual usando o MAGMASOFT® e avaliados com base no objetivo de otimização "Smooth Filling". Este objetivo avalia e minimiza a área total de superfície de metal gerada durante todo o processo de enchimento para garantir um mínimo de ar aprisionado. O esquema de canais A mostrou o melhor resultado, tendo a menor quantidade de superfície gerada durante o enchimento com cerca de 10% menos área do que o pior conceito de canais B (ver Figura 2).

Figura 2: DoE avaliando o comportamento "Smooth Filling" para os quatro conceitos de canais

Figura 2: DoE avaliando o comportamento "Smooth Filling" para os quatro conceitos de canais

Um ataque grande garante uma compactação prolongada para as áreas críticas. No entanto, este método também pode induzir tensões e aumento da deformação da peça. Além disso, pode ser crítico para a vida útil do molde devido ao aumento significativo das diferenças locais de temperatura. O layout do canal A também evita esses riscos de qualidade e garante o melhor enchimento, sendo assim, foi escolhido como o conceito mais promissor.

Após o resultado do enchimento do conceito A, foi realizada uma primeira iteração de posicionamento de bolsas. Como mostrado na Figura 3, o conceito exibe indicações de alta pressão de ar e parece não ser capaz de atender aos altos requisitos de soldabilidade.

Figura 3: Resultado da pressão de ar para o layout original de bolsas (esquerda) e com ventilação adicional perto da área crítica (direita)

Figura 3: Resultado da pressão de ar para o layout original de bolsas (esquerda) e com ventilação adicional perto da área crítica (direita)

Uma segunda iteração resolveu este problema, fornecendo ventilação adicional na região crítica (marcada) da peça fundida.

Na etapa final, foi necessário determinar os parâmetros do processo e, especialmente, as características da curva de injeção para o layout selecionado. Em outro “DoE” virtual, o MAGMASOFT® foi utilizado para determinar a velocidade de segunda fase que garante a menor velocidade possível para reduzir o aprisionamento de ar e aumentar a integridade do material, ao mesmo tempo em que garante que a temperatura não caia abaixo de um valor crítico para evitar emendas e preenchimento incompleto. A única variável investigada foi a velocidade de segunda fase, que variou entre 3,5 e 4 m/s em passos de 0,1 m/s.

O DoE virtual confirmou que mesmo a menor velocidade de segunda fase avaliada é suficiente para evitar emendas. O primeiro teste de produção foi realizado em uma máquina de fundição sob alta pressão a vácuo de 1600 toneladas. Foi possível produzir diretamente peças fundidas de alta integridade, como foi confirmado pela inspeção por raios X. Testes posteriores de soldagem comprovaram o baixo teor de gás, como previsto pelo MAGMASOFT®, e tornaram possível iniciar a produção em série após apenas uma coleta de amostras. O uso abrangente e rigoroso do MAGMASOFT® e do “MAGMA APPROACH” encurtaram significativamente o processo de desenvolvimento e validação. O esforço de simulação necessário foi minimizado por uma metodologia sistemática de desenvolvimento. Simulações eficientes revelaram soluções adaptadas e relevantes de cada etapa específica de desenvolvimento. Desta forma, todo o processo de desenvolvimento do produto foi encurtado, e custos substanciais devido a modificações de ferramentas, bem como múltiplas amostragens foram evitadas.

Cortesia da NingBo HuiWang Casting Mould Industrial Co., Ltd.

Sobre a NingBo HuiWang Casting Mould Industrial Co., Ltd.

A NingBo HuiWang Casting Mould Industrial Co., Ltd., fundada em 1992, é membro das empresas chinesas “Die Casting Mould Enterprises” e fabrica moldes para inúmeros clientes internacionais nas indústrias automobilística e eletrônica. Desde 2013, a HuiWang Mould utiliza o MAGMASOFT® para melhorar a qualidade, confiabilidade e robustez de seus produtos de molde.