Sebenta · Efetuar o set-up da célula de fundição injetada (UC05042)

Introdução

Antes de a primeira peça sair boa da máquina, há um trabalho silencioso e decisivo: o set-up da célula de fundição injetada. É o conjunto de operações que transforma uma máquina parada e um molde na prateleira numa célula pronta a produzir, com o molde instalado, os circuitos ligados, a máquina aquecida e os parâmetros ajustados. Um set-up mal feito custa peças defeituosas, moldes danificados e, no pior dos casos, um acidente grave: o molde de uma peça de automóvel pode pesar centenas de quilos e é movimentado com ponte rolante sobre a cabeça de quem trabalha na célula.

Esta sebenta segue a ordem real do trabalho na fábrica: primeiro percebemos o que é a fundição injetada, as máquinas e a célula onde ela acontece; depois entramos nos moldes e nos metais; e por fim fazemos, passo a passo, o set-up completo, da preparação ao arranque de produção, terminando com a manutenção, a segurança e o ambiente.

Objetivos de aprendizagem (referencial): efetuar a preparação da máquina, do molde e do material auxiliar; realizar a instalação de moldes na máquina de fundição injetada; e preparar e ajustar a célula para o fabrico de peças, cumprindo sempre as normas de segurança e saúde no trabalho, de proteção individual, de gestão de resíduos, de proteção ambiental e da qualidade.

1. A fundição injetada: objetivo, aplicações e etapas

A fundição injetada (fundição sob pressão) é um processo de fabrico em que uma liga metálica fundida é injetada, sob elevada pressão e velocidade, para o interior de um molde metálico com a forma da peça pretendida. Ao solidificar dentro do molde, o metal reproduz com grande rigor a geometria, o acabamento superficial e as dimensões pretendidas, muitas vezes sem qualquer maquinação posterior.

O objetivo do processo é produzir grandes séries de peças metálicas complexas, com paredes finas, boa precisão dimensional e bom acabamento, a um custo por peça muito baixo. Por isso é o processo escolhido para componentes da indústria automóvel (blocos, caixas, suportes), eletrodomésticos, eletrónica de consumo e ferragens.

As grandes etapas do processo, do ponto de vista da célula, são:

1. Preparação: máquina, molde e material auxiliar prontos.
2. Instalação do molde: transporte, posicionamento e fixação nos pratos da máquina.
3. Ligação dos circuitos: termorregulação, refrigeração, elétricos e hidráulicos.
4. Aquecimento e ajuste: a máquina e o molde atingem a temperatura e os parâmetros de trabalho.
5. Injeção: o metal fundido é injetado no molde a alta pressão e velocidade.
6. Extração: a peça solidificada é extraída e, muitas vezes, sofre um acabamento (rebarbagem).
7. Ciclo seguinte: o molde fecha-se de novo e o ciclo repete-se, dezenas de vezes por hora.

Esta UC foca-se nas etapas 1 a 4, o set-up da célula, que é a base de tudo o que vem a seguir: sem um set-up correto, nenhuma das etapas seguintes produz peças de qualidade.

2. Máquinas de fundição injetada: câmara quente e câmara fria

Existem dois tipos de máquina de fundição injetada, conforme a forma como o metal fundido chega ao molde.

Máquina de câmara quente

O conjunto de injeção está mergulhado no forno, dentro do metal fundido. Um pistão empurra diretamente o metal do forno para o molde, com ciclos muito rápidos. Usa-se para ligas de baixo ponto de fusão, como o zinco, porque o aço do conjunto de injeção não resiste ao ataque químico de metais mais agressivos a temperaturas mais altas.

Máquina de câmara fria

O metal é fundido num forno separado e é vertido, dose a dose, numa câmara de injeção fria, de onde um pistão o empurra para o molde. É mais lenta que a de câmara quente, mas suporta ligas de ponto de fusão mais elevado, como o alumínio, o magnésio e algumas ligas de cobre. É o tipo dominante na indústria automóvel.

Exemplo resolvido · escolher o tipo de máquina

Uma peça de liga de alumínio para um suporte de motor precisa de ser fundida injetada. Que tipo de máquina se usa e porquê?

1. Verificar a liga: alumínio tem ponto de fusão de cerca de 660 °C, elevado para uma câmara quente.
2. O aço da câmara quente degrada-se em contacto prolongado com alumínio fundido.
3. Conclusão: usa-se uma máquina de câmara fria, com o alumínio fundido num forno separado e vertido na câmara de injeção antes de cada tiro.

3. A célula de fundição injetada: componentes

A célula de fundição injetada é o conjunto de equipamentos organizados à volta da máquina, para que o processo funcione de forma segura e eficiente. Os principais componentes são:

• Máquina de fundição injetada: o equipamento central, com o grupo de fecho (pratos, pernos) e o grupo de injeção.
• Molde: a ferramenta com a cavidade da peça, montada nos pratos da máquina.
• Ponte rolante: usada para transportar e posicionar moldes pesados até à máquina.
• Dispositivos de fixação e elevação: olhais, manilhas, correntes e cintas, para amarrar o molde à ponte rolante em segurança.
• Unidades de termorregulação e refrigeração: mantêm o molde na temperatura de trabalho.
• Robô ou extrator: retira a peça do molde no fim de cada ciclo, quando existe.
• Elementos periféricos: sistemas de lubrificação do molde, transportadores, sistemas de corte de gitos e rebarbação.
• Registos e documentação: fichas de processo, parâmetros de referência e registos de manutenção.

A célula só está pronta para produzir quando todos estes elementos estão preparados e ajustados entre si, não apenas a máquina.

4. Metais e ligas para fundição injetada

As ligas mais usadas em fundição injetada são escolhidas pelo baixo ponto de fusão, boa fluidez no estado líquido e boas propriedades mecânicas depois de solidificadas:

A temperatura do banho metálico é um dos parâmetros críticos do processo: metal demasiado frio não preenche bem o molde, metal demasiado quente aumenta o desgaste do molde e da máquina.

5. Moldes para fundição injetada: tipos e constituição

O molde é a ferramenta que dá forma à peça. É feito em aço especial, resistente ao choque térmico de milhares de ciclos de aquecimento e arrefecimento.

Constituição de um molde

• Cavidade: a forma negativa da peça, esculpida no aço.
• Sistema de alimentação e injeção: canais que conduzem o metal fundido até à cavidade.
• Gavetas (macho ou hidráulicas): elementos móveis que permitem desmoldar geometrias com reentrâncias.
• Circuito de termorregulação: canais internos para líquido de refrigeração, que controlam a temperatura do molde.
• Sistema de extração: pernos impulsores que empurram a peça solidificada para fora do molde.
• Placas de base e de fixação: as superfícies aparafusadas aos pratos da máquina.

Tipos de molde

• Molde de cavidade única: produz uma peça por ciclo, usado em peças grandes ou de baixa produção.
• Molde multi-cavidade: várias cavidades iguais, para produzir várias peças por ciclo, típico de peças pequenas em grande série.
• Molde de família: várias cavidades diferentes no mesmo molde, para peças de um mesmo conjunto.

6. Sistema de alimentação e injeção

O sistema de alimentação conduz o metal fundido, desde a câmara de injeção até à cavidade do molde, através de:

• Gito de ataque: o canal principal por onde entra o metal.
• Canais de distribuição: repartem o metal para as várias cavidades, em moldes multi-cavidade.
• Entradas (ataques): pontos estreitos por onde o metal entra na cavidade, dimensionados para controlar a velocidade de enchimento.
• Zonas de escape de ar (respiros): permitem que o ar dentro do molde saia à medida que o metal entra, evitando bolhas e porosidade.

O sistema de injeção, do lado da máquina, é composto pela câmara de injeção e pelo pistão que empurra o metal, com a pressão e a velocidade de injeção ajustadas ao molde e à liga em uso.

7. Preparação da máquina, do molde e do material auxiliar

A primeira realização desta UC é efetuar a preparação da máquina, do molde e do material auxiliar, o ponto de partida de qualquer set-up.

Preparação da máquina

• Limpar os pratos da máquina de resíduos do molde anterior.
• Verificar o estado dos pernos de fecho e das guias.
• Confirmar que os circuitos elétricos, hidráulicos e de termorregulação da máquina estão operacionais.

Preparação do molde

• Consultar a ficha técnica do molde e as instruções de instalação.
• Inspecionar visualmente o molde, procurando danos, folgas ou corrosão.
• Confirmar que o molde corresponde à referência da peça a produzir.

Material auxiliar

Antes de mover o molde, seleciona-se e prepara-se o material auxiliar necessário à instalação:

• Pernos impulsores de reposição, do diâmetro certo.
• Grampos e calços de fixação do molde aos pratos.
• Dispositivos de fixação e elevação: olhais, manilhas, correntes e cintas, verificados quanto à carga máxima admissível.
• Ferramentas de aperto e ajuste, e registos para documentar o set-up.

8. Transporte e amarração do molde com ponte rolante

A segunda parte da preparação é o transporte seguro do molde até à máquina, uma tarefa que envolve a ponte rolante e as técnicas de amarração da carga.

Exemplo resolvido · amarrar e transportar um molde

Um molde de 800 kg tem de ser transportado do armazém até à máquina de fundição injetada n.º 3.

1. Verificar o peso do molde na sua ficha técnica e confirmar que a ponte rolante e os acessórios suportam essa carga.
2. Selecionar os olhais de suspensão do molde e confirmar que estão bem apertados.
3. Amarrar o molde com correntes ou cintas ligadas aos olhais, através de manilhas dimensionadas para a carga.
4. Verificar o equilíbrio da carga antes de a levantar do chão, elevando apenas alguns centímetros para confirmar.
5. Deslocar o molde lentamente, sem balanço, mantendo a área de manobra livre de pessoas.
6. Posicionar o molde junto à máquina, pronto para ser instalado nos pratos.

Cumprir os procedimentos de segurança no transporte do molde é um dos critérios de desempenho desta UC: qualquer falha aqui pode causar queda de carga sobre pessoas ou equipamentos.

9. Instalação do molde na máquina de injeção

Com o molde junto à máquina, começa a segunda realização: realizar a instalação de moldes na máquina de fundição injetada.

Passo a passo

1. Preparar os pratos da máquina, com a distância de abertura ajustada às dimensões do molde.
2. Posicionar e alinhar o molde entre os pratos, com o auxílio da ponte rolante, fazendo coincidir os furos de centragem.
3. Apertar o molde e os elementos acessórios, com os grampos e calços previamente selecionados, seguindo o binário de aperto indicado.
4. Confirmar o alinhamento entre a parte fixa e a parte móvel do molde antes de libertar a ponte rolante.
5. Só depois de o molde estar totalmente apertado se retiram os acessórios de elevação.

Ajuste da posição de injeção do molde

Depois de fixo, ajusta-se a posição de injeção: o bico de injeção da máquina tem de encostar exatamente ao ponto de entrada do molde (o gito de ataque), sem folgas nem desalinhamentos, para que todo o metal injetado entre na cavidade sem perdas nem rebarbas na zona de contacto.

10. Circuitos de termorregulação e refrigeração

Um molde a trabalhar sem controlo de temperatura deforma-se, gasta-se mais depressa e produz peças com defeitos. Por isso, a instalação de circuitos de termorregulação e a instalação de circuitos de refrigeração fazem parte do set-up.

• Circuito de termorregulação: liga uma unidade de aquecimento e controlo a canais internos do molde, mantendo-o à temperatura de trabalho ao longo do ciclo produtivo.
• Circuito de refrigeração: liga água ou outro fluido de arrefecimento a canais do molde, para retirar o calor introduzido pelo metal fundido a cada ciclo.

Instalar os circuitos

1. Ligar as mangueiras do circuito de termorregulação e de refrigeração aos engates rápidos do molde, respeitando entrada e saída.
2. Ligar os circuitos elétricos e hidráulicos do molde (sensores de temperatura, gavetas hidráulicas, se existirem).
3. Verificar a estanquidade dos circuitos: procurar fugas de água ou óleo antes de ligar a máquina, com atenção especial às uniões e engates.
4. Regular a unidade de termorregulação para a temperatura indicada na ficha técnica do molde.

11. Aquecimento do molde e parâmetros de fundição injetada

Terceira e última realização: preparar e ajustar a célula para o fabrico de peças, que junta o aquecimento do molde ao ajuste fino dos parâmetros de injeção.

Aquecimento do molde

Um molde frio provoca metal a solidificar antes de preencher toda a cavidade. O aquecimento do molde faz-se com a própria unidade de termorregulação, em alguns casos complementada por injeções de metal "em vazio" (sem produzir peça boa), até o molde atingir a temperatura de regime.

Parâmetros de fundição injetada

Exemplo resolvido · ajustar os parâmetros de uma peça nova

Uma célula está a arrancar a produção de uma peça de alumínio nunca antes fundida nesse molde.

1. Consultar a ficha de processo da peça, com os valores de referência de temperatura, pressão e velocidade.
2. Carregar o programa do molde na máquina, se existir um programa guardado de produções anteriores.
3. Ajustar a pressão e a velocidade de injeção aos valores de referência.
4. Regular a temperatura do banho metálico e do molde aos valores da ficha.
5. Aplicar o lubrificante do molde antes do primeiro tiro.
6. Produzir algumas peças de ensaio e comparar com a ficha de qualidade, afinando os parâmetros até a peça sair conforme.

12. Periféricos, verificação, manutenção, segurança e ambiente

O set-up termina com o ajuste dos equipamentos periféricos existentes na célula e um conjunto de verificações e cuidados transversais a toda a operação.

Ajuste dos periféricos

Extratores, robôs, transportadores e sistemas de lubrificação automática têm de ser ajustados às dimensões e à posição do novo molde, sincronizados com o ciclo da máquina.

Verificar colisões e tempos

Antes de produzir em contínuo, verificam-se as colisões possíveis entre o molde, os periféricos e o robô ou extrator, e ajustam-se os tempos de cada movimento, para que nada se cruze de forma perigosa ou danifique o equipamento.

Manutenção preventiva

A manutenção preventiva das máquinas de fundição injetada e dos moldes evita paragens não planeadas: lubrificação periódica, verificação de desgaste dos pernos e guias, controlo dos circuitos de refrigeração e registo do número de ciclos de cada molde.

Segurança, ambiente e qualidade

Todo o set-up é feito sob normas que atravessam o referencial completo desta UC:

• Normas de segurança e saúde no trabalho, com equipamentos de proteção individual (EPI) obrigatórios: luvas resistentes ao calor, calçado de proteção, proteção ocular e auditiva.
• Normas de gestão de resíduos: separação de óleos usados, aparas metálicas e lubrificantes contaminados.
• Normas de proteção ambiental: contenção de fugas, uso eficiente de água de refrigeração.
• Normas da qualidade: registo de cada set-up, com os parâmetros usados, para rastreabilidade da produção.

Erros comuns

• Não verificar a carga máxima dos dispositivos de fixação e elevação antes de transportar o molde.
• Instalar o molde desalinhado, obrigando a repetir toda a instalação.
• Ligar os circuitos de termorregulação sem verificar a estanquidade, arriscando uma fuga junto ao metal fundido.
• Ligar a máquina com o molde ainda frio, produzindo peças com defeito nos primeiros ciclos.
• Ignorar as colisões possíveis entre o molde e os periféricos, danificando o equipamento no arranque.
• Saltar a manutenção preventiva por falta de tempo, até um pistão ou um molde falhar em produção.
• Não usar os EPI por incómodo, junto de metal fundido e cargas suspensas.

Glossário

• Fundição injetada: processo de fabrico em que liga metálica fundida é injetada sob pressão num molde metálico.
• Câmara quente: máquina em que o conjunto de injeção está mergulhado no metal fundido, usada para zinco.
• Câmara fria: máquina em que o metal é vertido numa câmara de injeção separada do forno, usada para alumínio e magnésio.
• Célula de fundição injetada: máquina mais os equipamentos periféricos, de transporte e de controlo, organizados para produzir.
• Molde: ferramenta de aço com a cavidade da peça, montada na máquina de fundição injetada.
• Gavetas: elementos móveis do molde que permitem desmoldar geometrias com reentrâncias.
• Termorregulação: controlo da temperatura do molde através de um circuito de fluido dedicado.
• Ponte rolante: equipamento de elevação e transporte de cargas pesadas, usado para movimentar moldes.
• Manilha: peça de ligação entre a corrente ou cinta e o olhal de suspensão de uma carga.
• Pernos impulsores: pinos do sistema de extração que empurram a peça solidificada para fora do molde.
• Gito de ataque: canal principal por onde o metal fundido entra no molde.
• EPI: equipamento de proteção individual (luvas, calçado, proteção ocular e auditiva).

Síntese

O set-up da célula de fundição injetada segue sempre a mesma lógica: preparar (máquina, molde e material auxiliar) → transportar e instalar o molde na máquina, com ponte rolante e amarração seguras → ligar os circuitos de termorregulação, refrigeração, elétricos e hidráulicos, verificando a estanquidade → aquecer o molde e ajustar os parâmetros de temperatura, pressão, velocidade e ciclo → ajustar os periféricos e verificar colisões e tempos → manter a célula com manutenção preventiva, sempre sob normas de segurança, ambiente e qualidade. Domina este fluxo e estás pronto para pôr qualquer célula de fundição injetada a produzir peças boas.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça em liga de zinco vai ser produzida. Que tipo de máquina se usa, câmara quente ou câmara fria, e porquê?

Resolução: câmara quente. O zinco tem um ponto de fusão baixo (cerca de 385 a 420 °C), pelo que o conjunto de injeção pode ficar mergulhado no metal fundido sem se degradar, o que dá ciclos mais rápidos.

2. Antes de transportar um molde de 500 kg com a ponte rolante, quais são os dois cuidados mais importantes?

Resolução: confirmar que os dispositivos de fixação e elevação (olhais, manilhas, correntes, cintas) suportam a carga máxima exigida, e verificar o equilíbrio da carga elevando-a apenas alguns centímetros antes de a deslocar.

3. Depois de instalar o molde nos pratos da máquina, porque é que se verifica a estanquidade dos circuitos antes de ligar a termorregulação?

Resolução: porque uma fuga de água ou óleo junto de metal fundido, dentro da máquina, pode provocar projeção violenta de vapor, um risco grave para quem trabalha na célula. Verifica-se sempre antes de aquecer o molde.

4. Que parâmetro se ajusta principalmente para controlar o preenchimento completo da cavidade do molde?

Resolução: a pressão de injeção. Uma pressão insuficiente deixa a cavidade por preencher, sobretudo em zonas finas ou afastadas do ponto de entrada do metal.

5. Um técnico salta a manutenção preventiva de um molde há vários meses "porque está a produzir bem". Que lhe respondes?

Resolução: que produzir bem hoje não garante nada amanhã: a manutenção preventiva deteta desgaste de pernos, guias e circuitos de refrigeração antes de causarem uma paragem não planeada ou uma peça defeituosa, muito mais cara do que a manutenção em si.