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UC · Unidade de Competência · UC05044

Sebenta · Operar a célula de fundição injetada e controlar a qualidade da peça fundida (UC05044)

Da carta de afinação ao registo de produção, operar e controlar uma célula de fundição injetada de ponta a ponta
50h · 4.5 pontos crédito Curso: T. Fundição ↗ Referencial oficial SNQ
Índice

Introdução

Esta sebenta acompanha a unidade curricular Operar a célula de fundição injetada e controlar a qualidade da peça fundida, do curso de Técnico de Fundição. A fundição injetada é o processo que produz, em grande série e com grande rigor dimensional, peças como caixas de motor, componentes de eletrodomésticos, peças de automóvel e ferragens em ligas de alumínio.

O percurso desta UC segue sempre a mesma lógica, repetida em cada turno de produção: operar os elementos constituintes de uma célula, inspecionar visualmente a qualidade dos fundidos produzidos, avaliar os intervalos de tolerância e elaborar registos de produção. Estas quatro ações são as realizações oficiais desta UC e organizam toda a matéria que se segue.

Ao longo dos próximos capítulos vamos conhecer a célula de fundição injetada e a máquina que a integra, a carta de afinação e os seus parâmetros, o aquecimento do molde e a temperatura da liga, a alimentação de metal e os parâmetros de injeção, o ciclo completo de injeção e a intervenção em interrupções, a lubrificação e os seus equipamentos, o manipulador de gitos ou robô e o arrefecimento, os materiais do processo, as ferramentas de apoio, a inspeção visual e o controlo da qualidade, as tolerâncias e a segregação de peças, a otimização do tempo de ciclo e os registos de produção, e por fim a segurança, o ambiente e a qualidade que atravessam toda a operação.

1. A célula de fundição injetada: elementos constituintes e funções da máquina

Operar os elementos constituintes de uma célula é a primeira realização oficial desta UC. Uma célula de fundição injetada é o conjunto integrado de máquina e periféricos que transforma liga metálica líquida em peças fundidas.

Elementos da célula

A máquina de fundição injetada

A máquina tem duas unidades principais: a unidade de fecho, que aperta o molde com a força necessária para resistir à pressão de injeção sem abrir, e a unidade de injeção, que dosa a liga e a empurra para o molde por um pistão, a alta pressão e velocidade.

Tipo de câmara Característica Uso típico
Câmara fria liga vertida manualmente ou por dosador a cada ciclo ligas de alumínio
Câmara quente câmara mergulhada permanentemente no forno ligas de fusão baixa (zinco)

Para o alumínio, a liga metálica de referência nos recursos desta UC, usa-se quase sempre a câmara fria, porque a liga corroeria de forma acelerada os componentes de uma câmara quente imersa de forma permanente.

Mesmo em ciclo automático, o operador realiza operações manuais regulares: verificação visual do molde e da peça, reposição de lubrificante e desmoldante, extração manual de uma peça presa, paragem e arranque em segurança, e registo de parâmetros e ocorrências. A operação manual não substitui o ciclo automático, complementa-o.

Exemplo resolvido: identificar os elementos da célula

Uma célula de fundição injetada de alumínio produz caixas de motor pequenas. Identifica, na sequência de produção descrita, qual o elemento responsável por cada tarefa: (a) manter a liga líquida entre 630 e 680 °C; (b) dar forma à cavidade da peça; (c) retirar a peça do molde ao fim do ciclo; (d) separar a peça do gito.

Resolução: (a) forno de manutenção, mantém a temperatura da liga; (b) molde, monta-se na unidade de fecho e define a geometria da peça; (c) manipulador ou robô, extrai peça e gito do molde; (d) prensa de corte de gito, separa peça e canais num único golpe. Cada tarefa corresponde a um elemento diferente da mesma célula, todos coordenados no mesmo ciclo.

2. A carta de afinação: parâmetros, interpretação e transposição para o programa

A carta de afinação é o documento técnico que define, para cada referência de peça, todos os parâmetros de trabalho que a célula tem de reproduzir em cada ciclo.

Parâmetros típicos de uma carta de afinação

Parâmetro O que define
Temperatura do forno temperatura de manutenção da liga líquida
Temperatura do molde temperatura de trabalho antes de injetar
Pressão de injeção (1ª e 2ª fase) força que empurra a liga para o molde
Velocidade de injeção rapidez de enchimento da cavidade
Tempo de espera (dwell) tempo de pressão mantida após o enchimento
Tempo de arrefecimento tempo até a peça solidificar e ser extraída
Força de fecho aperto do molde durante a injeção

Interpretar a carta de afinação

Interpretar a carta de afinação é uma aptidão central desta UC. Interpretar bem significa:

Transpor a carta para o programa de trabalho

Transpondo para o programa de trabalho os dados existentes na carta de afinação é um critério de desempenho oficial. Faz-se assim:

  1. Selecionar o programa correspondente à referência de peça, ou criar um novo.
  2. Introduzir, campo a campo, os parâmetros da carta: temperaturas, pressões, velocidades, tempos.
  3. Confirmar os valores antes de correr o primeiro ciclo, comparando ecrã com carta.
  4. Guardar o programa associado à referência, para reutilização em produções futuras.

Exemplo resolvido: ler uma carta de afinação

Uma carta de afinação indica: temperatura do forno 650 °C, temperatura do molde 180 °C, pressão de 1ª fase 20 bar, pressão de 2ª fase 180 bar, tempo de arrefecimento 8 segundos. O operador introduziu no programa 650 °C, 180 °C, 20 bar, 18 bar e 8 segundos. O que está errado?

Resolução: a pressão de 2ª fase foi mal transcrita, 18 bar em vez de 180 bar, um erro de uma ordem de grandeza. Com uma pressão de 2ª fase dez vezes menor, é muito provável obter enchimento incompleto e porosidade, porque a liga não é suficientemente compactada na cavidade. Antes de correr o primeiro ciclo, o operador devia ter comparado ecrã com carta valor a valor.

3. Aquecimento do molde e temperatura de trabalho da liga

Aquecer o molde até à temperatura de trabalho

Executando o aquecimento do molde até à temperatura de trabalho é o primeiro critério de desempenho oficial, o primeiro passo de qualquer arranque de produção.

Ajustar a temperatura de trabalho da liga metálica

Situação Consequência típica
Liga demasiado fria falta de fluidez, enchimento incompleto, junta fria
Liga na temperatura certa boa fluidez, enchimento completo, superfície regular
Liga demasiado quente maior oxidação, mais porosidade de gás, desgaste do molde

Para o alumínio, a temperatura de trabalho em fundição injetada situa-se normalmente entre 630 °C e 680 °C, mas o valor exato vem sempre da carta de afinação de cada peça. Ajustar a temperatura de trabalho da liga metálica é uma aptidão avaliada nesta UC.

Uma célula produz caixas de motor e começa a apresentar enchimento incompleto na zona mais afastada do ataque de injeção. A carta de afinação define 650 °C para o forno; verificado no ecrã, o forno estava a 615 °C. A causa mais provável é a temperatura da liga, abaixo do valor definido, com perda de fluidez antes de preencher toda a cavidade.

4. Alimentação de metal e parâmetros de injeção

Afinar e verificar os sistemas de alimentação de metal

O sistema de alimentação de metal transporta a liga do forno até à cavidade do molde.

Uma dosagem inconstante produz peças com defeitos que variam de ciclo para ciclo, difíceis de diagnosticar.

Parâmetros de injeção

Os parâmetros de injeção, definidos na carta de afinação, controlam como a liga entra na cavidade:

Os ajustes de parâmetros da temperatura da liga e da injeção fazem-se sempre em função da carta de afinação, nunca por tentativa isolada.

Exemplo resolvido: calcular a variação de dosagem

Uma célula produz peças de alumínio com dose nominal de 200 gramas por ciclo. Numa amostragem de 10 ciclos, as doses medidas foram: 198, 202, 195, 205, 200, 210, 190, 203, 197, 200 gramas. Calcula a variação máxima em relação ao nominal e indica se está dentro de uma tolerância de ± 5%.

Resolução: a tolerância de ± 5% sobre 200 g corresponde ao intervalo 190 g a 210 g. O valor mínimo medido foi 190 g e o máximo foi 210 g, ambos no limite do intervalo aceitável. A dosagem está, por pouco, dentro da tolerância, mas a variação (20 g de amplitude) é elevada e merece verificação do sistema de dosagem antes de se tornar um problema de qualidade.

5. Ajustar a máquina e realizar injeções: o ciclo completo

O ciclo de injeção passo a passo

Realizando injeções é um critério de desempenho oficial, executado ciclo após ciclo nesta sequência:

  1. Fecho do molde: a unidade de fecho aperta o molde com a força definida.
  2. Injeção: a liga entra na cavidade em 1ª e depois em 2ª fase.
  3. Pressão de intensificação: compacta a peça enquanto solidifica.
  4. Arrefecimento: aguarda-se o tempo definido na carta de afinação.
  5. Abertura do molde e extração da peça pelo manipulador ou robô.
  6. Lubrificação da cavidade antes do ciclo seguinte.

Ajustar a máquina de injeção

Ajustar a máquina de injeção aplica, nos comandos físicos e no painel, os parâmetros já transpostos da carta de afinação: regular a força de fecho conforme a área projetada da peça, regular velocidades e pressões de 1ª e 2ª fase, verificar os tempos de ciclo, e fazer ciclos de teste antes de validar a produção em série.

Manipular os comandos e elementos periféricos

Manipulando os comandos da célula, máquina e elementos periféricos, de modo a realizar movimentações dos elementos é outro critério de desempenho oficial.

Dominar os dois modos de comando é indispensável: o automático produz, o manual corrige e resolve.

6. Interrupções da produção: identificar e solucionar problemas

Intervindo no funcionamento da célula em caso de interrupção da produção é um critério de desempenho oficial.

Causas comuns de interrupção

Causa Sinal típico
Peça presa no molde (colagem) manipulador não consegue extrair
Falha do manipulador ou robô alarme de posição ou de agarre
Lubrificação insuficiente aumento de peças coladas ao molde
Obstrução na prensa de corte gito não separado corretamente
Falta de liga no forno alarme de nível baixo

Procedimento de intervenção

  1. Parar a célula em segurança, se não parou já pelo alarme.
  2. Identificar a causa, consultando alarmes e inspecionando visualmente.
  3. Intervir, dentro das suas competências, ou acionar quem de direito.
  4. Registar a ocorrência: causa, duração da paragem, solução aplicada.
  5. Retomar a produção, confirmando que os parâmetros continuam corretos.

Identificando defeitos e, se possível, eliminando as causas dos mesmos é também um critério de desempenho, e a aptidão de identificar e solucionar problemas de defeitos nos produtos fundidos aplica-se diretamente aqui.

Nunca forçar manualmente um elemento preso sem desligar antes o movimento automático correspondente. É nesse gesto que ocorrem os acidentes mais graves numa célula de fundição injetada.

7. Lubrificação: pulverizadores, programa e desmoldantes

Ajustar a posição dos pulverizadores

Os pulverizadores aplicam o desmoldante na superfície da cavidade, entre ciclos. A posição de cada pulverizador tem de cobrir toda a área da cavidade, sem zonas por lubrificar. Um pulverizador desalinhado deixa zonas secas, que causam colagem da peça ao molde. Excesso de lubrificante gera defeitos superficiais e aumenta o tempo de ciclo.

O programa de lubrificação

O programa de lubrificação define quando, quanto tempo e com que intensidade cada pulverizador atua: a sequência de disparo, a duração de cada aplicação, e a sincronização com o ciclo, sempre com o molde aberto, antes do fecho seguinte.

Lubrificantes e desmoldantes

A escolha do desmoldante certo depende da liga, da geometria da peça e da temperatura de trabalho do molde. Ambos são resíduos a gerir com cuidado ambiental, nunca descartados como lixo comum.

8. Manipulador de gitos ou robô, arrefecimento e periféricos da célula

Afinar e verificar o manipulador de gitos e/ou robô

O manipulador (ou robô) retira a peça e o gito do molde no fim de cada ciclo, sem contacto humano na zona de perigo. Requer afinação de trajetória, posição de agarre, sincronização com o ciclo (só entra depois de confirmada a abertura total do molde) e verificação de sensores de presença de peça.

Afinar e verificar o sistema de arrefecimento de peças

O arrefecimento controla a velocidade de solidificação da peça e do molde: circuitos de água, caudal e temperatura ajustados conforme a carta de afinação, arrefecimento adicional da peça quando necessário, e verificação de fugas ou obstruções nos circuitos.

Afinar os equipamentos periféricos da célula

Além do manipulador e do arrefecimento, a célula tem outros periféricos a afinar: sistema de transporte e evacuação de peças e sucata, detetores e sensores de segurança, sistema de recolha de gitos e rebarbas, e o quadro de comando com a interface homem-máquina.

Exemplo resolvido: diagnosticar uma paragem do manipulador

O manipulador de uma célula parou com alarme de "presença de peça não confirmada" três vezes no mesmo turno. O molde abre normalmente, a peça parece bem extraída visualmente. Qual a causa mais provável e que aptidão do operador está em causa?

Resolução: a causa mais provável é um sensor de presença desalinhado ou sujo, que não confirma corretamente a peça mesmo esta estando presente. A aptidão em causa é "Afinar e verificar o manipulador de gitos e/ou robô", que inclui a verificação dos sensores. A solução passa por limpar e recalibrar o sensor, não por ignorar o alarme, que existe precisamente para evitar que o ciclo avance sem confirmação.

9. Materiais do processo: ligas metálicas, lubrificantes e desmoldantes

Os materiais utilizados no processo, ligas metálicas, lubrificantes e desmoldantes, são um dos conhecimentos centrais desta UC.

Ligas metálicas

O alumínio é a liga metálica de referência nos recursos desta UC, e a mais comum em fundição injetada, pela boa fluidez, o peso reduzido e a temperatura de fusão mais baixa face a outros metais (630 a 680 °C de trabalho em injeção, contra mais de 1 150 °C no ferro fundido). Outras ligas usadas na indústria incluem o zinco, de fusão ainda mais baixa, e o magnésio, mais leve mas mais reativo.

Lubrificantes e desmoldantes

Material Aplicado em Função
Lubrificante partes móveis da máquina reduzir atrito e desgaste mecânico
Desmoldante cavidade do molde evitar colagem, facilitar extração

Ambos exigem armazenamento e descarte conforme as normas de gestão de resíduos, por serem produtos químicos com impacto ambiental se descartados sem cuidado.

10. Equipamentos e ferramentas de apoio

Os equipamentos e ferramentas utilizadas no processo cobrem três frentes: extração de moldes, corte de gito e canais, e lubrificação de moldes.

A prensa de corte de gito

A prensa de corte de gito e cortante separa a peça do gito e dos canais de alimentação, logo após a extração. O cortante tem a forma exata do contorno a separar, a prensa aplica força controlada num único golpe sem deformar a peça, e é preciso verificar regularmente o desgaste do cortante, que perde precisão com o uso. O gito e os canais separados seguem para reciclagem como sucata metálica. Um corte mal ajustado deixa rebarba na peça ou danifica a geometria junto ao ataque.

11. Inspeção visual e controlo da qualidade: critérios e defeitos

Inspecionar visualmente a qualidade dos fundidos produzidos é a segunda realização oficial da UC.

O que se inspeciona

Defeitos comuns e as suas causas

Defeito Causa provável
Porosidade ar aprisionado, gás da liga, arrefecimento rápido
Junta fria liga ou molde frios, velocidade de injeção baixa
Enchimento incompleto dosagem insuficiente, pressão baixa
Rebarba folga no molde, força de fecho insuficiente
Colagem ao molde desmoldante insuficiente, temperatura errada
Marcas de extração posição ou pressão errada do manipulador

O controlo da qualidade cobre a inspeção visual, os critérios de decisão, os defeitos possíveis, as suas causas e as soluções aplicáveis, um conhecimento central desta UC.

12. Intervalos de tolerância, critérios de aceitação e segregação de peças

Avaliar os intervalos de tolerância

Avaliar os intervalos de tolerância é a terceira realização oficial da UC. A tolerância é o intervalo dentro do qual uma medida ou um atributo é considerado conforme, definida no desenho técnico ou na especificação da peça, nunca decidida pelo operador.

Determinar os intervalos de tolerância para os parâmetros de injeção é uma aptidão explícita: pressão, velocidade e tempo têm também uma margem aceitável, e relacionar a tolerância com os parâmetros críticos do processo é outra aptidão diretamente ligada a esta.

Critérios de aceitação e segregação

Segregando os gitos em função dos atributos de qualidade previamente definidos é um critério de desempenho oficial.

Classe Destino
Conforme segue para a fase seguinte do fabrico
Reparável (ex.: rebarba) reprocesso ou retoque
Não conforme sucata, volta a fundir

Exemplo resolvido: avaliar a tolerância de uma cota

O desenho técnico define a espessura de uma parede da peça em 3,0 mm ± 0,15 mm. Três peças medidas deram 3,08 mm, 3,20 mm e 2,82 mm. Classifica cada uma.

Resolução: o intervalo de tolerância é 2,85 mm a 3,15 mm. A peça de 3,08 mm está conforme. A peça de 3,20 mm está acima do limite superior, não conforme. A peça de 2,82 mm está abaixo do limite inferior, não conforme. Duas em três peças ficam fora da tolerância, o que justifica rever o parâmetro de processo mais provável, a pressão de intensificação, antes de continuar a produção.

13. Otimização do tempo de ciclo e registos de produção

Otimizar e controlar o tempo de ciclo

Otimizando e controlando o tempo de ciclo, evitando desperdícios de tempos e movimentos é um critério de desempenho oficial.

Tempo de ciclo = fecho + injeção + intensificação + arrefecimento + abertura + extração + lubrificação.

Elaborar registos de produção

Elaborar registos de produção é a quarta realização oficial da UC, e efetuando os registos periódicos dos dados da célula segundo os procedimentos definidos é também um critério de desempenho oficial.

Um registo de produção típico inclui: identificação (referência, molde, turno, operador, data), parâmetros medidos a intervalos definidos, quantidades (produzidas, conformes, refugo) e ocorrências (paragens, causas, ações tomadas). Os registos e documentos de controlo da produção garantem rastreabilidade: se algo falhar, é possível reconstituir o que aconteceu.

Exemplo resolvido: otimizar um ciclo

Um ciclo tem os seguintes tempos: fecho 1,5 s, injeção 0,8 s, intensificação 2,0 s, arrefecimento 12,0 s, abertura 1,2 s, extração 3,0 s, lubrificação 2,5 s. O tempo total é 23,0 s. A extração demora 3,0 s porque o manipulador espera 1,5 s "de margem" antes de agarrar a peça. Que otimização propões e qual o novo tempo de ciclo?

Resolução: reduzir a margem de espera do manipulador para um valor mais ajustado, por exemplo 0,3 s em vez de 1,5 s, poupando 1,2 s por ciclo sem comprometer a segurança da extração (o tempo de arrefecimento, que garante a solidificação, mantém-se inalterado). O novo tempo de ciclo seria 23,0 − 1,2 = 21,8 s. Numa produção de 1000 peças por turno, esta otimização poupa cerca de 20 minutos de tempo de máquina.

14. Segurança, EPI, gestão de resíduos, proteção ambiental e normas da qualidade

Riscos e equipamento de proteção individual

A fundição injetada envolve liga líquida a temperaturas elevadas e máquinas de grande força: os riscos e a prevenção de acidentes são um conhecimento central da UC.

Gestão de resíduos e proteção ambiental

As normas de gestão de resíduos aplicam-se à sucata metálica, aos lubrificantes e aos desmoldantes usados: separados e encaminhados conforme a norma aplicável, nunca misturados com lixo comum. As normas de proteção ambiental cobrem o controlo de fumos e vapores do forno e da lubrificação, dentro dos limites definidos.

Normas da qualidade

As normas da qualidade exigem procedimentos documentados, rastreabilidade dos registos e ações corretivas quando surgem não conformidades. Cumprindo as normas de segurança e saúde no trabalho, de proteção individual, de gestão de resíduos, de proteção ambiental e da qualidade é o último critério de desempenho oficial da UC, e fecha, em simultâneo, todas as frentes anteriores.

Rigor, responsabilidade pelas próprias ações, sentido de organização e cooperação com a equipa são as atitudes que sustentam este bloco no dia a dia da célula.

Erros comuns

Glossário

Síntese

Operar uma célula de fundição injetada segue sempre a mesma ordem: conhecer os elementos da célula (máquina, forno, molde, manipulador, lubrificação, prensa de corte) → interpretar e transpor a carta de afinaçãoaquecer o molde e ajustar a temperatura da ligaafinar a alimentação de metal e os parâmetros de injeçãorealizar injeções, manipulando comandos e periféricosintervir em interrupções, identificando e corrigindo causaslubrificar, afinar o manipulador e o arrefecimentoinspecionar visualmente e controlar a qualidadeavaliar tolerâncias e segregar peçasotimizar o tempo de ciclo e elaborar registos de produçãocumprir segurança, ambiente e qualidade. Domina este fluxo e estás pronto para operar qualquer célula de fundição injetada com rigor.

Exercícios resolvidos

1. Qual das seguintes afirmações descreve corretamente uma célula de fundição injetada?

Resolução: a célula é o conjunto integrado de máquina de injeção, forno de manutenção, molde, manipulador ou robô, sistema de lubrificação e prensa de corte de gito, todos coordenados no mesmo ciclo. Não é apenas a máquina de injeção sozinha.

2. A carta de afinação de uma peça indica tempo de arrefecimento de 10 segundos. O operador reduz para 6 segundos para acelerar a produção. Que consequência é mais provável?

Resolução: a peça pode não ter tempo suficiente para solidificar completamente, sendo extraída ainda deformável. Isto provoca deformações, marcas de extração mais profundas e, em casos graves, danos no molde ao tentar extrair uma peça ainda mole.

3. Uma peça apresenta porosidade generalizada. Aponta duas causas possíveis e o parâmetro da carta de afinação a rever em cada caso.

Resolução: (1) ar aprisionado por velocidade de 2ª fase mal ajustada, rever a comutação entre fases; (2) gás dissolvido na liga por temperatura do forno demasiado alta, rever a temperatura de trabalho da liga.

4. Que diferença existe entre lubrificante e desmoldante nesta UC?

Resolução: o lubrificante aplica-se nas partes móveis da máquina, para reduzir atrito e desgaste mecânico; o desmoldante aplica-se na cavidade do molde, para evitar a colagem da liga e facilitar a extração da peça. São materiais distintos, com funções e locais de aplicação diferentes.

5. Uma peça está fora da tolerância dimensional mas parece visualmente correta. Deve ser aceite?

Resolução: não. A tolerância vem sempre do desenho técnico ou da especificação, não da aparência visual. Uma peça fora da tolerância é não conforme, mesmo que pareça correta, e deve ser segregada como reparável ou como sucata, consoante o desvio.

6. Porque é que o registo de produção deve ser feito de forma periódica, e não só no fim do turno?

Resolução: o registo periódico captura os parâmetros reais em vários momentos do turno, permitindo detetar desvios progressivos (por exemplo, um forno a perder temperatura aos poucos). Um registo feito só no fim do turno, de memória, perde rigor e não deteta variações intermédias.