Dissertação de mestrado integrado em Mechanical Engineering (specialization in Advanced Manufacturing)In manufacturing, Low-Pressure Die Casting (LPDC) has stood out as a versatile and innovative
solution, notably recognized in various sectors, particularly in the production of taps. Due to its ability to
produce high-quality castings with minimal waste, this technology has gained significant prominence
today. However, foundries face several challenges, mainly related to inadequate casting designs, resulting
in defects that lead to the rejection of components. Addressing this issue, the present dissertation provides
a transparent and objective description of the development of a filling system applied to the LPDC, using
simulation software (QuikCAST) to reduce the occurrence of defects.
Chapter 1 introduces the current problem observed in casting simulations, along with the objective
of the work - the development of a filling system through numerical simulation. Additionally, a brief
overview of the document's structure is provided.
Chapter 2 describes the casting technology employed, Low-Pressure Die Casting, covering its
sequence and highlighting prevalent defects.
The copper alloy and the mould material used in this work are described in Chapter 3. This chapter
covers the most significant characteristics of each material for the numerical simulation.
Chapter 4 describes the numerical simulation process used in the QuikCAST software, with two
types of simulation being used: Thermal Die Cycling to determine the temperature of dies and Filling
Process simulation. This chapter also presents the study case used in the dissertation (bathtub water
mixer) and all considerations regarding core design and the filling system.
The main focus of this work is Chapter 5, with three candidate solutions being proposed to reduce
the high rejection rate of parts. Each solution was carefully designed, considering the key aspects of
casting filling systems development. Simulation played a crucial role, allowing the prediction and
evaluation of the proposed systems. The selected solution demonstrated overall positive results, including
a high casting yield (60%), a low defect percentage, and no air inside the cavity. These outcomes indicate
a reduced rejection rate of cast parts and improvement in the company's production process.
Chapter 6 summarizes the entire project, providing an overview of the work and offering insights
for future research. In a broader context, this project demonstrated the feasibility of implementing
simulation software in foundries to reduce costs and time-to-market.Na manufatura, a Fundição por Baixa Pressão tem-se destacado como uma solução versátil e
inovadora visivelmente reconhecida em diversas áreas, nomeadamente na produção de torneiras. Por
produzir fundidos de alta qualidade com um reduzido desperdício, esta tecnologia tem-se destacado
atualmente. No entanto, as fundições enfrentam diversos desafios, maioritariamente relacionados com
projetos de fundição inadequados, levando ao surgimento de defeitos que resultam na rejeição de peças.
Tendo em vista o problema, a presente dissertação descreve, de forma clara e objetiva, o
desenvolvimento de um sistema de enchimento, aplicado à Fundição por Baixa Pressão, com recurso a
software de simulação (QuikCAST), de forma a mitigar o surgimento de defeitos.
O Capítulo 1 apresenta o problema atualmente verificado nas fundições a nível de simulação de
fundição, bem como o objetivo do trabalho – desenvolvimento de um sistema de enchimento através de
simulação numérica. Para além disso, apresenta uma descrição sumária da estrutura do documento.
O Capítulo 2 refere-se à tecnologia de fundição empregue, a Fundição por Baixa Pressão, com a
sequência de fundição e especial destaque aos defeitos recorrentes.
A liga de cobre e da moldação utilizadas são descritas no Capítulo 3. Aqui, destacam-se as
características mais preponderantes para a simulação numérica de cada material.
O Capítulo 4 descreve pormenorizadamente o processo de simulação numérica, com dois tipos
de simulação empregues: Thermal Die Cycling, para determinar as temperaturas das coquilhas e Filling
Simulation relativa ao enchimento da cavidade. É ainda apresentado o caso de estudo (misturadora de
água de banheira), bem como todas as considerações do projeto de machos e do sistema de enchimento.
O foco principal deste trabalho é o Capítulo 5, apresentando três soluções para reduzir a elevada
rejeição. Cada solução foi cuidadosamente projetada, de acordo com o desenvolvimento de sistemas de
enchimento. A simulação foi crucial, permitindo a previsão e a avaliação dos mesmos. A solução
selecionada apresentou um elevado rendimento de cacho (60%), reduzidos defeitos e a ausência de ar.
Estes resultados reduzem a rejeição de fundidos e melhorias no processo de produção da empresa.
O Capítulo 6 resume o trabalho realizado e propondo trabalhos futuros. Assim, este projeto
demonstrou a viabilidade da implementação de software de simulação em fundições para redução de
custos e diminuição do time-to-market
