Processo de fundição de metal: o guia completo

O processo de fundição de metal é uma das tecnologias essenciais no mundo da manufatura. A fundição de metal constrói a maioria das estruturas metálicas das máquinas e equipamentos. Por isso, trouxemos a você este guia sobre o processo de fundição de metal. Explicaremos cada um dos processos de fundição de metal.

O que é fundição de metal

A fundição de metal é uma técnica contemporânea com uma longa história. O processo de fundição de metal produz as peças metálicas despejando metal fundido em uma cavidade do molde, onde ele esfria antes de ser retirado do molde. A fundição de metal é um dos processos industriais mais antigos e impactantes da história.

Muitos objetos de metal em nossa vida diária são o exemplo perfeito de fundição de metal, incluindo peças de automóveis, rodas de trem, postes de iluminação, pedais de ônibus escolares e muito mais. Além disso, as fundições de fundição de metal usam a reciclagem de metal como um suprimento econômico de matéria-prima, reduzindo a quantidade de sucata de metal que acaba em aterros sanitários.

Terminologia de fundição de metais

O termo "fundição de metal" é usado com frequência em metalúrgicas e indústrias. Você poderá entender melhor o processo de fundição de metal se compreender a linguagem comum utilizada nesse método. Seria útil se você dominasse primeiro toda essa terminologia para entender melhor a fundição de metal.

Fundição Moldagem

Um molde é uma cavidade em um material que aceita metal líquido e gera um produto resfriado na estrutura dessa cavidade. Os moldes não precisam ser complexos. Os lingotes de metal são feitos de forma semelhante às formas de pão, com o metal colocado dentro delas e deixado esfriar.

Lidar e arrastar

O cope é a metade superior do molde na moldagem horizontal, enquanto o drag é a metade inferior.

Rampas de balanço

O balanço é a metade superior do molde na moldagem vertical, enquanto o carneiro é a metade posterior.

Núcleos de moldagem

A construção típica de um núcleo é essencial quando você precisa que um molde tenha espaços vazios ou orifícios internos. A formação do espaço interno é como esses núcleos. Os núcleos podem ser mantidos quando se estendem além do molde, e você os mantém no lugar por meio de impressões de núcleo, suspendendo o núcleo entre dois bancos como uma ponte.

Tolerância dimensional

A tolerância dimensional é uma consideração importante ao selecionar um procedimento de fundição. Ela se refere à quantidade de variação permitida no tamanho do produto acabado.

Acabamento de superfície

O acabamento da superfície é outro fator a ser considerado. Qual é o grau de granulação, irregularidade ou aspereza da superfície da peça fundida?

Seria melhor se você não fizesse uma aliança de casamento do mesmo material que uma panela de ferro fundido. Nesse caso, você usa a máquina para obter superfícies metálicas muito lisas, o que representa um custo adicional. Se for necessário um acabamento brilhante e liso, a escolha de um processo de fundição com um acabamento mais refinado pode minimizar as despesas de usinagem.

Tipos de método de fundição de metal

Há milhares de modeladores de metal disponíveis no mundo. Dependendo da complexidade das estruturas metálicas e do design, o método de fundição de metal entra nessa tecnologia de fabricação. A seguir, discutiremos os diferentes tipos de métodos de fundição de metal.

Moldes reutilizáveis

A utilização de um molde de metal reutilizável é o método mais comum de preenchimento do molde por gravidade; no entanto, também é possível utilizar a pressão do gás ou o vácuo. As peças fundidas ocas podem ser usadas em uma versão do método de fundição por gravidade conhecida como fundição por lama.

As ligas de alumínio, magnésio e cobre são metais de fundição comuns. As ligas de estanho, chumbo e zinco e as ligas de ferro e aço também são adequadas para moldes de grafite.

Quando o processo de injeção de metal entra na cavidade do molde, o processo de gravidade começa com o pré-aquecimento do molde a 150-200 °C (300-400 °F) para suavizar o fluxo de metal e evitar danos térmicos à fundição.

O método de molde reutilizável pratica os seis métodos a seguir, dependendo dos diferentes tipos de molde e métodos de fundição.  

Moldes permanentes

A composição permanente do molde tem vários pontos de fusão excelentes do que o metal usado para preenchê-los. Derramar o metal em um estado fluido, sem pressão externa, é a etapa principal desse processo de fundição. Os núcleos permanentes devem ser simples o suficiente para serem removidos da fundição concluída e reutilizados.

O processo de moldagem ocasionalmente emprega esses moldes na fundição de ferro e ligas de baixa temperatura. O fluxo de trabalho industrial mais frequente usa mesas giratórias em vez de linhas de montagem. À medida que cada molde passa pela próxima estação, são realizados procedimentos individuais, como o revestimento do molde, a instalação dos núcleos, o fechamento do molde, o vazamento, a abertura do molde e a ejeção da fundição.

Moldes semipermanentes

A principal diferença entre a fundição em molde semipermanente e a fundição em molde permanente é que os núcleos utilizados no processo de fundição podem ser núcleos de areia substituíveis. Os núcleos de areia permitem formas de núcleo mais complicadas, pois não precisam ser recuperados intactos da fundição final.

Se for deixado um orifício no molde para extrair os núcleos, eles podem ser "sacudidos" em uma mesa vibratória e drenados como areia em uma ampulheta. Somente a peça fundida contra o molde de metal tem a tolerância, a densidade e os benefícios estéticos da fundição de molde permanente.

Fundição de lama

Simplesmente cobrindo a parte interna do molde com um pouco de metal e formando uma "pele" metálica, esse processo de fundição colorido produz fundições ocas sem a necessidade de núcleos. Dependendo da rapidez com que o metal ou outro material se solidifica, há várias abordagens para a fundição de lama.

Uma abordagem envolve despejar pequenos volumes de líquido em um molde e girá-lo para revestir o interior com metal. Em outra, o fundador pode encher o molde e, em seguida, despejar o material excedente quando um determinado período de tempo tiver passado. Metais como zinco, alumínio e estanho são rotineiramente fundidos.

Fundição centrífuga

Esse processo de fundição alimenta um molde resfriado a água que gira em alta velocidade em torno de seu eixo central como metal líquido em sua fundição centrífuga imprecisa. O metal líquido é puxado em uma camada igual pela superfície do molde por meio da força centrífuga. A fundição final deve ter geometrias uniformes em torno do eixo de rotação para que essa abordagem funcione. Como resultado, esse método de fundição é adequado para moldes que são geralmente cilíndricos ou circulares, como tubos ou anéis.

Fundição sob pressão

Além da gravidade, as tecnologias de fundição sob pressão regulam o fluxo de metal em um molde permanente. Na fundição sob pressão, são empregados ar ou gás, vácuos, forças mecânicas ou centrífugas. Essas técnicas permitem que as fundições regulem com precisão o ritmo de preenchimento de um molde: a gravidade sempre exerce a mesma força, mas as forças fabricadas podem variar.

Fundição sob pressão

As máquinas de fundição sob pressão são compostas por uma bacia contendo metal fundido, um molde metálico de duas placas ou matriz e um sistema de injeção que extrai o material e o força para dentro da matriz sob pressão.

Ele usa um molde aberto para iniciar o processo de fundição sob pressão. Os bicos pulverizam um lubrificante no molde para evitar que o item grude. Esse processo veda os dois lados do molde e injeta o molde fechado com um bocal de pressão. Antes de o molde abrir, ele dá ao novo fundido a chance de esfriar. A nova peça fundida é empurrada para fora do molde por pinos ejetores, e o processo começa novamente.

Moldes descartáveis

Quando se trata de fundir metais ferrosos, as tecnologias de moldes descartáveis são as aparentes vencedoras. Elas são mais econômicas, pois não precisam suportar altas temperaturas.

Fundição em areia

O processo mais comum de fundição de metal é a fundição em areia. É um processo industrial com três mil anos de idade: a primeira evidência de fundição de argila vem da China durante a dinastia Shang (c. 1600 a 1046 a.C.).

Não é de se surpreender que esse método ainda seja amplamente aplicável: a areia é barata, abundante, maleável e resistente ao calor.

Esse processo sacode os núcleos de areia e é simples de remover, pois pode ser feito com uma mesa vibratória. As corrediças e portões, que guiam o metal para dentro da cavidade do molde, são cortados à mão por um moldador especializado ou incluídos no projeto.

Moldagem de conchas

A moldagem em concha é uma técnica de fundição em areia que permite tolerâncias dimensionais mais rígidas. É comparável à moldagem em areia, com a exceção de que ela mistura a areia com uma resina.

Sobre cada lado do padrão de moldagem de metal quente, ele derrama uma combinação de areia e resina. Essa mistura derrete em uma concha e esfria. Ela une as "conchas" do molde e é frequentemente mantida por um frasco de areia.

Essas conchas produzem um molde altamente preciso porque a resina fornece suporte extra às superfícies internas.

Fundição por revestimento (cera perdida)

A fundição em areia é, de longe, o método mais popular de fundição de metal, mas tem uma desvantagem que a torna inadequada para algumas aplicações.

Nesse processo, você deve remover os padrões de fundição em areia dos moldes que eles geram, o que pode ser demorado.

Os fabricantes de moldes devem avaliar cuidadosamente as demandas do molde em cada estágio do processo de fundição, inclusive os requisitos de calado, os locais da linha de partição, as portas, os risers e os núcleos.

A técnica de cera perdida, de revestimento ou de fundição de precisão é uma alternativa à fundição em areia que pode funcionar com uma ampla variedade de metais, inclusive ligas ferrosas de alto ponto de fusão, evitando alguns dos problemas de modelagem da fundição em areia.

Molde completo ou espuma

Esse processo de fundição usa uma mistura de areia e métodos de fundição de investimento em todo o molde ou processo de fundição de espuma. No entanto, ele faz o design do poliestireno espumado.

Esse processo pode tornar o padrão espumado completo com um sistema de portas e corrediças e a eliminação da margem de calado.

E, às vezes, ele remove o desenho antes do preenchimento; no entanto, com algumas espumas, você pode omitir parte do desenho in situ no molde para vaporizar quando ele for rapidamente colocado no metal quente.

Processo de fundição de metais

Criação de padrões - Um padrão é um modelo em escala do exterior da peça fundida. Madeira, metal, plástico e gesso são materiais comuns para projetos. A modelagem é fundamental na produção de peças industriais, em que cálculos precisos são obrigatórios para garantir que as peças se encaixem e funcionem corretamente.

Criação de núcleo

Se a fundição for oca, ela usa um pedaço extra de areia ou metal (chamado de núcleo) para esculpir a forma interna. Os núcleos são geralmente robustos, mas dobráveis, o que permite removê-los da fundição final com facilidade.

Moldagem

Imagine-se indo para a praia em direção à água para visualizar o processo de fundição de metal até o momento. Examine uma pegada que você deixou na areia úmida.

O núcleo seria seu pé, e a impressão em areia seria um molde de seu pé. A moldagem é um procedimento de várias etapas que usa areia de moldagem para criar um molde em torno do desenho.

Um frasco é uma estrutura que segura um molde durante a fundição. A areia verde, também conhecida como areia de moldagem, não contorna o desenho no frasco. Fundição em areia metálica é o termo para esse processo. O desenho pode ser apagado depois de compactar a areia com força, mas o molde permanecerá.

Como alternativa, ele produz um molde de metal de duas peças, não destrutível, que pode fundir componentes idênticos para aplicações industriais repetidas vezes

Fusão e derramamento de metal fundido

Depois de aquecer o metal, ele é despejado no orifício do molde e endurecido. E, depois que a peça fundida se forma, ocorre o processo de agitação. Nesse momento, ocorre a vibração do molde para remover a areia da peça fundida.

Devido ao seu funcionamento eficiente e suave, equipamentos como o nosso Two-Mass Shakeouts mantêm a produção elevada em aplicações industriais.

Normalmente, ele coleta a areia removida, resfriada e reciclada para uso em peças fundidas subsequentes. O Condicionador de Fundição em Areia VIBRA-DRUM® ajuda a aprimorar o processo de separação da areia das peças fundidas, eliminando e resfriando a areia e as peças fundidas, bem como drenando a umidade, ao mesmo tempo em que evita danos à peça fundida. O resultado é uma fundição de metal limpa e uma areia pronta para a restauração.

Limpeza

Esse estágio retira a peça metálica fundida do molde e a prepara nesse estágio final. Depois disso, o objeto é limpo de qualquer material de moldagem e as bordas ásperas são eliminadas durante a fixação.

Comparação dos processos de fundição

É vantajoso consultar os fabricantes para determinar a maneira mais econômica de fundir um projeto. Em geral, os metais ferrosos são fundidos com moldes descartáveis, enquanto os metais não ferrosos têm uma seleção maior de opções, embora até mesmo essa regra simples tenha exceções.

Entrar no processo com uma compreensão abrangente dos requisitos do projeto ajudará a selecionar a técnica de fundição ideal. É necessário que o projeto tenha o tamanho exato? Qual deve ser a espessura das paredes? Qual será o tamanho e o peso da peça fundida acabada? E quanto ao acabamento da superfície?

Saber as respostas a todas essas perguntas com antecedência pode ajudar um projetista sábio a entender melhor e orientar seu produto durante o processo de fundição, permitindo que ele selecione o melhor método e o de menor custo para a tarefa.

Verão

Quase todos os equipamentos mecânicos que usamos hoje, de veículos a máquinas de lavar, utilizam o processo de fundição de metal para peças metálicas.

A tecnologia de fundição de metal pode alcançar a precisão e as tolerâncias por meio do processo de design automatizado e computadorizado e os meios atuais para a fabricação de núcleos e moldes complexos distinguem os produtos de metal fundido de hoje daqueles criados há 100 anos. A fundição de metal na era moderna é um exemplo de inovação em ação.

Como resultado, acreditamos que este artigo servirá como a referência mais abrangente sobre métodos de fundição de metal para você.