Fabricação de padrões na fundição

Padrões de cera ou madeira para fundição de metal

Na fundição de metal, os padrões são os objetos usados ​​para criar moldes descartáveis. Um único padrão pode fazer até milhares de moldes.

Existem diferentes tipos de padrões, mas eles se dividem em dois subtipos principais:os reutilizáveis ​​para fundição de areia ou gesso, que fazem impressões em muitos moldes, ou padrões descartáveis ​​para fundição de investimento, que são destruídos antes da fundição durante o processo de fabricação do molde. Para qualquer tipo de padrão, a preocupação do modelista não é apenas replicar o objeto desejado, mas também ajudar a direcionar o metal para o molde na velocidade certa e no lugar certo. O resfriamento do metal é um processo de cristalização, e como o preenchimento do molde pode influenciar na direção do congelamento, o que pode ser importante para a resistência do objeto final.

Todo padrão de elenco precisa de suporte

O sistema de canais para alimentação de metal para todas as partes da fundição é uma infraestrutura de suporte que, quando bem projetada, diminuirá os defeitos de fundição. Esses elementos incluem:

• O copo de despejo é uma entrada cônica no molde. Ajuda a controlar o fluxo de metal, além de capturar a escória durante o vazamento.
• O sprue, às vezes chamado de “down-sprue”, é o canal principal para o molde do copo de derramamento. É o rio de metal que enche a fundição.
• Corredores são canais que permitem que o metal líquido flua de uma área do molde para outra.
• Portões ou “portões” são os espaços de entrada para o próprio casting. Portões grandes são necessários para metais de resfriamento rápido, e portões menores são usados ​​para resfriamento lento.
• Os risers são reservatórios de grande volume de metal líquido que fazem parte do molde, mas não farão parte da fundição. Eles podem ser “risers cegos”, que são completamente enterrados no molde para alimentar áreas complicadas da fundição, ou risers abertos que são preenchidos com metal – e podem ajudar a indicar ao trabalhador da fundição que o molde está cheio. Os risers têm um volume maior de metal do que qualquer parte da fundição, para que permaneçam quentes por mais tempo. Usando a gravidade, os risers alimentam continuamente o metal líquido na fundição de resfriamento para ajudar a evitar furos ou encolhimento.

Padrões de elenco de investimento

Os padrões de fundição de revestimento geralmente vêm em uma única peça que se assemelha ao produto final de metal - embora os corredores possam ser embutidos para remoção após a fundição.

Esses padrões são moldados duas vezes. Um padrão de réplica é usado para criar um molde de borracha, metal ou resina. A partir deste molde, um padrão é moldado a partir de um material que pode derreter ou evaporar – normalmente cera. Esses padrões fundidos são revestidos com uma resina ou agregado cerâmico, feito de areia e um aglutinante, que endurece em uma concha.

Depois que o molde de concha estiver completamente curado, o padrão de fundição é removido por fusão ou evaporação. O molde agora vazio pode ser preenchido com metal líquido. Ele será quebrado assim que a fundição esfriar.

Padrões de fundição de areia

Existem algumas variações para os padrões de fundição em areia, mas o que eles têm em comum é que todos são feitos de um material duro que pode ser usado para criar centenas de moldes quando pressionados na areia de fundição. A madeira é a base da maioria dos padrões de fundição em areia, geralmente de uma madeira dura que pode suportar o calor e a umidade da fundição. Estes podem ser usados ​​para centenas de fundições, mas eventualmente começam a se deformar ou dividir. No entanto, eles são relativamente baratos de fazer e podem fazer peças muito grandes.

Se um padrão de madeira por si só se deformar muito rapidamente, ele pode ser usado para fazer um molde para um padrão mais forte que terá menos probabilidade de deformar com o tempo. Resinas reforçadas com fibra ou padrões de metal fundido podem ser feitos a partir do padrão de madeira original. Padrões de metal também podem ser feitos por meio de usinagem. Esses processos são mais caros e o tamanho da fundição pode ser limitado, de modo que são usados ​​apenas em algumas situações.

Seja madeira, resina ou metal, os padrões de fundição em areia não derreterão após a criação do molde. Os modelistas precisam saber como extraí-los sem ferir a forma oca que criaram.

Padrões de costas planas podem ser pressionados no arrasto ou na parte inferior de um molde de areia. Muitas vezes, uma tampa não moldada ou metade superior do molde é presa ao arrasto, fornecendo o “flat-back” da fundição para ajudar no vazamento e resfriamento; conterá o sprue para canalizar o metal.

Padrões que não têm costas planas geralmente são “divididos”. Isso permite que cada parte do padrão seja impressa nas partes superior e inferior do molde de areia e depois removida intacta sem ferir o molde. As diferentes partes do molde são reunidas e apertadas firmemente para criar a forma oca que fará a fundição.

Padrões soltos se parecem mais com o objeto que eles criarão, mesmo quando divididos:eles capturam os detalhes do objeto que estão moldando, mas não contêm o sistema de alimentação de metal para o molde. Quando este for o caso, o moldador cortará os risers, portões e sprues na areia manualmente. Se o padrão incluir esses canais, ele é chamado de padrão fechado.

As partes do molde também podem ser unidas em ambos os lados de uma placa, para facilitar a prensagem de ambos os lados do molde ao mesmo tempo. Isso é chamado de padrão de placa de fósforo e é muito útil para fábricas com alta taxa de produção. Às vezes, as fábricas automatizadas montam cada parte do padrão em sua própria placa, de modo que haja padrão de capa individual e placas de padrão de arrasto.

Os padrões de fundição de areia também podem ser usados ​​para esculpir a areia, em vez de imprimir uma forma nela. Um padrão de varredura gira uma lâmina com um perfil moldado em torno de um eixo, esvaziando um molde. É útil pensar em padrões de varredura como um torno que molda o espaço negativo:os objetos fundidos que eles fazem terão simetria em torno de um eixo central.

O cuidadoso ofício de subsídios

Os padrões não são os mesmos que os modelos iniciais de um design. Eles são um protótipo de produção que reflete a dinâmica da fabricação de metais.

Marceneiros e marceneiros são muitas vezes aqueles que acabam trabalhando em uma fundição fazendo moldes de madeira. Embora sejam principalmente marceneiros, eles precisam entender o comportamento dos metais. Um bom modelista sabe como ajustar seu padrão para compensar como o metal esfria e que tipo de etapas de acabamento podem ser necessárias na peça.

A tolerância de contração é uma correção para compensar a contração de solidificação do metal e sua contração durante o resfriamento. Essas tolerâncias variam com o tipo de metal e o tamanho da fundição. As tolerâncias típicas para ferro fundido são 1/10 a 5/32 pol./pé; para aço, 1/8 a 1,4 pol./pé; e para alumínio, 1/16 a 5/32 pol./pé. Essas tolerâncias também incluem uma tolerância de tamanho para o processo para que a fundição seja dimensionalmente correta.

Além disso, os fabricantes de moldes de cera devem estar cientes de que o processo de moldagem de cera também requer uma tolerância de encolhimento. As ceras de padrão, sprue e máquina têm diferentes taxas de encolhimento em temperaturas de vazamento padrão. Portanto, o modelador de cera deve criar um molde que se ajuste tanto à retração da cera quanto do metal, onde o modelador de madeira para fundição em areia só precisa se preocupar com o metal.

A tolerância de acabamento da máquina (“permissão de usinagem”) é necessária se o objeto fundido for refinado após ser sacudido. A tolerância deve fornecer material suficiente para que a usinagem não torne o objeto muito pequeno. Às vezes, saber que haverá acabamento de máquina ajuda um designer de padrões de madeira a decidir onde colocar os tirantes:o metal de estoque pode ser fixado enquanto a fundição está sendo usinada.

A tolerância de distorção é um ajuste engenhoso que é feito em um padrão quando o metal usado distorce à medida que esfria. Se os ângulos de deslocamento são conhecidos, o padrão pode ser feito para compensar. Essa modificação é chamada de “camber” e pode fazer com que o padrão original pareça deformado.

A tolerância de calado é uma modificação necessária apenas para padrões de fundição em areia, não para padrões de investimento. Os modelistas precisam ter certeza de que seus padrões podem ser removidos da areia sem destruir a forma que deixaram para trás. Isso é feito afilando as paredes do molde, assim como os baldes para castelos de areia geralmente são afunilados. Cantos afiados e bordas retas são mais propensos a desmoronar quando o padrão é removido da substância de moldagem.

Pintando o padrão de madeira

Padrões de madeira são frequentemente pintados. Padrões temporários podem receber apenas uma camada, mas padrões permanentes geralmente recebem três camadas de tinta. Uma goma-laca ou laca ajuda o padrão a deslizar do molde, e é por isso que é útil mesmo com um padrão destinado a ser usado apenas uma vez. As tintas modernas com grafite tornam esse processo ainda mais suave.

A tinta também ajuda a proteger o padrão do calor e da umidade, especialmente quando deve ser armazenado. A tinta em um padrão deve estar livre de gotejamento e rachaduras:quaisquer saliências na superfície do padrão serão capturadas na fundição. Um gotejamento de tinta no lugar errado pode causar desmoronamento no molde.

Tradicionalmente, a tinta nos padrões de fundição era codificada por cores, com cores denotando as etapas de acabamento que seriam necessárias para a fundição. Embora os padrões não sejam mais aplicáveis ​​universalmente, ainda existem fundições que utilizam esse sistema básico de cores.

Vermelho—Indica nenhuma usinagem necessária nesta superfície da fundição final.
Amarelo—Indica esta superfície a ser usinada na fundição final.
Preto—Indica que a superfície precisa de um núcleo e onde a posição do núcleo pode estar .
Verniz transparente ou sem pintura—Indica a linha de separação ou junção na peça fundida.

Armazenamento e reutilização de padrões

Um padrão pode ter uma longa vida útil em uma fundição, usada para fazer centenas ou milhares de peças fundidas. Muitas vezes, esses padrões são armazenados entre as execuções de produção, e a necessidade e a organização necessárias para manter uma “biblioteca” de padrões é uma das preocupações de uma fundição. Os moldes devem ser armazenados em local seco com bom fluxo de ar, mas a despesa de armazenamento e seguro significa que, se as tiragens de produção forem pequenas e infrequentes, pode ser mais fácil destruir os moldes e refazê-los – ou enviá-los para o original. desenhista. Um padrão que foi armazenado fora da fundição pode não ter sido cuidado adequadamente e, portanto, pode nunca mais fazer uma fundição sólida. Historicamente, destruir padrões era um processo arriscado, pois o padrão pode ser a captura mais fiel de um design.

A questão do armazenamento de padrões tem sido, portanto, um equilíbrio de preocupações. O tamanho e a frequência das execuções de produção devem ser ponderados em relação à consistência de uma peça ao longo do tempo. A ascensão da prototipagem rápida e do design de computador mudou essa dinâmica. Os padrões são projetados e armazenados digitalmente, e os protótipos podem ser impressos em 3D, para que haja menos risco de destruí-los. Portanto, uma fundição e seu cliente decidirão depois de determinar o que é mais econômico:armazenar o padrão a longo prazo ou recriá-lo quando necessário.

Uma arte não anunciada

Os modelistas são técnicos e artesãos que pegam protótipos e os ajustam cuidadosamente aos requisitos de produção e às propriedades do metal. Com experiência especializada, eles podem sugerir ajustes para tornar o design mais eficiente. O uso de programas CAD e algoritmos preditivos são úteis para o modelista moderno na determinação de possíveis defeitos na fundição de metal, o que ajuda a reduzir as taxas de defeitos, mas os modelistas ainda trazem um olho humano e mão firme para o processo.

Seja um projeto de areia ou de investimento, ele começou sua vida como um padrão.



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