Especificação e pedido de peças fundidas de metal personalizadas:um guia

9 considerações importantes para garantir o sucesso de seus projetos personalizados de fundição de metal

A fundição de metal é um processo que produz formas (fundição) preenchendo vazios em moldes com metal líquido. Os produtos de metal fundido oferecem resistência e durabilidade excepcionais, tornando-os úteis para aplicações de máquinas pesadas em indústrias relacionadas à agricultura, automóveis, ferrovias, eletrodomésticos, arquitetura de edifícios, construção naval, extração de petróleo e gás, processamento de água, silvicultura e mineração - para citar um alguns.

Qualificar uma fundição de fornecedor e solicitar peças fundidas de metal pode ser uma provação demorada, mas não precisa ser. Erros dispendiosos podem ser evitados entendendo o processo de cotação e fundição. A comunicação clara e completa com a fundição fornecedora resultará em um produto final bem projetado e econômico.

Solicitando um orçamento

O objetivo de solicitar uma cotação para um fundido é estabelecer o equilíbrio ideal entre custo, qualidade e prazo de entrega do fundido adquirido. Embora possa ser tentador selecionar automaticamente o preço mais baixo cotado, isso pode levar a um atraso na entrega ou a uma fundição de qualidade inferior – ambos podem ser mais caros a longo prazo.

Um cliente experiente deve pesar todas as provisões da cotação recebida, incluindo requisitos de ferramentas, tolerâncias e tolerâncias de acabamento, bem como quaisquer exceções feitas a desenhos, especificações e requisitos de processamento. Outros fatores, como redução do trabalho da máquina, melhores prazos de entrega e experiência e confiabilidade do fornecedor de fundição, são particularmente importantes para determinar o custo real versus o valor da fundição.

Há pelo menos nove considerações importantes a serem abordadas ao solicitar preços de fundição de metal de uma fundição fornecedora:

1. Projeto de elenco preliminar
2. Quantidade
3. Especificações
4. Saudabilidade
5. Teste e inspeção
6. Peso
7. Padrões
8. Usinagem
9. Cronogramas de produção e entrega

1. Projeto de fundição preliminar

Uma peça de metal fundido deve ser projetada para aproveitar ao máximo o processo de fundição. Para uma produção eficiente e sensível ao custo, o projeto de fundição deve selecionar os métodos de produção mais simples que resultarão nas propriedades físicas desejadas, demandas de forma líquida e aparência cosmética.

Desenhos detalhando as dimensões exatas da peça necessária devem ser incluídos em qualquer solicitação de cotação.

Existem vários componentes-chave do projeto em que a compreensão dos processos de fundição e/ou comunicações com as fundições fornecedoras ajudarão a determinar os projetos mais econômicos do ponto de vista de uma fundição.

Espessura mínima da seção

Cada fundição tem uma espessura mínima determinada por sua resistência e rigidez. Projetos mais finos do que as especificações podem tornar o projeto impraticável. Para ser bem sucedido, o projeto de uma fundição deve permitir que o metal liquefeito preencha o molde nas seções mais finas.

O metal liquefeito (fundido) resfria a uma taxa excepcionalmente rápida. Pode esfriar muito rápido para entrar em seções finas que estão longe da porta do molde. Como regra, os projetos não devem ter áreas mais finas que 0,25 pol (6 mm) quando os processos convencionais são usados. A fundição por microfusão permite um maior nível de liberdade e a espessura da parede pode cair para até 0,030 pol (0,76 mm).

Rascunho e núcleo

O termo "rascunho" refere-se ao afunilamento nas faces verticais de um padrão. Um esboço é necessário para extrair o padrão do molde sem perturbar as paredes do molde. Ignorar as limitações desses ângulos fará com que o molde se rasgue quando for removido da fundição.

Vários fatores afetarão a quantidade de estiragem necessária para cada fundição:o processo de fabricação, o tamanho da fundição e se a moldagem é realizada à mão ou à máquina, todos alterarão o grau de estiramento necessário. Menos calado é necessário para peças moldadas por máquina. Fundições produzidas com moldes de areia verde, no entanto, exigirão mais calado do que o normal. A regra geral é permitir 3/16 pol de calado por pé (aproximadamente 1,5 graus).

Um núcleo é um espaço oco criado dentro de uma peça fundida por um pedaço de areia de moldagem. Os núcleos são necessários quando os espaços ou cavidades não podem ser criados apenas com o padrão. O uso de machos pode eliminar a necessidade de tiragem, porém seu uso deve ser limitado, pois agregam custo à fundição.

Três fatores afetam o diâmetro mínimo de um macho que pode ser colocado em uma peça fundida:

1. A espessura ou profundidade da área em que o núcleo será colocado,
2. Qual ​​é o comprimento do núcleo e
3. O método de fundição que a fundição fornecedora empregará.

Linha de separação

A separação em um plano facilita a produção de padrões, bem como a produção do molde. Padrões com linhas de partição retas (com linhas de partição em um plano) podem ser produzidos com mais facilidade e a um custo menor do que aqueles com linhas de partição irregulares. Formas de fundição que são simétricas sugerem prontamente a linha de partição. Esse projeto de fundição simplifica a moldagem e o testemunho e deve ser usado sempre que possível. Eles devem sempre ser feitos como "padrões divididos" (copa e arrasto separados) que exigem um mínimo de trabalho manual no molde, melhoram o acabamento da fundição e reduzem os custos.

Núcleos

Um núcleo é uma peça separada (geralmente feita de areia de moldagem) colocada dentro do molde para criar aberturas e cavidades que não podem ser feitas apenas pelo padrão. Para reduzir o custo final da fundição, todo esforço deve ser feito pelo projeto para eliminar ou reduzir o número de machos necessários.

O diâmetro mínimo de um macho que pode ser usado com sucesso em fundidos de aço depende de três fatores:

A espessura da seção de metal ao redor do núcleo,
O comprimento do núcleo e
As precauções e procedimentos especiais usados ​​pela fundição fornecedora.

As condições térmicas adversas às quais o núcleo é submetido aumentam em gravidade à medida que a espessura do metal ao redor do núcleo aumenta e o diâmetro do núcleo diminui. Essas quantidades crescentes de calor da seção pesada devem ser dissipadas através do núcleo. À medida que a severidade das condições térmicas aumenta, a limpeza das peças fundidas e a remoção do núcleo tornam-se muito mais difíceis e caras.

A espessura da seção de metal ao redor do núcleo e o comprimento do núcleo afetam as tensões de flexão induzidas no núcleo por forças de flutuação e, portanto, a capacidade da fundição fornecedora de obter as tolerâncias exigidas. Se o tamanho do núcleo for grande o suficiente, as hastes podem ser usadas para fortalecer o núcleo. Naturalmente, à medida que a espessura do metal e o comprimento do núcleo aumentam, a quantidade de reforço necessária para resistir às tensões de flexão também aumenta. Portanto, o núcleo de diâmetro mínimo também deve aumentar para acomodar o reforço extra.

O custo de remoção de machos de cavidades de fundição pode se tornar proibitivo quando as áreas a serem limpas são inacessíveis. O projeto de fundição deve prever aberturas suficientemente grandes para permitir a remoção do núcleo.

Áreas menos acessíveis na fundição dificultam a retirada dos machos e prejudicam a viabilidade econômica dos projetos. Os fundidos devem sempre ser projetados com aberturas grandes o suficiente para permitir a remoção dos machos.

As peças fundidas são normalmente enviadas com superfícies não usinadas, como fundidas, a menos que especificado de outra forma. Para aproveitar o processo de fundição, a fundição fornecedora deve saber quais superfícies serão eventualmente usinadas (veja "8. Usinagem" abaixo para mais detalhes) e onde os pontos de referência estão localizados. As tolerâncias dimensionais aceitáveis ​​devem ser indicadas quando um desenho for fornecido. As tolerâncias são normalmente acordadas entre a fundição fornecedora e o cliente.

A estreita cooperação entre os engenheiros de projeto do cliente e a fundição do fornecedor é essencial para otimizar o projeto de fundição. Todos os projetos de fundição devem ser verificados por um profissional de fundição antes da produção para determinar a viabilidade do projeto de fundição.

2. Quantidade

O número de fundidos a serem produzidos, ou a duração da execução, deve ser claramente indicado. A quantidade do pedido terá um impacto significativo no preço, com tiragens mais longas correspondendo a um menor custo por fundição.

A quantidade de peças necessárias não é uma consideração menor; não apenas o consumo de projeto da peça determinará os tipos de ferramental necessários, mas também definirá a capacidade de fundições específicas para atender às necessidades de volume de produção.

Muitas fundições se especializam na produção de trabalhos de “jobbing” de curto prazo, enquanto outras se concentram na produção de alto volume. Definir suas necessidades desde o início ajudará a garantir que você esteja se comunicando com as instalações de produção corretas.

3. Especificações

As especificações padrão da indústria fornecem ao cliente de fundição as ferramentas necessárias para estabelecer critérios para quase todas as aplicações de fundição. Essas especificações não excluem requisitos especiais que os membros da equipe técnica do cliente possam exigir. Variações das especificações padrão podem resultar em mal-entendidos, custos mais altos e desqualificação de fundições de fornecedores potenciais. Se uma exceção for feita a uma disposição no corpo principal de um requisito de especificação (em oposição a uma exceção a um requisito suplementar de uma especificação), o fundido resultante não pode ser considerado em conformidade com essas especificações.

A liga metálica exata a ser fundida deve ser especificada usando um padrão reconhecido internacionalmente, como ASTM. As peças fundidas são produzidas a partir de duas categorias de metais:ferrosos (à base de ferro) e não ferrosos (não à base de ferro).

O aço fundido é o metal de fundição ferroso mais comum, no entanto, outros metais podem ser usados ​​dependendo das propriedades físicas desejadas, incluindo aço inoxidável, ferro maleável e ferro dúctil. Alumínio e cobre são os metais não ferrosos mais comuns usados ​​na fundição.



As propriedades mecânicas podem ser verificadas pelo uso de barras de teste, fundidas separadamente ou anexadas às peças fundidas. As propriedades mecânicas obtidas representam a qualidade do metal, mas não necessariamente representam as propriedades das peças fundidas em si, que são afetadas pelas condições de solidificação e taxa de resfriamento durante o tratamento térmico – que por sua vez são influenciadas pela espessura, tamanho e forma da peça fundida. . A capacidade de endurecimento de alguns graus pode restringir o tamanho máximo no qual as propriedades mecânicas necessárias são obtidas.

Tratamento térmico

O tratamento térmico é usado para padronizar, homogeneizar e melhorar as propriedades de ligas específicas. Para muitas ligas, o tratamento térmico é um processo de rotina empregado para garantir que as propriedades físicas mínimas especificadas sejam alcançadas nos produtos fundidos finais. Dispositivos de controle de temperatura e até mesmo equipamentos avançados de registro de temperatura são rotineiramente encontrados em fornos modernos de tratamento térmico para garantir consistência e qualidade das etapas de tratamento térmico.

Em alguns casos, o tratamento térmico especializado (como endurecimento por chama, endurecimento de caixa, etc.) pode ser especificado como um processo adicional a ser conduzido pela fundição fornecedora.

4. Solidez

A solidez dos componentes metálicos refere-se ao nível de isenção de impurezas e/ou descontinuidades, como inclusões de areia, inclusões de escória, macroporosidade e encolhimento. É impossível produzir uma peça fundida sem defeitos – apenas peças fundidas com defeitos de vários graus. A aceitação ou rejeição de peças fundidas é determinada pelo exame das peças (de acordo com padrões reconhecidos internacionalmente, como ASTM) com base nos requisitos formais de engenharia dos clientes; os critérios de aceitação e rejeição são definidos por um acordo entre a fundição fornecedora e o cliente antes da produção. Esses critérios afetam tanto o custo de fundição quanto os processos de produção utilizados.

5. Teste e inspeção

Após a produção, todas as peças fundidas devem ser testadas para garantir que atendem aos requisitos das especificações. As peças fundidas também são inspecionadas quanto à precisão dimensional, condição de acabamento da superfície, propriedades físicas, solidez interna e rachaduras. Em muitas aplicações, o teste é obrigatório; testes adicionais podem ser necessários para garantir que as especificações do material ou outros requisitos gerais sejam atendidos.

Os critérios de teste e aceitação devem ser claramente comunicados e acordados antes da produção. Termos mais rigorosos de teste aumentarão o custo geral. Para manter a relação custo-benefício, os termos de teste e aceitação devem ser baseados nos requisitos precisos de cada aplicação.

Existem dois tipos de testes usados ​​para inspecionar peças fundidas:testes destrutivos e testes não destrutivos.

Testes destrutivos

Testes destrutivos requerem uma peça de teste separada para ser moldada além da peça necessária. O molde de teste é então sujeito a destruição para determinar visualmente a solidez interna (volume de inclusões, encolhimento ou gás presente). O teste destrutivo informa apenas a condição da peça testada e não garante que outras peças não testadas sejam sólidas, mas é amplamente utilizada na prática. Se o teste de fundição for aceitável, a produção pode prosseguir sob a suposição de que os fundidos produzidos da mesma maneira exibirão o mesmo nível de solidez.

Testes não destrutivos

Métodos de ensaios não destrutivos são empregados na própria fundição para verificar a solidez interna e externa sem danificar o produto. Os métodos incluem inspeção visual, inspeção dimensional, inspeção por líquido penetrante (LPI), inspeção por partículas magnéticas (MPI), teste ultrassônico (UT) e inspeção radiográfica (raios-X).



Após a conclusão das inspeções, as peças fundidas inspecionadas e aceitas às vezes são usadas como estão e enviadas aos clientes, mas com mais frequência estão sujeitas a processamento adicional. Isso pode incluir tratamento térmico especializado, pintura, óleos preventivos de ferrugem, outros tratamentos de superfície (como galvanização a quente) e usinagem.

6. Peso

Um componente de custo significativo para qualquer fundição é o material. Quanto maior o peso do fundido, maior será o custo do material para o referido fundido. Quanto mais dados de peso detalhados puderem ser fornecidos a uma fundição sobre as peças em questão, mais precisos e confiáveis ​​poderão ser os cálculos de preços.

As fundições não se preocupam apenas com o peso líquido (resultante) de uma peça fundida; eles estão principalmente preocupados com o peso bruto da fundição. O peso bruto é medido pelo peso do metal fundido necessário para preencher um molde composto pela fundição resultante e todo o material de alimentação (portas, risers, etc.) necessário para garantir uma fundição sólida resultante do processo de fundição. O preço de fundição de uma fundição será significativamente afetado pelo rendimento da fundição (a eficiência do processo de fundição e o peso da fundição resultante dividido pelo peso do metal de alimentação derramado no molde) que eles alcançam.

7. Padrões

Padrões são necessários para fazer moldes, e modelagem é o processo e comércio para produzir padrões. Uma vez que os moldes são as formas das peças fundidas, a peça fundida não pode ser melhor do que os moldes a partir dos quais é feita. Onde tolerâncias estreitas ou acabamentos suaves de fundição são desejados, é particularmente importante que os padrões sejam cuidadosamente projetados, construídos e acabados.

O projeto do equipamento padrão e os custos resultantes podem constituir uma importante fonte de mal-entendidos entre o cliente e o fornecedor de fundição. A necessidade de construir um novo equipamento de molde para se adequar ao maquinário de produção de uma fundição, mesmo que o equipamento existente/antigo esteja disponível, um requisito para uma caixa de núcleo dividida completa em vez de uma caixa de meio núcleo, a necessidade de produzir padrões de metal em vez de padrões de madeira , e/ou necessidades de padrão montado em vez de uso de padrão solto são apenas algumas das muitas áreas de discussão que afetam o custo do equipamento. Invariavelmente, o menor custo de fundição e a mais alta qualidade de fundição derivam do equipamento de molde mais sofisticado, que gera o maior custo de molde.

8. Usinagem

O processo de remoção mecânica de material extra desnecessário é chamado de usinagem e é um processo vital quando é necessário um alto nível de precisão dimensional. Como tal, uma certa quantidade de material adicional deve ser alocada para tolerância de usinagem quando necessário, especialmente quando a peça ou produto fundido tem uma tolerância apertada.

Tolerância refere-se à precisão dimensional alcançável para um determinado método de produção. A expansão do molde, a contração de solidificação e a contração térmica influenciam a tolerância da peça acabada no processo de fundição em areia verde. Consequentemente, existem limites para tolerâncias em uma peça fundida. Usinagem subsequente é comumente empregada quando uma tolerância mais apertada é necessária.

Nem todas as fundições fornecedoras oferecem usinagem própria, mas são responsáveis ​​por produzir um produto fundido capaz de ser transformado por usinagem para atender aos requisitos específicos da peça. Para atingir esse objetivo, um relacionamento próximo deve ser mantido entre a equipe de engenharia e compras do cliente e o produtor de peças fundidas. Com uma abordagem cooperativa, os seguintes pontos devem ser considerados:

• O processo de casting, juntamente com suas vantagens e limitações,
• Solicitação de estoque de usinagem (quantidade de material restante para acabamento após o desbaste) para garantir a limpeza em todas as superfícies usinadas,
• Projeto do produto em relação à aplicação dos dispositivos de fixação e fixação que fixam a peça durante a usinagem,
• Seleção da especificação do material e tratamento térmico e
• Quantidade de peças a serem produzidas.

Cada projeto de fundição quando produzido pela primeira vez deve ser verificado para determinar se todos os requisitos de usinagem são atingíveis. Um método para fazer isso é criar um layout completo da peça fundida e verificar se existe uma tolerância de estoque de usinagem adequada em todas as superfícies que requerem o procedimento de usinagem.

Para projetos mais simples, um layout completo da fundição pode não ser necessário. Mas em outros casos onde as dimensões de usinagem são mais complicadas, é aconselhável que a fundição seja verificada minuciosamente. Isso pode ser feito através da criação de pontos-alvo e marcação de linhas para indicar todas as superfícies usinadas, garantindo consistência em todas as etapas da produção.

9. Cronogramas de produção e entrega

A comunicação dos requisitos de entrega e demanda é essencial para encontrar a loja certa para atender às necessidades de curto e longo prazo.

Além de todas as outras considerações acima, é imperativo que clientes e fornecedores estejam cientes das necessidades do cronograma de produção. Por exemplo, se um cliente exigir a entrega de peças de produção em seis semanas, isso limitaria significativamente o número de fundições dispostas ou capazes de até mesmo cotar esse trabalho - sem falar em executar a produção de maneira confiável dentro de um cronograma tão apertado. Por outro lado, se um cliente estiver procurando fundições interessadas para revisar suas necessidades detalhadas e de longo prazo (por exemplo, 600 peças por ano da peça “x”, produzidas em lotes de 150 peças por pedido, com ciclos de produção iniciais necessários não antes de daqui a seis meses), então eles encontrarão muito mais interessados ​​e capazes de atender às suas necessidades.

Um pedido de cotação deve ser feito bem antes da data de entrega exigida. Devido à complexidade do processo de fundição de metal, os prazos de entrega do projeto podem facilmente chegar a 24 semanas, levando à produção e entrega completas assim que as peças fundidas são encomendadas. Esse tempo pode incluir considerações comerciais (administração financeira), construção de moldes e ferramentas, amostragem, inspeções, mudanças de moldes, configuração de produção (completa), produção, processos de pós-produção e muito mais.

Pedido de elenco

Um esforço cooperativo é essencial para a terceirização bem-sucedida de um projeto de fundição de metal – a fundição do fornecedor deve estar envolvida desde os estágios iniciais do projeto até a fabricação e entrega do produto.

Uma vez que a fundição do fornecedor revise uma solicitação de cotação, ela trabalhará junto com os clientes para avaliar todos os custos e determinar as metas do produto. Um bom planejamento compensa tanto para a fundição quanto para o cliente, pois especialistas em fundição avaliam o projeto antes da produção e recomendam os melhores materiais e métodos para alcançar a solução mais econômica.

Ao fornecer às fundições as informações mais precisas e detalhadas possíveis sobre suas necessidades de fundição, os clientes podem esperar receber muitos comentários, perguntas e – assim que os detalhes forem confirmados – preços das partes interessadas. A preparação adequada agiliza o processo de pedido, economizando tempo e reduzindo a probabilidade de erros do produto.