Introdução à fundição de metais

Esta introdução à fundição de metais fornece uma breve visão geral e histórico do processo de fundição, bem como um resumo das técnicas comuns de fundição em uso hoje. O objetivo deste artigo é fornecer aos novos fabricantes uma melhor compreensão de como funciona a fundição de metais e quais etapas estão envolvidas na produção de produtos fundidos. Ao final do artigo, o leitor deve ter uma visão clara das oportunidades apresentadas pela fundição de metais e uma boa apreciação de seu potencial como um método de fabricação moderno.

Para obter informações mais detalhadas, clique nos links e botões colocados ao longo deste artigo para se conectar a postagens, páginas e e-books que se aprofundam em aspectos específicos da fundição de metais.

O que é fundição?

A palavra metalcasting refere-se ao processo de formação de um produto ou peça a partir de metal fundido, utilizando qualquer tipo de molde para governar sua forma final. Uma fundição de metal, por outro lado, é um produto ou peça resultante do processo de fundição. Ao longo deste artigo e em outras partes do nosso site, usamos a palavra casting alternadamente, seja como substituto para o processo de metalcasting ou para o objeto, uma fundição de metal .

Definição de fundição de metais:

Um processo de fabricação no qual o metal fundido é derramado em uma cavidade (molde) que mantém o metal em uma forma específica à medida que se solidifica.

Etapas Gerais da Fundição de Metais

1. Crie o padrão mestre e o corebox. O primeiro passo na fundição de metais é criar um objeto com formato semelhante ao do produto desejado, chamado de padrão . O padrão é uma ferramenta usada para produzir o molde e deve ser ligeiramente maior que o produto final para levar em conta a contração durante a solidificação. Na fundição de metais, os padrões geralmente são produzidos por meio de usinagem CNC. Da mesma forma, núcleos , conforme descrito na Etapa 2, são criados usando outro tipo de ferramenta:coreboxes. Métodos de fundição que utilizam moldes reutilizáveis, como fundição de molde permanente, normalmente não requerem padrões ou caixas de núcleo. Nesses casos, os fabricantes de ferramentas podem produzir o molde e o macho diretamente.

2. Crie o molde e o núcleo. Para produzir com sucesso uma peça fundida, o fabricante deve primeiro criar uma cavidade do molde para conter e formar o metal fundido. Em muitos casos, eles também devem produzir um núcleo que se encaixa dentro do molde, formando cavidades ocas no interior da peça final. Os moldes e núcleos podem ser reutilizáveis, como no caso de fundição sob pressão ou moldagem permanente, ou de uso único, como em fundição em areia verde ou fundição em molde de concha.

3. Derreta a liga. Em seguida, o fabricante deve derreter o metal. Muitas vezes o metal usado é uma liga, ou uma mistura de elementos que, juntos, proporcionam ótimas propriedades mecânicas. Os processos de fusão variam:em sua forma mais simples, a fusão consiste em colocar a liga em um recipiente com ponto de fusão mais alto e aquecê-la em um queimador ou chama aberta. Métodos de fusão mais contemporâneos, como a fusão por indução, dependem das propriedades físicas das ligas para derretê-las e trazê-las à temperatura de fundição com mais eficiência.

4. Despeje o metal fundido no molde. Uma vez que o fabricante derrete a liga, eles devem derramar o metal fundido na cavidade do molde. Normalmente isso é feito com uma concha sistema, que suporta o processo de vazamento e permite que os operadores controlem a velocidade de vazamento manual ou automaticamente. Técnicas de vazamento incorretas podem levar a defeitos, pois os gases podem ficar presos dentro do molde, levando a furos no fundido resultante.

5. Deixe o metal solidificar. Após o vazamento, o fabricante deve criar condições ideais para que o metal se solidifique dentro do molde. Novamente, os fabricantes devem considerar o encolhimento do metal fundido à medida que esfria, bem como a liberação de gases que se acumulam dentro do molde durante o vazamento.

6. Remova a fundição do molde. Quando o metal esfriou e solidificou o suficiente, o fabricante deve remover a peça fundida do molde. Nos métodos que empregam moldes de uso único, os operadores simplesmente separam o molde da fundição. Para moldes reutilizáveis, muitas vezes são utilizados revestimentos especiais para evitar a aderência e características que permitem a remoção do fundido (como pinos ejetores ) deve ser projetado no molde.

7. Conclua a transmissão. A maioria das peças fundidas deve passar por processos de acabamento como limpeza (retirar o excesso de material da peça); remoção do portão (retirando os canais de vazamento da peça); tratamento térmico (aquecimento e resfriamento das peças fundidas em um ambiente controlado para aumentar as propriedades físicas) e inspeção para controle de qualidade. Muitos produtos também passam por processos de usinagem CNC para melhorar a precisão dimensional e o valor estético.

História da Fundição de Metais

Muito do que sabemos hoje sobre as origens da fundição de metais é baseado em achados arqueológicos. Felizmente, a durabilidade das peças fundidas significa que muitos artefatos de fundição sobreviveram por milhares e milhares de anos.

As primeiras peças fundidas eram frequentemente estátuas artísticas, ferramentas e armas, e os primeiros metais usados ​​na fundição foram cobre e estanho, ou uma liga feita de dois metais chamada bronze. Civilizações nos continentes asiático e europeu experimentaram outros materiais e continuaram a utilizar fundição por milhares de anos. À medida que os processos foram refinados e as técnicas registradas em linguagem precisa, o escopo dos produtos fundidos também se expandiu. Na Idade Média, as fundições européias foram encarregadas em grande parte de produzir sinos de igreja.

Na foto à direita está o Gloucester Candlestick, uma fundição elaborada de cera perdida (investimento) produzida para a Catedral de Gloucester, na Inglaterra, entre 1104 e 1113 dC.

No século 20, a fabricação automotiva – liderada em parte pelas técnicas de produção de fluxo da Ford Motors – aumentou a demanda por peças fundidas e levou a mais avanços no processo. O aço foi inventado e, em meados do século XX, o aço inoxidável era amplamente utilizado para fundição. Tanto a Primeira Guerra Mundial quanto a Segunda Guerra Mundial testaram os limites da fundição nos Estados Unidos, Europa e Japão. Processos antigos, como a fundição por microfusão, foram refinados ainda mais para produzir melhores fundidos mais rapidamente. Novos processos, como fundição sob pressão e fundição em molde de concha, também foram desenvolvidos durante o século 20.

Processos de fundição

Os seguintes processos de fundição de metais representam algumas das técnicas mais comuns e versáteis no arsenal da instalação de fundição. Alguns métodos datam de milhares de anos, enquanto outros têm menos de um século, e cada um desses processos é o método de fundição ideal para certos tipos de produtos. Aqui oferecemos uma breve visão geral de cada processo. Para obter informações mais detalhadas, clique nos links fornecidos em cada seção.

Fundição de investimento

A técnica de fundição mais antiga ainda em uso em escala industrial, a fundição de precisão é um processo engenhoso que envolve cobrir um padrão de cera com a forma do produto final em material refratário, depois derreter a cera e substituí-la por metal fundido.

Saiba mais sobre fundição de investimento

• Guia de seleção de investimentos (e-book)
• Recursos de fundição de investimento na Eagle Precision Cast Parts, Inc.
• Estudo de caso de fundição de investimento:da fabricação desajeitada à fundição elegante

Greensand Casting

A fundição em areia verde é uma técnica de fundição de metal versátil com baixos custos de ferramentas, na qual a areia úmida e argilosa é compactada em torno de um padrão para formar um molde. Os moldes resultantes podem ser usados ​​para fundir praticamente qualquer liga, e a maioria da areia usada para formar o molde pode ser recuperada e reciclada.

Saiba mais sobre fundição de Greensand

• Introdução ao Greensand Casting (postagem do blog)
• Recursos de fundição de Greenand na Eagle Aluminum Cast Products, Inc.

Fundição em molde de concha

Também conhecido como conversão de shell ou moldagem em concha , a fundição em molde de concha foi inventada em meados do século 20 por um engenheiro alemão e posteriormente aperfeiçoada por fabricantes nos EUA e na Alemanha. O processo envolve o revestimento de um padrão com grãos de areia revestidos de resina que se unem uns aos outros com a aplicação de calor. A fundição do molde Shell fornece um alto grau de precisão e excelente repetibilidade.

Saiba mais sobre fundição em molde de concha

• Guia do processo de fundição de molde de concha (e-book)
• Introdução à fundição em molde de concha (série de blogs)
• Recursos de moldagem de casco na Eagle Alloy, Inc.

Fundição de molde permanente

A fundição de molde permanente, como o próprio nome indica, utiliza moldes reutilizáveis ​​em vez dos moldes descartáveis ​​envolvidos na fundição em areia. As ferramentas podem ser complicadas de produzir e as ligas são um pouco limitadas com base na temperatura de fusão, mas as corridas de alto volume podem atingir baixos custos por peça. Repetibilidade, acabamento superficial e precisão são excelentes em peças fundidas em molde permanente.

Saiba mais sobre fundição de molde permanente

• Introdução à fundição em molde permanente (postagem do blog)
• Estudo de caso de pás de ventilador de alumínio fundido em molde permanente
• Capacidade de moldagem permanente na Eagle Aluminum Cast Products, Inc.

Fundição no Aéreo

Outra variação de fundição em areia, fundição airset–também conhecida como no-bake casting– utiliza areia quimicamente ligada que solidifica à temperatura ambiente. O processo pode ser mais demorado do que a fundição em areia verde ou a moldagem em concha devido ao tempo necessário para que os moldes solidifiquem, mas o ferramental é barato e excelente precisão dimensional e acabamento superficial podem ser alcançados através da fundição airset.

Saiba mais sobre a fundição do Airset

• Primeiros passos com o Airset Casting (post do blog)
• Recursos de fundição de aeronaves na Eagle Alloy, Inc.

Fundição em molde

A fundição sob pressão é outro método de fundição utilizando moldes reutilizáveis. Em contraste com a fundição em molde permanente, a fundição sob pressão emprega injeção de alta pressão para preencher rápida e completamente a cavidade do molde. A fundição sob pressão pode fornecer excelentes parâmetros de fundição, mas os custos iniciais geralmente limitam seu uso a execuções de alto volume.

Saiba mais sobre fundição sob pressão

• Qual ​​é o processo de fundição sob pressão? (Vídeo)

Metalcasting:um processo de fabricação moderno com raízes antigas

Hoje, a fundição de metais é uma indústria de US$ 33 bilhões que responde por quase 200.000 empregos somente nos EUA. As peças fundidas são utilizadas em 90% dos bens duráveis, desde equipamentos de construção até dispositivos médicos. De acordo com a American Foundry Society, "a maioria das pessoas raramente está a mais de 3 metros de distância de um molde". Novas tecnologias e processos aprimorados estão tornando as fundições de metal melhores e mais complexas do que nunca, o que significa que as fundições podem se expandir para novos mercados, aumentando ainda mais a prevalência da indústria de fundição de metais.

As instalações de fundição fazem parceria regularmente com o governo e universidades dos EUA para garantir que a indústria de fundição se beneficie de pesquisas de ponta. Uma dessas parcerias com o Departamento de Energia dos EUA já conseguiu desenvolver fundidos mais leves, fundidos que exigem menos pós-processamento e fundidos que fazem uso de uma gama mais ampla de ligas.

Tecnologias relativamente novas, como a impressão 3D, podem ser usadas em conjunto com a fundição de metais para criar protótipos, padrões e até moldes mais rapidamente do que antes. Organizações de defesa estão trabalhando para tornar esse tipo de tecnologia e outras que podem ajudar a promover o setor de fundição como um todo, mais amplamente disponíveis. A Steel Founders Society of America (SFSA) está atualmente desenvolvendo uma célula robótica que pode ser estudada e adotada pelas fundições membros. Seu objetivo é melhorar a automação em todo o setor, possibilitando a reorientação de mais trabalhos de fundição.

Enquanto isso, na frente de divulgação, a American Foundry Society (AFS) realiza uma variedade de programas orientados a educar o público e os legisladores dos EUA sobre o potencial da fundição de metais. De sua parceria com a Associação Nacional de Fabricantes na promoção do Dia da Manufatura para o seu Fly-in anual de Assuntos Governamentais, o AFS torna uma prioridade preparar a próxima geração de profissionais de elenco.

Após uma longa história de inovação, a fundição de metais ainda está na vanguarda da tecnologia de fabricação. Embora o processo essencial permaneça o mesmo usado pelos primeiros fundidores, a fundição evoluiu além de suas origens humildes para atender às necessidades dos consumidores modernos.

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