Tudo o que você precisa saber sobre fundição de metal

A fundição de metal, um processo de usinagem envolvendo metal líquido e um molde, existe há milhares de anos.

Ao longo de sua história, a fundição de metal foi usada para fazer tudo, desde espadas a turbinas eólicas, e hoje é um dos métodos mais valiosos e versáteis para fazer peças metálicas de alta qualidade.

Este guia aborda os fundamentos da fundição de metal, incluindo suas muitas variantes - fundição sob pressão, fundição de precisão, etc. - e os metais de fundição mais comuns.

O que é fundição de metal?

A fundição de metal é um processo de fabricação / fabricação que envolve o vazamento de metal líquido fundido em um molde.

O interior do molde é projetado com uma impressão negativa da peça que está sendo feita, então quando o metal fundido esfria e solidifica dentro do molde, ele toma a forma da peça final. A peça acabada pode então ser removida do molde.

Dependendo das peças que estão sendo feitas e dos metais usados, existem diferentes variedades de fundição de metais, cada uma com suas vantagens particulares. Padrões, moldes e técnicas de preenchimento podem variar muito entre essas variedades.

Embora a fundição de metal seja um processo versátil, as peças fundidas estão sujeitas a certas restrições de projeto e os engenheiros devem levar em conta o encolhimento do metal durante o estágio de resfriamento.

Explicação do processo de fundição de metal

O processo de fundição central de metal envolve o aquecimento de um metal, despejando-o em um molde, esperando que ele esfrie e solidifique, removendo a peça acabada do molde. Na realidade, pode haver muitos outros estágios no processo, e diferentes processos de fundição de metal funcionam de maneiras diferentes.

A seguir, uma visão geral simplificada do processo de fundição de metal. Observe que algumas etapas variam para diferentes variantes de conversão, enquanto algumas são omitidas completamente.

1. Fazendo o padrão :Desde o início, muitos processos de fundição de metais exigem a fabricação de um padrão, uma duplicata da peça final que é usada para fazer o molde. Os padrões podem ser permanentes ou dispensáveis ​​e podem ser feitos de materiais como cera, madeira e plástico.

2. Fazendo o núcleo :Para a fundição de peças ocas, pode ser necessário projetar um núcleo, uma peça sólida de material colocada dentro da cavidade do molde que molda a geometria interna de uma peça fundida. (Por exemplo, um núcleo cilíndrico dentro de um molde cilíndrico maior produzirá uma peça fundida em forma de tubo.)

3. Fazendo o molde :Os moldes são feitos de diferentes maneiras, dependendo do processo. Por exemplo, moldes de metal permanentes podem ser feitos usando uma máquina CNC, enquanto moldes de areia são feitos aplicando uma mistura de areia no exterior de um padrão. A prática de fabricação de moldes é conhecida como fabricação de moldes e é uma disciplina especializada.

4. Preenchendo o molde :O metal é aquecido até derreter, depois despejado ou forçado no molde. Na fundição por gravidade, por exemplo, o material fundido é vazado para baixo na cavidade; na fundição de alta pressão, ela é forçada para dentro da cavidade em alta pressão, com altas forças de fixação necessárias para manter a matriz segura.

5. Removendo a peça :Uma vez que a peça fundida é resfriada e solidificada, ela é removida do molde. Para processos como fundição em areia, isso significa que o molde deve ser destruído para chegar à peça que está dentro; para moldes permanentes, as duas metades do molde de metal são separadas e prontas para uso novamente.

6. Pós-processamento :As peças de metal fundido podem precisar de limpeza - para remover restos do molde, por exemplo - ou outras etapas de pós-processamento antes de estarem prontas para uso.

Vantagens da fundição de metal

Existem inúmeras razões para escolher a fundição de metal sobre outras opções de metalurgia, como forjamento ou usinagem CNC. Alguns dos principais benefícios da fundição de metais incluem:

• Adequado para produção em massa
• Pode produzir peças enormes e pesadas
• Pode produzir peças de paredes muito grossas
• Adequado para peças grandes de uma peça (em vez de componentes montados)
• Excelentes qualidades de rolamento
• Ideal para algumas ligas leves
• Versatilidade do material

As limitações da fundição de metal incluem defeitos inevitáveis, precisão dimensional limitada (em comparação com, por exemplo, usinagem CNC), trabalho intensivo e quantidades mínimas de pedido normalmente altas.

Os principais tipos de fundição de metal

Fundição em molde

Um dos tipos mais importantes de fundição de metal para peças complexas e detalhadas, a fundição sob pressão usa duas ferramentas de aço reutilizáveis como ferramental. O processo é semelhante à moldagem por injeção de plástico:o material fundido é forçado para dentro da cavidade a alta pressão , que permite aos engenheiros fazer peças com detalhes finos.

O custo de criação de matrizes personalizadas é alto, o que torna o processo mais comum na produção em massa. Uma vez fabricadas, no entanto, essas matrizes podem ser usadas muitas vezes. Os fundidos sob pressão tendem a ter um excelente acabamento superficial.

A fundição de alumínio e a fundição de magnésio são amplamente empregadas para peças de alta qualidade.

Fundição por gravidade

Assim como a fundição sob pressão, a fundição por gravidade é uma forma de fundição de metal usando um molde de metal reutilizável. No entanto, a fundição por gravidade depende de forças gravitacionais para mover o metal líquido através do molde, de cima para baixo, em vez de pressão. Os moldes devem ser pré-aquecidos antes da primeira fundição e geralmente são feitos de ferro fundido devido à sua baixa fadiga térmica.

A fundição por gravidade é anterior a todas as outras técnicas de fundição de metal, com peças fundidas por gravidade existentes há milênios. É uma forma de fundição em molde permanente; alternativas ao processo de fundição por gravidade incluem pressão de gás e vácuo.

Fundição de investimento (fundição por cera perdida)

A fundição de investimento ou fundição por cera perdida é uma forma de fundição de metal usando um padrão e molde descartáveis:ambos os itens são destruídos durante o processo de fundição (embora a cera derretida possa muitas vezes ser reutilizada).

Assim como a fundição por gravidade, a fundição por microfusão tem milhares de anos. Durante o processo de fundição por cera perdida, um padrão é feito de cera ou material equivalente – às vezes à mão, às vezes usando uma impressora 3D de resina – antes que um material refratário seja derramado ao redor do padrão para fazer o molde.

O investimento é a camada cerâmica aplicada ao redor do padrão que funciona como molde para o metal fundido. Essa camada cerâmica é removida em um processo chamado desinvestimento .

Fundição na areia

A fundição em areia é um método simples e secular de fundição de metal e é mais acessível do que as técnicas alternativas. Ele usa areia (misturada com um material de ligação como argila) como material de molde, e os moldes são capazes de suportar altas temperaturas.

No processo de fundição em areia, um padrão é imerso na areia contida em uma caixa especial chamada frasco . Ao compactar a areia ao redor do padrão, um molde pode ser feito no qual o metal fundido pode ser derramado.

A areia usada no processo de fundição de metal pode ser verde areia (argila molhada) ou conjunto de ar areia (areia seca com adesivo).

Outros processos de elenco

Existem dezenas de outros processos de fundição de metal usados ​​na fabricação, incluindo moldagem em loma e moldagem em concha - ambos processos de molde descartáveis ​​- e processos de molde permanente, como fundição centrífuga e fundição contínua.

Pressão de fundição:alta ou baixa?

A fundição sob pressão de metal é um valioso processo de metalurgia e pode ser dividida em duas categorias adicionais:fundição de alta pressão e fundição de baixa pressão. A escolha da pressão certa depende de fatores como material, espessura da parede e tamanho da peça.

Fundição de alta pressão é uma técnica mais comum do que a fundição sob pressão de baixa pressão e é usada duas vezes mais.

Ideal para ligas macias como alumínio e zinco, a fundição sob pressão envolve forçar o metal líquido no molde em alta pressão e alta velocidade, exigindo uma prensa poderosa para manter o molde fechado. O processo é, portanto, mais caro do que a fundição de baixa pressão.

Vantagens da fundição de alta pressão:

• Produção rápida
• Paredes finas possíveis
• Acabamento de superfície suave
• Encolhimento mínimo

Fundição de baixa pressão é uma forma mais lenta de fundição sob pressão que força o metal fundido no molde mais suavemente. É adequado para ligas com baixo ponto de fusão. Embora mais lento do que a fundição de alta pressão, o processo de fundição de metal a baixa pressão é adequado para geometrias complexas e pode produzir peças muito fortes.

Vantagens da fundição de baixa pressão:

• Partes fortes
• Geometrias complexas

Metais fundidos

Uma variedade de metais é adequada para o processo de fundição. No entanto, os três materiais de fundição mais comuns aceitos pelo 3ERP são alumínio, zinco e magnésio.

Fundição de alumínio

A fundição de alumínio é o meio mais difundido de formar alumínio. É usado para fabricar itens como peças industriais e automotivas como transmissões e motores a partir de ligas como A380 e A383.

Existem algumas maneiras de realizar a fundição de alumínio. A fundição de alumínio é excelente para produção de alto volume devido à sua velocidade e excelente acabamento superficial; a fundição em molde permanente é adequada para peças de alumínio extra-resistentes; e a fundição em areia é adequada para a fundição de alumínio de pequenas quantidades e geometrias complexas.

Independentemente do processo de fundição, o alumínio fundido produz peças fortes e leves e, portanto, altamente versátil.

Fundição de zinco

As ligas de zinco são metais populares, acessíveis e amplamente disponíveis, adequados para fundição. A fundição de zinco normalmente envolve fundição de alta pressão, permitindo altas taxas de produção e requisitos mínimos de pós-processamento.

Devido à alta fluidez de fundição do zinco, a fundição de zinco pode resultar em peças com paredes muito finas e detalhes finos. O zinco também pode ser enformado a frio para uma melhor união.

Os fabricantes podem escolher entre ligas de zinco ZAMAK ou ligas de zinco-alumínio (ZA). As peças de zinco fundido incluem componentes automotivos, peças de ar condicionado e componentes eletrônicos.

Fundição de magnésio

A fundição - em particular a fundição sob pressão de alta pressão - é de longe o processo metalúrgico mais comum para a fabricação de peças de magnésio, representando cerca de 98% da produção de peças de magnésio.

Como o magnésio é o mais leve de todos os metais estruturais, é ideal para aplicações de redução de peso. Outras vantagens da fundição de magnésio incluem paredes muito finas, detalhes excelentes e uma boa relação rigidez-peso.

Em pequenas quantidades, as peças de magnésio também podem ser feitas usando fundição de gesso, embora a fundição de magnésio seja melhor para aplicações profissionais.

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