Fundição em Areia do Seu Produto: Técnicas Especializadas para Peças Metálicas de Precisão

Veja o processo de fundição em areia verde

Embora existam muitos tipos de fundição de metais, a fundição em areia é de longe o tipo mais comumente usado.

O processo soa enganosamente simples. Uma réplica do item metálico desejado é pressionada na areia de fundição, onde cria um "negativo" oco do objeto. Esse vazio é preenchido com metal fundido, capturando seus detalhes. Quando o vazio esfria, o objeto metálico é puxado da areia, com o projeto original fielmente capturado.

Qualquer um que já construiu um castelo de areia complexo ou escultura de areia tem alguma experiência com como a areia pode ser boa em capturar pequenos detalhes. Além de ser maleável, a areia é barata e resistente nas condições de alto calor necessárias para fundição de metais.

A premissa básica da fundição em areia

Fundição em areia pode ser feita em qualquer espaço terroso que mantenha sua forma em torno de metal fundido. Neste vídeo, alumínio líquido é vazado em um ninho abandonado de formigas de fogo. Após o metal esfriar, é desenterrado e limpo, e a fundição resultante capturou a forma do habitat.

Artista cria escultura por fundição em areia em um formigueiro vazio

Quando as formigas construíram seu ninho, estavam confiando nas mesmas qualidades que os fundidores em areia: grãos de terra bem compactados podem criar estrutura resistente a colapso. Neste caso, o habitat mantém a forma mesmo quando alumínio fundido é introduzido.

Fundição em areia: um ofício habilidoso

Claro, formigas de fogo não criam espaços com fundição em mente. Durante a fundição em areia "na natureza", haverá problemas com escape de gases do molde, a permeabilidade de todas as partes do habitat, e a taxa de resfriamento em cada câmara. Áreas do metal podem ser enfraquecidas devido a taxas diferenciais de resfriamento — o que é irrelevante para uma peça de arte interessante e atraente que não suportará carga.

No entanto, estrutura e fraqueza do metal são relevantes para fundições industriais que lidarão com tensão mecânica, como peças de motor e elementos de construção. É lidar com estes aspectos da metalurgia que torna a fundição em areia dependente de técnicas precisas e expertise.

Para iniciar o processo de fundição em areia, a areia de fundição é preparada em muladores, que misturam a areia, agente ligante e água. Aeradores são usados para soltar a areia e torná-la mais fácil de moldar. Cortadores de areia, que operam sobre uma pilha no chão de fábrica, podem ser usados em vez de muladores. Entrega da areia ao piso de moldagem pode ser por meio de caminhões basculantes ou de concha ou por transportadores de correia.

No piso de moldagem a areia é formada em moldes; os moldes podem ser colocados no chão ou entregues por transportadores a uma estação de vazamento. Após o vazamento, as fundições são removidas dos flascos. Areia aderente é removida por uma estação de desagregação. A areia usada é devolvida aos silos de armazenamento por transportador de correia ou outros meios.

Existe uma enorme variedade de equipamentos e métodos disponíveis para a fundição. Estes variam de dispositivos simples de economia de trabalho para trabalhadores de fundição, a unidades completamente mecanizadas que fazem tudo, da moldagem à desagregação. O nível de automação que uma fundição usa baseia-se na economia da linha de produção. Uma empresa produzindo milhares de peças similares, como um fabricante automotivo, pode usar mais automação que uma fundição de "trabalhos" que faz ciclos menores de peças muito diferentes.

Seja automatizada ou não, fundições usam os mesmos tipos de ferramentas na produção de fundição em areia. Um flasco é uma estrutura rígida usada para segurar a areia que forma um molde. Flascos geralmente consistem de duas partes: a seção superior, chamada cope, e a seção inferior, o drag. Quando mais de duas partes são usadas, as seções intermediárias são chamadas bochechas. Em muitas fundições, este flask é colocado em uma "tábua de fundo". Esta tábua é usada para que, conforme o flask é removido, o molde ainda possa ser movido para remoção do modelo, vazamento e outros passos importantes.

Fundições usam três versões de flascos: apertados, de encaixe e deslizantes. Flascos apertados permanecem no lugar enquanto o molde é enchido com metal. Flascos de encaixe são articulados em um canto e travam no canto diagonal oposto. Moldadores desengancham e removem estes flascos após fecharem o molde. Flascos deslizantes são de construção sólida e afilam de cima para baixo em todos os quatro lados: deslizam para fora de um molde de areia fechado facilmente. Flascos de encaixe ou deslizantes permitem ao moldador fazer muitos moldes com um flask.

Antes de vazar moldes de flask de encaixe ou deslizante, uma jaqueta de vazamento de madeira ou metal é colocada ao redor do molde e um peso posto no topo para manter o cope de não levantar. As seções de cope e drag em todos os flascos são mantidas em alinhamento adequado por pinos e guias do flask.

Flascos podem ser enchidos com areia por pá manual, alimentados por gravidade de tremonhas superiores, carregados por correia contínua de um silo, ou enchidos firmemente com lançadores mecânicos de areia. Moldes muito grandes podem ser enchidos por um guindaste superior equipado com uma concha.

Compactação manual é o método mais simples de compactar areia. Para aumentar a taxa, compactadores pneumáticos são usados. O método é lento porque a areia é compactada em camadas, e é difícil obter densidade uniforme. Resultados mais uniformes e taxas de produção mais altas são obtidos por máquinas de prensagem. Prensas operadas manualmente eram limitadas a moldes pequenos e agora são obsoletas. Máquinas operadas a ar funcionam para moldes maiores e são também muito mais rápidas. Máquinas de moldagem por prensagem produzem a maior densidade de areia no topo do flask e mais macia perto da linha de separação do modelo.

Em máquinas de moldagem por impacto, o modelo é colocado em uma placa presa ao topo de um cilindro de ar. Após a mesa ser levantada, uma porta de liberação rápida abre, e o pistão, placa e molde caem livremente contra o topo do cilindro ou almofadas de impacto. O impacto compacta a areia. As densidades produzidas por esta máquina são maiores junto à linha de separação do modelo e mais macias perto do topo do flask. Como unidade separada, é usada principalmente para trabalhos médios e grandes. Onde máquinas de impacto simples são usadas em trabalhos grandes, é usual compactar o topo do flask manualmente com um martelo de ar.

Máquinas de impacto-prensagem usam tanto o procedimento de impacto quanto de prensagem. A placa é montada em dois cilindros de ar: um cilindro pequeno para impacto, e um grande para prensar o molde. São amplamente usadas para trabalhos pequenos e médios, com modelos de placa de correspondência ou com canais.

Às vezes, dispositivos de extração de modelo podem ser incorporados com máquinas de impacto ou prensagem. Estas máquinas removem o modelo do molde automaticamente. A remoção do modelo também pode ser realizada usando máquinas de impacto-virar-extrair ou impacto-prensagem-rolar-extrair. Estas máquinas vibram o molde para permitir que o modelo seja mais facilmente retirado: a energia cinética da vibração move-se diferentemente através da areia que através do metal e ajuda os componentes a se separarem. Máquinas de rolar-extrair viram o molde de cabeça para baixo para deixar o modelo cair mais facilmente. Máquinas de virar inclinam o molde mas não vão tão longe.

O lançador de areia é o tipo mais amplamente aplicável de máquina de compactação. Consiste em uma bomba rotativa chamada impulsor que fica na extremidade de um braço de dupla articulação. Este braço tem transportadores montados sobre ele que alimentam areia ao impulsor. O impulsor gira em alta velocidade e dá à areia a velocidade para compactar firmemente no molde no impacto. A cabeça da máquina pode ser direcionada a todas as partes do flask. Isso pode ser feito manualmente em máquinas maiores ou controlado automaticamente em linhas de produção de alta velocidade para moldes menores.

Vibradores são usados em todas as máquinas de extração de modelo. Estes libertam o modelo da aderência da areia antes da remoção. Seu uso reduz danos ao molde ao mínimo quando o modelo é extraído e tem a vantagem adicional de produzir fundições de tamanho mais uniforme. Vibradores são geralmente operados a ar.

Pequenas fundições podem ser vazadas usando métodos de moldagem em pilha. Neste caso, cada flask tem uma cavidade de drag moldada em sua superfície superior e uma cavidade de cope em sua superfície inferior. Estes são empilhados um sobre o outro a uma altura adequada e vazados de uma cana de vazamento comum.

Metalurgia e o movimento maker

Metalurgistas antigos fundiam bronze e latão em pequenas operações de poucos artesãos. Então, ao longo do longo período da Idade do Ferro, e continuando através da Revolução Industrial, fundições tornaram-se grandes operações especializadas em gerenciar as temperaturas extraordinariamente altas necessárias para fazer fundições de aço e ferro e acompanhar as demandas de produção de uma economia crescente. Recentemente, houve um movimento para recuperar habilidades de fabricação tradicionais. Hobbyistas com fundições caseiras usam metais com temperaturas de fusão mais baixas que ferro e aço devido a preocupações de segurança e complexidade, mas muitos dos passos que dão são os mesmos. Assistir o processo se juntar pode desmistificar o trabalho de fundição.

Criador do YouTube The King of Random demonstra fundição de alumínio neste vídeo curto de sua Mini Fundição de Metal caseira. Para a maioria de suas fundições, ele usa um método de "Fundição em Espuma", uma forma de fundição por investimento onde uma forma de poliestireno é enterrada em areia de playground solta. Em 6:42, ele mostra como a fundição em areia verde produz um acabamento de superfície mais agradável. O recipiente de madeira que ele usa forma um "flask apertado".

King of Random demonstra fundição com sua fundição caseira de metal.

Um dos aspectos importantes deste vídeo é o foco na segurança. Vemos como esfolamento pode acontecer quando metal quente é vazado sobre concreto: um acidente incrivelmente perigoso que é a razão pela qual muitas fundições são projetadas com pisos de terra. Fundição de metal é interessante e divertida, mas o risco de ferimento grave é alto.

Fundição em areia: uma tradição inovadora

Fundições têm fabricado objetos metálicos por milênios, e durante esse tempo, a premissa básica da fundição em areia permaneceu a mesma: vazer metal em um vazio feito de grãos de areia bem compactados. Objetos fundidos em areia são onipresentes na era industrial: uma parte importante da maioria das máquinas industriais, motores e muitos acessórios arquitetônicos. No entanto, a indústria tem inovado para ajudar a aumentar segurança, tamanho, consistência e velocidade, e esta forma de fabricação sustenta a inovação de inventores e designers criando as tecnologias de amanhã. A fundição em areia é então um interessante conjunto de paradoxos. É um processo que parece simples, mas requer complexidade e ofício para aperfeiçoar. É tanto uma das habilidades mais tradicionais quanto um local de inovação constante e contínua. Não é de admirar que hoje o trabalho da fundição esteja sendo redescoberto por hobbyistas e curiosos, buscando entender a história dos objetos que usamos todos os dias.