Design de fundição de metal — vida de uma fundição

Engenharia de fundições de metal para qualidade e valor

Um bom design de fundição de metal significa criar o molde mais simples que produzirá a forma desejada. Este processo requer conhecimento especializado de metais e métodos de fundição para encontrar o melhor valor em uma fundição de qualidade.

Os usuários finais geralmente precisam saber como um objeto de metal fundido se comportará quando for atingido, em diferentes condições de calor e, mais importante, sob carga. Vai deformar, rachar ou deformar com o tempo? Esses requisitos mecânicos determinam que tipo de metal é melhor para um produto. Projetos de metal também podem exigir um certo grau de acabamento por razões estéticas ou mecânicas. Um engenheiro ou designer escolhe metais e métodos de fundição para atender a essas necessidades e cria um projeto usando sua experiência de como o material e o método influenciam um ao outro na fundição. Conhecer o comportamento do metal nos estados líquido, resfriado e sólido é importante ao criar um projeto que minimizará os problemas no chão de fábrica.

Variáveis ​​no projeto de fundição de metal

Fundição de metal

Existem quatro características principais do metal que afetam o resultado de um projeto de fundição:

• Fluidez é a facilidade com que vários metais fluem em estado fundido. Quanto mais fluido um metal é quando líquido, melhor ele pode capturar pequenos detalhes dentro de um molde.
• Encolhimento é a taxa de contração do metal fundido à medida que esfria do estado líquido. A contração líquida descreve a taxa de contração quando o metal começa a esfriar, a contração de solidificação descreve o ponto no tempo em que o metal começa a congelar de líquido para sólido e a contração sólida quando o metal endurece. Essas taxas podem prever deformações e defeitos que podem ocorrer durante o resfriamento. Se partes do design congelarem muito mais rápido do que outras, isso pode desafiar a integridade da fundição.
• Formação de escória ou escória descreve a presença de inclusões não metálicas em uma peça fundida e onde elas são aceitáveis ​​(superfície) ou prejudiciais (subsuperfície).
• Temperatura de vazamento é a temperatura na qual uma determinada liga pode ser vazada; quanto mais quente o metal, mais desafios de produção se apresentam.

Transferência de calor

Duas taxas de transferência de calor diferentes afetam a rapidez com que um metal se solidifica dentro de um molde. Uma é a dispersão de calor do metal através de si mesmo, e a outra a taxa de transferência de calor de onde o fundido toca o molde. Essas taxas ajudam a determinar o diferencial geral de temperatura através da fundição, bem como o resfriamento diferencial que pode ocorrer quando as seções da fundição mudam de estado primeiro.

Padrões de solidificação

Normalmente, uma peça fundida esfria mais rapidamente onde está tocando o molde, cristalizando da borda para dentro. Conhecer as taxas de cristalização, transferência de calor e encolhimento de um determinado metal permite que um engenheiro ou metalúrgico preveja o padrão de cristalização através da fundição. Ao procurar minimizar os problemas de encolhimento, os moldes são projetados com esses padrões de solidificação em mente. Partes do molde podem ser resfriadas com resfriamento para criar um encolhimento mais rápido em uma seção. Outras partes da fundição podem ser conectadas a reservatórios, chamados risers, que alimentam lentamente o metal líquido em uma fundição de resfriamento para evitar a formação de cavidades à medida que o metal solidificado encolhe.

Mudanças de formato e tamanho de seção

Pontos quentes em fundidos de resfriamento podem ser formados onde há aumento da espessura do material. Sempre que possível, é útil projetar peças fundidas de espessura uniforme, mas quando isso não for possível, os projetos podem minimizar a tensão alterando gradualmente a inclinação das paredes e garantindo que em todos os locais a espessura mínima do metal seja preservada.

Conexões entre seções

Ângulos agudos em junções entre seções são uma área que os engenheiros estão atentos ao considerar a espessura da fundição. A menos que um designer seja cuidadoso, duas ou mais seções de uma peça fundida que se juntam podem criar um volume maior de metal no ponto em que as seções se encontram. Se o designer suaviza esses cantos arredondando-os para longe de ângulos agudos, esse volume pode ficar mais consistente com os volumes de metal em ambos os lados.

Estabilidade do molde

O molde de fundição deve ser capaz de lidar com o comportamento do metal enquanto ele esfria. Expansão, contração e desgaseificação (gases que evoluem do molde durante o vazamento que ficam presos no fundido solidificado) são todas possibilidades, dependendo do metal que está sendo usado. Os materiais utilizados no molde devem ser capazes de suportar o metal em todos os estados, sem fratura ou colapso.

Capacidade de acabamento de superfície

Diferentes métodos de moldagem produzem diferentes acabamentos. Se um produto precisa de um acabamento fino, os processos de moldagem tendem a ser mais caros. Em alguns casos, os acabamentos de precisão são necessários apenas para parte do produto, e parte da peça fundida pode ser usinada após ser desmoldada:nesses casos, o metal precisa ser facilmente usinável. Acabamentos muito lisos tendem a vir de processos de moldagem mais intensivos e, portanto, mais caros, mas para objetos grandes isso é menos caro do que usinar toda a superfície.

Outras considerações de projeto de molde

Para produzir uma excelente fundição a um bom preço, o projetista deve minimizar ou eliminar machos caros, calados profundos e cortes irregulares.

Rascunhos

Rascunhos referem-se ao afunilamento nas paredes verticais de uma peça fundida. Estes são necessários para que um padrão, que é a imagem “positiva” do objeto que está sendo projetado, possa ser removido sem perturbar as paredes do molde.

Núcleos

Os núcleos são usados ​​para criar buracos ou vazios intencionais dentro de uma peça fundida. Eles são projetados para queimar durante a moldagem ou sacudir depois. Eles geralmente são caros para produzir e, em alguns projetos, podem ser evitados alterando a “linha de partição” do molde ou a orientação da fundição.

Linhas de separação

As linhas de partição são criadas onde as duas metades de um molde se unem. Risers e portões são frequentemente colocados ao longo da linha de partição e, por causa disso, pode haver necessidade de trabalho extra em metal após a remoção da fundição, para remover material extra. Também pode haver vazamentos de metal na linha de partição, geralmente finos e planos:isso é chamado de rebarba, e a remoção de rebarba é uma etapa comum após a fundição.

Excelência em design de elenco

Ao projetar uma fundição de metal, entender a relação entre materiais e métodos é fundamental para fazer um produto de qualidade e valor. As dependências entre metal e molde são complexas. Conhecer as propriedades mecânicas necessárias para o produto final influenciará qual metal é necessário; o comportamento do metal nos estados líquido, resfriado e sólido determinará algumas das necessidades do molde. Por exemplo, metais com menos fluidez podem se sair melhor em moldes com menos detalhes:metais que são muito quebradiços no resfriamento podem ser menos adequados para projetos com bordas afiadas que são propensas a lascar. A temperatura de fusão necessária também determinará os desafios do processo no piso da fundição – por exemplo, o alto ponto de fusão do aço requer um nível mais alto de monitoramento e precisão em todo o processo de fundição. A experiência e a comunicação entre projetistas, engenheiros e metalúrgicos podem ajudar a criar um produto superior pelo menor preço.



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