Dominando Padrões de Fundição em Areia: Processo Chave para Fundições Metálicas Confiáveis

Na indústria metalúrgica, padrão de fundição é uma réplica que tem forma e dimensão similares à fundição. Os padrões de fundição são usados para pressionar no molde de areia para criar a cavidade oca que permite o metal fundido ser vazado e formando a fundição.

Na fundição em areia (seja fundição de ferro fundido, fundição de alumínio ou fundição de aço), um conjunto de padrão inclui padrão, sistema de alimentação, cabeçote de alimentação, riser e placa de padrão.

O material, design e estrutura do padrão colocam grande efeito na qualidade dos produtos. Similarmente, o custo de execução e fabricação do padrão pode ser bem consciente nas despesas de fundição.

Materiais de padrão de fundição na fundição metálica

Dicas para escolher materiais de padrão

– Robusto e durável: escolha materiais de padrão que durem muito, não empenem ou mudem forma durante o processo de fundição.

– Anti-abrasão e resistência à água: é vital escolher materiais que sejam resistentes à água e anti-corrosão para proteger os padrões de fundição de ferrugem e degradação.

– Fácil de formar: não afetado por mudanças de temperatura e umidade.

– Baixo custo e menor peso: isso garante um equilíbrio entre custo e lucro para sua fundição.

Escolher material para fabricação de padrão

Para garantir estes critérios acima e depender da indústria específica, os materiais de padrão devem ser considerados com sua flexibilidade. Metal, madeira e plástico são os materiais prioritários no processo de fabricação de padrão.

• Padrões metálicos: Os padrões feitos por metal garantirão a dureza bem como serão fáceis de moldar. No entanto, a fraqueza dos padrões metálicos é que é fácil de enferrujar e apresenta massa pesada. Além disso, material de padrão metálico também requer dispositivos avançados e é difícil de reparar causando custo mais alto em comparação geral.

Há metais comumente usados no processo de fabricação de padrão como ferro cinzento, aço, alumínio e magnésio. Cada um destes materiais de padrão tem uma propriedade de retração diferente.

• Padrões de madeira: é um material de padrão muito popular devido à sua disponibilidade e massa pequena. Adicional, madeira pode ser formada facilmente com custo muito mais barato que padrões metálicos. No entanto, o lado negativo do padrão de madeira é fácil de absorver umidade e empenar.
• Padrões de plástico: Plástico e fibra de vidro são tendências hoje porque sua maior vantagem é massa leve, à prova d'água e resistente a químicos. Além disso, o acabamento superficial do plástico é excelente brilho. No entanto, a desvantagem deste material é fácil de trincar ao enfrentar forte impacto ou vibração durante o processo de fundição.
• Outros materiais: Cera e gesso de Paris também são usados como materiais de padrão para o processo de fundição mas é apenas preferível na técnica de fundição por investimento.

Tipos de padrão de fundição na metalurgia

Há uma gama de tipos de padrão em fundição metálica e cada tipo atende a requisitos específicos de fundição. Aqui VIC classifica os principais 3 tipos de padrão de fundição mais vistos em fundição metálica.

1. Padrões de Peça Única

Padrão de peça única é o tipo de padrão mais barato. Este tipo é frequentemente usado no caso onde a fundição é simples, a superfície é plana e o volume de produção é pequeno, bem como em desenvolvimento de protótipo.

2. Padrões Divididos ou de Duas Peças

Padrão de duas peças é comum na fundição de objetos intrincados. Este tipo de padrão é dividido em planos de partida e a posição do plano é decidida pela forma da fundição.

O padrão é dividido em duas partes, uma das partes é moldada no drag e a outra é moldada no cope. A parte cope sempre tem pinos de posicionamento que combinam com os furos precisamente feitos na parte drag do padrão.

3. Padrões Segmentados ou de Múltiplas Peças

Padrão de múltiplas peças prefere fundir peças de fundição super complicadas que são impossíveis de fazer por outros métodos de fabricação de padrão. Este padrão tem três partes: topo, meio e parte inferior.

A parte superior é parte cope, a parte inferior é parte drag e a do meio é parte checkbox. É usado em vários tipos de juntas como junta de esquadria, junta de pino.

Processo de fabricação de padrão de fundição em fundição

1. Projeto do padrão

O departamento técnico trabalhando em fabricação de padrão de fundição tem que considerar cuidadosamente o desenho de fundição para projetar padrão tão apertado e eficaz quanto esperado.

Os pontos mais importantes a levar em conta incluindo plano de partida, forma e dimensão da fundição e núcleo, mais material do padrão.

Passo 1: Decidir o plano de partida

Geralmente o plano de partida coincide com a linha de partida do molde.

Se o padrão é do tipo peça dividida ou padrão de múltiplas peças, as partes superior e inferior devem ser claramente definidas mesmo quando a superfície de divisão é simétrica.

Passo 2: Determinar a forma e dimensão do suporte de impressão do núcleo

Suporte de impressão do núcleo é usado para suportar a impressão do núcleo para ser fixada no molde.

Tolerância do suporte de impressão do núcleo afetará diretamente a tolerância dimensional dentro do molde. Portanto, precisa considerar a forma da impressão do núcleo, espaço entre o núcleo e padrão junto com processo de montagem do padrão para projetar exatamente o suporte de impressão do núcleo.

Passo 3: Determinar dimensões do padrão e tolerâncias

Com o padrão tem planos de partida, cada parte tem uma dimensão diferente e uma vez que estas partes são montadas, elas têm que ser respectivamente com a dimensão da fundição.

Se o padrão é feito de metal, quando condensado, ele encolherá. Portanto, se você tomar o tamanho correto do desenho de fundição como modelo, o tamanho da fundição será menor significativamente. Para resolver este problema, a cavidade do molde deve ser ampliada e o tamanho do padrão deve ser maior que o tamanho da fundição por uma proporção de retração do metal. Isso é determinado baseado em tolerâncias de padrão.

Passo 4: Determinar os materiais do padrão

• Padrão de madeira: Se o padrão é pequeno, pode ser feito de madeira sólida. Se o padrão é maior e mais complicado, deve ser feito de madeira serrada. Para representar um desenho de padrão de madeira, você pode desenhar vistas completas e seções, ou usar símbolos de peça de quebra-cabeça para economizar tempo e facilitar a leitura.
• Padrão metálico: Aplicável a produção em massa ou pedido de alto volume. Se o volume do padrão é grande, é aconselhável fazer padrão com metal oco interno para reduzir peso e economizar custos de material. Se o padrão é pequeno, então escolha metal sólido.

Passo 5: Localizado durante montagem do padrão

Para amostras circulares com plano de partida perpendicular ao eixo centrífugo, apenas 1 pino de posicionamento é necessário.

Para outros tipos, use 2 ou 3 pinos de posicionamento.

Em princípio, quanto maior a distância entre pinos de posicionamento, mais precisa é a posicionamento. A estrutura de pino e furo deve ser de tamanho razoável para fácil retirada e desmontagem. Para padrões com planos divididos, os pinos de posicionamento da parte cope devem combinar com os furos precisamente feitos da parte drag.

Além disso, no desenho do padrão é necessário especificar a lisura da superfície e cor da tinta das partes do padrão.

2. Tolerâncias de padrão de fundição

Tolerâncias de padrão refletem as propriedades do metal de fundição. Quando o padrão é feito, certas tolerâncias devem ser dadas nos tamanhos especificados no desenho do componente acabado para que uma fundição com a especificação particular possa ser feita.

Há tolerâncias como as seguintes:

Retração de solidificação (ou tolerância de contração)

A maioria dos metais tem retração durante o resfriamento, que é a transição de líquido para sólido (chamada retração líquida) e resfriamento em forma sólida (chamada contração linear).

Retração de um líquido é uma diminuição de volume durante a solidificação (de líquido para sólido). A retração líquida é contabilizada por alimentadores, que alimentam o metal líquido para a fundição, são fornecidos no molde.

Retração sólida é redução de tamanho enquanto reduz calor quando a fundição de metal está em estado sólido. Para contabilizar isso, tolerância de retração é fornecida nos padrões.

Taxa e nível de retração dependem do que o material é. A tabela a seguir mostra taxas de retração para diferentes metais.

Material	Retração
Ferro cinzento	1%
Aço	2%
Cobre/Alumínio	1.5%
Ferro branco	1.5%
Magnésio	1.6%

Nota: Retração também depende do tamanho do material, quanto maior o tamanho, maior a retração.

Em essência, a fórmula de retração do processo de fabricação de padrão é:

Tamanho do padrão = tamanho da fundição + retração do metal

No entanto, ao registrar no desenho, ainda é requerido tomar dados de acordo com o desenho de fundição. Ao fabricar padrões, use proporções de tamanho dependendo de diferentes ligas de fundição.

Tolerância de inclinação ou conicidade

Quando o padrão é removido do molde de areia, as paredes do molde podem ser esfregadas com o padrão resultando no padrão sendo rasgado e danificado. Para evitar isso, conicidade em todas as superfícies verticais do padrão deve ser criada, isso é chamado tolerância de inclinação.

Aqui, no momento em que a elevação do padrão começa, todas as suas superfícies estão longe da superfície de areia. Portanto, o padrão pode ser removido sem danificar a cavidade do molde.

O ângulo de inclinação é criado para todas as faces do padrão, que são paralelas à direção de extração para facilitar o processo de retirada. Dependendo do tamanho das faces externas, o valor do ângulo de inclinação está na faixa de 0.5 – 3 graus.

Material	Altura da superfície dada (pol)	Ângulo de inclinação (Superfície externa)	Ângulo de inclinação (Superfície interna)
Madeira	1 1 – 2 2 – 4 4 – 8 8 – 32	3.00 1.50 1.00 0.75 0.50	3.00 2.50 1.50 1.00 1.00
Metal, plástico	1 1 – 2 2 – 4 4 – 8 8 – 32	1.50 1.00 0.75 0.50 0.50	3.00 2.00 1.00 1.00 0.75

Tolerância de acabamento ou usinagem

A superfície da fundição coletada geralmente não está correta em tamanho, então usinagem, como torneamento ou retificação, deve ser feita para melhorar a qualidade do acabamento superficial.

Como a usinagem remove uma quantidade de metal da fundição, uma quantidade de metal chamada tolerância de usinagem deve ser compensada. A tolerância de usinagem é influenciada pelo método de fundição, tamanho da fundição, material de fundição e possibilidade de acabamento da fundição.

Metal	Dimensão (pol)	Tolerância (pol)
Ferro fundido	Até 12 12 a 20 20 a 40	0.12 0.20 0.25
Aço fundido	Até 6 6 a 20 20 a 40	0.12 0.25 0.30
Não ferroso	Até 8 8 a 12 12 a 40	0.09 0.12 0.16

Tolerância de distorção ou empenamento

Durante a solidificação, se a fundição tem forma L, U, V, T, … ou é mais fina que o comprimento, tenderá a ser deformada em planos verticais.

A razão que causa este problema é que tensões internas desenvolvidas no metal sólido. Estas tensões internas são causadas pelo resfriamento desigual de diferentes partes da fundição, que causa conflitos na condensação, é chamado tolerância de distorção ou tolerância de empenamento.

O remédio para esta situação é modificar o design da fundição na direção de inicialmente distorcer o padrão na direção oposta. O grau de distorção para corrigir é avaliado baseado na experiência do fabricante de padrão.

Tolerância de batida ou sacudida

No processo de remover o padrão do molde de areia, com padrões grandes ou fundição de alta precisão, é requerido bater ao redor da superfície vertical do padrão para expandir a cavidade do molde e então pegar o padrão mais fácil. Só se aplica àquelas dimensões que são paralelas ao plano de partida.

Para compensar isso, precisamos reduzir o tamanho original do padrão. Não há fórmula padrão para calcular esta tolerância porque depende muito do trabalhador.

Núcleo e impressão do núcleo

Um núcleo é usado para criar furos ou reentrâncias em uma fundição. O núcleo é geralmente feito de areia verde ou seca.

Impressão do núcleo é fornecida no molde para localizar, posicionar e suportar o núcleo. O núcleo de areia ficará naquela posição quando o metal fundido for vazado no molde.

O núcleo deve ser colocado horizontalmente, verticalmente ou pendurado dentro da cavidade do molde. No entanto, o núcleo não pode se auto-pendurar dentro da cavidade do molde sem qualquer suporte. A impressão do núcleo é preparada com a ajuda de projeções no padrão. Mas o problema é que enquanto remove o padrão, o molde é danificado devido à presença daquelas projeções. Portanto, padrão dividido é usado para processo de fundição no qual o núcleo é usado.

A impressão do núcleo deve ser de tamanho e forma apropriados para suportar o peso do núcleo e a flutuabilidade do metal fundido ao redor durante a fundição.

3. Fabricação do padrão

Projeto do sistema de alimentação

Cada padrão incluirá um sistema de alimentação para vazer metal líquido na cavidade do molde. O sistema de alimentação é muito importante porque regula a velocidade na qual o metal é vazado no molde. Se a velocidade for muito rápida pode causar corrosão do molde, se muito lenta pode causar o metal esfriar antes de preencher a cavidade.

Este sistema de alimentação consiste nas seguintes partes conectadas:

• Coppo de vazamento: é uma entrada em forma de cone no molde. Ajuda a controlar a turbulência do fluxo de metal e estabiliza a taxa de fluxo, bem como separa escória durante o vazamento.
• Canais de alimentação: um funil que leva metal fundido de um copo de vazamento para o canal de alimentação cônico, então através do canal de distribuição, entrando nos canais de entrada um após outro.
• Canal de entrada: é o fim do caminho, este é onde a Cavidade do Molde começa.

Há dois tipos de canais de entrada: canal de entrada grande e canal de entrada pequeno. Canais de entrada grandes são usados para resfriar o metal rapidamente e canais de entrada menores são usados para resfriamento lento. Dependendo do requisito na taxa de condensação da fundição, um canal de entrada razoável é usado.

• Alimentador (Riser): É uma cavidade de metal fundido e é parte do molde fornecida para compensar a retração do metal à medida que reduz temperatura e ajuda a prevenir buracos. Alimentador é onde o metal líquido resfria lentamente. Baseado no alimentador, o trabalhador saberá se o molde está cheio ou não.

Se a fundição tem furos no design, o núcleo deve ser colocado no molde para determinar a posição onde o metal não fluirá.

Às vezes é possível colocar resfriadores na superfície do padrão antes da fundição para resfriar localmente para determinar a ordem de resfriamento dos metais líquidos. Resfriadores podem ser facilmente recuperados e reutilizados pois são apenas peças de metal que têm temperatura muito mais fria e não grudam na fundição.

Sistemas de alimentação podem ser projetados manualmente ou usando softwares automatizados.

Detalhes sobre projeto de sistema de alimentação: https://vietnamcastiron.com/gating-system/

Fabricação do padrão

Como mencionado, padrões vêm em uma variedade de diferentes materiais, incluindo madeira, metal, plástico e cera. Madeira e materiais de padrão metálico são comumente usados para fundição em areia, enquanto cera é comumente usada para fundição por investimento.

Padrões têm diferentes complexidades, dependendo do tamanho, forma e quantidade requerida.

Na fundição por investimento, quando cada padrão de cera é destruído durante a fundição, um padrão de cera é necessário para cada fundição e estes padrões de cera são criados no molde. Cera é preenchida nestes moldes, e após resfriar, o molde é separado e o padrão de cera de peça única é extraído.

Para fundição em areia, normalmente o padrão é feito de metal ou padrão de madeira. Se alta precisão é requerida, será processado por máquina CNC.

Resumo

Assim, a VIC respondeu todas as perguntas sobre como fazer um padrão de fundição na indústria metalúrgica e notas no processo de fabricação de padrão.

O acabamento e tamanho da fundição dependem muito do padrão de fundição, e portanto, determina o sucesso da qualidade do produto de fundição. Portanto, a fabricação de padrão é uma profissão que requer experiência bem como alto nível de expertise de trabalho.

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