Fundição em Areia Explicada: Etapas, Aplicações e Vantagens

O que é Fundição em Areia?

Na fundição em areia, metal fundido é vertido em uma cavidade de molde de areia descartável por gravidade ou força, onde solidifica para formar a peça no formato da cavidade. Um objeto 3D formado por este processo também é chamado de fundição. As fundições em areia mais comuns incluem blocos de motor e cabeçotes de cilindro.

É o processo de manufatura de fundição de metal mais amplamente utilizado, respondendo por uma porcentagem significativa do total fundido em peso. Durante o processo de fundição em areia, o material é aquecido à temperatura correta para fundir e às vezes tratado para modificar a composição química para atingir as propriedades de material requeridas. Então, o metal fundido é vertido em um molde que tem a cavidade de formato desejado para esfriar e solidificar.

Para produzir as fundições em areia da melhor qualidade no menor custo possível, os projetistas devem dar atenção cuidadosa a vários requisitos do processo e entender as limitações da fundição em areia. Existem 8 elementos-chave da fundição em areia, a saber: ângulo de desmoldagem, linha de separação, rebaixos e machos, seções transversais, espessura de parede, cantos e ângulos, design de junções, folga de fundição, que precisam ser levados em consideração para evitar armadilhas comuns que engenheiros mecânicos enfrentam durante o processo de fundição em areia.

Defeitos ou desvantagens serão um problema apenas se afetarem a funcionalidade da peça. Então, a seleção de um processo de manufatura adequado é vital para satisfazer o requisito funcional da peça.

Características da Fundição em Areia

Fundição em areia é o mais versátil entre os métodos de manufatura e dá aos engenheiros a liberdade de projetar peças complexas de um número ilimitado de metais e ligas.

• Mais de 70% de todas as fundições de metal são produzidas via este processo
• Fundição em areia pode ser produzida em uma ampla gama de tamanhos, de pequenas estátuas a peças pesando mais de 100 toneladas
• Peças muito complexas podem ser produzidas facilmente e em uma única peça
• Baixa precisão dimensional
• Acabamento superficial ruim
• Altamente adaptável e pode ser usada para manufatura em massa

Como funciona o processo de Fundição em Areia?

Elementos do sistema de alimentação (gating system)

Um dos processos de fundição de metal mais comuns é a fundição em areia, e seu molde é feito de duas metades. Duas metades são contidas dentro de uma caixa chamada flask, a metade superior é chamada de cope, e a metade inferior é chamada de drag. Como mostrado na imagem abaixo, o flask também é dividido em duas metades. A linha que separa as duas metades é chamada de linha de separação (parting line).

Etapas da fundição em areia

As seguintes são as sete etapas principais do ciclo de fundição em areia:

1. Etapa de fabricação do modelo na qual uma réplica do objeto a ser fundido é feita de material adequado. O modelo geralmente é superdimensionado para permitir encolhimento do metal durante a fase de resfriamento.
2. Na etapa de fabricação do molde, um molde de areia é formado compactando areia no molde ao redor do modelo. O molde de areia é dividido em duas metades, a metade superior é chamada de "Cope", e a parte inferior é chamada de "Drag". Quando o modelo é removido da cavidade, forma-se o espaço para verter o metal fundido. O molde terá outras características como Canal de alimentação (sprue), canais (runners), porta de vazamento (gate), bacia de vazamento (pouring cup), alimentador (riser) etc., que são discutidos em detalhes depois.
3. A etapa de fechamento envolve as duas metades do molde Cope e Drag firmemente fechadas juntas, prontas para vazamento do metal.
4. Vazamento – metal fundido é mantido a uma temperatura definida. Metal fundido é vertido rapidamente para evitar solidificação precoce.
5. O metal fundido vertido começará a esfriar e solidificar uma vez dentro da cavidade. A maioria dos possíveis defeitos de fundição em areia são introduzidos nesta etapa de solidificação.
6. Uma vez decorrido o período de resfriamento, o molde pode ser sacudido/quebrado e a fundição removida.
7. Acabamento envolve limpeza e remoção da seção que estava conectada à peça principal, como canal, sprue, etc.

Vantagens e desvantagens da fundição em areia

Para entender qualquer processo de manufatura, primeiro, cuidadosa consideração deve ser dada não apenas para suas vantagens, mas importantemente para suas potenciais limitações e dificuldades do processo.

Vantagens

• Flexibilidade de design – O tamanho e peso das peças podem variar de alguns milímetros e gramas a metros e muitas toneladas. O tamanho e peso da fundição são limitados apenas pela restrição imposta pelo manuseio e fornecimento de metal fundido. Logo, peças grandes podem ser produzidas.
• Formas de alta complexidade – Nenhum outro processo oferece a mesma gama de possibilidades para moldar características complexas como a fundição que produz componentes near-net-shape.
• Ampla escolha de materiais – Virtualmente todos os tipos de ligas de engenharia podem ser fundidos, desde que possam ser fundidos.
• Baixo custo de ferramental – Custos de ferramental e equipamento são baixos comparados a outros processos de manufatura de metal. Tornando-o um dos métodos mais baratos para alcançar componentes near-net-shape.
• Curto lead time – Lead time curto comparado a outros e, portanto, ideal para pequenas séries de produção.
• Menos desperdício – Sucata de metal pode ser reciclada

Desvantagens

• Baixa resistência do material – Baixa resistência do material devido a alta porosidade comparado a uma peça usinada.
• Baixa precisão dimensional – Encolhimento e acabamento superficial, a precisão dimensional é muito ruim.
• Acabamentos superficiais ruins – Devido à textura da superfície da parede interna do molde de areia.
• Defeitos inevitáveis – Como qualquer outro processo metalúrgico, defeitos ou variações de qualidade como retração, porosidade, defeitos de vazamento de metal, defeitos de superfície são inevitáveis. Porosidade é alta em fundições em areia comparado a outros processos de fundição como fundição sob pressão (die casting) e fundição de precisão (investment casting).
• Pós-processamento – Operação de usinagem secundária é frequentemente necessária se tolerância mais apertada for necessária para interface com outras partes de acoplamento. Custo de processamento é alto comparado a custo de ferramental e material.
• Risco maior – Perigos de segurança para humanos e problemas ambientais
• Problemas de produção – Remoção do modelo de peças finas e pequenas é desafiadora

Leitura recomendada

• Kalpakjian, S., & Schmid, S. R. (2009). Manufacturing Engineering & Technology (Sixth edition ed.). London: Pearson.