Repartição das técnicas de fundição em areia e fundição especial

O método de formação de peças fundidas (peças em bruto ou peças) com determinadas formas e propriedades, através da fusão de metal, do fabrico de moldes e do derrame do metal fundido na cavidade do molde, aguardando que arrefeça e solidifique, é designado por fundição. A fundição é amplamente utilizada na indústria de fabrico de máquinas e é um dos principais métodos de produção de peças em bruto ou peças.

O processo de moldagem por fundição tem as seguintes características:

• Adequado para o fabrico de peças em bruto ou peças com formas complexas, especialmente aquelas com cavidades internas complexas, tais como cilindros, caixas, corpos de bombas, corpos de válvulas, impulsores, etc.
• O tamanho das peças fundidas é quase ilimitado, desde peças de instrumentos eléctricos que pesam alguns gramas até estruturas de siderurgia que pesam centenas de toneladas, todas elas podendo ser formadas por fundição.
• O processo de produção de fundição é simples, os materiais utilizados são baratos e tem uma vasta gama de aplicações. Para alguns materiais com pouca plasticidade (como o ferro fundido), a fundição é o único processo de conformação para a produção de peças em bruto.

O processo de produção de peças fundidas envolve muitas etapas e os factores que afectam a qualidade das peças fundidas são complexos. É fácil produzir defeitos de fundição, tais como vazamento insuficiente, cavidades de retração, porosidade, buracos de areia e fissuras, resultando numa elevada taxa de refugo.

A moldagem por fundição divide-se em duas categorias principais: fundição em areia e fundição especial, com base em materiais de molde, métodos de moldagem e condições de vazamento. A fundição em areia é um método de fundição tradicional com processos flexíveis e baixos custos. A fundição especial refere-se a outros métodos de fundição para além da fundição em areia.

O desempenho de fundição de uma liga é o desempenho do processo exibido pela liga durante o processo de formação da fundição. A qualidade do desempenho da fundição afecta diretamente a qualidade interna e externa da peça fundida. Os principais aspectos do desempenho da fundição incluem a fluidez, a contração, a oxidação, a absorção de gás e a tendência de segregação da liga de fundição.

I. Fundição em areia

O método de fundição que utiliza areia de moldagem como material para preparar o molde é designado por fundição em areia, que envolve o derrame de metal fundido na cavidade do molde de areia e a obtenção da fundição depois de arrefecer e solidificar.

Na produção de peças fundidas, a peça utilizada para formar o contorno externo da peça fundida é designada por molde e a peça utilizada para formar a cavidade interna ou a forma local da peça fundida é designada por núcleo. O material utilizado para fazer o molde é designado por areia de moldagem e o material utilizado para fazer o núcleo é designado por areia do núcleo. A areia de moldagem e a areia do núcleo são coletivamente designadas por materiais de moldagem. O processo de fundição em areia é apresentado na Figura 1.

1. Moldagem

A moldagem é o processo de formação da cavidade interna do molde de areia utilizando um padrão, que forma o contorno externo da peça fundida após o vazamento. É o processo mais básico da fundição em areia e divide-se em duas categorias: moldagem manual e moldagem por máquina. A moldagem manual é utilizada principalmente para a produção de uma peça única ou de pequenos lotes, enquanto a moldagem por máquina é utilizada principalmente para a produção em massa.

(1) Moldagem manual

Existem muitos métodos de moldagem manual. De acordo com as características da caixa de areia, há moldagem de duas caixas, moldagem de três caixas e moldagem de poço; de acordo com as características do modelo, há moldagem de padrão sólido, moldagem de padrão dividido, moldagem de escavação de areia, moldagem de caixa falsa, moldagem de peça solta e moldagem de raspador.

Na fundição, a mesma peça fundida pode utilizar diferentes métodos de moldagem. O método específico a utilizar depende de factores como as características estruturais, o tamanho, o lote de produção e as condições de produção da peça fundida.

(2) Máquina de moldagem

A moldagem por máquina envolve a conclusão de todas as operações, tais como o enchimento do molde com areia (enchimento com areia), a compactação da areia e a remoção do padrão utilizando máquinas de moldagem. A moldagem por máquina tem uma baixa intensidade de mão de obra, uma elevada produtividade, uma qualidade de fundição estável e pequenas margens de maquinação. No entanto, a compactação da areia por moldagem por máquina não consegue penetrar na caixa do meio, pelo que não pode ser utilizada para moldagem de três caixas.

2. Fabrico de núcleos

A produção de núcleo é o processo de enchimento de areia de núcleo numa caixa de núcleo, compactação, corte e outros procedimentos para formar um núcleo. Uma vez que o núcleo é facilmente afetado pelo metal fundido e rodeado por metal fundido a alta temperatura durante o vazamento, é necessário que o núcleo tenha maior resistência, permeabilidade, refractariedade e colapsabilidade.

Para melhorar a resistência do núcleo, podem ser adicionados ossos de núcleo durante o fabrico do núcleo. Os ossos do núcleo pequenos utilizam frequentemente arame de ferro ou pregos, enquanto os ossos do núcleo médios e grandes utilizam frequentemente ferro fundido para formar uma estrutura. Para melhorar a permeabilidade do núcleo, podem ser escavados canais de ventilação no meio do núcleo para ligar ao exterior do molde. Para núcleos maiores, podem ser colocadas linhas de cera, coque, escória, etc., no meio do núcleo.

3. Derrame

O processo de vazamento de metal líquido para um molde é designado por vazamento. O vazamento é um dos passos importantes para garantir a qualidade das peças fundidas. As peças fundidas rejeitadas devido a razões de vazamento representam 20% a 30% do número total de peças fundidas rejeitadas. Por conseguinte, a temperatura e a velocidade de vazamento devem ser rigorosamente controladas durante o vazamento.

4. Sacudidelas e limpeza

(1) Agitação

O processo de remoção das peças fundidas do molde de areia é designado por desmoldagem. O processo de extração divide-se em extração manual e extração por máquina. O primeiro é utilizado para a produção de pequenos lotes de peças individuais, enquanto o segundo é utilizado para a produção em massa.

A chave para a desmoldagem é compreender o momento certo para abrir o molde. Se o molde for aberto demasiado cedo, a peça fundida não terá arrefecido o suficiente, causando defeitos como a deformação e o endurecimento da superfície, e a peça fundida formará tensões internas e fissuras. Se o molde for aberto demasiado tarde, ocupará espaço de produção e ferramentas, reduzindo a produtividade. O tempo de agitação está relacionado com o tamanho e a forma da peça fundida e o tipo de liga.

(2) Limpeza

Os processos de corte do sistema de canais, remoção do núcleo, remoção de rebarbas e rebarbas e limpeza da areia aderente após a agitação são designados por limpeza, para que a superfície da peça fundida cumpra os requisitos.

II. Fundição especial

A fundição em areia tem muitas vantagens e é amplamente utilizada, mas também tem algumas desvantagens, como a baixa precisão dimensional das peças fundidas, superfície rugosaA produtividade é baixa, a qualidade é instável e a intensidade do trabalho é elevada.

Para melhorar ainda mais a qualidade e a eficiência da produção de peças fundidas, foram descobertos alguns métodos avançados de fundição significativamente diferentes da fundição em areia comum. Estes métodos de fundição, que são significativamente diferentes da fundição em areia comum, são coletivamente referidos como fundição especial.

Existem muitos métodos de fundição especial, tais como fundição de investimento, fundição em molde de metal, fundição sob pressão, fundição centrífuga, fundição a baixa pressão, fundição em molde de concha, fundição em molde de cerâmica, fundição contínua, fundição a vácuo e fundição em molde magnético. Aqui, apresentamos os métodos mais utilizados, como a fundição de investimento, a fundição em molde metálico, a fundição sob pressão e a fundição centrífuga.

1. Fundição por cera perdida

A fundição por cera perdida é o método de fundição de precisão mais utilizado. Utiliza materiais fusíveis (como a cera) para fazer um padrão (padrão de cera), reveste o padrão com várias camadas de revestimentos refractários e, após endurecimento e secagem, funde o padrão e drena-o para fora do molde para obter um molde (casca) sem uma linha de separação. Após cozedura a alta temperatura e vazamento, obtém-se a peça fundida desejada. Uma vez que a cera é frequentemente utilizada para fazer padrões de cera na fundição de investimento, também é vulgarmente conhecida como fundição por cera perdida.

Características e aplicações da fundição por cera perdida:

• Peças fundidas de alta qualidade. A fundição por revestimento pode obter peças fundidas com elevada precisão dimensional e baixos valores de rugosidade superficial. A precisão dimensional geral pode atingir IT11~IT14, e o valor da rugosidade da superfície pode atingir Ra1.6~6.3μm. Portanto, as peças feitas por fundição de investimento podem alcançar menos ou nenhuma maquinação.
• Podem ser fundidas várias ligas, especialmente adequadas para aços de alta liga com pontos de fusão elevados e maquinação difícil, tais como ligas resistentes ao calor, aço inoxidável e aço magnético.
• Podem ser fundidas peças complexas de paredes finas com contornos nítidos. O diâmetro mínimo dos furos fundidos pode atingir 0,5 mm e a espessura mínima da parede pode atingir 0,3 mm.
• Os lotes de produção não são limitados. A fundição por cera perdida pode produzir dezenas de peças ou milhares de peças. Em condições de produção em massa, podem ser realizadas operações de linha de montagem mecanizadas.

A fundição por cera perdida é utilizada principalmente para produzir pequenas peças com formas complexas, requisitos de alta precisão e maquinação difícil, tais como lâminas de motores, pequenas peças em automóveis, tractores e máquinas-ferramentas. É também muito utilizada nas indústrias de telecomunicações, maquinaria, instrumentação e fabrico de ferramentas.

2. Fundição de moldes metálicos

O método de verter metal líquido num molde feito de metal para obter peças fundidas é designado por fundição em molde metálico. Uma vez que os moldes metálicos podem ser continuamente reutilizados centenas a milhares de vezes, a fundição em molde metálico é também designada por fundição em molde permanente.

Características e aplicações da fundição em moldes metálicos:

• Pode conseguir "um molde, várias peças fundidas", poupando tempo e materiais de moldagem, facilitando a mecanização e a automatização e melhorando a produtividade.
• As peças fundidas têm grãos finos, estrutura densa e elevadas propriedades mecânicas.
• As peças fundidas têm elevada precisão dimensional e boa qualidade de superfície. A precisão dimensional pode atingir IT12~IT14, e o valor da rugosidade da superfície pode atingir Ra6.3~12.5μm.

A fundição em molde de metal é principalmente adequada para a produção em massa de peças fundidas de ligas de metais não ferrosos de média e pequena dimensão (como alumínio, magnésio, cobre, etc.) com espessura de parede relativamente uniforme, como pistões de alumínio, blocos de cilindros, cabeças de cilindros de automóveis, tractores e motores de combustão interna, carcaças de motores, tampas de caixas de junção, casquilhos de liga de cobre e mangas. Também pode produzir peças fundidas de metais ferrosos de forma simples.

3. Fundição sob pressão

A fundição sob pressão (designada por fundição injetada) é um método em que o metal líquido é rapidamente pressionado num molde metálico sob alta pressão e solidificado sob pressão para obter peças fundidas. A fundição sob pressão é um processo de conformação em rápido desenvolvimento, de baixo corte e sem corte, na moderna tecnologia de processamento de metais.

Características e aplicações da fundição injectada:

• Boa qualidade de fundição. A precisão dimensional das peças fundidas sob pressão atinge geralmente IT11 a IT13, com a mais elevada a atingir IT8 a IT9. O valor da rugosidade da superfície pode atingir Ra0,8 a 3,2μm, pelo que algumas peças fundidas sob pressão podem ser montadas e utilizadas sem maquinagem.
• Elevada resistência e dureza superficial das peças fundidas. Devido à rápida cristalização do metal líquido sob pressão, a estrutura da superfície da peça fundida é densa e os grãos internos são finos, pelo que a resistência à tração da peça fundida é 25% a 40% superior à das peças fundidas em areia, mas a taxa de alongamento é reduzida.
• Peças complexas de paredes finas ou peças fundidas com pequenos orifícios e roscas podem ser diretamente fundidas, tais como peças fundidas em liga de alumínio com uma espessura de parede até 0,5 mm, um diâmetro mínimo de furo fundido de 0,7 mm e um passo de rosca mínimo de 0,75 mm.
• As peças com outros materiais incorporados podem ser fundidas sob pressão para poupar materiais preciosos e tempo de processamento, melhorar o desempenho das peças e a tecnologia de incorporação pode substituir o processo de montagem de alguns componentes.
• Alta produtividade, e o processo de produção é fácil de mecanizar e automatizar.

A fundição sob pressão é amplamente utilizada nas indústrias de fabrico de automóveis, tractores, instrumentos, instrumentos electrónicos, indústria de defesa, equipamento médico, etc., tais como blocos de cilindros de motores, cabeças de cilindros, caixas de transmissão, tampas de motores, caixas e suportes de instrumentos e câmaras, juntas de tubos, engrenagens, etc.

Atualmente, é utilizado principalmente para pequenas peças fundidas de metais não ferrosos (menos de 10 kg) na produção em massa, sendo as peças fundidas em liga de zinco e em liga de alumínio as mais utilizadas.

4. Fundição centrífuga

A fundição centrífuga é um método de fundição em que o metal líquido é vertido para um molde rotativo de alta velocidade, enchendo o molde e solidificando sob a ação da força centrífuga.

Características e aplicações da fundição centrífuga:

• Boa qualidade de fundição. Sob a ação da força centrífuga, a peça fundida solidifica e forma, resultando numa estrutura densa com menos defeitos, tais como cavidades de retração, poros e inclusões. Além disso, o arrefecimento rápido do molde metálico resulta em grãos finos e propriedades mecânicas mais elevadas.
• No fabrico de peças fundidas cilíndricas ocas, não é necessário um núcleo, o que permite poupar tempo e materiais. Para além disso, não é necessário qualquer sistema de gaiola, o que resulta numa maior utilização do metal.
• O metal líquido tem uma boa capacidade de enchimento de moldes, permitindo a fundição de peças fundidas de paredes finas e ligas com pouca fluidez.
• Pode fundir peças fundidas bimetálicas com diferentes propriedades, tais como rolamentos revestidos a cobre com suporte de aço (também conhecidos como rolamentos revestidos a cobre). O método de fabrico envolve a colocação de uma manga de aço pré-aquecida no molde, o derrame de líquido fundido de liga de cobre, o arrefecimento e a solidificação para obter uma fundição bimetálica com uma estrutura exterior de aço e interior de cobre.

A fundição centrífuga é utilizada principalmente para fabricar peças fundidas ocas de corpos rotativos, tais como camisas de cilindros e casquilhos. Além disso, pode fundir várias peças moldadas densas e de alta resistência, tais como pequenos impulsores e ferramentas de corte moldadas. A fundição centrífuga é adequada para vários materiais metálicos, produzindo peças fundidas com peso até várias toneladas ou com um diâmetro mínimo de furo de 7 mm.