11 Métodos de Fundição de Metal

Aprenda os termos e processos envolvidos em puxar o tesouro do fogo do forno

O que é fundição de metal?

Fusão de metal é o processo de fazer objectos vertendo metal fundido num espaço de forma vazia. O metal então arrefece e endurece na forma que lhe é dada por este molde. A fundição é frequentemente uma maneira menos dispendiosa de fabricar uma peça em comparação com a usinagem da peça a partir de um metal sólido. Há muitos métodos de fundição de metal por onde escolher. O tipo de fundição mais eficiente depende dos metais utilizados, do tamanho da tira e da complexidade da fundição.

Antes de iniciar uma tira de produção, é útil conhecer alguns dos termos e métodos do chão de fundição.

• Terminologia de fundição
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Cope e arrasto, ou ram e swing, são palavras para as partes móveis e estacionárias de um molde de areia verde.

Terminologia de fundição

Mofo de fundição

Um molde é uma cavidade num material que recebe metal líquido e produz um objecto arrefecido com a forma dessa cavidade. Os moldes podem ser simples. As formas usadas para criar lingotes de metal são como panelas de pão, com o metal simplesmente despejado no interior e deixado para esfriar. A maioria dos moldes são para formas mais complexas e são baseados em um padrão. O molde é impresso em um molde dividido. Metade do molde é impressa de um lado do molde e a outra metade do molde, e depois as metades são presas juntas antes do molde ser preenchido. Ao fazer o molde em duas partes, o molde pode ser retirado antes do preenchimento. Estes moldes podem ser feitos com uma divisão horizontal

Cope e arraste

Na moldagem horizontal, a metade superior do molde é chamada de capa, e a metade inferior é chamada de arraste.

Borda e ram

Na moldagem vertical, a metade dianteira do molde é chamada de balanço, e a metade traseira é chamada de ram.

Núcleos de moldagem

Se um molde é suposto ter espaços internos ou furos, um núcleo é frequentemente feito. Estes núcleos são moldados como o espaço interno. Os núcleos são normalmente mantidos no lugar, estendendo-se para além da fundição e sendo mantidos no lugar através de impressões de núcleo, que suspende o núcleo como uma ponte entre duas margens. Os espaços vazios ao redor do núcleo serão preenchidos com metal, e o núcleo será removido da fundição final, deixando um buraco onde antes estava. Se o núcleo for muito longo, poderá ser apoiado por capas para o sustentar. Estes são normalmente feitos do mesmo metal que a fundição final, uma vez que se encontram no espaço que irá inundar de material e tornar-se parte da fundição final.

Tolerância dimensional

Um dos factores importantes na escolha de um método de fundição é a tolerância dimensional. A tolerância dimensional é a variação aceitável no tamanho do produto final. O metal encolhe ao esfriar, e o tipo de fundição influencia por quanto. Se um produto precisa ser preciso, um cliente pode querer um método de fundição que produza próximo à fundição líquida. Isto significa que o produto está muito próximo do tamanho certo quando é sacudido do molde.

Acabamento da superfície

Outra consideração é o acabamento da superfície. Quão granular, rugosa ou rugosa pode ser a superfície da peça fundida? O que é aceitável para uma panela de ferro fundido não é aceitável para uma aliança de casamento. Superfícies metálicas muito lisas são geralmente criadas com usinagem, o que é um custo extra: se brilhante e liso é um resultado desejado, escolher um método de fundição com um acabamento mais fino pode reduzir os custos de usinagem.

Métodos de fundição de metais

Fusão de metais vem em duas categorias principais: processos com moldes reutilizáveis e processos com moldes dispensáveis.

• Moldes reutilizáveis:
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  • • Moldes permanentes
    • Moldes semi-permanentes
    • Fundição por fundição com jacto de areia
    • Fundição por centrifugação
    • Fundição por pressão
    • Fundição por pressão

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• Moldes dispensáveis:
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  • • Fusão de areia
    • Moldagem de concha
    • Fundição por cera perdida
    • Molde ou espuma cheia

Moldes reutilizáveis ou permanentes criam muitos itens, enquanto os moldes dispensáveis são destruídos pelo processo de fundição. Embora possa parecer, da perspectiva de um leigo, que os moldes reutilizáveis devem ser mais rentáveis para uma grande tiragem de produção, este nem sempre é o caso. A maioria dos objetos de ferro e aço são feitos através de processos de fundição dispensáveis.

As substâncias de moldagem a baixa temperatura (resinas, chocolate, cera, etc.) quase sempre usam moldes reutilizáveis. O que torna a metalurgia diferente são as altas temperaturas envolvidas. Estas colocam muita tensão sobre o molde. Portanto, não é uma surpresa que ligas com um ponto de fusão inferior como zinco, alumínio, magnésio, estanho ou cobre sejam mais frequentemente aquelas que têm sucesso em processos de moldagem reutilizáveis.

No entanto, em algumas circunstâncias, mesmo metais ferrosos são vertidos em moldes reutilizáveis. A complexidade do design, a escolha do metal e os requisitos de tolerância dimensional e acabamento superficial influenciam se os moldes reutilizáveis são apropriados.

Moldes reutilizáveis

Moldes permanentes

Moldes permanentes são geralmente feitos de metal-um metal que tem um ponto de fusão mais alto do que o metal com que são preenchidos. O metal fluido é vertido sem qualquer tipo de pressão externa. Os núcleos permanentes devem ser simples para que possam ser retirados para reutilização da fundição acabada.

Estes moldes são por vezes utilizados na fundição de ferro, bem como com ligas de baixa temperatura. As mesas giratórias, ao invés de linhas de montagem, são o fluxo de trabalho industrial mais comum. Operações individuais, como revestimento do molde, colocação dos núcleos, fechamento do molde, vazamento, abertura do molde e ejeção da peça fundida, são realizadas conforme cada molde passa pelas estações seguintes.

Os moldes são pré-aquecidos antes da primeira peça fundida ser vazada, para que não rache devido à diferença de temperatura.

As peças fundidas provenientes deste método não podem ter paredes tão finas como as de outros métodos reutilizáveis, como a fundição sob pressão. No entanto, as peças fundidas são produzidas com “tolerância próxima”, o que significa que o tamanho da peça fundida final pode ser previsto com maior precisão. As peças fundidas deste modo são densas e de granulação fina. Elas têm um acabamento superficial mais suave e evitam vários tipos de defeitos.

Esta forma de moldagem é suficientemente durável para ser usada com ferro, mas não é um estilo preferido para latão amarelo. Os latões amarelos são altos em zinco e sujam o molde ou molde.

Moldes semi-permanentes

A única mudança na fundição de molde semi-permanente é que os núcleos usados no processo de fundição podem ser de areia dispensável. Formas mais complexas de machos são possíveis com núcleos de areia, porque não precisam ser extraídos intactos da fundição final. Se uma abertura na fundição for deixada para remover os núcleos, eles podem ser “sacudidos” em uma mesa vibratória, para drenar como areia através de uma ampulheta. As vantagens de tolerância, densidade e aparência da fundição de molde permanente existem apenas na seção fundida contra o molde metálico.

Fundição por jacto de areia

Este estilo de fundição colorido cria fundições ocas sem a necessidade de núcleos, apenas cobrindo o interior do molde com uma pequena quantidade de metal, criando uma “pele” metálica. Existem diferentes maneiras de abordar a fundição por lama, dependendo da rapidez com que o metal ou outros conjuntos de materiais são fundidos. Em um método, o fundador pode despejar pequenas quantidades do líquido em um molde e girar para cobrir o interior com o metal. Em outro, o fundador pode encher completamente o molde e depois despejar o material em excesso após um tempo de resfriamento especificado. Zinco, alumínio e estanho são metais que são comumente fundidos com slush.

Fundição centrífuga

Na fundição centrífuga verdadeira, um molde resfriado a água é girado ao redor de seu eixo central a alta velocidade enquanto o metal líquido é alimentado. A força centrífuga puxa o metal líquido ao longo da superfície do molde em uma camada uniforme. Para que este método funcione, a fundição final deve ter geometrias uniformes ao redor do eixo de centrifugação. Esta forma de fundição é, portanto, melhor para aqueles moldes que são aproximadamente cilíndricos ou circulares, como tubos ou anéis.

Objetos fundidos neste método geralmente têm uma taxa de defeitos muito baixa. As impurezas acabam perto do furo, ou da superfície interna, da peça fundida, e podem ser usinadas. A maioria dos tubos ou acessórios que serão usados sob pressão são fundidos centrífuga, devido à resistência de sua estrutura sem costura.

algumas pequenas peças fundidas de metal, como jóias, são feitas usando uma centrífuga que balança um molde inteiro em torno de um ponto central, puxando o metal de um cadinho enquanto ele gira. Essas peças fundidas não são verdadeiras peças fundidas centrífugas, mas uma forma de fundição sob pressão.

Fundição sob pressão

Os métodos de fundição sob pressão usam forças diferentes da gravidade para controlar o fluxo do metal em um molde permanente. Ar ou gás, vácuo, forças mecânicas ou centrífugas são todos utilizados na fundição sob pressão. Esses métodos permitem às fundições controlar com precisão a taxa na qual um molde é preenchido: a gravidade sempre trabalha com a mesma força, mas as forças feitas pelo homem podem ser variadas.

Fundição a vácuo puxa o metal para dentro de um molde quando o molde é despressurizado, e o vácuo criado puxa o metal líquido para cima a partir de um reservatório abaixo. O vácuo deve permanecer enquanto o metal esfria, e assim este método é usado principalmente para peças fundidas com paredes finas. Ele proporciona um excelente acabamento superficial. As peças fundidas a baixa pressão invertem este processo, pressurizando o forno onde o metal líquido se encontra, em vez de criar um vácuo no molde. O metal é empurrado através de risers para a cavidade do molde.

Todas as máquinas de fundição sob pressão (abaixo) também usam alguma forma de pressão para ajudar a criar peças fundidas.

Fusão sob pressão

Máquinas de fundição sob pressão consistem em uma bacia segurando o metal fundido, um molde metálico ou molde em duas placas, e um sistema de injeção que atrai o material e o força sob pressão para dentro do molde.

O processo de fundição sob pressão começa com um molde aberto. Os bicos pulverizam o molde com um lubrificante para ajudar a evitar a aderência da peça. As duas metades do molde são então fechadas, e o molde fechado é injetado usando um nariz de pressão. O novo molde é dado um momento para esfriar antes que o molde se abra. Os pinos ejetores empurram a nova fundição do molde, e então o processo começa novamente.

Existem duas formas de injeção de metal na fundição do molde. A fundição do molde a frio funciona como uma seringa: antes de cada molde ser fundido, uma câmara de injeção deve ser preenchida com metal fundido, e então um pistão empurra o conteúdo do injetor para o molde. A fundição do molde em câmara quente ou pescoço de ganso funciona mergulhando a câmara do sistema de injeção no metal fundido, onde a forma do sistema significa que o injetor se recarrega a si mesmo. A fundição com câmara quente empurra este material para dentro do molde com um pistão ou com pressão de ar.

Os sistemas de pescoço de cisne são mais propensos à corrosão porque se encontram num banho de metal derretido. Por esta razão, eles são normalmente usados com alumínio ou ligas de alumínio-zinco que têm um ponto de fusão mais baixo. O fundidor a pistão ou injetor a frio pode ser usado para as temperaturas mais altas necessárias para fundir latão e bronze, porque o injetor não é continuamente exposto ao calor.

Fusão contínua

Peças metálicas que consideramos completamente usinadas, laminadas ou trabalhadas de outra forma tiveram frequentemente o seu início no chão de fundição. A fundição contínua cria blocos, tarugos e placas, que são diferentes tamanhos de formas metálicas simples, extrudindo-as através de uma forma permanente. Este processo de fundição cria a matéria prima para o aço trabalhado.

O processo de fundição contínua começa bem acima do chão de fábrica. O metal fundido é introduzido em um funil que controla a taxa de fundição. O funil preenche um molde abaixo dele, que é uma forma simples, geralmente de 20-80 polegadas de comprimento, e tem a forma em sua largura como um quadrado, círculo ou retângulo. As paredes do molde são resfriadas para que o exterior da peça fundida congele ao passar. À medida que o metal deixa a forma, ele se solidifica, mas ainda assim é maleável. Isto permite que a máquina de fundição contínua a dobre para que o acabamento produzido saia horizontalmente. Uma série de rodas guia a laje a uma esteira transportadora enquanto os sprays de resfriamento solidificam a superfície. Jatos de gás na superfície horizontal cortam a peça metálica contínua em comprimentos gerenciáveis, para que possam ser levantados e empilhados.

Moldes expansível

Moldes expansível são os vencedores claros quando se trata de fundir metais ferrosos. Eles são rentáveis porque não precisam ser robustos para as altas temperaturas envolvidas.

Fusão de areia

Fusão de areia é o método mais comum usado para a fundição de metais. Tem pelo menos três mil anos: a primeira evidência de fundição de argila vem da China, durante a Dinastia Shang (c. 1600 a 1046 AC).

Não é de admirar que este processo ainda seja tão popular: a areia é barata, abundante, maleável e capaz de suportar o calor.

Cores criados a partir da areia são fáceis de remover: podem ser sacudidos com uma mesa vibratória. As corrediças e portões, usados para direcionar o metal para a cavidade do molde, ou são cortados à mão por um moldador experiente ou são criados como parte do padrão.

O acabamento superficial em peças fundidas em areia é muitas vezes áspero, e a tolerância dimensional não é precisa, então a fundição em areia é ótima para produzir peças grandes e resistentes, desde cercas decorativas a panelas de ferro fundido até peças de motores de automóveis.

Leia mais sobre fundição em areia no nosso artigo anterior desta série.

Moldagem em casco

Moldagem em casco é uma forma de fundição em areia que proporciona tolerâncias dimensionais mais próximas. É muito semelhante à moldagem em areia, apenas a areia é misturada com uma resina. Uma mistura de areia e resina é derramada sobre cada metade do padrão de moldagem de metal quente. Esta mistura derrete e arrefece em uma casca. As “conchas” do molde são reunidas, e geralmente suportadas por um frasco cheio de areia. Com a resina fornecendo suporte extra para as superfícies interiores, estas conchas formam um molde muito preciso.

Amaciativamente, a moldagem de conchas é usada para produzir núcleos para a moldagem tradicional em areia. A resina dá força aos núcleos de areia para manter a forma, mesmo quando posicionada sobre o vazio que se tornará uma peça fundida. Estes núcleos de casca podem ser ocos, criados em um molde de metal quente em um processo como a fundição por lama. As duas metades do molde do núcleo são presas e aquecidas, e depois preenchidas com areia revestida com resina. O molde assa até que a parede da casca seja espessa o suficiente para suportar o tamanho do núcleo e então o excesso de areia resinosa não curada é despejado de volta para fora. Quando as duas metades do molde são divididas elas revelam o núcleo robusto, agora pronto para ser colocado no molde de fundição em areia, criando espaço na fundição.

• Fusão em fundição por cera perdida)

  Fusão em areia é de longe a forma mais usada de fundição de metal, e no entanto há um aspecto da fundição em areia que a torna inadequada para alguns projectos. Os padrões de fundição em areia precisam ser removidos do molde que eles criam, o que pode significar uma construção de padrões intrincados. Requisitos de desenho, colocação de linhas de cofragem, portões, risers e núcleos requerem que um modelista considere cuidadosamente as necessidades do molde em cada etapa do processo de fundição.

  O processo de fundição com cera perdida, investimento ou fundição de precisão é uma alternativa à fundição em areia que pode trabalhar com a maioria dos tipos de metal, mesmo com ligas ferrosas de alto ponto de fusão, e ainda evita alguns desses desafios de modelagem na fundição em areia.

  Um projetista para uma fundição por cera faz um molde de metal preciso no qual os padrões de cera ou plástico são fundidos. Estes moldes são montados em um sprue também feito deste material: o fundidor usa uma tocha para fundir o sprue o suficiente para fixar cada molde a ele.

  Esta montagem é então usada para criar uma concha que será usada como molde. Ela é pulverizada, escovada ou mergulhada em uma lama de um agregado fino e altamente refratário, e um agente de ligação proprietário composto principalmente de silicato de etila. Esta mistura é então autorizada a endurecer. O padrão é revestido repetidamente com slurries mais grosseiros até que uma casca do agregado seja produzida ao redor do padrão. Os moldes permanecem até que o revestimento se fixe, após o que são aquecidos em um forno em posição invertida para que a cera se esgote e seja coletada para reutilização. Após a remoção da cera, os moldes são cozidos em um forno pré-aquecido. Os moldes podem então ser apoiados com areia solta e despejados de qualquer forma convencional.

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Quando as peças fundidas esfriam, a casca ao redor da fundição por cera de revestimento é quebrada e sacudida usando uma mesa vibratória.

Fundição por cera de revestimento proporciona acabamento superficial superior e alta precisão dimensional. Não há linhas de separação como na fundição em areia.

Processo de fundição de molde cheio ou de espuma

O processo de fundição de molde cheio ou de espuma é uma combinação de processos de fundição em areia e de fundição por cera perdida. É utilizado um padrão de espuma de poliestireno. Na verdade, o padrão espumado pode ser completado com um sistema de portões e corrediças, e pode incorporar a eliminação da permissão de estiragem. Algumas vezes o padrão é removido antes do enchimento, mas com algumas espumas o padrão pode ser deixado no lugar no molde para vaporizar instantaneamente quando metal quente é derramado.

Este processo é ideal para fundir séries de uma ou poucas peças, mas algumas vezes fundições produzem padrões de espuma em massa para criar quantidades de produção. Há uma despesa extra para o equipamento fazer os padrões de espuma destrutíveis, mas muitas vezes a economia do processo de fundição total pode ser favorável se o padrão for muito complexo.

Comparar processos de fundição

Consulta com os fabricantes é útil para encontrar a maneira mais econômica de fundir um projeto. Em geral, metais ferrosos serão fundidos usando moldes dispensáveis, enquanto metais não ferrosos têm uma gama mais ampla de possibilidades, mas há exceções até mesmo a esta simples regra.

Introduzir no processo com um claro entendimento das necessidades do projeto ajudará a escolher o melhor processo para a fundição. O projeto precisa ter um tamanho preciso? Quão finas as paredes precisam ser? Qual será o tamanho e peso da peça fundida no final? E quanto ao acabamento da superfície? Conhecer antecipadamente as respostas a todas essas perguntas ajudará um designer experiente a entender e orientar seu produto durante o processo de fundição, encontrando o melhor e menos caro processo para fazer seu trabalho.

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