O que é fundição em areia e como funciona na fabricação moderna?- Zhejiang Fantian Foundry & Trading Co., Ltd.

Fundição em areia é uma técnica de fundição de metal amplamente utilizada que existe há milhares de anos. Ainda é um método fundamental na fabricação moderna devido à sua relação custo-benefício, versatilidade e capacidade de produzir peças complexas. No processo de fundição em areia, o metal fundido é derramado em um molde feito de areia para formar um objeto sólido, uma vez que esfria e solidifica. Este processo é usado em vários setores, incluindo automotivo, aeroespacial, construção e máquinas.

1. Criação de padrões: a base da fundição em areia

O padrão é uma réplica exata do produto final, mas geralmente um pouco maior para compensar o encolhimento do metal durante o processo de resfriamento. Tradicionalmente, os padrões eram feitos de materiais como cera, madeira ou metal. No entanto, na fundição em areia moderna, a impressão 3D tornou-se uma técnica comum para a criação de padrões, especialmente para designs complexos. A capacidade de usar impressão 3D reduz o tempo e o custo associados aos métodos tradicionais.

O padrão é criado com base nas especificações de projeto da peça final. É necessário um alto grau de precisão para garantir que o produto fundido tenha as dimensões e características corretas. Os padrões também podem ser feitos em várias peças se a peça for complexa, com cada seção do molde montada para formar o formato final.

2. Preparação do Molde: Criando o Espaço para o Molde

Depois de preparado o molde, ele é colocado dentro de uma caixa ou frasco e inicia-se o processo de confecção do molde. O molde em si é criado a partir de uma mistura de areia e um aglutinante, normalmente argila, e às vezes água ou produtos químicos, que ajudam a manter as partículas de areia unidas. Esta mistura de areia é compactada em torno do padrão para formar uma cavidade sólida do molde.

2.1 Tipos de areia usados

O tipo de areia utilizada no processo de fundição é fundamental, pois impacta na qualidade da fundição. A areia de sílica é o material mais comumente usado na fundição em areia devido à sua disponibilidade, economia e resistência ao calor. Porém, existem vários outros tipos de areia utilizados dependendo das necessidades de fundição, como areia de olivina e areia de zircão, que oferecem melhor resistência ao calor e podem ser utilizadas para aplicações mais específicas.

2.2 Compactando a Areia

A mistura de areia é compactada em torno do padrão manualmente ou por métodos mecânicos. Ao compactar a areia, deve-se tomar cuidado para que não haja fendas ou bolsas de ar, pois podem causar defeitos na peça fundida. Se o molde não for compactado adequadamente, o metal fundido poderá fluir de maneira desigual, o que poderá resultar em porosidade ou áreas fracas na peça fundida final.

3. Derreter e derramar: o cerne do processo

Após a criação do molde, o próximo passo é derreter o metal que será despejado no molde. O metal é normalmente aquecido em um forno até o estado fundido. Os metais comuns usados na fundição em areia incluem alumínio, bronze, aço e ferro.

3.1 Fornos e Equipamentos

Existem vários tipos de fornos usados para fundir o metal, dependendo do metal específico e do tamanho da peça fundida. Os fornos elétricos de indução são comumente usados para metais não ferrosos, como o alumínio, enquanto os fornos a óleo ou gás são normalmente usados para metais ferrosos, como aço e ferro fundido.

O metal é derretido a uma temperatura específica, dependendo do seu tipo. Por exemplo, o alumínio é normalmente fundido a cerca de 660°C (1220°F), enquanto o aço requer temperaturas acima de 1370°C (2500°F). O metal fundido é então despejado no molde através de um copo de vazamento e em canais conhecidos como portas e corredores. Esses canais direcionam o metal fundido para a cavidade onde o padrão foi removido.

3.2 Processo de vazamento

Verter o metal corretamente é fundamental para evitar defeitos. O metal deve ser vazado na temperatura certa e a uma velocidade controlada para evitar turbulência, que pode introduzir bolsas de ar ou causar a solidificação prematura do metal.

4. Resfriamento e Solidificação: Do Líquido ao Sólido

Uma vez que o metal fundido preenche a cavidade, ele pode esfriar e solidificar. O tempo de resfriamento varia dependendo do tamanho e do material da peça fundida. À medida que o metal esfria, ele se contrai ligeiramente. Para acomodar isso, o padrão é feito um pouco maior do que a peça final desejada, e são feitas concessões no projeto para evitar que a peça fundida rache ou deforme.

O resfriamento e a solidificação são etapas cruciais. Se o metal esfriar muito rapidamente, poderá causar rachaduras ou pontos fracos na peça fundida. Se esfriar muito lentamente, o metal pode formar padrões ou inclusões de cristalização indesejados. Gerenciar a taxa de resfriamento é essencial para produzir peças fundidas de alta qualidade.

4.1 Controle da taxa de resfriamento

O resfriamento às vezes é controlado por meio de técnicas especiais de resfriamento, como a adição de chills (peças de metal colocadas estrategicamente no molde para absorver o calor e controlar a taxa de resfriamento). Na moderna fundição em areia, simulações são frequentemente usadas para prever como o metal fundido se comportará à medida que esfria e solidifica, permitindo um melhor controle sobre o processo.

5. Acabamento: Refinando a Fundição

Depois que o metal esfria e solidifica, o molde é quebrado para revelar a peça fundida bruta. A fundição geralmente requer etapas adicionais para refiná-la e transformá-la em um produto acabado. Essas etapas podem incluir:

5.1 Limpeza e Remoção de Areia

O primeiro passo é remover qualquer resíduo de areia da superfície da peça fundida. Isso pode ser feito através de vários métodos, como jato de areia, acabamento vibratório ou jatos de água. O processo de limpeza remove qualquer material do molde que possa ter aderido à superfície da peça fundida durante a fase de resfriamento.

5.2 Usinagem

A usinagem é utilizada para remover o excesso de material e atingir as dimensões finais e acabamento superficial da peça. Os processos de fresamento, torneamento e retificação são comumente usados na fundição em areia para produzir as tolerâncias e qualidade de superfície exigidas.

5.3 Tratamento Térmico

Certas peças fundidas podem exigir tratamento térmico para melhorar suas propriedades mecânicas, como resistência e dureza. Isso pode envolver processos como recozimento, têmpera ou revenido, dependendo do material e das características desejadas da peça final.

Vantagens da fundição em areia

A fundição em areia tem diversas vantagens significativas, que a tornam a escolha preferida para muitas aplicações de fabricação:

Vantagem	Explicação
Custo-benefício	Fundição em areia is inexpensive compared to other casting methods. The materials, such as sand and clay, are low-cost, and the process is highly adaptable for both small and large quantities of parts.
Versatilidade	Ele pode ser usado para fundir uma ampla variedade de metais e ligas, incluindo alumínio, bronze, aço e ferro. Isso o torna aplicável em muitos setores, do automotivo ao aeroespacial.
Complexidade	Fundição em areia can create parts with complex geometries, such as intricate internal passages, which would be difficult to produce with other methods.
Prototipagem de baixo custo	Fundição em areia is ideal for prototyping and low-volume production runs because the molds can be made quickly and at a lower cost compared to other methods like investment casting.
Faixa de tamanho	Pode ser utilizado para fundir peças de diversos tamanhos, desde pequenos componentes até grandes peças industriais, oferecendo flexibilidade na produção.