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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. |
Linguagem
FT CASTING
