Tipos de Fundição: Vantagens, Limitações, Usos e Dicas

Tipos de fundição

Os tipos de fundição são: fundição em areia, fundição de precisão, fundição sob pressão, fundição em molde permanente, fundição centrífuga, fundição a vácuo, fundição em gesso, fundição de baixa pressão, fundição por compressão, fundição de alta pressão, fundição por espuma perdida, moldagem em casca, fundição contínua e fundição por gravidade. Estes fundição de metais Os processos de fundição utilizam uma cavidade de molde para dar forma ao metal fundido nas peças desejadas. Fabricantes e compradores que consideram os tipos de fundição se deparam com questões relativas à complexidade da peça, tipo de material, custo do processo e acabamento superficial. 

Não se deve escolher o método errado, pois isso resultaria em peças de baixa qualidade, peças rejeitadas e perda de receita. Com cerca de 14 tipos de fundição disponíveis no mercado, a decisão deve ser tomada com cuidado, de preferência com a ajuda de um especialista. 

Geralmente, a fundição em areia é utilizada para protótipos com boa relação custo-benefício, a fundição de precisão para geometrias complexas e a fundição sob pressão para peças de alta precisão e em grande volume. Ignorar esses fundamentos pode resultar em peças descartadas ou na necessidade de substituição de ferramentas. 

 

O que é fundição de metal?

A fundição de metais é um processo de fabricação que consiste em verter metal fundido em uma cavidade de molde para produzir peças. O molde tem o formato inverso da peça desejada. O material do molde deve ser refratário, sendo a areia uma opção comum. 

Após o metal fundido preencher a cavidade, esfriar e solidificar, ele é removido do molde. Alguns processos de acabamento são frequentemente necessários antes que a peça esteja pronta para uso. A fundição é um processo industrial popular por ser econômico, versátil, adequado para peças isotrópicas e ideal para formas complexas. 

 

Os tipos de fundição discutidos

Os tipos de fundição abordados abaixo são: fundição em areia, fundição de precisão, fundição sob pressão, fundição em molde permanente, fundição centrífuga, fundição a vácuo, fundição em gesso, fundição de baixa pressão, fundição por compressão, fundição sob pressão, fundição por espuma perdida, fundição em casca, fundição contínua e fundição por gravidade.

Conforme descrito abaixo, cada um desses processos deve ser compatível com seus requisitos de material, volume e tolerância. 

Fundição de areia

Fundição em areia É um método de fundição versátil e econômico que consiste em produzir um molde de areia e despejar metal fundido nesse molde para produzir peças. 

Fundição em areia

Outros materiais utilizados juntamente com a areia neste processo são aditivos e aglutinantes. A fundição em areia é amplamente utilizada nas indústrias automotiva e da construção civil. 

Vantagens	Limitações
Prazos de entrega curtos Compatibilidade de metais  Econômico para pequenas tiragens de produção Os moldes de areia podem ser reutilizados. Pode produzir peças complexas e de tamanho considerável.	Precisão dimensional inferior  Dificuldade em produzir detalhes finos  Acabamento superficial relativamente áspero

Fundição de investimento

Casting de investimentoA fundição por cera perdida, também chamada de fundição por cera perdida, é um tipo antigo de fundição que utiliza um modelo de cera. O modelo é coberto por uma camada de cerâmica que forma um molde. A cera é derretida, deixando um molde que pode ser preenchido com metal fundido. Este método de fundição baseia-se em condições padrão de ar e pressão.  

Os materiais para fundição por cera perdida incluem cobre e ligas de cobre, alumínio e ligas de alumínio, aço e metais preciosos como ouro e prata.1]

Vantagens	Limitações
Precisão dimensional relativamente alta Flexibilidade de design  Perda de material minimizada Custo-benefício para pequenas e médias tiragens	A produção de moldes de cera e cerâmica é relativamente cara. Processo complexo e demorado Não recomendado para peças grandes.

Fundição sob pressão (Fundição de metal sob pressão)

A fundição sob pressão de metais consiste em verter ou injetar metal fundido em um molde metálico para produzir peças. É um processo utilizado principalmente com metais não ferrosos, como o alumínio. Fundição de magnésioe fundição de zinco. As aplicações da fundição de metais incluem dissipadores de calor para eletrodomésticos, blocos de motores automotivos, acessórios aeroespaciais e laptops. 

Existem duas categorias de fundição de metais sob pressão: fundição em câmara quente e fundição em câmara fria. A diferença reside no local onde o metal é fundido. Na fundição em câmara quente, o metal é fundido em um forno dentro do próprio equipamento de fundição. 

A pressão na fundição pode atingir 1,200 bar. No entanto, isso depende da complexidade do projeto do molde e da força de travamento. 

Vantagens da fundição	Limitações da fundição sob pressão
Fácil de fazer formas complexas Ideal para produção em massa. Integra-se perfeitamente com as tecnologias de suporte modernas – software CAD/CAM, impressão 3D. Excelente acabamento de superfície	Alto investimento inicial  Limitações de tamanho e peso

Fundição de Molde Permanente

O método de fundição em molde permanente utiliza um par de moldes metálicos. É um processo por gravidade, ou seja, a força da gravidade é a única ferramenta utilizada para verter o metal fundido no molde. Os metais mais comuns para moldes são aço, ferro fundido e ligas refratárias. A usinagem CNC é normalmente usada para produzir as cavidades nos moldes. A superfície do molde é coberta com material refratário duro, por exemplo, argila. Um lubrificante como a sílica também é utilizado. 

Vantagens	Limitações
Pode ser automatizado – altas taxas de produção Tolerância apertada  Excelente acabamento de superfície	Apenas para formas mais simples molde caro

Fundição centrífuga

Fundição centrífuga

A fundição centrífuga envolve um molde permanente que gira em torno de seu eixo a uma velocidade de 300 a 3000 rpm.2O material fundido é vertido enquanto o molde gira. Devido às forças centrífugas, o material fundido concentra-se nas paredes externas do molde. Como a maioria das impurezas é mais leve que o metal, elas ficam mais próximas do diâmetro interno, onde podem ser removidas por usinagem.  

Vantagens	Limitações
Peças com microestrutura de grãos finos Peças cilíndricas grandes	Formas limitadas Relativamente caro

Fundição a Vácuo

A fundição a vácuo, também conhecida como fundição por contragravidade, é semelhante à fundição de precisão, mas o mecanismo de enchimento do molde é diferente. Na fundição a vácuo, utiliza-se uma bomba de vácuo para sugar o material para dentro do molde. 

Peça fundida a vácuo

Vantagens	Limitações
Pode criar peças fundidas ocas  Pode produzir peças de paredes finas  pomposidade  Partes complexas	Volume baixo

Moldagem em gesso

O molde para essa técnica contém gesso (CaSO4), farinha de sílica e talco. Esse tipo de fundição cria uma combinação perfeita com metais não ferrosos, como alumínio, magnésio, zinco e cobre. 

Vantagens	Limitações
Excelente acabamento superficial e precisão dimensional Relativamente fraco em temperaturas acima de 1200°C Formas complexas	Baixa taxa de produção Apenas metais não ferrosos

Fundição por compressão

Fundição com compressão É uma mistura de forjamento e fundição. O metal fundido é colocado em um molde pré-aquecido e, em seguida, um pistão aplica pressão constante sobre a cabeça de metal fundido. Essa pressurização é importante para um fluxo equilibrado do metal. Ela minimiza a porosidade por microcontração. O resfriamento controlado garante ainda uma microestrutura fina.3]

Vantagens	Limitações
Porosidade muito baixa  Resistência de nível forjado  Adequado para perfis de alumínio espessos	Altos custos de ferramentas e prensas Controle preciso do processo

Fundição sob pressão de baixa pressão

A máquina de fundição sob baixa pressão é alinhada verticalmente. Ela consiste em uma placa móvel e uma placa fixa. Com o forno de espera abaixo da placa fixa, uma pressão de até 1 bar é aplicada ao forno, empurrando o metal fundido. 

Vantagens	Limitações
Valores de alta resistência Pode produzir geometrias complexas – núcleos de areia aplicáveis. Alta precisão dimensional Processo adequado à automação	Ciclos de fundição mais lentos

Fundição por espuma perdida (padrão descartável)

Fundição de espuma perdida

Este processo de fundição utiliza um molde de poliestireno. Como este material é composto por 95% de ar, ele evapora quando o metal fundido é vertido sobre ele.2O padrão é produzido por moldagem. Exemplos de peças fabricadas por meio do processo de fundição por espuma perdida incluem eixos e blocos de motor. 

Vantagens da fundição por espuma perdida	Limitações da fundição por espuma perdida
Custo efetivo  Geometrias complexas Bom acabamento superficial	Fundições de baixa resistência Normalmente mais caro

Fundição em molde de casca

Fundição de conchas Consiste em uma camada de areia de sílica e resina moldada em torno de um padrão de metal quente. O metal fundido é vertido na cavidade do molde resultante. 

Fundição em molde de casca

Embora o processo seja comparável à fundição em areia e relativamente mais caro, ele produz peças com acabamentos de superfície mais lisos e dimensões mais precisas. 

Vantagens da fundição em casca	Limitações da fundição em casca
Acabamento de superfície liso Volumes maiores Menos trabalho do que a fundição em areia.	Relativamente caro

Fundição contínua

A fundição contínua é utilizada para produzir fios contínuos de metal. O principal componente do processo é um molde refrigerado a água, que auxilia na conformação de um tarugo ou bloco metálico. A maior parte do alumínio e do aço semiacabados disponíveis no mundo é produzida por fundição contínua. 

Vantagens	Limitações
Desperdício mínimo de material Estrutura de grão uniforme	seções transversais simples Não é adequado para geometrias complexas.

 

Qual é o tipo de fundição mais popular?

A fundição em areia é o tipo de fundição mais utilizado em todo o mundo. Os fabricantes preferem esse tipo de fundição por ser econômico, versátil e capaz de produzir componentes complexos. Aplica-se tanto a metais ferrosos quanto a metais não ferrosos, em uma ampla gama de tamanhos.  Os setores aeroespacial e automotivo estão entre as indústrias mais comuns para fundição em areia. No setor automotivo, por exemplo, são especificadas peças fundidas em ferro cinzento, moldadas em areia.5] As aplicações típicas do ferro fundido cinzento para peças fundidas automotivas incluem coletores de escape, blocos de motores a diesel, discos de embreagem e caixas de transmissão.  

 

Como escolher um tipo de processo de fundição

As quatro variáveis ​​a serem consideradas na escolha de um processo de fundição de metais são: tipo de material, quantidade/volume, propriedades desejadas e complexidade da peça. 

• tipo de materialMateriais diferentes exigem métodos de fundição únicos. 
• Quantidade/VolumeAlguns tipos de fundição são projetados para baixos volumes, enquanto outros são para altos volumes. 
• Propriedades desejadasIsso inclui propriedades mecânicas e acabamento superficial. Alguns tipos de peças fundidas apresentam melhores propriedades mecânicas ou acabamentos mais lisos do que outros. 
• Complexidade das peçasPeças complexas podem exigir métodos de fundição com capacidades compatíveis. Por exemplo, a fundição de precisão é geralmente especificada para designs complexos, enquanto a fundição em areia é adequada para designs mais simples.

peça complexa de fundição de precisão

Considere a tabela a seguir como um guia para escolher o tipo ideal de fundição. 

Tipo de fundição	Escala de produção	Tipos de materiais
Fundição em areia	Baixo a Médio	Alumínio, bronze, ferro
Casting de investimento	Baixo a Médio	Aço inoxidável e ligas metálicas
fundição	Médio a Alto	Alumínio, magnésio, zinco
Fundição de molde permanente	Suporte:	Alumínio, cobre
Fundição centrífuga	Médio a alto	Ferro, aço, ligas
Fundição a vácuo	Baixo para médio	Alumínio, ligas de precisão
Fundição em molde de gesso	Baixo	Alumínio, cobre, zinco
Fundição por compressão	Médio a alto	Alumínio, magnésio
Fundição de baixa pressão	Suporte:	Alumínio, magnésio
Fundição sob alta pressão	Alto	Alumínio, magnésio, zinco
Fundição de espuma perdida	Médio a Alto	Alumínio, aço
Fundição em molde de casca	Suporte:	Alumínio, ferro, aço
Fundição contínua	Alto	Alumínio, cobre, aço
Fundição por gravidade	Suporte:	Alumínio, cobre, zinco

Nota: Estas são diretrizes gerais. As escalas de produção reais e os tipos de materiais podem variar de acordo com a espessura da parede, a tolerância e a geometria da peça.

O que você acha dessas opções de fundição? Compartilhe as especificações da sua peça com nossos engenheiros para uma recomendação rápida sobre qual processo de fundição utilizar. 

 

Quais materiais são usados ​​na fundição?

Os metais predominam nos materiais usados ​​na fundição, mas o processo não se limita a eles. Aqui está a lista de materiais usados ​​na fundição. 

1. MetaisOs metais são os principais materiais de fundição. Tanto metais ferrosos quanto não ferrosos podem ser fundidos, mas o método utilizado depende do metal. 
2. CerâmicaSão utilizados em componentes resistentes ao calor e refratários. 
3. BorrachasA borracha, geralmente borracha de uretano, é usada para ferramentas flexíveis ou protótipos.   
4. PlásticosAs peças plásticas são moldadas para produção em baixo volume ou para protótipos. 
5. Materiais CompostosSão ideais para peças estruturais leves.
6. VidroAs peças de vidro fundido geralmente servem a propósitos ópticos e artísticos.
7. AlloysAs ligas metálicas são adequadas para aplicações que exigem propriedades específicas, como resistência térmica, à corrosão e resistência mecânica.

Indústrias que utilizam fundição

Os setores que mais utilizam produtos fundidos são o automotivo, o aeroespacial, o de bens de consumo, o de joias e o da construção civil, com produtos que variam desde carcaças de transmissão na indústria automotiva até acessórios arquitetônicos na construção civil. 

A tabela abaixo resume exemplos de aplicação. 

Expertise	Exemplos de peças fundidas
Automotiva	Peças de suspensão, carcaças de transmissão, blocos de motor
Indústria aeroespacial	Componentes do trem de pouso, lâminas de turbina
Bens de consumo	Caixas e acessórios para eletrodomésticos
Jóias	Desenhos complexos utilizando fundição de precisão
Building	Acessórios arquitetônicos, ferragens estruturais

 

Projeto de uma peça para fabricação (DFM) em fundição de metais

Projetar para a Fabricação (DFM, na sigla em inglês) na fundição de metais significa buscar espessuras de parede uniformes, raios generosos, ângulos de saída e linhas de partição. Esses fatores garantem que a peça não apenas solidifique uniformemente, mas também seja ejetada suavemente do molde. 

• Espessura de parede uniforme – Os projetistas devem aplicar uma espessura de parede uniforme para garantir um resfriamento e contração equilibrados, o que evita defeitos nas peças. 
• Raios Generosos – Isso evita a concentração de tensão nos cantos vivos da peça. 
• ângulos de inclinação – Ângulos de saída bem projetados permitem a remoção limpa da peça do molde.
• Linha de separação – Este recurso deve ser posicionado estrategicamente, pois afeta a complexidade do molde e a formação de rebarbas. 

Linha de separação

Diferentes métodos de tratamento térmico para fundição de metais

Recozimento, normalização e revenimento/têmpera são os principais métodos de tratamento térmico para peças fundidas em metal. Os processos pós-solidificação são utilizados para melhorar as propriedades mecânicas do material. 

• Recozimento – Este é um método de amolecimento de materiais que alivia as tensões internas.
• Normalizando – Este método ajuda a obter propriedades mecânicas uniformes através do refinamento de grãos. 
• Têmpera – Este processo consiste no resfriamento rápido da peça fundida utilizando ar, água ou óleo. Ele aumenta a resistência da peça e endurece a microestrutura. 
• Temperamento – O revenimento é o reaquecimento controlado subsequente da peça temperada abaixo da temperatura crítica. O processo de tratamento térmico reduz a fragilidade, mas preserva a maior parte da dureza. 

 

O Futuro da Seleção de Elenco

As tecnologias de fundição estão se inclinando para a redução dos ciclos de desenvolvimento e das taxas de refugo. Os modelos de dinâmica de fluidos computacional serão cada vez mais utilizados para prever defeitos nas peças.4] Núcleos e moldes impressos em 3D estão aumentando a velocidade de prototipagem. Softwares de simulação também estão sendo usados ​​para detectar defeitos no início do processo de projeto – antes da fabricação das ferramentas. 

As indústrias estão utilizando cada vez mais processos de fundição híbridos e ligas mais leves para fabricar peças mais leves e resistentes. Independentemente do que o futuro reserve para a fundição, os principais tipos de fundição e outros fundamentos discutidos acima ainda são válidos.

Resumindo 

Para obter produtos confiáveis ​​por meio de fundição, é fundamental combinar o volume, a complexidade da peça, as propriedades desejadas e o material com o tipo de fundição projetado para a aplicação. A fundição sob pressão é utilizada para produção em larga escala e com alta precisão, a fundição em areia para versatilidade e economia, e a fundição de precisão para detalhes complexos. Métodos de fundição especializados, como a fundição a vácuo, atendem a requisitos de desempenho específicos. 

Como não existe um único tipo de fundição que sirva para todas as peças, a versatilidade da fundição na fabricação é incomparável. Existem princípios de DFM (Design for Manufacturing) a serem incorporados, incluindo ângulos de saída adequados, raios apropriados e espessura de parede uniforme. Não se esqueça do tratamento térmico pós-processamento.  

Para facilitar a transição do projeto para a produção, envie hoje mesmo o projeto da sua peça para uma análise de DFM (Design for Manufacturing) e orçamento instantâneo. Caso haja algum problema de fundição, nossos engenheiros o identificarão antes da fabricação das ferramentas, reduzindo seus custos. 

 

Perguntas frequentes

Como o tipo de fundição afeta os custos?

Os custos variam de acordo com o tipo de fundição. Algumas opções podem ser mais baratas, mas exigem mais retrabalho do que opções mais caras. 

Por que o conhecimento do tipo de material é crucial na fundição?

O conhecimento do tipo de material é importante porque determina a adequação das propriedades do material à aplicação. Por exemplo, o alumínio e o aço têm propriedades distintas, e isso afeta a adequação da aplicação. 

Qual é o papel do volume de produção na seleção de um método de fundição?

O volume de produção determina a viabilidade econômica de um método de fundição. A relação entre o custo unitário e o custo inicial das ferramentas varia de um método para outro. Para baixos volumes de produção, a fundição de precisão e a fundição em areia são os métodos preferidos. A fundição centrífuga e a fundição em molde permanente são as mais adequadas para volumes médios. Em altos volumes, a fundição sob pressão é o método dominante. 

Recursos 

https://aristo-cast.com/wp-content/uploads/2020/09/ICI_Metal_Standards_Spec_Manual.pdf

https://www.uobabylon.edu.iq/eprints/publication_1_1951_6172.pdf

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/squeeze-casting 

https://doi.org/10.20944/preprints202405.1297.v1

https://store.astm.org/a0159-83r24.html