Fundição de metal: definição, tipos, metais, prós e contras

“A fundição preparou-se para projetar peças com resistências notáveis ​​a um preço acessível. Ganhou atenção significativa pelo seu forte fortalecimento e viabilidade económica.”

O processo de fundição funciona de forma eficiente em configurações metálicas complexas para uma ampla gama de indústrias de manufatura. É fácil de usar e proporciona facilidade para engenheiros em grandes volumes de produção. A eficiência e a trabalhabilidade da matriz afetam o design do produto final. A negligência do menor defeitos de fundição nas matrizes pode deteriorar a qualidade dos componentes de fabricação.

Portanto, ao trabalhar com a matriz produzida por usinagem CNC, há maiores chances de atingir a perfeição. A compatibilidade de diferentes materiais e a flexibilidade no design remodelaram o processo geral de fundição.

Este blog abrangente contém informações importantes sobre o processo de fabricação de fundição, seus tipos e materiais de fundição usados ​​em moldes de fundição de metal. Além disso, a consideração de técnicas de seleção juntamente com benefícios e deméritos.

O que é elenco? Uma visão geral

A fundição é um processo básico de fabricação. Em sua operação, os metais fundidos são despejados em uma cavidade do molde, que então endurece e forma o produto desejado após a solidificação. Ferramentas e matrizes desempenham um papel central no processo de fabricação de peças fundidas. A fundição usa vários materiais de fundição incluindo alumínio, ferro, cobre, zinco, cromo e magnésio. Além disso, facilita a produção de múltiplos produtos em uma única unidade.

Diferentes tipos de processos de fundição?

Existem vários processos de fundição de metais para moldar os produtos desejados. Estes são;

Fundição em areia

A fundição em areia, ou fundição moldada em areia, emprega moldes não reutilizáveis ​​à base de sílica para projetar componentes de características complexas. A técnica tem sido utilizada e atendido indústrias desde a antiguidade e fornece soluções baratas e recicláveis ​​aos fabricantes. Utiliza materiais baratos para realizar a fundição, por exemplo; concreto, epóxi e gesso, e para fazer agregação para moldar moldes. 

A eficácia da fundição em areia reside na sua capacidade de fundir até mesmo perfis metálicos de alta temperatura, como; ferrosos, não ferrosos, alumínio, cobre e aço. 

Fundição sob pressão de metal

Estabilidade dimensional e precisão são características fundamentais da fundição sob pressão. Este processo meticuloso e de engenharia de precisão envolve a alimentação de metais não ferrosos em moldes ou matrizes reutilizáveis ​​(revestidos com lubrificantes) sob alta pressão para moldar o produto final desejado. 

O processo é realizado de duas maneiras; fundição de alta pressão e Fundição sob pressão de baixa pressão dependendo do metal utilizado. se tem pontos de fusão altos ou baixos. Em geral, a fundição de baixa pressão funciona sob condições de baixa pressão e é adequada para peças que requerem características simples. A fundição sob pressão, por outro lado, é empregada na fabricação em massa de componentes detalhados complexos.

Essas matrizes são normalmente feitas de aço e carbonetos para suportar altas condições térmicas. Além disso, estes asseguram uma elevada estabilidade dimensional do produto pretendido. Assim, requer cuidado durante o processo de fundição. 

As aplicações de fundição sob pressão abrangem vários setores, desde a fabricação de peças automotivas até a aeroespacial, e apresentam geometrias complexas. Além disso, os produtos fundidos muitas vezes cedem perto das superfícies acabadas, o que elimina a necessidade de processamento adicional.

Gravidade Die Casting

Gravidade Die Casting

A fundição por gravidade também é identificada como fundição em molde permanente. Como o nome sugere, a gravidade enfatiza a dependência da fundição na força gravitacional sobre a qual as ligas fundidas são vazadas em um molde ou matriz específica. 

A fundição por gravidade permite a formação de diversas peças, por exemplo; invólucros, carcaças, acessórios para tubos, pistões de motores, aros de carros, etc. A fundição por gravidade é aplicável a vários metais, alguns que valem a pena mencionar são; zinco, chumbo, ligas de magnésio e alumínio.

Fundição a Vácuo

A fundição a vácuo entre as técnicas mencionadas acima é fascinante, pois emprega condições padrão de vácuo. Um vácuo é criado a uma pressão de 100 bar para eliminar ou esgotar os gases. Um metal incandescente é então derramado em uma cavidade do molde dentro de uma câmara de vácuo para evacuar bolsas de ar e bolhas.

A fundição a vácuo tem uma semelhança com a moldagem por injeção processo, pois ambos os métodos são adaptáveis ​​para prototipagem rápida e apresentam componentes sem bolhas, com baixa porosidade e Liso acabamento de superfície. Além disso, é eficiente para produções de pequenos lotes. Além disso, facilita inúmeras resinas para fundição e é aplicável na fabricação de componentes estruturais de chassis para indústrias automotivas e aeroespaciais.

Fundição de investimento

Fundição de investimento

A fundição de investimento é usada predominantemente para criar componentes de recursos complexos. Em seu funcionamento, um padrão de cera do molde é curado e circundado por um material refratário que serve de revestimento para metais fundidos como alumínio e aço inoxidável. 

Embora a fundição de precisão seja projetada com precisão para moldar geometrias de recursos altamente detalhadas, muitas vezes tem um grande custo, pois é um processo que exige muito trabalho. Possui rebaixos, paredes finas, porta-malas de bicicleta, discos de moto de alta qualidade e acabamento próximo. Para obter mais informações, consulte nosso guia em carcaça de investimento.

Fundição sob pressão de baixa pressão

A fundição sob pressão de baixa pressão, como o termo sugere, despeja o metal vermelho fundido em uma cavidade do molde a uma pressão mais baixa até Bares 0.8, ou 100 kPa dependendo do material envolvido. O processo melhora significativamente a qualidade, através do enchimento contínuo e controlado da cavidade da matriz para eliminar os riscos de encolhimento e formação de escória. 

LPDC molda meticulosamente contornos em componentes de paredes finas, garantindo um acabamento suave em tempos de execução curtos. Alguns exemplos comuns incluem; pinças de freio, caixas de suspensão, blocos de motor e cabeçotes cilíndricos.

Espremer Fundição

Produtos de fundição por compressão

A fundição por compressão determina um processo combinado de fundição sob pressão e forjamento de metal. Envolve a alimentação de metal fundido em uma matriz fechada, semelhante às técnicas de fundição por gravidade ou baixa pressão. 

Após a injeção, a prensa hidráulica aplica alta pressão para formar uma peça metálica forjada. A fundição por compressão beneficia os fabricantes ao produzir produtos fundidos de metal sem poros e sem rachaduras. No setor automotivo, é explorado para formar produtos de segurança, por exemplo, estruturas de chassis, suportes, nós e juntas de estruturas espaciais. Para obter mais informações, consulte nosso guia em espremer fundição.

Fundição Centrífuga

Fundição centrífuga, também intitulada rotocasting. Ajuda a formar peças metálicas fundidas com vazios mínimos. Em operação, metal fundido como magnésio, alumínio, zinco ou chumbo é expelido em um molde reutilizável ou em uma matriz giratória, em alta pressão para produzir componentes cilíndricos ou componentes assimétricos. Por exemplo; pistões de motor, engrenagens, acessórios para tubos e caixas de engrenagens.

Fundição por espuma perdida

A fundição de espuma perdida tem algumas semelhanças, a única diferença é que a fundição de espuma usa espuma, enquanto a fundição de precisão usa cera. 

Em seu processo, a espuma é injetada em um molde revestido com estireno como material refratário. Vários metais são compatíveis com esta técnica, como ligas ferrosas, ferro fundido e aço carbono. Além das aplicações, esse processo tem um papel significativo na indústria automotiva, aeroespacial, defesa e artes, para formar uma ampla gama de peças metálicas fundidas. Por exemplo; hidrantes, paredes e gabinetes de bombas geralmente são feitos com essa técnica de fundição.

Fundição de Gesso

O processo de fundição de gesso ou fundição em molde de gesso usa uma mistura de compostos de reforço, como gesso e aditivos, para criar um molde. Os aditivos servem como aderências que provocam aderência ao mofo. Utiliza gesso para moldar o molde em vez de material refratário. Depois de vazar e fixar o gesso, ele é eventualmente removido, permitindo que o metal fundido seja derramado na cavidade da matriz. A fundição de gesso beneficia diversos setores, como joalheria, automobilístico, arte, escultura e aeroespacial. 

Metais compatíveis para processo de fundição

Aqui estão os metais comuns usados ​​na fundição para diversas aplicações industriais. 

Alumínio:

O alumínio pode ser fundido, fundido sob pressão, em molde permanente e fundido em areia por suas altas propriedades mecânicas, fluidez e índice de reflexão. Dos setores automotivo ao aeroespacial, os produtos de fundição de alumínio são amplamente encontrados em todos os lugares. Por exemplo; o alumínio é amplamente utilizado em rodas e interiores de automóveis, janelas e portas por sua natureza leve e durabilidade rigorosa. Além disso, os designers de produtos podem beneficiar do alumínio pela sua facilidade de manufacturability.

Magnésio

Os produtos de fundição exigem altas relações resistência-peso e recursos leves para produtos de fundição. Aqui entra o magnésio. O magnésio é forte, rígido e possui propriedades de blindagem EMI e RFI. Isso faz sentido para conectores elétricos, caixas e gabinetes. Além disso, é a escolha ideal para fundição quando a durabilidade é essencial para o produto. Algumas das ligas mais comuns para fundição incluem; AZ91D. Para obter mais informações, consulte nosso guia completo sobre fundição sob pressão de magnésio.

zinco

O zinco é abundantemente utilizado na fundição de metais por sua facilidade de usinagem, boa estabilidade dimensional e características de fluxo. Além disso, oferece alta precisão com custos de ferramentas mais baixos do que outros metais fundidos. Uma das características marcantes do zinco é que seus produtos fundidos possuem alto acabamento. O zinco é usado para fundir componentes de formatos complexos e paredes finas. Suas aplicações estão muito difundidas em produtos automotivos, aeroespaciais e de consumo.

Cobre

Este material oferece vários recursos, incluindo resistência à corrosão e alta condutividade elétrica e térmica. Duas das melhores ligas de cobre, bronze e latão, têm enorme potencial de utilidade em fundição em areia, fundição sob pressão e fundição de Co2. Como resultado, diferentes aparelhos musicais, como trombones, trompetes e trompas, são feitos.  

Ferro

Bloco de motor em ferro fundido

O ferro possui boa fundibilidade. Possui alta resistência ao desgaste e à indentação com capacidade de amortecimento superior. Os produtos fundidos de ferro são obtidos pela combinação de ferro e carbono. Numerosas formas de ferro são de grande utilidade para produtos de fundição, por exemplo; ferro fundido, ferro cinzento, ferro maleável e ferro dúctil. Alguns aplicativos de uso comum incluem; blocos de motores, tubos e peças de automóveis.

Aço

O aço é uma liga frequentemente utilizada em aplicações de fundição. Entre as ligas de aço, o aço inoxidável é usado principalmente para fundição. Muitas vezes traz vários benefícios na forma de alta resistência, desgaste e resistência ao impacto. Um dos principais benefícios da exploração do aço na fundição reside na sua capacidade de resistir a condições ambientais adversas. Por esse motivo, é empregado em componentes pesados ​​como; equipamentos de construção, prensas de forjamento, máquinas de mineração, turbinas turboalimentadoras e blocos de cilindros de motores.

Conduzir

O chumbo é geralmente empregado com suas ligas de antimônio para fundição. Os mais comumente usados ​​são o antimônio 1%, 2%, 3%, 6%. As ligas de chumbo incorporam características distintas quando se trata de fundição, por exemplo, baixos pontos de fusão com maleabilidade incompatível. Os produtos moldados com chumbo são utilizados em certas aplicações industriais, por exemplo; fabricação de baterias e proteção contra radiação.

Resina

O latão é uma opção decente para fundição de metais. A fundição sob pressão de latão produz produtos repetíveis em formatos complexos, que são repetíveis para diferentes produtos. 

• Latão; Uma liga composta de zinco e cobre.
• Ótimo para conduzir eletricidade, mas resistente a faíscas.
• Possui boa precisão dimensional e excelente resistência à corrosão.
• O latão oferece inúmeras opções de acabamento como cromagem e acabamento mecânico com polimento e tamponamento.

Gráfico de comparação de metais fundidos

Cada tipo de metal possui características únicas que o diferenciam dos demais. Vamos dar uma olhada nesses metais em termos de quão facilmente eles podem ser moldados, quão bem eles podem esticar sem quebrar, sua capacidade de resistir à ferrugem e outros fatores:

mesa: Gráfico de comparação de metais fundidos

Quais são os benefícios do processo de fundição?

Existem certos benefícios em empregar o processo de fundição em seus projetos. Por exemplo, quando a relação custo-benefício, o tempo, o projeto de componentes de recursos complexos e a reciclabilidade são aspectos críticos a serem considerados. Aqui estão alguns dos benefícios mais comuns de empregar fundição em seus projetos.

• A fundição de metal é consideravelmente um processo rápido de formação de metal.
• O elenco é um processo econômico e traz custo-benefício quando empregado para diferentes materiais.
• A utilização da usinagem CNC na fundição apresenta versatilidade no processo de fundição de diversos materiais.
•  Oferece ferramentas acessíveis sobre métodos convencionais de fundição.
• Os produtos fabricados a partir de fundição metálica são leve, que é um requisito importante da indústria automotiva e aeroespacial.
• A fundição de metal é uma forma eficaz de alcançar geometrias complexas de produtos como a criação de cavidades cilíndricas e de motor. 

Quais são as desvantagens do elenco?

Além disso, o processo tem algumas limitações fornecidas a seguir:

• Os produtos fundidos muitas vezes necessitam de processamento adicional para refinar o produto, o que acarreta um custo adicional ao processo.
• Evitar porosidade, encolhimento, empenamento e manter a estabilidade dimensional dos produtos fundidos apresenta certos desafios.
• A fabricação de peças fundidas é um processo que exige muita mão de obra.
• As ferramentas, acessórios e moldes são um pouco caros e representam custos extras para o orçamento.
• A fundição é limitada a metais com pontos de fusão mais baixos.
• A preparação da cera e o projeto de moldes para a fabricação de peças fundidas são demorados e levam a altos investimentos iniciais.

Consideração chave para selecionar um processo de fabricação de fundição

Primeiro, temos que entender a importância do processo de tomada de decisão. Foi destacado pela pesquisa técnica que a seleção imprecisa do material de fabricação da fundição pode impactar severamente o custo de 70 a 80 por cento do produto fabricado.  

Portanto, muita ênfase deve ser dada aos componentes críticos, incluindo seleção de materiais, nível de tolerância, tamanhos, formatos, ligas compatíveis e, por último, mas não menos importante, o processo de fundição.  

 Seleção do material

A seleção do material depende das especificações e requisitos do produto final. Todo material viável na fundição tem seu uso e benefícios. As principais características do material, como resistência, tolerância, consumo de energia e modificações pós-fabricação, devem ser consideradas durante a apropriação do processo de fundição.

Quantidade requerida

A fundição é considerada um processo econômico na produção de grandes volumes de produção. Prazos de entrega mais curtos, juntamente com grandes volumes de lote e realizações geométricas complexas são as principais características deste processo.

Acabamento de superfície fundida

O brilho e o acabamento superficial desejados também influenciam os critérios de seleção. A fundição de precisão oferece acabamentos superficiais fascinantes, mantendo a integridade do material. A fundição sob pressão, por outro lado, proporciona alta precisão dimensional com baixo brilho superficial. Portanto, o pós-processamento precisava aprimorar suas características de superfície.

Requisitos de Tolerância

Durante o processo de fundição, as dimensões nominais são críticas para atingir, em vez da tolerância normal. Essas tolerâncias são geralmente chamadas "como elenco" tolerâncias. Normalmente, isso depende das especificações ou geometria da peça e do tipo de metal usado para fundição. 

Custo

Do projeto inicial ao acabamento final e transporte, os custos continuam sendo as principais preocupações na fabricação de peças fundidas. Portanto, um conhecimento profundo do processo pode ajudar a otimizar o processo de fundição. Esses custos estão principalmente ligados a ligas, ferramentas, complexidade das peças e volume pretendido de fabricação. 

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Leia mais:

• Molde de fundição sob pressão: como projetar o molde de fundição sob pressão?
• Revolucionando a fundição sob pressão com a tecnologia de fundição sob pressão super grande da Xiomis

Resumindo

A fundição tornou-se uma escolha indispensável para diversos setores, possibilitando a produção de formatos sofisticados, protótipos, componentes de paredes finas e carcaças de peças de motores até produtos de uso médico. 

Além disso, os fabricantes de projetos têm flexibilidade na escolha de metais de uma ampla variedade para seus respectivos processos. A compreensão técnica das principais variáveis, como pressão, temperatura e preparação do molde de fundição sob pressão, é vital para alcançar os melhores resultados.

A indústria de fundição está passando por uma onda de técnicas avançadas e inovadoras. Por exemplo, o ATOS 3D Digitizer revolucionou a indústria de fundição ao eliminar a trabalhosa necessidade de realizar o processo de fundição. 

Perguntas Frequentes

Q1. A fundição difere da moldagem por injeção?

Sim, a fundição e a moldagem por injeção são processos notavelmente diferentes. O processo de fundição envolve o vazamento, especialmente de metais fundidos em moldes de fundição de metal. Em contraste, a moldagem por injeção injeta polímeros termoplásticos ou termoendurecíveis para moldar formas complexas detalhadas.

Q2. Quais são os problemas comuns encontrados no processo de fundição de metal?

Os problemas mais comuns causados ​​no processo de fundição são;

• Porosidade
• Recheios incompletos
• Fechaduras frias
• encolhimento
• Defeitos superficiais (rachaduras, buracos, texturas irregulares)

Q3. Como escolher a técnica de fundição correta?

A seleção correta resulta em um material apropriado, especificando a quantidade, justificando a tolerância necessária e o acabamento superficial desejado. Esses fatores contribuem para o processo de seleção do método de fundição.

Q4. Quais indústrias exploram extensivamente a fundição de metal?

Os setores automotivo, aeroespacial, moda e energia exploram principalmente processos de fundição de metal para componentes de diversos usos. Alguns exemplos comuns incluem; hidrantes, acoplamentos, acessórios, conectores, válvulas, suportes, peças de motor, etc.

Q5. Quais tolerâncias dimensionais são alcançadas pelo processo de fundição?

A tolerância máxima flexível alcançável pelo processo de fundição varia de,  ±0.15 até 25 mm e ±0.3 até 150 mm.

Recursos

KG Swift, JD Booker, (2013), Livro de seleção de processos de fabricação: Desenvolvimento de produtos (segunda edição): recuperado de: Ciência Direta