O termo "Fundição em Areia” pode ser usado para descrever o produto final e o processo de fabricação. É um processo de fundição de metal realizado em um local chamado “Fundição”. Permaneceu como um dos processos mais antigos. A areia é usada como material de molde nesta técnica de fundição de metal.
Fundição em areia é um processo de fundição de metal amplamente utilizado que envolve a criação de um molde a partir de uma mistura de areia e um agente aglutinante, como a argila. Esta técnica é empregada para produzir peças metálicas complexas de vários tamanhos e formatos.
O processo de fundição em areia é usado para criar mais de 60% das peças fundidas de metal que vemos no nosso dia-a-dia. Vamos aprender a definição completa e o processo da técnica neste artigo. Também aprenderemos as características, vantagens e desvantagens do processo.
Este blog fornece uma visão geral da sequência completa de etapas envolvidas.
O que é fundição em areia?
Fundição em areia é um processo de fundição de metal amplamente utilizado. Um molde é criado compactando areia em torno de um padrão do objeto desejado. O metal fundido é então derramado no molde, permitindo que ele solidifique. Após o resfriamento, a areia é removida, revelando o objeto metálico fundido. É versátil, econômico e adequado para vários formatos.
Na fundição em areia, o metal fundido é derramado em uma cavidade em um molde de areia descartável contendo uma câmara oca com o formato desejado, onde se solidifica para criar o componente em forma de cavidade. Argila, epóxi, gesso, metale concreto são exemplos de materiais de fundição.
As peças fundidas produzidas possuem geometrias extremamente complicadas em uma ampla gama de tamanhos e pesos. O processo é frequentemente referido como fundição moldada em areia. Metais com altas temperaturas de fusão, como titânio, aço e níquel, são adequados para fundição em areia.
O único método de fundição que funciona com esses materiais é este. Como resultado, a técnica é a melhor opção para a fabricação de peças pequenas e acessíveis nas indústrias automotiva e aeroespacial. A animação abaixo mostra o processo.
Elementos em fundição em areia
Antes de aprendermos as etapas envolvidas no processo, é importante entender as peças ou elementos utilizados no processo de fundição. Consulte o diagrama de fundição em areia abaixo enquanto aprende sobre os elementos.
Fig 1: Diagrama de fundição em areia
- Cope and Drag: As partes superior e inferior de um arranjo de fundição são chamadas de lidar e arrastar, respectivamente. Geralmente são molduras de madeira
- Riser: Um riser é frequentemente chamado de alimentador. É um reservatório e uma passagem incluída em um molde de fundição de metal para evitar o encolhimento do metal.
- Corredor: Corredor é um canal de diâmetro reduzido utilizado para permitir o fluxo do metal fundido em direção à cavidade.
- Molde: É uma cavidade feita a partir de um padrão (cópia do molde final desejado) que é maioritariamente feito de areia.
- Núcleo: O núcleo na fundição em areia é um dispositivo inserido na cavidade do molde para criar características internas na fundição, como furos.
- Gate: É o ponto em que o metal atinge a cavidade do molde e começa a fluir para dentro dela.
- Areia Base: Também é conhecida como areia base e é a forma mais pura de areia (sílica).
- Aglutinantes: A cola que mantém os grãos de areia unidos é o agente aglutinante. Os tipos mais comuns de ligantes são argila & água, óleo, resina e silicato de sódio.
Passo 1: Produza um Padrão
O padrão é usado para criar uma cavidade na areia do tamanho e formato da peça que está sendo fundida.
Os padrões são reutilizados, ao contrário do próprio molde de areia. Padrões baratos podem ser feitos em madeira ou plástico ou, para maior durabilidade, em alumínio. Os padrões geralmente são feitos em duas peças, cada uma um pouco maior que a peça que está sendo fundida para permitir o encolhimento à medida que o metal esfria. As paredes verticais dos padrões têm um ligeiro ângulo ou “rascunho” para que o padrão possa ser levantado sem puxar a areia.
Etapa 2: Forme duas metades da cavidade
Uma metade do padrão é colocada em uma caixa onde a areia é colocada ao redor. O padrão é posicionado de forma que possa ser retirado posteriormente, o que significa que a cavidade reproduz apenas metade do padrão e não pode haver características reentrantes.
Este processo é repetido para a outra metade do padrão. São adicionadas inserções adicionais que fornecerão canais para o metal fluir para dentro da cavidade. As dimensões deste “sistema de passagem” determinam a rapidez com que a cavidade é preenchida. Um fluxo mais alto reduz o risco de não preenchimento, mas ao custo de aumento da turbulência, que pode causar defeitos de fundição.
O processo tradicional de fundição em areia utilizava areia “verde”. Isso se refere ao fato de estar úmido, e não à cor. A areia verde contém argila bentonita, que une os grãos. Hoje, a maior parte da fundição em areia é feita com areia resinosa. Trata-se de areia revestida com um aglutinante de resina. Forma moldes mais densos e resistentes e peças fundidas mais precisas.
Etapa 3: insira os núcleos
Os núcleos ocupam espaço dentro da cavidade do molde que, de outra forma, seria preenchido com metal. Eles geralmente são feitos de areia e colocados na cavidade antes que as metades superior e inferior sejam unidas.
Etapa 4: monte a capa e arraste
O arrasto é a cavidade inferior da areia, o copinho é a peça superior que contém os canais metálicos de alimentação. Juntos, a montagem é chamada de frasco. Os pinos garantem um bom alinhamento entre as duas metades. A região da cavidade onde as duas superfícies de areia se encontram formará uma linha divisória na peça fundida.
Etapa 5: despeje o metal fundido
O metal flui para dentro da cavidade a partir de uma bacia de vazamento na superfície superior do molde. À medida que a cavidade é preenchida, o metal sobe em um canal denominado riser. Isso forma um reservatório que é puxado de volta para a cavidade para compensar o encolhimento.
Cobre, bronze, latão e ferro tendem a vazar e fluir facilmente, mas algumas outras ligas são menos fluidas e algumas, como o alumínio, podem reagir com a areia. Isto é minimizado reduzindo a exposição ao ar e adicionando fluxos ao metal fundido.
Passo 6: Desmoldagem e Knock-Out
Após o vazamento, o metal é deixado esfriar e solidificar. Ao final, os moldes de areia são removidos do frasco e as peças fundidas são retiradas. Isso também quebra quaisquer núcleos incorporados ao molde.
O sistema de canal e o riser são então cortados, deixando peças fundidas de metal prontas para usinagem.
Aplicações de fundição em areia
Como sabemos que 70% das peças fundidas metálicas são provenientes do processo de fundição em areia, alguns dos produtos ou peças de fundição em areia comumente conhecidos que são fabricados através deste processo são corpos de bombas, buchas, pistões de compressores de ar, Impulsores, cárteres do motor & cárteres de óleo, engrenagens, volantes e gás & tanques de óleo.
- Mineração e Construção: A fundição em areia é utilizada nas indústrias de mineração e construção para produzir componentes de equipamentos, como peças de britadores, dentes de dragline, caçambas de escavadeiras e placas resistentes ao desgaste.
- Indústria Marinha: A fundição em areia é usada no setor marítimo para fabricar peças de motores marítimos, hélices, acessórios para barcos e outros componentes necessários para embarcações marítimas.
- Ferrovias: A fundição em areia é empregada na indústria ferroviária para produzir componentes como rodas ferroviárias, peças de sistemas de freio e acoplamentos.
- Agricultura e equipamentos agrícolas: A fundição em areia é usada para fabricar peças para máquinas agrícolas, incluindo componentes de tratores, relhas de arado e peças de sistemas de irrigação.
Diferença entre fundição sob pressão e fundição em areia
Fundição sob pressão envolve forçar o metal fundido em um molde sob alta pressão, produzindo formas complexas e precisas com superfícies lisas. Em contraste, a fundição em areia utiliza um molde feito de areia compactada para criar formas mais complexas, mas com um acabamento ligeiramente mais áspero.
| Aspectos | Fundição sob pressão | Fundição em Areia |
| Processo | Metal fundido forçado em um molde de metal | Metal fundido derramado em um molde de areia |
| Mofo | Molde permanente feito de aço ou outro | Molde temporário feito de areia verde ou outro |
| Complexidade | Adequado para formas complexas e intrincadas | Mais adequado para formas mais simples e objetos maiores |
| Acabamento de superfície | Excelente acabamento superficial e precisão dimensional | Acabamento superficial mais áspero e precisão dimensional menos precisa |
| Velocidade | Alta taxa de produção | Taxa de produção mais baixa |
| Custo | Maiores custos com ferramentas e equipamentos | Custos mais baixos com ferramentas e equipamentos |
| Material | Ampla gama de metais, incluindo alumínio, zinco e ligas de cobre | Vários metais, incluindo ferro, aço e ligas não ferrosas |
| Tamanho | Adequado para objetos pequenos e médios | Adequado para objetos pequenos e grandes |
| Tolerância | Tolerâncias dimensionais mais rigorosas | Tolerâncias dimensionais mais flexíveis |
| Automação | Processo altamente automatizado | Processo menos automatizado |
| Aplicativo | Comumente usado em indústrias como automotiva, aeroespacial e eletrônica | Amplamente utilizado em indústrias como fundições, arte e escultura |
Vantagens da fundição em areia
Devido à sua diversidade em comparação com outros métodos de fabricação, fundição em areia permite aos engenheiros a capacidade de construir peças complicadas a partir de uma variedade ilimitada de metais e ligas. Aqui estão alguns dos benefícios da fundição em areia.
- As peças fundidas podem ser tão pequenas quanto alguns mililitros e gramas ou tão grandes quanto metros e muitas toneladas.
- Nenhum outro método oferece as mesmas opções para criar formas complexas como a fundição em areia.
- O custo de equipamentos e ferramentas é baixo em comparação com outros processos de fabricação.
- A sucata produzida pode ser reciclada para fazer outro molde.
- É adaptável e utilizável para uma ampla gama de materiais, desde metais de baixo a alto ponto de fusão.
Robusto e Econômico
O processo de fundição em areia é adaptável a uma ampla gama de ligas, dimensões de peças e quantidades de produção. O acabamento da superfície é determinado pelo tamanho das partículas de areia, e a precisão é determinada pela precisão do padrão e pelo alinhamento entre o enfrentamento e o arrasto.
As limitações do processo são a necessidade de ângulos de inclinação nas superfícies verticais e a linha de partição no ponto de encontro entre as duas metades do molde. No entanto, para muitas peças metálicas, as vantagens de custo superam as despesas de usinagem dessas características.
Conclusão
Resumindo, fundição em areia destaca-se como um dos processos de fundição de metais mais versáteis e amplamente utilizados devido à sua simplicidade, economia e adaptabilidade a diversos formatos e tamanhos. O processo de seis etapas – desde a criação do modelo e preparação do molde até o vazamento, resfriamento e acabamento – garante que até mesmo projetos complexos possam ser realizados com precisão e eficiência. À medida que as indústrias continuam a abraçar os avanços em materiais e tecnologia, a fundição em areia continuará a ser uma técnica fundamental, oferecendo oportunidades de inovação e melhoria. Ao compreender e dominar esse processo, os fabricantes podem aprimorar as capacidades de produção e fornecer peças fundidas de alta qualidade que atendam à demanda.
Referências
- HPD Kumar, “Fundamentos dos Processos de Fabricação de Fundição,” Diário de Processos de Fabricação, vol. 19, não. 3, pp. 205-213, 2017.
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- AGT Rahman, “Materiais e Processos de Fabricação,” Materiais e Processos de Engenharia, Springer Natureza, 2020.
- ABDR Smith, “Uma visão geral da fundição em areia,” Revisão de tecnologia de fundição, vol. 32, não. 2, pp. 45-56, 2021.
- MJW Hensley, “Otimização do Processo de Fundição em Areia para Eficiência e Qualidade,” Jornal de Ciência da Engenharia Mecânica, vol. 235, não. 5, pp. 1107-1116, 2022.
