Fundição de metal, um processo de usinagem que envolve metal líquido e um molde, existe há milhares de anos.
Ao longo de sua história, a fundição de metal tem sido usada para fabricar de tudo, desde espadas a turbinas eólicas, e hoje é um dos métodos mais valiosos e versáteis para fabricar peças metálicas de alta qualidade.
Este guia aborda os fundamentos da fundição de metal, incluindo suas muitas variantes – fundição sob pressão, fundição de precisão, etc. – e os metais de fundição mais comuns.
O que é fundição de metal?
Fundição de metal é um tipo de processo de fundição isso envolve despejar metal líquido fundido em um molde.
O interior do molde é desenhado com uma impressão negativa da peça que está sendo confeccionada, portanto, quando o metal fundido esfria e solidifica dentro do molde, ele assume a forma da peça final. A peça acabada pode então ser removida do molde.
Dependendo das peças fabricadas e dos metais utilizados, existem diferentes variedades de fundição de metal, cada uma com suas vantagens particulares. Padrões, moldes e técnicas de enchimento podem variar muito entre essas variedades.
Embora a fundição de metal seja um processo versátil, as peças fundidas estão sujeitas a certas restrições de projeto e os engenheiros devem levar em conta o encolhimento do metal durante o estágio de resfriamento.
Compreendendo a fundição de metal
O centro fundição de metal O processo envolve aquecer um metal, despejá-lo em um molde, esperar que ele esfrie e solidifique e, em seguida, remover a peça acabada do molde. Na realidade, o processo pode ter muito mais etapas, e diferentes processos de fundição de metal funcionam de maneiras diferentes.
A seguir está uma visão geral simplificada do processo de fundição de metal. Observe que algumas etapas variam para diferentes variantes de elenco, enquanto algumas são totalmente omitidas.
1. Confecção do molde: Começando pelo início, muitos processos de fundição de metal exigem a fabricação de um molde, uma duplicata da peça final que é utilizada para fazer o molde. Os padrões podem ser permanentes ou descartáveis e podem ser feitos de materiais como cera, madeira e plástico.
2. Fabricação do macho: Para a fundição de peças ocas, pode ser necessário projetar um macho, uma peça sólida de material colocada dentro da cavidade do molde que molda a geometria interna de uma peça fundida. (Por exemplo, um núcleo cilíndrico dentro de um molde cilíndrico maior produzirá uma peça fundida em forma de tubo.)
3. Confecção do molde: Os moldes são confeccionados de diversas formas dependendo do processo. Por exemplo, moldes de metal permanentes podem ser feitos usando uma máquina CNC, enquanto os moldes de areia são feitos aplicando uma mistura de areia no exterior de um padrão. A prática de fabricação de moldes é conhecida como fabricação de moldes e é uma disciplina especializada.
4. Enchimento do molde: O metal é aquecido até derreter e depois derramado ou forçado no molde. Na fundição por gravidade, por exemplo, o material fundido é derramado para baixo na cavidade; na fundição sob pressão de alta pressão, ele é forçado para dentro da cavidade em alta pressão, com altas forças de fixação necessárias para manter a matriz segura.
5. Remoção da peça: Depois que a peça fundida é resfriada e solidificada, ela é retirada do molde. Para processos como fundição em areia, isso significa que o molde deve ser destruído para chegar ao interior da peça; para moldes permanentes, as duas metades do molde metálico são separadas e prontas para uso novamente.
6. Pós-processamento: Peças metálicas fundidas podem exigir limpeza – para remover restos do molde, por exemplo – ou outras etapas de pós-processamento antes de estarem prontas para uso.
Vantagens da fundição de metal
Existem inúmeras razões para escolher a fundição de metal em vez de outras opções de usinagem, como forjamento ou usinagem CNC. Alguns dos principais benefícios da fundição de metal incluem:
- Adequado para produção em massa
- Pode produzir peças enormes e pesadas
- Pode produzir peças com paredes muito espessas
- Adequado para grandes peças inteiras (em vez de componentes montados)
- Excelentes qualidades de rolamento
- Ideal para algumas ligas leves
- Versatilidade de materiais
As limitações da fundição de metal incluem defeitos inevitáveis, precisão dimensional limitada (em comparação com, por exemplo, usinagem CNC), trabalho intensivo e quantidades mínimas de pedido normalmente altas.
Os principais tipos de fundição de metal
Fundição sob pressão
Um dos tipos mais importantes de fundição de metal para peças complexas e detalhadas, fundição sob pressão usa duas matrizes de aço para ferramentas reutilizáveis como ferramenta. O processo é semelhante à moldagem por injeção de plástico: o material fundido é forçado para dentro da cavidade sob alta pressão, o que permite aos engenheiros fabricar peças com detalhes finos.
O custo de criação de matrizes personalizadas é alto, o que torna o processo mais comum na produção em massa. Uma vez fabricadas, entretanto, essas matrizes podem ser usadas muitas vezes. As peças fundidas sob pressão tendem a ter um excelente acabamento superficial.
A fundição sob pressão de alumínio e a fundição sob pressão de magnésio são amplamente utilizadas para peças de alta qualidade.
Fundição por gravidade
Assim como a fundição sob pressão, a fundição por gravidade é uma forma de fundir metal usando um molde de metal reutilizável. No entanto, a fundição por gravidade depende de forças gravitacionais para mover o metal líquido através do molde, de cima para baixo, em vez de pressão. Os moldes devem ser pré-aquecidos antes da primeira fundição e muitas vezes são feitos de ferro fundido devido à sua baixa fadiga térmica.
A fundição por gravidade é anterior a todas as outras técnicas de fundição de metal, com peças fundidas por gravidade existindo há milênios. É uma forma de fundição em molde permanente; alternativas ao processo de fundição por gravidade incluem pressão de gás e vácuo.
Fundição de precisão (fundição por cera perdida)
A fundição por cera perdida ou fundição por cera perdida é uma forma de fundir metal usando um padrão e molde descartáveis: ambos os itens são destruídos durante o processo de fundição (embora a cera derretida muitas vezes possa ser reutilizada).
Assim como a fundição por gravidade, a fundição por precisão tem milhares de anos. Durante o processo de fundição por cera perdida, um padrão é feito de cera ou material equivalente – às vezes à mão, às vezes usando uma impressora 3D de resina – antes que um material refratário seja derramado ao redor do padrão para fazer o molde.
O investimento é a camada cerâmica aplicada ao redor do padrão que funciona como molde para o metal fundido. Essa camada cerâmica é removida em um processo denominado desinvestimento.
Fundição em areia
A fundição em areia é um método simples e secular de fundição de metal e é mais acessível do que técnicas alternativas. Ele usa areia (misturada com um material de ligação como argila) como material de molde, e os moldes são capazes de suportar altas temperaturas.
No processo de fundição em areia, um padrão é imerso na areia contida em uma caixa especial chamada frasco. Ao compactar a areia ao redor do padrão, pode-se fazer um molde no qual o metal fundido pode ser derramado.
A areia utilizada no processo de fundição do metal pode ser areia verde (argila úmida) ou areia endurecida (areia seca com adesivo).
Outros processos de fundição
Existem dezenas de outros processos de fundição de metal usados na fabricação, incluindo moldagem em argila e moldagem em casca – ambos processos de molde descartáveis – e processos de molde permanente, como fundição centrífuga e fundição contínua.
Pressão de fundição: alta ou baixa?
Fundição sob pressão de metal é um valioso processo de usinagem de metais e pode ser dividido em duas categorias adicionais: fundição sob pressão de alta pressão e fundição sob pressão de baixa pressão. A escolha da pressão certa depende de fatores como material, espessura da parede e tamanho da peça.
A fundição sob pressão de alta pressão é uma técnica mais comum do que a fundição sob pressão de baixa pressão e é usada com mais de duas vezes mais frequência.
Ideal para ligas macias como alumínio e zinco, a fundição sob pressão envolve forçar o metal líquido para dentro do molde em alta pressão e alta velocidade, exigindo uma prensa poderosa para manter o molde fechado. O processo é, portanto, mais caro do que a fundição sob pressão de baixa pressão.
Vantagens da fundição sob pressão de alta pressão:
- Produção rápida
- Possibilidade de paredes finas
- Acabamento superficial liso
- Encolhimento mínimo
A fundição sob pressão é uma forma mais lenta de fundição que força o metal fundido para dentro do molde com mais cuidado. É adequado para ligas com baixos pontos de fusão. Embora mais lento do que a fundição sob pressão de alta pressão, o processo de fundição de metal a baixa pressão é adequado para geometrias complexas e pode produzir peças muito resistentes.
Vantagens da fundição sob pressão de baixa pressão:
- Partes fortes
- Geometrias complexas
Metais moldáveis
Uma variedade de metais são adequados para o processo de fundição. No entanto, os três materiais de fundição mais comuns aceitos pela Kbear Metal são alumínio, zinco e magnésio.
Fundição de alumínio
O alumínio fundido é o meio mais difundido de formação de alumínio. É utilizado na fabricação de itens como peças industriais e automotivas, como transmissões e motores, a partir de ligas como A380 e A383.
Existem algumas maneiras de realizar a fundição de alumínio. Fundição sob pressão de alumínio é excelente para produção de alto volume devido à sua velocidade e excelente acabamento superficial; a fundição em molde permanente é adequada para peças de alumínio extra-resistentes; e a fundição em areia é apropriada para a fundição de alumínio de pequenas quantidades e geometrias complexas.
Independentemente do processo de fundição, o alumínio fundido produz peças fortes e leves e, portanto, é altamente versátil.
Fundição de zinco
As ligas de zinco são metais populares, acessíveis e amplamente disponíveis, adequados para fundição. A fundição de zinco normalmente envolve fundição sob pressão, permitindo altas taxas de produção e requisitos mínimos de pós-processamento.
Devido à alta fluidez da fundição do zinco, a fundição de zinco pode resultar em peças com paredes muito finas e detalhes finos. O zinco também pode ser formado a frio para uma melhor união.
Os fabricantes podem escolher entre ligas de zinco ZAMAK ou ligas de zinco-alumínio (ZA). As peças de zinco fundido incluem componentes automotivos, peças de ar condicionado e componentes eletrônicos.
Fundição de magnésio
A fundição - em particular a fundição sob pressão de alta pressão - é de longe o processo de usinagem mais comum para a fabricação de peças de magnésio, representando cerca de 98% da produção de peças de magnésio.
Como o magnésio é o mais leve de todos os metais estruturais, é ideal para aplicações de redução de peso. Outras vantagens da fundição de magnésio incluem paredes muito finas, excelentes detalhes e uma boa relação rigidez/peso.
Em pequenas quantidades, peças de magnésio também podem ser feitas por fundição de gesso, embora a fundição sob pressão de magnésio seja melhor para aplicações profissionais.
Conclusão
Para concluir, fundição de metal é um processo de fabricação consagrado pelo tempo que evoluiu significativamente ao longo dos séculos, permitindo a produção de uma vasta gama de produtos, desde componentes de máquinas complexos até estruturas industriais de grande escala. Sua versatilidade e eficiência fazem dele a escolha preferida em vários setores, incluindo automotivo, aeroespacial e bens de consumo.
As diversas técnicas de fundição – desde fundição sob pressão até fundição em areia – oferecem vantagens distintas adaptadas a diferentes aplicações, permitindo que os engenheiros obtenham projetos, tolerâncias e propriedades de materiais específicos. Apesar de algumas limitações inerentes, tais como potenciais defeitos e elevados requisitos de mão-de-obra, os benefícios da fundição de metal, incluindo a relação custo-eficácia para a produção em massa e a versatilidade do material, continuam a solidificar o seu papel essencial na produção moderna.
À medida que os fabricantes enfrentam uma procura crescente por geometrias complexas e componentes leves, as inovações nos processos de fundição de metal provavelmente abrirão caminho para melhorias contínuas na precisão e na eficiência. Ao compreender os fundamentos e complexidades da fundição de metal, os profissionais da indústria podem aproveitar melhor esta valiosa técnica de fabricação para criar peças metálicas de alta qualidade que atendam aos rigorosos padrões de desempenho atuais.
Referências
- Enciclopédia Britânica. “Fundição de metais.” Britânica
- ASM Internacional. “Processos de fundição.” ASM.org
- Schmid, H. (2019). Processos de Fabricação de Materiais de Engenharia. Educação Pearson.
- DF Pritchett. (2012). Tecnologia de Fundição. Publicação Woodhead.
- Callister, W. D., & Rethwisch, DG (2018). Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. Wiley.
