Tecnologia de fundição

Podemos oferecer peças com tecnologia de fundição centrífuga, fundição em areia, fundição a vácuo e forjamento, com usinagem de boa qualidade e precisão para atender a requisitos rigorosos.

Fundição centrífuga

In centrifugal casting, a permanent mold is rotated continuously about its axis at high speeds (300 to 3000 rpm) as the molten metal is poured. The molten metal is centrifugally thrown towards the inside mold wall, where it solidifies after cooling. The casting is usually a fine-grained casting with a very fine-grained outer diameter, owing to chilling against the mould surface. Impurities and inclusions are thrown to the surface of the inside diameter, which can be machined away. Casting machines may be either horizontal or vertical-axis. Horizontal axis machines are preferred for long, thin cylinders, vertical machines for rings. Most castings are solidified from the outside first. This may be used to encourage directional solidification of the casting, and thus give useful metallurgical properties to it. Often the inner and outer layers are discarded and only the intermediary columnar zone is used. Centrifugal casting was the invention of Alfred Krupp, who used it to manufacture cast steel tyres for railway wheels in 1852.

Características da fundição centrífuga

As fundições podem ser feitas em quase qualquer comprimento, espessura e diâmetro.

Do mesmo molde de tamanho, podem ser produzidas diferentes espessuras de parede.

Elimina a necessidade de machos.

Resistente à corrosão atmosférica, uma situação típica com tubos.

As propriedades mecânicas das peças fundidas por centrifugação são excelentes.

Apenas formas cilíndricas podem ser produzidas com este processo.

Os limites de tamanho são de até 3 m (10 pés) de diâmetro e 15 m (50 pés) de comprimento.

A espessura da parede varia de 2,5 mm a 125 mm (0,1 - 5,0 pol).

Tolerância: no diâmetro externo pode ser de 2,5 mm (0,1 pol), no diâmetro interno pode ser de 3,8 mm (0,15 pol).

O acabamento superficial varia de 2,5 mm a 12,5 mm (0,1 - 0,5 pol) rms.

Benefícios da fundição centrífuga

Cylinders and shapes with rotational symmetry are most commonly cast by this technique. "Tall" castings (in the direction of the settling force acting, usually gravity) are always more difficult than short castings. In the centrifugal casting technique the radius of the rotation, along which the centrifugal force acts, replaces the vertical axis. The casting machine may be rotated to place this in any convenient orientation, relative to gravity's vertical. Horizontal and vertical axis machines are both used, simply to place the casting's longest dimension conveniently horizontal. Thin-walled cylinders are difficult to cast by other means, but centrifugal casting is particularly suited to them. To the rotation radius, these are effectively shallow flat castings and are thus simple. Centrifugal casting is also applied to the casting of disk and cylindrical shaped objects such as railway carriage wheels or machine fittings where the grain, flow, and balance are important to the durability and utility of the finished product. Providing that the shape is relatively constant in radius, noncircular shapes may also be cast.

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Fundição em areia, também conhecida como fundição em molde de areia, é um processo de fundição de metais caracterizado pelo uso de areia como material do molde. O termo fundição em areia também pode se referir a um objeto produzido por meio do processo de fundição em areia. As peças fundidas em areia são produzidas em fábricas especializadas chamadas fundições. Mais de 70% de todas as peças fundidas em metal são produzidas por meio de um processo de fundição em areia.

A fundição em areia é relativamente barata e suficientemente refratária, mesmo para uso em fundições de aço. Além da areia, um agente de ligação adequado (geralmente argila) é misturado ou ocorre com a areia. A mistura é umedecida, tipicamente com água, mas às vezes com outras substâncias, para desenvolver a resistência e plasticidade da argila e tornar o agregado adequado para moldagem. A areia é geralmente contida em um sistema de molduras ou caixas de moldagem conhecido como caixa de macho. As cavidades do molde e o sistema de canais são criados compactando a areia ao redor de modelos ou padrões, ou esculpidos diretamente na areia.

Padrões de fundição em areia

From the design, provided by an engineer or designer, a skilled pattern maker builds a pattern of the object to be produced, using wood, metal, or a plastic such as expanded polystyrene. Sand can be ground, swept or strickled into shape. The metal to be cast will contract during solidification, and this may be non-uniform due to uneven cooling. Therefore, the pattern must be slightly larger than the finished product, a difference known as contraction allowance. Pattern-makers are able to produce suitable patterns using Contraction rules (these are sometimes called shrink allowance rulers where the ruled markings are deliberately made to a larger spacing according to the percentage of extra length needed). Different scaled rules are used for different metals, because each metal and alloy contracts by an amount distinct from all others. Patterns also have core prints that create registers within the molds into which are placed sand cores. Such cores, sometimes reinforced by wires, are used to create under-cut profiles and cavities which cannot be molded with the cope and drag, such as the interior passages of valves or cooling passages in engine blocks.

Os caminhos para a entrada de metal na cavidade do molde constituem o sistema de canais e incluem o sprue, vários alimentadores que mantêm um bom 'alimentação' de metal, e entradas que conectam o sistema de canais à cavidade de fundição. O gás e o vapor gerados durante a fundição saem através da areia permeável ou via risers, que são adicionados no próprio padrão ou como peças separadas.

Caixa de moldagem e materiais de fundição em areia

A multi-part molding box (known as a casting flask, the top and bottom halves of which are known respectively as the cope and drag) is prepared to receive the pattern. Molding boxes are made in segments that may be latched to each other and to end closures. For a simple object—flat on one side—the lower portion of the box, closed at the bottom, will be filled with a molding sand. The sand is packed in through a vibratory process called ramming, and in this case, periodically screeded level. The surface of the sand may then be stabilized with a sizing compound. The pattern is placed on the sand and another molding box segment is added. Additional sand is rammed over and around the pattern. Finally a cover is placed on the box and it is turned and unlatched, so that the halves of the mold may be parted and the pattern with its sprue and vent patterns removed. Additional sizing may be added and any defects introduced by the removal of the pattern are corrected. The box is closed again. This forms a green mold which must be dried to receive the hot metal. If the mold is not sufficiently dried a steam explosion can occur that can throw molten metal about. In some cases, the sand may be oiled instead of moistened, which makes possible casting without waiting for the sand to dry. Sand may also be bonded by chemical binders, such as furane resins or amine-hardened resins.

Areia de fundição para resfriamento

Para controlar a estrutura de solidificação do metal, é possível colocar placas de metal, resfriadores, no molde. O rápido resfriamento local associado formará uma estrutura de grão mais fina e pode formar um metal um pouco mais duro nesses locais. Em fundidos ferrosos, o efeito é semelhante ao têmpera de metais em forjaria. O diâmetro interno de um cilindro de motor é endurecido por um núcleo de resfriamento. Em outros metais, resfriadores podem ser usados para promover a solidificação direcional do fundido. Ao controlar a forma como um fundido congela, é possível evitar vazios internos ou porosidade dentro dos fundidos.

Cores de fundição em areia

Para produzir cavidades dentro da fundição—como para refrigeração líquida em blocos de motor e cabeçotes de cilindro—formas negativas são usadas para produzir machos. Geralmente moldados em areia, os machos são inseridos na caixa de fundição após a remoção do modelo. Sempre que possível, são feitos projetos que evitam o uso de machos, devido ao tempo adicional de configuração e, portanto, ao maior custo.

Com um molde completo com o teor de umidade adequado, a caixa que contém o molde de areia é então posicionada para ser preenchida com metal fundido — tipicamente ferro, aço, bronze, latão, alumínio, ligas de magnésio ou várias ligas de metal de baixo ponto de fusão, que frequentemente incluem chumbo, estanho e zinco. Após o preenchimento com metal líquido, a caixa é deixada de lado até que o metal esteja suficientemente frio para ser resistente. A areia é então removida, revelando uma peça bruta que, no caso de ferro ou aço, ainda pode estar brilhando em vermelho. Ao fundir metais como ferro ou chumbo, que são significativamente mais pesados que a areia de fundição, o quadro de fundição é frequentemente coberto com uma placa pesada para evitar um problema conhecido como flutuação do molde. A flutuação do molde ocorre quando a pressão do metal empurra a areia acima da cavidade do molde, deformando-a, causando a falha da peça fundida.

Após a fundição, os machos são quebrados por barras ou granalhas e removidos da peça fundida. O metal do canal de vazamento e dos massalotes é cortado da peça bruta. Vários tratamentos térmicos podem ser aplicados para aliviar tensões do resfriamento inicial e aumentar a dureza — no caso de aço ou ferro, por têmpera em água ou óleo. A peça fundida pode ser ainda mais reforçada por tratamento de compressão superficial — como jateamento de granalha — que adiciona resistência à trinca por tração e alisa a superfície áspera.

Os requisitos de projeto para fundição em areia

The part to be made and its pattern must be designed to accommodate each stage of the process, as it must be possible to remove the pattern without disturbing the molding sand and to have proper locations to receive and position the cores. A slight taper, known as draft, must be used on surfaces perpendicular to the parting line, in order to be able to remove the pattern from the mold. This requirement also applies to cores, as they must be removed from the core box in which they are formed. The sprue and risers must be arranged to allow a proper flow of metal and gasses within the mold in order to avoid an incomplete casting. Should a piece of core or mold become dislodged it may be embedded in the final casting, forming a sand pit, which may render the casting unusable. Gas pockets can cause internal voids. These may be immediately visible or may only be revealed after extensive machining has been performed. For critical applications, or where the cost of wasted effort is a factor, non-destructive testing methods may be applied before further work is performed.

Vacuum molding casting

Vacuum molding (V-process) is a variation of the sand casting process for most ferrous and non-ferrous metals, in which unbonded sand is held in the flask with a vacuum. The pattern is specially vented so that a vacuum can be pulled through it. A heat-softened thin sheet (0.003 to 0.008 in (0.076 to 0.203 mm)) of plastic film is draped over the pattern and a vacuum is drawn (200 to 400 mmHg (27 to 53 kPa)). A special vacuum forming flask is placed over the plastic pattern and is filled with a free-flowing sand. The sand is vibrated to compact the sand and a sprue and pouring cup are formed in the cope. Another sheet of plastic is placed over the top of the sand in the flask and a vacuum is drawn through the special flask; this hardens and strengthens the unbonded sand. The vacuum is then released on the pattern and the cope is removed. The drag is made in the same way (without the sprue and pouring cup). Any cores are set in place and the mold is closed. The molten metal is poured while the cope and drag are still under a vacuum, because the plastic vaporizes but the vacuum keeps the shape of the sand while the metal solidifies. When the metal has solidified, the vacuum is turned off and the sand runs out freely, releasing the casting.

O processo V é conhecido por não exigir um ângulo de saída porque o filme plástico possui um certo grau de lubricidade e se expande ligeiramente quando o vácuo é aplicado no molde. O processo tem alta precisão dimensional, com uma tolerância de ±0,010 polegadas para a primeira polegada e ±0,002 polegadas para as demais. Seções transversais tão pequenas quanto 0,090 polegadas (2,3 mm) são possíveis. O acabamento superficial é muito bom, geralmente entre 150 e 125 rms. Outras vantagens incluem ausência de defeitos relacionados à umidade, nenhum custo com aglutinantes, excelente permeabilidade da areia e ausência de fumos tóxicos da queima dos aglutinantes. Finalmente, o modelo não se desgasta porque a areia não o toca. A principal desvantagem é que o processo é mais lento do que a fundição em areia tradicional, sendo adequado apenas para volumes de produção baixos a médios; aproximadamente 10 a 15.000 peças por ano. No entanto, isso o torna perfeito para trabalhos de protótipo, pois o modelo pode ser facilmente modificado por ser feito de plástico.

Forging

Forging é um dos processos de metalurgia mais antigos conhecidos. Tradicionalmente, a forja era realizada por um ferreiro usando martelo e bigorna, embora a introdução da energia hidráulica na produção e trabalho do ferro no século XII tenha tornado o martelo e a bigorna obsoletos. A ferraria ou forja evoluiu ao longo dos séculos para se tornar uma instalação com processos projetados, equipamentos de produção, ferramentas, matérias-primas e produtos para atender às demandas da indústria moderna.

Nos tempos modernos, a forjagem industrial é feita com prensas ou martelos movidos a ar comprimido, eletricidade, hidráulica ou vapor. Esses martelos podem ter pesos alternados de milhares de libras. Martelos elétricos menores, com peso alternado de 500 lb (230 kg) ou menos, e prensas hidráulicas também são comuns em forjas artesanais. Alguns martelos a vapor ainda estão em uso, mas tornaram-se obsoletos com a disponibilidade de outras fontes de energia mais convenientes.

Vantagens e desvantagens da forja

A forja pode produzir uma peça mais resistente do que uma peça fundida ou usinada equivalente. À medida que o metal é moldado durante o processo de forjamento, seu grão interno se deforma para seguir a forma geral da peça. Como resultado, o grão é contínuo em toda a peça, resultando em uma peça com características de resistência aprimoradas.

Alguns metais podem ser forjados a frio, mas o ferro e o aço são quase sempre forjados a quente. A forja a quente evita o endurecimento por deformação que resultaria da forja a frio, o que aumentaria a dificuldade de realizar operações de usinagem secundárias na peça. Além disso, embora o endurecimento por deformação possa ser desejável em algumas circunstâncias, outros métodos de endurecimento da peça, como o tratamento térmico, são geralmente mais econômicos e mais controláveis. Ligas que são suscetíveis ao endurecimento por precipitação, como a maioria das ligas de alumínio e titânio, podem ser forjadas a quente, seguidas de endurecimento.

A produção por forjamento envolve despesas de capital significativas com maquinário, ferramentas, instalações e pessoal. No caso do forjamento a quente, é necessário um forno de alta temperatura (às vezes chamado de forja) para aquecer lingotes ou tarugos. Devido à enormidade dos grandes martelos e prensas de forjamento e das peças que podem produzir, bem como aos perigos inerentes ao trabalho com metal quente, frequentemente é necessário um edifício especial para abrigar a operação. No caso de operações de forjamento por estampagem, devem ser feitas provisões para absorver o choque e a vibração gerados pelo martelo. A maioria das operações de forjamento utiliza matrizes de conformação de metal, que devem ser usinadas com precisão e cuidadosamente tratadas termicamente para moldar corretamente a peça de trabalho, além de suportar as forças tremendas envolvidas.

Processos de forjamento

Existem muitos tipos diferentes de processos de forjamento disponíveis, no entanto eles podem ser agrupados em três classes principais:

Drawn out: o comprimento aumenta, a seção transversal diminui

Upset: comprimento diminui, seção transversal aumenta

Comprimido em matrizes de compressão fechadas: produz fluxo multidirecional

Processos comuns de forjamento incluem: forjamento a rolo, recalcagem, forjamento livre, forjamento em matriz aberta, forjamento em matriz fechada, forjamento a prensa, forjamento a quente automático e recalcagem.