Tecnologia de fundição
Podemos oferecer peças de fundição centrífuga, fundição em areia, fundição por moldagem a vácuo e tecnologia de forjamento com usinagens precisas e bem acabadas para 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 peças fundidas podem ser feitas em quase qualquer comprimento, espessura e diâmetro.
Diferentes espessuras de parede podem ser produzidas a partir do mesmo molde.
Eliminates the need for cores.
Resistente à corrosão atmosférica, uma situação típica com tubos.
Mechanical properties of centrifugal castings are excellent.
Only cylindrical shapes can be produced with this process.
Os limites de tamanho são de até 3 m (10 pés) de diâmetro e 15 m (50 pés) de comprimento.
Wall thickness range from 2.5 mm to 125 mm (0.1 - 5.0 in).
Limite de tolerância: no OD pode ser de 2,5 mm (0,1 pol) e no ID 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.
Vantagens 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.
Fundição em areia
Sand casting, also known as sand molded casting, is a metal casting process characterized by using sand as the mold material. The term sand casting can also refer to an object produced via the sand casting process. Sand castings are produced in specialized factories called foundries. Over 70% of all metal castings are produced via a sand casting process.
A fundição em areia é relativamente barata e suficientemente refratária até mesmo para uso em fundição 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 resistência e plasticidade da argila e tornar o agregado adequado para moldagem. A areia é normalmente contida em um sistema de molduras ou caixas de molde conhecido como caixa de moldagem. As cavidades do molde e o sistema de alimentação são criados compactando a areia em torno 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 do metal na cavidade do molde constituem o sistema de alimentação e incluem o canal de vazamento, vários alimentadores que mantêm uma boa 'alimentação' de metal e os canais de entrada que ligam o sistema de alimentação à cavidade de fundição. Os gases e vapores gerados durante a fundição saem através da areia permeável ou por meio de massalotes, que são adicionados no próprio modelo 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.
Arrepios de fundição em areia
Para controlar a estrutura de solidificação do metal, é possível colocar placas metálicas, chillers, no molde. O rápido resfriamento local associado formará uma estrutura de grãos mais finos e pode formar um metal um pouco mais duro nessas áreas. Em peças fundidas ferrosas, o efeito é semelhante ao têmpera de metais em trabalhos de forja. O diâmetro interno de um cilindro de motor é endurecido por um núcleo de resfriamento. Em outros metais, os chillers podem ser usados para promover a solidificação direcional da fundição. Ao controlar a maneira como uma fundição solidifica, é possível evitar vazios internos ou porosidade dentro das peças fundidas.
Núcleos de fundição em areia
Para produzir cavidades dentro da fundição—como para resfriamento líquido em blocos de motor e cabeçotes de cilindro—formas negativas são usadas para produzir núcleos. Geralmente moldados em areia, os núcleos são inseridos na caixa de fundição após a remoção do modelo. Sempre que possível, os projetos são feitos para evitar o uso de núcleos, devido ao tempo adicional de preparação e, portanto, maior custo.
With a completed mold at the appropriate moisture content, the box containing the sand mold is then positioned for filling with molten metal—typically iron, steel, bronze, brass, aluminium, magnesium alloys, or various pot metal alloys, which often include lead, tin, and zinc. After filling with liquid metal the box is set aside until the metal is sufficiently cool to be strong. The sand is then removed revealing a rough casting that, in the case of iron or steel, may still be glowing red. When casting with metals like iron or lead, which are significantly heavier than the casting sand, the casting flask is often covered with a heavy plate to prevent a problem known as floating the mold. Floating the mold occurs when the pressure of the metal pushes the sand above the mold cavity out of shape, causing the casting to fail.
Após a fundição, os núcleos são quebrados por hastes ou tiros e removidos da peça fundida. O metal do canal de alimentação e dos massalotes é cortado da peça bruta. Vários tratamentos térmicos podem ser aplicados para aliviar tensões do resfriamento inicial e adicionar dureza—no caso de aço ou ferro, por têmpera em água ou óleo. A peça fundida pode ser ainda mais fortalecida por tratamento de compressão superficial—como jateamento—que aumenta a resistência a trincas por tração e suaviza a superfície áspera.
Requisitos de projeto de 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.
Fundição por moldagem a vácuo
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.
The V-process is known for not requiring a draft because the plastic film has a certain degree of lubricity and it expands slightly when the vacuum is drawn in the flask. The process has high dimensional accuracy, with a tolerance of ±0.010 in for the first inch and ±0.002 in there after. Cross-sections as small as 0.090 in (2.3 mm) are possible. The surface finish is very good, usually between 150 to 125 rms. Other advantages include no moisture related defects, no cost for binders, excellent sand permeability, and no toxic fumes from burning the binders. Finally, the pattern does not wear out because the sand does not touch it. The main disadvantage is that the process is slower than traditional sand casting so it is only suitable for low to medium production volumes; approximately 10 to 15,000 pieces a year. However, this makes it perfect for prototype work, because the pattern can be easily modified as it is made from plastic.
Forjamento
A forja é um dos processos mais antigos conhecidos de trabalho com metais. 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 forjamento industrial é feito com prensas ou martelos acionados por ar comprimido, eletricidade, hidráulica ou vapor. Esses martelos podem ter pesos alternados de milhares de libras. Martelos de energia menores, com peso alternado de 500 lb (230 kg) ou menos, e prensas hidráulicas também são comuns em oficinas de arte. 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 forjagem
A forjagem 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 forjamento a quente evita o encruamento que resultaria do forjamento a frio, o que aumentaria a dificuldade de realizar operações secundárias de usinagem na peça. Além disso, embora o encruamento possa ser desejável em algumas circunstâncias, outros métodos de endurecimento da peça, como o tratamento térmico, são geralmente mais econômicos e controláveis. Ligas que são passíveis de endurecimento por precipitação, como a maioria das ligas de alumínio e titânio, podem ser forjadas a quente e depois endurecidas.
A produção de forjamento envolve despesas de capital significativas para maquinaria, ferramentas, instalações e pessoal. No caso do forjamento a quente, é necessário um forno de alta temperatura (por vezes referido como forja) para aquecer lingotes ou blocos. Devido à massa 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 queda, 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, bem como para suportar as tremendas forças envolvidas.
Processos de forjamento
Existem muitos tipos diferentes de processos de forjamento disponíveis, no entanto, eles podem ser agrupados em três classes principais:
Esticado: comprimento aumenta, seção transversal diminui
Chateado: o comprimento diminui, a seção transversal aumenta
Comprimido em matrizes de compressão fechadas: produz fluxo multidirecional
Os processos comuns de forjamento incluem: forjamento por laminação, forjamento por redução, forjamento por martelamento, forjamento em matriz aberta, forjamento em matriz fechada, forjamento por prensa, forjamento a quente automático e forjamento por recalque.