Fundição de metal – Definição, processo e tipos

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A fundição de metais é um processo de fabricação que envolve derreter metais e despejá-los em moldes para formar formas específicas. Ela é usada principalmente na indústria de manufatura para produzir várias peças, mas também em artes plásticas, como escultura e fabricação de joias. Em 2020, o mercado de fundição de metais de ferro e aço foi avaliado em US$ 145,97 bilhões. Estima-se que o mercado cresça a uma taxa de CAGR de 5,4% de 2021 a 2027.

O processo de fundição de metais data de mais de 7.000 anos. Ao longo dos séculos, o processo de fundição foi continuamente desenvolvido e aperfeiçoado. Hoje, ele permite a produção repetível de formas altamente complexasalgumas das quais seriam impossíveis de obter por meio de qualquer outro método.

Atualmente, ele é usado tão amplamente que é impossível evitar produtos fundidos, independentemente do tipo de ambiente em que o senhor se encontra. Alguns exemplos de produtos de metal fundido incluem blocos de motor, hidrantes, motores, ferramentas, semáforos, bueiros, tubulações, válvulas e vários acessórios.

Neste artigo, vamos explorar o processo de fundição de metal para entender o que é, explorar seus tipos e como eles funcionam.

O que é Casting?

O processo de fundição permite a produção de peças metálicas com as formas desejadas, aquecendo os metais acima da temperatura de fusão e despejando o metal líquido em moldes. O metal derretido flui para as cavidades vazias, adaptando-se ao formato do molde. Depois que o metal esfria e solidifica, ele é removido do molde e enviado para o pós-processamento. No pós-processamento, o acabamento e a aparência da superfície são aprimorados e todos os revestimentos de proteção necessários são aplicados.

A fundição de metal é limitada apenas pela imaginação do fabricante. Ela pode formar formas altamente complexas.

A fundição é preferida para geometrias complexas porque é mais econômica e o processo é simples em comparação, por exemplo, com a usinagem CNC nesses casos. Mas ela também é amplamente usada para as formas mais simples devido ao seu rápido tempo de resposta e à grande capacidade de produção.

Os métodos modernos de fundição podem produzir formas quase líquidas, reduzindo significativamente a necessidade de rebarbação e outras operações de pós-processamento.

Processo de fundição de metais

A razão pela qual o processo de fundição de metal se tornou tão popular foi sua simplicidade inerente. Não havia necessidade de maquinário moderno ou processos complexos para obter produtos acabados.

Por isso, até mesmo os exércitos antigos conseguiam aproveitá-la para a produção de armas e ferramentas. Mas, com o passar dos anos, os avanços na fundição acrescentaram algumas etapas ao processo para garantir que os produtos finais tenham a melhor qualidade possível. Vejamos o processo típico de fundição de metal usado nas indústrias atualmente.

Etapa 1: Criação do molde

A criação do molde é, sem dúvida, a etapa mais crucial do processo de fundição de metal. A qualidade do molde afeta diretamente a qualidade do produto acabado. O método de criação do molde varia de acordo com o tipo de metal, a geometria da peça, a capacidade de produção e o acabamento desejado. Uma vez decididas essas especificações, os materiais e o método apropriados podem ser determinados.

O molde é criado como uma impressão negativa da peça desejada. Ele é feito de um material que pode não apenas suportar as altas temperaturas do material fundido, mas também se separar facilmente da peça metálica sólida após o resfriamento. Alguns materiais usados para o molde incluem areia, gesso, pasta refratária e líquido cerâmico. Alguns moldes só podem ser usados uma vez, enquanto outros podem ser usados várias vezes.

Etapa 2: Derretimento e vazamento do metal

O metal de fundição é aquecido acima de seu ponto de fusão para criar um líquido de fluxo livre. O líquido deve estar livre de contaminantes e impurezas, tanto quanto possível. Podem ser adicionadas disposições ao molde para evitar a entrada de impurezas na fundição. O metal fundido é derramado em uma bacia de derramamento na parte superior do molde. Em seguida, o metal liquefeito entra no canal de entrada (canal vertical) e é distribuído na cavidade do molde por meio de canais (canais horizontais) e portões (entradas para as cavidades).

Metais menos viscosos podem fluir facilmente para a fundição e formar padrões mais finos. Os metais com alta viscosidade apresentam fluxo não turbulento, o que ajuda a eliminar defeitos como a porosidade. A taxa de solidificação e a força motriz também são influenciadas pela viscosidade do metal fundido.

Etapa 3: Remoção da peça fundida de metal do molde

No caso de um molde de uso único, o molde é quebrado para recuperar a peça fundida de metal.

Para a fundição em molde permanente, há vários arranjos de abertura no molde para acessar e recuperar a fundição. O molde pode então ser reutilizado nos próximos lotes.

Etapa 4: Acabamento e pós-processamento

A peça fundida retirada do molde não pode ser usada em seu estado atual. Quando o metal fundido é despejado no molde, o metal líquido no jito, nos canais, nos risers e nas aberturas também se solidifica. Todos esses apêndices são cortados. O acabamento da superfície também pode ser necessário.

A peça é então enviada para limpeza e revestimento, se a aplicação assim o exigir.

Tipos de processos de fundição

As peças fundidas podem ser criadas a partir de vários metais, como alumínio, zinco, aço e ferro. Cada metal possui características exclusivas, exigindo ajustes na técnica de fundição para obter o melhor produto possível.

A técnica de fundição também depende de parâmetros como a composição da liga, a geometria da peça, o custo, a qualidade final desejada, o tamanho da produção e os critérios de desempenho.

Os processos de fundição são divididos de duas maneiras: a primeira é a com base na vida útil do molde (moldes de fundição descartáveis e não descartáveis) e o segundo é o método de injeção de liga metálica (fundição por gravidade, pressão ou vácuo). Neste artigo, categorizaremos os processos de fundição em fundições de molde descartáveis e não descartáveis.

Processo de fundição de molde descartável

Os processos de fundição com molde descartável usam moldes que só podem ser usados uma vez. Esses moldes são usados em vários processos de fundição, como fundição em areia, fundição em molde de concha e fundição por cera perdida, entre outros. Deve-se observar, entretanto, que esses moldes nem sempre podem ser descartados após o uso. Os fabricantes podem tentar recuperar os moldes quando for possível reformá-los.

Vamos dar uma olhada mais de perto em alguns dos processos que usam moldes de fundição não reutilizáveis:

Fundição em areia

Na fundição em areia, a areia é usada como material de molde. A areia é barata, facilmente disponível, maleável e pode resistir a altas temperaturas melhor do que a maioria dos materiais. A areia verde (úmida) e a areia seca são os materiais mais adequados para o processo de fundição.

Um molde de areia no formato negativo da peça desejada é criado e, em seguida, o metal fundido é derramado nele. Depois que o metal se solidifica, a areia é removida para recuperar a fundição.

A fundição em areia é um dos métodos de fundição mais antigos. Ele continua muito popular até hoje devido à sua simplicidade, versatilidade e preço acessível.

A fundição em areia pode produzir produtos com tamanhos que variam de alguns centímetros a dezenas de metros. Os produtos podem pesar apenas 75g e chegar a várias toneladas.

No entanto, a fundição em areia não oferece o melhor acabamento de superfície e, portanto, é mais adequada para produtos maiores que podem ser refinados para um acabamento mais suave posteriormente.

A fundição em molde de gesso é um tipo de método de fundição em areia em que o gesso é usado para construir o molde em vez de areia.

Moldagem de conchas

A moldagem em concha é um tipo de processo de fundição em areia. No entanto, em vez de areia solta, a fundição de metal ocorre dentro de uma concha de areia dura e de paredes finas.

Para criar essa concha, primeiro é preciso criar um padrão. Um padrão é um objeto que tem o formato da peça desejada. O padrão é aquecido e colocado na areia misturada com um aglutinante de resina termoendurecível. A areia ao redor do padrão assume a forma da peça e a resina a endurece. A casca é curada no forno. Quando a casca estiver pronta, ela é colocada no material de cozimento e o metal fundido é derramado nela. A fundição é recuperada após a solidificação.

A moldagem de cascas oferece vantagens como menor necessidade de mão de obra (quando automatizada), maior capacidade de produção e maior precisão dimensional.

Entretanto, a moldagem em casca é um pouco mais cara do que a fundição em areia devido à resina utilizada. Ela também pode ter menor resistência do material e problemas de alta porosidade. Os custos de mão de obra também podem acabar sendo bastante altos se o processo não for automatizado.

Fundição por revestimento

A fundição por cera perdida, também conhecida como fundição por cera perdida ou fundição de precisão, usa cera para criar peças fundidas precisas de forma consistente.

O processo começa com um padrão de cera obtido por meio de matrizes de metal. Vários padrões de cera são montados com portas, canais e um jito. Isso permite fundir várias peças simultaneamente.

O conjunto de padrões de cera é mergulhado ou “investido” em uma pasta refratária que assume a forma do conjunto.

O padrão de cera, juntamente com o invólucro de pasta, é então aquecido. A cera flui para fora da casca e pode ser recuperada para reutilização.

O invólucro de lama forma então o molde para o processo de fundição. O metal derretido é despejado no molde, onde se solidifica na peça necessária.

A fundição por cera perdida é altamente precisa. É usada para peças complexas que exigem peças precisas, como rotores de turbocompressores. Também proporciona um acabamento superficial muito bom.

Por outro lado, o processo é mais caro do que a fundição em areia e a moldagem em casca. Ele tem limitações em alguns recursos, como o tamanho e a profundidade dos furos. A fundição por cera perdida pode ser difícil de executar quando se trata de núcleos.

Processo de fundição de molde não-expansível

Essas técnicas de fundição usam moldes permanentes permanentes que podem ser reutilizados várias vezes. Não há necessidade de preparar um novo molde para cada fundição, como é o caso da fundição com molde descartável. Isso pode ser vantajoso para peças fundidas que exigem um acabamento superficial fino, alta precisão dimensional e formas complexas.

Os seguintes processos de fundição podem ser classificados como não descartáveis:

Fundição sob pressão

O processo de fundição sob pressão utiliza uma matriz de metal para fundir outros metais. A matriz geralmente é feita de ligas não ferrosas de alumínio, cobre e zinco, mas também são usadas matrizes de metais ferrosos.

O matrizes metálicas são caras de fazer mas duram muito tempo. Isso torna a fundição sob pressão mais adequada para a produção de grandes volumes.

A fundição sob pressão, em comparação com outras técnicas de fundição de metal, é mais adequada para peças de pequeno e médio porte que exigem um acabamento superficial de alta qualidade.

Os processos de fundição sob pressão são de dois tipos principais: fundição sob pressão e fundição por gravidade. A fundição por gravidade usa a força da gravidade para encher o molde com metais fundidos. Os canais e as cavidades do molde são projetados de forma a permitir que o metal flua naturalmente para as cavidades.

A fundição sob pressão injeta metal fundido em alta pressão para preencher o molde. Esse processo oferece maior flexibilidade no projeto do molde, mas é mais caro e requer mais habilidade.

A fundição sob pressão é mais adequada para geometrias complexas, enquanto a fundição por gravidade oferece maior valor para projetos mais simples.

Fundição centrífuga

Fundição centrífuga usa a força centrífuga para fundir peças circulares. O processo é geralmente usado para criar peças fundidas de tamanho padrão, como tubos, e não produtos acabados.

Como o processo aproveita a gravidade e a pressão, ele cria designs muito finos com precisão notável.

O metal fundido é alimentado pelo centro e o movimento giratório do molde empurra o metal para a borda, formando um formato anular. Ao adicionar vários materiais sucessivamente, é possível produzir tubos com várias camadas. Por exemplo, a fundição centrífuga pode criar tubos de ferro fundido com um revestimento de cimento no interior para evitar a corrosão e a subsequente tuberculação.

A força centrífuga também pode empurrar o metal fundido viscoso para cavidades extremamente finas. O metal pode ser moldado em formas intrincadas e formar desenhos complexos. Portanto, esse conceito também é comumente usado para criar joias.

As máquinas de fundição podem ser horizontais ou verticais. As máquinas horizontais são adequadas para produtos longos, como tubos, enquanto as máquinas de eixo vertical são mais apropriadas para produtos mais curtos, como rolamentos.

A fundição centrífuga oferece vantagens como não exigir núcleos, produzir excelente estrutura de grãos e não ter limitações em dimensões como comprimento, espessura de parede e diâmetro.

A fundição centrífuga é a melhor alternativa para aplicações específicas, como cilindros de paredes finas. No entanto, ela tem desvantagens como restrições de forma, incapacidade de trabalhar com diâmetros menores e compatibilidade com ligas limitadas. As impurezas se acumulam no centro da fundição centrífuga, o que pode ser difícil de remover.

Fundição contínua

O lingotamento contínuo, também conhecido como strand casting ou slab casting, produz um fundição contínua de seção transversal constante.

O metal derretido de um forno é cuidadosamente despejado em um tundish, de onde o metal é transferido para um molde resfriado a água com a seção transversal desejada. O resfriamento acelera a solidificação do metal fundido.

Enquanto o metal se solidifica, ele também é puxado para fora do molde por meio de rolos, onde a peça fundida pode ser resfriada e moldada ainda mais para as dimensões finais. Após o término da solidificação, a peça fundida é cortada em dimensões padrão.

A fundição contínua oferece uma alta taxa de produção, maior precisão, menos desperdício e melhor estrutura de grãos.

No entanto, o processo exige um alto investimento inicial, e o produto final pode apresentar defeitos internos e má qualidade de superfície.

Resumo

A fundição de metais é um método proficiente e econômico para produzir produtos metálicos confiáveis. Ele oferece uma ampla gama de processos. Cada processo tem prós e contras que o tornam adequado para aplicações específicas.

Por exemplo, a fundição em areia é perfeita para peças complexas únicas, enquanto a fundição sob pressão é mais apropriada quando são necessários produtos complexos em uma alta taxa de produção.

Os moldes usados na fundição são categorizados como moldes descartáveis e moldes não descartáveis. Os moldes descartáveis são destruídos após cada uso, como na fundição em areia, enquanto os moldes não descartáveis são mais permanentes e podem durar de alguns dias a alguns anos.

A versatilidade da fundição de metal faz dela uma técnica de usinagem essencial para vários setores, do automotivo ao aeroespacial, garantindo a alta precisão e a produção repetível de peças complexas.

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