O que é Fundição em areia

A fundição em areia é a técnica mais comum usada em todo o mundo. Fundição em areia na China Um fluxo típico do processo de fundição em areia é mostrado no diagrama a seguir:

A areia é usada como material refratário em sistemas de moldagem em areia. O processo de fundição em areia é um aglutinante que mantém a forma do molde durante o vazamento do metal fundido. Há uma grande variedade de sistemas de areia/aglutinante que são usados no sistema de fundição em areia. A argila bentonita é usada em até 4-10% da mistura de areia nos sistemas de areia verde, que é o sistema de fundição em areia mais comum. A água, que compõe cerca de 2-4% da mistura de areia, ativa o aglutinante. O material carbonáceo, como o carvão vegetal (2-10% do volume total), também é adicionado à mistura para proporcionar um ambiente redutor. Ele ajuda a evitar a oxidação do metal durante o vazamento. Os restantes 85-95% da mistura total contêm areia.

Uma variedade de aglutinantes químicos é usada em outros processos de moldagem em areia: Os aglutinantes de óleo são misturas de óleos animais, petroquímicos e vegetais. Alguns dos aglutinantes de resina sintética mais populares são: ureia-formaldeído, fenólicos, fenol-formaldeído, ureia-formaldeído/álcool furfurílico, isocianato de alquila e isocianato fenólico. Os aglutinantes de resina química são usados com frequência para núcleos de fundição e, em menor escala, para moldes de fundição.

Fundição em areia na China

Como os padrões são feitos

A primeira etapa do desenvolvimento de uma nova peça fundida é a criação do molde. O molde é apenas uma réplica do produto acabado. Em geral, Processo de fundição em areia é feito de madeira, mas também podem ser usados metal, plástico e gesso. Esses padrões são permanentes e, portanto, podem ser usados para formar vários moldes. A modelagem é um processo altamente qualificado e preciso que é fundamental para a qualidade do produto final. Muitas lojas de moldes modernas utilizam o CAD (desenho assistido por computador) para projetar moldes. Esses sistemas também podem ser integrados a ferramentas de corte automatizadas que são controladas por ferramentas de manufatura auxiliada por computador (CAM). Os machos são produzidos em conjunto com o padrão para formar as superfícies internas da peça fundida. Eles são produzidos em uma caixa de núcleo, que é essencialmente um molde permanente que é desenvolvido.

Como os moldes são feitos

O molde é formado em uma caixa de molde com duas metades que ajudam a remover o padrão. Como os moldes de areia são temporários por natureza, um novo molde deve ser formado a cada vez para a fundição individual. A figura a seguir descreve um molde de areia típico de duas partes:

Quando o núcleo é inserido na parte superior do forno, seu queimador inicia imediatamente o processo de fusão.

O arraste, a metade inferior do molde, é feito em uma placa de moldagem. Os núcleos exigem maior resistência para manter sua forma durante o vazamento. A precisão dimensional também precisa ser maior porque as superfícies internas são mais difíceis de serem usinadas, o que torna os erros caros de serem corrigidos. Um dos sistemas de ligação química é usado na formação dos núcleos. Depois que o núcleo é inserido, a metade superior do molde ou o cope é colocado no topo. A interface entre as duas metades do molde é chamada de linha de separação. Às vezes, são colocados pesos no suporte, o que ajuda a fixar as duas metades juntas.

Os projetos de molde incluem um sistema de passagem projetado para levar o metal fundido suavemente a todas as partes do molde. Em geral, o sistema de passagem inclui um canal de entrada, portões, corrediças e risers. O jito é onde o metal é derramado. Os portões permitem que o metal entre no sistema de circulação. Os corredores transportam o metal fundido em direção à cavidade de fundição. Os risers podem ter várias funções, incluindo aberturas para permitir a liberação de gases, reservatórios antes da cavidade de fundição para ajudar na solidificação progressiva e cavidades de resíduos para permitir que o metal suba da cavidade de fundição para garantir que ela seja preenchida e para remover o primeiro metal derramado da cavidade de fundição, evitando assim problemas de solidificação.

Derretimento e derramamento

Muitas fundições de metais ferrosos usam uma alta proporção de sucata para compor uma carga. Dessa forma, as fundições desempenham um papel importante no setor de reciclagem de metais. A sucata gerada internamente a partir de canais e risers, bem como o produto rejeitado, também é reciclada. A carga é pesada e introduzida no forno. Ligas e outros materiais são adicionados à carga para produzir a fusão desejada. Em algumas operações, a carga pode ser pré-aquecida, geralmente usando calor residual. Os fornos comumente usados no setor são descritos abaixo. Nos processos tradicionais, o metal é superaquecido no forno. O metal derretido é transferido do forno para uma panela e mantido até atingir a temperatura de vazamento desejada. O metal derretido é despejado no molde e solidificado.

Resfriamento e agitação

O molde é transportado para uma área de resfriamento, imediatamente após o derramamento do metal fundido. A peça fundida precisa esfriar por um longo período, geralmente durante a noite, antes de poder ser removida do molde. As peças fundidas podem ser removidas manualmente ou por meio de mesas vibratórias que sacodem o material refratário para longe da peça fundida. Para o resfriamento rápido das peças fundidas, muitas fundições também usam banhos de têmpera. Isso acelera o processo e também ajuda a obter determinadas propriedades metalúrgicas. Para evitar a oxidação, o banho de têmpera pode conter aditivos químicos.

Recuperação de areia

As fundições recuperam uma proporção significativa da areia residual para reutilização interna. Isso reduz significativamente a quantidade de areia que precisa ser comprada e descartada. Em geral, a fundição em areia é recuperada mecanicamente. Os núcleos e os grandes pedaços de metal são removidos por peneiras vibratórias e os aglutinantes são removidos por atrito, no qual as partículas de areia se esfregam umas nas outras.

Fundição em areia fina e aglutinantes são removidos por extração e coletados em um bag house. Em alguns sistemas, os metais são removidos por meio de ímãs ou outras técnicas de separação. Para operações que usam recuperação mecânica, a taxa de reciclagem é geralmente limitada a cerca de 70%.

Isso se deve à necessidade de manter uma qualidade mínima de fundição de areia. Para grandes fundições de ferro, onde os requisitos de qualidade de fundição de areia são menos rigorosos, a recuperação de mais de 90% pode ser obtida por meios mecânicos. Para muitos processos, a areia recuperada mecanicamente não é de qualidade suficientemente alta para ser usada na produção de machos. A recuperação térmica está se tornando mais amplamente utilizada em Queensland. O Sand Casting Process aquece a areia até o ponto em que os materiais orgânicos, inclusive os aglutinantes, são removidos. O processo Sand Casting Process pode devolver a areia ao estado "como nova", permitindo que ela seja usada para a produção de testemunhos. A recuperação térmica é mais cara do que os sistemas mecânicos.

O processo de fundição em areia também pode ser recuperado por meio de técnicas de lavagem e esfregamento úmido. Esses métodos produzem areia de alta qualidade, mas não são comumente usados porque geram um fluxo significativo de resíduos líquidos e requerem consumo adicional de energia para a secagem da areia. A quantidade de reutilização interna depende do tipo de tecnologia usada e dos requisitos de qualidade do processo de fundição. Os processos de recuperação, principalmente os mecânicos, quebram as partículas de areia e isso pode afetar a qualidade de alguns metais. Além disso, nas técnicas de recuperação mecânica, as impurezas podem se acumular na areia com o tempo, exigindo que uma parte do material seja desperdiçada. As grandes fundições de ferro não exigem uma alta qualidade de areia e, por isso, normalmente atingem a maior taxa de reutilização do setor. Em geral, a areia passa por ciclos na operação até ser moída até se tornar um pó fino e ser removida por filtros de mangas.

Fettling, limpeza e acabamento

O sistema de gaiola é removido, após o resfriamento da fundição, usando discos de corte abrasivos, serras de fita ou dispositivos de corte elétrico. Normalmente, forma-se um "flash de linha de separação" na peça fundida, que deve ser removido por meio de esmerilhamento ou com martelos de fragmentação. As peças fundidas também podem precisar de reparos por meio de soldagem, brasagem ou solda para eliminar defeitos.

A peça fundida pode ser submetida a lixamento e polimento adicionais para obter a qualidade de superfície desejada. Em seguida, a peça fundida pode ser revestida com tinta ou com uma operação de acabamento de metal, como galvanização, revestimento em pó ou galvanoplastia.

Vantagens da fundição em areia

Baixo custo de pedágio.
Maiores tamanhos de fundição que podem ser obtidos.
Muito menos dispendioso do que outras técnicas.
Capaz de manter detalhes e resistir à deformação quando aquecido.
O processo é adequado para peças fundidas de metais ferrosos e não ferrosos.
Lida com uma gama mais diversificada de produtos do que qualquer outro método de fundição.
Produz pequenas peças fundidas de precisão e grandes peças fundidas de até 1 tonelada.
Pode atingir tolerâncias muito próximas se a compactação for uniforme.
O tempo de preparação do molde é relativamente curto em comparação com muitos outros processos.
A relativa simplicidade do processo o torna ideal para a mecanização.
É possível atingir altos níveis de reutilização de areia.
Produz menos resíduos do que outras técnicas.