A fundição em areia, fundição em areia de alumínio, é um dos procedimentos de fundição de metal mais populares e flexíveis a serem usados no setor de manufatura. O processo permite que engenheiros e fabricantes produzam facilmente peças duráveis, leves e com formas detalhadas a um preço relativamente baixo. O alumínio é um material adequado para ser usado na fundição em areia, pois é um metal leve com boa resistência à corrosão e alta condutividade térmica e, portanto, pode ser aplicado praticamente nos setores automotivo, aeroespacial, de construção e doméstico. Os atributos da fundição de alumínio em areia demonstraram determinar como eles otimizam o processo de produção, reduzem os defeitos e tomam decisões razoáveis com relação à escolha do método de fundição.

Este artigo abordará os princípios básicos da fundição em areia de alumínio, as principais vantagens que ela tem, as desvantagens que apresenta e algumas recomendações úteis sobre como utilizá-la em toda a extensão de seu potencial. Ele também oferecerá uma breve comparação com outras tecnologias de fundição, de modo a destacar os motivos pelos quais a fundição em areia de alumínio continua a ser a escolha de fundição na maioria das situações industriais.

Visão geral da fundição em areia de alumínio

O que é fundição em areia de alumínio?

A fundição de alumínio em areia é um procedimento de fabricação pelo qual o alumínio derretido é fundido em um molde de areia para produzir produtos de metal. O molde de areia é perfeitamente projetado para o design especificado da peça necessária. Depois que o alumínio endurece e esfria, o molde é quebrado e a peça fundida é retirada. A fundição em areia é particularmente aplicável na produção de componentes de geometria complexa e de grande porte que podem ser muito caros ou difíceis de produzir por meio de outras técnicas de fabricação.

Processo de fundição em areia de alumínio

A fundição de alumínio em areia geralmente engloba várias etapas principais, que incluem:

1. Criação de padrões: O padrão que uma determinada peça deve assumir é criado na forma de uma réplica feita de madeira, plástico ou metal. Essa tendência define a cavidade do formato do molde.
2. Preparação do molde: O padrão é cercado por uma areia de granulação média fina (geralmente com a adição de argila e água), que é colocada ao redor do padrão para criar um molde. Para permitir que o metal derretido circule e os gases escapem, o molde tem canais conhecidos como portões e risers.
3. Fusão de alumínio: Primeiramente, os lingotes de alumínio são derretidos em um forno e, em seguida, aquecidos até a temperatura de vazamento correspondente, mas, na maioria das vezes, ela varia entre 660 °C e 700 °C, de acordo com a liga.
4. Derramando: Isso é feito despejando o alumínio derretido no molde de areia. Bolsas de ar e defeitos devem ser evitados por meio do manuseio adequado.
5. Resfriamento e solidificação: O alumínio é resfriado e solidificado em um molde. O efeito da taxa de resfriamento influencia as propriedades mecânicas finais e o acabamento da superfície.
6. Remoção de mofo: Após a solidificação, o molde de areia é quebrado para se livrar da peça fundida de alumínio.
7. Acabamento: O pós-processamento do trabalho é realizado após a obtenção das especificações desejadas. Isso é feito por meio do processo de retificação, usinagem, tratamento térmico ou acabamento de superfície.

Vantagens da fundição de alumínio em areia

Custo-efetividade

Entre os maiores benefícios da fundição em areia de alumínio está o fato de ser acessível. O investimento inicial não é muito caro, pois a maioria dos processos de fundição, como a fundição sob pressão, é muito cara. Os moldes de areia podem ser usados repetidamente e, no caso de uma quebra após um único uso, a areia pode ser reutilizada com frequência. Isso qualifica a fundição em areia de alumínio como uma forma econômica de fundir pequenas e grandes quantidades de peças, principalmente quando se trata de formas complexas.

Flexibilidade de design

Flexibilidade de design usando fundição de alumínio em areia. Seu design também é incrivelmente flexível. Ele permite que os fabricantes produzam geometrias complexas, rebaixos e áreas ocas que poderiam ser difíceis ou impossíveis usando outros métodos de produção. Essa natureza versátil é especialmente benéfica em campos da indústria como o aeroespacial e o automobilístico, em que formas complicadas podem ser necessárias para atender a algumas necessidades funcionais ou estéticas.

Ponto de fusão forte e alto

O papel das ligas de alumínio na fundição em areia é que elas oferecem desempenho superior em termos de qualidades mecânicas, como a relação resistência/peso, e um ponto de fusão decente. Com essas propriedades, a fundição de alumínio é usada em componentes que suportam um nível médio de estresse mecânico e os efeitos da mudança de temperatura, incluindo a fundição do motor, a carcaça e o suporte.

Capacidade de fabricar formulários complicados

A fundição em areia pode ser bastante versátil, e é possível obter formas muito elaboradas. Os furos, as nervuras e outras passagens internas complexas, as saliências etc. podem ser incorporados ao próprio molde e eliminam a necessidade de usinagem e pós-processamento. Esse benefício é especialmente útil durante a produção em massa de peças de máquinas aeroespaciais, automotivas e industriais.

Reciclabilidade

O alumínio pode ser reciclado e não deve ser desperdiçado devido ao alto nível de reciclabilidade, e o uso de fundição em areia o tornará ainda mais ecologicamente correto. As peças fundidas rejeitadas ou os cortes de operações de usinagem podem ser fundidos novamente e reutilizados como sucata de alumínio. Além disso, pode haver a recuperação e a reutilização da areia utilizada nos moldes, o que diminui os custos de produção e o desperdício.

Acabamento e textura

Uma textura natural em uma peça fundida pode ser desejável em alguns usos; a fundição em areia de alumínio pode ser uma boa opção. O acabamento grosseiro da superfície pode melhorar a aderência de tintas, revestimentos ou qualquer outro tratamento de superfície. Embora possa ser necessário usinar a superfície para obter uma superfície incrivelmente precisa, a textura (após a usinagem) normalmente tem alguma funcionalidade ou apelo estético.

Desvantagens da fundição de alumínio em areia

Tolerância dos limites dimensionais

Uma grande desvantagem associada à fundição de alumínio em areia é que as dimensões obtidas não são tão precisas quanto as de outras técnicas, como a fundição sob pressão ou a fundição por cera perdida. Durante o vazamento e o resfriamento, o molde de areia pode se expandir ou contrair um pouco em tamanho; portanto, podem ocorrer pequenas alterações nas dimensões finais. Tolerâncias apertadas também podem significar usinagem adicional, resultando em mais tempo e despesas dedicadas à produção.

Defeitos de superfície

Os defeitos de superfície das peças fundidas em areia de alumínio podem ser porosidade, inclusões de areia e rugosidade. Os fatores que causam a porosidade e as inclusões de areia são: o gás fica preso no metal fundido e as partículas soltas são misturadas ao alumínio devido ao molde. Esses defeitos podem ser reduzidos por meio da preparação adequada dos moldes e das técnicas de vazamento; no entanto, eles normalmente exigem alguma forma de pós-processamento para limpeza.

Taxa de produção reduzida

A fundição em areia é lenta em comparação com outros processos de fabricação de alto volume, como a fundição sob pressão. Cada molde precisa ser feito um de cada vez, e o resfriamento e o endurecimento podem ser demorados. Outras técnicas de fundição podem ser mais eficazes quando se deseja produzir peças minúsculas e homogêneas na produção em massa.

Processo de trabalho intensivo

A fundição de alumínio em areia exige mão de obra altamente qualificada na preparação do molde, no vazamento e no acabamento. Ela não é tão automatizada quanto os outros processos, e inconsistências e defeitos podem ocorrer devido à possível introdução de erros pelo homem. Eles precisam investir em recursos humanos treinados e medidas de controle de qualidade para garantir que a qualidade da produção seja mantida.

Requisitos de pós-processamento

A maioria das peças fundidas que envolvem fundição em areia de alumínio precisa de pós-processamento que envolve acabamento de superfície, usinagem e tratamento térmico. Todos esses processos aumentam o custo e o tempo de fabricação. Componentes complexos ou de precisão, em outros casos, podem precisar de muito trabalho de acabamento para atingir a qualidade dimensional e de superfície estipulada.

Uso de fundição em areia de alumínio

Indústria automotiva Alumínio A fundição em areia é muito popular na fabricação de blocos de motor, cabeçotes de cilindro e carcaças de transmissão no setor automotivo. A fundição de alumínio oferece a opção de produzir formas e designs sofisticados, bem como estruturas de paredes finas para permitir um melhor desempenho dos veículos, bem como uma redução no consumo de combustível.

Indústria aeroespacial

O setor aeroespacial usa peças fundidas em areia de alumínio como peças estruturais leves, suportes e carcaças e peças do motor. Sua capacidade de contribuir para a força, a resistência à corrosão e a flexibilidade do projeto permitem que os engenheiros produzam peças que apresentem altos requisitos de segurança e desempenho.

Construções e infraestrutura

As aplicações de construção dependem de peças fundidas de alumínio e incluem o projeto de maçanetas, esquadrias de janelas, suportes e outros acessórios arquitetônicos. Por meio da fundição em areia, é possível produzir peças grandes, sob medida, duráveis e até mesmo bonitas.

Produtos domésticos e industriais

A fundição em areia de alumínio é comum na produção de itens cotidianos usados em casa: utensílios de cozinha, itens ornamentais, peças de máquinas e muitos outros. É uma técnica de produção flexível porque pode fabricar tanto peças eficientes quanto decorativas.

Relação com outros métodos de fundição

Fundição em areia versus fundição sob pressão

A velocidade de produção e a precisão dimensional da fundição sob pressão são altas em comparação com outros tipos de fundição, como a fundição em areia. No entanto, sua moldagem é cara porque precisa de moldes caros e não é facilmente adequada para peças grandes. Em vez disso, a fundição em areia é mais barata na produção de volumes baixos a médios e tem maior flexibilidade de projeto.

Fundição em areia vs. fundição por cera perdida

A fundição por cera perdida oferece melhor acabamento de superfície e precisão dimensional e é mais cara e demorada. Essa forma de fundição em areia de alumínio é ideal para peças menores e mais elaboradas, em que o custo e a flexibilidade são mais importantes do que os detalhes finos da superfície da fundição.

 Moldes de fundição de alumínio, materiais de resfriamento e areia

Projeto correto do molde

O molde de areia precisa ser projetado com cuidado para proporcionar um bom fluxo de metal, uniforme e que minimize os defeitos (por exemplo, pode ser importante incluir portas e risers). A areia de alta plasticidade com tamanho de grão uniforme aumenta a resistência do molde e o acabamento da superfície.

Regulamentação das taxas de resfriamento

As tensões internas em peças fundidas de alumínio podem ser reduzidas por meio do gerenciamento da taxa de resfriamento, minimizando assim a porosidade. É possível obter melhores propriedades mecânicas por meio do resfriamento lento e controlado, mas o resfriamento rápido pode causar rachaduras ou empenamento.

Uso de materiais de areia avançados

Os novos compostos de areia, por exemplo, areias sintéticas ou aglutinadas, são mais fortes, termicamente mais resistentes e reutilizáveis. Um dos caminhos para melhorar a precisão dimensional, as qualidades da superfície e o desempenho da fundição seria selecionar o tipo certo de areia a ser usado em uma determinada aplicação de fundição. 

Futuro da fundição de alumínio em areia

A fundição em areia de alumínio está prestes a passar por grandes desenvolvimentos no futuro devido ao aumento da demanda por peças leves, resistentes e complexas nas indústrias. Várias tendências e avanços tecnológicos estão trabalhando para definir o futuro desse modo clássico de fabricação:

O uso de materiais avançados: Adoção de materiais avançados

Os cientistas estão criando novas ligas de alumínio com propriedades mecânicas, resistência à corrosão e propriedades de alta temperatura aprimoradas. Com essas ligas especiais, as peças fundidas podem suportar condições mais elevadas, ampliando os usos da fundição em areia de alumínio nos setores aeroespacial, automotivo e de energia.

Manufatura inteligente e automação

A fundição em areia está em um lento processo de automatização, e a necessidade de realizar procedimentos de trabalho intensivo está sendo minimizada em favor de um processo de produção eficiente. A robótica, o manuseio automatizado de moldes e os sistemas de vazamento de precisão reduzem o erro humano, aumentam a consistência e reduzem os custos de produção. Abordagens de fabricação inteligentes, como o monitoramento de moldes e taxas de resfriamento com a ajuda da IoT, garantem melhor qualidade e previsibilidade das peças fundidas.

Impressão 3D e técnicas de fundição híbrida

A impressão aditiva está sendo combinada com processos existentes, como a fundição em areia, para permitir a fabricação de moldes e padrões mais complexos. A impressão 3D em moldes de areia pode permitir detalhes maiores do que os que a fundição em areia convencional seria capaz de produzir, ou cuja produção seria proibitivamente cara. As soluções que usam um processo aditivo de impressão 3D associado a um processo subtrativo, como a fundição em areia, já estão possibilitando a criação de protótipos e a produção mais rápida de componentes altamente personalizados em baixos volumes.

Ênfase em Meio Ambiente Sustentabilidade

O setor de fundição está se concentrando em práticas sustentáveis. O alumínio reciclável, a reutilização da areia e os fornos movidos a energia barata estão minimizando o desgaste ecológico da fundição em areia. Outras medidas (como empresas que buscam capturar e reutilizar o calor residual e reduzir as emissões de produção durante o processo de fundição) também estão sendo consideradas.

Simulação digital, modelagem preditiva

A arte de modelar e otimizar uma fundição em areia está sendo convertida por meio da utilização de software de simulação digital. O fluxo de fluido, a taxa de resfriamento e a solidificação podem ser modelados pelos engenheiros para determinar defeitos e, consequentemente, otimizar os projetos de moldes antes da fabricação. Isso reduz os testes, diminui os períodos de avanço e melhora a natureza da fundição.

Novo desenvolvimento industrial

Com os avanços contínuos em ligas de alumínio e o aumento da precisão da fundição, o alumínio fundido em areia está sendo usado em campos mais novos, como energia renovável, carros elétricos, robôs e equipamentos industriais de alto desempenho. A inovação está aumentando a aplicação desse processo de fabricação tradicional devido à necessidade de componentes leves, resistentes e acessíveis.

GC Precision Mould: Seu fabricante confiável de fundição em areia de alumínio

A GC Precision Mould é especializada em oferecer qualidade fundição de alumínio em areia que são projetados para atender aos nossos clientes à sua própria maneira. Nossos muitos anos de experiência no setor de manufatura de precisão nos permitem incorporar tecnologia de boa qualidade com excelente habilidade para produzir peças de alumínio duráveis, precisas e complexas. Nós nos concentramos em oferecer qualidade, eficiência e inovação para fornecer todas as peças fundidas que se enquadram nos altos padrões do setor. Nos setores automotivo, aeroespacial, de construção ou industrial, a GC Precision Mould é uma empresa bem estabelecida que vale a pena considerar devido aos custos e às personalizações que oferece aos clientes. Enfatizamos a criação de menos falhas, a simplificação das etapas de fabricação e a produção de excelência em cada empreendimento, ajudando nossos clientes a obter desempenho de primeira linha e valor de custo em seus produtos.

Conclusão

A fundição em areia de alumínio é a prática de fabricação mais versátil e comumente usada, com muitas vantagens, como custo-benefício, flexibilidade de projeto, natureza reciclável e capacidade de produzir formas complicadas. Suas vantagens a tornaram uma técnica essencial nos setores automotivo e aeroespacial, no setor de construção e em produtos domésticos, embora tenha algumas desvantagens, que incluem menor precisão dimensional, imperfeições na superfície, entre outros fatores que tornam o processo trabalhoso. Conhecendo os prós e os contras da fundição de alumínio em areia e seguindo as melhores estratégias no projeto do molde, no processo de resfriamento e no material de acabamento, os fabricantes poderão maximizar sua produção, reduzir os defeitos e obter fundições de alumínio de qualidade que servirão a diferentes propósitos.

Perguntas frequentes

Por que o alumínio é um elemento de fundição ideal na fundição em areia?

O alumínio é altamente desejável quando você precisa fazer fundição em areia porque tem baixa densidade, excelente resistência à corrosão e condutividade térmica muito alta, o que permite peças leves, fortes e complexas.

É possível usinar componentes de alumínio fundido em areia?

A maioria das peças fundidas em areia de alumínio precisaria de um pós-processo, como a usinagem, para obter as dimensões e superfícies lisas.

Qual é a diferença entre fundição em areia e fundição sob pressão?

A fundição em areia é mais barata e mais fácil de acomodar peças complexas ou grandes, além de ser mais lenta e menos exata em suas dimensões em comparação com a fundição sob pressão.

Em quais setores a fundição em areia de alumínio é mais usada?

A indústria automobilística, a indústria da construção, a indústria aeroespacial e a indústria doméstica usam principalmente a fundição em areia de alumínio para produzir várias peças.

Quais são as maneiras de reduzir os defeitos em peças fundidas em areia de alumínio?

O projeto do molde, o vazamento controlado, as taxas de resfriamento e os materiais de areia de qualidade ajudam a reduzir a porosidade e as irregularidades da superfície, minimizando os defeitos.