Fundição - Foundry

Da Fundição de Ferro de Fra Burmeister og Wain , de Peder Severin Krøyer , 1885.

Uma fundição é uma fábrica que produz peças fundidas de metal . Os metais são moldados em formas derretendo-os em um líquido, despejando o metal em um molde e removendo o material do molde depois que o metal se solidificou enquanto esfria. Os metais mais comumente processados ​​são alumínio e ferro fundido . No entanto, outros metais, como bronze , latão , aço , magnésio e zinco , também são usados ​​para produzir peças fundidas em fundições. Neste processo, peças com as formas e tamanhos desejados podem ser formadas.

As fundições são um dos maiores contribuintes para o movimento de reciclagem da manufatura, derretendo e transformando milhões de toneladas de sucata todos os anos para criar novos bens duráveis. Além disso, muitas fundições usam areia em seu processo de moldagem. Essas fundições costumam usar, recondicionar e reutilizar areia, que é outra forma de reciclagem.

Processo

Um fundidor, retratado por Daniel A. Wehrschmidt em 1899.

Na metalurgia , a fundição envolve despejar metal líquido em um molde , que contém uma cavidade oca com o formato desejado, e então permitir que ele esfrie e solidifique. A parte solidificada também é conhecida como fundição, que é ejetada ou quebrada do molde para completar o processo. A fundição é mais frequentemente usada para fazer formas complexas que seriam difíceis ou não econômicas de fazer por outros métodos.

Derretendo

Metal derretido em um cadinho para fundição
Um robô de fundição de metal em uma fundição industrial

A fusão é realizada em um forno . Material virgem, sucata externa, sucata interna e elementos de liga são usados ​​para carregar o forno. Material virgem refere-se a formas comercialmente puras do metal primário usado para formar uma liga particular . Os elementos de liga são formas puras de um elemento de liga, como o níquel eletrolítico , ou ligas de composição limitada, como ferroligas ou ligas mestras. Sucata externa é material de outros processos de conformação, como puncionamento , forjamento ou usinagem . A sucata interna consiste em portões , risers , peças fundidas defeituosas e outros itens de metal estranhos produzidos dentro da instalação.

O processo inclui derreter a carga, refinar o fundido, ajustar a química do derretimento e bater em um recipiente de transporte. O refinamento é feito para remover gases e elementos prejudiciais do metal fundido para evitar defeitos de fundição. O material é adicionado durante o processo de fusão para trazer a química final dentro de uma faixa específica especificada pela indústria e / ou padrões internos. Certos fluxos podem ser usados ​​para separar o metal da escória e / ou escória e desgaseificadores são usados ​​para remover gás dissolvido de metais que se dissolvem prontamente em gases. Durante a torneira, os ajustes químicos finais são feitos.

Forno

Vários fornos especializados são usados ​​para aquecer o metal. Fornos são vasos revestidos de refratários que contêm o material a ser derretido e fornecem a energia para derretê-lo. Os tipos de fornos modernos incluem fornos elétricos a arco (EAF), fornos de indução , cúpulas , reverberatórios e fornos de cadinho. A escolha do forno depende das quantidades do sistema de liga produzidas. Para materiais ferrosos, EAFs, cúpulas e fornos de indução são comumente usados. Fornos reverberatórios e cadinhos são comuns para a produção de peças fundidas de alumínio, bronze e latão.

O projeto do forno é um processo complexo e o projeto pode ser otimizado com base em vários fatores. Os fornos em fundições podem ser de qualquer tamanho, desde pequenos usados ​​para derreter metais preciosos até fornos pesando várias toneladas, projetados para derreter centenas de libras de sucata de uma só vez. Eles são projetados de acordo com o tipo de metal a ser fundido. Os fornos também devem ser projetados com base no combustível usado para produzir a temperatura desejada. Para ligas de ponto de fusão de baixa temperatura, como zinco ou estanho, os fornos de fusão podem atingir cerca de 500 ° C (932 ° F). Eletricidade, propano ou gás natural geralmente são usados ​​para atingir essas temperaturas. Para ligas de alto ponto de fusão, como aço ou ligas à base de níquel, o forno deve ser projetado para temperaturas acima de 1.600 ° C (2.910 ° F). O combustível usado para atingir essas altas temperaturas pode ser eletricidade (como empregada em fornos elétricos a arco ) ou coque . A maioria das fundições é especializada em um determinado metal e possui fornos dedicados a esses metais. Por exemplo, uma fundição de ferro (para ferro fundido) pode usar uma cúpula , forno de indução ou EAF, enquanto uma fundição de aço usará um EAF ou forno de indução. As fundições de bronze ou latão usam fornos de cadinho ou fornos de indução. A maioria das fundições de alumínio usa resistências elétricas ou fornos de cadinho aquecidos a gás ou fornos reverberatórios.

Desgaseificação

A desgaseificação é um processo que pode ser necessário para reduzir a quantidade de hidrogênio presente em um lote de metal fundido. Os gases podem se formar em peças fundidas de metal de uma das duas maneiras:

  1. por aprisionamento físico durante o processo de fundição ou
  2. por reação química no material fundido.

O hidrogênio é um contaminante comum para a maioria dos metais fundidos. Ele se forma como resultado de reações de materiais ou de vapor de água ou lubrificantes de máquinas. Se a concentração de hidrogênio no fundido for muito alta, o vazamento resultante será poroso; o hidrogênio sairá da solução fundida, deixando minúsculas bolsas de ar, à medida que o metal esfria e se solidifica. A porosidade freqüentemente deteriora seriamente as propriedades mecânicas do metal.

Uma maneira eficiente de remover o hidrogênio do fundido é borbulhar um gás seco e insolúvel através do fundido por purga ou agitação. Quando as bolhas sobem no derretimento, elas pegam o hidrogênio dissolvido e o trazem para a superfície. Cloro, nitrogênio, hélio e argônio são freqüentemente usados ​​para desgaseificar metais não ferrosos. O monóxido de carbono é normalmente usado para ferro e aço.

Existem vários tipos de equipamentos que podem medir a presença de hidrogênio. Alternativamente, a presença de hidrogênio pode ser medida determinando a densidade de uma amostra de metal.

Nos casos em que a porosidade ainda permanece presente após o processo de desgaseificação, a selagem da porosidade pode ser realizada por meio de um processo denominado impregnação de metal .

Fabricação de moldes

Diagramas de dois tipos de padrão
Um diagrama de rascunho em um padrão

No processo de fundição, um padrão é feito no formato da peça desejada. Desenhos simples podem ser feitos em uma única peça ou padrão sólido. Projetos mais complexos são feitos em duas partes, chamadas padrões de divisão. Um padrão de divisão tem uma seção superior ou superior, chamada de cope, e uma seção inferior ou inferior, chamada de arrasto. Os padrões sólidos e divididos podem ter núcleos inseridos para completar a forma final da peça. Os machos são usados ​​para criar áreas vazias no molde que, de outra forma, seriam impossíveis de alcançar. Onde a proteção e o arrasto separam é chamado de linha de partição .

Ao fazer um padrão, é melhor afunilar as bordas para que o padrão possa ser removido sem quebrar o molde. Isso é chamado de rascunho . O oposto de estiramento é um rebaixo onde há parte do padrão sob o material do molde, tornando impossível remover o padrão sem danificar o molde.

O padrão é feito de cera, madeira, plástico ou metal. Os moldes são construídos por vários processos diferentes, dependendo do tipo de fundição, metal a ser vazado, quantidade de peças a serem produzidas, tamanho da peça fundida e complexidade da peça fundida. Esses processos de molde incluem:

Derramando

Bronze derramado de um cadinho em um molde, usando o processo de fundição por cera perdida

Em uma fundição, o metal derretido é despejado em moldes . O derramamento pode ser realizado por gravidade ou auxiliado por vácuo ou gás pressurizado. Muitas fundições modernas usam robôs ou máquinas de vazamento automáticas para vazar metal fundido. Tradicionalmente, os moldes eram despejados manualmente com conchas .

Agitar

O componente de metal solidificado é então removido de seu molde. Quando o molde é à base de areia, isso pode ser feito sacudindo ou rodando. Isso libera a peça fundida da areia, que ainda está presa aos corredores e portões de metal - que são os canais pelos quais o metal fundido passa para chegar ao próprio componente.

Degating

Degating é a remoção das cabeças, corredores, portões e risers da fundição. Corredores, portões e risers podem ser removidos usando tochas de corte , serras de fita ou lâminas de corte de cerâmica. Para alguns tipos de metal e com alguns projetos de sistema de passagem, o canal de entrada, os corredores e as comportas podem ser removidos separando-os da fundição com uma marreta ou maquinário de desmontagem especialmente projetado. Os risers geralmente devem ser removidos usando um método de corte (veja acima), mas alguns métodos mais novos de remoção do riser usam maquinário knockoff com projetos especiais incorporados à geometria do pescoço do riser que permitem que o riser pare no lugar certo.

O sistema de gating necessário para produzir peças fundidas em um molde produz sobras de metal - incluindo cabeças, risers e sprue (às vezes chamados coletivamente de sprue) - que pode exceder 50% do metal necessário para despejar um molde completo. Uma vez que esse metal deve ser fundido novamente como recuperação, o rendimento de uma configuração de comporta particular torna-se uma consideração econômica importante ao projetar vários esquemas de comporta, para minimizar o custo do jito em excesso e, portanto, os custos gerais de fusão.

Tratamento térmico

O tratamento térmico é um grupo de processos industriais e de usinagem usados ​​para alterar as propriedades físicas e, às vezes, químicas de um material. A aplicação mais comum é metalúrgica. Os tratamentos térmicos também são usados ​​na fabricação de muitos outros materiais, como o vidro. O tratamento térmico envolve o uso de aquecimento ou resfriamento, normalmente a temperaturas extremas, para atingir o resultado desejado, como o endurecimento ou amolecimento de um material. As técnicas de tratamento térmico incluem recozimento, endurecimento de case, reforço de precipitação, revenimento e têmpera. Embora o termo "tratamento térmico" se aplique apenas a processos em que o aquecimento e o resfriamento são feitos com o propósito específico de alterar as propriedades intencionalmente, o aquecimento e o resfriamento muitas vezes ocorrem incidentalmente durante outros processos de fabricação, como conformação a quente ou soldagem.

Limpeza de superfície

Após degeneração e tratamento térmico, areia ou outros meios de moldagem podem permanecer aderidos à peça fundida. Para remover qualquer resíduo de molde, a superfície é limpa usando um processo de jateamento. Isso significa que um meio granular será impulsionado contra a superfície da peça fundida para remover mecanicamente a areia aderente. A mídia pode ser soprada com ar comprimido ou pode ser lançada usando uma roda injetora. A mídia de limpeza atinge a superfície de fundição em alta velocidade para desalojar os restos do molde (por exemplo, areia, escória) da superfície de fundição. Vários materiais podem ser usados ​​para limpar superfícies fundidas, incluindo aço, ferro, outras ligas metálicas, óxidos de alumínio, contas de vidro, cascas de nozes, fermento em pó e muitos outros. A mídia de jateamento é selecionada para desenvolver a cor e a refletância da superfície fundida. Os termos usados ​​para descrever este processo incluem limpeza, jateamento de cordão e jato de areia . O shot peening pode ser usado para endurecer e dar acabamento à superfície.

Acabamento

Fundição moderna (cerca de 2000)

A etapa final do processo de fundição geralmente envolve retificação, lixamento ou usinagem do componente para obter as precisões dimensionais, forma física e acabamento superficial desejados.

A remoção do material restante da comporta, chamada de ponta da comporta, geralmente é feita com uma esmerilhadeira ou lixadeira . Esses processos são usados ​​porque suas taxas de remoção de material são lentas o suficiente para controlar a quantidade de material que está sendo removido. Essas etapas são realizadas antes de qualquer usinagem final.

Após a retificação, todas as superfícies que requerem um controle dimensional rígido são usinadas. Muitas peças fundidas são usinadas em centros de fresamento CNC . A razão para isso é que esses processos têm melhor capacidade dimensional e repetibilidade do que muitos processos de fundição. No entanto, não é incomum hoje em dia que as peças fundidas sejam usadas sem usinagem.

Algumas fundições fornecem outros serviços antes de enviar produtos fundidos para seus clientes. É comum pintar peças fundidas para prevenir a corrosão e melhorar o apelo visual. Algumas fundições montam peças fundidas em máquinas completas ou subconjuntos. Outras fundições soldam várias peças fundidas ou metais forjados para formar um produto acabado.

Cada vez mais, os processos de acabamento estão sendo executados por máquinas robóticas, que eliminam a necessidade de um ser humano triturar ou quebrar fisicamente linhas de separação, material de passagem ou alimentadores. As máquinas podem reduzir o risco de ferimentos aos trabalhadores e diminuir os custos com consumíveis - ao mesmo tempo que aumenta a produtividade. Eles também limitam o potencial de erro humano e aumentam a repetibilidade na qualidade da retificação.

Veja também

Referências

links externos