Peças de fundição sob pressão de alumínio e fundição em areia de alumínio: processos, aplicações e manutenção
Os componentes de alumínio saem do chão de fábrica por mais de uma rota. Alguns são formados sob alta pressão dentro de uma matriz de aço endurecido, outros tomam forma lentamente dentro de um leito de areia aglomerada. Escolhendo entre peças de fundição de alumínio e os componentes de alumínio fundido em areia dependem da espessura da parede, do volume do pedido, do orçamento de ferramentas e da superfície acabada que um projeto realmente precisa. As seções abaixo explicam como cada método funciona, onde cada um é usado, o que pode dar errado durante a conformação e como as ferragens de alumínio acabadas devem ser limpas quando estiverem em serviço.
Tolerâncias rigorosas e repetíveis
A injeção de alta pressão preenche a cavidade da matriz em uma fração de segundo, de modo que a espessura da parede e as posições dos furos se repetem desde o primeiro disparo até o décimo milésimo. Essa consistência é a razão pela qual peças de fundição de alumínio são escolhidos para caixas e suportes que devem ser aparafusados aos componentes correspondentes sem ajuste manual.
Capacidade de Parede Fina
Como o alumínio fundido é forçado para dentro da cavidade sob pressão, em vez de ser derramado pela gravidade, paredes tão finas quanto um milímetro ainda podem preencher completamente antes que o metal congele, o que mantém as peças acabadas leves sem sacrificar a rigidez.
Superfície lisa fundida
As matrizes de aço conferem uma textura de superfície fina diretamente à peça fundida, reduzindo ou eliminando a necessidade de usinagem secundária em faces cosméticas e diminuindo a quantidade de pós-processamento que uma carcaça ou placa de cobertura requer antes de ser enviada.
Eficiente em volume
Os tempos de ciclo medidos em segundos, em vez de minutos, tornam o processo adequado para executar a mesma geometria milhares de vezes, razão pela qual os suportes do motor, as carcaças da transmissão e os invólucros eletrônicos dependem desse método quando o projeto é finalizado.
Vantagens da fundição em areia para peças de alumínio
A fundição em areia adota uma abordagem diferente e ganha seu lugar por um conjunto diferente de razões. Em vez de pressionar o metal em uma matriz endurecida, o processo embala areia misturada com um aglutinante em torno de um padrão e, em seguida, remove o padrão para deixar uma cavidade que o alumínio fundido preenche por gravidade. Isso muda a economia e a geometria que podem ser produzidas na prática.
Baixo investimento em ferramentas
Os padrões podem ser construídos em madeira, espuma ou plástico impresso em 3D em vez de aço endurecido, o que reduz o custo inicial de iniciar um novo número de peça e encurta o tempo entre um desenho finalizado e uma primeira amostra.
Capacidade de Seção Grande
O vazamento por gravidade não impõe os mesmos limites de pressão encontrados na fundição sob pressão, portanto, carcaças de bombas, caixas de caixas de engrenagens e bases de máquinas com espessura de seção muito além do que uma matriz pode suportar com segurança saem do molde sem dificuldade.
Flexibilidade de projeto entre execuções
Um padrão pode ser retrabalhado ou um novo cortado rapidamente quando um projeto muda, evitando o tempo de espera e as despesas de modificação ou substituição de uma matriz de aço sempre que uma dimensão precisar de ajuste durante o desenvolvimento.
Adequado para execuções de baixo volume
Onde apenas um punhado de unidades ou uma produção curta é necessária, distribuir o custo de uma matriz de aço por tão poucas peças raramente faz sentido, de modo que os moldes de areia continuam sendo o caminho mais prático para protótipos e trabalhos em séries limitadas.
Comparando parâmetros de conversão lado a lado
A tabela abaixo alinha as três rotas de conformação de alumínio mais comuns em relação às variáveis que mais frequentemente decidem em qual delas um desenho deve ser encaminhado.
| Parâmetro | Fundição sob pressão | Fundição em Areia | Fundição em Molde Permanente |
|---|---|---|---|
| Custo de ferramentas | Alto | Baixo | Médio |
| Precisão Dimensional | ±0,05 a 0,1 mm típico | ±0,5 a 1,5 mm típico | ±0,2 a 0,5 mm típico |
| Tamanho de lote recomendado | Milhares e acima | Unidades únicas a algumas centenas | Centenas a alguns milhares |
| Espessura de parede alcançável | 1mm a 4mm | 5 mm a 50 mm | 3 mm a 20 mm |
| Rugosidade da superfície fundida | Ra 1,5 a 3,0 micrômetros | Ra 6,0 a 12,5 micrômetros | Ra 3,0 a 6,0 micrômetros |
| Tempo de ciclo típico | Segundos a alguns minutos | Horas incluindo preparação do molde | Minutos por casting |
Aplicações comuns de peças de fundição em areia de alumínio
Como os moldes de areia toleram seções grandes e pesadas e formas irregulares sem as restrições de pressão de uma matriz, certas categorias de ferragens são construídas quase exclusivamente por meio desse caminho.
Carcaças de bomba
Passagens internas de água e flanges de montagem fundidos numa só peça, evitando as costuras que de outra forma necessitariam de vedação.
Corpos de Válvulas
Paredes grossas ao redor das portas roscadas mantêm a pressão enquanto os canais de fluxo internos se formam de forma limpa durante o vazamento.
Flanges e acessórios
Os círculos dos parafusos e as faces de vedação são moldados próximo ao tamanho final, deixando apenas a superfície de contato a ser usinada.
Bases de máquinas-ferramenta
Seções pesadas e rígidas que amortecem a vibração durante a operação, dimensionadas muito além dos limites de fundição sob pressão.
Peças para equipamentos agrícolas
Carcaças e suportes da caixa de engrenagens expostos a cargas externas e impactos repetidos durante o uso em campo.
Ferragens marítimas
Suportes, alojamentos e acessórios que combinam a resistência à corrosão do alumínio com a capacidade de fundição em areia de grandes seções.
Como fundir peças de alumínio
Independentemente do tipo de molde utilizado, a formação de uma peça de alumínio segue a mesma sequência ampla, desde o padrão até a fundição acabada.
Preparação de padrão ou matriz
Um padrão é construído para moldagem em areia ou uma matriz de aço endurecido é usinada para fundição sob pressão, combinando com a geometria final da peça e com a margem de contração.
Derretendo
A liga de alumínio é aquecida a cerca de 660 a 720 graus Celsius em um cadinho ou forno de indução até atingir um estado totalmente líquido e fluido.
Desgaseificação e Fluxação
Um agente desgaseificador remove o hidrogênio dissolvido e um fluxo puxa as inclusões de óxido para a superfície, reduzindo a porosidade na peça fundida acabada.
Derramamento ou injeção
O metal fundido é derramado por gravidade em uma cavidade de areia ou injetado sob pressão em uma matriz, preenchendo o molde antes que a superfície comece a solidificar.
Resfriamento e Solidificação
O resfriamento controlado permite que a peça fundida solidifique das seções mais finas até as mais espessas, limitando as cavidades de contração e as tensões internas.
Desmoldagem e Acabamento
A peça fundida é separada da areia ou da matriz, as comportas e os tirantes são aparados e a peça segue para retificação, tratamento térmico ou usinagem conforme necessário.
Como fundir peças de alumínio at Home
Uma versão simplificada do mesmo processo está ao alcance de uma oficina amadora. Um pequeno forno a propano ou carvão derrete sucata de alumínio em um cadinho de aço ou grafite, enquanto um padrão de madeira ou impresso em 3D pressionado em areia úmida de fundição forma a cavidade. Uma vez que o padrão é retirado, uma porta de vazamento e um canal de ventilação são cortados manualmente antes que as metades do molde sejam fechadas e fixadas. O metal fundido é derramado de forma constante para evitar a retenção de ar e depois deixado intacto até que a peça fundida esfrie o suficiente para ser manuseada. O equipamento de segurança é mais importante nesta escala do que menos: uma proteção facial, luvas resistentes ao calor e mangas compridas protegem contra salpicos, e o vazamento deve sempre acontecer numa superfície seca e não inflamável, longe de qualquer vestígio de humidade, uma vez que a água presa na areia húmida ou numa ferramenta molhada pode transformar-se em vapor em contacto com o alumínio fundido.
O que posso usar para fundir alumínio?
A escolha do material ocorre em duas direções: o material do molde e a própria liga de alumínio.
Materiais de molde
Areia de sílica ligada com argila ou ligantes químicos para moldes únicos, aço usinado para ciclos repetidos de fundição sob pressão e grafite ou ferro fundido para moldes permanentes reutilizados em uma produção moderada.
Classes de ligas comuns
A356 e A357 para peças que necessitam de maior resistência após tratamento térmico, ADC12 e A380 para peças fundidas em geral e 6061 onde uma peça fundida será usinada posteriormente e requer boa usinabilidade.
Equipamento de forno
Fornos de cadinho alimentados por propano, gás natural ou elementos de resistência elétrica para lotes menores, e fornos de indução para fusão mais rápida quando o rendimento é mais importante do que o custo do combustível.
Materiais Auxiliares
Pastilhas de desgaseificação, fluxo de cobertura, revestimentos desmoldantes e mangas risers, cada uma abordando um risco de defeito específico durante a fusão e o vazamento, em vez do formato da peça em si.
Qual é a linha de partição da fundição de alumínio?
A linha de separação marca onde duas metades de um molde ou matriz se encontram e se separam para liberar a peça fundida acabada. Sua posição é escolhida na seção transversal mais larga da peça, de modo que ambas as metades possam recuar de forma limpa, sem travar contra um corte inferior. Uma linha de partição mal posicionada força trabalho extra no núcleo, adiciona ângulos de inclinação que de outra forma não seriam necessários ou deixa rebarbas em excesso que devem ser removidas manualmente. Em uma peça fundida acabada, a linha de partição geralmente aparece como uma costura tênue ou uma linha levemente elevada ao redor da peça, e é normal ver usinagem leve ou retificação ao longo dessa costura durante a inspeção final, em vez de tratá-la como um defeito.
Quão difícil é fundir alumínio?
O alumínio fica no meio da faixa de dificuldade para fundição de metal. Seu ponto de fusão moderado e boa fluidez o tornam mais tolerante do que o ferro ou o aço, mas alguns tipos de defeitos ainda requerem atenção em todas as etapas do vazamento.
Porosidade de Gás
O alumínio fundido absorve hidrogênio facilmente em altas temperaturas, e esse gás sai da solução à medida que o metal esfria, deixando pequenos vazios, a menos que a desgaseificação seja feita adequadamente antes do vazamento.
Cavidades de encolhimento
O alumínio se contrai visivelmente à medida que solidifica, de modo que seções espessas que esfriam depois que o metal circundante já endureceu podem puxar para dentro e deixar um vazio interno.
Fechado a frio
Duas correntes de metal que se encontram após qualquer uma delas ter começado a descascar não conseguem se fundir completamente, deixando uma linha visível de fraqueza na superfície da peça fundida.
Rasgo Quente
Seções finas adjacentes a uma massa muito mais espessa podem rachar enquanto ainda estão parcialmente fundidas se o molde restringir a contração natural durante o resfriamento.
Opções de acabamento superficial e tolerância para componentes de alumínio fundido
Uma peça fundida bruta raramente sai do chão de fábrica exatamente como sai do molde. Faces de montagem usinadas, revestimentos anodizados para resistência à corrosão, revestimento em pó para caixas de cor correspondente e shot peening para uma textura fosca uniforme são todos aplicados dependendo de onde a peça será colocada em serviço. As classes de tolerância normalmente variam de dimensões gerais fundidas em faces não críticas até furos usinados com precisão e padrões de parafusos mantidos dentro de alguns centésimos de milímetro, onde as peças correspondentes assim o exigirem. A verificação da espessura da parede, a inspeção por raios X para porosidade interna e o teste de pressão em peças que retêm fluido são etapas comuns incorporadas à inspeção final antes de um lote ser liberado.
Como limpar peças de alumínio fundido
A limpeza geral de uma peça de alumínio fundido começa com água morna e um detergente suave e não abrasivo aplicado com uma escova macia para remover a poeira e a sujeira da superfície. Ácidos fortes e produtos de limpeza alcalinos devem ser evitados, pois atacam a camada natural de óxido que protege o alumínio da corrosão. Resíduos teimosos podem ser removidos mergulhando brevemente em um limpador formulado para alumínio antes de um enxágue final e secando completamente com um pano sem fiapos, uma vez que a umidade presa deixada em reentrâncias ou orifícios roscados é o que leva à nova oxidação.
Limpeza de peças de carro em alumínio fundido
Rodas, coletores de admissão e caixas de transmissão acumulam poeira da estrada e resíduos de freio ao longo do tempo. Enxaguar primeiro a areia solta e depois aplicar um limpador de alumínio próprio para rodas e uma escova macia nos raios rebaixados evita que partículas abrasivas arranhem a superfície. Posteriormente, uma leve camada de cera protetora retarda o retorno da oxidação entre as lavagens.
Limpeza de peças de motor em alumínio fundido
Os componentes do motor carregam uma película de óleo endurecida e depósitos de carbono que a água pura não desloca. Deixar a peça esfriar completamente, borrifar um desengordurante e aplicá-la nas nervuras e nas saliências dos parafusos com uma escova de náilon em vez de uma de metal evita marcar a superfície. Uma sopragem completa de ar comprimido e seco dos orifícios cegos evita que restos de limpador interfiram na vedação da gaxeta durante a remontagem.
Limpeza de manutenção de rotina
Para peças em serviço regular externo ou industrial, uma simples lavagem mensal com sabão neutro e um pano macio, seguida de inspeção para corrosão ou formação de óxido branco, detecta a corrosão precoce antes que ela se espalhe para corrosão que exigiria polimento mecânico para ser removida.
Selecionando o processo certo para uma nova peça
Raramente um desenho chega com o método de fundição já decidido. A espessura da parede, a quantidade esperada do pedido, os requisitos de tolerância nas faces correspondentes e o tamanho da peça apontam para uma matriz, um molde de areia ou um molde permanente antes que um único grama de alumínio seja derretido. A revisão antecipada desses fatores, juntamente com o tipo de liga mais adequado aos requisitos mecânicos e de corrosão da peça, mantém o retrabalho e as alterações de ferramentas ao mínimo quando a produção estiver em andamento.
