Processo de fundição e forjamento

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Introdução de peças fundidas e forjadas

Na metalurgia, a fundição é um processo no qual um metal líquido é colocado em um molde (geralmente por um cadinho) que contém uma impressão negativa (isto é, uma imagem negativa tridimensional) da forma pretendida.O metal é derramado no molde através de um canal oco denominado canal.O metal e o molde são então resfriados e a peça metálica (a peça fundida) é extraída.A fundição é mais frequentemente usada para fazer formas complexas que seriam difíceis ou antieconômicas de serem feitas por outros métodos.
Os processos de fundição são conhecidos há milhares de anos e têm sido amplamente utilizados em esculturas (especialmente em bronze), joias em metais preciosos e armas e ferramentas.Peças fundidas de alta engenharia são encontradas em 90% dos bens duráveis, incluindo carros, caminhões, aeroespacial, trens, equipamentos de mineração e construção, poços de petróleo, eletrodomésticos, tubulações, hidrantes, turbinas eólicas, usinas nucleares, dispositivos médicos, produtos de defesa, brinquedos e mais.

As técnicas tradicionais incluem fundição por cera perdida (que pode ser dividida em fundição centrífuga e fundição por vazamento direto assistida por vácuo), fundição em molde de gesso e fundição em areia.

O processo de fundição moderno é subdividido em duas categorias principais: fundição dispensável e não dispensável.Ele é ainda dividido pelo material do molde, como areia ou metal, e pelo método de vazamento, como gravidade, vácuo ou baixa pressão.

Forjamento é um processo de fabricação que envolve a modelagem de metal usando forças de compressão localizadas.Os golpes são desferidos com um martelo (geralmente um martelo elétrico) ou uma matriz.O forjamento é frequentemente classificado de acordo com a temperatura em que é executado: forjamento a frio (um tipo de trabalho a frio), forjamento a quente ou forjamento a quente (um tipo de trabalho a quente).Para os dois últimos, o metal é aquecido, geralmente em uma forja.As peças forjadas podem variar em peso de menos de um quilograma a centenas de toneladas métricas. O forjamento é feito por ferreiros há milênios;os produtos tradicionais eram utensílios de cozinha, ferragens, ferramentas manuais, armas afiadas, pratos e joias.Desde a Revolução Industrial, as peças forjadas são amplamente utilizadas em mecanismos e máquinas sempre que um componente requer alta resistência;tais peças forjadas geralmente requerem processamento adicional (como usinagem) para obter uma peça quase acabada.Hoje, o forjamento é uma importante indústria mundial

Peças descartáveis para fundição e forjamento de moldes

A fundição em molde descartável é uma classificação genérica que inclui moldagens de areia, plástico, concha, gesso e revestimento (técnica de cera perdida).Este método de fundição em molde envolve o uso de moldes temporários e não reutilizáveis.

Diferentes processos de fundição e forjamento

Fundição em areia
A fundição em areia é um dos tipos de fundição mais populares e simples e tem sido usada há séculos.A fundição em areia permite lotes menores do que a fundição em molde permanente e a um custo muito razoável.Esse método não apenas permite que os fabricantes criem produtos com baixo custo, mas também traz outros benefícios à fundição em areia, como operações de tamanho muito pequeno.O processo permite peças fundidas pequenas o suficiente para caber na palma da mão até aquelas grandes o suficiente apenas para leitos de trem (uma peça fundida pode criar a base inteira para um vagão).A fundição em areia também permite a fundição da maioria dos metais, dependendo do tipo de areia usada nos moldes.

A fundição em areia requer um prazo de entrega de dias, às vezes até semanas, para produção com altas taxas de produção (1 a 20 peças/h de molde) e é insuperável para produção de peças grandes.A areia verde (úmida), de cor preta, quase não tem limite de peso parcial, enquanto a areia seca tem um limite prático de massa parcial de 2.300–2.700 kg (5.100–6.000 lb).O peso mínimo da peça varia de 0,075 a 0,1 kg (0,17 a 0,22 lb).A areia é colada com argilas, ligantes químicos ou óleos polimerizados (como óleo de motor).A areia pode ser reciclada muitas vezes na maioria das operações e requer pouca manutenção.

Moldagem em argila
A moldagem em argila tem sido usada para produzir grandes objetos simétricos, como canhões e sinos de igreja.A argila é uma mistura de argila e areia com palha ou esterco.Um modelo do produzido é formado em um material friável (a camisa).O molde é formado em torno desta camisa, cobrindo-a com argila.Este é então assado (cozido) e a camisa removida.O molde é então colocado em pé em uma cova em frente ao forno para que o metal seja vazado.Depois o molde é quebrado.Os moldes só podem ser usados uma vez, de modo que outros métodos são preferidos para a maioria das finalidades.

Fundição em molde de gesso
A fundição em gesso é semelhante à fundição em areia, exceto que o gesso é usado em vez de areia como material de molde.Geralmente, a forma leva menos de uma semana para ser preparada, após a qual é alcançada uma taxa de produção de 1 a 10 unidades/h de molde, com itens tão grandes quanto 45 kg (99 lb) e tão pequenos quanto 30 g (1 onça) com acabamento superficial muito bom e tolerâncias estreitas.[5]A fundição de gesso é uma alternativa barata a outros processos de moldagem para peças complexas devido ao baixo custo do gesso e à sua capacidade de produzir peças fundidas com formato próximo ao final.A maior desvantagem é que só pode ser usado com materiais não ferrosos de baixo ponto de fusão, como alumínio, cobre, magnésio e zinco.

Moldagem de casca
A moldagem em concha é semelhante à fundição em areia, mas a cavidade de moldagem é formada por uma "concha" endurecida de areia em vez de um frasco cheio de areia.A areia utilizada é mais fina do que a areia de fundição em areia e é misturada com uma resina para que possa ser aquecida pelo padrão e endurecida em uma concha ao redor do padrão.Por causa da resina e da areia mais fina, proporciona um acabamento superficial muito mais fino.O processo é facilmente automatizado e mais preciso do que a fundição em areia.Os metais comuns fundidos incluem ferro fundido, alumínio, magnésio e ligas de cobre.Este processo é ideal para itens complexos de pequeno a médio porte.

Fundição de investimento
A fundição por cera perdida (conhecida como fundição por cera perdida na arte) é um processo praticado há milhares de anos, sendo o processo por cera perdida uma das mais antigas técnicas de formação de metal conhecidas.Desde 5.000 anos atrás, quando a cera de abelha formava o padrão, até as ceras de alta tecnologia, materiais refratários e ligas especializadas atuais, as peças fundidas garantem a produção de componentes de alta qualidade com os principais benefícios de precisão, repetibilidade, versatilidade e integridade.
O nome da fundição de precisão deriva do fato de que o padrão é revestido, ou cercado, por um material refratário.Os padrões de cera requerem extremo cuidado, pois não são fortes o suficiente para suportar as forças encontradas durante a confecção do molde.Uma vantagem da fundição de precisão é que a cera pode ser reutilizada.

O processo é adequado para a produção repetível de componentes de formato líquido a partir de uma variedade de metais diferentes e ligas de alto desempenho.Embora geralmente utilizado para pequenas peças fundidas, este processo tem sido utilizado para produzir molduras completas de portas de aeronaves, com peças fundidas de aço de até 300 kg e peças fundidas de alumínio de até 30 kg.Comparado a outros processos de fundição, como fundição sob pressão ou fundição em areia, pode ser um processo caro.No entanto, os componentes que podem ser produzidos usando fundição de precisão podem incorporar contornos intrincados e, na maioria dos casos, os componentes são fundidos quase no formato final, exigindo pouco ou nenhum retrabalho depois de fundidos.

Vantagens e desvantagens de peças forjadas

O forjamento pode produzir uma peça mais resistente do que uma peça fundida ou usinada equivalente.À medida que o metal é moldado durante o processo de forjamento, sua textura interna de grãos se deforma para seguir o formato geral da peça.Como resultado, a variação da textura é contínua em toda a peça, dando origem a uma peça com características de resistência melhoradas. Além disso, os forjados podem atingir um custo total menor do que a fundição ou fabricação.Considerando todos os custos incorridos no ciclo de vida de um produto, desde a aquisição até o tempo de retrabalho, e levando em consideração os custos de sucata, o tempo de inatividade e outras considerações de qualidade, os benefícios de longo prazo dos forjados podem superar as economias de custos de curto prazo. que peças fundidas ou fabricadas podem oferecer.

Alguns metais podem ser forjados a frio, mas o ferro e o aço quase sempre são forjados a quente.O forjamento a quente evita o endurecimento que resultaria da conformação a frio, o que aumentaria a dificuldade de realizar operações secundárias de usinagem na peça.Além disso, embora o endurecimento por trabalho possa ser desejável em algumas circunstâncias, outros métodos de endurecimento da peça, como o tratamento térmico, são geralmente mais económicos e mais controláveis.Ligas que são passíveis de endurecimento por precipitação, como a maioria das ligas de alumínio e titânio, podem ser forjadas a quente, seguidas de endurecimento.

O forjamento de produção envolve despesas de capital significativas com máquinas, ferramentas, instalações e pessoal.No caso de forjamento a quente, é necessário um forno de alta temperatura (às vezes chamado de forja) para aquecer lingotes ou tarugos.Devido ao tamanho dos enormes martelos e prensas de forjamento e às peças que eles podem produzir, bem como aos perigos inerentes ao trabalho com metal quente, frequentemente é necessário um edifício especial para abrigar a operação.No caso de operações de forjamento por queda, devem ser tomadas providências para absorver o choque e a vibração gerados pelo martelo.A maioria das operações de forjamento utiliza matrizes de conformação de metal, que devem ser usinadas com precisão e cuidadosamente tratadas termicamente para moldar corretamente a peça de trabalho, bem como para suportar as tremendas forças envolvidas.