Fundição de Investimento: Processo, Benefícios e Aplicações

A fundição de precisão é um dos processos de fundição mais utilizados na indústria. Os fabricantes costumam utilizar a fundição de precisão porque ela oferece muitas vantagens, incluindo alta precisão dimensional, superfícies lisas, capacidade de lidar com designs complexos e produção rápida.

Neste artigo, contaremos tudo o que você precisa saber sobre fundição de precisão. Descreveremos brevemente a história da fundição de precisão e explicaremos o processo em detalhes, discutindo seus usos, propriedades do material, vantagens e desvantagens.

O que é fundição de investimento?

A fundição de precisão, também conhecida como "fundição por cera perdida", envolve o uso de um material semelhante à cera para produzir um modelo consumível e, em seguida, criar uma cópia exata do modelo. O processo utiliza moldes cerâmicos com excelentes propriedades térmicas. Como resultado, é possível produzir peças com formato quase final e com altíssima qualidade superficial.

Suas muitas vantagens e adaptabilidade o tornam um forte concorrente de outros métodos de fundição, como fundição em areia e fundição sob pressão. Por enquanto, vamos continuar aprendendo sobre fundição de investimento.

História de EUinvestimento Casting

As pessoas usam métodos semelhantes para fazer objetos há mais de 5.000 anos. Modelos feitos de cera de abelha pura eram usados para fundir metais macios, como ouro e cobre. Arqueólogos encontraram joias, ídolos e obras de arte daquela época, fascinantes de se ver.

À medida que o conhecimento sobre o processamento de metais crescia, as pessoas começaram a experimentar novas técnicas de fundição. A técnica foi ainda mais desenvolvida no final do século XIX, quando passou a ser usada na fabricação de aparelhos ortodônticos.

A Segunda Guerra Mundial tornou o processo conhecido pela maioria das pessoas. Os militares precisavam de uma maneira de produzir peças fortes, precisas e reutilizáveis. Como resultado, o processo que hoje é conhecido como fundição de precisão começou a ser aprimorado.

Como funciona a fundição de investimento?

Ao longo dos anos, os fabricantes têm se dedicado a aperfeiçoar o processo de fundição de precisão para produzir as melhores peças fundidas. Nesta seção, examinaremos mais detalhadamente as seis etapas.

Criando o Modelo Mestre

Um modelo de cera é uma réplica exata da geometria do produto final. O "modelo mestre" é o padrão que pode ser usado repetidamente para fundição. Cera, madeira, metal e borracha de silicone são os materiais mais comuns usados para criar o molde do modelo mestre. O material usado depende da vida útil do modelo e da complexidade do projeto. Além disso, o grau de expansão ou contração do material quando aquecido ou resfriado e a qualidade da superfície também são fatores a serem considerados. Em cada ciclo de fundição, o operador cria um modelo de cera com base no projeto mestre.

Hoje, os engenheiros utilizam métodos de ponta, como a impressão 3D ou o processo de fundição de precisão, para criar modelos. No passado, processo de fundição sob pressão era frequentemente usada para criar modelos de cera. Hoje em dia, a impressão 3D é uma nova tecnologia que está ganhando popularidade rapidamente. Engenheiros gostam da impressão 3D FDM porque ela é barata e bastante precisa.

Montagem do modelo de cera

O próximo passo é montar todos os modelos criados na etapa anterior em um molde de fundição por cera perdida. O modelo montado se parece com uma árvore, daí o nome "árvore".

O operador então monta o modelo usando uma rede de canais/guias/elevadores. Essa rede de canais permite que o metal líquido flua facilmente para todas as partes do molde.

Este processo de montagem pode ser realizado manualmente ou automaticamente. Os fabricantes podem optar pela montagem manual quando as quantidades de produção são baixas ou quando cada peça fundida tem um formato único. Por outro lado, se o processo de fundição for repetido, faz sentido adquirir uma célula de produção automatizada.

Aplicação do material refratário (impregnação)

Em seguida, o operador aplica uma camada de material refratário ao molde para atingir as propriedades desejadas. O processo de revestimento envolve várias etapas de impregnação. Eles giram lentamente a árvore e a mergulham repetidamente em uma mistura de pasta cerâmica e gesso de areia. A argila ajuda o molde a suportar altas temperaturas, enquanto o gesso o torna mais resistente.

À medida que o processo de imersão prossegue, a camada de cerâmica ao redor do modelo de cera torna-se cada vez mais espessa. Tome cuidado extra ao finalizar a primeira camada inicial (também chamada de núcleo mestre). Isso tem um impacto significativo na qualidade e no formato da peça.

Este processo é repetido até que a casca atinja a espessura correta. Na maioria dos casos, a espessura da casca fica entre 3/8 de polegada e 1/2 polegada. Isso depende do material de fundição, tamanho e peso. Se a peça for pesada e o metal tiver um ponto de fusão alto, a casca deve ser espessa o suficiente para suportar as altas temperaturas e pressões.

Desparafinação

No processo de desparafinação, a fusão remove a cera da casca de argila. Para aquecer e derreter a cera, as fábricas geralmente utilizam uma autoclave a vapor ou um forno de flash.

O operador então abaixa o molde para que a cera derretida possa fluir facilmente. O molde é aquecido na autoclave por 12 horas a temperaturas de até 90 °C a 175 °C, e a maior parte da cera flui para fora. O molde é então cozido em temperaturas mais altas (até 1000 °C) por várias horas para remover qualquer cera e água restantes.

Esta é uma etapa muito importante no processo de fundição, pois o molde pode apresentar defeitos em altas temperaturas. Os engenheiros geralmente tentam evitar rachaduras. Portanto, em usinas de fundição de precisão, o molde geralmente é desparafinado usando métodos que não o danificam.

Além disso, o tratamento térmico do material refratário é um benefício adicional desse processo. A casca fica mais resistente e, portanto, menos propensa a reagir com o metal fundido.

Pré-aquecimento e vazamento

A partir daí, o processo de fundição de precisão começa para valer. O molde é pré-aquecido para que não reaja muito rápido ao entrar em contato com o metal líquido quente.

O metal líquido é vazado no molde de forma controlada, seja por um operador ou por uma máquina. É importante manter uma taxa de enchimento constante. Isso evita defeitos de fundição causados por turbulência. Além disso, se o metal fundido for propenso a reagir com o ar, é necessário garantir que não haja ar ao redor do molde. Uma vez concluído o enchimento, o metal solidifica e esfria dentro do molde.

Pós-processamento

Após a solidificação do metal, o molde é quebrado com um golpe de martelo ou jato de água. Após a peça ser removida do molde, ela é submetida a uma série de etapas de semiacabamento.

Uma das tarefas é fechar o sistema de vazamento, pois ele não faz parte do produto. Superfícies ásperas, arestas vivas e outros defeitos também podem ser removidos com lixamento ou jato de areia. Fresamento CNC e furação são dois processos de usinagem que também podem ser usados para usinar furos e superfícies. Além disso, as peças podem ser submetidas a uma variedade de processos de tratamento de superfície para atingir o acabamento superficial desejado.

Após o pós-processamento, as peças são submetidas a uma inspeção de qualidade. A equipe de inspeção utiliza métodos como o teste de penetração para verificar se há defeitos nas peças, como rachaduras e furos. Eles também verificam outros fatores de qualidade, como resistência, dureza, geometria e limites dimensionais.

Diferentes tipos de materiais de fundição de investimento

Uma das grandes vantagens da fundição de precisão é que ela pode ser usada com uma ampla gama de materiais, incluindo metais ferrosos e não ferrosos. Isso significa que as peças finais podem ter diferentes propriedades mecânicas.

• AçoAço carbono, aço de alto carbono e outras ligas de aço especiais são adequados para fundição de precisão. Peças de aço produzidas por fundição de precisão são utilizadas em diversas áreas, como construção naval, aeronáutica e militar.
• Aço inoxidável: O aço inoxidável é forte, resistente à ferrugem e possui uma superfície lisa e brilhante. Carcaças de bombas, peças de válvulas, engrenagens e buchas são peças comuns.
• Alumínio UMlloys: Esses metais são leves, fortes e resistentes à ferrugem. Peças de aeronaves e automóveis são os principais usos para peças de liga de alumínio.
• Níquel UMlloys: As ligas de níquel são muito fortes, não enferrujam e permanecem estáveis em altas temperaturas. As peças fundidas desses metais são usadas em ambientes oxidantes de alta temperatura e podem suportar altos níveis de estresse.
• Cobalto UMlloys: Essas ligas são muito resistentes e não se desgastam, enferrujam, reagem quimicamente, superaquecem ou esfriam. Essa liga de alto desempenho é usada em máquinas pesadas, na medicina e no processamento de alimentos, por exemplo.
• Elenco EURon: O ferro fundido é extremamente durável e muito resistente. É usado na fabricação de peças elétricas, conexões de tubos, engrenagens de ferramentas, etc.
• Cobre UMlloysLigas de cobre, como bronze e latão, têm aparência atraente, resistência à tração moderada e são bons condutores de calor. Esses metais são, portanto, usados em peças de encanamento, radiadores, trocadores de calor e outros componentes.

Como finalizar peças de fundição de investimento

Após a desparafinação, a superfície de uma fundição de precisão fica um pouco áspera. Isso se deve às marcas deixadas pelo núcleo principal do molde de argila. A rugosidade superficial dessas peças geralmente é de 125 Ra, mas pode haver algumas diferenças dependendo do material e da qualidade do molde.

Portanto, existem muitos tratamentos de superfície disponíveis para obter a superfície lisa desejada. Alguns processos conseguem uma superfície lisa removendo material. Outros métodos envolvem pintar a superfície para alisá-la e esconder a superfície áspera sob uma camada de tinta.

O tipo de tratamento de superfície é escolhido com base em fatores como a aparência desejada, tolerâncias dimensionais e qualidades mecânicas. Os seguintes métodos de tratamento de superfície são diferentes:

• Anodização
• Polimento
• Pintura
• Revestimento em pó
• Passivação

Usos da fundição de investimento

O processo de fundição de precisão pode ser utilizado em diversas áreas. Aqui estão algumas aplicações comuns:

• Indústria de energia: Este processo de fabricação é muito útil na indústria de energia. As pás das turbinas eólicas são muito grandes e pesadas e precisam ser muito resistentes e ter uma superfície lisa. Uma vantagem do processo de fundição de precisão é que ele possui todas essas propriedades.
• Construção naval: Na construção naval, peças metálicas são frequentemente produzidas por fundição de precisão. Ligas especiais são usadas para fabricar chapas metálicas resistentes. Essas chapas não enferrujam e podem ser usadas em navios e submarinos. Esse processo é adequado para essa indústria, pois é compatível com diversas ligas metálicas.
• Aeroespacial: Por ser capaz de lidar com formas complexas e apresentar alta resistência, esse processo pode ser usado para fabricar peças importantes de motores e fuselagens de aeronaves.
• Indústria Médica: Este método é útil na área médica, pois permite a fabricação de peças pequenas com melhor acabamento superficial. Alguns usos comuns, por exemplo, são próteses, implantes e instrumentos cirúrgicos.
• Indústria automotiva: A fundição de precisão permite a fabricação de peças de alto desempenho para a indústria automotiva, como peças do sistema de transmissão, balancins e componentes do trem de força.

Vantagens e desvantagens da fundição de investimento

Assim como outros processos de fundição, a fundição de precisão tem vantagens e desvantagens. Para fazer uma escolha consciente do método de fundição, é importante estar ciente de ambos. Vamos discuti-los com mais detalhes a seguir.

Vantagens

O O processo de fundição de investimento tem muitas vantagens, e é por isso que essas peças fundidas são tão populares.

• Compatibilidade com geometrias complexas: Ele pode lidar com geometrias complexas, como características internas, curvas acentuadas, paredes finas e canais rasos. Tudo isso pode ser fabricado como uma única peça. Assim, você não precisa montar peças que foram fabricadas separadamente, o que seria necessário com outros métodos de fundição.
• Acabamento de superfície fina: Este processo de fundição pode proporcionar um acabamento superficial de até 3 mícrons. Comparada à fundição em areia, a fundição de precisão produz resultados ainda melhores. Além disso, as peças fundidas de precisão não possuem linhas de separação, o que as torna esteticamente mais agradáveis.
• Peças grandes: Este método é adequado para peças de diferentes tamanhos. Ele pode processar peças que pesam de 100 gramas a uma tonelada. Além disso, pode fabricar enormes pás de turbina, bem como minúsculas ferramentas médicas.
• Excelente precisão dimensional: A fundição de precisão é um processo de fundição quase final, com tolerâncias de acabamento extremamente pequenas. As peças apresentam uma tolerância dimensional impressionante de +/- 0,075 mm após o acabamento.
• Ampla gama de materiais: O processo é muito flexível e pode ser usado com uma ampla gama de materiais. É adequado e preciso para materiais como aço, ligas de níquel e ligas de alumínio.

Desvantagens

Por outro lado, o processo de fundição de investimento também apresenta algumas desvantagens. Qualquer pessoa envolvida com fundição deve estar ciente delas.

• Altos custos com ferramentas e equipamentos: Moldes, matrizes e máquinas iniciais (fornos, máquinas de revestimento cerâmico) são muito caros. Portanto, este processo não é adequado para a produção em pequenos lotes. No entanto, se o custo não for sua principal preocupação, ele pode ser adequado para algumas produções em pequenos lotes. Por exemplo, a fabricação de pás de turbinas eólicas.
• Um processo altamente técnico: Como já mencionado, o processo tem muitas etapas. Cada etapa exige habilidades e conhecimentos diferentes. Qualquer parte do processo está sujeita a erros. Isso pode ser muito custoso para uma empresa. Se você quiser usar esse processo de seleção, encontrar as pessoas certas e pagá-las adequadamente pode ser um problema.
• Demorado: O processo de fundição pode ser muito lento, pois possui muitas etapas. Algumas delas levam muito tempo, como o resfriamento e o acabamento. Portanto, empresas que precisam de peças rapidamente também devem considerar outros métodos de fundição ao procurar serviços de produção.

Yonglihao Machinery oferece serviços de fundição personalizados

É claro que a fundição de precisão é um processo muito complexo. Precisa ser realizado por pessoas com muita habilidade e experiência. Precisa de peças fundidas? A Yonglihao Machinery pode fornecer serviços de fundição incomparáveis. Por exemplo, fundição de precisão, fundição sob pressão em câmara quente, e fundição sob pressão de alta pressão processos.

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Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre impressão 3D e fundição de investimento?

Na fundição de precisão, o metal fundido é despejado em um molde pré-formado e solidificado. A impressão 3D é uma técnica de manufatura aditiva. Tecnologias de impressão 3D, como FDM e SLS, constroem peças camada por camada.

Leva muito tempo para se tornar proficiente em fundição de precisão. No entanto, esse processo de fundição pode lidar com uma ampla gama de metais e alcançar acabamentos de superfície perfeitos. A impressão 3D ainda está em seus estágios iniciais e não é tão eficaz quanto a fundição na fabricação de peças metálicas. Rugosidade, porosidade e irregularidades superficiais são alguns dos problemas encontrados em peças impressas em 3D em comparação com peças fundidas.

A diferença entre fundição de investimento e fundição em areia

A fundição de precisão pode produzir peças com geometrias muito complexas e acabamentos superficiais extremamente elevados. Por outro lado, a fundição em areia é superior. Isso ocorre porque o processo de fundição em areia permite a produção de grandes quantidades de peças, reduzindo custos. Além disso, esse processo também pode produzir peças muito grandes.

A fundição de investimento é ecologicamente correta?

Sim. Na fundição de precisão, cera e metal são regularmente recuperados e utilizados em outros processos de fundição, evitando assim o desperdício de material. Embora a fundição de precisão consuma energia e produza gases nocivos ao meio ambiente, esses problemas podem ser minimizados com um bom controle de gases e descarte de resíduos.