Tecnologia 15/12/21 Fundição: o que é e como funciona?

Fundição é o processo de fabricação de peças metálicas no qual se preenche com metal líquido a cavidade de um molde, com medidas e formato equivalentes aos da peça a ser produzida.

Esse é um dos processos mais versáteis e antigos, especialmente quando se considera os variados formatos e tamanhos de peças que se pode produzir através dele.

Vantagens e desvantagens da Fundição

A principal vantagem é conseguir, de forma econômica, peças complexas. As fundições podem ser de materiais ferrosos ou não-ferrosos.

É um processo de fabricação inicial, porque a fundição permite obter peças com formas praticamente definitivas, com limitações mínimas de formato, tamanho e complexidade. Esse é o processo pelo qual é fabricado os lingotes.

E a partir do lingote é que são feitos os processos de conformação mecânica para obter placas, chapas, perfis, etc.

O processo de fundição se aplica a diversos tipos de metais, como ferros fundidos, aços, alumínio, cobre, magnésio, zinco e respectivas ligas.

Entretanto, também existem desvantagens. Por exemplo, os aços fundidos podem apresentar elevadas tensões residuais, zoneamento, microporosidade e variações no tamanho dos grãos.

O resultado é uma menor resistência e ductilidade, quando comparados aos aços resultantes de outros processos de fabricação, como a conformação a quente.

Quais são os usos da fundição?

Alguns exemplos de peças fundidas: bloco do motor de automóveis e aviões, pistões, anéis dos pistões, bases de máquina ferramenta, rodas, peças de um forno, acessórios de tubulações e eixos de manivela.

Matéria-Prima

As peças fundidas são produzidas através de matéria-prima de ligas metálicas ferrosas (ligas de carbono e ferro) e não-ferrosas (ligas de alumínio, zinco, cobre e magnésio).

Processo de fabricação de peças de fundição

Podemos resumir o processo de fabricação dessas peças por meio de fundição nas seguintes etapas:

Criação do modelo

Consiste em fabricar um modelo com a forma aproximada da peça que será fundida. Este modelo servirá para a construção do molde, e suas dimensões precisam prever a contração do metal quando ele se solidificar, além de um eventual sobremetal para posterior usinagem da peça. Geralmente é produzido em madeira, alumínio, aço, resina plástica e até isopor.

Produção do molde

É o dispositivo em qual o metal fundido é inserido para se obter a peça desejada. O molde é feito de material refratário, composto de areia e aglomerante. Esse material é moldado sobre o modelo, e depois de retirado, deixa uma cavidade com a forma da peça que será fundida.

Produção dos machos

O macho é um dispositivo, também produzido de areia, com a finalidade de dar forma aos vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são utilizados nos moldes antes que eles sejam fechados para receber o metal líquido.

Fusão

Essa é a etapa em que ocorre a fusão do metal.

Vazamento

É o enchimento do molde com o metal líquido.

Desmoldagem

Depois de determinado período de tempo no qual a peça se solidifica dentro do molde, e que depende do tipo de peça, do metal  (ou liga metálica) e do tipo de molde, ela é retirada do molde (desmoldagem) através de processos mecânicos ou manualmente.

Rebarbação

É a remoção dos canais de alimentação, rebarbas e massalotes que são formados no decorrer da fundição. A rebarbação é feita quando a peça chega a temperaturas próximas às do ambiente.

Limpeza

É necessária pois a peça apresenta uma série de incrustações da areia utilizada na produção do molde. Normalmente ela é feita através de jatos abrasivos.

Esta sequência de etapas é geralmente seguida no processo de fundição por gravidade em areia, que é o mais usado. Um exemplo bastante comum de produto que é fabricado através desse processo é o bloco dos motores de automóveis e caminhões.  

Quais são os tipos de fundição?

Fundição por gravidade

Basicamente conta com a força gravitacional para ajudar no preenchimento e solidificação das peças metálicas. O uso de moldes de areia, para isso, se tornou bastante popular, pois são econômicos e simples de serem fabricados.

Essa economia vem do reaproveitamento dessa areia, depois de peneirada, chegando a até 98% de reciclagem. Isso demonstra sua grande capacidade de produção e reaproveitamento.

Para alcançar a precisão no acabamento, o forno precisa ser adequado à técnica escolhida e aos metais ou ligas usados. O controle de temperatura e tempo precisa ser precisamente respeitado.

Fundição em areia

É o processo mais simples e mais usado em fundições hoje em dia. Na fundição de areia, é necessário realizar a compactação de uma mistura refratária plástica (areia de fundição).

Esta mistura é realizada com compostos que servirão para a fabricação do molde e formação da peça. Os compostos podem variar de acordo com a necessidade de acabamento e o tipo de areia escolhida.

Os moldes feitos com areia seca, por exemplo, possibilitam um acabamento superficial e são mais permeáveis comparado aos de areia verde. Por sua vez, os moldes em areia verde são mais baratos, pois se tratam de argila, areia silicosa e água.

Nos dois casos, após as cavidades dos moldes serem produzidas, o metal irá vazar no interior, dando forma ao modelo marcado na areia.

Fundição em molde permanente

Têm partes permanentes e partes temporárias, que podem ser quebradas depois da solidificação do fundido. Os moldes permanentes devem ser constituídos com um metal que tenha ponto de fusão maior comparado ao metal da peça a ser produzida.

Por conta do seu elevado custo, esses moldes geralmente são feitos apenas para produção de peças em série, porque um único molde é capaz de produzir até 100 mil peças.

Embora seja um número alto, não é possível utilizar esse método em todos os tipos de fundição de metais, pois seu uso é limitado aos metais com temperatura de fusão mais baixas do que o ferro e o aço.

Fundição por centrifugação

Processo de fundição em que são fabricadas as peças cilíndricas ou simétricas, e consiste em vazar o metal líquido em um molde que fará o movimento de rotação.

A força centrífuga, que resulta da rotação do molde, obriga o metal a entrar sob pressão. Dessa forma o metal preenche as pequenas secções, e mantem um bom contato entre o metal e a moldação.

Como vantagens da fundição por centrifugação temos:

·       Bom acabamento superficial.

·       Diminuição (ou eliminação) dos sistemas de canais.

·       Possível utilização de uma grande variedade de tipos metálicos.

·       Solidificação direcional.

Fundição de precisão

A precisão é a característica que difere este processo dos outros tipos de fundição. Por causa disso, essa fundição é bastante utilizada em peças com níveis complexos de detalhamento, como palhetas de turbina e equipamentos médicos.

As vantagens desse processo de fundição são:

·       Ótimo acabamento superficial, podendo dispensar a usinagem.

·       Reprodução de detalhes, paredes finas.

·       Peças sem linhas de partição.

·       Flexibilidade de forma.

·       Tolerância dimensional estreita (0,08 mm).

Também existem algumas limitações neste tipo de fundição, como por exemplo, o limite de peso, considerando a elevação do custo e a capacidade dos equipamentos disponíveis.

Também é necessário ter um rígido controle de todas as suas etapas para garantir a precisão almejada.

História do Processo de Fundição

A fundição já é utilizada pelo homem há mais de 6.000 anos, e iniciou-se com metais de baixo ponto de fusão (bronze e cobre) e depois com o ferro.

Em fornos rudimentares de cerâmicas e pedras, minérios de metais eram fundidos para produção de adornos e armas.

O processo foi evoluindo aos poucos, e na Idade Média a fundição ganhou grande importância, especialmente para fins militares.

Na época era utilizada a “forja catalã”, desenvolvida na Península Ibérica, que era basicamente uma lareira industrial.

Uma massa pastosa era obtida com um tipo grosseiro de ferro fundido pela redução direta do minério. Solidificado, se tornava quebradiço e frágil, demandando que os artefatos fossem grossos e pesados.

Por volta de 1.450 deu inicio a obtenção intermediária do ferro gusa, com o uso de temperaturas mais altas e absorção de maior quantidade de carbono.

Através do melhorado desempenho mecânico do material, tornou-se possível a fabricação de armas de fogo (canhões, baionetas, etc.).

O grande desenvolvimento do processo foi estimulado pela revolução industrial inglesa, que incluiu o coque (derivado do carvão mineral) como substituição do carvão vegetal, a mecanização do processo e fornos elétricos. Durante o século XX tais desenvolvimentos foram aperfeiçoados.

A produção em quantidade de ferro gusa no Brasil iniciou na segunda guerra mundial (1938-45), ocasião na qual foi criada a Companhia Siderúrgica Nacional, que contava com o primeiro alto-forno, como incentivo dos Estados Unidos ao apoio de Getúlio Vargas pró aliados.

A fundição consegue se destacar dos outros métodos de fabricação não só por ser um dos primeiros, mas por ser um dos mais versáteis, principalmente quando consideramos os diferentes formatos e tamanhos das peças que podem ser produzidas.

Ela pode ser considerada tanto um processo inicial, produzindo lingotes para forjamento  e laminação, quanto intermediário, ao produzir peças semi-acabadas que sofrerão posterior usinagem.

Ao longo desse artigo falamos sobre o que é usinagem, seus processos, sua história e muito mais. Esperamos que esse conteúdo tenha sido útil para você.

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