Fundição de metais: processo, métodos, métodos

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Metal é a base de toda civilização moderna. Em um ano, a humanidade moderna extrai e processa tamanha quantidade de ferro sozinha que antes o mundo inteiro o colheria por pelo menos alguns séculos. E essa necessidade é plenamente justificada, já que a construção por si só leva uma quantidade incrível de aço. Não surpreendentemente, a fundição de metais sob tais condições está sendo constantemente aprimorada.

Um pouco de história

A característica mais importante do ferro a tomar, solidificando, a forma "proposta" a ele, uma pessoa notou nos tempos antigos. Hoje, quase todos os cientistas assumem que o conhecimento inicial do homem com o metal ocorreu graças aos meteoritos. O ferro meteorítico era fusível e fácil de processar, então os fundamentos da fundição foram estudados por algumas civilizações nascentes há muito tempo.

Em nosso país, a fundição de metais é um negócio respeitado e honroso há séculos, as pessoas sempre trataram esse ofício com muito respeito. O "Tsar Cannon" e o "Tsar Bell" são amplamente conhecidos, que são obras-primas da habilidade de fundição dos mestres russos, mesmo que um deles nunca tenha tocado e o segundo não tenha disparado. rodízios Urais no reinado de Pedro, o Grandeganhou fama particular como fornecedor de armas confiáveis para o exército. No entanto, eles carregam com razão este título até agora. Antes de olharmos para os principais tipos de fundição de metais, é necessário dizer algumas palavras sobre as características exigidas das matérias-primas.

Qual deve ser o metal para fundição

A propriedade mais importante do metal a ser usado para fundição é sua fluidez. A liga na forma fundida deve fluir o mais facilmente possível de um cadinho para outro, enquanto preenche seus menores recessos. Quanto maior a fluidez, mais finas as paredes podem ser feitas no produto acabado. Com metal que se espalha mal, é muito mais difícil. Em condições normais, ele consegue agarrar muito antes de preencher todas as lacunas do formulário. Esta é a dificuldade que os industriais enfrentam ao fundir ligas metálicas.

Não é surpresa que o ferro fundido tenha se tornado o material favorito da fundição. Isso ocorre porque essa liga possui excelente fluidez, tornando-a relativamente fácil de trabalhar. O aço está longe de ser tão fluido e, portanto, para preencher completamente o molde (para que não haja cavidades e vazios), é preciso recorrer a uma variedade de truques.

No caso mais simples, quando é necessária a fundição de metal em casa, as matérias-primas são derretidas e despejadas na água em pequenas porções: é assim que, em particular, você pode fazer chumbadas para pescar. Mas este método é relativamente amplamente utilizado mesmo na indústria de armas! Do topo de uma torre especial, semelhante a uma torre de resfriamento em contorno, fundidometal. A altura da estrutura é tal que uma gota perfeitamente formada, já resfriada, atinge o solo. É assim que o tiro é produzido em escala industrial.

Método de lançamento da Terra

O método mais simples e antigo é fundir metal no solo. Mas a sua “simplicidade” é um conceito relativamente condicional, pois este trabalho requer uma preparação extremamente minuciosa. O que significa?

Primeiro, um modelo em tamanho real e mais detalhado da futura fundição é feito na loja de modelos. Além disso, seu tamanho deve ser um pouco maior do que o produto que deve ser obtido, pois o metal irá sedimentar quando resfriado. Como regra, o modelo é destacável, a partir de duas metades.

Uma vez feito isso, a areia de moldagem especial é preparada. Se o futuro produto tiver cavidades e vazios internos, também será necessário preparar as hastes, bem como um composto de moldagem adicional. Eles devem preencher temporariamente as áreas que estão “vazias” na peça acabada. Se você estiver interessado em fundir metais em casa, lembre-se disso, pois, caso contrário, um frasco já cheio pode simplesmente ser rasgado pela pressão, e as consequências disso podem ser as mais tristes.

De que são feitas as areias de moldagem?

A base são vários graus de areias e argilas, bem como ligantes. Seu papel pode ser desempenhado por óleos naturais e sintéticos, óleo de secagem, resina, colofónia e até alcatrão.

A seguir vem o tempo dos moldadores, cuja tarefa é fazer moldes. Se você explicarmais fácil, é feito assim: uma caixa de madeira é retirada, metade do molde é colocada nela (também é destacável) e as lacunas entre as paredes do modelo e o molde são entupidas com uma composição de moldagem.

O mesmo é feito com a segunda metade e prenda ambas as partes com alfinetes. É importante notar que dois cones especiais são inseridos na parte da forma que ficará no topo quando for derramada. Um deles é usado para derramar metal fundido, o segundo - para sair gases em expansão.

Fim da fase preparatória

E agora é hora da parte mais crucial da operação. Os frascos são separados com muito cuidado, tentando evitar a violação da integridade da areia. Depois disso, duas impressões claras e detalhadas da parte futura permanecem no solo. Depois disso, eles são cobertos com uma tinta especial. Isso é feito para que o metal fundido não entre em contato direto com o solo de areia. A tecnologia de fundição de metal não deve permitir isso, caso contrário, a qualidade do produto acabado pode se deteriorar significativamente.

Se isso for necessário, ao mesmo tempo é cortada uma passagem de passagem adicional, necessária para o vazamento do fundido. Os frascos são novamente dobrados e conectados o mais firmemente possível. Quando a areia estiver um pouco seca, você pode começar a lançar.

Iniciar elenco

Primeiro, em cúpulas, ou seja, fornos especiais, são fundidos os blanks de ferro fundido. Se for necessário fundir aço, as matérias-primas são fundidas em altos-fornos, fornos abertos, inversores e outros fornos. Para trazerestado de fusão de metais não ferrosos, use dispositivos de fusão especializados.

Tudo, você pode começar a lançar. Se houver apenas uma forma, o derretimento é derramado com uma concha, individualmente. Em outros casos, como regra, um transportador é organizado: ou uma esteira com espaços em branco passa por baixo da concha ou a concha se move sobre as fileiras de frascos. Tudo depende unicamente da organização da produção. Quando chega a hora e o metal esfria, ele é removido do molde. Em princípio, esse método é ideal nos casos em que a fundição de metal é necessária em casa (para uma forja, por exemplo). Qualquer coisa mais perfeita sob tais condições não será alcançada de qualquer maneira.

Máquinas de jateamento ou retificação removem a incrustação e a areia de moldagem aderente do produto acabado. By the way, este método foi usado ativamente na produção de tanques durante a Grande Guerra Patriótica. Foi assim que as torres fundidas foram produzidas, e a simplicidade e manufaturabilidade desse processo possibilitaram a produção de um grande número de veículos militares de que a frente tanto precisava. Que outros tipos de fundição de metal existem?

Fundição em molde

Mas agora eles usam métodos muito mais avançados e tecnologicamente avançados para a produção de produtos fundidos. Por exemplo, fundição de metal em um molde de resfriamento. Em princípio, este método assemelha-se em muitos aspectos ao descrito acima, uma vez que neste caso também são utilizados moldes de fundição. Só que ao mesmo tempo são de metal, o que simplifica muito o processo de produção em larga escala.

Assim, cones e hastes são inseridos em duas metades (para vazar metal e formar vazios), eem seguida, prenda-os firmemente um ao outro. Tudo, você pode começar a trabalhar. A peculiaridade deste método é que aqui o metal fundido solidifica com extrema rapidez, existe a possibilidade de resfriamento forçado dos moldes e, portanto, o processo de liberação é muito mais rápido. Com apenas um molde, você pode obter centenas, senão milhares, de peças fundidas, sem gastar muito tempo na preparação individual de moldes e areias.

Algumas desvantagens do método

A desvantagem deste método de fundição é o fato de que apenas os tipos de metais caracterizados por maior fluidez na forma fundida são adequados para ele. Por exemplo, apenas a fundição sob pressão é adequada para o aço (sobre isso abaixo), pois esse material não possui boa fluidez. Sob a ação do ar comprimido, mesmo os tipos de aço mais "dúcteis" assumem muito melhor a forma necessária. O ruim é que um molde de resfriamento comum simplesmente não pode suportar condições de produção tão extremas e desmoronará. Portanto, você deve usar um método de produção especial, que discutiremos abaixo.

Moldagem por injeção

Como é feita a fundição sob pressão de metais? Já consideramos alguns aspectos acima, mas ainda é necessário divulgar essa questão com mais detalhes. Tudo é bem simples. Em primeiro lugar, é necessário um molde de fundição feito de aço de qualidade, que pode ser uma forma interna complexa de vários estágios. Em segundo lugar, precisamos de equipamentos de bombeamento capazes de fornecer de sete a setecentos MP.

Principal vantagemeste método de fundição é uma alta produtividade. O que mais fornece moldagem por injeção? Nesse caso, muito menos metal é usado e a qualidade da superfície do produto acabado é muito boa. A última circunstância implica a rejeição de um procedimento de limpeza e moagem complexo e bastante monótono. Quais são os melhores materiais para este método de produção para produzir produtos acabados e peças?

As ligas mais utilizadas são à base de alumínio, zinco, cobre e estanho-chumbo (fundição de metais não ferrosos). Sua temperatura de fusão é relativamente baixa e, portanto, é alcançada uma capacidade de fabricação muito alta de todo o processo. Além disso, esta matéria-prima tem um sedimento relativamente pequeno ao esfriar. Isso significa que é possível produzir peças com tolerâncias muito pequenas, o que é extremamente importante na produção de tecnologia moderna.

A complexidade deste método é que quando os produtos acabados são separados dos moldes, eles podem ser danificados. Além disso, este método é adequado apenas para a fabricação de peças com espessura de parede relativamente pequena. O fato é que uma espessa camada de metal endurece de forma extremamente desigual, o que predetermina a formação de conchas e cavidades.

Variedades de instalações para fundição sob pressão

Todas as máquinas utilizadas neste método de fundição de produtos metálicos são divididas em dois grandes grupos: com câmara de fundição a quente e a frio. A variedade "quente" na maioria das vezes só pode ser usada para ligas à base de zinco. Nesse caso, a própria câmara de fundição é imersa em metal quente. Sob pressãoar ou um pistão especial, ele flui para a cavidade de fundição.

Como regra, uma força de injeção forte não é necessária, uma pressão de até 35-70 MPa é suficiente. Portanto, neste caso, os moldes para fundição de metal podem ser muito mais simples e baratos, o que tem o efeito mais favorável no custo final do produto. Em moldes de fundição a frio, o metal fundido deve ser “conduzido” profundamente na câmara de fundição sob pressão particularmente alta. Ao mesmo tempo, pode chegar a 700 MPa.

Onde são usadas as peças moldadas por injeção?

Eles estão em toda parte. Em telefones, computadores, câmeras e máquinas de lavar, em todos os lugares há detalhes obtidos usando esse método específico. É especialmente amplamente utilizado pela engenharia mecânica, incluindo aquelas diretamente relacionadas à aviação e até mesmo às indústrias espaciais. A massa das peças fundidas pode variar de alguns gramas a 50 quilos (e até mais). Pode ser usado algum outro "processamento" de metais por fundição? Sim, e há muitas outras maneiras.

Fundição por cera perdida

Como no primeiro caso que consideramos, desde os tempos antigos a humanidade conhece o método de derramar metal fundido em um modelo pré-preparado feito de parafina ou cera. É simplesmente colocado no frasco e as lacunas são preenchidas com areia de moldagem. O fundido dissolve a cera e preenche idealmente todo o volume da peça primária. Este método é bom porque o modelo não precisa ser retirado do frasco. Além disso, é possível obter peças de qualidade simplesmente perfeita, este processo de fundiçãometais são relativamente fáceis de automatizar.

Carcaça de casco

Se a fundição for relativamente simples, e a força do "espaço" do produto acabado não for necessária, o método de fundição em moldes de concha pode ser usado. Eles foram feitos desde tempos imemoriais, e areia e resina de quartzo finas são usadas como base. Hoje, é claro, vários compostos sintéticos são usados como este último.

Em seguida, são retirados modelos de metal dobráveis, constituídos por duas metades, e colocados em uma superfície aquecida a aproximadamente 300 graus Celsius. Em seguida, a mistura de moldagem (de areia e resina seca) é derramada no mesmo local para cobrir completamente a superfície dos modelos de metal. Sob a influência do calor, a resina derrete e um “frasco” bastante forte aparece na espessura da areia.

Assim que tudo esfriar um pouco, os lingotes de metal podem ser retirados, e a areia pode ser enviada ao forno para “torrar”. Depois disso, são obtidas formas suficientemente fortes: conectando suas duas metades, o metal fundido pode ser derramado nelas. Que outros métodos de fundição de metal existem?

Fundição centrífuga

Neste caso, o fundido é derramado em uma forma especial, que gira em altíssima velocidade em uma projeção horizontal ou vertical. Como resultado da ação de poderosas forças centrífugas igualmente aplicadas, o metal flui uniformemente em todas as aberturas do molde, obtendo assim uma alta qualidade do produto acabado. Este método de fundição é ideal para a produção de vários tipos de tubos. Permite formar uma espessura muito mais uniformeparedes, o que é extremamente difícil de conseguir usando métodos "estáticos".

Fundição eletro-escória

Existem maneiras de fundir metais que podem ser corretamente chamadas de modernas? Fundição de eletroescória. Neste caso, o metal líquido é obtido primeiramente atuando sobre a matéria-prima previamente preparada com potentes descargas de arco elétrico. O método sem arco também pode ser utilizado, quando o ferro é derretido pelo calor acumulado pela escória. Mas o último é afetado por descargas poderosas.

Depois disso, o metal líquido, que nunca entrou em contato com o ar durante todo o processo, entra na câmara de cristalização, que "em combinação" também é um molde de fundição. Este método é usado para fundidos relativamente simples e maciços, para cuja fabricação muitas condições não precisam ser observadas.

Preenchimento a vácuo

Aplica-se apenas a materiais "high-end" como ouro, titânio, aço inoxidável. Neste caso, o metal é fundido sob condições de vácuo e, em seguida, rapidamente (nas mesmas condições) é distribuído em moldes. O método é bom porque, quando usado, praticamente exclui a formação de cavidades de ar e cavidades no produto, pois a quantidade de gases ali presentes é mínima. É importante lembrar que o peso das peças fundidas neste caso não pode ultrapassar cem ou dois quilos.

É possível obter peças maiores?

Sim, essa tecnologia existe. Mas só pode ser usado nos casos em que cem toneladas de aço são processadas ao mesmo tempo.e mais. Primeiro, o metal é fundido sob condições de vácuo e, em seguida, é derramado não em moldes, mas em conchas de moldagem especiais, que também são protegidas do ar que entra em sua cavidade.

Depois disso, o fundido acabado pode ser distribuído em moldes, dos quais o ar também foi previamente bombeado com uma bomba. O aço obtido como resultado de tal processo tecnológico é bastante caro. É utilizado para forjamento, assim como alguns tipos da mesma fundição, quando se requer a obtenção de blanks e peças da mais alta qualidade.

Fundição em padrões gaseificados (queimados)

Em termos de qualidade e simplicidade de fundição, este método é um dos mais rentáveis e, portanto, é usado cada vez mais amplamente na indústria moderna. Essa fundição de metais, cuja produção aumenta ano a ano, é especialmente popular na RPC e nos EUA, pois as bases industriais desses dois países se distinguem pela maior necessidade de aço de alta qualidade. A vantagem deste método é que permite a produção de peças fundidas sem restrições de peso e tamanho.

Em muitos aspectos, este método é semelhante aos descritos acima: por exemplo, neste caso, o modelo primário é usado não de cera ou plasticina, mas da espuma agora difundida. Como esse material possui especificidades próprias, a mistura de areia aglutinante é embalada no frasco sob uma pressão de cerca de 50 kPa. Na maioria das vezes, esse método é praticado nos casos em que é necessário fazer peças com peso de 100 gramas a duas toneladas.

No entanto, já dissemos que algumas restrições estritasdetalhes do tamanho não. Assim, usando esse método de fundição, até mesmo componentes para motores de navios podem ser produzidos, que nunca foram “modestos” em tamanho. Para cada tonelada de matéria-prima metálica, é consumida a seguinte quantidade de materiais adicionais:

• Quartzo de areia fina - 50 kg.
• Revestimento antiaderente especial - 25 kg.
• Espuma de poliestireno granulado - 6 kg.
• Película de polietileno denso - 10 sq. m.

Toda a areia de moldagem é areia de quartzo pura sem quaisquer aditivos e aditivos adicionais. Pode ser cerca de 95-97% reutilizável, o que melhora muito a economia e reduz o custo do processo.

Assim, a fundição de metais (a física do processo foi parcialmente considerada por nós) é um fenômeno “multifacetado”, pois hoje existem muitos métodos novos. Ao mesmo tempo, a indústria moderna está aplicando métodos que estão em uso há vários milhares de anos, adaptando-os um pouco às realidades atuais.