Você pode ter ouvido falar sobre o processo tradicional de fundição em areia, onde o material derretido é despejado em um molde e solidifica em um formato. No entanto, esse produto final geralmente não atende aos requisitos precisos imediatamente – uma série de operações de usinagem são realizadas para atingir as dimensões e o acabamento de superfície corretos.
moldagem de casca é uma abordagem de fundição refinada que aborda esses desafios. Em vez de depender de areia solta, ela cria uma casca fina e dura de areia e um ligante de resina termoendurecível. Essa casca fornece precisão dimensional superior e um acabamento de superfície suave, reduzindo a necessidade de usinagem adicional.
Este artigo explora o processo de moldagem por concha, os materiais mais adequados para ele e suas diversas aplicações em diversos setores.
O que é moldagem por concha?
A moldagem por concha também é conhecida Croning processo, em homenagem ao seu inventor, Johannes Croning – um engenheiro alemão que dedicou sua vida ao desenvolvimento de técnicas e máquinas de fundição. A descoberta da fundição em molde de concha foi uma de suas principais inovações que abriu caminho para uma construção mais precisa de peças.
A fundição de conchas é um material descartável técnica de fundição de molde em que uma casca de parede fina de areia e ligante de resina termoendurecível é usada como molde. Essa casca, diferentemente dos moldes de areia tradicionais, é forte e ligada por resina. Ela resulta em precisão dimensional superior e um acabamento de superfície suave.
Processo de moldagem de concha: passo a passo
O processo de fundição em molde de concha é um pouco mais longo do que o processo de fundição em areia, pois envolve uma série de etapas preparatórias. Veja como o processo funciona:
Etapa I: Usinagem do padrão de metal
Para fundição, você precisa de um padrão de metal que leve em conta a contração e a margem de usinagem. Normalmente, os fabricantes fazem isso por meio de usinagem e em duas metades. Ferro e aço são comuns. No entanto, o grafite também é uma opção para metais reativos.
Etapa II: Construção do molde
Este é o processo mais crítico na jornada que começa com o aquecimento do padrão de metal a 230–340 ºC (450–650 ºF). Então, os técnicos o lubrificam com estearato de cálcio para que a concha de areia não grude nele.
O padrão inteiro é pendurado sobre uma caixa de despejo contendo uma mistura de areia de sílica fina e resina fenólica termoendurecível. Essa caixa é virada para cobrir o padrão quente com a mistura de areia e resina. O calor do padrão cura levemente uma camada da mistura, formando uma casca firme com cerca de 9–20 mm de espessura.
Após alguns segundos, eles invertem o padrão e a caixa novamente para deixar qualquer areia solta e não curada cair. Isso deixa apenas a casca curada aderida ao padrão. Finalmente, a casca é colocada em um forno para cura completa. É aqui que ela atinge sua resistência à tração (350 a 450 psi). Precisamos de uma casca de duas partes, então o mesmo processo de construção do molde é repetido para a outra metade.
Etapa III: Montagem do Molde
Após a construção de ambas as prateleiras, começa a montagem delas. Grampo ou colagem são duas opções para unir.
Etapa IV: Processo de vazamento
Para suporte adicional da concha, os técnicos podem colocá-la dentro de uma jaqueta de vazamento ou cercada por areia, cascalho ou granalha de metal. Então, eles despejam o metal fundido na cavidade do molde. Isso pode ser feito manualmente ou por máquina.
Etapa V: Resfriamento e remoção do molde
O metal esfria naturalmente. Uma vez solidificado, os trabalhadores podem abrir ou quebrar o molde para remover a peça fundida. Então, a fundição é limpa ou usinada conforme os requisitos de acabamento.
Materiais compatíveis com moldagem de concha
Você pode usar fundição em concha para a maioria dos tipos de metais, puros e ligas – tanto ferrosos quanto não ferrosos.
Ferro fundido
Ferro fundido já foi o metal mais fundido devido às suas propriedades mecânicas. Ainda assim, seu uso é prevalente na indústria. Ferro fundido desfiado, ferro nodular, ferro fundido branco, ferro maleável e ferros fundidos de liga são populares para essa fundição.
Aços
As peças fundidas de aço são conhecidas por sua alta resistência à tração e tenacidade. As melhores opções de aço são:
- Aço carbono: É usinável e resistente ao desgaste para menos elementos de liga de porcentagem. No entanto, é mais suscetível à corrosão em comparação a outros tipos de aço.
- Liga de aço: Esses aços contêm elementos de liga adicionais para aumentar a resistência e a dureza. Graus favoráveis para fundição incluem 45Mn e 40Cr.
- Aço inoxidável: Com alto teor de cromo (cerca de 10.5%), o aço inoxidável é resistente à corrosão e durável. No entanto, ele pode ter uma natureza quebradiça, além de sua resistência não ser tão boa quanto a do aço carbono.
Ligas de Alumínio
Ligas de alumínio são adequadas para aplicações leves, como a aeroespacial. ASTM A356 e ASTM 360 são ligas de alumínio comuns para fundição de moldes.
Ligas de cobre
O cobre é um material dúctil com excelente condutividade e resistência à corrosão. Então, o caso de uso são aplicações que exigem essas propriedades, por exemplo, componentes elétricos. No entanto, ligas de cobre são caras e oferecem menos resistência do que o aço.
Vantagens da moldagem de concha
A fundição em molde de concha é popular por suas melhores tolerâncias, acabamentos de superfície e capacidades versáteis de material.
Aqui está uma lista de vantagens que o processo de fundição tem a oferecer:
- Melhor precisão dimensional: Os produtos de moldagem de concha têm excelente precisão dimensional. Isso ocorre devido a uma fina camada de concha curada, que mantém a forma sob calor e pressão. Para peças de tamanho médio, você pode atingir tolerâncias de até ±0.25 mm.
- Bom acabamento superficial: Ao contrário da fundição em areia, o metal fundido entra em contato com uma casca fechada e seca, cuja superfície é lisa e não porosa. Isso resulta em menos deformidades de superfície e ótima superfície, idealmente até 2.5 µm
- Prazos de entrega curtos: Uma vez que o molde de concha é feito, você pode reutilizá-lo com resultados consistentes. Isso não só encurta o tempo de espera, mas também torna o processo econômico para grandes tiragens da mesma unidade.
- Nível reduzido de defeitos de gás: O processo usa um teor de ligante maior do que outros métodos. Ainda assim, os núcleos ocos de paredes finas criam caminhos de ventilação naturais. A permeabilidade melhorada da areia mais grossa no molde de casca ajuda a eliminar o acúmulo de gás, resultando em melhores fundições.
- Possibilidade de automação: O processo de fundição de conchas pode ser facilmente automatizado, o que o torna adequado para fabricação em alto volume. Existem máquinas que podem lidar com todas as tarefas principais: aquecimento de padrões de metal, formação de conchas e montagem.
- Suporte de material versátil: Tanto metais ferrosos quanto não ferrosos são moldáveis via moldagem de concha. Isso torna seu caso de uso versátil entre materiais.
Limitações da moldagem de conchas
Algumas desvantagens da fundição em concha incluem:
- Manuseio de peso limitado: A moldagem de concha só pode suportar peças de material de tamanho moderado e peso limitado devido à sua estrutura de parede fina. Ela pode manusear peças entre 30g a 10 kg (25 lb.)
- Resina cara:A resina fenólica termoendurecível usada na moldagem de conchas é mais cara do que os ligantes usados na fundição em areia tradicional.
- Alto custo do equipamento: O processo também requer uma configuração separada para aquecimento e cura, o que adiciona mais custo. Além disso, se você mudar para uma versão automatizada, o custo de capital é ainda maior.
Aplicações de fundição em molde de casca
A fundição em concha é muito eficaz na replicação de peças de metal com precisão dimensional em um curto espaço de tempo. Então, os produtos moldados em concha abrangem várias indústrias, incluindo automotiva, aeroespacial, energia, médica, etc.
A presença de resinas aumenta a lisura da superfície, o que elimina a necessidade de pós-processamento extensivo. Posteriormente, requer menos trabalho e tempo, reduzindo o custo geral de produção. Por essas razões, os fabricantes preferem o método de moldagem de concha para a produção de peças metálicas de pequeno a médio porte
A tabela abaixo descreve as aplicações específicas de moldagem de conchas em vários setores industriais;
| Indústria | Aplicações |
| Automotivo | Blocos de motor, cabeçotes de cilindro, árvores de cames, virabrequins, caixas de transmissão |
| Indústria aeroespacial | Lâminas de turbina, caixas de engrenagens |
| Maquinaria industrial | Engrenagens, válvulas, carcaças de bombas, braços de alavanca |
| Equipamento elétrico | Carcaças e componentes para sistemas elétricos |
| Petróleo e Gás | Corpos de válvulas, Componentes de precisão personalizados |
Moldagem de concha versus outros processos de fundição
Moldagem é uma tecnologia mais ampla que se refere à moldagem do material por meio de fusão e solidificação em uma matriz ou molde, fundição em concha é uma delas. Além disso, há outras técnicas intimamente relacionadas, como fundição por lixamento, fundição em matriz e fundição de investimento.
Moldagem de concha vs. fundição em areia
Fundição em areia e moldagem em concha são técnicas de fundição em molde de areia. No entanto, o processo de criação do molde é diferente. Na fundição em areia, toda a areia compactada atua como um molde. Enquanto isso, a moldagem em concha usa uma fina camada de areia e ligante de resina como molde.
Os moldes de areia são soltos e a probabilidade de defeitos de superfície e imprecisões dimensionais é maior. Em contraste, os moldes descartáveis são finos e duros, e os produtos moldados em concha têm um acabamento melhor.
Moldagem de concha vs. Fundição de investimento
Casting de investimento utiliza uma abordagem de fundição diferente da moldagem de concha. Ela usa um padrão de cera para cada fundição. Esses padrões de cera são montados em uma estrutura de árvore (canal de cera), revestidos com uma pasta cerâmica e, então, derretidos para deixar uma cavidade de molde.
Então, tanto o padrão quanto os materiais do molde são diferentes. Os moldes de concha são geralmente metálicos. Enquanto que, na fundição de investimento, eles têm construção de cera. A fundição de concha usa molde de areia, enquanto a fundição de investimento utiliza cerâmica refrativa.
Embora a superfície de moldagem em concha envolva um melhor acabamento superficial, o acabamento dos produtos fundidos é muito superior no caso da fundição de investimento, até 1.3 mícron.
Moldagem de concha vs fundição sob pressão
Shell e die casting são técnicas de fundição de metal, mas a principal diferença é o molde. Die casting usa um molde de metal permanente, ou matriz, e aplica alta pressão para injetar metal fundido na cavidade do molde. Enquanto que, shell casting usa um molde de concha descartável de areia + resina.
Ao contrário da fundição sob pressão, a moldagem de concha não requer alta pressão; em vez disso, ela depende da resistência da concha ligada à resina para atingir a precisão. Além disso, a fundição sob pressão só funciona para metais com pontos de fusão baixos e peças com geometrias simples.
Moldagem de concha vs moldagem por injeção
moldagem por injeção é outra técnica de molde precisa; no entanto, ela foca principalmente na replicação de produtos plásticos. Neste processo, o plástico derretido é injetado em um molde de metal sob alta pressão, onde ele esfria e solidifica no formato final.
Então, a principal diferença entre moldagem de concha e moldagem por injeção são seus materiais alvo e abordagem de fundição. O processo de moldagem de concha envolve despejar metal fundido em um molde de areia (descartável). Enquanto isso, a moldagem por injeção gira em torno da injeção de plásticos em um molde sólido (não descartável).
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