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Uma peça fundida pode parecer perfeitamente aceitável quando sai da fundição e, mesmo assim, causar problemas semanas mais tarde. Pode surgir porosidade durante a maquinagem. Um núcleo pode ter-se deslocado, deixando uma parede mais fina do que o especificado. Ou uma peça que tenha passado na inspeção dimensional pode desenvolver fissuras sob carga.
Estas são algumas das razões pelas quais os fabricantes dedicam bastante tempo a avaliar as fundições antes de fazerem uma encomenda.
A fundição em areia é utilizada para produzir desde pequenas caixas de bombas até grandes componentes de máquinas. No entanto, as fundições diferem consideravelmente no que diz respeito aos metais que fundem, ao equipamento que utilizam e às quantidades que estão preparadas para fabricar.
Este artigo analisa 15 fundições de moldagem em areia de diferentes setores industriais. Em vez de as considerar fornecedores intercambiáveis, o artigo analisa as suas especialidades de fabrico e os tipos de projetos para os quais podem ser adequadas.
O que é uma fundição em areia?
A fundição em areia é um processo de fabrico que utiliza um molde à base de areia para moldar uma peça metálica. O metal fundido é vertido na cavidade do molde e deixado a solidificar. Em seguida, a areia é removida, expondo a peça fundida.
A ideia é simples. Conseguir um elenco de qualidade de forma consistente é muito mais complicado.
Considere um corpo de bomba em ferro fundido com um canal interno para a água. A forma exterior é moldada pelo molde, enquanto um núcleo de areia separado cria o canal. Se o núcleo se deslocar durante o vazamento, a espessura da parede pode variar. Se o metal fundido não conseguir alimentar adequadamente uma secção espessa durante a solidificação, pode ocorrer porosidade por retração.
Nenhum dos dois problemas é necessariamente visível na superfície acabada.
As fundições fazem face a estes riscos através da conceção de moldes, dos cálculos relativos aos canais de alimentação e aos canais de subida, do controlo da areia, da simulação da fundição e da inspeção.
Como funciona a fundição em areia?
A produção começa normalmente com um molde. Este representa a forma do componente, mas inclui margens para o encolhimento do metal, ângulos de desbaste e qualquer operação de maquinagem que se siga.
O molde-padrão é utilizado para preparar o molde de areia. Dependendo dos requisitos de produção, uma fundição pode utilizar areia verde, areia de ligação química que não necessita de cozedura ou outro sistema de moldagem.
Depois de montado o molde e quaisquer núcleos necessários, o metal fundido é vertido através de um sistema de canais de alimentação. Após a solidificação, o molde é partido e a peça fundida é limpa.
A peça fundida pode, em seguida, ser submetida a tratamento térmico, maquinagem, ensaio de pressão ou inspeção não destrutiva.
Alguns componentes são fornecidos no seu estado de fundição. Outros requerem um acabamento exaustivo antes de poderem ser instalados.
Quando é que a fundição em areia é uma boa opção?
A fundição em areia é particularmente útil quando uma peça tem uma forma complexa, dimensões relativamente grandes ou volumes de produção que não justificam o uso de ferramentas permanentes dispendiosas.
Além disso, é compatível com uma vasta gama de ligas, incluindo ferro cinzento, ferro dúctil, aço ao carbono, aço inoxidável, alumínio e materiais à base de cobre.
Existem limitações.
As superfícies obtidas por fundição em areia são, em geral, mais rugosas do que as obtidas por fundição por cera perdida. As tolerâncias dimensionais apertadas exigem frequentemente a realização de operações de maquinagem. Paredes finas, transições acentuadas e secções pesadas mal posicionadas podem introduzir dificuldades adicionais no processo de fabrico.
Por este motivo, uma fundição deve analisar o projeto antes de apresentar um orçamento, em vez de se limitar a calcular um preço com base no peso da peça fundida.
As 15 principais fundições de moldagem em areia do mundo
As seguintes empresas foram selecionadas devido à sua experiência em fundição industrial, às suas capacidades de fabrico e à sua adequação a diferentes requisitos de aquisição.
Trata-se de uma lista de finalistas selecionada pela redação, não de uma classificação baseada em volumes de produção auditados ou em pontuações de qualidade independentes.
1. Fundição de Waupaca — Estados Unidos
Fundição de Waupaca produz peças fundidas de ferro desde 1955. As suas atividades estão intimamente ligadas ao fabrico de equipamentos para o setor automóvel, de veículos comerciais, agrícola e industrial.
O ferro cinzento e o ferro dúctil são fundamentais para a sua produção.
A empresa utiliza equipamento de moldagem automatizado, incluindo sistemas de moldagem vertical, para fabricar peças fundidas em grandes quantidades. Isto é importante quando um cliente necessita de componentes uniformes ao longo de longas séries de produção.
As normas de fabrico de Waupaca, disponíveis ao público, abordam também pormenores práticos, tais como o material de usinagem, as tolerâncias dimensionais e a integridade das peças fundidas.
Para um fabricante de equipamento original (OEM) que adquire milhares de caixas ou suportes de ferro por ano, estes controlos podem ser mais importantes do que a capacidade de uma fundição para produzir uma peça fundida única e invulgar.
A Waupaca é, acima de tudo, uma empresa a ter em conta no que diz respeito a componentes de ferro projetados e a programas de produção já consolidados.
2. MetalTek International — Estados Unidos
Nem todas as peças fundidas funcionam em condições normais.
Os componentes utilizados em fornos, equipamentos de processamento químico ou infraestruturas energéticas podem ser sujeitos a altas temperaturas, fluidos agressivos ou tensões mecânicas intensas.
MetalTek International trabalha nesta área do fabrico de peças metálicas de engenharia.
As suas capacidades incluem fundição em areia, fundição centrífuga e outros processos de fundição. A empresa também trabalha com ligas especializadas, selecionadas para ambientes operacionais específicos.
Um comprador que esteja a considerar a MetalTek deve começar por analisar as condições de funcionamento: temperatura de funcionamento, composição química do fluido, pressão e vida útil prevista dos componentes.
Estes requisitos determinam frequentemente a liga a utilizar antes da escolha do processo de fundição.
Vale a pena considerar a MetalTek quando o desempenho do material representa um desafio de engenharia maior do que a geometria externa da peça fundida.
3. Fuchun Casting — China
Para muitos fabricantes de equipamento estrangeiros, o problema não é simplesmente encontrar alguém que saiba fundir metal. Trata-se de encontrar um fornecedor capaz de transformar um desenho num componente utilizável sem que seja necessária uma coordenação excessiva entre fábricas distintas.
Fundição Fuchun, com sede na China, atua no mercado de componentes metálicos personalizados, com destaque para a fundição de precisão e a maquinagem.
As suas atividades de fabrico divulgadas publicamente incluem a fundição por cera perdida e processos relacionados com a fundição de metais. A capacidade de fundição em areia deve ser confirmada em função dos requisitos específicos do projeto, incluindo as instalações de fabrico e o método de moldagem efetivamente utilizados.
Esta distinção é importante porque a fundição em areia e a fundição por cera perdida não são intercambiáveis.
Uma caixa de maquinaria de grandes dimensões poderá ser mais adequada para a fundição em areia, enquanto uma peça mais pequena com detalhes complexos poderá revelar-se mais económica através da fundição por cera perdida.
Para os clientes OEM que adquirem maquinaria de construção, equipamento agrícola ou componentes industriais em geral, a possibilidade de debater em conjunto as questões relacionadas com a fundição e a maquinagem revela-se particularmente útil.
As faces de montagem usinadas, os orifícios perfurados e as posições dos rolamentos determinam frequentemente se uma peça fundida pode ser instalada com sucesso.
A Fuchun é um fornecedor a ter em conta para peças personalizadas baseadas em desenhos técnicos, especialmente nos casos em que o método de fundição, o material e as operações de acabamento têm de ser considerados em conjunto.
Antes de efetuarem a encomenda, os clientes devem solicitar amostras de peças semelhantes, confirmar o processo de fundição disponível e analisar o plano de inspeção.
4. Grede — Estados Unidos
Grede é um fabricante consolidado de peças fundidas de ferro que abastece clientes dos setores automóvel e industrial.
As peças fundidas de ferro estão presentes em muitos componentes de veículos, uma vez que oferecem uma combinação vantajosa de resistência, resistência ao desgaste, usinabilidade e economia de fabrico.
No entanto, a produção automóvel apresenta as suas próprias dificuldades. As interrupções na produção podem afetar linhas de montagem inteiras, enquanto a variação dimensional pode criar problemas nas estações de maquinagem a jusante.
As operações de fundição da Grede estão orientadas para estas necessidades industriais.
A sua experiência é mais relevante para compradores que procuram componentes de ferro projetados para produção recorrente, em vez de pequenas encomendas ocasionais de protótipos.
5. Harrison Castings — Reino Unido
Harrison Castings é especializada em peças fundidas de alumínio e opera em Leicester, Inglaterra.
O alumínio implica considerações de fabrico diferentes das do ferro fundido. Apresenta uma densidade inferior, mas a fundição deve gerir cuidadosamente a alimentação, a formação de óxidos, a porosidade e o tratamento térmico, sempre que necessário.
A Harrison presta serviços de fundição de alumínio em areia e fundição por gravidade em molde.
O trabalho da empresa é relevante para os fabricantes de equipamentos que procuram caixas leves, peças estruturais e outros componentes de alumínio.
A sua capacidade de fundição em areia merece especial atenção quando as dimensões de uma peça ou a quantidade a produzir tornam a utilização de moldes permanentes menos vantajosa.
6. Badger Alloys — Estados Unidos
O equipamento de moldagem é uma das primeiras questões a resolver num projeto de fundição em areia à medida.
Um molde tradicional pode ser económico para a produção em série. No caso de um protótipo que possa sofrer alterações após os testes, investir em equipamento de moldagem permanente pode revelar-se menos vantajoso.
Badger Alloys, situada em Milwaukee, apresenta várias abordagens a este problema.
Para além da modelagem convencional, a empresa documentou a utilização de moldes fresados por robôs e de moldes ou núcleos de areia impressos em 3D.
A sua fundição trabalha com uma vasta gama de ligas, incluindo materiais utilizados em bombas, válvulas e aplicações industriais exigentes.
Vale a pena considerar a Badger quando um projeto envolve geometria complexa, requisitos de materiais invulgares ou decisões relativas às ferramentas que exigem a intervenção de engenheiros antes do início da produção.
7. Grainger & Worrall — Reino Unido
Um componente de um motor de competição e uma caixa industrial convencional podem ser ambos peças fundidas de alumínio, mas os requisitos para o seu desenvolvimento são muito diferentes.
Grainger & Worrall construiu a sua reputação com base em peças fundidas complexas para aplicações nos setores automóvel, do desporto motorizado e da engenharia avançada.
Estes projetos exigem frequentemente um controlo rigoroso das passagens internas, do peso dos componentes e do comportamento térmico.
Os núcleos de areia podem criar passagens que seriam difíceis ou dispendiosas de usinar a partir de metal maciço.
A empresa é particularmente relevante para equipas de engenharia que desenvolvem componentes complexos de alumínio, em vez de compradores que procuram peças fundidas simples e de uso corrente ao preço mais baixo possível.
8. Wabash Castings — Estados Unidos
Wabash Castings fabrica peças de alumínio moldadas em areia no Indiana.
A fundição de alumínio em areia pode ser um método de fabrico interessante para peças com cavidades internas, tais como caixas e determinados componentes de manuseamento de fluidos.
O desafio consiste, muitas vezes, em produzir essas características internas de forma repetida, sem que haja um movimento excessivo do núcleo ou variações na espessura da parede.
Para os compradores que estão a avaliar a Wabash, as questões importantes dizem respeito à geometria da peça fundida, às capacidades de moldagem, à quantidade prevista e às operações de maquinagem subsequentes.
É uma opção a ter em conta para componentes de alumínio fabricados à medida utilizados em equipamento industrial.
9. Stainless Foundry & Engineering — Estados Unidos
Peças fundidas em aço inoxidável são normalmente necessários em ambientes onde o aço ao carbono comum se corromperia ou deterioraria demasiado depressa.
A Stainless Foundry & Engineering, com sede em Wisconsin, fabrica componentes fundidos utilizando aços inoxidáveis e outras ligas especializadas.
A empresa oferece serviços de fundição em areia e de fundição por cera perdida.
A especificação dos materiais é especialmente importante para este tipo de fornecedor.
Um componente destinado a ser exposto à água do mar, por exemplo, pode exigir uma liga diferente daquela utilizada numa instalação de transformação de alimentos. A escolha de aço inoxidável sem identificar a classe específica raramente é suficiente.
Vale a pena analisar esta empresa no que diz respeito a bombas, válvulas e componentes industriais que exijam resistência à corrosão ou propriedades específicas dos materiais.
10. Sivyer Steel Castings — Estados Unidos
As peças fundidas de aço de grandes dimensões podem apresentar dificuldades que são menos significativas em componentes mais pequenos.
As secções pesadas arrefecem lentamente. A solidificação irregular pode dar origem a defeitos de retração, enquanto as tensões residuais podem causar deformações durante a maquinagem subsequente.
Sivyer Steel Castings, com sede em Iowa, é especializada em peças fundidas de aço de conceção específica utilizadas em aplicações industriais pesadas.
No caso dos clientes que adquiram componentes estruturais ou de maquinaria de grandes dimensões, a capacidade de manuseamento da fundição, as instalações de tratamento térmico e as capacidades de inspeção devem ser analisadas numa fase inicial.
A Sivyer é uma empresa a ter em conta quando a peça fundida requer aço, em vez de ferro ou alumínio, e as dimensões do componente tornam a produção mais exigente.
11. LeClaire Manufacturing — Estados Unidos
LeClaire Manufacturing produz peças fundidas de alumínio no Iowa, recorrendo a processos que incluem a fundição em areia e a fundição em molde permanente.
As suas operações de fabrico incluem também a maquinagem.
Esta combinação pode ser útil quando uma peça fundida contém várias superfícies funcionais que têm de ficar alinhadas durante a montagem.
Por exemplo, uma caixa pode necessitar de assentos de rolamentos e orifícios para parafusos usinados com precisão. A produção da peça fundida é apenas uma parte do trabalho; o componente acabado também tem de se encaixar nas peças correspondentes.
A LeClaire é a escolha ideal para clientes que procuram componentes de alumínio que exijam tanto trabalhos de fundição como de transformação secundária.
12. Bremer Manufacturing — Estados Unidos
Bremer Manufacturing dedica-se à produção de peças fundidas de alumínio em areia.
Os seus processos de moldagem incluem os métodos de areia verde e de endurecimento ao ar, o que proporciona à fundição diferentes opções para a produção de peças de acordo com o tamanho, a forma e a quantidade.
Não existe um único método de moldagem que se adapte a todas as peças fundidas.
Os sistemas de areia verde podem ser eficientes para a produção em série, enquanto os moldes de ligação química podem oferecer vantagens para determinadas geometrias de maiores dimensões ou mais complexas.
Vale a pena considerar a Bremer para peças de alumínio personalizadas, nas quais o método de moldagem adequado deve ser selecionado em função do componente, em vez de ser imposto ao mesmo.
13. Fundição de Waukesha — Estados Unidos
Algumas peças fundidas industriais são adquiridas principalmente devido ao desempenho do seu material.
Fundição de Waukesha está associada a peças fundidas de engenharia em ligas especiais, incluindo materiais destinados a ambientes industriais exigentes.
Esses projetos podem exigir uma atenção especial à composição química, ao tratamento térmico e às propriedades mecânicas finais.
Para um comprador, os documentos de inspeção podem ser tão importantes quanto a própria peça fundida acabada.
Os relatórios de ensaios de materiais, os registos dimensionais e quaisquer ensaios não destrutivos necessários devem, por conseguinte, ser discutidos antes da emissão de uma ordem de compra.
A Waukesha é um fornecedor a considerar quando a metalurgia especializada é fundamental para o projeto.
14. Aluminum Alloys Inc. — Estados Unidos
Situada na Pensilvânia, Aluminum Alloys Inc. fabrica peças de alumínio fundidas em areia, utilizando métodos de moldagem que incluem processos de areia verde e sem cozedura.
A empresa também oferece serviços de maquinagem.
A sua abordagem de fabrico é relevante para peças industriais em que as vantagens do alumínio têm de ser ponderadas em relação à complexidade da fundição e aos requisitos de maquinagem.
Uma peça de grandes dimensões com uma geometria externa relativamente simples pode, mesmo assim, ser difícil de moldar se contiver cavidades profundas ou núcleos mal apoiados.
Por conseguinte, os clientes devem fornecer desenhos detalhados e identificar as superfícies funcionais antes de solicitarem um orçamento definitivo.
15. Matrix Metals — Estados Unidos / Índia
Matrix Metals atende aos mercados de fundição industrial através de uma estrutura internacional de produção e fornecimento.
Para os compradores que procuram fornecedores de fundição fora do seu mercado interno, os fornecedores deste tipo podem oferecer acesso a diferentes capacidades de fabrico e estruturas de custos.
A avaliação deve começar pelas instalações de produção propriamente ditas.
Confirme onde o metal é fundido e vertido, qual o processo de moldagem utilizado e onde se realizam a maquinagem e a inspeção. Estes detalhes tornam-se particularmente importantes quando a produção envolve vários locais.
A Matrix Metals pode ser considerada para a aquisição internacional de peças fundidas industriais, desde que se confirme que as instalações em questão suportam o processo de fundição em areia e a liga exigidos.
Como escolher a fundição de moldagem em areia adequada
Uma lista restrita de 15 empresas só é útil se ajudar a eliminar fornecedores inadequados.
Começa pelo metal.
Uma fundição de alumínio não é o local adequado para um corpo de válvula em aço ao carbono, independentemente do grau de avanço do seu equipamento. Da mesma forma, uma fundição de ferro automatizada, concebida para a produção em grande escala, pode não ser a melhor opção para uma única peça fundida experimental.
A seguir, vem o peso da peça fundida. Algumas instalações especializam-se em componentes relativamente pequenos; outras dispõem de equipamento para trabalhos consideravelmente mais pesados.
Em seguida, analise o desenho.
Paredes finas, passagens internas, variações bruscas na espessura da secção e tolerâncias de maquinagem exigentes são fatores que influenciam o método de fabrico.
Pergunte à fundição como tenciona lidar com a contração, o posicionamento do núcleo e a margem de usinagem. Se um componente tiver de suportar pressão, especifique o ensaio de estanqueidade ou o ensaio de pressão exigido.
Por fim, compare as propostas com base em mais do que apenas o preço unitário.
A propriedade das ferramentas, os requisitos de inspeção, os procedimentos relativos às peças rejeitadas, os custos de maquinagem, as condições de envio e os prazos de entrega podem alterar o custo real de um projeto.
Duas propostas para o mesmo trabalho de fundição podem abranger âmbitos de trabalho muito diferentes.
Perguntas Frequentes
A fundição em areia é adequada para a produção em pequenas quantidades?
Sim. A fundição em areia é frequentemente utilizada para protótipos e séries de produção relativamente pequenas. No entanto, os custos dos modelos e o método de moldagem escolhido podem afetar a rentabilidade.
Qual é a diferença entre a fundição em areia verde e a fundição em areia sem cozedura?
A areia verde utiliza areia húmida, ligada com argila. Os sistemas sem cozedura utilizam, geralmente, areia ligada quimicamente que endurece sem necessidade de cozedura. A sua adequação depende da geometria da peça, do volume de produção e das características de fundição exigidas.
Por que razão as peças fundidas em areia precisam de ser maquinadas?
A fundição dá origem à forma geral do componente. A maquinagem cria superfícies de apoio precisas, faces de vedação, orifícios roscados e outras características que exigem tolerâncias mais rigorosas.
O que deve constar num pedido de cotação para fundição?
Envie o desenho, a norma relativa ao material, a quantidade anual estimada, o peso da peça fundida (se for conhecido), os requisitos de inspeção, o âmbito da maquinagem e o local de entrega. Um modelo 3D também pode ajudar a fundição a analisar geometrias complexas.
Considerações finais
Antes de contactar uma fundição, identifique três aspetos: a liga necessária, o peso aproximado da peça fundida e a quantidade prevista de produção.
Esses detalhes irão eliminar imediatamente muitos fornecedores inadequados.
Uma fundição com experiência na produção automatizada de ferro dúctil pode ser uma excelente escolha para componentes automóveis de produção recorrente. Pode, no entanto, não ser o parceiro adequado para uma carcaça de bomba em aço inoxidável de baixo volume ou para um protótipo complexo em alumínio.
As empresas apresentadas neste guia representam diferentes segmentos da indústria de fundição em areia. O fornecedor mais adequado é aquele cujos equipamentos, materiais, experiência em engenharia e organização da produção correspondam ao componente em questão.
Envie um desenho completo, analise os possíveis riscos de fabrico e solicite um plano de inspeção claro antes de comparar preços.
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