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Lar / Notícias / Notícias da indústria / Idéias para fundição de alumínio: métodos, ligas, design e acabamentos
A resposta direta: por onde começar com ideias para fundição de alumínio
Mais viável fundição de alumínio as ideias se enquadram em quatro grupos práticos: ferragens decorativas e acessórios arquitetônicos, como puxadores de gaveta, placas com números de casas e suportes de corrimão; peças de reposição funcionais para motores e máquinas, como tampas de válvulas, acessórios de admissão e suportes de montagem; ferramentas de oficina, como gabaritos, placas de fixação e blocos de alinhamento; e peças escultóricas ou de exibição, como medalhões, marcadores de plantas e pequenas estátuas. Para um primeiro projeto, fundição em areia alimentada por gravidade usando Liga de alumínio A356 é o ponto de partida mais indulgente. O A356 tem uma faixa de vazamento confortável de aproximadamente 705 a 760 graus C, preenche bem seções finas e usina de forma limpa depois de passar por um tratamento térmico T6.
Um forno movido a propano construído a partir de um tubo de aço com revestimento refratário ou de manta cerâmica pode derreter uma carga de 2 a 5 kg de sucata de alumínio limpa ou lingote em 25 a 40 minutos , atingindo confortavelmente a temperatura de vazamento de mais de 700 graus C necessária para um enchimento limpo. Esta é a principal razão pela qual as ideias de fundição de alumínio são tão acessíveis em comparação com o bronze, que precisa de 950 a 1000 graus C, ou o ferro fundido, que funciona acima de 1370 graus C. Combinado com uma relação resistência-peso próxima de um terço da densidade do aço após o tratamento térmico, as peças fundidas de alumínio acabam sendo genuinamente úteis, em vez de puramente decorativas.
Por que o alumínio é o metal padrão para projetos de fundição
Antes de decidir sobre um projeto, é útil conhecer as propriedades específicas do material que tornam o alumínio moldável e durável. As figuras abaixo explicam por que o alumínio aparece em tudo, desde blocos de motores até molduras e enfeites de jardim.
Baixo ponto de fusão, ampla janela de processo
O alumínio puro derrete a 660,3 graus C, e as ligas fundidas comuns derretem em uma faixa de aproximadamente 555 a 650 graus C, dependendo do teor de silício e cobre. Essa faixa está bem ao alcance de propano, gás natural ou mesmo fornos a carvão, o que não acontece com ligas à base de cobre ou ferro fundido.
Fluidez para seções de paredes finas
Ligas de alumínio-silício como A356 e A380 permanecem fluidas por tempo suficiente para preencher seções de parede tão finas quanto 2,5 a 3 mm em moldes de areia e até cerca de 1 mm em fundição sob pressão. É por isso que painéis decorativos finos, grades e caixas podem ser fundidos em vez de usinados a partir de material sólido.
Ganho de força após tratamento térmico
O A356 fundido tem uma resistência à tração próxima de 159 MPa. Um tratamento térmico T6, ou seja, tratamento em solução a cerca de 540 graus C seguido de têmpera em água e envelhecimento a cerca de 155 graus C durante 4 a 6 horas, eleva esse valor para cerca de 262 MPa com alongamento de 5 a 7 por cento.
Reciclabilidade e custo previsível de material
O alumínio pode ser fundido repetidamente com apenas 5 a 8% de perda por oxidação por ciclo. A sucata de alumínio de rodas, extrusões e peças de motor normalmente custa entre 1,50 e 3,00 dólares por libra, enquanto o novo lingote custa entre 2,50 e 4,00 dólares por libra, o que mantém os custos de material previsíveis para projetos repetidos.
Combinando o processo de fundição com o projeto
A mesma ideia de fundição de alumínio pode ser realizada por meio de vários processos diferentes, e a escolha altera o custo do ferramental, o acabamento superficial alcançável e quantas peças fazem sentido economicamente produzir em uma única execução.
| Processo | Tamanho típico de execução | Acabamento de superfície | Tolerância | Custo de ferramentas | Mais adequado para |
|---|---|---|---|---|---|
| Fundição em Areia | 1 a 50 peças | 250 a 500 micropolegadas Ra | mais ou menos 1,5 mm por 25 mm | Padrão de 20 a 150 USD | Suportes, placas, protótipos únicos |
| Molde Permanente (Gravidade) | 100 a 10.000 peças | 100 a 200 micropolegadas Ra | mais ou menos 0,5 mm | Molde de 500 a 3.000 USD | Rodas, carcaças, peças repetidas |
| Investimento (Cera Perdida) | 1 a 1.000 peças | 60 a 125 micropolegadas Ra | mais ou menos 0,13 mm por 25 mm | 50 a 500 USD por padrão | Esculturas detalhadas, medalhões, peças em escala de joias |
| Fundição sob pressão de alta pressão | Mais de 10.000 peças | 32 a 63 micropolegadas Ra | mais ou menos 0,1 mm | Ferramentas de 10.000 a 100.000 USD | Carcaças de produção em massa, suportes automotivos |
Doze ideias de projetos de fundição de alumínio que valem a pena construir
A lista abaixo passa de peças decorativas simples para peças mecânicas funcionais, ordenadas aproximadamente de acordo com a complexidade crescente do padrão e as demandas de tolerância. Cada ideia inclui uma nota prática sobre a espessura da liga ou da parede para que o projeto possa passar direto da ideia ao padrão.
- Puxadores de gaveta personalizados e ferragens de gabinete - fundido em A356 com uma parede acabada de 4 a 6 mm, depois polido ou anodizado para uma aparência consistente em uma cozinha ou oficina.
- Placas gravadas com números de casas - peças fundidas com fundo plano em torno de 150 por 100 por 6 mm, fundidas em areia e depois jateadas com granulação 80 para obter uma superfície fosca e resistente às intempéries.
- Sobreposições de cabos de ferramentas e punhos ergonômicos - fundido em torno de uma inserção com núcleo de aço usando liga 535.0, escolhida por sua resposta de polimento suave em superfícies curvas.
- Tampas de engate de reboque e pontos de reboque - produzido por fundição por gravidade em molde permanente com uma parede de 3 a 5 mm e depois revestido a pó para resistência aos raios UV a longo prazo.
- Tampas de válvulas para motocicletas e quadriciclos - padrões intrincados de aletas de resfriamento favorecem a fundição em areia com núcleos, usando classificação A356-T6 para serviço contínuo até aproximadamente 200 graus C.
- Enfeites de jardim e marcadores de plantas - peças fundidas de parede fina em torno de 2 a 3 mm, deixadas como fundidas ou acabadas com laca protetora transparente.
- Caixas de luminárias e bases de lâmpadas - peças fundidas em areia com núcleo oco, com núcleos internos removidos após o vazamento e depois usinados para canais de fiação.
- Pés de móveis e suportes para pernas de mesa - peças portantes que necessitam de filetes internos de no mínimo 3 mm para evitar risers de tensão, fundidas em A356-T6.
- Fivelas de cintos e medalhões de prêmios A fundição de precisão captura detalhes finos em relevo de até aproximadamente 0,5 mm, ideal para logotipos ou textos gravados.
- Peças de reposição para admissão e boia para motores antigos - A liga A380 oferece boa resistência ao combustível e usinabilidade para portas roscadas.
- Calotas centrais de rodas personalizadas - o ferramental de molde permanente fornece a tolerância de diâmetro repetível necessária para um ajuste por pressão e depois polido espelhado.
- Comprar placas de fixação e gabaritos de alinhamento - ferramenta funcional fundida em A356-T6 com parte inferior nervurada que adiciona rigidez sem adicionar massa.
Regras de design de padrões e moldes que evitam falha no vazamento
Três hábitos de design separam um vazamento limpo de uma peça fundida cheia de rachaduras, vazios ou cantos não preenchidos. A espessura da parede, o ângulo de saída e o raio do filete interagem com a forma como o alumínio se solidifica, e cada um deles é fácil de consertar no estágio do padrão, mas caro para consertar depois.
Espessura da parede: as fundições em areia devem manter as paredes com no mínimo 3 mm, sendo 4 a 6 mm muito mais confiáveis para peças estruturais, uma vez que seções mais finas esfriam e solidificam antes que o metal possa preenchê-las completamente. As peças fundidas em molde permanente podem atingir 1,5 a 2 mm porque o molde de aço retira o calor mais rapidamente e mantém o metal em movimento por mais tempo em relação à sua própria frente de solidificação.
Ângulo de saída: faces verticais em um padrão de fundição em areia precisam de 1 a 3 graus de inclinação por lado para que o padrão se levante de forma limpa, sem rasgar a areia. As ferramentas de molde permanente podem usar 0,5 a 1,5 graus mais rasos porque a superfície do aço polido se libera mais facilmente do que a areia compactada.
Raio de filete: cada canto interno deve ter um raio de filete igual ou superior à espessura da parede local, com 3 mm como mínimo prático. Os cantos internos afiados concentram a tensão à medida que a peça fundida esfria e contrai, e são o ponto de partida mais comum para rasgos quentes.
Permissão de encolhimento e por que os padrões são superdimensionados
O alumínio encolhe em três estágios à medida que passa de líquido para sólido frio: contração líquida de aproximadamente 3,5 a 6 por cento em volume, contração de solidificação de aproximadamente 3,0 a 8,5 por cento dependendo da liga, e contração por resfriamento no estado sólido de cerca de 1,3 por cento linear para A356 entre a temperatura solidus e a temperatura ambiente. Os modelistas compensam o último estágio cortando o tamanho excessivo do padrão usando uma régua de encolhimento, normalmente cerca de 5/32 polegada por pé, o que é próximo ao valor de 1,3 por cento do A356. Como exemplo prático, uma dimensão acabada de 300 mm em A356 deve começar como uma dimensão padrão de cerca de 303,9 mm, calculada como 300 multiplicado por 1,013.
| Liga | Tolerância de encolhimento linear | Regra aproximada do criador de padrões |
|---|---|---|
| A356.0 | 1,3 por cento | 5/32 polegada por pé |
| A380.0 | 1,6 por cento | 3/16 polegada por pé |
| 443.0 | 1,3 por cento | 5/32 polegada por pé |
| 535.0 | 1,4 por cento | 5/32 a 3/16 polegadas por pé |
Escolhendo a liga de alumínio certa para o trabalho
A seleção da liga afeta a fluidez durante o vazamento, a resistência após o tratamento térmico, a resistência à corrosão, a usinabilidade e a forma como a superfície responde ao polimento ou anodização. A tabela abaixo compara quatro ligas que cobrem a maioria das ideias de fundição de alumínio, desde suportes estruturais até ferragens decorativas de alto polimento.
| Liga | Principais elementos de liga | Resistência à tração | Alongamento | Melhor para |
|---|---|---|---|---|
| A356.0 (T6) | Silício 7%, Magnésio 0,35% | 262 MPa | 5 a 7 por cento | Fundições estruturais, rodas, suportes |
| A380.0 | Silício 8,5%, Cobre 3,5% | 324 MPa | 3 por cento | Fundições sob pressão, carcaças, peças do sistema de combustível |
| 443.0 | Silício 5,2% | 130MPa | 9 por cento | Ferragens marítimas, acessórios resistentes à corrosão |
| 535,0 (Almag 35) | Magnésio 6,8% | 241 MPa | 9 por cento | Peças decorativas de alto polimento, ferragens anodizadas |
O maior teor de silício melhora a fluidez e reduz o rasgo a quente, razão pela qual o A380 e o A356 são preferidos para seções finas ou complexas, mas as mesmas partículas de silício aceleram o desgaste da ferramenta de corte, portanto, ferramentas de metal duro são recomendadas para usinar essas ligas. O 535.0, por outro lado, não contém silício e é usinado de forma limpa com ferramentas padrão de aço rápido, o que, combinado com sua forte resposta ao polimento mecânico, é o motivo pelo qual continua popular para peças fundidas decorativas com acabamento espelhado.
Da fundição bruta à peça acabada: opções de tratamento de superfície
Uma peça fundida diretamente do molde tem uma superfície áspera, arenosa ou texturizada e pontas afiadas que precisam ser removidas antes que a peça tenha a aparência ou o funcionamento pretendido. Os cinco tratamentos abaixo cobrem a maioria das ideias de fundição de alumínio, desde uma limpeza rápida até uma peça de exibição polida espelhada.
Rebarbação e rebarbação
Gates, risers e flash são removidos com uma rebarbadora, serra de fita ou lima manual. Para lotes de peças pequenas, tambor vibratório com meio cerâmico para 4 a 8 horas arredonda as bordas e remove o flash da linha de partição sem terminar manualmente cada peça.
Jateamento de areia para um acabamento fosco uniforme
A mídia de esferas de vidro na faixa de grão 60 a 100, aplicada de 80 a 100 PSI, produz uma textura acetinada consistente que também ajuda a esconder pequenas porosidades superficiais. Este é um acabamento comum para suportes externos, marcadores de plantas e acessórios de ferramentas.
Polimento Mecânico
Uma progressão através de abrasivos de grão 80, 120, 240, 400, 600 e 1200 seguida por uma roda de polimento e um composto de polimento pode levar o A356 ou 535.0 a um acabamento espelhado em aproximadamente 30 a 45 minutos por peça pequena . Ligas de silício mais altas, como A380, têm um polimento menos uniforme porque as partículas de silício resistem à abrasão de maneira diferente da matriz de alumínio circundante.
Anodização para cor e resistência ao desgaste
A anodização com ácido sulfúrico tipo II cria uma camada de óxido de aproximadamente 5 a 25 mícrons de espessura diretamente na superfície do alumínio, que pode aceitar cores de corantes e aumenta a dureza superficial de cerca de 75 a 90 HV para alumínio puro até cerca de 300 a 400 HV para a camada anodizada.
Revestimento em pó para durabilidade ao ar livre
O pó é aplicado eletrostaticamente e curado a 190 a 205 graus C por 10 a 20 minutos, produzindo um acabamento estável aos raios UV e resistente a lascas, adequado para enfeites de jardim, coberturas de engates e outras peças que ficam ao ar livre.
Defeitos comuns de fundição e como detectá-los precocemente
A maioria dos problemas de fundição de alumínio remonta a uma das seis causas, e cada uma deixa uma assinatura reconhecível na peça acabada. Verificá-los antes de investir tempo no acabamento economiza muito trabalho de polimento em uma peça que nunca aguentaria.
| Defeito | Causa Típica | Como identificá-lo | Prevenção |
|---|---|---|---|
| Porosidade de Gás | Hidrogênio dissolvido no derretimento da umidade da superfície | Pequenos vazios redondos espalhados pela seção transversal | Desgaseifique as ferramentas e moldes fundidos e secos completamente antes de despejar |
| Porosidade de encolhimento | Metal de alimentação insuficiente, pois as seções espessas solidificam por último | Vazios irregulares perto de risers ou junções de seções espessas | Dimensione os risers maiores que a seção que alimentam e coloque-os no ponto mais alto |
| Fechado a frio | Duas correntes de metal se encontram sem se fundir, geralmente devido à baixa temperatura de vazamento | Uma costura visível ou linha semelhante a uma rachadura na superfície | Aumente a temperatura de vazamento e melhore a velocidade de abertura |
| Mau funcionamento | O metal solidifica antes que a cavidade do molde esteja totalmente preenchida | Uma peça fundida incompleta com bordas arredondadas e sem preenchimento | Aumente a temperatura de vazamento, amplie as comportas ou pré-aqueça o molde |
| Rasgo Quente | A peça fundida é restringida pelo molde enquanto se contrai em alta temperatura | Uma rachadura irregular em uma transição de seção | Adicione filetes, evite mudanças abruptas de seção e use núcleos recolhíveis |
| Inclusões | Areia, película de óxido ou escória transportada para dentro da cavidade do molde | Pontos duros que resistem à usinagem ou manchas na superfície | Filtre o sistema de comporta e retire a escória antes de despejar |
Orçamento de tempo, material e energia para um projeto de fundição de alumínio
Uma configuração básica de forno de propano em escala de hobby, incluindo a carcaça do forno, cadinho, pinça de elevação, concha de vazamento e equipamento de proteção, normalmente funciona 300 a 800 dólares e pode derreter cargas de 2 a 5 kg. Greensand para moldes é reutilizável por centenas de ciclos com apenas uma pequena reposição de aditivos entre os vazamentos, o que mantém o custo do material por peça dominado pelo próprio alumínio, e não pelo meio de moldagem.
700 a 760ºC
Temperatura de vazamento típica para A356, alta o suficiente para preenchimentos limpos sem formação excessiva de óxido.
25 a 40 minutos
Tempo de derretimento para uma carga de 5 kg em um forno a propano para atingir a temperatura de vazamento a partir de uma partida a frio.
1,3 por cento
Tolerância de contração linear incorporada nos padrões A356 entre o vazamento e a temperatura ambiente.
5 a 8 por cento
Perda de refusão por oxidação por ciclo ao reutilizar sucata de alumínio ou canais e risers.
Para planejamento de tempo, a criação de padrões para uma peça moderadamente detalhada leva de 2 a 8 horas, dependendo se ela é esculpida em madeira, usinada ou impressa em 3D. Compactar um molde de areia verde a partir de um padrão acabado leva de 1 a 3 horas para um único molde. A etapa de fusão e vazamento, incluindo o aquecimento do forno, leva de 1 a 2 horas, e o resfriamento antes da agitação varia de 30 minutos para peças pequenas e finas a 2 horas para seções mais pesadas. O rebarbamento e o acabamento, dependendo do tratamento superficial escolhido, acrescentam mais 1 a 4 horas. Em conjunto, uma única ideia de fundição de alumínio moderadamente complexa pode passar do esboço à peça acabada em um único dia de trabalho, uma vez que o padrão esteja pronto, com a maior parte desse tempo gasto na preparação e acabamento do molde, e não no vazamento em si.
