A fundição centrífuga é um processo de fundição de metal distinto que usa energia cinética de matrizes giratórias para moldar metal fundido em produtos cilíndricos. O processo oferece grande confiabilidade e precisão, além de ser econômico em cenários de produção em massa. Neste artigo, analisaremos o processo de fundição centrífuga para entender sua operação em detalhes, seus tipos e os benefícios que ele oferece.
O que é Fundição Centrífuga?
A fundição centrífuga é um processo de fundição de metal que usa uma matriz giratória para produzir produtos cilíndricos como canos e tubos. Durante esse processo, o metal fundido é despejado em uma matriz giratória. Conforme o metal flui para dentro da matriz giratória, a força centrífuga o distribui uniformemente ao longo do diâmetro interno da matriz.
A espessura da fundição pode ser controlada com precisão regulando a quantidade de metal despejada no cilindro. O metal líquido começa a resfriar e solidificar da superfície externa em contato com o cilindro. Embora os cilindros possam ser fundidos por outros métodos, eles teriam limitações em tamanho, tolerâncias, resistência da costura e resistência à corrosão. A formação de cavidades internas exigiria núcleos e a peça final pode apresentar problemas como porosidade de gás, óxidos e inclusões não metálicas.
A fundição centrífuga, por outro lado, não tem limitações quanto ao comprimento da peça acabada. Ela permite a fundição de peças muito longas com precisão e consistência notáveis. A maioria das máquinas pode produzir tubos de até 15 metros (49 pés) de comprimento com um diâmetro de até 6 metros (20 pés). A espessura da parede pode variar de 2,5 mm (0,1 pol.) a 125 mm (~5 pol.).
O processo funciona melhor para cilindros de paredes finas, mas também pode ser usado para aplicações de paredes espessas, como blanks de engrenagens, rolamentos de esferas, rodas de vagões ferroviários e muito mais. A fundição centrífuga também pode produzir formas não circulares com um raio quase constante.
A fundição multicamadas é outra característica única da fundição centrífuga. Nessa técnica de fundição, dois materiais diferentes podem ser combinados para formar uma fundição centrífuga multicamadas. Isso encontra muitas aplicações em várias indústrias. Por exemplo, tubos de aço podem ser revestidos interna ou externamente com concreto para aumentar sua resistência à corrosão e resistência à compressão.
Aplicações comuns do processo de fundição centrífuga são em setores de tubulação, aeroespacial, automotivo e militar. Alguns produtos comuns feitos usando esse processo incluem camisas de cilindro de motor, carcaças de compressores a jato, tubos de metal, rodas de vagões ferroviários, rolamentos e muitas outras peças tubulares em aplicações de alta confiabilidade.
Processo de Fundição Centrífuga
A fundição centrífuga é um processo bastante direto. Na maioria das vezes, o processo é usado para criar produtos de tamanho padrão em vez de produtos específicos. A padronização permite que o processo aproveite as economias de escala e reduza os custos das peças.
Vamos explorar um processo típico de fundição centrífuga, seus estágios e sua significância. Os quatro estágios são os seguintes:
- Preparação do molde
- Vazamento de metal fundido
- Solidificação direcional
- Operações de remoção e acabamento
1. Preparação do molde
A preparação do molde começa com a limpeza da superfície interna da matriz para remover contaminantes e detritos do uso anterior. Uma vez limpo, os motores responsáveis por girar a matriz são energizados.
A quantidade de força aplicada ao metal fundido é proporcional ao diâmetro da matriz e ao RPM de giro. Normalmente, uma matriz tem uma velocidade de rotação entre 300 e 3000 RPM. A força centrífuga produzida por essas altas velocidades pode atingir até 100 vezes a força da gravidade.
Então, é hora de pré-aquecer e aplicar uma pasta cerâmica na superfície interna da matriz. O calor seca e cura a pasta cerâmica, garantindo que o revestimento refratário adira à superfície da matriz. A pasta cerâmica é necessária para proteger a matriz e facilitar a remoção da fundição após a solidificação. Uma pasta ideal também fornece um acabamento de superfície mais suave para a peça.
2. Vazamento de metal fundido
O metal é derretido em um forno externo e despejado na bacia de vazamento da máquina de fundição usando uma concha. A bacia de vazamento então transfere o metal para o centro da matriz através de um bico. As altas forças centrífugas garantem que o produto final esteja livre de cavidades ou bolsas de gás.
A força centrífuga também separa os componentes de baixa e alta densidade no metal fundido. Todas as impurezas flutuam em direção ao diâmetro interno do metal fundido devido às suas densidades mais baixas. Isso resulta em uma densidade aumentada do metal fundido no diâmetro externo em comparação ao diâmetro interno.
3. Solidificação direcional
A fundição de metal gira continuamente durante o estágio de resfriamento rápido até que sua temperatura esteja abaixo da faixa de transição. O resfriamento na fundição centrífuga começa do diâmetro externo em direção ao diâmetro interno. Esse tipo de solidificação controlada em fundições também é conhecido como solidificação direcional.
A solidificação direcional oferece vantagens como estrutura de grãos melhorada, menor concentração de impurezas e o desenvolvimento de microestruturas benéficas. A contração da solidificação sempre ocorre na parede interna do produto acabado na fundição centrífuga.
4. Operações de remoção e acabamento
Uma vez que a solidificação esteja completa, a fundição é removida da matriz usando equipamento de extração se nenhum tratamento térmico for necessário. Em seguida, ele é enviado para operações de acabamento. As impurezas e o material mais leve que flutuaram para dentro durante o segundo estágio são agora usinados, deixando uma peça forte, sem defeitos, com excelentes propriedades mecânicas. O exterior é jateado para remover quaisquer vestígios do material refratário.
Inspeções visuais e dimensionais também são realizadas nesta etapa.
Tipos de Fundição Centrífuga
Os processos de fundição centrífuga podem ser classificados de diferentes maneiras. Um método é baseado na natureza do processo de fundição, onde eles são divididos em fundição centrífuga verdadeira, fundição semicentrífuga e processos de centrifugação. Um segundo método, mais comum, é classificá-los com base na orientação da matriz, ou seja, processos de fundição centrífuga horizontal e vertical.
Classificação com base na natureza do processo
Fundição Centrífuga Verdadeira
O verdadeiro processo de fundição centrífuga é o tipo mais popular de processo de fundição centrífuga. Este é o mesmo processo descrito na seção anterior. Ao contrário de outros processos, este método não envolve um sistema de gating. O material é despejado diretamente no molde cilíndrico, onde entra em contato com a superfície interna do molde e se espalha uniformemente.
Método de Fundição Semicentrífuga
O método de fundição semicentrífuga é semelhante ao verdadeiro processo de fundição centrífuga, exceto que o primeiro cria peças fundidas sólidas, diferentemente do último processo que produz apenas formas tubulares. Ele lida com a produção de componentes sólidos, como raios, blanks de engrenagens e polias.
O material longe do eixo rotacional é mais denso comparado ao ao redor do eixo. Impurezas, devido à sua baixa densidade, também se acumulam ao redor do eixo. Após a solidificação, o material ao redor do eixo é usinado para abrir espaço para o eixo no qual o componente produzido irá girar.
A fundição semicentrífuga nos fornece um produto com excelentes propriedades mecânicas e livre de impurezas.
Fundição por Centrifugação
A centrifugação é uma forma única de método de fundição centrífuga que usa forças centrífugas para preencher moldes convencionais em vez de pressão aplicada. Neste processo, usamos um molde rotativo com um sprue central no eixo. O sprue canaliza o material fundido para dentro do molde rotativo enquanto ele gira.
A força centrífuga das rotações empurra o metal fundido para fora e para dentro das cavidades espalhadas ao longo da circunferência. Este processo inclui todos os componentes do sistema de gating, como sprue, runners, gates e risers.
O movimento giratório da matriz empurra o material para dentro da matriz até que ocorra a distribuição e a solidificação completas. O processo de centrifugação é usado para produtos de pequeno porte, como joias, mangas e buchas.
Classificação com base na orientação da matriz
Ao projetar uma matriz para fundição centrífuga, podemos escolher alinhá-la verticalmente ou horizontalmente. Cada orientação tem seus benefícios e limitações:
Fundição Centrífuga Horizontal
Fundição centrífuga horizontal refere-se ao processo de fundição no qual o eixo de rotação do molde é paralelo ao solo. O arranjo do eixo horizontal permite a produção de peças fundidas com uma relação comprimento-diâmetro muito alta. Fundição centrífuga horizontal é um método econômico que fornece resultados de alta qualidade.
Alguns produtos comuns feitos usando o processo centrífugo horizontal incluem tubos de ferro dúctil, tubos de reforma, rolos de forno, mangas e invólucros de rolos.
Fundição Centrífuga Vertical
Na fundição centrífuga vertical, o molde gira ao longo do eixo vertical, perpendicular ao solo. Essa técnica é mais adequada para produtos com uma relação comprimento-diâmetro curta. Normalmente, o comprimento deve ser menor que o dobro da largura do produto para resultados ótimos na fundição centrífuga vertical.
O efeito da gravidade precisa ser levado em consideração em fundições centrífugas verticais, pois pode levar à distorção na ausência de força centrífuga suficiente.
Alguns exemplos de produtos feitos com esse processo de fabricação incluem rolamentos de esferas, engrenagens em bruto e polias.
Vantagens da Fundição Centrífuga
A fundição centrífuga é um tipo especial de processo de fundição que oferece vantagens únicas em comparação a outros processos de fundição:
- Simetria rotacional inigualável em peças
- Estrutura de grão fino
- Capacidade de integrar perfeitamente dois materiais
- Pode trabalhar com uma variedade de materiais além de metais, como vidro e concreto
- Elimina núcleos e sistema de gating
- Menores custos de fabricação e menores requisitos de usinagem
Limitações da Fundição Centrífuga
Cada processo de fabricação tem suas limitações, a fundição centrífuga não é diferente:
- Restrições em formas complexas: A fundição centrífuga é limitada à produção de fundições cilíndricas e, até certo ponto, outras formas. Mesmo dentro de fundições cilíndricas, a complexidade alcançável por meio desse processo é restrita.
- Imprecisões no diâmetro da superfície interna são bastante comuns. No entanto, é possível gerar formas líquidas ou quase líquidas com os controles corretos.
- O processo requer um alto investimento inicial. No entanto, semelhante à fundição sob pressão, ele ostenta baixos custos por peça, tornando-o econômico em cenários de produção em massa.
- Peças com diâmetros internos pequenos são difíceis de fundir.
- A segurança operacional pode ser uma preocupação neste processo porque a matriz opera em altas velocidades de rotação junto com outras peças rotativas e móveis.
- O processo centrífugo não é particularmente eficaz para produtos de pequeno porte.
Em conclusão, a fundição centrífuga é um processo de fabricação poderoso que oferece uma série de benefícios, incluindo simetria rotacional, estrutura de grão fino, integração de materiais e custos de fabricação reduzidos. Embora tenha algumas limitações, como restrições de forma e tamanho, a fundição centrífuga continua a ser uma opção atraente para a produção em massa de peças cilíndricas de alta qualidade em uma ampla gama de indústrias.
