Processo de fundição centrífuga
Introdução à Fundição Centrífuga
A fundição centrífuga é um processo de conformação de metais que utiliza a força centrífuga como sua principal força motriz. O metal fundido é vertido em um molde que gira em alta velocidade, onde é distribuído uniformemente ao longo da parede interna do molde sob a ação da força centrífuga, resfria-se e solidifica-se, formando, por fim, uma peça fundida oca de formato cilíndrico, anular ou tubular.
Esse processo é amplamente utilizado na fabricação de máquinas, na engenharia de tubulações e na indústria automotiva devido à alta densidade, às excelentes propriedades mecânicas e à alta eficiência de produção das peças fundidas. É também um importante método de conformação para peças metálicas relacionadas a bolsas de armazenamento de ferramentas (como suportes tubulares, conectores e buchas resistentes ao desgaste).
Processo de fundição centrífuga
A lógica central da fundição centrífuga é “rotação do molde → enchimento com metal fundido → densificação por força centrífuga → resfriamento e solidificação → desmoldagem e acabamento”. A estrutura do processo é a mesma para os diferentes tipos de processo (horizontal / vertical / inclinado), com diferenças apenas em detalhes, como a instalação do molde e o método de vazamento.
A Suijin Machinery fornece fluxos de processo padrão para a produção industrial em grande escala, ao mesmo tempo em que oferece soluções otimizadas para a personalização de pequenos lotes.
Etapa 1: Preparação e inspeção do molde
Certifique-se de que a parede interna do molde esteja lisa, que as dimensões estejam dentro das especificações e que não haja defeitos que afetem a qualidade da fundição; verifique a segurança estrutural do molde para evitar falhas durante a rotação em alta velocidade.
Procedimentos operacionais:
- Seleção do molde: Selecione o molde de acordo com o tipo de fundição (molde tubular para centrifugação horizontal, molde anular para centrifugação vertical). O material utilizado é normalmente ligas de alta resistência, como o aço para moldes H13 e o Cr12MoV (pequenos moldes adequados para acessórios de bolsas de ferramentas geralmente têm um diâmetro interno de 5 a 50 mm e um comprimento de 100 a 500 mm).
- Verificação dimensional: Utilize paquímetros e micrômetros para verificar as tolerâncias do diâmetro interno, do comprimento e da espessura da parede do molde (erro ≤ ±0,05 mm), a fim de garantir a precisão dimensional da peça fundida.
- Inspeção de defeitos: Inspecione a parede interna do molde visualmente ou com um endoscópio para remover rebarbas, arranhões, resíduos de areia e outros defeitos (a rugosidade da parede interna deve ser ≤ Ra 3,2 μm).
- Inspeção estrutural: Aperte os flanges do molde, os rolamentos, os eixos rotativos e outros componentes de conexão para garantir que não haja folga (a força centrífuga é extremamente alta durante a rotação em alta velocidade; a folga pode facilmente causar a quebra do molde).
Etapa 2: Pré-aquecimento e revestimento do molde
O pré-aquecimento do molde evita rachaduras causadas pelo resfriamento repentino do metal fundido; a aplicação de um agente desmoldante reduz a aderência entre a peça fundida e o molde, melhorando a qualidade da superfície.
Procedimento operacional:
- Pré-aquecimento do molde: Utilize aquecimento elétrico, a gás ou infravermelho para elevar a temperatura do molde a 150-350 ℃ (a temperatura varia de acordo com o material: 150-200 ℃ para ferro fundido, 250-350 ℃ para aço inoxidável); a temperatura deve ser uniforme para evitar superaquecimento ou resfriamento excessivo em áreas específicas (pode-se usar um termômetro para monitorar);
- Aplicação do agente desmoldante: Após o pré-aquecimento, pulverize uniformemente um agente desmoldante (tipos comuns: suspensão de pó de grafite, revestimento de vidro solúvel + talco, agente desmoldante cerâmico especial) na parede interna do molde, controlando a espessura do revestimento entre 0,1 e 0,3 mm;
- Secagem secundária: Após a pulverização, mantenha a temperatura por 10 a 20 minutos para garantir que o agente desmoldante esteja completamente seco (a fim de evitar a evaporação da umidade, que poderia causar porosidade na peça fundida).
- Aspectos técnicos: O agente desmoldante deve ser aplicado uniformemente, sem deixar pontos sem cobertura nem acúmulos; as pequenas formas para acessórios de bolsas de armazenamento de ferramentas podem ser revestidas com equipamento de pulverização automática para garantir um revestimento uniforme.
Etapa 3: Instalação do molde e ajuste da velocidade
Fixar o molde e ajustá-lo à velocidade ideal para garantir a distribuição uniforme do metal fundido sob a ação da força centrífuga.
Procedimento operacional:
- Instalação do molde: Fixe o molde pré-aquecido no eixo da máquina de fundição centrífuga. Para a centrifugação horizontal, certifique-se de que o eixo do molde esteja totalmente alinhado com o eixo da máquina (erro de verticalidade ≤ 0,02 mm). Para centrifugação vertical, certifique-se de que o molde esteja posicionado horizontalmente (erro de horizontalidade ≤ 0,01 mm).
- Cálculo da velocidade: Calcule a velocidade ideal com base no diâmetro interno da peça fundida e na densidade do metal.
- Teste sem carga: Ligue a máquina de fundição centrífuga e deixe-a funcionar sem carga por 5 a 10 minutos para verificar a estabilidade rotacional do molde (valor de vibração ≤ 0,1 mm/s). A vazão só poderá prosseguir após a confirmação de que não há anomalias.
- Precauções de segurança: Durante os testes, a porta de segurança deve estar fechada, e os operadores devem permanecer afastados da área de rotação. A velocidade não deve exceder o limite nominal do molde (geralmente 1,2 vezes o valor calculado).
Etapa 4: Fundição de metais e testes de composição
O processo envolve a fusão de matérias-primas metálicas para obter um metal fundido que atenda a requisitos específicos, garantindo uma composição uniforme e a ausência de impurezas.
Procedimentos operacionais:
- Preparação da matéria-prima: Selecione as matérias-primas de acordo com o material de fundição (por exemplo, ferro-gusa, sucata de aço e inoculante para ferro fundido; tarugos de aço inoxidável para aço inoxidável). As matérias-primas devem estar limpas e livres de óleo e ferrugem (para evitar que a pureza do metal fundido seja afetada).
- Fusão de metais: Utilize equipamentos como fornos de indução de média frequência ou fornos de arco elétrico para a fusão, controlando a temperatura de fusão (ferro fundido 1300-1380 ℃, aço inoxidável 1500-1550 ℃, liga de alumínio 680-720 ℃). Adicione desoxidantes (por exemplo, ferromanganês, ferrossilício) durante a fundição para remover impurezas.
- Análise de composição: Analise rapidamente a composição química do metal fundido (por exemplo, teor de carbono, silício e manganês) utilizando um espectrômetro para garantir a conformidade com as normas do setor (por exemplo, peças de ferro fundido para bolsas de armazenamento de ferramentas devem estar em conformidade com a norma GB/T 9439-2010).
- Remoção de escória: Após a fundição bem-sucedida, deixe o metal fundido repousar por 5 a 10 minutos para que as impurezas e a escória flutuem até a superfície; em seguida, remova-as com um skimmer (para evitar que as impurezas entrem na peça fundida e causem defeitos).
Etapa 5: Operação de vazamento
Enquanto o molde gira em alta velocidade, o metal fundido é vertido suavemente no molde para garantir o preenchimento completo e uma espessura uniforme das paredes.
Procedimentos operacionais:
- Preparação para a vazão: Verifique se a velocidade de rotação do molde está estável no valor definido e se a temperatura do metal fundido atende aos requisitos (temperatura de vazão 20-50 ℃ inferior à temperatura de fusão);
- Métodos de vazamento: Centrífugo horizontal: Utilize a “colada pela extremidade” ou a “colada tipo chuva”, injetando continuamente o metal fundido ao longo do canal de alimentação em uma das extremidades do molde (vazão controlada entre 0,5 e 2 L/s, ajustada de acordo com o comprimento da peça fundida), evitando impacto na parede interna do molde; Centrífuga vertical: Utilize a “colada central”, injetando o metal fundido no molde através do canal central, garantindo uma distribuição uniforme ao longo da circunferência;
- Controle do enchimento: Observe o enchimento do metal fundido durante o vazamento (pela janela de observação do molde ou por meio de um termômetro infravermelho) para evitar a interrupção do fluxo e o transbordamento; ajuste o tempo de enchimento de acordo com o comprimento da peça fundida (geralmente de 5 a 15 segundos para pequenos acessórios tubulares);
- Tratamento contra encolhimento: Após a vazão, se a espessura da parede da peça fundida for grande (>20 mm), pode-se adicionar uma pequena quantidade de metal fundido no canal de alimentação para evitar cavidades de encolhimento durante o resfriamento.
Etapa 6: Controle do resfriamento e da solidificação
Para controlar a taxa de resfriamento, a fim de garantir a solidificação uniforme do metal fundido, de fora para dentro, reduzindo assim as tensões internas e os defeitos.
Procedimentos operacionais:
- Métodos de resfriamento: Resfriamento natural: Pequenas peças fundidas (como buchas para bolsas de armazenamento de ferramentas) podem ser resfriadas naturalmente junto com o molde por 5 a 15 minutos.
Resfriamento forçado: Peças fundidas de grandes dimensões ou peças metálicas com alto ponto de fusão (como tubos de aço inoxidável) utilizam resfriamento a água (borrifando água na parede externa do molde) ou resfriamento a ar (insuflando ar comprimido) por 15 a 60 minutos. - Controle de resfriamento: A taxa de resfriamento deve ser adequada ao material (5-10 ℃/min para ferro fundido, 3-8 ℃/min para aço) a fim de evitar rachaduras causadas por velocidade excessiva ou estrutura frouxa devido a velocidade insuficiente.
- Fase de resfriamento: Quando a temperatura da superfície da peça fundida cair para 300-400 ℃, o resfriamento forçado pode ser interrompido, e a peça deve ser mantida no molde por 5 a 10 minutos para liberar a tensão interna.
- Aspectos técnicos: O molde deve ser girado durante o processo de resfriamento (até que a peça fundida esteja completamente solidificada) para evitar espessuras de parede irregulares causadas pela gravidade.
Etapa 7: Desmoldagem e limpeza preliminar
Desmoldagem segura, remoção de canais de alimentação, rebarbas e outras estruturas em excesso.
Procedimentos operacionais:
- Momento da desmoldagem: Quando a peça fundida estiver completamente solidificada e a temperatura tiver caído para 200-300 ℃ (poder ser tocada com a mão), interrompa a rotação do molde e acione o dispositivo de desmoldagem (haste ejetora para fundição centrífuga horizontal, plataforma de elevação hidráulica para fundição centrífuga vertical);
- Desmoldagem segura: peças fundidas pequenas podem ser removidas manualmente com auxílio; peças fundidas grandes exigem o uso de um guindaste para evitar deformações causadas por colisão;
- Limpeza preliminar: Use uma rebarbadora e uma lixadeira para remover rebarbas, saliências e outras imperfeições (as rebarbas nas bolsas de armazenamento de ferramentas costumam ser pequenas e podem ser removidas de uma só vez); use uma escova de aço para limpar a superfície da peça fundida, a fim de remover qualquer resíduo de agente desmoldante e camada de óxido.
Etapa 8: Processamento posterior e inspeção de qualidade
A usinagem aumenta a precisão, e a inspeção identifica defeitos para garantir que as peças fundidas atendam aos requisitos de uso.
Procedimentos operacionais:
- Usinagem
- Controle de Qualidade
- Tratamento para prevenção da ferrugem
Solução de Fundição Suijin
O cerne da fundição centrífuga reside em três etapas principais: controle preciso da rotação do molde, enchimento com metal fundido e resfriamento e solidificação. Cada etapa exige a adequação entre as propriedades do material e a estrutura da peça fundida (por exemplo, para peças pequenas, deve-se dar ênfase à precisão do molde, à uniformidade do revestimento e ao vazamento automatizado para garantir a consistência na produção em massa). Por meio de uma operação padronizada do processo, é possível produzir de forma estável peças fundidas metálicas ocas, densas e com precisão dimensional, oferecendo uma solução de fundição altamente durável e econômica para peças metálicas em bolsas de armazenamento de ferramentas.