Moldagem de conchas: Processo, vantagens e aplicações industriais

Na indústria moderna, a procura de peças metálicas com elevada precisão, excelente qualidade de superfície e produção eficiente está a aumentar constantemente. Embora a fundição em areia tradicional ofereça um baixo custo, muitas vezes tem dificuldade em cumprir estas normas rigorosas. A Moldagem em Casca, também conhecida como Processo Croning, é uma técnica de fundição refinada desenvolvida precisamente para responder a estes desafios. Este artigo explora o processo, os materiais, as vantagens, as desvantagens e as aplicações industriais deste método avançado.

O que é o Shell Molding?

A moldagem em casca, ou o processo Croning, é um método avançado de fundição de moldes descartáveis que utiliza um molde fino e rígido formado por uma mistura de areia fina de sílica e um aglutinante de resina fenólica termoendurecível. Ao contrário da fundição em areia tradicional, esta técnica utiliza um molde metálico aquecido reutilizável para curar parcialmente a mistura de areia e resina, criando uma concha forte e fina. Este molde de concha é apreciado pela sua capacidade de produzir forma quase líquida peças fundidas com elevada precisão dimensional e uma acentuada acabamento de superfície superiortornando-o um processo essencial para o fabrico de grandes volumes de componentes complexos, particularmente em metais ferrosos como o aço e o ferro fundido.

Como funciona o processo de moldagem de conchas

A moldagem em casca é um processo de fundição de moldes descartáveis em que o molde é uma casca de paredes finas (normalmente 10 a 20 mm de espessura) em areia revestida de resina. As etapas fundamentais são as seguintes:

1. Preparação do padrão: Um molde metálico reutilizável (normalmente ferro fundido ou aço), correspondente à forma da peça desejada e tendo em conta o encolhimento, é criado em duas metades.
2. Aquecimento e lubrificação do padrão: O molde metálico é aquecido a uma temperatura entre 175°C e 370°C (geralmente 230°C a 260°C) e revestida com um agente de libertação (como o estearato de cálcio) para evitar a aderência.
3. Formação de conchas (despejo): O modelo aquecido é fixado a uma caixa de despejo que contém areia revestida de resina. A caixa é então invertida e o calor cura parcialmente uma camada de resina, formando uma casca fina e firme.
4. Drenagem do excesso de areia: A caixa é novamente invertida; a areia solta e não curada cai, deixando apenas a casca semi-curada aderida ao padrão.
5. Curar a casca: O invólucro é colocado num forno para curar completamente a resina, atingindo a sua rigidez final (resistência à tração de cerca de 2,4 a 3,1 MPa).
6. Decapagem e montagem: A metade da casca curada é ejectada. Duas ou mais metades são unidas (fixadas ou coladas) para formar o molde completo. O molde é então frequentemente colocado num frasco e suportado por materiais de suporte (areia ou granalha metálica) para maior resistência.
7. Verter e arrefecer: O metal fundido é vertido na cavidade do molde. Após a solidificação, o invólucro é quebrado para extrair a peça fundida.

Materiais utilizados na moldagem de conchas

• Materiais da casca:
  • Areia fina de sílica: Fornece a estrutura refractária.
  • Aglutinante de resina termoendurecível: Mais frequentemente Resina fenólica (3% ~ 6% em peso), que actua como aglutinante de alta resistência quando curado.
• Material do padrão:
  • Tipicamente Ferro fundido ou aço para maior durabilidade e resistência a ciclos de calor. A grafite pode ser utilizada para metais altamente reactivos.
• Metais fundíveis:
  • O processo é versátil, adequado tanto para metais ferrosos e não ferrosos, incluindo: Ferros fundidos (cinzento, dúctil), Aços (Carbono, Liga, Inoxidável), Ligas de alumínioe Ligas de cobre (Bronze, Latão).

Vantagens da moldagem em casca

• Precisão dimensional superior: O invólucro rígido, ligado por resina, proporciona tolerâncias muito mais apertadas (± 0,030 polegadas sobre 6 polegadas) do que a fundição em areia tradicional.
• Excelente acabamento de superfície: Obtém-se um acabamento de alta qualidade (cerca de 200 a 250 RMS), minimizando o pós-processamento.
• Alta taxa de produção: Ideal para volume médio a elevado produção devido à capacidade de automatização e aos padrões metálicos reutilizáveis.
• Maquinação reduzida: A elevada precisão resulta em peças de forma quase líquida, reduzindo significativamente os custos globais de fabrico.
• Longa duração do padrão: Os padrões metálicos duradouros duram vários ciclos.
• Excelente tempo de armazenamento: Os moldes de concha curados podem ser armazenados indefinidamente.

Desvantagens e limitações

• Elevado custo das ferramentas: Os padrões metálicos dispendiosos tornam o processo não económico para baixo volume corridas.
• Custo elevado do material: A resina termoendurecível é significativamente mais dispendiosa do que os aglutinantes de argila utilizados na fundição em areia tradicional.
• Limitações de tamanho e peso: Normalmente limitado a pequenas e médias empresas partes (geralmente abaixo de 30 kg ou 65 lbs).
• Fumos e odores: A decomposição da resina durante a cura e o vazamento requer uma ventilação adequada.
• Resistência do molde: A casca fina pode necessitar de um suporte externo para a fundição de peças pesadas.

Aplicações na indústria moderna

A moldagem em casca é amplamente adoptada em sectores que exigem componentes de alta qualidade e repetíveis:

• Indústria automóvel: Utilizado para componentes críticos como cabeças de cilindro, cambotas, árvores de cames, corpos de válvulase peças de transmissão.
• Indústria de máquinas: Fabrico carcaças de bombas, componentes de válvulas, engrenagense tampas de rolamentos.
• Setor aeroespacial e da energia: Produção de peças de alta precisão e componentes de controlo de fluidos.
• Equipamento médico: Fundição de componentes pequenos e complexos.

Comparação com outros processos de fundição

A moldagem em casca ocupa uma posição estratégica, equilibrando o custo e a precisão entre os métodos de fundição comuns:

Caraterística/Processo	Moldagem de conchas	Fundição em areia verde	Fundição por cera perdida	Fundição injectada
Tipo de molde	Concha fina descartável (areia ligada com resina)	Molde a granel descartável (areia ligada a argila)	Invólucro de precisão descartável (pasta cerâmica)	Molde metálico permanente (Die)
Tipo de padrão	Molde metálico reutilizável	Padrão reutilizável de madeira/metal/plástico	Molde de cera/plástico descartável	Sem padrão (a matriz é o molde)
Precisão dimensional	Médio-Alto (Melhor do que areia)	Baixa (Menos exato)	Mais alto (Melhor precisão)	Elevado (Segundo melhor)
Acabamento da superfície	Bom (Suave)	Pobres (Rough)	Excelente (Mais suave)	Bom/Excelente
Estrutura de custos	Médio-Alto (Custo elevado do modelo)	Baixa (Mais baixo)	Elevado (Processo complexo)	Muito elevado (Custo mais elevado das ferramentas)
Volume adequado	Médio a elevado	Baixo a alto	Pequeno a grande	Muito elevado
Materiais adequados	Ferrosos e não ferrosos	Quase todos os metais	Quase todos os metais	Apenas metais de baixo ponto de fusão (Al, Zn, Mg, Cu)

Principais pontos de comparação:

• Versus Fundição em Areia Verde: A moldagem em casca troca custos mais elevados de ferramentas e materiais por precisão, acabamento e produtividade superiores.
• Versus fundição por cera perdida: A moldagem de conchas é mais económico e mais rápido para volumes médios, embora ofereça uma precisão final ligeiramente inferior.
• Versus fundição injectada: A moldagem em casca é essencial para a fundição metais com elevado ponto de fusão (como o aço) que não podem ser fundidos sob pressão.

Conclusão

A moldagem em casca é uma solução tecnologicamente madura e eficiente para a fundição de precisão de metais. Se o seu projeto requer volumes médios a elevados de peças com exigências rigorosas em termos de precisão dimensional e acabamento superficial, a moldagem em casca é uma escolha essencial para reduzir os custos de maquinagem pós-fundição e garantir a qualidade do produto.

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