A areia para fundição em areia é um material composto por duas partes: a areia de base, que transmite o calor do metal fundido, e o sistema aglutinante, que mantém os grãos unidos até a peça fundida solidificar. A maioria das fundições começa com areia à base de sílica e, em seguida, opta entre areia verde, areia seca, areia com vidro líquido e areia com resina, consoante a complexidade da peça, a precisão, o acabamento da superfície e o orçamento. Fundição em areia Funciona com qualquer um destes sistemas, mas a combinação certa altera o custo, a precisão e o risco de defeitos da peça. Este artigo distingue as areias de base dos sistemas de moldagem e apresenta, em seguida, um guia prático de seleção para um projeto real.
O que é a fundição em areia?
A fundição em areia é um processo de fundição de metais no qual se utiliza um modelo para formar uma cavidade na areia, o metal fundido é vertido nessa cavidade e o molde é partido após a solidificação para libertar a peça. Trata-se de um processo com molde descartável: é feito um novo molde para cada vazamento. Esse simples facto explica por que razão a areia é tão importante — o molde é a ferramenta e é reconstruído a cada ciclo.
A fundição em areia abrange uma vasta gama de dimensões de peças, desde pequenas caixas até grandes bases de máquinas, e é aplicável ao ferro fundido, ao aço, ao alumínio e às ligas de cobre. O baixo custo de ferramentas e a flexibilidade de conceção são as razões pelas quais continua a ser o método de fundição mais utilizado na produção.
Tipos de areia de base utilizados na fundição em areia
A areia para fundição em caixa é composta por duas partes: a areia de base, que conduz o calor do metal fundido, e o sistema aglutinante, que mantém os grãos unidos até à solidificação da peça fundida. Assim, o «tipo de areia» tem duas dimensões: a própria areia de base e o sistema de moldagem, abordado na secção seguinte. As propriedades que interessam às fundições, tais como a refratariedade, a permeabilidade e a resistência, resultam da combinação destas duas componentes. Seis tipos de areia de base cobrem a maior parte do trabalho nas fundições.
Areia de sílica (areia de quartzo)
A areia de sílica é composta principalmente por dióxido de silício (SiO₂). Possui boa refratariedade e estabilidade química para peças fundidas de ferro e de metais não ferrosos, mas expande-se significativamente a altas temperaturas. É a areia de base mais utilizada, uma vez que é barata e facilmente disponível.
Areia de cromita
A areia de cromita apresenta uma resistência ao calor muito elevada e conduz o calor rapidamente, proporcionando um efeito de arrefecimento adequado para peças fundidas de aço e perfis pesados. É mais cara do que a sílica.
Areia de zircónio
A areia de zircónio oferece a melhor estabilidade dimensional do grupo: elevada resistência ao calor e baixa expansão térmica, razão pela qual é utilizada em núcleos de precisão, secções finas e peças fundidas de aço com tolerâncias apertadas. É uma das opções mais caras.
Areia de olivina
A areia de olivina apresenta uma resistência ao calor superior à da sílica e não contém sílica livre, o que a torna adequada para trabalhos com bronze de manganês, aço e aplicações sensíveis ao pó de sílica, a um custo médio.
Areia de granada
A areia de granada é dura e quimicamente estável, sendo utilizada em peças com requisitos específicos de superfície e em algumas ligas não ferrosas.
Areia sintética
A areia sintética é misturada de forma a obter uma distribuição granulométrica e uma composição específicas, garantindo propriedades consistentes em cada lote para os ciclos de produção que dependem de um comportamento estável da areia.
Principais sistemas de moldagem em areia
É o sistema de moldagem — e não a areia de base — que, normalmente, determina o nome do processo e a maior parte das compensações entre custo e qualidade.
Areia verde
A areia verde é um sistema aglutinado com argila: areia de sílica misturada com argila bentonítica e água, que é vertida enquanto ainda está húmida. A palavra «verde» não se refere à cor; significa que o molde está por curar e húmido quando o metal é introduzido. A areia verde é o sistema de moldagem mais económico, fácil de compactar e altamente reciclável, o que a torna o padrão para a produção em massa de bases de máquinas, caixas, suportes e tampas. As desvantagens são reais: a precisão dimensional e o acabamento superficial são os mais baixos entre os principais sistemas, pelo que as características críticas requerem normalmente uma margem de usinagem. Para a maioria das peças industriais, em que o custo é um fator determinante, esses limites são aceitáveis—fundição em areia verde continua a ser a base da produção por fundição em areia.
Areia seca
A areia seca utiliza o mesmo aglutinante de argila que a areia verde, mas o molde é cozido após a moldagem. A cozedura aumenta a resistência do molde e remove a maior parte da humidade, pelo que o molde liberta muito menos vapor durante o vazamento e mantém a forma da cavidade de forma mais estável. É adequada para peças fundidas de tamanho médio e para peças em que o vapor ou o movimento do molde possam constituir um problema. A etapa adicional de cozedura torna o ciclo mais lento e ligeiramente mais dispendioso do que o da areia verde.
Areia de silicato de sódio (vidro líquido)
A areia de silicato de sódio, também denominada areia de vidro líquido, é misturada com silicato de sódio líquido e endurecida através da injeção de CO₂ no molde. A reação química produz um molde rígido em poucos minutos, sem necessidade de cozedura. É uma boa opção para cavidades internas e núcleos complexos: o molde endurecido mantém bem a sua forma, as tolerâncias são melhores do que as da areia verde e a superfície da cavidade fica mais limpa. É amplamente utilizada na indústria chinesa para corpos de bombas, peças de válvulas e caixas com passagens internas. Uma vantagem prática reside na desmontagem: após o vazamento, o molde pode ser dissolvido ou lavado com água quente para libertar a peça fundida, e a areia recolhida para reutilização.
Areia de resina (sem cozedura)
A areia com resina é um sistema de autoendurecimento que não requer cozedura: a areia é misturada com resina e um catalisador que reage à temperatura ambiente, pelo que o molde adquire elevada rigidez sem necessidade de calor nem CO₂. Proporciona o molde mais resistente e dimensionalmente mais estável entre os principais sistemas, reduz significativamente defeitos como porosidade por retração e bolhas de gás e produz dimensões precisas com detalhes superficiais nítidos. Isso torna-o a escolha preferida para componentes industriais de alta resistência, caixas de velocidades e peças fundidas estruturais. Os custos são reais: a resina e o catalisador são mais caros do que a argila e a água, e a regeneração requer tratamento mecânico ou térmico. Em contrapartida, a taxa de refugo e a maquinagem pós-fundição diminuem, o que muitas vezes compensa o custo mais elevado do molde em peças de precisão.
Outros sistemas
A moldagem por concha reveste areia aglutinada com resina sobre um modelo aquecido para formar uma concha fina, proporcionando elevada precisão para lotes pequenos a médios; o Processo V mantém a areia seca sob vácuo para obter superfícies limpas em peças de grandes dimensões; a areia argilosa mistura argila e sílica em proporções aproximadamente iguais para peças fundidas de grandes dimensões ou especiais; os núcleos de caixa fria e de caixa quente utilizam resina curada por gás ou calor para geometrias complexas dos núcleos. Em termos de custo, resistência, precisão e reutilização, a areia verde é a mais barata, mas com a menor precisão; a areia seca situa-se a meio; a areia com sílica solúvel oferece maior precisão a um custo moderado; e a areia com resina é a mais precisa e a mais cara — os níveis finais dependem do processo concreto da fundição.
O processo de fundição em areia, passo a passo
O processo completo de fundição em areia decorre em sete etapas, e cada uma delas está ligada à própria areia.
Preparação do molde e da areia
Construa o modelo em madeira ou metal e prepare a areia de moldagem. A granulometria e a proporção do aglutinante são definidas nesta fase e determinam todo o processo que se segue.
Fabrico e colocação do núcleo
No caso de peças com cavidades internas, devem ser fabricados núcleos de areia e colocados no molde. A permeabilidade e a resistência do núcleo determinam a qualidade da geometria interna.
Montagem do molde
Feche a forma e a base, mantendo o sistema de canais de alimentação e os canais de alimentação no lugar, e verifique a linha de separação.
Derreter e verter
Controle a temperatura de fusão e de vazamento da liga e encha a cavidade de forma constante para evitar a entrada de ar e a lavagem da areia.
Arrefecimento e solidificação
Deixe passar tempo suficiente para a solidificação, de modo a controlar o encolhimento; a extração de calor do molde dá forma à estrutura final.
Agitação e limpeza
Quebre o molde, retire a peça fundida e limpe a areia, os canais de alimentação e os canais de subida.
Pós-processamento e inspeção
Usinar, submeter a tratamento térmico ou testar, conforme a peça exigir; as peças com elevados requisitos de acabamento superficial são submetidas ao acabamento em primeiro lugar.
A qualidade da areia está presente em todas as etapas:
- A baixa permeabilidade retém o gás e provoca porosidade
- Os moldes frágeis desmoronam-se ou deslocam-se
- A compactação irregular manifesta-se como um erro dimensional
Vantagens e limitações
Vantagens
- Baixo custo de ferramentas, adequado para protótipos e pequenos lotes
- Ampla gama de dimensões de peças, incluindo peças fundidas de grandes dimensões
- Ampla compatibilidade com materiais: ferro, aço, alumínio e ligas de cobre
- Alterações flexíveis ao padrão para a iteração do projeto
Limitações
- Acabamento superficial mais rugoso; as peças visíveis requerem, normalmente, um tratamento posterior
- Precisão dimensional inferior à da fundição em molde permanente ou da fundição sob pressão; as características críticas requerem margem de usinagem
- As paredes finas e os detalhes delicados são mais difíceis de preencher; o controlo do processo é fundamental
- Um novo molde por vazão, pelo que o tempo de ciclo por peça não é competitivo em relação à fundição sob pressão em volumes muito elevados
Aplicações da fundição em areia
As aplicações típicas da fundição em areia prendem-se a peças estruturais e de manuseamento de fluidos:
- Bases e bancadas de máquinas
- Corpos de bombas e válvulas
- Caixas de velocidades
- Peças estruturais para os setores automóvel e agrícola
Peças fundidas de alumínio são também frequentemente produzidas por fundição em areia para lotes pequenos a médios de peças estruturais.
Perguntas mais frequentes
Quais são os principais tipos de fundição em areia? Os quatro sistemas principais são: areia verde, areia seca, areia com vidro líquido e areia com resina; a moldagem por concha, o Processo V, a argila e os núcleos de caixa fria ou de caixa quente aplicam-se a situações específicas.
Qual é a diferença entre areia seca e areia verde? A areia seca é um molde aglutinado com argila que é cozido após a moldagem. A cozedura aumenta a resistência e elimina a humidade, pelo que o molde liberta menos vapor durante o vazamento, embora isso implique um ciclo mais lento.
Qual é o método de moldagem em areia que proporciona a melhor precisão e o melhor acabamento superficial? A areia com resina proporciona a maior precisão e qualidade de superfície, a areia com vidro solúvel situa-se a meio e a areia verde é a que apresenta os resultados mais baixos; quando a precisão é o fator determinante, a areia com resina é normalmente a primeira escolha.
A fundição em areia é adequada para a produção em série? A areia verde adapta-se bem a volumes médios a elevados de peças genéricas; em volumes muito elevados, com paredes finas e tolerâncias apertadas, a fundição sob pressão ou a fundição em molde permanente revelam-se mais vantajosas em termos de tempo de ciclo.
O que é melhor: areia de vidro ou areia de resina? Nenhuma das duas opções é claramente superior. A areia de vidro é mais barata e adequa-se a cavidades internas complexas; a areia de resina proporciona a maior resistência e precisão, mas é mais cara. A escolha depende da precisão da peça e do orçamento.
Como é que escolho a areia e o molde adequados para a minha fundição? Avalie o tamanho do lote, a precisão e a superfície, o custo e, por fim, os requisitos relativos às ligas especiais. A areia verde é adequada para formas padrão e volumes médios a elevados; a areia com sílica solúvel é adequada para cavidades complexas e peças à prova de pressão; a areia com resina é adequada para peças de alta resistência com dimensões rigorosas. Para aço e perfis pesados, verifique a areia de base separadamente — a cromita ou o zircónio podem ser mais adequados do que a sílica.
Conclusão
A escolha da areia para fundição em areia envolve duas etapas: selecionar a areia de base adequada à liga e à espessura da secção e, em seguida, escolher o sistema de moldagem com base no tamanho do lote, na precisão, no acabamento da superfície e no custo. A areia verde abrange a maioria dos casos em que o custo é um fator determinante, a areia seca equilibra a resistência e o controlo do vapor, a areia com sílica solúvel é adequada para cavidades complexas e a areia com resina define o padrão de qualidade para aplicações de alta resistência. Verifique a areia de base separadamente para secções de aço e secções pesadas e avalie o tamanho do lote em relação à precisão antes de escolher. Se estiver a avaliar uma peça, envie-nos o material, a tolerância e o volume — a nossa serviços de fundição em areia A nossa equipa irá selecionar o sistema de areia mais adequado para o seu projeto.
