Fundição de espuma perdida

 1.1 Visão

Em 1958, HF Shroyer inventou a tecnologia de fazer peças fundidas de metal com modelos de espuma de plástico expansível e obteve uma patente. O modelo utilizado inicialmente foi feito em placa de poliestireno (EPS) e moldado com areia contendo aglutinante. As empresas alemãs Grunzweig e Harrtmann compraram esta patente e a desenvolveram e aplicaram. A tecnologia de usar areia seca sem aglutinante para produzir peças fundidas foi posteriormente patenteada pela TRSmith em 1964. Antes de 1980, o uso do processo de areia seca sem aglutinante tinha que ser aprovado pela Full Mold Process (Inc). Depois disso, a patente ficou inválida.

O método mais comum e prático é colocar o modelo revestido com material refratário na caixa de areia, preencher o modelo com areia seca hermeticamente e despejar metal líquido para substituir o modelo de espuma. Este processo de fundição é chamado de fundição de espuma perdida (EPC), fundição de molde de gaseificação e fundição de molde sólido, etc. O Comitê de Fundição de Espuma Perdida da American Foundry Association adotou "fundição de espuma perdida" como o nome do processo.

A fundição de espuma perdida é um processo de fundição inovador que pode ser usado para produzir peças de sistemas de energia de metais não ferrosos e ferrosos, incluindo: blocos de cilindros, cabeçotes de cilindro, virabrequins, caixas de engrenagens, tubos de admissão, tubos de escape e cubos de freio. O fluxo do processo de fundição de espuma perdida é o seguinte:

1) Pré-espuma
A produção do modelo é a primeira etapa do processo de fundição de espuma perdida. Para fundições complexas, como cabeças de cilindro, vários modelos de espuma precisam ser feitos separadamente e depois colados em um modelo geral. Cada modelo de bloco requer um conjunto de moldes para produção. Além disso, um conjunto de moldes pode ser necessário na operação de colagem para manter o posicionamento preciso de cada bloco. O processo de moldagem do modelo é dividido em duas etapas. A primeira etapa é Os grânulos de poliestireno são pré-expandidos para uma densidade apropriada, o que geralmente é realizado por aquecimento rápido com vapor. Este estágio é chamado de pré-expansão.

2) Modelagem
Os grânulos pré-expandidos devem ser estabilizados primeiro e, em seguida, enviados para a tremonha da máquina de moldagem e alimentados através do orifício de alimentação. Depois que a cavidade do molde é preenchida com os grânulos pré-expandidos, o vapor é introduzido para amolecer os grânulos. Expansão, preenchendo todas as lacunas e unindo em um só corpo, completando assim o processo de fabricação do modelo de espuma, esta etapa é denominada moldagem em autoclave.

Após a moldagem, o molde é resfriado por um grande fluxo de água na cavidade resfriada por água do molde e, em seguida, o molde é aberto para retirá-lo. Nesse momento, a temperatura do molde é aumentada e a resistência baixa. Portanto, deve-se tomar cuidado durante a desmoldagem e armazenamento para evitar deformações e danos.

3) Combinação de cluster modelo
Antes de o modelo ser usado, ele deve ser armazenado por um período de tempo apropriado para torná-lo maduro e estável. O período de armazenamento típico do modelo é de até 30 dias. Para um modelo formado por um molde de design exclusivo, ele só precisa ser armazenado por 2 horas. Depois que o modelo está amadurecido e estabilizado, ele pode ser dividido em duas partes. Os modelos de blocos são colados.
A colagem do modelo em bloco é realizada em máquina de colagem automática com cola hot melt. As juntas da superfície colada devem ser hermeticamente seladas para reduzir a possibilidade de defeitos de fundição.

4) Revestimento por imersão do cluster modelo
A fim de produzir mais peças fundidas por caixa, às vezes, muitos modelos são colados em grupos, e os grupos de modelos são imersos em tinta refratária e, em seguida, secos em um forno de circulação de ar a cerca de 30-60C (86-140F) por 2 a 3 após horas, seque, coloque o conjunto de modelos na caixa de areia, preencha com areia seca e vibre com força. Todas as cavidades internas e areia seca externa do aglomerado do modelo devem ser compactadas e suportadas.

5) Derramando
Depois que o conjunto do modelo estiver firmemente preenchido com areia seca na caixa de areia, o molde pode ser derramado. Depois que o metal fundido é derramado no molde (a temperatura de fundição é de cerca de 760C / 1400F para alumínio fundido e cerca de 1425C / 2600F para ferro fundido), o modelo é vaporizado. O metal é substituído para formar uma peça fundida. A Figura 1 é um diagrama esquemático da caixa de areia e vazamento do processo de espuma perdida.

No processo de fundição de espuma perdida, a velocidade de vazamento é mais crítica do que a fundição oca tradicional. Se o processo de vazamento for interrompido, o molde de areia pode entrar em colapso e causar desperdício. Portanto, para reduzir a diferença entre cada vazamento, é melhor usar uma máquina de vazamento automática.

 Figura 1 Diagrama esquemático da caixa de areia e vazamento do processo de espuma perdida
6) Limpeza da areia que cai
Após o vazamento, a peça fundida solidifica e esfria na caixa de areia e, em seguida, cai da areia. A queda de areia da fundição é bastante simples, e as fundições caem da areia seca solta quando a caixa de areia é virada. Posteriormente, as peças fundidas são automaticamente separadas, limpas, inspecionadas e transportadas na caixa de fundição.

A areia seca pode ser reutilizada após o resfriamento, e outros processos adicionais raramente são usados. A sucata de metal pode ser fundida novamente e usada na produção.

1.2 Vantagens do processo de fundição de espuma perdida

O processo de fundição de espuma perdida apresenta vantagens em três aspectos principais: tecnologia, economia e proteção ambiental.

1.2.1 Aspectos técnicos

1) Maior liberdade de design de modelo
É possível que o novo processo execute o design de estilo, e é totalmente possível adicionar algumas funções adicionais ao modelo desde o primeiro estágio. Por exemplo, o pré-aquecedor a diesel tem uma parte funcional especial, que pode ser fabricada pelo processo de fundição de espuma perdida em vez do método de fundição tradicional.
 
2) Eliminar o núcleo de areia utilizado na produção de peças fundidas

3) Muitas peças fundidas podem ser alimentadas sem o riser

4) Melhorar a precisão da fundição
Ele pode obter uma forma e estrutura complexas e pode produzir repetidamente peças fundidas de alta precisão com 100% de repetibilidade, e o desvio da espessura da parede das peças fundidas pode ser controlado entre -0.15 ~ + 0.15 mm.

5) Não há flash na superfície da junta do modelo

6) Tem a vantagem de reduzir o peso das peças fundidas em cerca de 1/3

7) Reduzir a permissão de usinagem
A permissão de usinagem pode ser reduzida e algumas peças podem nem mesmo ser processadas. Isso reduz muito o investimento em usinagem e máquinas-ferramenta (por exemplo, o investimento pode ser reduzido pela metade para diferentes situações).

8) Em comparação com a fundição por cavidade tradicional, o investimento no molde é reduzido.
 
9) Eliminar completamente o processo tradicional de queda de areia e extração do núcleo

1.2.2 Aspectos econômicos

1) Pode produzir peças fundidas complexas como um todo
Adotando o novo design de processo, o modelo de bloco pode ser colado para formar um modelo geral e fundido em uma parte integrante complexa. Em comparação com as peças de montagem de fundição múltipla originais (como o pré-aquecedor de diesel), pode se beneficiar de 1 a 10 vezes.

2) Reduzir o pessoal da oficina
Para estabelecer uma fábrica de fundição de espuma perdida, o número de funcionários é menor do que o de uma fábrica de fundição tradicional, portanto, esse fator deve ser considerado.

3) Processo de fundição flexível
A flexibilidade do processo de fundição é muito importante, porque o novo processo pode produzir simultaneamente um grande número de fundições semelhantes ou diferentes no frasco, e o sistema de passagem é, portanto, muito flexível. Em suma, podemos dizer que cada vantagem é condizente com os interesses econômicos, ao mesmo tempo que melhora as condições de trabalho.

1.2.3 Proteção Ambiental

Poliestireno e PMMA produzem monóxido de carbono, dióxido de carbono, água e outros gases de hidrocarbonetos quando são queimados, e seu conteúdo é inferior aos padrões permitidos na Europa. A areia seca pode usar areia de sílica natural, que é 100% reciclável e não contém aglutinante. A tinta utilizada no modelo é composta por um ligante e outros materiais auxiliares adicionados à água, que não poluem.

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