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Como um importante processo de moldagem, a fundição de metal é amplamente utilizada em vários campos de fabricação. Para garantir que os produtos de metal fundido tenham boa qualidade e desempenho, designers e engenheiros precisam considerar vários fatores-chave durante o processo de fundição de metal. Este artigo irá explorarPrincipais considerações de projeto e engenharia em fundição de metal.

O que é fundição de metal?

A fundição de metal é um processo de fabricaçãoque envolve despejar metal fundido em moldes para criar peças de metal 3D. O molde contém cavidades da geometria desejada e o metal fundido esfria para formar a peça solidificada.
A palavra "fundição" também se refere a peças feitas por meio de um processo de fundição, que remonta a 6.000 anos. Historicamente, os processos de fundição têm sido usados para criar peças complexas e grandes que seriam difíceis ou caras de criar usando outros processos de fabricação.

A fundição é a primeira escolha para geometrias complexasporque é mais econômico e o processo é mais simples em comparação com, por exemplo,Usinagem CNC.Mas a fundição também é amplamente utilizada para as formas mais simples devido ao seu rápido tempo de resposta e grande capacidade de produção. Hoje, o uso de produtos fundidos é tão difundido que, independentemente do ambiente em que você esteja, você não pode evitar o uso de produtos fundidos. Alguns exemplos de produtos de metal fundido incluem blocos de motor, hidrantes, motores elétricos, ferramentas, semáforos, bueiros, tubos, válvulas e vários acessórios.

Quais são as principais considerações de design para fundição de metal?

O projeto de fundição de metal é um processo complexo e delicadoenvolvendo a consideração de vários fatores-chave. Compreender essas considerações pode ajudar os clientes a selecionar o melhor processo de fundição de metal para sua aplicação específica. É importante observar que o projeto de fundição de metal é apenas uma consideração ao selecionar um processo de fundição de metal e deve ser equilibrado com outros fatores para atender às necessidades do cliente.

1. Forma de fundição de metal

O primeiro fator considerado emo projeto da carcaça do metal é forma. Se a peça for tipicamente redonda (ou seja, um anel, luva ou tubo), a fundição centrífuga pode ser um processo de fundição de metal adequado. Se a peça não for redonda e tiver geometrias complexas, como canais internos ou nervuras, a fundição de precisão oufundição em areiaé o mais adequado. As considerações de design restantes se concentram na escolha deFundição de investimentoou fundição em areia.

2. Dimensões de fundição de metal

As fundições em areia vêm em uma gama muito maior de tamanhos do que as fundições de investimento. Se a fundição pesar menos de 1.200 libras, o cliente deve considerar o nível de detalhe e a geometria geral ao decidir entre fundições de investimento e fundições em areia. A qualidade da fundição é suportada pelo software de modelagem de solidificação. O software simula o fluxo de metal fundido no molde e analisa a solidificação prevista à medida que o molde esfria. O modelo suporta o projeto do molde para garantir que as peças atendam aos requisitos.

3. Tolerância dimensional

A tolerância dimensional refere-se ao desvio permitido de uma fundição de metal das dimensões exigidas. De um modo geral,A fundição de investimento tem tolerâncias mais rígidas do que outros métodos de fundição de metal(por exemplo, +/- 0,010 polegada para a primeira polegada, +/- 0,004 polegada para cada polegada subsequente), mesmo com detalhes finos e interior O mesmo vale para os componentes do canal. Embora a fundição em areia normalmente não possa atingir as tolerâncias dimensionais da fundição de investimento, ela pode fornecer geometrias e detalhes complexos em dimensões gerais maiores.

4. Tratamento de superfície

O acabamento da superfície refere-se à textura externa de uma peça após a fundição do metal, medido em raiz quadrada média (RMS). O acabamento superficial fundido da fundição de precisão é normalmente mais fino (60 a 200 RMS) do que o da fundição em areia (250 RMS ou mais). Isso geralmente reduz a necessidade de usinagem (veja abaixo). A fundição em areia pode ser usinada para obter um acabamento superficial mais fino, mas isso tem um custo adicional e prazo de entrega. Se um acabamento superficial fino não for necessário,A fundição em areia pode fornecer geometrias complexase detalhes a um custo geral que normalmente é menor do que a fundição de investimento.

5. Requisitos de processamento

Projetos de fundição de metaldeve levar em consideração a quantidade de metal removida da peça fundida por meio de usinagem para obter a forma e as características desejadas. A usinagem pode aumentar significativamente os custos e os prazos de entrega. Quase todos os componentes produzidos pela Longsheng passam por algum grau de usinagem pela Longsheng ou pelo cliente após o envio.

Quais materiais são usados na fundição de metais?

Uma grande variedade deOs materiais são usados na fundição de metal, cada um dos quais é amplamente utilizado em diferentes campos industriais devido às suas propriedades físicas e químicas únicas. Aqui estão alguns dos principais materiais de fundição de metal:

Ferro fundido

O ferro fundido é uma liga de ferro-carbono com um teor de carbono superior a 2,1%. Possui excelente fundibilidade, resistência ao desgaste, absorção de choque e outras características. Existem muitos tipos de ferro fundido, geralmente divididos em ferro fundido branco, ferro fundido cinzento, ferro fundido maleável, ferro dúctil, etc. O ferro fundido cinzento tem três estruturas: ferrita + grafite, ferrita + grafite + perlita e perlita + grafite. É adequado para a fabricação de peças que suportam cargas estáticas. O ferro fundido maleável é um ferro fundido de alta resistência obtido a partir do ferro fundido branco após recozimento por grafitização a longo prazo. É adequado para a fabricação de peças que suportam cargas de impacto. O ferro dúctil é obtido pela adição de agentes esferoidizantes e inoculantes para esferoidizar grafite. Sua resistência, plasticidade e tenacidade são maiores do que outros ferros fundidos e é adequado para a fabricação de peças complexas que suportam cargas mais altas.

Liga de alumínio

As ligas de alumínio são amplamente utilizadas devido à sua baixa densidade, alta resistência, boa resistência à corrosão e excelentes propriedades de fundição.A liga de alumínio tem bom desempenho de fundição e alta fluidez. Pode fundir peças de precisão com formas complexas e paredes finas, e a superfície das peças fundidas é lisa. Além disso, as ligas de alumínio também podem passar por uma variedade de tratamentos de superfície, como galvanoplastia, pulverização, etc. As ligas de alumínio fundido comuns incluem ZL101, ZL102, etc. Eles são adequados para fundir peças com formas complexas e carga média, bem como peças que requerem alta estanqueidade, resistência à corrosão e bom desempenho de soldagem.

liga de zinco

A liga de zinco é uma liga à base de zinco com adição de outros elementos. Possui boas propriedades de fundição e propriedades mecânicas. A liga de zinco tem uma grande gravidade específica, baixo ponto de fusão e é fácil de fundir. Ao mesmo tempo, as peças fundidas de liga de zinco têm uma superfície lisa e podem ser processadas em uma variedade de superfícies. No entanto, a liga de zinco tem baixa resistência à corrosão. Quando os elementos de impureza na composição da liga excedem o padrão, isso fará com que a peça fundida envelheça e se deforme. Além disso, as fundições sob pressão de liga de zinco não são adequadas para uso em ambientes de trabalho de alta e baixa temperatura (abaixo de 0°C). As ligas de zinco comuns incluem Zamak3, Zamak5, etc., que são adequadas para peças fundidas com baixos requisitos de resistência mecânica e peças fundidas com certos requisitos de resistência mecânica.

Liga de magnésio

A liga de magnésio tem as características de baixa densidade, boa resistência e rigidez específicas, bom desempenho de amortecimento de vibração e forte capacidade de blindagem contra interferência eletromagnética. A liga de magnésio tem desempenho de fundição relativamente ruim, baixa fluidez e maior tendência a rachar e encolher. No entanto, as ligas de magnésio são amplamente utilizadas em automóveis, aeroespacial, eletrônica e outros campos, pois podem melhorar significativamente a economia de combustível, reduzir as emissões de escape e reduzir o peso dos produtos. As ligas de magnésio fundido comuns incluem AZ91D, AM60B, etc., que são adequadas para a fabricação de peças automotivas, peças aeroespaciais, etc.

Liga de cobre

A liga de cobre tem as características de boa condutividade elétrica, condutividade térmica, resistência à corrosão e baixo coeficiente de atrito. As ligas de cobre têm excelentes propriedades de fundição e podem ser transformadas em peças fundidas com formas complexas. As ligas de cobre são amplamente utilizadas na indústria eletrônica, indústria de máquinas, indústria aeroespacial, indústria química e outros campos. Por exemplo, na indústria eletrônica, as ligas de cobre são frequentemente usadas para fazer componentes eletrônicos; Na indústria de máquinas, as ligas de cobre são frequentemente usadas para fazer peças mecânicas que requerem alta resistência ao desgaste e à corrosão; na indústria aeroespacial, as ligas de cobre são frequentemente usadas para fazer peças com alta resistência e tenacidade. As ligas de cobre fundido comuns incluem latão, bronze, etc. A tabela abaixo resume e compara oVantagens e desvantagens dos materiais comuns de fundição de metal.

Material fundido	Vantagens	Desvantagens
Ligas de alumínio	Leve; alta estabilidade dimensional; fácil de lançar; boa resistência à corrosão; alta condutividade térmica e elétrica; retém a força em alta temperatura.	Requer o uso de máquinas de câmara fria.
Ligas de zinco	Mais fácil de lançar; alta ductilidade; excelente suavidade da superfície; alta resistência ao impacto; facilmente chapeado; econômico para peças pequenas; promove longa vida útil da matriz devido ao baixo ponto de fusão.	Requer revestimento para resistir à corrosão; alta densidade.
Ferro fundido	Preço baixo, boa resistência ao desgaste, forte resistência à compressão	Fácil produzir poros, elevação frágil
Ligas de magnésio	Mais fácil de usinar após a fundição; excelente relação resistência-peso; Leve; Use máquinas de câmara quente e fria.	Rapidamente oxidado.
Ligas de cobre	Alta dureza; altas propriedades mecânicas; alta resistência à corrosão e ao desgaste; alta estabilidade dimensional.	Alto custo; baixa vida útil da matriz; requer o uso de máquinas de câmara fria.

Quais são os principais desafios de engenharia na fundição de metais?

Como uma importante tecnologia de processamento de materiais,A fundição de metais desempenha um papel vital na produção industrial. No entanto, também existem alguns desafios importantes de engenharia enfrentados durante o processo de fundição de metal.

1. Melhoria da qualidade e desempenho da fundição:Com o desenvolvimento da indústria moderna, os requisitos de qualidade e desempenho para peças fundidas estão aumentando dia a dia. As peças fundidas precisam ter maior resistência, tenacidade, resistência ao desgaste e resistência à corrosão para atender às necessidades de várias condições de trabalho complexas. Para melhorar a qualidade das peças fundidas, é necessário partir de muitos aspectos, como a seleção de matérias-primas, otimização do processo de fundição, projeto e fabricação de moldes e controle preciso dos parâmetros de fundição.
2. Controle e prevenção de defeitos de fundição:Defeitos comuns no processo de fundição incluem porosidade, inclusões, furos de retração, rachaduras, etc., que podem afetar seriamente o desempenho e a vida útil das peças fundidas. Para controlar e prevenir defeitos de fundição, é necessário estudar o fluxo, o comportamento de solidificação e o mecanismo de formação de defeitos do metal fundido no processo de fundição e tomar as medidas de processo correspondentes para melhorar.
3. Complexidade e diversidade dos processos de fundição:Existem muitos tipos de processos de fundição, incluindo fundição em areia, fundição contínua, fundição de investimento, fundição sob pressão, fundição de baixa pressão, fundição centrífuga e outros métodos. Cada método tem seu escopo específico de aplicação e vantagens e desvantagens. Diante de requisitos complexos de fundição e diversas formas de fundição, como escolher o processo de fundição apropriado e otimizar seus parâmetros é um tópico desafiador.
4. Inteligência e automação do processo de fundição:Com o desenvolvimento da tecnologia de fabricação inteligente, a indústria de fundição também está gradualmente realizando uma produção inteligente e automatizada. No entanto, devido à complexidade e diversidade do processo de fundição, ainda é difícil alcançar uma produção totalmente inteligente e automatizada. É necessário fortalecer as capacidades de coleta, análise e processamento de dados do processo de fundição e desenvolver sistemas de controle inteligentes e equipamentos de produção automatizados para melhorar a eficiência da produção e a qualidade do produto.
5. Proteção ambiental e desenvolvimento sustentável:No processo de fundição de metais, será gerada uma grande quantidade de gases residuais, águas residuais e resíduos sólidos, o que causará séria poluição ao meio ambiente. Para alcançar a proteção ambiental e o desenvolvimento sustentável, é necessário tomar medidas eficazes de proteção ambiental e tecnologias de economia de energia e redução de emissões para reduzir o consumo de energia e as emissões de poluentes no processo de fundição. Ao mesmo tempo, também é necessário desenvolver materiais e processos de fundição verde para promover a transformação verde da indústria de fundição.

Perguntas frequentes

1. Quais são as principais considerações de design para fundição de metal?

Principais considerações de projeto para fundição de metalincluem: Seleção de liga: Selecione o material de liga apropriado com base no ambiente de uso e nos requisitos de desempenho da fundição. Estrutura de fundição: Projete uma estrutura de fundição razoável para evitar formas complexas e alterações desnecessárias na espessura da parede para reduzir defeitos de fundição e melhorar a eficiência da produção. Projeto do sistema de gating: Um sistema de gating projetado adequadamente garante que o metal fundido possa preencher a cavidade do molde de maneira suave e rápida e é propício à alimentação e exaustão das peças fundidas. Projeto do sistema de resfriamento: De acordo com a forma e o tamanho da peça fundida, projete um sistema de resfriamento apropriado para controlar a taxa de resfriamento e o gradiente de temperatura da peça fundida para evitar defeitos como rachaduras térmicas e deformação.

2. Como a espessura da parede afeta o projeto de fundição?

Quanto maior a espessura da parede, mais lenta é a taxa de resfriamento interno da peça fundida, o que pode facilmente levar a defeitos como estruturas internas grosseiras, porosidade de retração e cavidades de retração. A espessura excessiva da parede pode facilmente produzir grande tensão residual durante o processo de resfriamento, levando à deformação ou rachaduras da peça fundida. A espessura excessiva da parede aumentará a dificuldade e o custo da usinagem. A espessura excessiva da parede também aumentará o consumo de material e energia, prolongará o ciclo de produção e aumentará os custos de produção. Portanto, ao projetar a espessura da parede das peças fundidas, é necessário considerar de forma abrangente a estrutura, os requisitos de desempenho e a dificuldade de processamento das peças fundidas para garantir uma qualidade estável e confiável das peças fundidas e reduzir os custos de produção.

3. Quais são os defeitos comuns na fundição de metal e como o design pode evitá-los?

Defeitos comuns na fundição de metalincluem poros, cavidades de retração, porosidade de retração, buracos de escória, rachaduras, fechamento a frio, areia grudada, etc. Para resolver esses defeitos, as seguintes medidas preventivas podem ser tomadas: Porosidade: Controle o teor de gás no metal fundido, aumente a temperatura de vazamento e a eficiência de exaustão e evite que o gás na cavidade se esgote. Encolhimento e porosidade: Projete razoavelmente o sistema de vazamento e o sistema de resfriamento para garantir o resfriamento uniforme de todas as partes da peça fundida e evitar superaquecimento e sub-resfriamento local. Furo de escória: Controle rigorosamente as matérias-primas e o processo de fundição para evitar que as impurezas entrem no metal fundido. Rachaduras: Projete razoavelmente a estrutura de fundição para evitar a concentração de tensão; Controle a temperatura de vazamento e a taxa de resfriamento para evitar a ocorrência de rachaduras quentes e frias. Desligamento a frio: Aumente a temperatura de vazamento e a fluidez do metal fundido para garantir que o metal fundido possa preencher a cavidade do molde de maneira suave e rápida. Colagem de areia: melhora a resistência ao fogo e a estabilidade química do molde, controla a temperatura de aquecimento e o grau de oxidação da liga.
4. Por que o design do molde é crucial para produtos fundidos de alta qualidade?

O projeto do molde é crucial para produtos de fundição de alta qualidade, refletindo-se principalmente no seguinte: O molde é uma ferramenta fundamental para formar a forma e o tamanho das peças fundidas durante o processo de fundição. A precisão do projeto e a qualidade de fabricação do molde afetam diretamente a forma e a precisão dimensional da fundição.
O design e a qualidade de fabricação do molde também estão relacionados ao desempenho, resistência e resistência ao desgaste da fundição. Moldes excelentes podem garantir que as peças fundidas mantenham um desempenho estável em ambientes de trabalho complexos e mutáveis. O projeto de molde razoável pode reduzir os defeitos de fundição e melhorar a qualidade e a taxa de qualificação das peças fundidas, reduzindo assim os custos de produção e melhorando a eficiência da produção. Com a transformação e atualização da indústria de manufatura e o avanço contínuo da tecnologia, o projeto de moldes e a tecnologia de fabricação também estão inovando constantemente. Um excelente projeto de molde pode promover o desenvolvimento contínuo e o progresso da indústria de fundição.

Resumo

Durante o processo de fundição de metal, projetistas e engenheiros precisam considerar de forma abrangente vários fatores-chave, como a forma da fundição de metal, o tamanho da fundição de metal, tolerâncias dimensionais, tratamento de superfície e requisitos de processamento. No entanto, no processo de fundição de metais, também nos deparamos com a melhoria da qualidade e desempenho da fundição, o controle e prevenção de defeitos de fundição, a complexidade e diversidade dos processos de fundição, a inteligência e automação do processo de fundição, e a proteção ambiental e o desenvolvimento sustentável. Desafios de engenharia. Através de um design científico e razoável e rigoroso controle de processo, podemos garantir que os produtos de metal fundido tenham boa qualidade e desempenho e atendam a várias necessidades de uso.

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