Fundição em cera queimada em liga de alumínio 

Tecnologia de fundição por cera queimada a partir de liga de alumínio: uma análise completa do processo

A fundição com cera queimada a partir de uma liga de alumínio continua sendo o único método industrial que permite a produção de peças de geometria complexa com rugosidade superficial de Ra 1,6–3,2 μm sem usinagem subsequente de componentes críticos. Ao contrário da fundição em areia ou coque, esta tecnologia elimina a necessidade de moldagem de machos para cavidades internas, pois o modelo simplesmente evapora sob alta temperatura. Trabalhamos com esse processo há mais de 15 anos e podemos afirmar que se sua peça tiver paredes finas menores que 3 mm ou canais de resfriamento internos complexos, os métodos tradicionais de fundição levarão a defeitos em 40% dos casos, enquanto um modelo perdido garante a integridade da estrutura.

A principal vantagem do método é a possibilidade de utilizar ligas como AK7ch (AlSi7Mg) e AK9ch (AlSi9Cu3) para criar componentes que operam sob alta pressão. A precisão dimensional atinge a classe CT4-CT5 conforme ISO 8062-3, o que permite a montagem dos conjuntos sem ajustes. Porém, muitos compradores cometem o erro de escolher esta tecnologia para braquetes simples ou lajes maciças - aqui a eficiência econômica cai devido ao alto custo dos equipamentos de cera. Nossa prática mostra que a lucratividade começa com um lote de 50 peças para peças complexas e a partir de 500 peças para elementos de média complexidade.

Processo tecnológico passo a passo para produção de fundição

O processo começa não com a fusão do metal, mas com a criação de um modelo mestre de referência. Um erro nesta fase é fatal: qualquer desvio na geometria do molde será multiplicado pelo coeficiente de retração do alumínio (aproximadamente 1,3% para silumins). Utilizamos moldes de alumínio ou aço fabricados em máquinas CNC com precisão de 0,01 mm. Para produção em massa, recomendamos o uso de vários moldes, o que reduz o custo de um modelo de cera em 35%. É importante entender: o material do modelo mestre deve ter um coeficiente de dilatação térmica o mais próximo possível do material da peça fundida final para compensar as deformações térmicas.

1. Fazendo modelos de cera.A cera derretida é injetada no molde sob uma pressão de 4–6 MPa. A temperatura da cera é rigorosamente controlada na faixa de 65–70°C; o superaquecimento leva a uma mudança na viscosidade e perda de estabilidade dimensional. Após o resfriamento, o modelo é removido e inspecionado visualmente quanto a defeitos de preenchimento. Nesta fase, muitas vezes vemos defeitos devido à temperatura incorreta do molde - a superfície da cera fica opaca, o que sinaliza um endurecimento prematuro.
2. Montagem de clusters (árvores).Os padrões de cera individuais são soldados ao sistema de canal central usando uma ferramenta aquecida. A geometria do sistema de comporta é calculada individualmente para cada peça: canais muito estreitos causarão juntas frias, canais muito largos - consumo excessivo de metal e dificuldades durante o corte. Utilizamos bastões de cera especiais para a união, que derretem na mesma temperatura do próprio modelo. A violação do ângulo de conexão do canal de entrada em mais de 5 graus cria turbulência no fluxo do metal durante o vazamento.
3. Moldagem da casca cerâmica.O cluster é imerso em uma suspensão de uma carga refratária (eletrocorindo ou zircão) e um aglutinante (silicato de etila ou sílica coloidal). Após cada camada, é aplicada areia. O processo é repetido 7–9 vezes até que a espessura da casca seja de 6–8 mm. É fundamental controlar a umidade interna (não mais que 60%) e a temperatura (20–22°C). Se a camada secar muito rapidamente, formar-se-ão microfissuras através das quais o metal romperá durante o vazamento (“avanço”).
4. Queimando cera e calcinando o molde.Os moldes acabados são colocados em uma autoclave, onde o vapor sob uma pressão de 0,3–0,5 MPa e uma temperatura de 160–170°C derrete e remove a cera. O vestígio restante é removido por calcinação num forno a 850–950°C durante 2–4 horas. Esta etapa é crítica: a temperatura de calcinação insuficiente deixará resíduos carbonáceos que, quando em contato com o alumínio fundido, causarão porosidade do gás. Exigimos que a forma saia do forno imediatamente antes do vazamento, mantendo a temperatura de pelo menos 600°C.
5. Enchimento e resfriamento.Liga de alumínio fundido (temperatura 720–740°C) é vazada em um molde sob a influência da força centrífuga ou vácuo. A fundição a vácuo é preferível para peças críticas, pois reduz o teor de hidrogênio no metal. O tempo de endurecimento depende do peso do saco: para peças pequenas é de 10 a 15 minutos, para peças grandes é de até uma hora. O resfriamento rápido com água é proibido - isso causará choque térmico e destruição do invólucro cerâmico junto com a peça fundida.

Após o resfriamento, o invólucro cerâmico é quebrado com um martelo hidráulico ou unidade vibratória. O sistema de comporta é separado mecanicamente (com uma serra) ou por erosão elétrica se for necessária alta precisão. A operação final é o jateamento para remover resíduos cerâmicos e melhorar o aspecto da superfície. Lembre-se: mesmo uma peça fundida ideal pode ser rejeitada na fase de controle se a limpeza da carga durante a fusão não for mantida.

A escolha das ligas de alumínio e seu efeito nas propriedades do produto

Nem todas as ligas de alumínio apresentam desempenho igualmente bom no processo de microfusão. A escolha da marca é determinada pelas condições de funcionamento do produto acabado. Os mais comuns em nossa prática são os silumins - ligas do sistema Al-Si. Possuem excelente fluidez, o que é fundamental para o preenchimento de finas seções de modelos de cera.

Liga AK7ch (AL9 de acordo com GOST 1583-93).É uma liga eutética com teor de silício em torno de 7%. É ideal para carcaças seladas, peças de bombas e peças de pressão. Devido à sua estrutura de granulação fina após modificação com sódio ou estrôncio, esta liga apresenta alta ductilidade e resistência à corrosão. No entanto, a sua resistência à tração é limitada a 200–220 MPa. Se a sua peça estiver sujeita a cargas de choque, isso pode não ser suficiente.

Liga AK9ch (AK9pch).Contém até 9% de aditivos de silício e cobre. A presença de cobre aumenta a resistência para 250–280 MPa, mas reduz a resistência à corrosão e complica o processo de fundição devido à tendência a trincas a quente. Recomendamos esta liga somente para peças que operam em ambientes secos ou protegidas por pinturas. Ao fundir o AK9ch, é necessário controlar rigorosamente a taxa de resfriamento: a rápida solidificação leva à segregação do cobre e à formação de fases frágeis ao longo dos limites dos grãos.

Liga AK8ch (AL34).Liga universal com aditivos de magnésio e cobre. Combina boa resistência (até 240 MPa) e fluidez de fundição satisfatória. Frequentemente utilizado na indústria automotiva para suportes de suspensão e componentes de transmissão. Uma característica especial desta liga é a possibilidade de endurecimento por tratamento térmico (endurecimento + envelhecimento), o que aumenta a dureza para 90–100 HB. Mas tenha em mente: o tratamento térmico pode causar empenamento de peças de paredes finas, portanto, projete as tolerâncias de processamento levando em consideração possíveis deformações.

Ao solicitar peças fundidas, certifique-se de indicar a classe de resistência exigida e as condições de operação. Usar a liga errada é a causa mais comum de falha prematura do produto. Por exemplo, uma tentativa de usar liga AK7ch para uma alavanca altamente carregada em vez de AK8ch resultará em falha por fadiga após 50.000 ciclos de carga em vez dos 200.000 projetados.

Controle de qualidade e defeitos típicos de fundição

Mesmo que toda a tecnologia seja seguida, a fundição com modelos de cera queimada em liga de alumínio está sujeita a defeitos específicos. Compreender a sua natureza permite-nos prevenir defeitos na fase de projeto. Os principais tipos de defeitos podem ser divididos em superficiais e internos.

Porosidade de gás.Parecem cavidades arredondadas dentro do metal ou na superfície da fratura. O motivo é a saturação do fundido com hidrogênio. O alumínio absorve ativamente o hidrogênio durante a fusão, que é liberado durante a cristalização, formando bolhas. Solução: usar refino por fusão com pastilhas de sais contendo cloro ou purgar com gás inerte (argônio) antes de vazar. Estamos introduzindo o monitoramento obrigatório do teor de hidrogênio usando um método expresso (teste de densidade) antes de cada fundição.

Junções frias.Linhas ou costuras na superfície de uma peça fundida onde duas correntes de metal se encontram, mas não se fundem. Eles ocorrem quando a temperatura do molde ou do metal é baixa ou quando o vazamento é muito lento. Visualmente eles se assemelham a rachaduras, mas não abrem sob estresse mecânico. Combatê-los requer aumentar a temperatura de vazamento para 740–750°C ou otimizar o design do sistema de passagem para acelerar o enchimento.

Conchas de encolhimento.Vazios ocultos em locais onde a massa está concentrada (junções de costelas). Eles são formados devido a uma violação da direção de cristalização. O metal endurece de maneira desigual e a fase líquida no centro não recebe nutrição dos portões. A única forma de combater isso é posicionar corretamente os refrigeradores no molde e alterar a geometria da peça (adicionando saliências tecnológicas para nivelar a espessura da parede).

Inclusões cerâmicas.Partículas de casca presas em metal. Ocorre quando o molde é destruído durante o vazamento ou devido à má adesão das camadas da casca. Tais defeitos são extremamente perigosos, pois atuam como concentradores de tensão. Utilizamos um sistema multicamadas com malha de reforço nas primeiras camadas e camadas de acabamento de zircão puro para evitar o contato do fundido com a areia.

Nosso departamento de controle de qualidade utiliza inspeção radiográfica (GOST R 50.05.01) para identificar defeitos internos em lotes críticos. Para cada lote de peças fundidas, realizamos análises espectrais da composição química e ensaios mecânicos de amostras testemunhas fundidas juntamente com o lote principal. Isto permite-nos garantir o cumprimento das características declaradas.

Eficiência econômica e tempo de produção

Muitos clientes em potencial acreditam erroneamente que a fundição em cera de liga de alumínio é sempre mais cara do que outros métodos. Isto só é verdade para a produção em massa de peças simples. Para componentes complexos com alto valor agregado, esta tecnologia geralmente se beneficia de usinagem reduzida.

Consideremos um exemplo: a produção de uma caixa de engrenagens com canais internos complexos. A fundição em areia exigirá a produção de 4 a 5 hastes metálicas, montagem do molde e, após a fundição, remoção das hastes e usinagem profunda dos canais. O custo de processamento pode chegar a 60% do preço da peça acabada. Ao usar um modelo perdido, os canais são formados imediatamente e a margem de processamento é mínima (1–2 mm em vez de 4–5 mm). A economia na metalurgia cobre os custos de cera e cerâmica mesmo com um lote de 100 peças.

O tempo de produção do primeiro lote (protótipo) é geralmente de 15 a 20 dias úteis. Destes, 5 a 7 dias são gastos no desenvolvimento de um modelo 3D e na fabricação de um modelo mestre em CNC, 3 a 4 dias na criação de um molde piloto de cera e 5 a 7 dias na condução de teste de fusão e obtenção de peças fundidas. Para produção em massa, o ciclo é reduzido para 7 a 10 dias, pois o equipamento principal já está pronto. Recomendamos reservar um intervalo adicional de 3 a 5 dias para logística de transporte e desembaraço aduaneiro para entregas de exportação.

Um fator de custo importante é o peso do sistema de portão. Em alguns casos, o peso dos portões excede o peso das peças fundidas úteis em 2 a 3 vezes. A otimização do cluster permite reduzir o consumo de metal em 15–20%, o que afeta diretamente o preço por quilograma de produtos acabados. Nossos engenheiros usam software de simulação de preenchimento de molde (Magmasoft ou ProCAST) para minimizar o volume do sprue antes de fazer fisicamente os modelos de cera.

Aplicação em diversas indústrias

A tecnologia encontrou ampla aplicação onde a confiabilidade e a precisão são mais importantes do que o preço de um quilograma de metal. Na indústria da aviação, as carcaças dos instrumentos, os elementos dos sistemas de controle e os suportes do motor são feitos de ligas de alumínio usando modelos de cera perdida. Os requisitos para tais peças são regulamentados pelos padrões da série ASTM B26 ou GOST R 53472 russo. Mesmo a porosidade microscópica é inaceitável aqui, então cada lote é submetido a 100% de inspeção por raios X.

Na indústria automotiva, o método é usado para produzir componentes de turboalimentadores, coletores de admissão e peças de suspensão premium. Exemplo: um coletor de admissão de formato complexo otimizado para fluxo de ar laminar. A moldagem por injeção não permitiria que esta geometria fosse feita sem linhas de separação do molde no interior do canal, o que comprometeria a aerodinâmica. O modelo perdido fornece uma estrutura monolítica com paredes lisas, aumentando a eficiência do motor em 2–3%.

As indústrias alimentícia e farmacêutica também utilizam ativamente essas peças fundidas para bombas e válvulas. Superfície lisa (Ra< 1,6 µm após o polimento) evita o acúmulo de bactérias e facilita a limpeza. As ligas do tipo AK7ch, que não contêm elementos tóxicos (chumbo, cádmio), são certificadas para contato com alimentos. Fornecemos esses componentes para fabricantes de equipamentos de envase de bebidas, onde os requisitos de higiene são particularmente rigorosos.

Deve ser dada especial atenção aos sectores energético e petroquímico, onde os requisitos relativos aos equipamentos são mais rigorosos. Esses são os setores em que a empresa atua.Wuxi Kaisheng Energia Elétrica e Equipamento Petroquímico Co., Ltd., especializada no projeto e fabricação de sistemas de alta carga, como trocadores de calor de casco e tubos de titânio, unidades ASME e resfriadores de ar. Embora os materiais primários para seus produtos sejam frequentemente aços inoxidáveis (316, 321), latão marinho C46400, ligas de cobre-níquel C70600 ou ligas de níquel N06625, os princípios de fabricação de precisão e controle de qualidade usados na fundição de precisão são a base para a criação de chapas tubulares confiáveis e conjuntos complexos de equipamentos de transferência de calor. Os produtos Wuxi Kaisheng, certificados pelos padrões PED e ASME, demonstram alta resistência à corrosão e capacidade de operar sob pressões e temperaturas extremas, o que é crítico para o refino de petróleo, dessalinização de água do mar e construção naval. A sinergia de tecnologias avançadas de fundição e experiência na produção de equipamentos de energia nos permite criar soluções customizadas que garantem o funcionamento estável de instalações industriais em todo o mundo.

Um de nossos clientes, fabricante de dispositivos médicos, encontrou um problema de vibração no suporte do módulo do sensor. A peça, fabricada por fresamento a partir de uma única peça, apresentava anisotropia de propriedades e ressoava em determinadas frequências. A mudança para fundição de precisão tornou possível alterar a estrutura interna dos grãos e adicionar reforços de amortecimento que seriam impossíveis de usinar economicamente. Como resultado, os níveis de vibração foram reduzidos em 40%, o que prolongou a vida útil do sensor.

Perguntas frequentes

Qual é o peso máximo de uma peça fundida?

É tecnologicamente possível fundir peças com peso de até 50–70 kg, mas o limite economicamente viável é de 10–15 kg. À medida que a massa aumenta, o risco de defeitos de contração aumenta acentuadamente e é necessário equipamento mais potente para fusão e vazamento. Para unidades pesadas, geralmente oferecemos uma opção combinada: os principais elementos de potência são soldados a partir de várias peças fundidas menores.

É possível obter uma peça colorida direto do forno?

Não. A cor do alumínio fundido após a fundição é cinza prateado com uma possível tonalidade amarelada devido aos óxidos. O revestimento decorativo (anodização, pintura a pó) é aplicado somente após limpeza mecânica e desengorduramento. A fundição com cera queimada de liga de alumínio fornece uma excelente base para anodização devido ao seu alto acabamento superficial, mas o processo de fundição em si não altera a cor do metal.

Qual é o pedido mínimo (MOQ) que você aceita?

Para novos projetos que envolvam a produção de um molde único, a quantidade mínima costuma ser de 50 peças. Isso se deve à depreciação do custo dos equipamentos. Se você já possui um modelo ou molde de cera pronto, estamos prontos para atender um pedido de 10 peças, mas o custo por unidade de produção será significativamente maior devido aos custos indiretos de reequipamento da linha.

Você fornece certificados de materiais?

Sim, anexamos um certificado de qualidade com os resultados da análise espectral e dos testes mecânicos a cada lote de peças fundidas. Se necessário, é possível realizar um exame independente em laboratórios credenciados. Todos os nossos processos de produção são certificados pela ISO 9001, garantindo a rastreabilidade de cada calor, desde o lote até o produto acabado.

Conclusão e próximos passos

A fundição em cera de liga de alumínio não é apenas uma forma de obter uma peça de trabalho, é uma ferramenta de otimização de engenharia. Permite combinar várias peças em uma, reduzir o peso da estrutura devido às paredes finas e eliminar usinagens caras. No entanto, o sucesso do projeto depende da avaliação correta da capacidade de fabricação do projeto numa fase muito inicial.

Se você está pensando em atualizar para esta tecnologia ou está procurando um parceiro confiável para projetos existentes, não deixe de auditar seus documentos de design. Nossos engenheiros estão prontos para realizar uma análise gratuita de desenhos e oferecer opções de otimização de fundição que economizarão seu orçamento a longo prazo.

Contate-nos hoje para discutir seu projeto. Envie-nos um modelo ou desenho 3D e em até 24 horas receberá uma estimativa preliminar de custo e tempo de produção. Trabalhamos com as normas GOST, DIN e ASTM, garantindo qualidade reconhecida no mercado global.

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