A regra mais importante para peças fundidas de ferro fabricáveis é espessura de parede uniforme . A maioria dos defeitos de fundição – porosidade, cavidades de contração, rachaduras e empenamentos – remontam a mudanças abruptas de espessura que causam resfriamento irregular. Projetistas que mantêm a variação da espessura da parede dentro 20% entre seções adjacentes eliminar a maioria dos problemas de fundição evitáveis antes que a peça chegue à fundição.
Além da espessura da parede, vários outros fatores de projeto afetam diretamente se um fundição de ferro pode ser produzido de forma confiável, barata e com boas propriedades mecânicas. Este artigo cobre cada um deles com diretrizes práticas e viáveis.
O ferro encolhe aproximadamente 1% a 2% em volume à medida que solidifica. Queo uma peça tem seções grossas e finas, as áreas espessas esfriam e encolhem mais tarde do que as finas, criando tensão interna e frequentemente formando cavidades de contração nas zonas espessas. Como orientação geral, mantenha a espessura da parede entre 4mm e 25mm para a maioria das peças de ferro cinzento e dúctil e evite transições repentinas maiores que uma proporção de 2:1 entre paredes adjacentes.
Onde a variação de espessura for inevitável, use transições cônicas em vez de etapas acentuadas. Uma conicidade gradual espalha o gradiente de resfriamento por uma distância maior, reduzindo a concentração de tensão que leva à fissuração.
Cantos internos afiados atuam como elevadores de tensão e são uma das principais causas de rasgos a quente durante a solidificação. Como regra prática, os raios internos do filete devem ser pelo menos 25% da espessura da parede adjacente , com mínimo de 3 mm mesmo em seções finas.
As transições arredondadas também melhoram o preenchimento do molde, uma vez que o ferro fundido flui mais suavemente nas curvas do que nos ângulos agudos, reduzindo defeitos relacionados à turbulência.
O ângulo de saída é a ligeira conicidade aplicada às superfícies verticais para que o padrão possa ser retirado do molde de areia sem danificar a cavidade do molde. Sem calado adequado, as fundições devem usar ferramentas mais complexas ou aceitar defeitos superficiais causados por rompimento do molde, ambos os quais aumentam os custos.
| Tipo de superfície | Ângulo de inclinação recomendado |
|---|---|
| Superfícies externas | 1° a 2° |
| Superfícies internas (núcleos) | 2° a 3° |
| Cavidades profundas ou estreitas | 3° ou mais |
Os risers atuam como reservatórios de metal fundido que alimentam a peça fundida à medida que ela encolhe durante o resfriamento, evitando vazios internos. Os projetistas devem identificar antecipadamente as seções mais pesadas de uma peça, uma vez que essas áreas – chamadas de pontos quentes – solidificam por último e precisam de alimentação direta do riser.
Um princípio de design útil é solidificação direcional : a peça deve ser projetada de forma que as seções mais finas solidifiquem primeiro, alimentando progressivamente as seções mais grossas, com o riser localizado no ponto mais grosso e último a solidificar. Peças projetadas sem essa progressão são muito mais propensas à porosidade de contração interna, mesmo que as regras de espessura da parede sejam seguidas.
Os núcleos são usados para formar cavidades internas, furos ou recortes que o molde externo não consegue produzir sozinho. Embora necessário para características funcionais, cada núcleo acrescenta custo, complexidade de montagem e uma fonte potencial de imprecisão dimensional, uma vez que os núcleos podem mudar ligeiramente durante o vazamento.
Como o ferro se contrai à medida que esfria, os padrões devem ser construídos sobredimensionados para compensar. As tolerâncias de encolhimento padrão são aproximadamente 1% para ferro cinzento and 0,8% a 1% para ferro dúctil , embora os valores exatos dependam da geometria da peça e da espessura da seção. Os projetistas devem comunicar claramente as tolerâncias críticas à oficina de fundição para que as tolerâncias de contração sejam aplicadas corretamente nas dimensões funcionais, e não apenas no tamanho geral da peça.
As peças fundidas de ferro mais fáceis de fabricar resultam da colaboração inicial entre engenheiros de projeto e engenheiros de processo de fundição, e não de desenhos finalizados entregues sem informações. As fundições podem identificar prováveis pontos quentes, recomendar locais de canais e risers e sinalizar requisitos de tolerância que aumentarão os custos antes que as ferramentas sejam cortadas.
Na prática, envolver a fundição durante a fase de revisão do projeto — e não após a finalização dos desenhos — geralmente reduz o retrabalho das ferramentas e as taxas de rejeição do primeiro artigo, uma vez que os problemas de geometria são detectados antes de qualquer metal ser vazado. O design para a capacidade de fabricação não é uma lista de verificação única, mas um processo iterativo melhor tratado como uma parceria entre as equipes de design e produção.
