5 Tipos de tolerâncias de padrão na fundição

1. Introdução

As permissões de padrão são fundamentais para fundição de metal, garantir que o produto final atenda às especificações do projeto, apesar dos comportamentos inerentes do material e do processo.

A fundição de metal está sujeita a encolhimento, expansão térmica, fricção do molde, e requisitos de pós-processamento, tornando essencial modificar as dimensões do padrão antes da produção intencionalmente.

Compreender e aplicar as tolerâncias corretas melhora a precisão dimensional, acabamento superficial, e desempenho mecânico, reduz a sucata, e otimiza a eficiência da produção.

2. O que são permissões de padrão?

Subsídios de padrão são ajustes dimensionais deliberados feitos nos padrões de fundição para compensar mudanças previsíveis que ocorrem durante o processo de fundição..

Quando o metal fundido solidifica e esfria, suas dimensões não correspondem exatamente ao padrão original devido a fatores como encolhimento, distorção, fricção do molde, e operações de pós-processamento.

As licenças de padrão garantem que o a fundição acabada atende às especificações do projeto.

Em essência, tolerâncias de padrão são “correções” integradas aplicadas a um padrão para levar em conta:

• Encolhimento metálico Durante a solidificação
• Operações de usinagem ou acabamento que removem material
• Ângulos de rascunho necessário para fácil remoção do molde
• Distorção ou empenamento durante o resfriamento
• Camadas adicionais de revestimentos, chapeamento, ou tratamentos termais

Calculando e aplicando cuidadosamente esses subsídios, fundições podem produzir peças fundidas que são dimensionalmente preciso, funcional, e econômico, mesmo para formas complexas ou componentes de alta precisão.

As licenças adequadamente projetadas reduzem o retrabalho, taxas de sucata, e melhorar a eficiência geral da produção.

3. Tipos de tolerâncias de padrão

As licenças de padrão são modificações dimensionais intencionais aplicado aos padrões de fundição para garantir que as peças fundidas finais conformar-se precisamente aos requisitos do projeto, compensar comportamento do material durante a solidificação, e acomodar operações pós-fundição.
Cada tipo de subsídio tem um propósito distinto, abordando fenômenos específicos no processo de fundição.
Subsídios adequadamente projetados são essenciais para minimizando defeitos, reduzindo o retrabalho, e garantindo o desempenho funcional dos componentes fundidos.

Subsídio de encolhimento

• Propósito: Para compensar contração do metal durante a solidificação e resfriamento.
  Sem subsídio de encolhimento, as peças fundidas serão menores do que o pretendido, potencialmente não atendendo às especificações do projeto.
  A tolerância de encolhimento garante precisão dimensional, ajuste funcional, e compatibilidade com peças correspondentes.

  

• Mecanismo:
  A margem de redução compensa redução de volume durante solidificação e resfriamento.

• • Encolhimento líquido: À medida que o metal fundido esfria até a temperatura solidus, Átomos se aproximam, causando um redução na densidade.
    A colocação do riser garante que o metal fundido dos alimentadores alimenta as áreas cada vez menores, prevenção de cáries.
  • Encolhimento sólido: A contração adicional ocorre à medida que o metal solidificado esfria até a temperatura ambiente..
    O superdimensionamento de padrões explica isso por expandindo as dimensões iniciais do padrão proporcionalmente às taxas de contração específicas do material.
  • Gradientes térmicos e espessura da seção: Seções mais grossas esfriam mais lentamente, levando a encolhimento diferencial.
    O design de padrão adequado incorpora sobredimensionamento variável, garantindo dimensões uniformes em regiões finas e grossas.

Exemplos de contração específica de material:

Significado: Previsão precisa de encolhimento evita defeitos como porosidade, rachaduras, ou desajustados, particularmente em aeroespacial, automotivo, e componentes industriais.

Permissão de usinagem

• Propósito: Fornecer material extra em superfícies críticas para garantir que usinagem pós-fundição alcança o dimensões finais precisas e qualidade da superfície.
  Sem subsídio de usinagem, as peças fundidas podem falhar tolerâncias dimensionais devido à rugosidade da superfície, irregularidades do molde, ou pequenas variações de encolhimento.

  

• Mecanismo:
  O subsídio de usinagem fornece material extra em superfícies funcionais para compensar:

• • Irregularidades de superfície: Moldes de areia ou de investimento introduzem rugosidade e pequenos desvios dimensionais. A espessura extra permite remoção de material para obter tolerâncias precisas.
  • Correções pós-casting: Variações de encolhimento, deformação menor, ou defeitos localizados são corrigidos durante a usinagem, garantindo que a geometria final corresponda ao projeto de engenharia.
  • Remoção previsível: Os padrões incluem um espessura pré-calculada para virar, fresagem, ou moagem, garantindo profundidade de usinagem uniforme e evitando cortes excessivos.

• Faixa típica: 1–5 mm dependendo dos requisitos de material e tolerância.
• Impacto: Garante integridade funcional de componentes de precisão como engrenagens, eixos, ou flanges.

Projeto de subsídio

• Propósito: Para habilitar remoção suave e sem danos do padrão da cavidade do molde.
  Projecto de subsídio impede raspagem, rasgando, ou quebra de paredes de molde, o que pode resultar em defeitos de superfície ou imprecisões dimensionais.

• Mecanismo:
  O projeto de subsídio introduz um ligeira conicidade em superfícies verticais ou quase verticais do padrão:

• • Redução de atrito: A conicidade reduz atrito entre as paredes sólidas do molde e o padrão durante a extração.
  • Danos minimizados ao molde: Evita rasgos, alongamento, ou rachaduras em moldes de areia ou conchas, manutenção integridade da cavidade.
  • Forças de remoção uniformes: Garante que paredes finas e recursos complexos não grudem, permitindo precisão dimensional consistente em vários castings.
  • Otimização de ângulo: O ângulo de saída é determinado com base em tipo metálico, material de molde, e altura da parede, normalmente 1–3° para metais, maior para plásticos ou resinas.

• Impacto: Reduz taxas de rejeição, minimiza o desgaste do molde, e permite alta repetibilidade em produção, especialmente para peças fundidas complexas ou altas.

Permissão de distorção

• Propósito: Para compensar deformação geométrica causado por resfriamento irregular, tensões internas, ou encolhimento diferencial.
  Sem permissão de distorção, peças fundidas longas ou de paredes finas podem deformar, torção, ou dobrar, levando a desalinhamento, problemas de montagem, ou rejeição.

• Mecanismo:
  O subsídio de distorção é responsável por deformação causada por resfriamento irregular ou tensões residuais:

• • Gradientes de contração térmica: Como seções grossas e finas esfriam em taxas diferentes, tensões internas podem causar empenamento ou flexão. Padrões pré-deformados neutralizam a distorção esperada.
  • Relaxamento do estresse: Ao antecipar padrões de tensão residual, o padrão é intencionalmente projetado com geometria que restaura a forma desejada após o resfriamento.
  • Ajuste baseado em simulação: As fundições modernas usam simulações térmicas e estruturais para prever distorções e calcular deslocamentos de padrões precisos.

• Aplicativos: Crítico em componentes assimétricos, grandes quadros, e carcaças de turbina.

Subsídio de rap

• Propósito: Para dar conta ligeiro aumento ou distorção de cavidades de mofo causadas pela força aplicada ao remover o padrão (rap).
  Sem esse subsídio, paredes finas ou núcleos intrincados podem colapsar ou deformar, comprometendo a precisão dimensional.

• Mecanismo:
  O subsídio de rap compensa aumento da cavidade causado por forças mecânicas durante a remoção do padrão:

• • Forçar transferência: Quando o padrão é extraído, a energia é transferida para o material do molde, comprimindo ou esticando levemente as paredes do molde.
  • Resposta específica do material: Moldes de areia solta ou moldes de casca fina podem deformar-se sob forças de extração.
    O padrão é ligeiramente subdimensionado em áreas críticas para que a cavidade corresponda às dimensões do projeto após a batida.
  • Proteção de parede fina: Garante que características delicadas permaneçam intactas, prevenindo quebra ou falhas superficiais durante a desmoldagem.

• Aplicativos: Particularmente importante para moldes de areia verde e geometrias complexas.

Permissão de usinagem ou acabamento para revestimento ou chapeamento

• Propósito: Para fornecer material adicional para compensar perdas materiais durante acabamento superficial, galvanoplastia, ou revestimentos duros.
  Isto garante a a fundição final permanece dentro das tolerâncias dimensionais após remoção ou deposição do revestimento.

• Mecanismo:
  A margem de acabamento garante que o material removido durante o tratamento de superfície não compromete a precisão dimensional:

• • Deposição ou remoção de material: Galvanoplastia, pintura, ou o polimento pode alterar as dimensões da superfície.
    Espessura extra no padrão garante o as dimensões finais permanecem dentro da tolerância após revestimento ou acabamento.
  • Subsídio uniforme: Os padrões incluem um margem calculada, normalmente 0,05–0,2 mm, para acomodar a variabilidade do processo.
  • Crítico para tolerâncias restritas: Especialmente importante para a indústria aeroespacial, automotivo, ou peças decorativas onde integridade da superfície e precisão dimensional são críticos.

• Valores típicos: 0.05–0,2 mm dependendo do tipo e espessura do revestimento.
• Aplicativos: Acabamento automotivo, componentes aeroespaciais, ou ferragens decorativas que exijam alta qualidade de superfície e resistência à corrosão.

4. Fatores que afetam as tolerâncias de padrões

As licenças de padrão são ajustes dimensionais intencionais aplicado aos padrões de fundição para garantir que a fundição final atenda às especificações do projeto.

A magnitude e o tipo de subsídios dependem de uma combinação de propriedades dos materiais, Método de fundição, geometria, e requisitos de pós-processamento.

Propriedades dos materiais

• Expansão térmica e contração: Metais e ligas expandem quando aquecidos e contraem durante a solidificação.
  Ligas de alto ponto de fusão, como aço inoxidável e aços de alto carbono, podem exigir maiores tolerâncias de contração do que metais de baixo ponto de fusão, como alumínio ou zinco..
• Comportamento de solidificação: Materiais com contração significativa de líquido para sólido (por exemplo, aço manganês, zinco) exigem tolerâncias precisas para evitar vazios internos ou imprecisões dimensionais.
• Transformações de fase: Ligas que passam por transformações de estado sólido (por exemplo, formação de perlita em aços) pode sofrer encolhimento adicional, influenciando cálculos de subsídios.

Método de fundição

• Fundição em Areia contra. Fundição de investimento: Moldes de areia são mais porosos e compressíveis, muitas vezes reduzindo a necessidade de licenças preliminares, Considerando que a fundição com moldes cerâmicos rígidos requer tolerâncias de estiramento e contração cuidadosamente calculadas.
• Permanente vs.. Moldes descartáveis: Moldes descartáveis (por exemplo, areia verde ou cera perdida) pode exigir tolerâncias maiores tanto para encolhimento quanto para distorção, enquanto moldes permanentes (aço ou ferro fundido) são dimensionalmente estáveis, permitindo tolerâncias mais rigorosas.

Geometria e espessura da seção

• Formas Complexas: Paredes finas, costelas longas, ou cavidades profundas podem causar resfriamento irregular e encolhimento localizado, necessitando de distorção e permissões de rap.
• Variação de seção: Grandes diferenças na espessura da seção podem levar ao encolhimento diferencial; seções mais grossas solidificam mais lentamente, potencialmente causando marcas de afundamento, enquanto seções mais finas podem esfriar rapidamente e contrair menos.

Requisitos de usinagem e acabamento

• Usinagem de subsídios: Peças que passarão por usinagem pós-fundição (por exemplo, flanges, Superfícies de rolamento) requer material adicional, normalmente 1–3 mm dependendo da liga e do processo de usinagem.
• Permissões de revestimento ou chapeamento: Podem ser adicionadas licenças adicionais para compensar a espessura dos revestimentos, anodização, ou operações de galvanização.

Manuseio e remoção de padrões

• Projecto de subsídios: Os padrões devem incluir ângulos de saída para permitir a remoção suave dos moldes sem danificar a cavidade do molde.
  A tiragem necessária varia de acordo com o tipo de molde e material: 1–3° para metais em moldes de areia, 2–5° para moldes de investimento rígidos.
• Subsídio de rap: Força excessiva durante a remoção do molde pode causar deformação; as tolerâncias podem compensar pequenas distorções do molde durante a ejeção.

Condições Ambientais e de Processo

• Temperatura e Umidade: Materiais de molde como areia ou gesso expandem ou contraem com o teor de umidade, afetando a precisão dimensional.
• Práticas de fundição: Taxas de resfriamento, compactação de molde, e o pré-aquecimento do molde pode influenciar sutilmente as tolerâncias do padrão, especialmente em fundições de alta precisão ou em grande escala.

5. Desafios comuns e melhores práticas

As tolerâncias do padrão são essenciais para garantir peças fundidas precisas, mas aplicá-los incorretamente pode levar a erros dimensionais, defeitos, e aumento de custos.

6. Conclusão

As licenças de padrão são crítico para o sucesso do elenco, influenciando diretamente a precisão dimensional, desempenho mecânico, e eficiência de fabricação.

Compreendendo e aplicando os **cinco tipos principais – encolhimento, usinagem, rascunho, distorção, e subsídios de batida/revestimento -**ajuda engenheiros e profissionais de fundição a produzir alta qualidade, peças fundidas sem defeitos.

A integração de licenças com simulação moderna e controle de qualidade robusto garante consistente, produção econômica, mesmo para geometrias complexas e materiais de alto desempenho.

 

Perguntas frequentes

Qual é a permissão de padrão mais importante?

A tolerância de encolhimento é a mais crítica, pois aborda diretamente a contração volumétrica do metal durante o resfriamento.

A tolerância de encolhimento incorreta leva a peças fundidas subdimensionadas, que muitas vezes são descartados ou exigem reparos de soldagem caros.

Como é calculada a margem de redução?

A tolerância de contração é calculada como uma porcentagem linear da dimensão nominal da peça fundida:

Dimensão do padrão = Dimensão nominal × (1 + taxa de encolhimento). Por exemplo, um 100 peça de ferro fundido cinza mm (1.0% encolhimento) requer um 101 padrão mm.

Por que o projeto de subsídio é necessário?

A tolerância ao calado evita danos ao molde e deformação do padrão durante a remoção.

Sem rascunho, o atrito entre o padrão e a areia do molde pode causar erosão da areia ou quebra do padrão, levando a peças fundidas defeituosas.

Quanto subsídio de usinagem é necessário para fundição de precisão?

A fundição de investimento tem uma superfície lisa como fundida (RA 1.6-3,2 μm), então a margem de usinagem é menor (0.5–1,5 mm para superfícies externas) Comparado ao elenco de areia (2–4 mm).

Quando é necessária a tolerância à distorção?

A tolerância à distorção é necessária para, paredes finas, ou peças fundidas de aço de alto carbono, onde o resfriamento desigual ou as transformações de fase causam empenamento. Muitas vezes é determinado por meio de simulação ou lançamentos de teste.

O que é subsídio de rap, e por que é pequeno?

A margem de batida compensa o alargamento da cavidade do molde durante a batida do padrão.

É pequeno (0.1–0,5 mm) porque as alterações na cavidade induzidas por batida são mínimas em comparação com a contração ou a margem de usinagem.