O processo de fundição por investimento, também conhecido como fundição de precisão ou fundição a cera perdida, envolve a formação de um molde cerâmico a partir de um padrão de cera. Os padrões de cera são feitos na forma exata do item a ser fundido. Cerâmica refratária é usada para revestir esse padrão. Uma vez que o material cerâmico endurecido é virado de cabeça para baixo, a cera derrete e escoa. As cascas cerâmicas endurecidas tornam-se moldes descartáveis para investimento. O metal fundido é vertido no molde e deixado para esfriar. A peça fundida é então removida do molde usado. O processo de “investir” (envolver) um padrão com materiais refratários é chamado de fundição por investimento. As vantagens da fundição por investimento em relação a outros métodos de moldagem incluem detalhes finos e acabamentos superficiais excelentes como fundidos. Fundidos com paredes finas e passagens internas complexas também são possíveis. A fundição por investimento não requer um alívio, como ocorre na fundição em areia.

A qualidade do processo pode produzir fundidos com forma exata ou quase exata, resultando em economias significativas de material, mão de obra e custos de usinagem para o cliente. Pode ser feito com a maioria dos metais comuns, como alumínio, bronze, magnésio, aço carbono e aço inoxidável. Lâminas de turbina, equipamentos médicos, componentes de armas de fogo, engrenagens, joias, cabeças de tacos de golfe e muitos outros componentes de máquinas complexas são fabricados com fundição por investimento.

Uma Descrição do Processo de Fundição por Investimento

Há várias etapas envolvidas no processo de fundição por investimento: construção do molde, fabricação do padrão de cera, criação do molde cerâmico, vazamento, solidificação, desmoldeo e limpeza.

Construção do Molde Metálico

Na fundição por investimento, o padrão de cera e o molde cerâmico são destruídos, então cada fundição requer um novo padrão de cera. Os padrões de cera devem ser fabricados a partir de moldes ou matrizes, a menos que a fundição por investimento esteja sendo usada para produzir um volume muito pequeno (como para trabalhos artísticos ou joias originais).

Ao calcular o tamanho da matriz principal, é importante levar em conta a contração do padrão de cera, a contração do material cerâmico investido sobre o padrão de cera e a contração da própria peça fundida.

Produção do Padrão de Cera

Um padrão de cera é sempre necessário para cada fundição; cada fundição precisa de um padrão de cera.

O molde ou matriz é preenchido com cera quente e deixado para solidificar. Qualquer característica interna pode exigir núcleos. O padrão de cera é uma réplica exata da peça a ser fabricada. A cera é usada em vez de metal fundido neste método, que é semelhante à fundição em matriz.

Criação do Molde

O molde de cera é equipado com um sistema de alimentação (canal, barras condutoras e alimentadores). Vários padrões de cera são anexados a um sistema de alimentação central de cera para formar uma montagem em forma de árvore para fundições menores. Para introduzir o metal fundido no molde, uma copo de vazamento é normalmente anexado ao final das barras condutoras.

Uma “árvore de padrões” montada é mergulhada em uma mistura de sílica de grão fino. Cada vez que é mergulhada, mais mistura refratária é adicionada. À medida que o revestimento refratário atinge a espessura desejada, é deixado para secar e endurecer; o revestimento seco forma uma casca cerâmica em torno dos padrões e do sistema de alimentação.

Isso é determinado pelo tamanho e peso da peça a ser fundida, bem como pela temperatura de vazamento do metal. As paredes têm geralmente 0,375 polegadas de espessura (9,525 mm). O molde cerâmico endurecido é colocado em um forno e aquecido até que a cera derreta e escoe. Como resultado, é criada uma casca cerâmica oca.

Vazamento

Um molde cerâmico é aquecido entre 1000°F e 2000°F (550°C e 1100°C). O aquecimento fortalece ainda mais o molde, remove qualquer cera ou contaminantes restantes e evapora a água do material do molde.

Enquanto ainda está quente, o metal fundido é vertido no molde – o metal líquido flui para o copo de vazamento, através do sistema de alimentação central e para cada cavidade do molde. O metal flui facilmente através de seções finas e detalhadas devido ao molde pré-aquecido. À medida que o molde e a peça fundida esfriam e encolhem juntos, a peça fundida tem melhor precisão dimensional.

Resfriamento

Depois que o metal foi vertido no molde, ele esfria e solidifica. O tempo que leva para um molde esfriar até um estado sólido depende do material utilizado e da espessura da peça fundida.

Desmoldeo

À medida que a peça fundida solidifica, os moldes cerâmicos se quebram e a peça pode ser removida. Normalmente, os moldes cerâmicos são quebrados manualmente ou com jatos de água. Usando métodos como impacto manual, serragem, corte, queima ou quebra a frio com nitrogênio líquido, as peças fundidas individuais são separadas do sistema de alimentação.

Acabamento

Operações de moagem ou jateamento são normalmente usadas para alisar a peça nos canais e remover imperfeições. Dependendo do metal do qual a peça foi fundida, o tratamento térmico pode ser empregado para endurecer o produto final.

O Melhor Momento para Usar a Fundição por Investimento

Devido à sua complexidade e requisitos de mão de obra, a fundição por investimento é um processo relativamente caro – embora os benefícios frequentemente superem os custos. Quase qualquer metal pode ser fundido por investimento. Normalmente, as peças fundidas por investimento são pequenas, mas o processo pode ser aplicado efetivamente a peças que pesam 75 libras ou mais.

A fundição por investimento pode produzir peças complexas com excelentes acabamentos superficiais. Como as cascas cerâmicas se desprendem da peça ao esfriar, as fundições por investimento não requerem um alívio para remover os componentes dos moldes. Com esse recurso de produção, fundições com ângulos de 90 graus podem ser projetadas sem compensação para contração e sem a necessidade de usinagem adicional. A fundição por investimento produz peças com precisão dimensional superior; peças com forma exata podem frequentemente ser produzidas, e formas acabadas geralmente não requerem usinagem secundária. Para produzir padrões de cera, cada corrida de fundição única requer uma nova matriz. Ferramentas para fundição por investimento podem ser bastante caras; os custos de ferramentas podem variar de $1000 a $10.000, dependendo de sua complexidade.

Para pedidos de grande volume, o tempo e a mão de obra economizados ao eliminar ou reduzir a usinagem secundária facilmente compensam o custo das novas ferramentas. Investimentos em pequenas corridas de fundição são menos propensos a serem recuperados. Se você precisar fazer mais de 25 peças, a fundição por investimento é uma escolha lógica.

Normalmente, leva-se 7 dias para que um padrão de cera se torne uma peça fundida completa; a maior parte desse tempo é gasto na criação e secagem do molde de casca cerâmica. As fundições podem ser produzidas mais rapidamente em algumas fundições que possuem instalações de secagem rápida. A natureza trabalhosa da fundição por investimento afeta mais do que apenas o custo. Como as fundições por investimento possuem equipamentos e capacidade de produção limitados, os prazos de entrega geralmente são longos.