A fundição de rotores de grandes dimensões (geralmente com diâmetros externos de 500 mm ou com estruturas de canais de fluxo complexos e de paredes finas) representa um desafio na indústria de fundição, devido à sua estrutura complexa, espessura de parede irregular e requisitos extremamente rigorosos de precisão dos canais de fluxo e qualidade da superfície. A seleção da rota de processo convencional e o subsequente controle de defeitos são fatores-chave para o sucesso ou fracasso do processo.
1. Seleção dos principais processos de fundição
Para diferentes materiais e requisitos de precisão, os três processos a seguir são comumente usados para rodas de lâminas grandes:
Fundição de precisão (método de perda de cera): É o processo principal para rotores de aço inoxidável e aço-liga. Capaz de reproduzir superfícies de pás complexas com alta precisão dimensional (CT4-CT6), adequado para rotores complexos de pequeno e médio porte. No entanto, para tamanhos ultragrandes (como 1 metro), os moldes de cera são propensos a deformações, dificultando o controle da resistência da carcaça.
Fundição em areia resinada: adequada para grandes impulsores de aço fundido e ferro (como impulsores de ventiladores de usinas de energia com diâmetro de vários metros). Baixo custo e grande adaptabilidade, porém a superfície da peça fundida é áspera e a precisão das dimensões dos canais é ligeiramente inferior, exigindo um tempo considerável de polimento posteriormente.
Fundição composta (molde de investimento + molde de areia): Para impulsores com dimensões grandes e pás complexas, é comum usar moldes de investimento para as partes das pás e moldes de areia para as partes do cubo e dos raios, que são combinados e fundidos. Isso permite equilibrar a precisão das pás com a implementação de estruturas de grande escala.
Fundição por gravidade/baixa pressão: comumente usada para impulsores grandes de ligas de alumínio e cobre, com preenchimento uniforme e bom efeito de contração, o que pode reduzir efetivamente a porosidade.
2. Dificuldades e contramedidas do processo central
Os aspectos mais problemáticos da fundição de rodas de grande porte são o preenchimento incompleto, a porosidade por contração e as fissuras a quente.
Sistema de enchimento e vazamento: As pás do impulsor são finas, o canal de fluxo é estreito e o metal líquido tende a resfriar prematuramente, causando isolamento térmico ou vazamento insuficiente. O vazamento pelo fundo, por fenda ou por chuva circular são comumente usados para permitir que o metal fundido suba suavemente; para impulsores de aço inoxidável de paredes finas, às vezes é necessário aumentar a temperatura de vazamento e acelerar a velocidade de vazamento.
Controle de contração e solidificação: A junção entre a lâmina e o cubo (ponto quente) é propensa a contração e folga. O processo será otimizado pela colocação de alimentadores (abertos/escuros) e ferro frio, e pelo uso de simulação numérica computacional (CAE) para forçar a peça fundida a formar uma sequência de solidificação direcional de baixo para cima, garantindo que o metal líquido seja reposto no local.
Prevenção de deformações e fissuras: Peças de grandes dimensões e paredes finas sofrem resfriamento irregular e estão sujeitas a altas tensões, o que pode facilmente levar a deformações por empenamento ou fissuras. Além de otimizar a estrutura de fundição (para evitar mudanças bruscas na espessura da parede), o ferro fundido a frio é frequentemente utilizado na moldagem, e areia de moldagem com boa capacidade de escoamento é selecionada. Peças de aço inoxidável exigem atenção à taxa de resfriamento para evitar a precipitação de fases frágeis que podem causar fissuras.
3. Defeitos comuns e medidas preventivas
Porosidade: Devido à presença de gás na areia de moldagem, exaustão inadequada ou presença de gás no metal fundido. É necessário controlar o teor de umidade da areia de moldagem, aumentar o diâmetro do canal de alimentação de saída de gás e instalar uma tela de filtragem. Para componentes importantes, pode-se utilizar fundição a vácuo ou fusão com desgaseificação a vácuo.
Inclusão de escória/porosidade: a inclusão de escória é causada pelo desprendimento de partículas do sistema de vazamento ou pela oxidação do metal fundido. É necessário intensificar a limpeza da cavidade do molde, utilizar filtros resistentes ao fogo, garantir o projeto de bloqueio de escória do sistema de vazamento e assegurar o tempo de decantação do metal fundido.
Trincas: Trincas a quente são frequentemente causadas por contração obstruída. É necessário otimizar a posição do alimentador para evitar o desprendimento do material, controlar o teor de enxofre e fósforo e garantir que o molde tenha retração suficiente.
Antes da fundição de rodas modernas de grande porte, softwares como ProCAST e AnyCasting são geralmente utilizados para simular o enchimento e a solidificação.