PROCESSOS DE FUNDIÇÃO

1. Princípio dos processos de fundição

Moldagem de ligas metálicas no estado líquido.

2. Exemplos de produtos obtidos

– lingotes;– tarugos;– bases de máquinas;– carcaças de máquinas;– blocos de motores;– rodas e polias;– estátuas

3. Características Gerais

– processo primário (parte da matéria prima bruta): produz lingotes e tarugos– processo secundário: produz peças já acabadas ou semi-acabadas– muito flexível:

– formas variadas;– tamanhos variando de quilogramas a toneladas;– materiais ferrosos (aços, ferros-fundidos) e não-ferrosos (alumínio, cobre, zinco,

magnésio, estanho, chumbo)– normalmente é necessário posterior acabamento e obtenção de detalhes por usinagem

4. Fenômenos na solidificação do metal

– cristalização

– crescimento orientado pode fragilizar as diagonais (solução: arredondar cantos)

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Nucleação e crescimento de grãos cristalinos

Efeito do crescimento ordenado de grãos cristalinos

– contração de volume (líquida/solidificação/sólida), que pode ocasionar:

– rechupe ou vazio de chupagem

– trincas a quente

– tensões residuais

– concentração de impurezas (fósforo, enxofre, manganês, silício e carbono). Não é crítico porque acúmulo ocorre em regiões centrais (geralmente de baixas tensões)

– desprendimento de gases CO e CO2: forma bolhas na peça (controlar composição química mais rigorosamente, se necessário)

Perguntas:

1. Os processos de fundição se classificam como processos primários ou secundários de fabricação?

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2. O que é o rechupe?

3. Em qual região das peças fundidas há maior probabilidade de acúmulo de impurezas? Essas regiões são críticas?

5. Etapas do processo de fundição

– desenho da peça– projeto do modelo– confecção do modelo (modelagem)– confecção do molde (moldagem)– confecção de machos (permitem a obtenção de furos)– fusão do metal– vazamento no molde– limpeza e rebarbação– controle de qualidade

6. Projeto do Modelo

– materiais: madeira, alumínio, aço (moldagem em casca), cera (moldagem por cera perdida), isopor (moldagem plena);

– evitar cantos vivos

– utilizar massalote (cabeça-quente) ou alimentador e geometrias convenientes

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– considerar contração do metal– evitar fissuras de contração;– prever diminuição do tamanho da peça em relação ao modelo

– deixar sobre-metal para posterior usinagem

– considerar espessura mínima das paredes da peça a ser obtida (dependente da fluidez do metal fundido):

– aproximadamente 3mm em fundição em areia/molde metálico– aproximadamente 1mm em fundição sob pressão

– prever conicidade/ ângulo de saída de 3 graus

– eliminar rebaixos

– verificar divisão do modelo

– prever colocação de canais de vazamento

– estudar localização dos machos

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Perguntas:

4. Por que as peças obtidas por processos de fundição não podem ter cantos vivos?

5. Como o rechupe pode ser evitado ou controlado?

6. Por quais motivos deve-se fazer o modelo ou o molde de dimensões maiores que as dimensões da peça final quando são utilizados processos de fundição?

7. O que acontece se as paredes do molde forem muito estreitas (menores que 1 mm, por exemplo) ?

8. O deve ser feito em relação à geometria do modelo para facilitar sua retirada de dentro do molde?

9. Para que servem os machos em processos de fundição?

7. Molde

O tipos de moldes distinguem os processos de fundição:– molde temporário:

– molde de areia de fundição (areia verde, areia-seca, areia-cimento);– moldagem em casca;– fundição por cera perdida;

– molde permanente:– molde metálico;– fundição por centrifugação;– fundição sob pressão;– fundição contínua;

– moldes mistos: partes permanentes, partes temporárias

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7.1 Moldes temporários

7.1.1 Moldagem em areia de fundição

Molde é composto por caixa de moldagem (metálica) dividida em duas partes (superior e inferior), preenchida com areia de fundição.

Areia de fundição: areia com aglomerantes (argila, breu, outros) e água.Forma do molde é obtida em função da forma do modelo.

Deve-se aplicar desmoldante ao modelo (talco, grafite) para facilitar sua retirada de dentro do molde.

Para retirada da peça é necessário quebrar o molde. Aproximadamente 98% areia pode ser reaproveitada.

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A moldagem em areia pode ser manual, semi-automática ou automática. Pode-se, por exemplo, encher a caixa de moldagem e compactar a areia automaticamente.

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Requisitos dos moldes em areia:– resistência mecânica: necessita suportar a pressão do metal líquido– resistência ao calor: necessita suportar a altas temperaturas (material deve ser refratário)– resistência à erosão: escoamento do metal tende a erodir o molde– permeabilidade: permite dissipação de gases, que podem prejudicar acabamento– complacência a pequenas deformações: permite ligeira contração da peça

Tipo de areia limita acabamento superficial das peças:– areia verde: mais úmida, pior acabamento (mais barata)– areia-seca, areia-cimento: melhor acabamento

Em uma variação da moldagem em areia, denominada moldagem plena, utilizam-se modelos de espuma de poliestireno (isopor). Não é necessário retirar o modelo antes do vazamento do metal (é vaporizado ou queimado pelo metal fundido).

Vantagens: não são necessários ângulos de saída ou cantos arredondados.Desvantagem: geração de gases pode piorar acabamento superficial.

7.1.2 Moldagem em casca (“shell molding”)

Molde é composto por mistura de areia (mais fina) e resina.Possui formato de uma casca, obtido sobre modelo metálico.

Depois de obtida a forma geométrica, conforme o modelo, deve ser feita a cura do molde para garantir boa resistência mecânica.

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Possui melhor acabamento que a moldagem em areia.Exige maiores investimentos.É mais indicado para peças pequenas e complexas.

7.1.3 Fundição de cera perdida

Utilizam-se dois moldes: um para obtenção de modelos em cera e outro para obtenção das peças no material desejado.

O primeiro molde é feito em alumínio ou outro metal que possa ser facilmente trabalhado. Já o segundo molde é composto por pasta refratária (areia fina e resina).

Vantagens:– possibilidade de produção em massa de peças complexas– permite cantos vivos– utilização de qualquer metal ou liga– peças praticamente acabadas

Desvantagens:– altos custos– limitação a peças pequenas (5 Kg)

Perguntas

10. O molde em areia verde é reaproveitável? Quantas peças são obtidas a partir de um mesmo molde? Quantos moldes podem ser obtidos a partir de um mesmo modelo?

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11. Cite pelo menos duas propriedades requisitadas aos moldes em areia.

12. Quais são as vantagens e desvantagens da moldagem plena (modelo em isopor)?

13. Quais são as vantagens e desvantagens de processos de fundição em casca?

14. Quais são as funções de cada um dos dois moldes utilizados na fundição por cera perdida?

7.2 Moldes permanentes

Fabricados em materiais metálicos.Permitem a obtenção de centenas de milhares de peças com um único molde.Vantagens: melhor acabamento superficial, tolerâncias dimensionais e resistência mecânica.Desvantagens: maiores custos (viável para produção seriada), metais para peça devem ter

ponto de fusão menor que metal dos moldes, possível diminuição da tenacidade do material da peça.

7.2.1 Moldes metálicos

– lingoteiras

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7.2.2 Fundição sob pressão

Metal líquido é bombeado para o interior de uma matriz (molde).

Matrizes são refrigeradas a água para aumento da vida útil do molde e resfriamento mais rápido da peça em fabricação.

Vantagens:– permite espessuras de paredes da peça mais finas e mais complexas– alta capacidade de produção– peças praticamente acabadas

Desvantagens:– altos custos– apenas peças de pequenas dimensões (normalmente até 5Kg, máximo 25Kg)– apenas para ligas de baixo ponto de fusão (zinco, alumínio, cobre, bronze, etc)

7.2.3 Fundição por centrifugação

– molde possui movimento de rotação– mais eficiente que ação exclusiva da gravidade, porém mais caro– permite obtenção de tubos sem costura

Molde pode ser revestido com material cerâmico para possibilitar o processamento de materiais metálicos de alto ponto de fusão.

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Fundição por centrifugação Fundição por centrifugação, tubos sem costura

7.2.4 Fundição contínua

Vazamento do metal líquido em matriz prismática vazada.Pode-se produzir placas de aço com aproximadamente 2m de largura e 0,2m de espessura.

Perguntas:

15. O que é uma lingoteira? Quais são as geometrias comuns de ligoteiras? Como chama o produto obtido com o uso de uma lingoteira?

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16. Quais as influências do uso de molde em materiais metálicos nas peças obtidas por fundição?

17. Qual dos dois processos deve ser mais vantajoso para se fabricar um tipo de peça em alumínio com massa de 2,5 Kg numa produtividade de 10000 peças por mês: fundição em areia ou fundição sob pressão?

18. Por que é possível obter peças de paredes mais finas com o processo de fundição sob pressão quando comparadas com as obtidas por fundição em areia?

19. Qual é o efeito da rotação do molde em processos de fundição por centrifugação?

7.3 Moldes mistos

Possuem partes em areia e partes em material metálico, possibilitando variação das propriedades mecânicas e geométricas (tolerâncias e acabamento superficial) ao longo da mesma peça.

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8. Possíveis defeitos em peças fundidas

– inclusão de areia do molde nas paredes da peça (prejudicam acabamento superficial e podem danificar ferramentas de usinagem em processo posterior)

– inclusão de partículas duras devido a defeitos de composição da liga metálica (mesmos problemas que da inclusão de areia)

– porosidade superficial ou interna às peças devido à não dissipação de gases

– rechupe (ausência de material por preenchimento incompleto do molde)

Perguntas

20. Quais são as vantagens de utilização de moldes mistos (parte em material temporário, parte em material permanente)?

21. Cite pelo menos dois possíveis defeitos encontrados em peças fundidas.

22. Apesar de oferecer pior acabamento superficial o método de fundição em areia verde é o mais utilizado. Por que?

23. Faça uma comparação geral entre todos os processos de fundição apresentados.

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9. Tabela de comparação dos processos de fundição

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, 1986- Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, 2000- Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall, 1996

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