2. regras básicas para o projeto de peças fundidas 3 ... · comportamento térmico –...

Aula 09- Projetos_02: Projetos de peças adaptadas ao processo de fundição

1. IntroduçãoAspectos básicos a serem considerados.Problemas Relacionados com o Projeto de Peças Fundidas.

2. Regras Básicas para o Projeto de Peças Fundidas

Disciplina: Projeto de FerramentaisProfessor: Guilherme O. Verran

3. Comportamento Térmico – contração e tensões residuais

Objetivo:

Produzir peças fundidas visando a combinação dos seguintes fatores:

• Elevada Qualidade

• Baixo Custo

• Produção e entrega no menor Prazopossível

Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas

1. Introdução

Projetos de peças adaptadas ao processo de fundição

Aspectos básicos a serem considerados:

• Solicitações (tensões) às quais a peça estará sujeita.

• Performance necessária.

• Tipo de material mais adequado para a fabricação da peça.

• Processo de fundição mais simples e funcional para obtenção da peça.

Projetista de fundição deve conhecer:

• Materiais utilizados em fundição e suas características, aplicações e propriedades.

• Processos de Fabricação.

1. Introdução

Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran

Principais pontos a serem considerados antes de iniciar um projeto de fundição:

• Composição química do metal

• Características mecânicas

• Ensaios não destrutivos

• Formato e tolerâncias dimensionais (sobremetal, precisão e variações dimensionais)

• Características superficiais (rugosidade)

• Tratamentos Térmicos

• Testes Hidráulicos

• Padrões de Recuperação

• Referência para Usinagem

• Montagem

Projeto de peças fundidas

1. Introdução

Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran

Detalhes de forma em peças fundidas.

Angulos de Saída:

• Orientados em função da linha de apartação (linha divisória do molde.

• Facilitam a extração do modelo evitando o rompimento do molde

Arredondamentos:

• Evitam concentrações de tensões.

• Reduzem a tendência à formação de pontos quentes.

1. Introdução

Modelo

Utilização de ângulos de saída facilitando a extração do modelo sem danificar o molde.

Linha da apartação irregular

Linha da apartação reta

Utilização de uma linha da apartação reta reduzindo custos na modelação e a na peça final

2. 10 Regras Básicas para Projetar Peças Fundidas

⇓⇓⇓⇓

Os “10 Mandamentos” do Projetista de Fundição

Alguns aspectos a serem considerados:

• Contrações no estado líquido,na solidificação e no estado sólido.

• Tensões decorrentes da solidificação e do resfriamento.• Aspectos dimensionais e de geometria das peças.

01. “COMPENSAR OU ATENUAR OS EFEITOS DA CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO”.

RechupeSolidificação

Dirigida

Exemplo de otimização no projeto de uma peça fundida.

Junção com concentração de massa

Projeto Melhorado através da redução de massa na junção

02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE SEÇÃO”.

Exemplos de adequação de uma variação de seção aos requisitos de projeto de peças fundidas

Projeto incorreto

Projeto adequado

Projeto inadequado

Projeto melhorado

“Substituir ângulos e cantos vivos por raios de concordância”

Projetos inadequados que resultam em fragilidade

estrutural localizada e/ou rechupe.

Projetos otimizados de forma a assegurar maiores resistência e sanidade nos fundidos

Seção em T com problemas de projeto e correspondentes

defeitos

Ponto Quente e Concentração de

Tensões

Projeto melhorado removendo o ponto quente e a

concentração de tensões

02.02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE SEÇÃO”.

03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”

O uso de arredondamentos, raios de concordância e nervuras apresentam três objetivos sob o aspecto funcional:

a) reduzir concentrações de tensões na peça em serviço.

b) eliminar a ocorrência de trincas e de afundamentos superficiais em ângulos reentrantes.

c) tornar os cantos vivos mais fáceis de serem moldados e eliminar os pontos quentes .

Projeto inadequado

Concentração de tensões e

Fragilidade Estrutural

Utilização de Raio de Concordância

Projeto otimizado

Raio de concordância pequeno ocasiona

aumento da seção na junção

Projeto adequado devido ao uso de um grande raio de concordância

Rechupe e/ou Fragilidade Localizada

Sob a ponto de vista de fundição o

raio de concordância não deve ultrapassar a espessura sobre 2

04. “REDUZIR O NÚMERO DE SEÇÕES QUE SE ENCONTRAM PARA FORMAR AS JUNÇÕES”.

Um bom projeto de fundido deve evitar o encontro de várias seções numa junção, pois isto necessariamente deve gerar a formação de pontos quentes.

ts = 3min

ts = 3mints = 5min

ts = 7 min ts = 9 min

Aumento no número de seções na junção

⇒⇒⇒⇒Aumento no tempo local de solidificação

Alternância de junções para otimização do projeto

Projeto inadequado devido a existência de junções entre várias seções

Projeto Otimizado apresentando redução do número de seções nas junções.

Exemplos de projetos que evitam junções com pontos quentes

Uso de machos para confecção de um furo e conseqüente

redução de massa na junção de várias seções.

Projeto otimizado através da utilização de umajunção tipo anel.

5. “EVITAR TENSIONAMENTO DA PEÇA”.

Variações nas taxas de resfriamento nas diferentes seções das peças .

Surgimento de tensões⇒⇒⇒⇒

Meios para reduzir ou prevenir tensões em peças fundidas:

• Evitar variações bruscas de forma• Evitar ângulos reentrantes• Evitar multiplicidade de machos • Evitar grandes diferenças entre seções• Recozimento para alívio de tensões

Variações na direção de contração

⇒⇒⇒⇒

⇒⇒⇒⇒Expandem sob o efeito do calor e restringem a contração livre

Efeito do design na distorção de fundidos: (a) vista superior de uma peça mostrando duas seções que solidificam em tempos muito distintos, (b) distorção causada pela tensionamento durante a solidificação

Tensões geradas

The sand casting shown in figure X was made without difficulty with regard to soundnessor filling of the thin sections. Significant distortion was encountered, however, when thecasting cooled in the sand and was restrained by the relatively solid mass of sandbetween the flanges. This unyielding mass caused the two vertical flanges to be bentoutward as the bottom plate cooled and contracted.

Two options in design are shown in Fig. X(b) and X(c) , with the preferred method incorporating the tie bar. A third choice for a solution would not involve a change in thecasting itself but rather a changein the sand mold. It has been found that the sand massbetween the two flanges can be relieved so that it will yield under the shrinkage stresses. This is accomplished by adding a block to the pattern so that a hollow relief cavity is formed between the flanges (Fig. Xd). This practice reduces the effective compressivestrength of the molding media between the flanges and allows the sand mass to collapseduring shrinkage of the casting, thus minimizing the imposed restraint.

Exemplo de alteração no projeto para evitar distorção em peça fundida em moldes de areia

Figure X - Preventing distortion in a casting caused by mold restraint. The original design, shown in top and front views in (a), was altered to three possible preventative designs, as follows. (b) Preferred method incorporating a tie bar. (c) Less effective method than that shown in (b). (d) Open cavity created in the molding media to relieve restraint upon flanges during casting solidification by allowingsolid sand mass to collapse during shrinkage and minimize restraint. Dimensions given in inches.

6. “PROJETE TODAS AS SEÇÕES COM UNIFORMIDADE DE ESPESSURA NA MEDIDA DO POSSÍVEL”

Bomba Hidráulica

(a) Design Inadequado (b) Design Otimizado

7.“MANTER UMA CERTA PROPORCIONALIDADE DIMENSIONAL ENTRE AS PAREDES INTERNAS E EXTERNAS”

Projeto inadequado,apresenta seções

internas maiores que as externas

Projeto melhorado, com seções praticamente

uniformes

8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE NECESSÁRIO”.

Ponto Quente

Projeto incorreto, ressalto causa um ponto quente,

Projeto otimizado reduzindo espessura na zona do ressalto e

eliminando o ponto quente.

9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.

As nervuras apresentam duas funções

• aumentar a rigidez da peça fundida.

• reduzir o peso e concentrações de massa.

Fundamento da Engenharia de Projetos

Dimensionamento e o espaçamento correto entre nervuras.

Dimensionar as nervuras com maior altura (profundidade) do que largura.

Nervuras em Compressão

Apresentam maior fator de segurança do que nervuras em tração

Princípios/Regras para o Dimensionamento de Nervura s

Projeto incorreto causando

ponto quente e fragilidade estrutural

Projeto melhorado, evita ângulos vivos mas apresenta uma junção de quatro seções

Projeto mais adequado , apresenta junção de apenas duas seções

Projeto ótimo (formato de favo de mel →→→→ honeycomb)

propicia condições de resfriamento mais uniforme

10. “CONSIDERAR CONTRAÇÃO NO ESTADO SÓLIDO E SOBREMETAL DE USINAGEM NAS TOLERÂNCIAS DIMENSIONAIS”.

• Regra muito aplicada : as tolerâncias dimensionais devem ser aproximadamente a metade da máxima contração esti mada para o tipo de metal ou liga envolvida.

• Esta regra não se aplica para peças de grande porte, né m para as de projeto complexo.

• As contrações no estado sólido são conhecidas e tabeladas para a maioria das ligas usadas em fundição .

Tolerâncias para Usinagem Final dependem de:

(a) tipo de metal usado.

(b) projeto e tamanho da peça.

(c) tendência ao empenamento e método de usinagem.

Na medida do possível, a peça fundida deve ser projetada de tal forma que as superfícies a serem usi nadas possam ser localizadas na parte inferior do molde.

Quando não é possível evitar peças com superfícies na parte superior, deve providenciar um sobremetal de usinagemadicional.

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