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PUC GoiásENGENHARIA DE PRODUÇÃO

Disc.: Processos de Fabricação IIProf. Jorge Marques

Aula 2Processos de Fundição

FontesCHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Vol. II

TORRE, J. Manual Prático de FundiçãoTelecurso 2000. Processos de Fabricação.

Slides prof. Fábio Simões.

Fundição

Introdução

Fundição

• Processo que consiste em encher com metal fundido as cavidades de um molde no formato e tamanho da peça sólida desejada.

• Produz de lingotes a peças técnicas. De toneladas a pequenos gramas.

• É um processo inicial, ou seja, normalmente requer processos complementares para a finalização da peça. Entretanto, algumas peças podem ser finalizadas apenas com o processo de fundição.

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Metais/ ligas

Fundição Forma final

Forma semifinal

Processamento

Forma final

Possíveis rotas da fabricação utilizando a Fundição

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CARACTERÍSTICAS

Peças fundidas são obtidas deixando-se solidificar um metal líquido vazado em um molde cuja forma corresponde ao negativo da peça a ser obtida.

Permite obter, de modo econômico, peças de geometriacomplexa (liberdade de forma).

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CARACTERÍSTICAS

A Fundição é realizada em metais cujo ponto de fusão não é demasiadamente elevado e o mesmo possua boa fluidez

Ligas mais comuns na fundição

Ferro Fundido, Alumínio, Cobre, Zinco, Magnésio e suas respectivas ligas.

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POTENCIALIDADES

1. Vantagem econômicaCaminho mais curto entre matéria-prima e peça acabada

2. Flexibilidade quanto à dimensões e pesoDe algumas gramas até toneladas

3. Moldagem de formas complexasLiberdade de formas (líquido se molda com facilidade)

4. Economia de pesoPode-se moldar uma peça com a espessura final desejada

5. Produção em sérieFácil automação

6. Economia de usinagemBom acabamento superficial e boas tolerâncias dimensionais

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HISTÓRICO

Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2nd ed. (2004)

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência

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HISTÓRICO

Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2nd ed. (2004)

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência

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HISTÓRICO

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência

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HISTÓRICO

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência

O atraso na exploração de materiais fundidos está provavelmente relacionado à completa ignorância da natureza do fenômeno de solidificação e das microestruturas produzidas

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Importância da Solidificação

Salvo raríssimas exceções todos os produtos metálicos passam necessariamente pela solidificação em algum estágio de sua obtenção.

É na fundição de metais que a solidificação encontra seu mais vasto campo de aplicação

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Na fundição, a solidificação do metal ocorre, geralmente, em poucos segundos.

É um tempo muito breve no processo produtivo de uma peça, mas é o “coração” do processo.

Se estes poucos segundos de solidificação não

forem bem controlados eventuais defeitos de fabricação podem surgir inviabilizando a utilização da peça produzida

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Um material metálico ao passar do estado líquido para o estado sólido (e vice-versa) sofre uma drástica mudança de viscosidade

Ao se fundir os materiais metálicos têm sua viscosidade aumentada em aproximadamente100.000.000.000.000.000.000x (cem quinqualhões de vezes)

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Na solidificação de um metal tem-se a formação de, geralmente, vários núcleos cristalinos envolvidos em um líquido que possui natureza amorfa.

Núcleo atomicamenteordenado (cristal)

Líquido atomicamente desordenado (amorfo)

Tempo.

Liq. Liquido+

Sólido Sólido

T (ºC)

Tf

Curva de resfriamentosubstância pura ou liga estética

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação

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Grãos Equiaxiais

Região Coquilhada

Grãos colunares

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação

Pode-se obter macroestruturas diversas fazendo-se o controle adequado do processo

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação

Para a grande maioria das aplicações dos metais busca-se otimizar as propriedades mecânicas e tecnológicas através de uma microestrutura de grãos refinados.

Na fundição isto pode ser obtido através do controle das variáveis de processo que propiciem um máximo sub-resfriamento (uso de moldes metálicos, resfriadores, etc.).

O máximo de eficácia é atingindo usando-se INOCULANTES

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Utilizando inoculantes

Inoculante é um pó geralmente fino de um material covenientemente escolhido (dependendo da liga a ser fundida) depositado no metal ainda líquido.

Favorece o surgimento de maior número de núcleos. Dependendo de sua dispersão, reduz o efeito da formação de macroestrutura de fundição

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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Utilizando inoculantes aço ferrítico (Fe-Si)

Barra de aço solidificada sem o uso de inoculantes

Barra de aço solidificada com o uso de inoculantes

Fonte: C Constantinescu, The annals of “Dunarea de Jos” University of Galati (2006)

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PROCESSOS DE FUNDIÇÃO

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Etapas genéricas

1. Fabricação dos modelos

2. Fabricação dos moldes

3. Fabricação dos machos (macharia)

4. Obtenção do metal líquido (fusão)

5. Enchimento do molde com metal líquido (vazamento)

6. Retirada da peça do molde (desmoldagem)

7. Corte de canais e rebarbas (rebarbação e limpeza)

8. Inspeção

9. Tratamentos Térmicos

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Etapas genéricas

Metais e aditivos

Forno de Fusão

Areia e aditivos

Fabricação do molde

Montagem do Molde

Metal líquido

Fabricação do machos

Areia e aditivos

Resfriamento

Desmoldagem

Areia reaproveitada

Rebarbação e limpeza

Inspeção

Fabricação do Modelo

Matéria-prima modelo

Vazamento

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Fabricação dos modelos

Consiste em construir modelos com o formato da peça a ser fundida

O modelo é importante, pois a partir dele faz-se a construção do molde. Suas dimensões devem prever

a contração do metal durante o processo e sobremetal para posterior usinagem

O modelo pode ser construído de madeira, plásticos, metais leves, gesso, cera, isopor, entre outros

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Fabricação dos modelos (exemplos)

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Fabricação dos modelos (exemplos)

Modelo de uma biela

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Fabricação dos Moldes

Os modelos são usados para construir os moldes

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Fabricação dos Moldes

Existem vários tipos de moldes.

Por exemplo: molde em areia...

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Os Machos formam a cavidade interna da

peça fundida

Macho

Instalação dos machos

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Fabricação dos Machos (macharia)

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Obtenção do metal líquido (fusão)

A fusão do metal pode ser obtida de várias maneiras, sendo as principais:

1. Forno Cubilô

2. Forno a indução

3. Forno a arco voltaico

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Obtenção do metal líquido (fusão)

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Enchimento do molde (vazamento)

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Retirada da peça (desmoldagem) corte e limpeza

Desmoldagem Limpeza (jateamento)

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PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Inspeção

Se faz uso geralmente de ensaios não destrutivos

Líquidos Penetrantes

PartículasMagnéticas

Raios X

Classificação dos Processos de Fundição

Os processos de fundição são classificados de acordo com condições de preenchimento do molde e também pelo material do molde e tipo de modelagem, os mais comuns são:

• Fundição por gravidade– Molde de areia verde– Shell molding– Molde metálico

• Fundição sob pressão, molde metálico

• Fundição por centrifugação, molde metálico

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1. Fundição em areia2. Fundição em casca (shell molding)3. Fundição em cera perdida4. Fundição em moldes permanentes5. Fundição em molde cheio6. Fundição centrífuga7. Fundição e forjamento8. Fundição a vácuo9. Fundição melt-spinning10. Fundição contínua

PROCESSO DE FUNDIÇÃO

Principais tipos

Principal diferença entre eles é em

como os moldes são

obtidos

Exemplos de peças fundidas