aula 02 - lingotamento e fundição

8/19/2019 Aula 02 - Lingotamento e Fundição

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Curso de Engenharia de Produção

Processos de Fabricação


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• Lingotamento

• Ato ou efeito de transformar em lingotes. (Aurelio)

• Lingote

• Barra de metal fundido, Tira metálica. (Aurelio)



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Lingotamento Convencional:

• O lingotamento é usado na fabricação de

metais, transformando material líquido em

sólido. Neste processo, o material é resfriado e

transformado em lingotes, blocos, placas entre

outros; que seguem para processo de

laminação ou forjaria.



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• É a partir do lingote que se realizam os

processos de conformação mecânica para a

obtenção de chapas, placas, perfis etc..



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• Formas de Lingotamento:

• Direto: o aço é vazado diretamente na

lingoteira (formas) ;

• Indireto: o aço é vazado num conduto vertical

penetrando na lingoteira pela sua base



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Lingotamento Continuo:

• Produção em alta escala

• Produção de barras longas de diferentes

formas

• Processo altamente automatizado

• “Near Net Shape”



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Processo


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Fundição:

• É o processo de fabricação de peças metálicas

que consiste essencialmente em encher com

metal líquido a cavidade de um molde com

formato e medidas correspondentes aos da

peça a ser fabricada.



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Fundição:

• A fundição é um processo de fabricação

inicial, porque permite a obtenção de peças

com formas praticamente definitivas, com

mínimas limitações de tamanho, formato e

complexidade.



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Fundição:

• Empregado com os mais variados tipos de

ligas metálicas, desde que elas apresentem as

propriedades adequadas a esse processo, como

por exemplo, temperatura de fusão e fluidez



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Fundição:

• Temperatura de fusão é a temperatura em

que o metal passa do estado sólido para o

estado líquido.

• Fluidez é a capacidade de uma substância de

escoar com maior ou menor facilidade.



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Fundição:

• A fundição começou a ser usada pelo homem

mais ou menos uns 3000 a.C.

• Fundiu-se primeiro o cobre, depois o bronze,

e, mais recentemente, o ferro, por causa da

dificuldade em alcançar as temperaturas

necessárias para a realização do processo.



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Fundição:

• Revolução Industrial, como os fornos Cubilô os

fornos elétricos, e a mecanização do processo, o

desenvolvimento da fundição do ferro e,

conseqüentemente, do aço. A maioria dos

equipamentos de fundição foi concebida

basicamente nesse período, quando surgiram

também os vários métodos de fundição centrífuga.



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Fundição:

• Vantagens da Fundição• a) As peças fundidas podem apresentar formas

externas e internas desde as mais simples até asbem complicadas, com formatos impossíveis deserem obtidos por outros processos.

•

b) As peças fundidas podem apresentar dimensõeslimitadas somente pelas restrições das instalaçõesonde são produzidas.



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Fundição:

• Vantagens da Fundição• c) A fundição permite um alto grau de

automatização, a produção rápida e grandes lotes

• d) As peças fundidas podem ser produzidas dentrode padrões variados de acabamento:

• mais liso ou mais áspero• tolerância dimensional: de ± 0,2 mm a ± 6 mm



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Fundição:

• Vantagens da Fundição

• e) A peça fundida possibilita grande economia de

peso.

• f) obtenção de paredes com espessuras quase

ilimitadas.



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Fundição:

• Etapas da Fundição

• Confecção do modelo

• Formato aproximado

• Considerar contração do metal e sobre metal

• Fabricado em madeira, alumínio, aço, resina

plástica e até isopor.



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Fundição:

• Etapas da Fundição

• Confecção do modelo



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Fundição:

• Etapas da Fundição• Confecção do molde

•

O molde é o dispositivo no qual o metal fundidoé colocado• Ele é feito de material refratário composto de

areia e aglomerante.• Esse material é moldado sobre o modelo que,

após retirado, deixa uma cavidade com o

formato da peça a ser fundida.



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Fundição:

• Etapas da Fundição• Confecção do molde



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Fundição:

• Etapas da Fundição• Confecção dos machos

• Macho é um dispositivo, feito também de areia,

que tem a finalidade de formar os vazios, furos e

reentrâncias da peça.

• Eles são colocados nos moldes antes que eles

sejam fechados para receber o metal líquido.



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Fundição:

• Etapas da Fundição• Confecção dos machos



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Fundição:

• Etapas da Fundição• Fusão – Etapa em que acontece a fusão do metal

• Vazamento – O vazamento é o enchimento do

molde com metal líquido.



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Fundição:

• Etapas da Fundição• Vazamento



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Fundição:

• Etapas da Fundição• Desmoldagem – Retirada da peça do molde

• Varia com tipo de peça, metal e molde

• Manual ou Mecânica



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Fundição:

• Etapas da Fundição• Desmoldagem


P d F b i ã


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Fundição:

• Etapas da Fundição• Rebarbação – A rebarbação é a retirada dos canais

de alimentação, massalotes e rebarbas que se

formam durante a fundição.

• Realizada com a peça a temperaturas próximas

às do ambiente.



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P d F b i ã


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Fundição:

• Etapas da Fundição• Desmoldagem


P d F b i ã


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Fundição:

• Etapas da Fundição• Limpeza – Retirada da de incrustações da areia

usada na confecção do molde. Geralmente feita por

meio de jatos abrasivos..


P d F b i ã


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Fundição:

• Variações do processo de fundição por gravidadecom moldagem em areia são:

• Fundição com moldagem em areia aglomeradacom argila;

• Fundição com moldagem em areia aglomerada

com resinas.




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Fundição:

• A fundição por gravidade usa também moldescerâmicos ou metálicos - Fundição de Precisão.

• Processo de fundição sob pressão com moldesmetálicos.




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Problemas de Fundição:

• Inclusão da areia do molde nas paredes internas ouexternas da peça.

• Defeitos de composição da liga metálica quecausam o aparecimento de partículas duras

indesejáveis no material.




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Problemas de Fundição:

• Rechupe - falta de material devido ao processo desolidificação

• Porosidade - existência de “buraquinhos” dentro depeça.




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Fundição:


A B



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Moldes para Fundição:

• A fundição em areia é a mais usada• Maiores temperaturas para aço e ferro fundido

• Produção de peças de ligas de alumínio, latão,bronze e magnésio.

• A qualidade da peça fundida está diretamente ligada

à qualidade do molde




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• Classificação dos processos de fundição• 1. Fundição em moldes de areia

• 2. Fundição em moldes metálicos




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• A moldagem em areia verde é o mais simples emais usado nas empresas do ramo.




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• A preparação do molde, consiste em compactarmecânica ou manualmente uma mistura refratária

plástica chamada areia de fundição, sobre ummodelo montado em uma caixa de moldar.




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• 1) A caixa de moldar é colocada sobre uma placa demadeira ou no chão. O modelo, coberto com talco

ou grafite para evitar aderência da areia, é entãocolocado no fundo da caixa. A areia é compactada

sobre o modelo manualmente ou com o auxílio de

marteletes pneumáticos.




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a açã



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• 2) Essa caixa, chamada de caixa-fundo, é virada demodo que o modelo fique para cima.

ç



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• 3) Caixa-tampa, é então posta sobre a primeiracaixa. Em seu interior são colocados o massalote e

o canal de descida.

ç



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4) Remove o molde do canal de descida e omassalote são retirados e as caixas são separadas.

ç



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5) Abre-se o copo de vazamento na caixa-tampa

ç



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6) Abre-se o canal de distribuição e anal de entrada nacaixa fundo e retira-se o modelo



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7) Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo,prende-se uma na outra, usando-se presilhas ougrampos



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7) Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo,prende-se uma na outra, usando-se presilhas ougrampos



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8) O metal é vazado e após a solidificação eresfriamento, a peça é desmoldada, com o canal e omassalote retirados.



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Características dos moldes:

a) Resistência suficiente para suportar a pressão do

metal líquido.b) Resistência à ação erosiva do metal que escoarapidamente durante o vazamento.

c) Mínima geração de gás durante o processo devazamento e solidificação, a fim de impedir acontaminação do metal e o rompimento do molde.



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Características dos moldes:

d) Permeabilidade suficiente para que os gases

gerados possam sair durante o vazamento do metal.e) Refratariedade que permita suportar as altastemperaturas de fusão dos metais e que facilite a

desmoldagem da peça.f) Permitir a contração da peça, que acontece durantea solidificação.



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Areia de Fundição:

Moldagem com Areia Verde:

O processo tem esse nome somente porque a mistura

com a qual o molde é feito mantém sua umidadeoriginal, quer dizer, não passa por um processode secagem

A matéria-prima é basicamente por um agregadogranular refratário chamado de areia base que podeser sílica, cromita ou zirconita, mais argila (como

aglomerante) e água.



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Moldagem com Areia Verde:Vantagens Desvantagens

1. A moldagem por areia verde é o mais

barato dentre todos os métodos de produção

de moldes.

. ! controle da areia é mais cr"tico do #ue

nos

outros processos #ue também usam areia.

2. $á menos distorção de formato do #ue

nos métodos #ue usam areia seca, por#uenão %á necessidade de a#uecimento.

&. 'aior erosão #uando as peças fundidas são

demaior taman%o.

3. As caixas de moldagem estão prontas

para a reutiliação em um m"nimo espaço

de tempo.

. ! acabamento da superf"cie piora nas

peças

de maior peso.

4. Boa estabilidade dimensional. *. A estabilidade dimensional é menor nas

peças

de maior taman%o.

5. 'enor possibilidade de surgimento de

trincas.



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•

O uso de resinas (aglomerantes) na areia para aprodução de moldes de fundição.

• Dois modos: a quente ou a frio.

• Um dos processos, que usa calor para provocar a

reação química entre o aglomerante e os grãos daareia, é aquele chamado de “shell molding” oumoldagem de casca



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Shell Molding:

•

O uso de resinas (aglomerantes) na areia para aprodução de moldes de fundição.

• Dois modos: a quente ou a frio.

• Um dos processos, que usa calor para provocar a

reação química entre o aglomerante e os grãos daareia, é aquele chamado de “shell molding” oumoldagem de casca



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Shell Molding:

•

1) Os modelos, feitos de metal para resistir aocalor e ao desgaste, são fixados em placas, juntamente com os sistemas de canais e os

alimentadores.



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Shell Molding:

•

2) A placa é presa na máquina e aquecida por meiode bicos de gás até atingir a temperatura detrabalho (entre 200 e 250ºC).



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Shell Molding:

•

3) A placa é então girada contra um reservatóriocontendo uma mistura de areia/resina de modo queo modelo fique envolto por essa mistura



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Shell Molding:

•

4. O calor funde a resina que envolve os grãos deareia e essa mistura, após ±15 segundos, forma umacasca (“shell”) com a espessura necessária (entre 10

e 15 mm) sobre o modelo.



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Shell Molding:

•

5. A “cura” da casca, ou seja, o endurecimento daresina se completa quando a placa é colocada emuma estufa em temperaturas entre 350 e 450ºC.



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Shell Molding:

•

6. Após 2 ou 3 minutos, a casca é extraída domodelo por meio de pinos extratores.

•

Por causa da característica do processo, a cascacorresponde a uma metade do molde. Para obter omolde inteiro, é necessário colar duas metades.



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Shell Molding:

• Vantagens:• Reaproveitamento dos modelos e machos.•

Bom acabamento para a superficial• Alta estabilidade dimensional do molde,

possibilidade de trabalhar com tolerâncias mais

estreitas,• Facilidade de liberação de gases durante a



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Shell Molding:

• Vantagens:• É totalmente mecanizado e automatizado e é

adequado para peças pequenas e de formatoscomplexos.• A fundição das peças é feita por gravidade.



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Shell Molding:

• Desvantagens:• Custo mais elevado em relação à moldagem em

areia verde.



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Shell Molding:

• O processo de cura a frio• Resina empregada se encontra em estado líquido•

Adição de catalisador à mistura de resina comareia limpa e seca.• A mistura é feita, por meio de equipamentos, na

hora da moldagem e deve ser empregadaimediatamente porque a reação química de curacomeça a se desenvolver assim que a mistura

está pronta.



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Shell Molding:

• O processo :

• 1. Os modelos, que podem ser feitos de madeira,são fixados em caixas.

• 2. A mistura areia/resina/catalisador é feita econtinuamente despejada e socada dentro da caixa,

de modo a garantir sua compactação.• 3. A reação de cura inicia-se imediatamente após amoldagem e se completa algumas horas depois.



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Shell Molding:

•

O processo :

• 4. O modelo é retirado girando-se a caixa 180º.•

5. O molde é então pintado com tintas especiaispara fundição, têm a função: aumentar a resistênciado molde às tensões geradas pela ação do metal

líquido, e dar um melhor acabamento para asuperfície da peça fundida.• 6. O molde é aquecido com maçarico ou é levado

para uma estufa para a secagem da tinta.



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Shell Molding:

•

Obtenção de moldes mais rígidos para produção depeças grandes e de formatos complicados com bomacabamento de superfície.

•

O vazamento do metal é feito por gravidade.• A cura a frio é um processo de moldagem mais caro

quando comparado aos outros processos que usam

areia.• Os catalisadores são compostos de substâncias

ácidas e corrosivas, que exigem muito cuidado na

manipulação porque são muito tóxicas.



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Fundição de precisão:

•

Produto fundido com determinado peso máximo de5 kg,• formato complexo,•

melhor acabamento de superfície• tolerâncias mais estreitas em suas medidas,• produto com características aliadas à qualidade do

produto usinado,• Usar o processo de fundição de precisão.



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•

Materiais que podemos fundir• Ligas de alumínio,• Ligas de níquel,•

Ligas de magnésio,• Ligas de cobre,• Ligas de cobre-berílio,•

Ligas de bronze-silício,• Ligas de latão ao silício,• Ligas resistentes ao calor,• Aço e do aço inoxidável



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•

Aplicado para:• Produção de peças estruturais para a indústria

aeronáutica, para motores de avião,

equipamentos aeroespaciais,• Peças para processamento de dados,• Turbinas a gás,•

Máquinas operatrizes,• Equipamentos médicos, odontológicos, ópticos

etc.



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•

Característica:• Modelo e molde são destruídos na produção da

peça•

Modelos para a confecção dos moldes sãoproduzidos em cera a partir de uma matrizmetálica formada por uma cavidade com o

formato e dimensões da peça desejada.



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•

Característica:• O molde é produzido a partir de uma pasta ou

lama refratária feita com sílica ou zirconita, na

forma de areia muito fina, misturada com umaglomerante feito com água, silicato de sódioe/ou silicato de etila.

•

A lama endurece em contato com o ar e é nelaque o modelo de cera ou plástico é mergulhado.



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•

Característica:• Quando a lama endurece em volta do modelo,

forma-se um molde rígido.•

Após o endurecimento da pasta refratária, omolde é aquecido, o modelo derretido, edestruído..

•

Devido a características desse processo, eletambém pode ser chamado de fundição pormoldagem em cera perdida.



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•

Processo:• A cera fundida é injetada na matriz para a

produção do modelo e dos canais de vazamento



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•

Processo:• Os modelos de cera endurecida são montados no

canal de alimentação ou vazamento



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•

Processo:• O conjunto é mergulhado na lama refratária



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•

Processo:• O material do moldeendurece e os modelos

são derretidos e escoam.



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•

Processo:• O molde aquecido épreenchido com metal

líquido por gravidade,centrifugação ou a vácuo.



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•

Processo:• Depois que a peçase solidifica, o material

do molde é quebradopara que as peças sejamretiradas.

F di ã d i ã



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•

Processo:• Em muitos casos, as peças obtidas por esseprocesso chegam a dispensar a usinagem devido

à qualidade do acabamento de superfície obtido.• Mesmo quando a usinagem faz-se necessária,

demanda acabamento mínimo e isso reduz os

custos de produção

F di ã d i ã



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•

Suas principais vantagens são:• Devido ao bom acabamento e precisãodimensional das peças produzidas por esse

processo, não há necessidade da preocupaçãocom a utilização de ligas de fácil usinagem.• Possibilidade de utilização de praticamente

qualquer metal ou liga.

F di ã d i ã



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•

Suas principais vantagens são:• Possibilidade de produção em massa de peças deformatos complicados, difíceis ou impossíveis de

se produzir por processos convencionais defundição ou mesmo por usinagem.• Possibilidade de reprodução de detalhes precisos

de construção, cantos vivos, paredes finas etc.• Possibilidade de obtenção de maior precisão

dimensional e superfícies com melhor

acabamento.

F di ã d i ã



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•

Suas principais vantagens são:• Devido ao bom acabamento e precisãodimensional das peças produzidas por esse

processo, não há necessidade da preocupaçãocom a utilização de ligas de fácil usinagem.• Possibilidade de utilização de praticamente

qualquer metal ou liga.

F di ã d i ã



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• Suas principais vantagens são:•

Possibilidade de controle rigoroso da estruturado material fundido de modo a garantir ocontrole preciso das propriedades mecânicas da

peça produzida.:• Em muitos casos, as peças obtidas por esse

processo chegam a dispensar a usinagem devido

à qualidade do acabamento de superfície obtido.• Mesmo quando a usinagem faz-se necessária,

demanda acabamento mínimo e isso reduz os

custos de produção




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•

Desvantagens são:• As dimensões e o peso das peças são limitados(cerca de 5kg), devido ao custo elevado e à

capacidade dos equipamentos disponíveis• O custo se eleva à medida que o tamanho da

peça aumenta.•

Para peças maiores (entre 5 e 25 kg), oinvestimento inicial é muito elevado..

Fundição Molde Permanente:



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•

Os processos de fundição por molde permanenteusam moldes metálicos para a produção daspeças fundidas.

•

Fundição por gravidade ou por pressão• Vida útil de um molde metálico permite a

fundição de até 100 mil peças




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•

A utilização dos moldes metálicos está restritaaos metais com temperatura de fusão mais baixasdo que o ferro e o aço.

•

Ligas com chumbo, zinco, alumínio, magnésio,certos bronzes e, excepcionalmente, o ferrofundido.

• Restrição devido as altas temperaturasnecessárias à fusão do aço podem danificariam

os moldes de metal




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•

Os moldes permanentes são feitos de aço ouferro fundido ligado, resistente ao calor e àsrepetidas mudanças de temperatura.

• Moldes feitos de bronze podem ser usados parafundir estanho, chumbo e zinco.




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•

Os produtos típicos da fundição em moldespermanentes são:• Bases de máquinas•

Blocos de cilindros de compressores• Cabeçotes, bielas, pistões• Cabeçotes de cilindros de motores de

automóveis• Coletores de admissão




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•

Comparados com peças fundidas em moldes deareia, apresentam:• Maior uniformidade•

Melhor acabamento de superfície• Tolerâncias dimensionais mais estreitas• Melhores propriedades mecânicas.




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•

Limitações:• Limitado a peças de tamanho pequeno eprodução em grandes quantidades

•

Moldes permanentes nem sempre se adaptama todas as ligas metálicas e são mais usadospara a fabricação de peças de formatos mais

simples, porque uma peça de formascomplicadas dificulta não só o projeto domolde, mas também a extração da peça após o

processo de fundição.




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• Vazamento por gravidade.




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• A montagem também por dispositivos mecânicoscomo conjuntos hidráulicos, que comandam ociclo de abertura e fechamento dos moldes.

• Tanto os moldes quanto os machos são cobertoscom uma pasta adesiva rala feita de material

refratário cuja função, além de proteger osmoldes, é impedir que as peças grudem neles,facilitando a desmoldagem.

Fundição Sob Pressão:



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Fundição Sob Pressão:

• Os moldes metálicos também são usados noprocesso de fundição sob pressão. Este consisteem forçar o metal líquido a penetrar na cavidade

do molde, chamado de matriz.• A matriz, de aço-ferramenta tratadotermicamente, hermeticamente fechadas no

momento do vazamento do metal líquido.

Fundição Sob Pressão :



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• O metal é bombeado na cavidade da matriz sobpressão suficiente para o preenchimento total detodos os seus espaços e cavidades.

•

A pressão é mantida até que o metal sesolidifique.• Matriz é aberta e a peça ejetada por meio de

pinos acionados hidraulicamente.

Fundição Sob Pressão



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u d ção Sob essão




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ç

• Muitas matrizes sãorefrigeradas a água.

• Para evitar

superaquecimento damatriz, e aumentar suavida útil e evitar

defeitos nas peças.




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ç

• Para realizar sua função, as matrizes têm que terresistência suficiente para aguentar o desgasteimposto pela fundição sob pressão,

• Suportar entre 50 mil e 1 milhão de injeções.




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ç

• Máquina de câmara quente




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ç

• Máquina de câmara fria




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ç

• Vantagens• Peças de ligas como a de alumínio, fundidas sob

pressão, apresentam maiores resistências do que

as fundidas em areia;• Peças fundidas sob pressão podem recebertratamento de superfície com um mínimo de

preparo prévio da superfície;• Possibilidade de produção de peças com formas

mais complexas;




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• Vantagens• Possibilidade de produção de peças com paredes

mais finas e tolerâncias dimensionais mais

estreitas;• Alta capacidade de produção;• Alta durabilidade das matrizes.




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• Desvantagens:• Limitações no emprego do processo: ele é usado

para ligas não-ferrosas, com poucas exceções;•

Limitação no peso das peças (raramentesuperiores a 5 kg.);




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• Desvantagens:• Retenção de ar no interior das matrizes,

originando peças incompletas e porosidade na

peça fundida;• Alto custo do equipamento e dos acessórios, oque limita seu emprego a grandes volumes de

produção.




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• A indústria automobilística utiliza uma grandequantidade de peças fundidas sob pressão:

• Tampas de válvulas, fechaduras, carcaças demotor de arranque, maçanetas, caixas de câmbiode máquinas agrícolas.

• A indústria aeronáutica, que usa peças fundidas

principalmente de ligas de alumínio e magnésio.

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