aula 12 processo de fundi o em coquilhas

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01: Introdução

- Características do processo- Etapas envolvidas.- Fatores econômicos e tecnológicos- Ligas emprwegadas

02: Coquilhas e Máquinas Coquilhadeiras

- Coquilhas Manuais- Coquilhas movimentadas mecanicamente- Máquinas coquilhadeiras – simples, de grande porte e com sistema de basculamento.

03: Projeto de Coquilhas

- Requisitos principais.- Fatores a serem considerados- Materiais para os moldes.- Aspectos construtivos dos moldes.- Revestimento dos moldes.- Temperaturas das coquilhas

Aula 10: Processos de Fundição em Moldes Metálicos por Gravidade (Coquilhas)

Fundição em Moldes Metálicos “Permanentes” por Gravidade.

• Processo que utiliza o vazamento do metal líquido p or gravidade em molde metálico de duas ou mais parte s

• Usado repetidamente para a produção de muitas peças .

• Os moldes utilizados são denominados “Coquilhas”

• As “Coquilhas” podem ser movimentadas manualmente (quando de pequeno porte) ou mecanicamente usando-se Máquinas Coquilhadeiras.

Processo de Fundição em CoquilhasDisciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran

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ETAPAS ENVOLVIDAS NO PROCESSO:

1. O molde é pintado com pincel ou spray nas superfíc ies que entrarão em contato com o metal líquido (aquecidas a temperaturas na faixa de 120-260 0C).

2. Machos, se usados, são inseridos, e o molde é fecha do manual ou mecanicamente.

3. Vazamento da liga e enchimento do molde.

4. Após solidificação da peça: abertura do molde e extração dos machos

5. Remoção dos canais e massalotes e operações de acabamento das peças.


Características das peças obtidas:

– Melhor Acabamento Superficial.

– Maior Precisão Dimensional.

– Propriedades Mecânicas Superiores.

– Estrutura com grão mais finos em

comparação com as peças fundidas em areia.


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Molde = Coquilha : pode produzir de 10.000 até120.000 peças

– revestimento aplicado

– material usado na sua fabricação

– tamanho e complexidade da peça

– liga utilizada

Fatores que influenciam na vida útil de uma coquilha:


Fatores Econômicos

• Processo que envolve um alto custo inicial.

⇓⇓⇓⇓

Máquina Coquilhadeira + Moldes

• No caso da necessidade de utilização de Machos:

• Desejável e mais econômico o uso de machos de aço para formar as cavidades das peças.

• Quando a peça possui detalhes e reentrâncias que não permitem a extração dos machos metálicos, se faz necessário o uso de machos de areia.

⇒⇒⇒⇒Molde

Semi-Permanente


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Em que situações se justifica a utilização do proce sso?

• Quantidade de peças a produzir é alta (entre 400 a 5000 unidades)

• Altas produções.

• Mão de obra menos especializada.

• Redução no peso da peça.

• Redução na usinagem

• Melhor acabamento.

Fatores Econômicos


Fatores Tecnológicos:

• Normalmente são produzidas peças entre 10 e 50Kg.

• Peças grandes e complexas dificultam o manejo do molde e necessitam grande número de machos.

⇓⇓⇓⇓

Opção pela utilização de Moldes de Areia.

Peso Máximo por

Liga

Ligas de Alumínio = 14Kg

Ligas de Cobre = 10 Kg

Ligas de Ferro = 50 Kg


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• Ligas Utilizadas:

Ligas de Alumínio

• Formam óxidos que promovem enchimento lento.

• Possuem grande contração ⇒⇒⇒⇒ Necessidade de Massalotes

• As peças podem se deformar na extração devido a alta temperatura.

• Temperatura de Vazamento = 680-780 0C



Ligas de Magnésio

• Temperatura de Vazamento = 710-790 0C

• São frágeis ⇒⇒⇒⇒ Exigem cuidados na extração

• São suscetíveis à trincas.

• Extremamente oxidáveis.


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Ligas de Cobre

• Temperatura de Vazamento = 980 – 1250 0C

• Grandes contrações ⇒⇒⇒⇒ Ejeção deve ser rápida

• Solidificam a temperaturas elevadas.

Ligas de Ferro

• Produção de peças pequenas e simples.

• Temperatura de Vazamento = 1290 - 1400 0C


Moldes ⇒⇒⇒⇒ Coquilhas

Coquilha Manual confeccionado com blocos simples

para peças finas


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Moldes ⇒⇒⇒⇒ Coquilhas

Coquilha Manual deslizante sobre placa base para

peças mais espessas


Maquinas Coquilhadeiras

Coquilhadeira Automática com acionamento hidraúlico


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Maquina Coquilhadeira


Maquina Coquilhadeira de Grande Porte


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Maquina Coquilhadeira com Sistema de Basculamento


Regras Gerais de Projeto das Peças:

• Desenho da peça não deve ser complexo.

• Seções devem ser uniformes.

• Evitar cantos vivos.

• Evitar machos (metálicos ou de areia).

• Espessura mínima em torno de 3mm.

• Usar nervuras para evitar paredes pesadas.


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Requisito Principal: o molde deve extrair calor do metal líquido a um determinada velocidade.

Princípios Básicos Aplicados:

• Necessidade de resfriamento com água

• Controle da direção do fluxo de calor ⇒⇒⇒⇒uso de materiais e recobrimentos com diferentes capacidades de extração do calor .

Projeto dos Moldes:


Requisitos Principais dos Moldes:

• Devem resistir aos esforços de manuseio e apresenta r a maior vida útil possível

⇓⇓⇓⇓

Utilização de materiais resistentes e cuidados na fabricação.

• Devem extrair calor do metal líquido a uma determin ada velocidade

⇓⇓⇓⇓

Necessidade de sistemas de resfriamento.


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– Necessidade de altas velocidades de produção

Projeto do Molde

Fatores a serem considerados:

– Vida útil relativamente longa

– Precisão dimensional da cavidade


- Detalhamento dos aspectos operacionais

Aspectos do projetos dos moldes relacionados com suas funções metalúrgicas e de engenharia

- Sistema de canais de enchimento

- Sistema de alimentação (massalotes)


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• Fatores importantes no projeto de moldes para processos intermitentes:

– Temperaturas máxima e mínima da face do molde durante o ciclo

– Magnitude dos gradientes de temperatura através das paredes dos moldes

– Freqüência de repetição do ciclo de produção


- Variações microestruturais em função de aquecimentos prolongados ou reações químicas

• Consequências do aquecimento e dasvariações de temperaturas:

- Diferentes expansões em função da formação de gradientes de temperaturas

⇓⇓⇓⇓

Empenamentos ou fissuras nas faces devido Fadiga Térmica


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• Objetivos do controle de temperatura do molde:

– Garantir uma utilização segura ⇒⇒⇒⇒retirada da umidade

– Obter fundidos com superfícies lisas ⇒⇒⇒⇒temperaturas ótimas 200-3500C

– Promover direção e velocidades de solidificação ótimas

– Obter uma vida útil mais longa


Materiais para Moldes:

Fatores determinantes da escolha do material:

• Tipo de liga a ser vazada.

• Quantidade de peças a serem produzidas.

• Condições operacionais.

Materiais Utilizados

Ferro Fundido

Aço H13 Temperado

Cobre - Cromo


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Tamanho da Peça

Número de Vazamentos

1000 10000 100000

PequenaMenor que 25mm

Médias e Grandes até 900mm

FoFoCinzento FoFoCinzento H11

FoFoCinzento c/ insertos de H14

FoFoCinzento FoFoCinzento FoFoCinzento H11, H13, H14

Recomendação de Materiais para Coquilhas segundo a AFS


Propriedades Importantes emMateriais para Coquilhas:

• Facilidade de Usinagem.

• Estabilidade Dimensional.

• Boa Difusividade Térmica.

• Resistência a trincas e fissuras por Fadiga Térmica


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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)

• Espessura de Parede 40 a 60 mm (em média)

Paredes muito Espessas

• Demora para atingir temperatura de trabalho

• Aumento Significativo no peso.

Paredes muito Finas ⇒⇒⇒⇒

Menores que 15 mm ⇒⇒⇒⇒

Apenas peças pequenas e

simples



• Furos e Rasgos para Saída de Ar

• Na linha de divisão do molde com 0,13 a 0,25 mm de profundidade e largura variável.

• Feitos após testes.

• TolerânciasPara peças de Alumínio que requerem alta precisão

Moldes de Aço de Baixa Liga ou Aço para Ferramentas

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Tolerâncias de 0,38 até 0,13 mm


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• Insertos• Na cavidade total ou parcial do molde.

• Material idêntico ou diferente.

• Finalidades dos Insertos:

• Aumentar a vida útil dos moldes.

• Simplificar a usinagem.

• Manuseio ou troca de partes e consertos

• Saídas de ar.

• Resfriadores ou aquecimento em certas áreas da cav idade do molde.



• Sistemas de Canais

• Sistemas que evitem turbulência.

• Sistemas de alimentação e ataque que produza solidificação direcional.

• Possibilidade da utilização de Filtros.


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• Ângulos de Saída

• Externo = 1 0 - 30

• Interno = 2 0 - 50

• Machos = 2 0 - 50

• Parede de Peça

• Espessura de 3mm ⇒⇒⇒⇒ usar distância máxima de até 75 mm.

• Espessura de 5mm ⇒⇒⇒⇒ usar distância máxima entre 75 e 150 mm.

• Tolerância para

Usinagem

• Até 250 mm de comprimento = 0,8 mm

• Acima de 250 mm = 1,2 mm



• Machos

• Comprimento de macho sujeito por um extremo não deve exceder φφφφ do macho x 10.

• Diâmetro mínimo para machos = 6mm.

• Tipos: metálicos simples fixos – metálicos deslizantes montáveis – de areia.

• Movimentação: manual ou através de cilindros pneumáticos.

• Devem ser extraídos rapidamente para evitar “agarramento”.

• Mais econômico a utilização de machos metálicos (H1 4 ou aço ferramenta equivalente ⇒⇒⇒⇒ tolerância mínima e vida útil máxima.


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Recomendação de Materiais para Machos Grandes segundo a AFS

Número de Vazamentos

1000 10000 100000

F0F0 Cinzento Areia, gesso

F0F0 Cinzento, H11 Areia, gesso

F0F0 Cinzento, F 0F0

Cinzento c/ insertos de H11 , H11

• Machos menores que φφφφ = 77mm e L = 255mm a AFS recomenda os seguintes materiais, emn ordem de preferência: Areia – H11(Rc entre 42 e 45) – Aço Carb ono.


Ferramental para Fundição por Gravidade


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Coquilha Basculante – Sistema Tilt


Peça fundida em Coquilha

“Carter”


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Revestimentos dos Moldes (Coquilhas)

Composição Química:

• Silicato de Sódio: como ligante.

• Água: como solvente.

• Grafite coloidal, vermiculita, óxido de alumínio, a rgila e outros ingredientes.

Aplicação: pistola na cavidade da peça e com pincel (base isolante para massalotes).

Obs.: Quando a camada é espessa ⇒⇒⇒⇒ taxa de resfriamento lenta (ação isolante).


Revestimentos dos Moldes (Coquilhas)

Sequência Operacional:

• Limpeza da cavidade com jato de areia ⇒⇒⇒⇒ melhor aderência da tinta.

• Aquecimento do molde a ≈≈≈≈ 1500C

• Aplicação de quantas camadas forem necessárias (em função do efeito de isolamento desejado).

Obs.1: Uma aplicação bem feita pode ser usada continuamente por 24h dependendo do desenho da peça .

Obs.2: Recomenda-se a remoção completa e a repintu ra do molde em vez da realização de reparos.


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Principais Funções das Tintas para Coquilhas

• Controlar o gradiente de temperatura ⇒⇒⇒⇒ solidificação direcional ótima e peças isentas de rechupes.

• Controlar o fluxo de metal para assegurar que o met al atinja todas as partes da coquilha com a temperatura neces sária a não ocorrência de “juntas frias”.

• Facilitar a extração da peça.

• Garantir um bom acabamento na peça.

• Garantir uma maior vida útil do molde (evita soldag em do metal no molde)

• Reduzir o choque térmico.


Meios para alterar o Resfriamento das Peças

• Situação Ideal ⇒⇒⇒⇒ garantir a solidificação direcional.

• Quando isto não é possível:

• Usar resfriadores de Cobre ou Aço

• Circulação de água.

• Uso de aquecimento localizado.

• Uso de tintas isolantes.


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Temperatura da Coquilha

• Em fundição de Ligas de Alumínio ⇒⇒⇒⇒ 300-3500C.

• Consequências de Temperaturas muito Altas :

• Maior formação de rebarbas.

• Menor produção.

• Redução nas propriedades mecânicas das peças.

• Maior tendência a rechupes.

• Menor vida útil do molde.

• Consequências de Temperaturas muito Baixas:

• Geração de solda fria nas peças.

• Redução na capacidade de alimentação


Variáveis que afetam a Temperatura da Coquilha

• Quantidade de metal vazado.

• Formato da peça.

• Espessura de parede da coquilha.

• Frequência dos vazamentos.

• Tipo e espessura dos revestimentos (tintas).


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Fatores que afetam a Temperatura de Vazamento

• Tamanho e forma da peça.

• Revestimento do molde.

• Sistema de resfriamento.

• Sistema de canais.


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