aula 7 - processos de fundição em moldes perdidos

Aulas 7 - Processos de Fundição em Moldes Perdidos

Processos de Moldagem em Areias Verdes

Faculdade PitágorasFundição e Processos SiderúrgicosHalinson Faustino Dias Campos

Projecto

modelo caixas de machos

molde machoscaixa de moldação

+

areia de moldação

areia de machos

Peça

modelo

molde

machos+caixas

Composição da moldagem

vazamento

solidificação

abate e controle visual

recuperação da areia

matérias primas<

sucatas

Lingotesfusão

rejeições

Acabamento e controle final

Armazenamento e expedição

Etapas de produção em Moldes Perdidos


PASSOS DE FUNDIÇÃO EM MOLDE DE AREIA DE UMA PEÇA CILÍNDRICA COM FURO PASSANTE.

Etapas do Processo de Fundição

• Consiste em compactar, manualmente ou empregando máquinas de moldar, uma mistura refratária plástica - chamada areia de fundição -, composta essencialmente de areia silicosa, argila e água, sobre o modelo colocado ou montado na caixa de moldar.• Confeccionada a cavidade do molde, o metal é imediatamente vazado no seu interior.



1. A caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão. O modelo, coberto com talco ou grafite para evitar aderência da areia, é colocado no fundo da caixa. A areia é compactada sobre o modelo manualmente ou com oauxílio de marteletes automáticos.

2. Essa caixa, chamada de caixa-fundo, évirada de modo que o modelo fique para cima.



3. Outra caixa de moldar, chamada de caixa-tampa, é posta sobre a primeira caixa. Em seu interior são colocados o massalote e o canal de descida. Enche-se a caixa com areia que é socada até que a caixa fique completamente cheia.

4. O canal de descida e o massalote são retirados e as caixas são separadas.



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

7. Se há machos, são colocados nesta etapa. Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para prender uma na outra, usam-se presilhas ou grampos.

6. Abre-se o canal de distribuição e canal de entrada na caixa-fundo e retira-se o modelo.

8. Vazamento, Solidificação, Resfriamento, Desmoldagem, Retirada do canal e do massaloteLimpeza e Retirada de Rebarbada.


Modelos

“A qualidade da peça fundida depende, antes de mais nada da qualidade e precisão com que o modelo é fabricado ”

O modelador é um dos profissionais mais caros dentro da fundição pois alia a capacidade de trabalhar a madeira e/ou o metal, com o conhecimento da tecnologia de fundição.

Esqueleto (a), Chapelona (b) e Gabarito (c)Fonte: Ibidem

Modelo MaciçoFonte: Ibidem

1 - Modelo Inteiriço e Bi-partidoFonte: Tecnologia de la Fundicion


Materiais utilizados:� Madeira� Alumínio� Aço� Resina plástica� Isopor

Material No de Moldesmadeira 200-300madeira reforçada com metal até 2000alumínio ou resina epóxi até 6000ferro fundido / aço até 100.000

DURABILIDADE MÉDIA DE MODELOS

Estes materiais diferem entre si quanto ao acabamento e a durabilidade que conferirão ao modelo.

Fonte: Metals Handbook, vol. 15

Modelos


Critérios para seleção de materiais utilizados nos modelos:� Pré-exigência em termos da fabricação do modelo� Lote de peças a fabricar� Tolerância dimensional� Acabamento requeridos para a peça fundida� Custo

Muitas Peças

Poucas Peças

Diluição de custos Materiais mais caros

Materiais mais baratos

Muitas Peças Materiais mais caros

Modelos

O modelo é moldado na caixa inferior


MachoElemento que produz furos e reentrâncias na peça fundida.Feito de areia compactada na caixa de macho.Deve ter as dimensões inferior à peça acabada: das dimensões da peça,

subtrai-se a contração térmica e o sobremetal de acabamento.É alojado no molde (que contém o encaixe adequado para o encaixe deste)

Machos

Caixa de machoÉ o molde de fabricação de macho.Bipartido, com união firme por grampos, os moldes são reutilizados diversas vezes.Material da caixa de macho: madeira, alumínio, aço, etc.


depende basicamente do tamanho médio dos poros intergranulares que, por sua vez, é

determinado pelas características geométricas da areia base e pelo grau de

adensamento do macho

capacidade de permitir o livre escape dos gases e vapores; em excesso produz peças

muito rugosas

Permeabilidade

deformação predominantemente plástica quando a extração é feita antes da cura e predominantemente elástica nos demais

casos

deformação da massa de areia compactada para que o macho não se rompa durante a

operação de extração do interior da caixa-de-macho.

Plasticidade

tem interesse nos casos em que os machos precisam ser extraídos da caixa-de-macho

para ser curados em uma estufa

capacidade de retenção da forma antes da cura final

Consistência (no estado cru)

depende da areia base (facilidade de escorregamento mútuo dos grãos) e do filme

de ligante (quantidade, viscosidade)

correlaciona o grau e a uniformidade de compactação da areia com a energia

despendida nessa operação

Escoabilidade

(Soprabilidade)

função da condições do ambiente e da areia (principalmente temperatura) e da

composição da mistura (teor de conversor ou catalisador)

intervalo de tempo, contado a partir do preparo da mistura, dentro do qual pode-se fabricar machos com resistência mecânica maior ou igual a 80% da resistência obtida com areia compactada imediatamente após o preparo

Vida de banca

ObservaçõesDefiniçãoAtributo

Atributos exigidos das areias para machos

Machos


Atributos exigidos das areias para machos

refratariedade deficiente pode resultar em deformações no macho, aderência de areia à peça fundida e dificuldades de limpeza e desmoldagem;

dificilmente ocorrerão na fundição de alumínio

refere-se à areia base: ela não deve amolecer nem sofrer sinterização (ligação vítrea entre

grãos)

Refratariedade

função da resistência residual do ligante e/ou de baixa refratariedade da areia base

facilidade com que se pode retirar o macho do interior da peça solidificada

Desmoldabilidade

função principalmente do sistema ligante e do grau de compactação do macho

resistência mecânica a quente (inicialmente) e progressiva perda de resistência em favor da

plasticidade a quente (capacidade de deformar-se plasticamente)

Propriedades mecânicas a temperatura elevada

fatores de influência: composições do metal e da areia de macho (e seus produtos de decomposição),

grau de contato metal-molde (pressão do metal), temperatura local, pressão dos gases; estes últimos

dependem também da permeabilidade e e da difusividade térmica do macho

evitar as reações entre o metal e o material do macho e/ou seus produtos de decomposição

(principalmente gases ou vapores)

Inércia química em relação ao metal fundido

função do tipo de areia (expansibilidade e condutividade térmicas), suas características

granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e grau de adensamento do macho

determina a velocidade de extração de calor do metal por parte do macho, importante por

determinar a estrutura de solidificação da liga fundida e a seqüência de solidificação da peça

Difusividade térmica

função do tipo de areia (expansibilidade e condutividade térmicas), suas características

granulométricas, tipo e quantidade de ligantes e grau de adensamento do macho

capacidade de acomodar os efeitos da intensa e brusca expansão térmica que sofrem os grãos de

areia próximos da interface metal-molde

Estabilidade térmica dimensional

ObservaçõesDefiniçãoAtributo

Machos


Canais de enchimento

Sistema de canais

1. Bacia de vazamento

2. Canal de descida

3. Canal de distribuição

4. Retenção de escória

5. Canal(is) de ataque

6. Canal de ventilação

7. Alimentador/Massalote


Canais de enchimento


Massalote

Massalote (ou alimentador)Elemento que realimenta as zonas esvaziadas pela contração da mudança da fase líquida para a sólida.É posicionada do lado oposto ao canal de descida.É moldado por meio de um “modelo” simples na caixa superior, conectando-se com o molde (caixa inferior).

(a) Contração no estado líquido; (b) contração na mudança de estado; (c) contração no estado sólido; (d) resulta em peça menor que o molde após o resfriamento.


Canal de Descida

Canal de descida (ou canal de vazamento)Juntamente com o canal de entrada, conduz o metal fundido até o molde.É moldado por meio de “modelo” simples na caixa superior.

O canal de descida/principal é a parte do sistema de canais onde a aspiração de gases é mais provável de acontecer.


Canal de Entrada

Canal de entradaNormalmente o canal é aberto com o auxílio de ferramentas manuais para fazer a ligação entre o canal de descida até o molde.

Pode também ser moldado por meio de um complemento no modelo. Mas, neste caso é preciso garantir a precisão de locação do canal de descida.


Placa de Separação

Placa de separação (ou porta modelos)Têm a função de garantir o alinhamento entre o elemento da caixa inferior (molde) e os elementos da caixa superior (massalote, partes do molde e canal de descida).Servem também para protegem o molde infeior quando da moldagem do superior.


Caixa de Moldagem

Caixa de moldagemÉ dividida em caixa inferior e caixa superiorFabricadas em aço, as caixas não possuem tampa nem fundo, sólaterais.Devem resistir às pressões de compactaçãoA caixa inferior é unida à superior por grampos.


Fabricação do Molde

Variáveis na seleção de materiais para fabricação do molde:

• Materiais Utilizados: areia, argila e água

• Requerimentos quanto a aplicação:– Resistência Mecânica: Deve resistir à pressão e erosão de vazamento

(índice de Shatter, umidade, etc)– Granulometria: acabamento x saída de gases (índice ou módulo de finura,

distribuição granulométrica)– Desmoldabilidade: O molde de areia é destruído para a retirada da peça

fundida.

A areia é até 98% reutilizada.


Vantagens da moldagem em areia verde

• Menor custo dentre todos os métodos de produção de moldes.• Menor distorção de formato do que nos métodos que usam areia seca.• As caixas de moldagem estão prontas para a reutilização em curto

intervalo de tempo.• Boa estabilidade dimensional.• Baixa possibilidade de surgimento de trincas.• Facilidade de reparo dos moldes;• Equipamentos mais simples.


Desvantagens da areia verde

• O controle da areia é mais crítico do que nos outros processos que também usam areia.

• Maior erosão quando as peças fundidas são de maior tamanho.• O acabamento da superfície piora nas peças de maior peso.• A estabilidade dimensional é menor nas peças de maior tamanho

Processos de Moldagem em Silicato de Sódio / CO2


Moldagem em Silicato de Sódio / CO2

Utilização: Fabricação de Moldes e Modelos

Ligas: Fundição de ligas ferrosas (aço e ferro fundido) e não ferrosas (aluminio e cobre).

Dimensões das Peças: 25 a 50kg, podendo ser ainda maiores.

Tempo e Volume de Produção: Produção de uma única peça ou pequenas séries de peças vazadas. Taxa de produção um pouco mais lenta que em areia verde, entretanto mais rápidas que em areia seca.

Espessura Mínima: Cerca de 5mm.

Acabamento Superficial: Rugosidades superficiais da ordem de 6,3 a 25µm. Detalhes nem sempre ficam bem definidos.

Precisão Dimensional: Melhor que em areia verde, mas ainda pode depender de maquinagem.

Mistura: de estufas e com baixo nível de compactação


Alguns autores atribuem o endurecimento resultante da reação química à precipitação de SiO2 na forma de gel. É possível que essa precipitação também contribua para a ligação, mas a explicação mais aceita parece ser a elevação de viscosidade que acompanha o aumento da relação SiO2/Na2O do silicato.

O mecanismo químico é favorecido por baixas velocidades (vazões) de gás

Na2SiO3 + 2H2O + CO2 ⇒⇒⇒⇒ Na2CO3 + Si(OH)4

Mecanismo químico de endurecimento

Mecanismo físico de endurecimento

- Durante a “gasagem”, o excesso de CO2 (que é um gás seco) carrega água e desidrata o silicato.-Após a “gasagem”, durante o armazenamento do macho ou molde, ocorre perda de água para o ambiente.

O mecanismo físico é favorecido por altas velocidades (vazões) de gás CO2 na gasagem.

Na2SiO3

3 a 4% de massa de SiO2

0,2 a 5 m³/kg de silicatoCO2 - vazão de gás- configuração de macho / molde- método de gasagem

Depende de

Reação de Condensação e PolimerizaçãoSílica de alta pureza (98%) + Silicato de sódio (aglomerante)


1) Com pequenas campânulas de borracha

O procedimento é inteiramente manual e fortemente dependente do operador

Métodos de Gasagem

(2) Com agulhas dotadas de perfurações lateraisComo a gasagem com campânula, étambém um procedimento manual fortemente dependente do operador.

As agulhas são, na verdade, tubos com perfurações laterais para melhor distribuição do gás.

Antes de iniciar a gasagem com agulhas, épreciso efetuar os furos com uma agulha maciça.


(3) Através de tampa superior

Este método permite manter pressão elevada de CO2 na areia.

A distribuição de gás melhora com alguns respiros na placa.

No entanto, respiros executados sem critério podem agir com vias preferenciais de escape dos gases, deixando outras áreas sem gasagem.

Métodos de Gasagem(4) Através da placa-modelo ou da caixa de machoA distribuição de gás pelo molde épotencialmente melhor do que nas situaçõesanteriores. Requer a incorporação de uma câmara de distribuição de gás (“plenum”) e de respiros na placa e nos modelos. Aqui também, respiros mal distribuídos podem ser contraproducentes.Pode-se manter uma elevada pressão de CO2 na areia através do uso de uma tampa superior.


A gasagem por tempos excessivos, isto é, a “sobregasagem”, pode dar altas resistências imediatas, mas baixas resistências e friabilidade após armazenamento.

Esse fenômeno é interpretado como decorrente de desidratação excessiva do silicato durante agasagem.

Silicatos de maior relação SiO2/Na2O são mais propensos à “sobregasagem”.

Sobregasagem


Vantagens do Processo com Silicato de Sódio / CO2

• Boa disponibilidade e baixo custo das matérias primas.• Aglomerante não tóxicos, não inflamáveis e sem odor.• Segurança e facilidade de manuseio das matérias primas.• Não há contaminação das ligas vazadas por meio de P, S e Azoto• Pequeno volume de gás liberado durante o vazamento.• Boa estabilidade dimensional.• Aglomerante pouco sensível às variações na areia.• Aglomerante compatível com areias de Sílica, Cromita, Zirconita, Olivina

e Chamote.• Aglomerante compatível com as moldações em areia verde.


Desvantagens do Processo com Silicato de Sódio / CO2

• Demanda alto controle de processo, tais como: Temperatura, volume de CO2 e tempo de insuflação.

• A resistência da areia deteriora-se em condição de elevada umidade.• Dificuldade de colapsilização para ruptura da areia aglomerada após

solidificação da peça.• Residuais de sódio na areia reciclada reduzem a sua refratariedade.

aula 7 - processos de fundição em moldes perdidos

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