aulas fundição

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Profa. Maria Helena Robert DEF/FEM/UNICAMP março 2005 EM 731 / ES 365 PROCESSOS METALÚRGICOS DE FABRICAÇÃO

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Page 1: Aulas Fundição

Profa. Maria Helena RobertDEF/FEM/UNICAMP

março 2005

EM 731 / ES 365PROCESSOS METALÚRGICOS

DE FABRICAÇÃO

Page 2: Aulas Fundição

Metalurgia do pó

Taplicada < Tfusão Taplicada > Tfusão

Processos de fabricaçãoProcessos de fabricaçãoMatéria prima metálicaMatéria prima metálica

Mecânicos(emprego de tensão)

Metalúrgicos (emprego de temperatura)

Tratamentos térmicos

UsinagemFundição

Soldagem

Lingotamento

aplicada > ruptura aplicada < ruptura

Trefilação

Laminação

Extrusão

Forjamento

MHRobert

Page 3: Aulas Fundição

TecnologiaTecnologia dede fundiçãofundição

Definição:

Conformação de metais e ligas a partir do material líquido, vazado em

moldes apropriados onde, ao solidificar-se, toma-lhe a forma;

resultando em:

- produtos acabados (peças, componentes);

- semi-acabados;

- matéria prima para processamento mecânico

(tarugos, lingotes, chapas).

MHRobert

Page 4: Aulas Fundição

HistóriaHistória::

5000 aC: facas, pontas de lança, moedas, artefatos

domésticos em Cu, bronzes (Cu/Sn);

2000 aC: ferrosos;

500 aC: bronzes, esculturas religiosas (cera perdida);

+ 500 aC: ampliou-se para uso em armamentos, escudos;

habilidade de produção com qualidade;

Desde então a fundição se desenvolveu como ciência.

MHRobert

Page 5: Aulas Fundição

FundiçãoFundição hojehoje::(Os princípios básicos são os mesmos de milhares de anos)

infinidade de processos já desenvolvidos e equipamentos disponíveis ;

processos podem ser totalmente automatizados;

modelagem / simulação de processos e fenômenos metalúrgicos e mecânicos já dominados;

sistemas sofisticados de controle de processos e de qualidade de produtos.

Page 6: Aulas Fundição

ImportânciaImportância dada fundição:fundição:

Praticamente todo produto metalúrgico

passa por um processo de fundição em

um momento de sua produção.

Page 7: Aulas Fundição

ExemplosExemplos dede aplicaçãoaplicação da da fundiçãofundição::

- Partes e corpos de motores;

- Turbinas (hidráulicas, de aviões);

- Equipamentos e ferramentas para indústria mecânica e metalúrgica;

- Laminadores;

- Propulsores para navios, hélices etc;

- Válvulas de alta e baixa precisão;

- Sapatas de freios;

- Milhares de tipos de componentes para indústria automobilística;

- Milhares de tipos de componentes e artefatos para uso doméstico.

Page 8: Aulas Fundição

VantagensVantagens dada fundiçãofundição sobre outrossobre outros processosprocessos dede fabricaçãofabricação::

- Flexibilidade de peso - de gramas até dezenas de toneladas;

- Complexidade de formas;

- Ampla gama de materiais (a maioria dos metais e ligas);

- Ampla gama de propriedades - permite controle de estruturas

e de propriedades físicas e mecânicas;

- Versatilidade de produção - tanto para pequenos quanto

elevados volumes de produção;

- Baixo custo;

- Elevada precisão dimensional e acabamento, com escolha

apropriada do processo;

- Permite near net shape ( forma final) em uma única operação.

Page 9: Aulas Fundição

ProduçãoProdução anualanual dede metaismetais--Brasil Brasil ((anoano 19961996):):

Não ferrososNão ferrosos

Al - 1,6 milhões t

Cu - 240.000 t

Zn - 120.000 t

Sn - 24.000 t

Ni - 22.000 t

Pb - 22.000 t

FerrososFerrosos

Aços, lingotes - 7.200 milhões t

Lingotamento contínuo - 18.000 milhões t

Aços para fundição - 11 milhões t

Fe (gusa) - 24.500 milhões t

Page 10: Aulas Fundição

Não ferrososNão ferrosos

Al - 100.000 t

Cu - 19.000 t

Zn - 18.000 t

Mg - 7.600 t

FerrososFerrosos

Ferro fundido - 1,3 milhões t

Aço - 91.000 t

Produtos Fundidos (Brasil, ano 1996)Produtos Fundidos (Brasil, ano 1996)

Page 11: Aulas Fundição

ProcessosProcessos dede fundiçãofundição::

Uma infinidade de processos à disposição, mas etapas e sua seqüência são comuns à maioria dos processos:

ModelaçãoModelação

confecção do modelo – réplica da peça, utilizada para confeccionar o molde;

Moldagem e machariaMoldagem e macharia

confecção do molde – cavidade a ser preenchida com metal líquido + confecção do macho – insertos refratários com a geometria de vazios internos da peça fundida que se deseja;

FusãoFusão

preparo do metal líquido a ser vazado na cavidade do molde;

Page 12: Aulas Fundição

VazamentoVazamento preenchimento do molde com metal líquido;

DesmoldagemDesmoldagem retirada do fundido do molde, após solidificação do metal;

Pós-operaçõesPós-operações rebarbação, corte de canais, limpeza;

InspeçãoInspeção para detecção de defeitos;

RecuperaçãoRecuperação no caso de defeitos não comprometedores;

Conformação finalConformação final usinagem, furação;

Tratamento térmico e outrosTratamento térmico e outros obtenção das propriedades finais desejadas.

Page 13: Aulas Fundição

Fluxograma de produção por fundiçãoFluxograma de produção por fundição

modelaçãomoldagem e

macharia

fusão

vazamento desmoldagem

rebarbação, limpeza, corte

de canais

inspeção/testes

insp

eção visual

recuperação

expedição

refugos

Page 14: Aulas Fundição

Processos de fundiçãoProcessos de fundição::

1.1.Moldes Colapsáveis:Moldes Colapsáveis:

Processos que utilizam moldes de material refratário;

Os moldes são quebrados para a retirada do fundido;

Cada molde se presta a somente um vazamento;

O material do molde pode ser recuperado para a construção de outro molde, após desmoldagem da peça;

Podem ser fabricadas feitas várias peças em um vazamento, isto é, o molde pode conter várias cavidades a serem preenchidas com metal líquido.

Os processos de fundição podem ser classificados de acordo com o material empregado na fabricação do molde, em:

Page 15: Aulas Fundição

Areias + ligantes inorgânicosAreias + ligantes inorgânicos

Areia verde

Areia seca

Processo silicato de Na/CO2

Areia cimento

Areias + ligantes orgânicosAreias + ligantes orgânicosMoldagem em casca (shell molding)

Resinas de cura a frio

Areias sem ligantesAreias sem ligantes

Molde cheio

Moldagem a vácuo

Moldes congelados

Outros refratários Outros refratários areia areiaCera perdida

CLA

Processos que utilizam Processos que utilizam moldes colapsáveismoldes colapsáveis

Page 16: Aulas Fundição

Utilizam moldes metálicos – de aço, Cu, ferro fundido;

Os moldes são chamados coquilhas ou matrizes;

Os moldes são fabricados por usinagem de precisão;

Não há necessidade de modelos;

A desmoldagem é feita por simples abertura do molde;

Novo vazamento pode ser imediatamente feito no mesmo molde;

Vida útil de moldes pode ser muito elevada – centenas de milhares de

vazamentos podem ser feitos em um molde;

Custo de fabricação do molde é elevado;

Uso de moldes metálicos só é justificado para grandes volumes de produção;

Produzem peças de elevada qualidade superficial.

2. Moldes permanentes2. Moldes permanentes

Page 17: Aulas Fundição

Fundição por gravidade

Fundição sobre pressão

Fundição a vácuo

Fundição por compressão

Fundição por centrifugação

Processos de fundição que utilizam moldes Processos de fundição que utilizam moldes permanentespermanentes

Injeção em câmara quenteInjeção em câmara friaFundição a baixa pressão

TotalParcialSomente preenchimento

Nestes processos, o que distingue um tipo de processo de outro é o modo de preenchimento do molde

Page 18: Aulas Fundição

3. Moldes semi-permanentes:

Gesso

Silicato de sódio

Polímeros

Grafite

Page 19: Aulas Fundição

FundiçãoFundição emem areiaareia verdeverde::

- Processo mais popular - cerca de 90% (em volume do metal líquido) da produção de fundidos.

- Baixo custo.

- Amplamente utilizado tanto para pequenas quanto elevadas produções.

- Elevada versatilidade quanto ao peso (de poucas gramas até dezenas de toneladas).

- Utilizado para ligas ferrosas e não ferrosas.

Page 20: Aulas Fundição

- Complexidade de geometria é limitada pela necessidade de modelo.

- Material de moldagem: areia 75% argila 3 a 15% água aditivos para fins específicos

- Argila e água água penetra na superfície formando filme contínuo envolvendo grãos torna-a plástica e permite moldagem.

Page 21: Aulas Fundição

Procedimento: (de acordo com figuras seguintes)

- Preparo do modelo;

- Montagem de modelo na caixa de moldar;

- Preenchimento da caixa com a areia de moldagem;

- Compactação da areia;

- Retirada do modelo;

- Montagem de machos, fechamento das partes do molde.

Molde pronto para receber o metal líquido

Page 22: Aulas Fundição

- O grau e a homogeneidade da compactação da areia dependem da técnica de moldagem empregada em geral a compactação produz redução de 20 a 80% na densidade do molde.

- Modelo construído em partes para permitir a sua retirada do molde.

- Machos são construídos em areia, separadamente, em caixas de macho.

Page 23: Aulas Fundição

- Molde pronto cavidade a conter o metal líquido (é constituído da peça propriamente dita + canais de distribuição do líquido + alimentadores + machos + resfriadores).

- No processo em areia verde molde pode receber vazamento imediatamente pode ocorrer problemas de evolução de gases.

- Desmoldagem é feita por quebra do molde areia pode ser reutilizada.

- Processo facilmente mecanizável.

Page 24: Aulas Fundição

Figura página 11

Esquema representativo de moldagem em caixa, com areia verde

Esquema representativo de moldagem em caixa, com areia verde

Page 25: Aulas Fundição

Figura página 12

Esquema representativo de moldagem em caixa, com areia verde

Page 26: Aulas Fundição

Figura página 13

Molde de fundição e respectivo produto

Page 27: Aulas Fundição

FundiçãoFundição emem areiaareia secaseca::

- Processo semelhante ao processo de fundição em areia verde.

- Diferença: necessidade de secagem antes de receber o metal líquido.

- Composição da areia: areia + ligantes que fornecem resistência mecânica após secagem (ex. ligantes orgânicos - óleos vegetais ou derivados de petróleo).

Page 28: Aulas Fundição

- Confecção do molde ao processo de fundição em areia verde; exceto a etapa final secagem em estufa (200-300C).

- Secagem: aumenta resistência mecânica e à erosão pelo metal líquido;

reduz teor de água no molde - reduz possibilidades de defeitos na peça fundida, como porosidade;

fornece fundidos de melhor qualidade que a fundição em areia verde.

Page 29: Aulas Fundição

FundiçãoFundição emem areiaareia secaseca::

A necessidade de secagem (tempo de secagem é função de dimensões do molde) aumenta os custos do processo.

Solução: secagem superficial (1 a 3 cm junto à superfície interna do molde) com auxílio de secadores portáteis, lâmpadas, maçaricos ou elementos resistivos.

- Moldes devem receber metal líquido imediatamente após a secagem para evitar drenagem de água das camadas externas para a superfície interna do molde.

- Apresentam maior resistência à contração no resfriamento do que o apresentado no processo de fundição em areia verde.

não adequados para moldes pequenos e complexos para metais que sofrem elevada contração na solidificação.

Page 30: Aulas Fundição

- Utilização: . moldes de grandes dimensões (são moldados em poços);

. na confecção de machos;

. na moldagem por parte de grandes ou complexos moldes.

- Exemplos: peças grandes de grandes seções de parede, como cilindros e engrenagens pesadas.

Page 31: Aulas Fundição

ProcessoProcesso SilicatoSilicato dede Sódio Sódio (Na(Na22SiOSiO33)/CO)/CO22::

- Conhecido desde o século passado.

- Amplo uso comercial a partir dos anos 50.

- Composição da areia: areia + Na2SiO3 + CO2.

Page 32: Aulas Fundição

Confecção do molde:Confecção do molde:

Na2SiO3 na forma SiO3 . Na2 . H2O (líquido) é misturado à areia; A mistura é colocada sobre o modelo; vibração para acomodamento da areia (compactação leve, manual ou por vibração); Gás CO2 é passado pelo interior da areia; as seguintes reações ocorrem rapidamente, à temperatura ambiente:

Na2O.SiO2.H2O + CO2 H2CO3 + Na2O.SiO2

(CO2 absorve água do silicato hidratado formando ácido carbônico H2CO3)

Na2O.SiO2.H2O + H2CO Na2CO3 + SiO2.H2O

(ácido carbônico retira Na do silicato formando sílica gel e ainda ocorre a secagem do silicato, formando silicato vítreo)

Page 33: Aulas Fundição

Sílica gel: Envolve grãos de areia, fornecendo coesão e plasticidade.

Silicato vítreo: Fornece forte ligação e alta resistência mecânica ao molde.

- Diferentes técnicas de sopramento do gás CO2 - vide figura ilustrativa.

Page 34: Aulas Fundição

- Tempo de gaseificação determina a fração de sílica gel e de silicato vítreo e, portanto, as propriedades do molde:

silicato vítreo propriedades mecânicas

- excesso: dureza excessiva - baixa colapsibilidade do molde

Page 35: Aulas Fundição

-Correção de reduzida colapsibilidade:

Controle do processo (tempo e % CO2 corretos); Uso de aditivos diminuem a dureza (exemplos: açucares, argilas).

- Moldes de alta resistência mecânica são produzidos em curto tempo.

- Metal deve ser vazado imediatamente.

Page 36: Aulas Fundição

- Uso popular: na fabricação de machos; na fabricação de moldes que requeiram bom acabamento; na moldagem de peças grandes, por partes.

- Custo mais elevado que o processo em areia verde.

- Areia não recuperável.

- Processo bastante versátil:

na fabricação de moldes de pequenas, médias e grandes dimensões (por partes);

fornecem fundidos com boa qualidade superficial para ferrosos e não ferrosos;

fornecem fundidos com alta precisão dimensional.

Page 37: Aulas Fundição

Figura página 17

Técnicas de gaseificação no processo silicato de sódio/CO2:

1-diretamente sobre a areia 2-através da areia, usando uma sonda3-na cavidade do molde 4-através do molde/modelo5-em câmara evacuada

Page 38: Aulas Fundição

ProcessoProcesso areiaareia cimentocimento::- Uso comercial a partir dos anos 50.

- Popular para moldes de grande porte, para ligas ferrosas.

- Mistura: areia + 8-10% cimento + 4-7% água.

- Não necessário:

caixas de moldagem, somente molduras (a alta resistência do cimento sustenta o molde);

elevada compactação.

- O modelo é retirado após cura parcial.

- O processo é lento dada a lenta secagem do cimento (vários dias podem ser requeridos).

- Fornecem moldes com elevada resistência mecânica.

- Fornecem moldes com reduzida colapsibilidade (a reduzida colapsibilidade pode ser corrigida com a adição de argilas ou aditivos orgânicos).

- Areias não são recuperáveis.

Page 39: Aulas Fundição

ProcessoProcesso ShellShell::

- Conhecido como processo se moldagem em cascas ou processo Croning.

- Foi primeiramente apresentado na Alemanha, nos anos 40; hoje é amplamente utilizado para os mais variados produtos e ligas.

- Mistura de moldagem: areia + resinas de cura a quente.

- Tipos de resinas: fenol-formaldeido ureia-formaldeido alquídicas mais populares

Page 40: Aulas Fundição

- Modelo: metálico de alta qualidade e acabamento superficial; construídos em materiais estáveis com a temperatura de cura da resina (Al, aços); modelos em placas, em árvores contendo mais de uma cavidade – mais de uma peça pode ser feita em um único vazamento.

- Técnica: - mistura de moldagem é colocada em contato com molde aquecido; temperaturas utilizadas: 200-250C.- não requer compactação da areia.- são utilizadas areias de granulometria fina - para alta fluidez (não há compactação)

Fornece fundidos de excelente acabamento e precisão dimensional

Page 41: Aulas Fundição

- A resina, com aquecimento, polimeriza formando uma casca sobre o modelo, em tempos de 1 a 3 min.

- Casca é destacada do modelo e montado o molde, estando pronto para o vazamento do líquido.

- Espessura da casca: suficiente para suportar pressão do líquido; valores típicos: 5 a 10 mm.

- Shell molding produz fundidos de superior qualidade para ampla gama de ligas metálicas como Al, Cu, ferro fundido, aços.

- Processo permite alta flexibilidade de formas.

- Ampla aplicação comercial na indústria automobilística principalmente na fabricação de componentes de ligas de Al.

- Areias não são recuperáveis.

Page 42: Aulas Fundição

Dois métodos de moldagem podem ser utilizados:

Tamboreamento:

a areia é mantida no interior de uma caixa;

o modelo é preso sobre a caixa que é então virada de modo a deixar cair areia sobre o modelo.

Sopramento: A areia é soprada para a cavidade entre modelo e placa de fechamento,

de maneira semelhante à injeção, produzindo uma casca de espessura uniforme e controlada (modelo e placa de fechamento aquecidas);

Caro, envolve equipamento de alto custo;

Justificável para grande quantidade de peças pequenas;

Muito utilizado para confecção de machos.

Page 43: Aulas Fundição

Figura página 21

Processo de moldagem em casca – Shell molding

Page 44: Aulas Fundição

Figura página 22

Moldagem em casca

Page 45: Aulas Fundição

ResinasResinas dede curacura aa friofrio::

- De desenvolvimento mais recente anos 50.

- Revolucionaram a tecnologia de moldagem: dispensam elevadas temperaturas; dispensam longos tempos de cura.

- Eliminam presença de gases provenientes da queima de componentes orgânicos (que requerem altas temperaturas para cura).

Page 46: Aulas Fundição

- Ampla gama de processos (produtos) disponíveis, com diferentes denominações comerciais.

- Resinas polimerizam a temperatura ambiente, em presença de catalisador:

tempos da ordem de minutos ou segundos.

- Utilizam modelos de madeira.

- Fornecem moldes de elevada resistência e de alta colapsibilidade, sem necessidade de elevado grau de compactação.

Page 47: Aulas Fundição

- Moldes manuseáveis, úteis para: moldagem por partes; moldes de grandes dimensões e geometria complexa.

- Fornecem excelente precisão dimensional e acabamento superficial.

- Desvantagem: reduzido tempo de bancada: pode chegar a 20 segundos para algumas resinas; nestes casos somente uso para pequenas dimensões.

Excelente para produção em grande escala (rapidez)

Page 48: Aulas Fundição

ProcessosProcessos dede fundiçãofundição emem areiasareias semsem ligantesligantes::

- Aglomerantes: produtos poluentes e muitas vezes tóxicos; ingredientes de mais elevado custo na mistura de moldagem; geradores de defeitos em fundidos (gases); em muitos casos impedem a reciclagem da areia.

- Processos livres de aglomerantes: evita-se os inconvenientes destes componentes; permitem desmoldagem espontânea.

Page 49: Aulas Fundição

Os processos de fundição em areias sem ligantes podem ser divididos em:

Molde cheio

Moldagem a vácuo

Moldes congelados

Page 50: Aulas Fundição

ProcessoProcesso emem moldemolde cheiocheio::

- Conhecido como fundição em molde sem cavidade ou processo EPC (evaporative pattern casting).

- Modelo é feito em material vaporizável a uma temperatura menor que a temperatura de fusão do metal:

poliestireno ou polimetil metacrilato expandidos

menor possibilidade de contaminação do metal por C

Page 51: Aulas Fundição

- Confecção dos modelos: Usinagem de blocos (caso de grandes dimensões e baixa produção);

Moldagem de grânulos pré-expandidos em moldes metálicos; aquecimento com vapor ou água quente grânulos se expandem e se ligam tomando a forma do molde;

O modelo já deve conter canais e alimentadores;

O modelo é recoberto com pintura refratária (a pintura constitui a superfície interna do molde previne queda de grãos de areia, controla a taxa de saída de gases e o acabamento da peça e deve ter, portanto, sua espessura rigidamente controlada).

Page 52: Aulas Fundição

- Confecção dos moldes: Areia seca de alta fluidez, sem ligantes, é colocada sobre o modelo; Aplica somente vibração; não há compactação.

- Vazamento: - O metal é vazado diretamente sobre o modelo: essencial o controle do tempo de vazamento para evitar colapso do molde; essencial permeabilidade adequada na areia, respiros devem ser previstos.

Page 53: Aulas Fundição

- Processo permite geometria complexas.

- Alta precisão dimensional, ausência de defeitos de linhas de partição de moldes, ausência de retenção de ar.

- Adequado para pequena e grande produção de ferrosos e não ferrosos : . peso 0,5 a 25 kg; paredes com seções até 3,5mm.

Page 54: Aulas Fundição

Figura página 27

Modelo para fundição em molde cheio

Page 55: Aulas Fundição

Produto fundido obtido

Page 56: Aulas Fundição

Figura página 28

Fundição em molde cheio

Page 57: Aulas Fundição

MoldagemMoldagem aa vácuovácuo::

- Apresentado no Japão nos anos 70.

- Modelo é feito em madeira, plástico ou metal, montado em caixas de moldar ocas, conectadas à uma bomba de vácuo.

- Confecção dos moldes: o modelo é revestido com película de plástico; vácuo é aplicado na caixa de moldar, provocando aderência do plástico ao modelo (vácuo da ordem de 0,5 bar ou 5.10-3 kgf/ mm2;

Page 58: Aulas Fundição

Areia seca, de reduzida granulometria, sem aglomerantes, é colocada sobre o modelo revestido com plástico (vácuo é mantido); Vibração para acomodação da areia; Areia é recoberta com película de plástico; Vácuo é feito na caixa contendo areia, produzindo compactação; Ar é injetado no modelo, enquanto é mantido na areia - a película se desprende do modelo, constituindo o molde; As partes do molde são montadas e é feito o vazamento.

Page 59: Aulas Fundição

- Vazamento: o metal é vazado diretamente no molde; durante vazamento, ar sob pressão é mantido no interior do molde, para evitar colapso da areia vácuo é mantido na areia; ar e gases são retirados do molde pela bomba de vácuo.

- Desmoldagem é imediata, bastando injetar ar no molde.

Page 60: Aulas Fundição

- Areias utilizadas: . silicosas,zirconitas, cromitas, de reduzida granulometria para prevenir penetração de metal por ação do vácuo. A prevenção da penetração de metal na areia pode também ser feita com uso de pintura cerâmica sobre o filme de plástico.

- Os modelos têm alta durabilidade pois não sofrem erosão na moldagem.

Page 61: Aulas Fundição

- Filmes de plásticos utilizados:

. internamente (em contato com metal): plásticos de alta deformabilidade como copolímeros etil-acetatos, sendo o mais utilizado o etileno vinil acetato;

. externamente (para recobrir a areia): podem ser filmes de menor custo como polietileno de baixa densidade;

. espessuras dos filmes: aproximadamente 0,006mm.

Page 62: Aulas Fundição

- Vantagens do processo:menor custo do material de moldagem;

maior vida de moldes;não poluentes;não defeitos nos fundidos devidos a ingredientes voláteis na areia de moldagem;areia 100% recuperável .

Page 63: Aulas Fundição

- Produz fundidos de boa precisão dimensional, bom acabamento.

- Produz fundidos livres de trincas e tensões residuais.

- Utilizado para metais ferrosos e não ferrosos para fundição de peças com pesos de 100-2500kg e espessura de parede até 3mm.

- Processo facilmente automatizável.

- Processo bastante versátil: pequenas e grandes produções, para pequenas e grandes peças.

Page 64: Aulas Fundição

Figura página 31

Page 65: Aulas Fundição

Figura página 32

1-mesa2-silo alimentador3-placa modelo4-formador de película5-manuseador de placa6-fechador de caixas7-mesa giratória8-separador de caixas

Sistema de vazamento em moldagem a vácuo

Page 66: Aulas Fundição

MoldesMoldes congelados:congelados:

- Processo desenvolvido na Rússia, anos 70.

- Mistura de moldagem:areia + 2-6 % de água ouareia + 2-8 % argila + 2-12 % água (proc Effset)

Page 67: Aulas Fundição

- Técnica: moldagem convencional; resfriamento sub-zero; N2 líquido; parte da água é absorvida na superfície da areia coesão é elevada resistência quando cristalizado; tempo de bancada f(Tcong);

Page 68: Aulas Fundição

vazamento seguro f(Tcong , dimensões,Tv, geometria do molde); colapso da areia ocorre após formação de espessura de sólido suficiente para conter o metal; desmoldagem espontânea; areia 100% recuperável.

Page 69: Aulas Fundição

- Propriedades do molde:

elevadas propriedades mecânicas - comparáveis aos moldes obtidos por processo silicato de sódio/CO2;

tempo de bancada pode ser da ordem de 1 hora; permeabilidade superior a areia verde, processo silicato de sódio/ CO2 f(granulometria e Tcong); permeabilidade aumenta com o aumento da Tcong.

Page 70: Aulas Fundição

- Aplicações / qualidade do produto:

ligas ferrosas e não ferrosas, peso gramas a 80kg; exemplos: ligas de Al (Tv da ordem de 600-700C)

ferro nodular (Tv=1400C) bronzes; aços, aços inox

fundidos de boa qualidade superficial em ligas de menor ponto de fusão; penetração de líquido no molde pode ocorrer em ligas de maior Tv; estrutura isotrópica, não zonas coquilhadas ou colunares (ação isolante do vapor na superfície do fundido).

Page 71: Aulas Fundição

Figura página 35

Fundição em moldes congeladosProcesso Effset

Page 72: Aulas Fundição

ProcessoProcesso emem ceracera perdidaperdida::

- Também conhecido: investment casting, lost wax.

- Já conhecido dos chineses ~ 1700aC objetos decorativos (esculturas), ornamentos, jóias.

- Ganha importância comercial a partir dos anos 40 componentes de precisão na industria aeronáutica.

- Modelo consumivel: número de modelos = número de peças

Page 73: Aulas Fundição

- Técnica:

modelo feito em cera, por injeção em molde metálicos de elevada precisão;

várias unidades, dezenas de modelos são montados num único canal central formando uma árvore;

árvore é mergulhada em pasta refratária (alumina, sílica, gesso, silicato de Zr e outros refratários de granulometria muito fina + ligantes à base de etil-silicatos, Na-silicatos, sílica gel bem hidratada);

mistura refratária adere à cera:

casca de superfície bastante lisa é formada.

Page 74: Aulas Fundição

Conjunto é mergulhado em leito fluidizado: casca é revestida com grãos mais grosseiros de

materiais refratários à base de zirconita, silimanita e alumino-silicatos.

Secagem por aquecimento ou reaões químicas: para desidratação da sílica gel casca rígida é formada espessuras de 5-15mm

Modelo + casca T e pressão em autoclave cera é volatilizada fornece cavidade do molde.

Page 75: Aulas Fundição

- gravidade

Preenchimento - centrifugação- pressão de gases inertes no líquido

Desmoldagem por quebra das cascas:

- produtos de excelentes acabamento e precisão dim.;

- amplo emprego para ligas ferrosas e não ferrosas; especialmente aços diversos, ligas especiais;

- geometrias complexas, seções reduzidas;

- limitações: peso (poucos kg); custo do equipamento e da mão de obra; processo laborioso e lento.

Page 76: Aulas Fundição

Figura página 38

Montagem dos modelos

Fabricação do modelo, injeção de cera em

molde metálico

“ arvore ” montada

Formação da casca cerâmica Retirada da

cera

Vazanento

Processo em cera perdida (lost wax)

Page 77: Aulas Fundição

Figura página 39Processo em cera perdida

Page 78: Aulas Fundição
Page 79: Aulas Fundição

Figura página 40

Processo em cera perdida (aspecto da casca)

Page 80: Aulas Fundição

Produtos fundidos obtidos

Page 81: Aulas Fundição

Figura página 41

Processo cera perdidaVazamento por gravidade

Page 82: Aulas Fundição

ProcessoProcesso CLACLA((countercounter gravitygravity lowlow pressurpressure e airair meltmelt alloysalloys):):

- Desenvolvido por Chandley na década de 70.

- Processo semelhante ao CLAS. Diferença material do molde.

- Casca é colocada em câmara submetida a vácuo preenchimento por aspiração do líquido.

Page 83: Aulas Fundição

- Após certo tempo de solidificação ar é deixado entrar; refluxo de excesso de líquido para o cadinho.

- Perfeito controle de Tv, tempo de vácuo: somente a peça é preeenchida, não os canais

- peças livres de canais

- peças de elevada qualidade

Page 84: Aulas Fundição

- Vantagens: eliminação de operações de corte de canais; eliminação de refugos de canais:

economia de custos operacionais, energéticos e de

material

redução de turbulência no vazamento: . redução de gases retidos; . Tv pode ser reduzida (metal é aspirado, não necessita elevada fluidez).

Page 85: Aulas Fundição

- Aplicações:

- utilizado principalmente: ligas reativas com O2; em fundições de precisão em geral que

requeiram elevados níveis de qualidade.

Page 86: Aulas Fundição

Figura página 43

Processo CLA

Preenchimento do moldeDesmoldagem

Page 87: Aulas Fundição

ProcessosProcessos dede fundiçãofundição emem moldes moldes metálicosmetálicos::

- Fundição por gravidade- Fundição sob pressão

- Injeção em câmara quente- Injeção em câmara fria

-Fundição a vácuo- Fundição por compressão- Processos envolvendo centrifugação- Fundição por centrifugação total- Fundição por centrifugação parcial- Preenchimento por centrifugação

Page 88: Aulas Fundição

- Moldes permanentes: coquilhas, matrizes, ferramentas.

- Moldes: fabricados em fefo, aços resistentes ao calor, ligas Cr/Ni, Be/Cu; confeccionado por processos de conformação sofisticados (eletro-erosão);

Page 89: Aulas Fundição

requerem alta qualidade de acabamento superficial e precisão dimensional; devem ser providos de canais, marcações de macho, respiros para a saída de ar, alimentadores; devem ser providos de mecanismos de fechamento do molde e de injeção do fundido; vida útil função da natureza e Tf da liga.

Page 90: Aulas Fundição

- Vantagens sobre moldes colapsáveis:

alta produtividade (facilidade de desmoldagem);

eliminação de operações desmoldagem e limpeza;

reduzido tempo total de solidificação;

reduzido custo operacional.

Page 91: Aulas Fundição

- Desvantagens sobre moldes colapsáveis: elevado custo de moldes e equipamentos; requerem elevada qualidade na confecção de moldes; maior restrição quanto à geometria; limitados a materiais de:

- reduzida Tv;- reduzida contração (coquilha não colapsável

trincas no fundido).

Page 92: Aulas Fundição

- Elevado custo de capital + baixo custo operacional:

uso para elevadas produções

(sistemas automatizados)

Classificação de processos de acordo com o modo de preenchimento do molde

Page 93: Aulas Fundição

FundiçãoFundição porpor gravidadegravidade::

- Preenchimento do molde por ação da gravidade.

- Ciclo de produção curto pode ainda ser reduzido com uso de refrigerção (água ou ar).

- Limite da aceleração da solidificação garantia da sanidade do produto.

Page 94: Aulas Fundição

- Técnica: preparo do molde limpeza com jatos de ar ou escova; aspersão de lubrificantes/revestimentos.

controle de sua temperatura;

montagem de machos refratários ou metálicos - vazamento pela parte superior ou por canais que dão entrada do líquido pela parte inferior;

abertura para ejeção do produto o mais ápido possível para que as contrações de resfriamento não sejam restringidas pelo molde não colapsável;

início do novo ciclo.

Page 95: Aulas Fundição

- Confecção da coquilha: geralmente por fundição e usinagem de:

fefo ou aços forjados;ligas Cr/Ni usados para ligas de > Tf;ligas Be/Cu para ligas de Cu.

confeccionados em partes desmontáveis e facilmente encaixáveis; na confecção devem ser consideradas expansão e contração térmica do material da coquilha; paredes do molde não devem apresentar espessuras muito dissimilares minimizar gradientes térmicos na coquilha (maior vida útil).

Page 96: Aulas Fundição

- Utilização: processo adequado para médios e elevados volumes de produção, principalmente ligas não ferrosas;

fundidos de paredes não muito dissimilares;

não permite espessuras de parede menor que 7mm (elevada extração de calor o metal perde fluidez rapidamente);

geometrias não complexas.

Page 97: Aulas Fundição

Figura página 53

Coquilha para vazamento por gravidade

Page 98: Aulas Fundição

- Aços não em coquilha por gravidade:- elevada TF;- elevada concentração.

- Fefo possível, uso de recobrimentos refratários.

- Limites de peso típicos: 70 kg para ligas de Al;25 kg para ligas de Mg;15 kg para fefo;10 kg para ligas de Cu.

Page 99: Aulas Fundição

- Qualidade do produto:

superior a de fundidos em areia;

estrutura mais refinada e com reduzida porosidade.

Page 100: Aulas Fundição

- Vida útil de moldes:

Material a serfundido

Faixa de Tv Vida do molde(n° de ciclos)

Fefo cinzento 1.250-1.500 5.000-20.000

Ligas de Al 700-760 até 100.000

Ligas de Cu 1.050-1.150 5.000-2.0000

Ligas de Mg 650-700 20.000-100.000

Ligas de Zn 390-430 100.000 +

Page 101: Aulas Fundição

FundiçãoFundição sobsob pressão:pressão:

- Vazamento sob pressão garante o perfeito preenchimento do molde.

- Pressões da ordem de até 70 kg/mm2; mantida até o final da solidificação.

- Moldes fabricados com ligas especiais: resistentes a alta temperatura e a à abrasão; aços Cr, aços ferramenta.

Page 102: Aulas Fundição

- Podem produzir uma ou mais peças em cada ciclo.

- Machos podem ser refratários ou de metal.

- Molde e câmara de injeção são pré-aquecidos no início da operação e revestidos com lubrificantes anti-fricção.

Page 103: Aulas Fundição

- Produto:- alta qualidade superficial e precisão dimensional.

- produto com paredes finas, geometrias complexas.

- estrutura refinada, boas propriedades mecânicas.

Page 104: Aulas Fundição

- Limitação: alto custo de equipamentos e ferramental; não permite fabricação de fundidos com cavidades intrincadas; limitações quanto Tv restringe tipos de ligas; limites de dimensão;v forte turbulência no preenchimento porosidade e inclusões.

Page 105: Aulas Fundição

- Aplicação: ampla aplicação comercial para elevadas/médias produções: fundidos de pequenas/médias dimensões de ligas Al, Cu, Zn; fácil automação elevadas taxas de produção; alta produtividade + reduzido custo operacional + qualidade do produto:

investigadas técnicas que permitem uso para Fe ligas de Mo para revestimento de matrizes

Page 106: Aulas Fundição

ProcessoProcesso dede injeçãoinjeção emem câmara câmara quentequente::

- Antigo uso comercial significativo nos anos 50, pouco utilizado atualmente.

- Câmara de injeção imersa no líquido.

Page 107: Aulas Fundição

- Operação: câmara preenchida com metal líquido

pistão desce impulsionando o metal para o molde

metal preenche a cavidade do molde

pistão volta para posição original

preenchimento da câmara com o metal líquido

Page 108: Aulas Fundição

reduzidas pressões - da ordem de 0,2 a 3Kg/mm2

equipamento com reduzida vida útil

- Aplicações: restrito a metais de baixa Tf - ligas de Zn, Pb, Sn

adequado para ligas reativas como Mg, pois previne o contato do metal com a atmosfera

Page 109: Aulas Fundição

Figura página 58

Injetora tipo câmara quentea)injeção por ar comprimidob)injeção por ação de embolo

Molde

Câmara do forno

Pistão

Molde

Câmara do forno

Metal

Metal

Ar

“Goose neck”

“Goose neck”

Page 110: Aulas Fundição

ProcessoProcesso de injeçãode injeção em câmara em câmara friafria::

- Unidades de injeção e de manutenção do líquido são independentes.

- Pressões utilizadas menores que na câmara quente:pressão requerida - f(metal, espessura de parede, etc);pressão da ordem de 3 a 20 kg/mm2.

- Maior turbulência é provocada que na câmara quente.

Page 111: Aulas Fundição

- Operação:

Metal é transferido da panela para câmara de pressão próximo ao molde;

Alimentação do líquido na câmara de injeção pode ser manual ou com braços mecânicos;

Pistão impulsiona metal para a cavidade do molde;

Page 112: Aulas Fundição

Máquinas podem operar com pistão com movimento vertical ou horizontal: - Vertical menor turbulência - menos inclusões de filmes de óxido (ficam na superfície em contato com o pistão de injeção). - Horizontal mais popular.

Page 113: Aulas Fundição

- Aplicação:- elevadas taxas de produção:

150-250 ciclos/h, podendo chegar a 500 ciclos/h

- permite maior trabalho ligas Al, Mg, Cu, aços

- Vida útil de moldes:- moldes são submetidos a severas condições:

devem ser construidos em aços especiais; elevada vida útil.

Page 114: Aulas Fundição

- Exemplos de vida útil de moldes na fundição sob pressão (máquina tipo câmara fria):

Material aser fundido

Tv (C) Vida útil(n° ciclos)

Ligas de Al 700-760 20.000Ligas de Cu 1.050-1150 100.000

Ligas de Mg 650-700 300.000Ligas de Zn 390-430 1.000.000

Page 115: Aulas Fundição

Figura página 61

Injetora tipo câmara fria com êmbolo horizontal

Page 116: Aulas Fundição

Figura página 62

Injetora tipo câmara fria com êmbolo vertical

Page 117: Aulas Fundição
Page 118: Aulas Fundição
Page 119: Aulas Fundição

FundiçãoFundição aa baixabaixa pressãopressão::

- Uso comercial significativo a partir dos anos 80.

- Etapas:

- molde é colocado sobre panela contendo líquido;

- mantido fechado por pressão hidráulica;

- líquido é forçado para dentro do molde por ação de gases (inertes/ar) pressurizados sobre o banho;

- pressão é mantida até solidificação da peça;

- pressão aliviada refluxo de líquido para o banho.

Page 120: Aulas Fundição

- Vantagens:não solidifica canais eliminação de operações de corte;menor custo de capital e operacional que os processos de injeção;melhor qualidade de produtos que por gravidade;fundido livre de poros e óxidos.

Page 121: Aulas Fundição

- Problema reduzida pressão: pode ocasionar mal acabamento e defeitos de preenchimento em fundidos de paredes finas.

-Pressões utilizadas: . ordem da 0,4 kg/mm2 para impulsionar o metal; . ordem de 30 kg/mm2 para fechamento do molde.

- Utilizado principalmente para ligas de Al (5 a 25kg) também ligas de Mg, Cu e ainda aços.

Page 122: Aulas Fundição

Figura página 66

Fundição a baixa pressão

Page 123: Aulas Fundição

FundiçãoFundição aa vácuovácuo - - processo processo VacuralVacural::

- Desenvolvimento: anos 80.

- Etapas: montagem do molde semelhante a de fundição a baixa pressão; molde é colocado sobre a panela contendo metal líquido; conexão é feita por canais imersos no banho vários canais podem ser utilizados simultaneamente;

Page 124: Aulas Fundição

preenchimento se dá por sucção do líquido pela aplicação de vácuo à cavidade do molde.

-A técnica permite fluxo de líquido ascendente e não turbulento

fundidos livres de óxidos e gasesfundidos de elevada densidade

Page 125: Aulas Fundição

Figura página 68

Fundição a vácuo

Page 126: Aulas Fundição

FundiçãoFundição porpor compressãocompressão::

- Conhecida dos soviéticos desde os anos 60, mas utilização comercial ampliou-se nos últimos 20 anos.

- Conhecido como forjamento líquido:

Permite geometrias complexas como a fundição com a alta densidade típicas de forjados.

Page 127: Aulas Fundição

- Características:

líquido é vazado em molde pré-aquecido, em quantidade apropriada;

molde fabricado em partes macho-fêmea;

moldes fechados, pressão mantida durante solidificação;

Page 128: Aulas Fundição

manutenção da pressão durante solidificação:- garante intimo contato metal/molde;- elevada precisão dimensional;- taxa de resfriamento (refino da estrutura).

não há necessidade de canais e de alimentadores;

pressão da ordem de 300-150kg/mm2) f(tipo de liga, geometria, propriedades requeridas);

ferramental e equipamento de elevado custo para fundição mas de reduzido custo para forjamento.

Page 129: Aulas Fundição

- Parâmetros de controle:- estrito controle; devem ser pré-estabelecidos para cada tipo de peça:

Pressão aplicadaTempo de compressão

Temperatura do líquido e do molde

Page 130: Aulas Fundição

- Resulta:- fundidos de geometria mais complexa e paredes mais finas que gravidade e forjamento (menos que inspeção);

- produtos com maior densidade.

Page 131: Aulas Fundição

- Aplicações: ligas Fe e não Fe de composições típicas de fundição ou forjamento;

ampla aplicação comercial para ligas de Al, pesos de 100g a 35kg;

também útil na fabricação de compósitos.

Page 132: Aulas Fundição

Figura página 71

Fundição por compressão

Page 133: Aulas Fundição

ProcessosProcessos envolvendo centrifugaçãoenvolvendo centrifugação::

- Centrifugação para confecção de tubos é conhecida desde o início do século passado. - Consiste: metal líquido é vazado no eixo de rotação da moldes submetidos a rotação; metal solidifica sob ação de pressão resultante de forças de centrifugação ; não necessidade de alimentadores, canais e machos; moldes em geral metálicos, mas também podem ser confeccionados em areia ou mesmo em casca (cuidado).

Page 134: Aulas Fundição

- Resulta:

fundidos livres de inclusões; de porosidade devida a retenção de gases; de impurezas mais leves que o metal; apresentam bom acabamento superficial, ausência de defeitos de preenchimento e reduzidos vazios de contração; produtos com densidade e resistência mecânica semelhantes a de forjados.

- Utilização:

utilizado para ligas ferrosas e não ferrosas.

Page 135: Aulas Fundição

FundiçãoFundição porpor centrifugaçãocentrifugação totaltotal::

- Conhecido como processo De Lavaud.

- Utilizado para a fabricação de produtos tubulares.

- Consiste:- metal é vazado em molde tubular que gira sobre seu

próprio eixo, em geral na posição horizontal

Força centrífuga promove contato metal/molde

Page 136: Aulas Fundição

- Características: metal é continuamente vazado no molde em rotação, até a obtenção da espessura desejada;

força é mantida até o final da solidificação;

no caso de tubos de longos comprimentos, o molde é movimentado na direção oposta à alimentação do líquido, de modo a produzir desmoldagem contínua;

velocidades de rotação: ordem de 1300 a 2000rpm.

Page 137: Aulas Fundição

Figura página 74

Processo de fundição por centrifugação

Page 138: Aulas Fundição

- Moldes: moldes tubulares metálicos com ou sem revestimentos cerâmicos (moldes sem revestimentos devem ser refrigerados à água);

areia com aglomerantes que fornecem elevada resistência mecânica, como areias de macho.

Page 139: Aulas Fundição

- Produto: comprimento e diâmetro externo do tubo, f(dimensões do molde);

diâmetro interno do tubo, f(volume de metal vazão e velocidade de rotação).

Page 140: Aulas Fundição

- Aplicações: fabricação de tubos em geral;

mancais de bronzes;

tubos aços ao Cr e Ni para uso em petroquímica;

amplamente utilizado para tubos de fefo de dimensões da ordem de:

até 1200mm diâmetro,5000 comprimento,6mm espessura da parede.

Page 141: Aulas Fundição

FundiçãoFundição porpor centrifugaçãocentrifugação parcialparcial::

- empregado para fundidos de grandes dimensões que apresentam eixo de simetria

por exemplo rodas e engrenagens

Page 142: Aulas Fundição

- Consiste: molde posicionado verticalmente é girado em torno de seu eixo de simetria;

metal líquido é vazado por um canal central, preenchendo um alimentador;

do alimentador central, o líquido é forçado para a cavidade do molde pela ação da força centrífuga;

Page 143: Aulas Fundição

a força centrífuga tem o objetivo de auxiliar o preenchimento do molde e a alimentação;

geometria do fundido é dada pela cavidade do molde;

necessários machos;

velocidades de rotação menores que as da centrifugação total da ordem de 200-500rpm.

Page 144: Aulas Fundição

PreenchimentoPreenchimento porpor centrifugaçãocentrifugação::

- Semelhante a centrifugação parcial.

- Diferença: molde é constituído de diversas cavidades montadas em torno de um canal e alimentador.

- Características: o canal central coincide com o eixo de rotação do conjunto;

Page 145: Aulas Fundição

metal é vazado no molde em rotação: - força centrífuga promove o preenchimento das cavidades a partir do alimentador;

rotação é mantida até o final da solidificação: - garante a perfeita alimentação;

permite a produção de várias peças simultaneamente;

pode ser utilizado para fundidos de pequenas dimensões.

Page 146: Aulas Fundição

Figura página 78

Fundição com preenchimento por centrifugação

Fundição por centrifugação parcial