Processos de Formao OriginalPFM-Processos de FabricaoMecnica

FUNDIO

HistriaO processo de fundio utilizado pelo homem h mais de 6.000 anos, iniciando-se com metais de baixo ponto de fuso (Cobre, Bronze) e posteriormente com o ferro.Por volta de 1450 iniciou-se a obteno intermediria do ferro gusa, a partir de temperaturas mais altas e consequente absoro de maior quantidade de Carbono.No Brasil, a produo em quantidade de ferro gusa deu-se na segunda guerra mundial (1938-45), quando foi criada a Companhia Siderrgica Nacional com o primeiro alto-forno.A tcnica se destaca dos outros mtodos, por ser verstil, principalmente quando se considera os diferentes formatos e tamanhos das peas que se pode produzir por esse processo.Considerado tanto um processo inicial, produzindo lingotes para laminao e forjamento, quanto intermedirio, produzindo peas semiacabadas que sofrero posterior usinagem

FUNDIO

Fundio- produtos acabados (peas, componentes);- semiacabados;matria prima para processamento mecnico; (tarugos, lingotes, chapas)Definio: o processo de fabricao (conformao) de peas metlicas, e consiste em vazar (despejar) metal lquido em moldes apropriados, contendo cavidade(s), formas e medidas que ao se solidificar, toma-lhe a forma, resultando em:Por este motivo os processos de fundio so muitas vezes classificados de acordo com o tipo de molde utilizado.Podem tambm ser classificados pela fora ou presso usada para preencher o molde com o metal lquido (por gravidade ou por presso).No se restringe apenas s ligas de ao, mas a vrios tipos de ligas metlicas, desde que apresentem temperatura de fuso no elevada e fluidez adequada. Os mais utilizados so: aos, ferros fundidos, alumnio, cobre, zinco, magnsio e respectivas ligas.

FUNDIO

ClassificaoOs processos tpicos podem ser classificados em cinco grupos:Importncia da fundioProcesso extremamente utilizado, praticamente todo produto metalrgico passa por um processo de fundio em um momento de sua produo.

Tipo de ForaTipo de Molde

Por GravidadeAreia verde (molde descartvel)Em Casca (Shell Molding)Molde permanente (molde metlico, bipartido)Cera Perdida (molde e modelo so descartveis)Por PressoInjeo (molde metlico)

FUNDIO

Exemplos de aplicao da fundio- Partes e corpos de motores;- Turbinas (hidrulicas, de avies);- Equipamentos e ferramentas para indstria mecnica e metalrgica;- Laminadores; Propulsores para navios, hlices etc...; Vlvulas de alta e baixa preciso;- Sapatas de freios;- Milhares de tipos de componentes para indstria automobilstica;- Milhares de tipos de componentes e artefatos para uso domstico;

FUNDIO

Vantagens da fundio sobre outros processos de fabricao- Flexibilidade de peso - de gramas at 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 fsicas e mecnicas);- Versatilidade de produo (tanto para pequenos quanto elevados volumes de produo);- Baixo custo; Elevada preciso dimensional e acabamento, com escolha apropriada do processo;- Permite near net shape (forma final) em uma nica operao;

FUNDIO

Produo anual de metais-Brasil* No ferrosos

Al - 1,6 milhes tCu - 240.000 tZn - 120.000 tSn - 24.000 tNi - 22.000 tPb - 22.000 tFerrososAos, lingotes - 7.200 milhes tLingotamento contnuo - 18.000 milhes tAos para fundio - 11 milhes tFe (gusa) - 24.500 milhes tProdutos Fundidos Brasil*No ferrososAl - 100.000 tCu - 19.000 tZn - 18.000 t Mg - 7.600 tFerrososFerro fundido - 1,3 milhes tAo - 91.000 t* ano de 1996

FUNDIO

Etapas do Processo de fundio2. Moldagem: confeco do molde dispositivo no qual o metal fundido (lquido) colocado para que se obtenha a pea desejada.Feito de material refratrio moldado sobre o modelo que, aps retirado, deixauma cavidade com oformato da pea;Apesar do grande nmero de variantes dos processos de fundio e uma infinidade de processos disposio, as etapas e suas sequncias so comuns maioria:1. Modelao: Confeco do modelo consiste em construir uma rplica da pea com o formato a ser fundido. Ser utilizada para confeccionar o molde e suas dimenses devem prever a contrao da pea;moldes prontos

MATERIALCONTRAOAos1,5 a 2,0%Ferro Fundido Cinzento0,8%Ferro Fundido Dctil0,8 a 1,0%Alumnio 355 e 3561,5%Alumnio 131,0%Cobre / Cromo2,0%Bronze ao Estanho1,0%Bronze ao Silcio1,0%Bronze ao Mangans1,5%Bronze Alumnio1,5%

FUNDIO

3. Macharia: Confeco do macho um dispositivo (inserto) tambm refratrio, com a finalidade de formar os vazios, Furos e Reentrncias da pea. So colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para receber o metal lquido; 4. Fuso: preparo do metal lquido, aquecimento do metal para fundi-lo, deixando-o em estado lquido.5. Vazamento: preenchimento do molde com metal lquido;Vazamentono molde6. Desmoldagem: a retirada do fundido do molde e macho, aps solidificao do metal, podendo ser manualmente ou por processos mecnicos;Etapas do Processo de fundio

FUNDIO

11. Tratamento trmico e outros: obteno das propriedades finais desejadas.8. Controle de Qualidade: a inspeo, verificao da conformidade da pea, busca por possveis defeitos (ausncia de defeitos);Etapas do Processo de fundioMassalote: uma reserva de metal para compensar a contrao do material lquido que vai se resfriando. Para compensar a contrao da pea slida, o molde construdo com sobremetal;7. Rebarbao e Limpeza: a retirada de rebarbas, limpeza dos canais de alimentao e Massalotes, alm da retirada das incrustraes do molde na pea fundida, geralmente por meio de jatos abrasivos.9. Recuperao: no caso de defeitos no comprometedores;10. Conformao final: usinagem, furao;

Fluxograma de produo por fundio

FUNDIO

Seleo de Processo Quantidade de peas a produzir; Projeto da fundio; Tolerncias requeridas; Grau de complexidade; Especificao do metal; Acabamento superficial desejado; Custo do ferramental; Comparativo econmico entre usinagem e fundio; Limites financeiros do custo de capital; Requisitos de entrega.O tipo de processo a usar deve ser escolhido adequadamente. Os mais importantes fatores a considerar so:

FUNDIO

Sobremetal, que ser desbastado na usinagem; Ausncia de furos pequenos e detalhes complexos, pois dificultam o processo e podem ser realizados mais facilmente por usinagem; Cantos arredondados e paredes mais grossas, para evitar trincas e melhorar o preenchimento com metal lquido.As peas fundidas possuem algumas caractersticas inerentes a este processo, tais como:Caractersticas dos produtos fundidos

FUNDIO

Defeitos dos produtos fundidosOs defeitos mais comuns das peas fundidas so: Incluso de material refratrio do molde na pea, causando defeitos superficiais e problemas para usinagem (formam abrasivos para as ferramentas da usinagem); Heterogeneidade na composio da liga metlica, causando o aparecimento de partculas, segregaes, etc.; Rechupe, que a falta de material causado por projeto de massalote mal feito; Porosidade, originado nos gases no eliminados durante o processo de vazamento e solidificao, causando fragilidade e defeitos superficiais;

FUNDIO

Processos de fundio: Processos que utilizam moldes de material refratrio;

Os moldes so quebrados para a retirada do fundido;

Cada molde se presta a somente um vazamento;

O material do molde pode ser recuperado para a construo de outro molde, aps desmoldagem da pea;

Podem ser fabricadas feitas vrias peas em um vazamento, isto , o molde pode conter vrias cavidades a serem preenchidas com metal lquido;Os processos de fundio podem ser classificados de acordo com o material empregado na fabricao do molde, em: Moldes Colapsveis:

FUNDIO

Areias + ligantes inorgnicosAreia verdeAreia seca Processo silicato de Na/CO2Areia cimentoAreias + ligantes orgnicosMoldagem em casca (shell molding)Resinas de cura a frioAreias sem ligantesMolde cheioMoldagem a vcuoMoldes congeladosOutros refratrios areiaCera perdidaProcessos que utilizam moldes colapsveis

FUNDIO

Os moldes so chamados coquilhas ou matrizes; Fabricados em metal: Ao, Cobre, Ferro Fundido; Uso justificado somente para grandes produes Os moldes so fabricados por usinagem de preciso; No h necessidade de modelos; A desmoldagem feita por simples abertura do molde; Novo vazamento pode ser imediatamente feito no mesmo molde; Vida til de moldes pode ser muito elevada - centenas de milhares de vazamentos podem ser feitos em um molde; Custo de fabricao do molde elevado;2. Moldes permanentesDependendo da pea a ser fabricada, quantidade e tipo de liga metlica que ser fundida, a melhor opo a fundio em molde permanente.

FUNDIO

Fundio por gravidade

Fundio sobre presso

Fundio a vcuo

Fundio por compresso

Fundio por centrifugaoProcessos de fundio que utilizam moldes permanentesInjeo em cmara quenteInjeo em cmara friaFundio a baixa pressoTotalParcialSomente preenchimentoNestes processos, o que distingue um tipo de processo de outro o modo de preenchimento do molde

FUNDIO

Fundio em areia verde- Baixo custo;- Processo mais popular - cerca de 90% (em volume do metal lquido) da produo de fundidos;- Amplamente utilizado tanto para pequenas quanto elevadas produes;- Elevada versatilidade quanto ao peso;Utilizado para ligas ferrosas e no ferrosas;- Aps a utilizao, praticamente toda a areia (98%) pode ser reutilizada; chamado de areia verde porque a mistura mantm sua umidade original, ou seja, o molde formado pela mistura no passa por processo de secagem. A composio do agregado granular refratrio (molde) feita por areia-base que pode ser slica (SiO2), cromita ou zirconita, mais argila (como aglomerante) e gua.Caractersticas:

FUNDIO

- Complexidade de geometria limitada pela Necessidade de modelo.- Material de moldagem: areia 75% argila 3 a 15% gua aditivos para fins especficos- Argila e gua gua penetra na superfcie formando filme contnuo envolvendo gros torna-a plstica e permite moldagem.Etapas da moldagem1. A caixa de moldar colocada sobre uma placa de madeira ou no cho.A areia compactada sobre o modelo manualmente ou com o auxlio de marteletes automticos.O modelo, coberto com talco ou grafite para evitar aderncia da areia, colocado no fundo da caixa.

FUNDIO

Etapas da moldagem2. Essa caixa, chamada de caixa fundo, virada de modo que o modelo fique para cima.3. Outra caixa de moldar, chamada de caixa-tampa, posta sobre a primeira caixa. Em seu interior colocado o massalote e o canal de descida. Enche-se a caixa com areia que socada at que a caixa fique completamente cheia.

FUNDIO

4. O canal de descida e o massalote so retirados e as caixas so separadas.Etapas da moldagem5. Abre-se o copo de vazamento na caixa-tampa.

FUNDIO

Etapas da moldagem6. Abre-se o canal de distribuio e o canal de entrada na caixa-fundo e retira-se o modelo.7. Se h machos, so colocados nesta etapa. Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para prender uma na outra, usam-se presilhas ou grampos.

FUNDIO

Etapas da moldagem6. Abre-se o canal de distribuio e o canal de entrada na caixa-fundo e retira-se o modelo.7. Se h machos, so colocados nesta etapa. Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para prender uma na outra, usam-se presilhas ou grampos.

FUNDIO

Depois disso, o metal vazado e aps a solidificao e o resfriamento, a pea desmoldada, com o canal e o massalote retirados. Obtm-se, assim, a pea fundida que depois limpa e rebarbada.As desvantagens so:

A areia natural normalmente heterognea, ou seja, sua composio Varia para cada parte, influenciando na qualidade das peas; Acabamento superficial inferior;As vantagens do processo so:

Tem o mais baixo custo dentre todos os mtodos; Facilidade de reparo dos moldes; Equipamentos mais simples;Etapas da moldagemAREIAVERDE

FUNDIO

Composio da areia: areia + ligantes que fornecem resistncia mecnica aps secagem (ex.: ligantes orgnicos - leos vegetais ou derivados de petrleo).Processo semelhante ao processo de fundio em areia verde.Diferena: necessidade de secagem antes de receber o metal lquido.Secagem: aumenta resistncia mecnica e eroso pelo metal lquido; menor teor de gua no molde - reduzindo a possibilidade de defeitos na pea fundida, como porosidade; fornece fundidos de melhor qualidade que a fundio em areia verde.Fundio em areia seca

FUNDIO

Fundio em areia seca:A necessidade de secagem (tempo de secagem funo de dimenses do molde) aumenta os custos do processo.Soluo: secagem superficial (1 a 3 cm junto superfcie interna do molde) com auxlio de secadores portteis, lmpadas, maaricos ou elementos resistivos.- Apresentam maior resistncia contrao no resfriamento do que o apresentado no processo de fundio em areia verde. no adequados para moldes pequenos e complexos para metais que sofrem elevada contrao na solidificao.- Moldes devem receber metal lquido imediatamente aps a secagem para evitar drenagem de gua das camadas externas para a superfcie interna do molde.

FUNDIO

Utilizao: moldes de grandes dimenses (so moldados em poos);na confeco de machos;na moldagem por parte de grandes ou complexos moldes.

- Exemplos: peas grandes de grandes sees de parede, como cilindros e engrenagens pesadas.vaza-mento

FUNDIO

Processo areia cimentoPopular para moldes de grande porte, e ligas ferrosas.Mistura: areia + 8 a 10% de cimento + 4 a 7% guaNo necessrio: caixas de moldagem, somente molduras (a alta resistncia do cimento sustenta o molde); elevada compactao;- O processo lento dada a lenta secagem do cimento (vrios dias podem ser requeridos).- Fornecem moldes com elevada resistncia mecnica.- Fornecem moldes com reduzida colapsibilidade (a reduzida colapsibilidade pode ser corrigida com a adio de argilas ou aditivos orgnicos);- Areias no so recuperveis.

FUNDIO

Shell Molding - Moldagem em CascaAs desvantagens dos processos em areia verde levaram os engenheiros a desenvolverem novos tipos de molde. E o uso das resinas foi um grande aperfeioamento na utilizao de areia para a produo de moldes de fundio.A cura (secagem) pode ser a quente ou a frio. A cura a frio mais caro e utiliza substncias cidas e corrosivas como catalisadores da reao qumica, que exigem muito cuidado na manipulao porque so txicas. Por estas desvantagens pouco utilizado.A cura a quente chamada de shell molding (moldagem em casca). As resinas empregadas so normalmente do tipo polister. A resina constitui-se de 3 a 10% do molde, sendo o restante constitudo de areia-base, que deve ser isenta de argila ou impurezas e ser fina. Quanto mais fina a areia, maior ser a permeabilidade da casca.A moldagem realizada da seguinte maneira:

FUNDIO

Shell Molding - Moldagem em Casca1. Os modelos, feitos de metal para resistir ao calor e ao desgaste, so fixados em placas juntamente com os sistemas de canais e os alimentadores2. A placa presa na mquina e aquecida por meio de bicos de gs at atingir a temperatura de trabalho (entre 200 e 250C)

FUNDIO

Shell Molding - Moldagem em Casca3. A placa, que geralmente pintada com tinta base de silicone para evitar aderncia da casca, ento girada contra um reservatrio contendo uma mistura de areia/resina de modo que o modelo fique envolto por essa mistura.

FUNDIO

Shell Molding - Moldagem em Casca4. O calor funde a resina que envolve os gros de areia e essa mistura, aps algum tempo (15 segundos), forma uma casca (shell) com a espessura necessria (entre 10 e 15 mm) sobre o modelo.

FUNDIO

Shell Molding - Moldagem em Casca5. A cura da casca, ou seja, o endurecimento da resina se completa quando a placa colocada em uma estufa em temperaturas entre 350 e 450C.6. Aps 2 ou 3 minutos, a casca extrada do modelo por meio de pinos extratores.

FUNDIO

Shell Molding - Moldagem em CascaPor causa da caracterstica do processo, a casca corresponde a uma metade do molde. Para obter o molde inteiro, necessrio colar duas metades e inserir os machos, se existentes. O vazamento feito por gravidade.As vantagens do processo so: Permite que moldes e machos sejam estocados para uso posterior; Bom acabamento superficial; Estabilidade dimensional do molde; Tolerncias mais estreitas; Facilidade de liberao de gases durante a solidificao; Mecanizvel e automatizvel; Adequado para peas pequenas e de formatos mais complexos.Molde para virabrequim fundido

FUNDIO

Shell Molding - Moldagem em CascaAs desvantagens do processo so: Custo mais elevado em relao fundio em areia verde; Dimenses mais limitadas em relao fundio em areia verde.Vazamento em molde de casca

FUNDIO

Cera PerdidaTambm chamada de fundio de preciso, produz peas: Com peso mximo de 5 kg; Formato complexo; Melhor acabamento superficial; Tolerncias menores; e Geralmente sem macho;So produzidas ligas de alumnio, de nquel, de magnsio, de cobre, de cobre-berlio, de bronze-silcio, lato ao silcio, ligas resistentes ao calor, alm do ao comum e inoxidvel.Este processo bastante eficaz na produo de peas pequenas e aparentemente inviveis por outros processos (pelo formato complexo e custo).

FUNDIO

Cera PerdidaVeja as etapas do processo abaixo:Os modelos para a confeco dos moldes so produzidos em cera a partir do vazamento de cera lquida em uma matriz formada por uma cavidade com o formato e dimenses da pea desejada;O modelo de cera mergulhado numa pasta ou lama refratria feita com slica ou zircnia, na forma de areia muito fina, misturada com um aglomerante de gua, silicato de sdio e/ou silicato de etila;Essa lama endurece em contato com o ar e, aps endurecida, o molde aquecido e o modelo derrete.

FUNDIO

Cera PerdidaPermanece s a casca, que recebe o metal lquido;Assim que a pea solidificada, o molde quebrado para retirada da pea.Portanto, tanto o molde quanto o modelo so inutilizados no processo.Etapas do processo de fundio por Cera Perdida

FUNDIO

Cera PerdidaAs vantagens do processo so: Produo em massa de peas de formato complexo; Reproduo de detalhes, cantos vivos, paredes finas, etc.; Maior preciso dimensional e melhor acabamento superficial; Utilizao de praticamente qualquer liga.As desvantagens so: Peso limitado, mximo 5kg, devido elevao do custo; Custo se eleva medida que a pea aumenta de tamanho. importante lembrar que cada processo tem uma aplicao mais especfica. A escolha de um processo definida pelo produto (dimenses, complexidade, acabamento, etc.). No caso da fundio de preciso, aplicaes especficas compensam os altos custos da produo.CeraPerdida

FUNDIO

Processo em cera perdida (aspecto da casca)

FUNDIO

Injeo - Fundio sob pressoDependendo da pea a ser fabricada, da quantidade e do tipo de liga metlica que ser fundida, a melhor opo a fundio em molde permanente.Evitando problemas comuns aos processos que utilizam moldes descartveis, como quebras e deformaes dos moldes, incluses de material do molde, entre outros.Portanto a fundio sobre presso (INJEO), utiliza os moldes permanentes (moldes metlicos: de ligas de ao ou ferro fundido), capazes de confeccionar entre 50 mil e 1 milho de injees.A presso garante o preenchimento total da matriz. O processo automatizado, garantindo fechamento, presso do lquido, abertura e desmoldagem por pinos ejetores. Muitas matrizes so refrigeradas gua, evitando superaquecimento e elevando sua vida til.O processo consiste em forar a penetrao do metal lquido na cavidade do molde, tambm chamado de matriz.

FUNDIO

A unidade de fuso do metal pode estar junto da mquina de fundio por injeo ou no, dependendo da temperatura de fuso do material. No primeiro caso, o equipamento chamado de mquina de cmara quente, e no segundo, de cmara fria.Injeo - Fundio sob pressoNo equipamento de cmara quente, h um recipiente aquecido onde o metal lquido est depositado. Em seu interior, h um pisto hidrulico que fora o metal lquido para dentro da matriz. Aps a solidificao o pisto volta posio inicial, a matriz se abre, e a pea ejetada, iniciando um novo ciclo.

FUNDIO

Injeo - Fundio sob pressoNo equipamento de cmara fria, o princpio de funcionamento o mesmo, sendo que o forno recipiente de metal lquido uma unidade independente. O recipiente recebe apenas a quantidade de material para a pea.Veja a mquina a seguir:

FUNDIO

As vantagens do processo so:

Alta capacidade de produo; Possibilidade de peas com paredes mais finas; Grande automao do processo; Peas de ligas como as de alumnio, fundidas sob presso, apresentam maiores resistncias do que as fundidas em areia;

As desvantagens so:

No permite materiais com alto ponto de fuso; Dimenses e pesos limitados; A produo deve ser grande para compensar o custo do molde e da mquina; Reteno de ar no interior da matriz, gerando peas incompletas e porosas;Injeo - Fundio sob pressoDieCasting

FUNDIO

Funcionamento:No seu interior h um pisto hidrulico que, ao descer, fora o metal lquido a entrar em um canal que o leva diretamente matriz.A presso exercida pelo pisto faz com que todas as cavidades da matriz sejam preenchidas, formando-se assim a pea aps a solidificao.Injeo - Plstica

FUNDIO

Injetoras

FUNDIO

Produtos

FUNDIO

Produtos

FUNDIO

Tabela de ComparaoResumo das caractersticas dos principais processos de fundio, incluindo os grupos: fundio em areia verde, shell molding, cera perdida, molde permanente por gravidade e injeo.

FUNDIO

01. Defina molde e modelo.02. O que so massalotes e qual sua importncia?03. Cite 3 fatores a considerar para a escolha de um processo de fundio.04. Cite duas caractersticas que uma pea fundida possui.05. Cite resumidamente a moldagem da fundio em areia verde.06. Porque a cura a frio menos utilizada que a cura a quente (shell molding)?07. Cite uma vantagem e uma desvantagem do processo shell molding sobre o de areia verde.08. Porque se diz que tanto o molde quanto o modelo no so permanentes no processo por cera perdida? Explique.09. Qual tipo de pea se encaixa bem com o processo de fundio em cera perdida?10. Porque, na fundio por molde permanente, utiliza-se quase totalmente materiais com baixo ponto de fuso?11. Cite a grande vantagem do processo de molde permanente sobre os processos que inutilizam o molde.12. Cite uma vantagem da mquina de cmara quente para a cmara fria.13. Cite 4 vantagens do processo de injeo. Quais os materiais podem ser injetados?14. Explique como se d o incio da solidificao.15. Diferencie nucleao homognea de heterognea.16. O que estrutura cristalina e quais os trs tipos mais comuns?17. Porque os defeitos cristalinos so to importantes?18. Explique o que zona colunar. ExercciosCursoSENAI

*