Fundição em cascaShell Molding II

Prof. Paulo Boccasius

Shell Molding - moldagem em casca

• As desvantagens da moldagem em areia verde levaram a pesquisas e desenvolvimento de aglomerantes que permitissem melhorar as propriedades do molde.

Resina sintética

• Resina sintética é um termo genérico de uma classe de substâncias que possuem uma composição química complexa alto peso molecular e ponto de fusão indeterminado.

• Estes compostos apresentam a propriedade de polimerização ou cura, isto é, fusão de várias moléculas para formar longas cadeias moleculares.

• Ao se polimerizarem, as resinas sintéticas endurecem formando blocos de material sólido e quimicamente inerte. A reação de polimerização é normalmente iniciada por certos reagentes químicos, como ácidos fortes ou ésteres, ou por condições físicas, como calor ou radiação.

Resinas sintéticas

• As resinas sintéticas podem ser classificadas em dois grandes grupos, de acordo com a sua propriedade final:

• Resinas termoplásticas: têm a propriedade de sempre amolecer sob a ação do calor e de enrijecer quando resfriadas.

• Resinas termoestáveis ou termo fixas: são compostos que ao se solidificarem (curarem) tornam-se produtos insolúveis, infusíveis, rígidos e estáveis. Isso significa que a cura não é a simples evaporação de um solvente (que seria melhor descrita como secagem), mas sim o desencadeamento de uma ou mais reações químicas complexas, como condensação, reticulação, polimerização, etc.

Resinas sintéticas

• Para que a cura se processe é imprescindível que exista no sistema um conjunto de condições que possibilitem estas reações, como calor e pH adequados.

• As características de insolubilidade e infusibilidade são inerentes às resinas sintéticas formadas por ligações cruzadas (reticulação). É possível controlar a estrutura química da resina de forma que sua polimerização final ocorra apenas quando ela for utilizada para a obtenção do produto final. Este é o principal tipo de resina empregado na indústria de fundição.

Shell Molding - moldagem em casca

Areias para Shell Molding

• Tipos de areia:

• Areias de Sílica de alta pureza sem argila, nem óxidos metálicos, nem materiais orgânicos.

• Areia de Zircônia• Areia de Olivina

• Formato do grão de areia: Redondo• Índice de finura: 100 a 150 AFS• Mistura-se cerca de 15% de argila.

Aglomerantes para Shell Molding

• Tipos de Resina:• Ao selecionar resinas fenólicas para uma determinada aplicação é

necessário observar o grau de dilutibilidade, a solubilidade, as condições de diluição e a compatibilidade de resina em relação às funções da aplicação.

• Resinas de base de Melamina Melamina-Formaldeído

• Resinas de base Fenólica Fenol-Formaldeído

Aquecimento natemperatura dePolimerização

Resinas de base Fenólica

• As resinas fenólicas do tipo novolaca podem ser entregues para consumo tanto na forma sólida quanto em solução em solventes orgânicos.

• Sua estabilidade na armazenagem é considerada excelente. A cura final ocorre em altas temperaturas e com a adição de conversores, sendo a hexametilenotetramina (ou hexamina) o conversor mais empregado. Ver esquema abaixo:

Resinas de base Fenólica

• Tanto as resinas fenólicas do tipo resol como as novolacas encontram largo emprego como aglomerantes de areia bem como na preparação de revestimentos de machos c moldes para fundição.

• Ao selecionar resinas fenólicas para uma determinada aplicação é necessário observar o grau de dilutibilidade, a solubilidade, as condições de diluição e a compatibilidade da resina em relação às funções da aplicação.

Aglomerantes para Shell Molding

Também chamadas resinas uréicas ou UF, são resinas sintéticas termo fixas produzidas pela reação de formol com uréia. São extremamente versáteis e de baixo custo. Podem ser produzidas com diversas composições moleculares, puras ou modificadas por outros compostos, resultando em resinas especiais, como, por exemplo, as modificadas com álcool furfurílico.

Resinas uréicas

• As resinas uréicas contêm nitrogênio, originário da própria uréia, que é uma amina. Podem ser formuladas de modo a que curem a diversas temperaturas, desde a temperatura ambiente até 200°C. Para a cura final é necessário secar a resina pela evaporação do solvente (água) e adicionar um conversor que destrua a ação dos inibidores e estabilizantes. Resistem bem aos solventes orgânicos, mas são hidrolisadas por ácidos e bases fortes. Ver esquema abaixo:

Agente umidificador e Acelerador ouEndurecedor para Shell Moulding

• Agente Umidificador:• Produto a base de petróleo adicionado num teor de

0,1%• Visa evitar a libertação de poeiras nocivas à saúde.• Agente Acelerador: Hexametriltetramina

• Utilizado na proporção de 1%. Sua aplicação se dá, pois a proporção molecular das resinas exige a adição de conversores para a cura final.

Preparação da Areia

• Resina termoestável em pó (aglutinante) +areia seca (isolante).

•  Problema: Segregação da areia e da resina durante o processo de moldagem.

•  Solução: Utiliza-se um dos métodos de “areia coberta”

•  Métodos para areia coberta: Resina líquida, resina em pó + solvente e areia quente +resina em escamas.

Preparação da Areia

Produção de Areia Coberta

• Utilização de resina líquida

• Mistura-se a areia e a resina líquida junto a outros elementos produzindo assim a areia coberta por resina.

• Mantém-se a mistura na temperatura ambiente ou pouco acima. • O solvente da resina deve ser removido, produzindo assim uma

areia seca e floável, sendo cada grão recoberto por uma camada de resina.

• Durante o processo é necessário a constante moagem e/ou insuflação de ar frio ou morno.

• A principal desvantagem é que é necessário o manuseio de muito líquido, normalmente muito viscoso e pegajoso.

Utilização de resina em pó e solvente

• Mistura-se areia, resina em pó e outros ingredientes por1 minuto.

• Uma quantidade pré determinada de solvente é adicionada e a moagem continua até que a areia fique seca e flua livremente.

• Pode ocorrer empelotamento na areia e isto pode gerar problemas em máquinas de sopro. A solução e adicionar água ao solvente.

Utilização de areia quente e resina em escamas

• Aquece-se previamente a areia a temperaturas entre 135 e 175ºC.

• Adiciona-se então uma resina termoplástica em escamas ou grãos e a mistura é moída por 1 a 2 minutos.

• Durante esta moagem a resina funde e cobre os grãos de areia. • Adiciona-se então uma solução aquosa catalisadora sendo a

mistura resfriada rapidamente por ar.• Este método apresenta três principais vantagens se comparado

aos outros: resistência da areia 25% maior, a areia coberta não produz poeira e não existe perigo de incêndio durante a evaporação dos solventes. Porém, a principal desvantagem é a necessidade de aquecer a areia a temperaturas relativamente elevadas.

Passo a passo do Shell Molding

• O modelo é feito de metal, para resistir ao calor e, às vezes à chama. É fixado numa placa de separação superior/inferior.

• A placa é aquecida (200 a 250 °C),juntamente com o modelo, normalmente por bicos de gás ou resistência elétrica

Passo a passo do Shell Molding

• Depois de aplicar um desmoldante, deposita-se a mistura de areia+resina sobre o modelo e a placa.

• Uma técnica usual de deposição da areia+resina consistem em bascular um reservatório desta mistura, como indica a figura.

Passo a passo do Shell Molding

• A resina funde e adere à areia, formando uma casca de 10 a 15 mm de espessura sobre o molde e a placa.

Quanto mais fina é a casca, melhor éa permeabilidade, entretanto pior éresistência ao calor.

Passo a passo do Shell Molding

• A casca, ainda presa ao modelo, é curada em estufa entre 250 a 450°C, podendo chegar a 600ºC.

O tempo de permanência éinversamente proporcional àtemperatura.

Passo a passo do Shell Molding

Propriedades das Areias de paraShell Moulding

Máquinas de cascas

As máquinas de cascas modelo MC destinam-se à moldagem de cascas em areia Shell, produzindo por ciclo o número de figuras que couberem na área da placa. A placa de moldagem é aquecida pela queima de uma mistura de ar/gás que chega à face inferior da placa através de bicos queimadores distribuídos por toda área, deixando uma temperatura uniforme em qualquer ponto da placa. A uniformidade da temperatura garante a qualidade da casca e o menor tempo de ciclo. Para maior economia de gás a máquina possui um controlador de temperatura que comanda o fogo baixo e o fogo alto nas placas. O forno de cura superior possui um forno com maçarico completando assim a cura da casca.

Máquinas de cascas

Máquinas de cascas

• Aquecimento das placas:

•  Elétrico: Mais caro, melhor controle •  Gás: Mais barato, pior controle

•  Tipos de máquinas:

• Reservatório de areia basculante (dump box)• Sopro de areia (sand blowing)

Placa

Aquecimento Elétrico

Macho

Suporte

A Placa:

Metálica (Ferro Fundido)Pinos GuiasCanais de alimentaçãoPinos retráteis para a extração da “casca”Divisão da “casca” (tampa e fundo)

Máquinas de cascas

• Reservatório de areia basculante

•  Vantagens em relação às máquinas de sopro:• 1. Simplicidade de operação.• 2. Menor custo de ferramental.• 3. Melhor controle sobre a dureza do molde.• 4. Mínima segregação de aditivos.

•  Principal desvantagem do processo:•  Pode ocorrer desfolhamento da casca no momento da

inversão do molde.

Sopro de areia

Usada para formas mais complexas.• A mistura de areia e resina é soprada por ar abaixa-média pressão para dentro do macho. O macho é fechado e a mistura permanece dentro por um período determinado. O fim deste período o macho é aberto e a mistura que não aderiu à casca é drenada

Sopro de areia

• Vantagens

•  permite formatos mais complexos e moldes em casca para fundição em pilha.

•  Pode ocorrer desfoleamento assim como acúmulo indesejado de material em algumas faces.

•  Algumas sopradoras de areia são basculantes para garantir uniformidade de espessura.

Coladeiras de cascas modelo

• As máquinas coladeiras de cascas modelo CC completam o processo produtivo das cascas, colando-as. O operador retira a casca da máquina, apoia uma das partes da casca sobre a mesa móvel da coladeira, aplica a cola, coloca a outra parte da casca sobre a primeira, acionando o botão de início de colagem

Coladeiras de cascas modelo

Estocagem e vazamento

Vazamento

Desmoldagem

A areia é não recondionavel devendo ser descartada após a desmoldagem da peça

Fonte Revista Fundição e Serviços Março 2014

Foseco

• Empresa inglesa, há mais de 45 anos instalada no Brasil, principal fornecedora de insumos para fundição em todo mundo. Fundada na Inglaterra em 1932.  

• Desenvolve produtos e processos inovadores para a indústria de fundição, melhorando a produtividade e a qualidade das peças. Todas as unidades estão certificadas com as séries ISO 9001 e ISO 14001.

• Dentre os produtos que fabrica, estão: • luvas exotérmicas, filtros de espuma cerâmica, tintas refratárias,

resinas, catalisadores, fluxos, refinadores, coagulantes, inoculantes, pó exotérmico, lubrificantes, colas, desmoldantes, aglomerantes especiais, desoxidantes, escorificantes, revestimentos cerâmicos e descartáveis, vedantes, cadinhos, calhas refratárias para vazamento, tampões e valvulas para panela/forno vazador, e vários tipos de peças cerâmicas e refratárias entre outros.

Empresas fornecedoras de Resinas